无线光通信技术应用前景分析

【摘要】 随着无线电频谱资源的日渐匮乏，人们一直在试图开发新的通信体系，以适应当前无所不在的通信需求。无线激光通信融合了微波通信和光纤通信的优点，具有通信保密、通信容量大、部属迅速以及无需频谱许可等优点，具有广阔的应用前景。本文分析了无线光通信的原理、应用优势和面临的主要问题，并对其应用前景进行了展望。

【关键词】 无线光 通信 大容量传输

一、无线光通信概述

无线光通信又称自由空间光通信（FSO，Free Space Optical Communication）是光通信和无线通信相结合的产物，是以光为载体传递消息而不需要任何有线信道为传输媒介的一种通信技术[1]。

FSO通信与其他无线通信相比，具有不需要频谱许可证、频带宽、成本低廉、保密性好、误码率低、安装快速、抗电磁干扰、组网灵活方便等优点。

无线激光通信系统是两台激光通信机构成的通信系统，它们相互向对方发射被调制的激光脉冲信号（视频、音频和数据），接收并解凋来自对方的激光脉冲信号，实现双工通信。图1所示的是一台激光通信机的原理框图。

无线光通信是一种定向点对点的通信方式，主要由激光发射系统、光学天线、激光接收系统三部分组成。激光经信号调制后，被发射天线聚集成一发射角很小的光束，光束通过自由空间或者大气传输，最后被接收天线接收，并聚光在光检测器上，从而检测出通信信号。

根据FSO通信可穿透的介质来看，自由空间的传播介质可分为近地面大气层、远离地面的深空和水三种。除此之外，根据其传输信道特性则可分为大气激光通信、星际激光通信和水下激光通信。

二、无线光通信的应用优势

无线光通信之所以受到人们的重视，与其潜在的应用优势是密不可分的。这种潜在优势主要体现在以下几个方面[2]：

2.1频带宽，速率高

理论上，无线光通信的传输带宽与光纤通信的传输带宽相同。光纤通信中的光信号在光纤介质中传输，而FSO的光信号在空气介质中传输。从电磁波谱图中可以看出，光波频率在1012至1017Hz之间，包含红外（Infrared）、可见光（Visible）和紫外（Ultraviolet）三部分，频率资源非常丰富，而且这些频率在全球范围内都不受管制，可以免费使用。

2.2容量大、功耗低

由于光波频率极高，其信息承载能力极强，因而可以利用无线光通信系统开通超大容量的无线通信链路。另外，由于激光方向性极强，因此光源只需要较小的功率即可实现通信，通信终端功耗很低，易于远程馈电。

2.3部署链路快捷

FSO设备可以直接架设在楼顶，甚至可在水域上部署，能完成地对空、空对空等多种光纤通信无法完成的通信任务，其施工周期较短，可以在数小时内建立起通信链路，而建设成本只有地下光纤的五分之一左右。

2.4传输保密性好

无线光通信多采用红外不可见的1550nm波长信道光，在空中传输的链路上不容易被发现，另外无线光通信具有很好的方向性和非常窄的波束，再加上被调制传输的光信号本身也可以加密，因此，对其窃听和人为干扰几乎是不可能的。

以上优势中，无线优势和容量优势二者的结合一方面克服了光纤通信在灵活性方面的缺点，另一方面又解决了无线/微波通信在容量方面的缺点，因而最为人们所看重。

三、无线光通信面临的主要问题

近年来，随着半导体激光器和光电探测器技术的不断发展，空间光通信越来越引起人们的关注[3]，但是FSO通信也面临着挑战，主要表现在：

1）由于大气对光信号的吸收和散射会产生大气衰减，即使在晴朗调控也会存在衰减；2）大气的湍流运动会引起光斑的漂移和闪烁，特别是在强湍流情况下，光信号受到严重干扰甚至脱靶，造成较大的误码率和短时间的通信中断，严重影响激光通信的稳定性和可靠性；3）在实际使用中，虽然光载波的频率很高，光通信系统的信号带宽可以超过1THz，但由于光散射或电子器件速度的限制，传输速率常常被限制到10Gb/s或者更低；4）实现高精度的捕获、跟踪和瞄准（ATP）技术会遇到一定的困难，尤其是窄光束实现高精度的捕获、跟踪和瞄准难度更大；5）考虑到对人眼安全的影响，发射天线提供的光功率受限；6）过去光通信系统中大多使用诸如OOK和M进制脉冲位置调制等调制技术，但对于单载波系统，当数据传输的速率较高时，光在大气中传输的时延造成符号间的相互交叠，引起符号间干扰，这就对信道均衡提出了很高的要求，当系统码速率较高时，信道均衡变得很难实现。

四、结语

无线光通信技术以光波为载波，以大气空间为传输媒介来传输数据信息，为解决最后一公里宽带接入、实现高速校园网/企业网/城域网互联、隐蔽军事通信、卫星通信以及应急通信等提供了有力的技术手段，是解决爆炸性增长的无线通信业务的有效途径之一，必将成为未来无线通信的主流技术之一。

参 考 文 献

[1]李玉权，朱勇，王江平.光通信原理与技术[M]，北京：科学出版社，2009.

[2]柯熙政.紫外光自组织网络理论[M]，北京：科学出版社，2011.

[3] Xiang Yi， Zengji Liu， and Peng Yue， Inner- and outer-scale effects on the scintillation index of an optical wave propagating through moderate-to-strong non-Kolmogorov turbulence， Optics Express， vol. 20， no. 4， pp. 4232-4247， Feb.2012.

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