无线光通信技术分析与前景研究

俞 浩

（华信咨询设计研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

1 无线光通信技术的相关内容

1.1 无线光通信技术概念

通常情况下，无线光通信技术可以简单理解为无线通信与光纤通信相结合的产物，主要是借助激光波在真空或者大气中完成信息传输的一种技术。

1.2 无线光通信系统及组成部分

无线光通信的组成比较简单，主要借助大气来完成光信号传送。在这个过程中，只需要收发两个端机之间的路径没有被遮挡便可保证光发射率的充足，从而完成通信。

一般情况下认为，无线光通信系统主要包括发射机、信道以及接收机3个部分。在进行点对点传输时，要确保每一端都具备光发射机与光接收机，以此实现全双工通信。同时，从系统角度出发，主要运用光电转换技术。在光发射机中，光源往往会受到电信号的调制。借助光学望远镜实现光信号从大气到望远镜的接收。此外，接收机中，望远镜能够完成光信号在广电检测器中的聚焦，并利用观点检测器促使光信号向电信号方向的转换。过程中考虑到不同光波长信号在大气空间中透过率的差异，也要注重通过率较好的波段窗口选择。而针对无线光通信的系统来说，目前主要使用的光学波长是近红外光谱中的850 nm，也有一部分使用的是1 500 nm的波长，并能够支持更大的系统功率。

1.3 无线光通信系统的优势

无线光通信技术受到了人们的高度重视，一部分原因源于技术本身的性能与潜能[1]。第一，无线光通信技术的频段资源更丰富。理论上讲，无线光通信的传输宽带非常大，并且无线光通信技术的信号传输方式也与光纤不同，主要借助空气完成传输。同时，从无线光通信技术的光谱图来看，频段资源非常丰富。当前全球范围内，光资源没有被管制，等同于免费使用，最大限度地减低了成本。第二，无线光通信技术的容量要更大。一般情况下认为光波的频率非常高，能够承载的信息量也非常大，可以应用于信息庞大的系统。第三，无线光通信技术的损耗非常低。这主要是因为激光在传输过程中具有极佳的方向，因此便会降低传输中的损耗。第四，无线光通信技术的保密性非常好。无线光通信在进行传输时，自身便可以实现加密。同时，无线光通信采用的是不可见光波，肉眼很难在空气中发现。最主要的是无线光通信的光波束要十分窄，窃取难度大。

2 无线光通信技术在实际应用与发展中存在的一系列问题

随着我国社会、经济的不断发展，半导体激光器与光探测器技术不断发展。在这样的背景下，人们越来越重视无线光通信技术。但是，在现实发展中，无线光通信仍然面临着大量挑战，主要体现在无线光通信技术系统的独特性上，同时拥有更广阔的市场，但仍需要针对具体问题做好具体的完善工作。

2.1 无线光通信技术受到大气媒介的影响

在无线光通信技术应用的影响因素中，大气值得关注。尤其是恶劣的天气，往往会对无线光通信的传播信号产生严重的衰耗。同时，留存于空气中的散射粒子，也会使无线光通信光线出现时间和空间角度上的偏差。在晴好天气下，通常认为光信号的功率消耗可控制在1 dB/km，即无线通信系统的最大工作距离是20 km。但是，因为无线光通信采用的是红外光，所以在空气中进行传播时易受到各类因素的影响，如下雨、强烈日光等。而在大雾环境中，无线光通信信号会被衰弱到400 dB/km，使无线光通信的有效范围仅仅不足50 m。这个距离甚至比不上无线局域网传输。因此，在无线光通信的应用中需要寻求一种最优波长频率，并尽可能做到波长与性能的结合。

2.2 无线光通信技术在信号质量与传输距离上的矛盾

无线光通信技术在信号质量与传输距离上的矛盾已经是一个老生常谈的话题。通常表现为无线光通信传输的距离越大，光束的宽度就会越宽，且接收端接收的信号质量也会越差。如今针对这一问题的解决还没有形成一个有效的对策，仍需要进一步发展。

