关于无线光通信传输与接入的研究

山西信息规划设计院有限公司 荆俊伟

厦门大学物理与机电工程学院电子科学系 胡靖敏

关于无线光通信传输与接入的研究

山西信息规划设计院有限公司 荆俊伟

厦门大学物理与机电工程学院电子科学系 胡靖敏

无线光通信能够有效地解决“最后一公里”的老大难问题，并能凭借其独特的优势来开拓市场。为了能向无线光通信的研究提供服务，本文在联系无线光通信的应用现状及其工作原理的基础上，详细地分析了有关无线光通信的传输与接入。

无线光通信；接入；传输

无线光通信就是所谓的自由空间光通信，英文简称为FSO，能够有效地打破有线通信受限于区域的现状，从而能满足手机、现代网络等通讯设备强劲的发展需求，即为解决“最后一公里”的老大难问题添砖加瓦。无线光通信具有接入技术宽带高、成本低以及传输技术速率高、准确度高的特点，能在通信领域积极地开拓应用空间。

1　 简述无线光通信的原理

无线光通信就是所谓的自由空间光通信，其英文简称为FSO，它的光信号传输媒介主要是大气。发射机、信道和接收机共同组成了一个完整的无线光通信系统，由于该系统的每端都设有光发射机和光接收机，所以能在两点对接传输的前提下进行全双工通信的运作。

无线光通信总共涵盖光信号的接收、传输以及发射的三个具体过程，并且该体系的成功运转需要配备光学望远镜和能将有关功率进行放大的传输和接收装置。要将光电转换技术应用到该体系中，同时电信号进行调制光发射机光源的工作，接下来光学望远镜传输光信号，接下来接收望远镜接收到途经大气信道的光信号；并且光信号在被接收望远镜接收后置于光电检测器中进行聚焦处理，进而转变成光信号，要想实现无线光信号的接入还需经过调制解调器解读数据信息的过程。但是，要想有效地提升有着不同透过率的光波长信号，就应该有意识的选择高性能的波段窗口，以最终提升该体系的功率。另外，无线光通信系统也涵盖像ATP伺服控制系统的多项辅助功能系统，故为维持光通信的稳定安全，使得光信号传播质量有所提升，就应当运用该辅助系统来捕获、跟踪定位信号的传输路线[1]。

2　 无线光通信应用的现状

2.1 应用无线光通信的支撑要素

事实上，有线光通信以及无线光通信共同组成了光通信。目前，在城域网和广域网当中有线光通信已被用户大量采用，但随着近年来信息技术的迅猛发展以及人们对高通信速率的要求，仅仅是有线光通信显然不足以满足用户的需求，所以对无线光通信技术的需求也应运而生了。较之于有线光通信局限性，无线光通信具备不用铺设光缆的巨大优势，可有效完成用户与光纤骨干网的连接，可以用来铺平“所谓的最后一公里”。因而，实现了宽带高、成本低效益的无线光通信其应用市场正在源源不断的扩大。

简单来说，无线光通信能受到用户青睐的缘由主要有以下几点：第一，较高的传输速率。以无线激光来作为主要的传输载体是无线光通信的一大特色，其结合了传输速率可高至10Gbit/s的多种波分复用技术，这较之于有线光通信的速率来说其速率已大大提高。第二，经济并且快捷。无线光通信具备无需光纤，并且可以在极其恶劣的环境中架设设备的特点，包括房顶、偏远山区甚至是江河湖水上。这有效地缩减了施工工期，节省了铺设光纤的时间，对降低购置光纤的费用起到积极作用，也克服了通信传输环境的不利影响。第三，可以实现较高的安全通信。无线光通信由于无需光纤的特点，这使之抵消了了受制于光纤发生故障的负面作用，即便会有通信故障形成，它也能尽快地恢复网络工作。所以，无线光通信可以向抗灾、救灾等一系列的紧急突发事件提供通信上的保障，也可以向应急备战提供有力的技术支持。并且，由于是通过点对点的连接来实现光通信地，又加上较窄的无线光通信波束，这使之具有很好的方向性，因而有着较高的通信安全[2]。

2.2 应用过程中所存在的问题

无线光通信的诞生很好的满足了现阶段网络以及通信发展的需求，从而获得了广大用户的认可，是信息化大发展的产物之一，但它作为一个不太成熟的新生事物，也必不可少地有些不足。

