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标题: 浅识---FSO（Free Space Optics)无线光通信100M传输 [打印本页]

作者: david2003 时间: 2003-9-15 11:21
标题: 浅识---FSO（Free Space Optics)无线光通信100M传输
当宽带接入的概念迅速成为我们身边的现实时，各种接入技术在“最后一公里”的不同位置上争夺着自己的势力范围。诸如以太网、ADSL、Cable Modem、光纤入户、Wi-Fi技术等等，它们各有优缺，并在应用过程中不断取得发展。不过，在一些特殊的应用领域或场合下，这些接入方案往往在“最后一公里”中间的某些段落上，存在布设、成本、带宽等方面的一些限制。一种结合了无线与光纤技术、最近在国外异军突起的宽带连接方案——）正悄然进入中国，它有望能填补宽带接入市场的这些缝隙。FSO与各类网络连接和接入技术结合在一起，能提供更加灵活、完善的宽带接入解决方案。浅识FSO FSO技术基于光传输方式，具有高带宽、部署迅捷、费用合理等优势。FSO技术以激光为载体，用点对点或点对多点的方式实现连接。虽然FSO通信不需要光纤而是以空气为介质,但由于其设备也以发光二极管或激光二极管为光源，因此又有“虚拟光纤”之称。 FSO技术最初被美国军方以及美国太空总署用在偏远的地方提供高速连接, 至今已有30多年的历史。FSO技术具有与光纤技术相同的带宽传输能力，使用相似的光学发射器和接收器，甚至还可以在自由空间实现波分复用（WDM）技术。目前FSO技术已开始走向民用，它既可以提供短距离的网桥解决方案，也可以在服务供应商的全光网络中扮演重要角色。 FSO技术与传统的铜线或光纤技术不同的是，它在空气中通过激光技术传送信号，以透镜和反射镜来聚集或控制光束的方向，从而将数据从一个芯片传送至另一个芯片处。FSO通信建立在彼此间连接在一起的FSO设备之上，每个FSO设备均由一个激光发射器和一个接收器组成，具备全双工能力。每个FSO设备使用一个带有透镜的诸如激光这样的高压电光源，它可以在大气中将各种波长的光束沿直线发送给正等待接收信息的那个透镜，而接收的透镜则通过光纤和DWDM（密集波分复用）信号分路器连接在一个高敏感接收器之上。FSO通信设备无需申请频段许可证，设备容易升级，而且其开放的接口支持来自多种厂商的仪器。 FSO产品可以传输数据、语音和影像等内容。目前市场上的产品最高支持2.5Gbps的传输速率，最大传输距离为4000m。不过FSO技术在理论上没有带宽上限，目前160Gbps的设备正在研制当中。 FSO优缺细数 FSO技术的主要优势或特点有：高带宽——10Mbps～2.5Gbps或更高；低误码率——仅为10-12；安装快速、使用方便——只需一天或更短的时间即可安装和调试成功，很适合用在特殊地形和地貌、有线方式难以实现以及机动性高的场所；不占用拥挤的无线电频率资源，其设备工作在不需管制的光谱（1000nm左右），因此既不会与其他传输发生干扰，也在当前没有许可证的问题; 伸缩性好——当添加节点时，原有的网络结构无需改变，只要改变节点数量和配置即可；安全性高——由于FSO通信的光束很窄，所以业务链路很难被发现，信号也很难被截获。 FSO也有自身的缺陷，主要是会受到大气状况或物理障碍的影响。因此在搭建FSO方案时，需要考虑到这些干扰因素。 1.雾。雾像成千上万个棱镜，其吸收、散射和反射的力量联合起来足以修改光的特性或是完全遮蔽住光通道，从而破坏两个透镜之间的准直性。对此最主要的解决办法是缩短连接距离或采用备份网络连接。在具体的应用中，常常采用毫米波通信做为备用手段。当某一种通信方式受到影响后，可立即无缝切换到另一种方式。 2.吸收。大气层中悬浮的水分子吸收光子，会导致FSO的传输功率降低，将直接影响到系统的可用性。根据大气的状况来选择合适的功率，或是利用空间多样性（在一个FSO设备中有多束光波）能够帮助保持网络可用性的水平。 3. 散射。当光波与散射物质相碰撞时就会产生散射。这样虽然不会损失能量，但会使各方向上的能量重新分配，从而降低远距离的光波强度。 4. 物理阻隔。光路上不能有障碍物或长时间的阻挡。大多数FSO产品配备4个激光收发器，以提高容量和冗余度，这样当落叶或鸟群较长时间地挡住某一通路时，整个通信就不致受阻。 5. 建筑物的晃动/地震。建筑物的运动会破坏光束的对准，从而影响发射器和接收器之间的对准。 6. 闪光。