2.3 无线光通信技术激光存在的安全问题

在无线光通信技术的应用中，激光束的安全性是不得不考虑的一个问题。由于光信号发射功率必须限制在保障人类眼睛安全的基础上，因此很大程度上限制了无线光通信的通信距离。

2.4 无线光通信技术在收发端对准上的问题

无线光通信可以理解为一种视距宽带通信技术，在发射机与接收机之间完成通信，需要十分严格的视距传输条件。同时，当通信设备被安装到高楼顶部时，也会在风力的影响下出现摆动，进而影响激光器的对准精度。此外，在楼宇结构中的轻微地震等也会使发射机与接收机无法对准。

3 无线光通信技术的关键技术

3.1 无线光通信技术的光源及高频率调制技术

从无线光通信技术的优势来看，主要分为两方面，即无线光通信技术的光源高频率调制技术与探测技术和信号处理技术。从光源及高频率调制技术来看，光源问题长久以来都是自由空间光通信造成困扰的主要因素。在无线光通信中经常会受到背景光的干扰，对此需要大功率额光源以及较高的调制速率。同时，在进行光源调制时，需要借助纠错技术减少突发的误码。如今，我国采用的光源主要是1 550 nm和800 nm两个波段[2]。后者的优势在于研发时间较早，相关的理论和经验都比较成熟，且能够兼容现有的光纤通信系统。前者的优势则在于光源调制的素质要更高，且波长更稳定，能够通过EDFA完成功率的提升。通常在无线光通信系统中多会选择强度调制直接检测的方式，系统实现比较简单。而选择编码的方式则多为开关控制，在实际使用中，接收码率一般要低于OOK。

3.2 无线光通信技术的探测技术和信号处理技术

探测技术和信号处理技术的考量主要体现在无线光通信系统中光接收端的信号非常微弱，结合高背景噪音的干扰，会导致接收信号的信噪比过低。对此，采用新型的广电探测器件能够有效提高接收端的灵敏度，同时针对微弱信号进行有效处理以解决相关的问题。

4 无线光通信技术的应用

在原宽带不足或者不具备有线接入条件的基础上，通过无线光通信技术能够提供更高效的接入方案。从实际表现来看，无线光通信技术的使用避免了城市内道路的埋线，可以在楼宇间快速实现宽带数字通信。同时，无线光通信技术也能够在无法铺设电缆、没有桥梁的大河两岸之间进行宽带数据通信传输[3]。

无线光通信技术的应用还体现在“最后一公里”的解决上。通过无线光通信技术解决“最后一公里”问题，可进一步提高用户接入端的传输容量与速度，并更好地满足IP网、电信网以及有效电视网的宽带需求。

无线光通信技术在局域网互联中的应用主要体现在，无线光通信技术为临近的局域网提供了更多可选择性的互联互通方案。一方面推动了局域网内用户接入高速传输问题的解决，另一方面促进了局域网的连接，使广域网与城域网得到了有效发展。

无线光通信技术在应急备用方案中的应用主要体现在，通过应用无线光通信技术能够在出现有线通信线路故障后或者紧急抢险时，提供应急的备用链路。同时，无线光通信技术也可以作为临时大型活动的通信解决方案。

无线光通信技术在快速组建电信网络中的应用，主要体现在新兴电信网络运营商方面。通过应用无线光通信技术能够更好地完成本地网的组建，并同时降低资金投入成本与人力、时间投入成本。此外，针对传统电信网络运营商来说，无线光通信技术的应用可当作光缆传输系统的补充，应用于难以进行光缆铺设的区域，用最短的建设周期和最少的建设费用，实现先组网再销售的商业模式。