首先，大气环境对通信起到主要作用。由于无线光通信有着借助于大气传输的特点，其不可避免地受到影响。倘若气象恶劣，往往会出现通信受阻、信号缺失乃至通信中断的不利局面，比如光信号会在雾天发生散射，在雨雪天会严重减弱[3]。

其次，在点对点的连接上有些不足。因为无线光通信是作为视距宽带通信技术来使用的，必不可少地意味着只有当具备一定的视线传播介质时，光信号的接收与传播工作才能在光接收机与光发射机机间得以实现。倘若将设备放在比较高的建筑物或者是山区的顶部时，就易被地震、强风等一系列的外力作用产生晃动，从而使激光器的对准受到影响。

3　 传输、接入无线光通信以及有关注意事项

3.1 对设备、机理加强控制

只有在光发射机、传输天线以及光接收机的共同作用下，无线光通信系统才能高度安全的顺利运行，故要对各组成部分在传输接入过程中展开严格控制。

第一，对光发射机进行控制。光发射机作为光信号的产生部位，由于光信号需要借助于大气而进行传输需要将具有数据类型不同的电信号转变成光信号，并且光信号会在传输过程呈现出椭圆形的光斑，在激光管芯中光会发生耦合行为，所以，有着越高的耦合准值对应着越遥远的传输距离，换言之光信号的传输距离与其耦合准值之间存在明显的正相关关系。所以，要将光学耦合效率以及准直后光斑的发散角值加以考虑来设定耦合准值，以期尽可能地降低因光信号设计缺陷对接收性能带来不利的影响。

第二，对光学天线加以适当的控制。由于光缆、光学传输路径的限制无法限制无线光信号，所以其在传输信号的进程中易发生散角，从而加重其耗损，最终会制约确定传输方向。由于凹面镜或凸面镜构成了所谓符合聚焦原理的光学天线系统，所以要想提升其传播质量就要试图减少光信号的散射。因而，要选择合适的光学天线，精准计算聚光斑点尺寸，从而来提高光信号的接受效率及其有关的接受度。

第三，对接收机加以适当的控制。在传输过程中光信号往往会发生码间串扰现象，另外，自然光也会形成一定的噪声谱的背景光，这些因素综合作用会降低光信号的质量，进而削减接收机所能接收的光信号；并且，其传输环境又较为复杂，影响因素比较复杂，无线光通信的接收机要具有、较强的滤波能力、较高的抗干扰能力以及灵敏的信号接收能力，还能够有效地对动态信息进行大范围的接收[4]。

3.2 对瞄准研究进行加强

要通过提升接收机对信号的接收能力，减弱大气颗粒、大气噪声的影响从而提高激光器的对准度，改善通信质量，必要时需借助于非机械装置来辅助激光器进行精准、快速的对准。

3.3 安置辅助系统

提高无线光通信质量的一个重要条件便是辅助系统的使用，辅助系统能对光信号要求高，跟踪、瞄准传输距离长的条件下能发挥巨大效果，有助于实现自动对准光学天线，所以要关注安置辅助系统。

3.4 注意操作安全

光信号对人眼危害极大，故一定要在其接入、传输的过程中加强相应的操作安全的管理，戴好眼罩是工作人员的必备工作步骤，将计算发射功率的工作做好并使之可控，从而使人身安全得到保障。

4　 结语

作为一种能够为广大的用户提供更加快速、便捷服务的新型宽带技术的无线光通信，要想进一步提升无线通信的通信质量，只有大力研究、探讨无线光通信接入与传输机理，也才能进一步保证其发展壮大，从而最大程度地发挥无线光通信的积极作用。

[1]孙丽丽,张华栋,李茜．无线光通信技术在电力系统中的应用[J]．电力系统通信,2009(1)．

[2]丁树义．无线光通信技术浅析[J]．通信技术,2011(10)．

[3]欧阳劲松,黄徐．无线光通信技术在机动式系统中应用[J]．指挥信息系统与技术,2013(1)．

[4]刘杰．无线光通信的关键技术研究[J]．中国新通信, 2014(5)．

荆俊伟（1985—），男，山西襄汾人，山西信息规划设计院有限公司通信工程师（中级），研究方向：传输与接入专业。