从地球或排热管这样的人造设备中上升的热空气会造成不同空间的温度差异，这会使信号的振幅产生波动，从而导致接收器那一端的图像跳动。最后提一下采用激光技术的FSO设备对人体的安全性问题。实际上, FSO设备遵循国际一级眼安全标准, 对人眼不会造成任何伤害。 FSO的生存空间在哪里？在目前已经进入主流应用的光纤和铜线以太网、ADSL、Cable Modem、Wi-Fi等众多的有线或无线宽带连接方案中，FSO技术如何针对这些方案在某些情况下的种种不足，从而在“最后一公里”中找到自己的生存空间，以与它们取长补短呢？光纤是目前最可靠的方式，其高带宽能力也为人们所称道，但实施起来比较困难，尤其是在有自然或人工障碍物的情况下进行布线时。另外，施工延期以及铺设光纤产生的其他相关费用使这种方式成本较高。而且，光纤一旦铺设完毕，如果用户要搬迁，则浪费了投资。相比之下，FSO技术则在城市密集区的短距离连接方面有优势——无线的特性使其施工方便、工期短、无需为穿越公路或铁路等“障碍”申请许可证; 其价格低廉，通常是铺设光纤的1/10～1/3。因此，在有难以逾越的布线障碍物或对建网速度要求快的情况下，或对经常需要搬迁的机动性单位，FSO能在建筑物之间成为替代光纤的一种网络连接方案。另外，在Wi-Fi技术的某些应用场合下，FSO也能取而代之，这目前主要还是在室外建筑物之间的无线连接上。例如，国内有些小区或校园内的楼宇之间采用802.11b等Wi-Fi技术进行连接。不过，802.11b和802.11a等Wi-Fi技术在室外应用中最大的不足是带宽问题，前者的传输速率最高只能达到11Mbps或22Mbps，而后者最高也只是54Mbps。这样的传输速率在室内接入用户不多的情况下比较实用，不过在往往需要高带宽的室外应用中无法与光技术的带宽相提并论。此外，在珍贵的无线频段资源中，Wi-Fi技术面临着申请频段许可证方面的很大障碍。而对数据安全性很敏感的单位来说，Wi-Fi技术也显得很脆弱。因此，在对带宽和安全性需求高、无线频段受限制的室外应用场合下，FSO也不失为一项Wi-Fi技术的替代方案。在家庭宽带接入中，Cable Modem和ADSL等铜线技术由于利用了已铺设好的有线电视线路或电话线，因而以低成本和快速实现等优势得以流行。不过它们目前只有2～3Mbps的带宽将越来越难以适应未来。如果在楼宇之间的网络连接段引入FSO技术，再接合用户端的其他接入技术，则会使家庭网络带宽得以大幅提高。当然，在本质上FSO是一种连接方式，而非覆盖方式。所以，FSO通信是以一种补充的角色出现的，至少到目前为止，还无法指望其取代有线或微波通信等其他网络连接技术。FSO将在其他接入方式鞭长莫及或力不从心的一些特殊场合下发挥其优势。 FSO的主要应用 FSO通信正在进入本地宽带接入市场，尤其是那些没有光纤连接的中小企业。其市场前景非常看好，被业界称为2002年电信十大热门技术之一。据统计，在刚刚过去的2001年，FSO的市场已达到1.11亿美元。据不同的国际机构预测，这一市场在2005年将达到8.65亿～20亿美元。 FSO技术目前主要应用于“最后一公里”接入中建筑物之间的网络桥接上，预计到2005年，这方面的应用将会占据FSO设备市场的2/3。此外，FSO技术还可用于建筑物比较分散的企业局域网子网之间的连接，尤其是在一些不宜布线的场所，如古建筑、具有危险性的工厂及车间，或是布线成本高、施工难度大、经市政部门审批困难的地方，例如马路（铁路）两侧的建筑物之间、不易架桥的河流两岸之间等。同方科技广场在连接入同方大厦的专网前，本想铺设光纤，但由于施工需穿越北京轻轨铁路，仅申请许可证就需交纳100万元，最终还是用FSO设备实现了局域网网桥的功能。对于银行、证券、政府机关等需要稳定服务的商业应用来说，FSO产品可以作为预防服务中断的光纤备份设备。鉴于FSO产品安装快速简易，因此可在展览会、短期租用的建筑、野外的临时工作场所或地震等突发事件的现场作为一种临时的通信连接。另外，FSO设备也可用于蜂窝式基站的环路建设。 FSO在中国目前，国际市场上AirFiber、LightPointe等公司是推广FSO技术的先行者。美国、英国、加拿大等国的十几家厂商正在从事FSO的相关工作，但仅处在试探性的阶段。而在中国的本土厂商中，只有清华同方网络公司一家在开发此类产品，其中一个主要原因是清华同方从自身的需求看到了FSO的市场前景。

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