5 无线光通信技术的应用前景

无线光通信技术还存在一些问题，但从整体角度把控仍然是优势大于劣势。无线光通信技术自身的特点能够在一定的环境下推动优势的最大化。例如，无线光通信技术针对一些不便铺设光纤的地方和不适宜使用微波的地方仍然可以很好地通信。考虑到光纤本身的成本，很多用户在短期内仍然无法实现光纤的接入，但是用户们渴望享受宽带接入的便利。我国现阶段宽带网络的实际情况是很多企业不具备光纤线路，但是企业经营又需要高速率。无线光通信技术的应用成功解决了这一类问题，给予用户更好的体验。无线光通信技术解决“最后一公里”问题时，也能够实现光纤到桌面，以此完成数据、图像以及语音的高速传输，间接推动声讯服务业与互动影视传播，同时在远程教育、远程医疗、电子商务以及电子政务中有着很大的促进意义[4]。从我国当前的实际情况与需求来看，无线光通信技术有着十分广阔的市场和发展前景。

6 无线光通信技术应用与发展的建议

6.1 关注行业内人才培训，打造专业的通信人才队伍

21世纪，任何行业的发展都离不开人才的培养。尤其是在市场经济的导向下，人才的投入与培养已然成为企业间比拼的核心竞争力。通信企业要进一步提高对人才的重视程度，完善企业内部的人才培养工作。首先，企业要做好与高校的联合，大力发展校企合作模式[5]。借助高校完备的教育体系，为企业发展与行业发展培养源源不断的高素质人才。同时，企业人员入职时也要做好岗前考核，确保人员持证上岗。其次，企业要针对现有人员不断完善培训工作。要针对新知识、新技术以及新理论对人员进行系统化学习。企业要定期组织培训大会以及专家座谈会，加强人员的知识、技能沟通。再次，企业要做好国际先进技术与先进经验的借鉴。通过先进内容的借鉴，更好地培养人才。最后，企业要构建科学、合理的人员管理制度，推动责任体系的完善。一方面要对人员的工作行为进行约束，另一方面要调动人员的工作积极性，促使人员自发进步。

6.2 制定科技推动发展、创新推动发展的战略目标

科学技术是第一生产力。任何行业若想要抢占先机，若想要立于不败之地，都要做好科学技术的研发工作。通信企业要加强企业内部的科研分配，给予科研人员充足的可能性，营造企业内部的科研氛围。这个过程中，要加大学习。既要从人员角度进行学习，也要从企业角度进行学习。要善于使用国际上的先进成果，实现先进技术的本土化。此外，通信企业要做好创新工作。从企业管理者角度来看，要更好地认识到创新的重要性，构建自上而下的企业创新机制和企业创新氛围，带动整个企业乃至整个行业的创新力度。企业还要鼓励创新型人才，通过福利鼓励、薪资鼓励等方式[6]提高人员的创新热情，并防止人员流失。

6.3 完善通信技术的资金投入，确保资金充足

在我国无线光通信技术的应用与发展中，资金充足至关重要。只有确保资金的充足才能够保障以上内容的执行。首先，从国家与地方政府层面来考虑，需要进一步完善财政工作，加强对我国通信技术发展的资金支持和政策支持。其次，从企业角度来看，要合理分配资源，保证通信技术发展的资金畅通。最后，国家还要营造积极的通信技术发展氛围，强调社会组织的作用，鼓励民生企业进入通信技术领域，为通信技术的发展贡献力量。

7 结 论

在无线光通信技术的应用与发展中，通信企业以及相关部门可通过关注行业内人才培训，打造专业的通信人才队伍，制定科技推动发展、创新推动发展的战略目标，完善通信技术的资金投入，确保资金充足，旨在从多个角度出发，针对我国目前无线光通信技术应用与发展的实际情况，分析问题成因，找寻解决方法，制定科学、合理的方案策略，提高通信技术发展的效率和质量，更好地发挥通信技术在具体行业以及整个社会前进中的带动作用。