FSO技术

FSO技术的发展与应用中国地质大学信息工程学院周峰【摘要】：自由空间光通信技术（FSO）作为一种无线光通信的方式，以其高带宽、低成本、灵活方便等优点具有其它通信方式不可比拟的优势。本文将介绍FSO技术的发展，然后就FSO技术在接入网、军事通信、外层空间通信等领域的应用作以展望，并就FSO在接入网中存在的一些主要问题及对策作以分析。【关键词】FSOAPTLMDSSDH蓝绿光通信偏光法动态跟踪法无线光学信道包括大气、海水、外层空间等，因此我们通常将这种光通信方式叫作自由空间光通信（FSO），也叫无线光通信或无纤光通信。光通信：有线光通信无线光通信一、FSO技术的发展1965年开始，日本NTT公司就利用He-Ne激光器和LED，进行了6.3公里的大气光通信传送实验；美国的麻省理工学院利用He-Ne激光器和CO2激光器进行了大气激光通信的实验；90年代初，俄罗斯利用大功率半导体激光器推出了新型的半导体激光大气通信系统，并在莫斯科、瓦洛涅什、图拉等城市得以应用。2000年Terabeam公司在悉尼奥运会上成功地使用FSO设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭店成功地实现了利用FSO设备向客户提供100Mb/s的数据连接。国内的中科院光电所的JTWS-I、哈工大的“烽火台”、以及电子34所的大气激光通信系统问世。电发送机光发送机光学天线光学天线光接收机电接收机空间光学信道系统组成：二、应用在接入网中的应用长途干线网络不断扩展，接着是城域网的大量建设；另外通信用户内部的局域网以及千兆以太网快速增长，将这些高速的局域网和千兆以太网连接到运营商的通信网络，必须依靠容量巨大的接入网络。目前多数商业用户只仅限于电缆的T1专线（1.5Mbps）当前的高速接入系统：光纤接入、LMDSFSO兼有两者的优点，成为未来接入网的趋势容量大传统的无线接入技术存在严重的瓶颈限制，LMDS的最高速率只有622Mbps,FSO技术打破了无线接入的瓶颈效应，具有可以与光纤相比拟的传输带宽，目前商用的这类系统，提供的带宽从100Mbps到2.5Gbps.采用了波分复用的系统理论上可以达到160Gbps的速率。成本低，安装灵活，投资少，见效快有资料表明，FSO系统的造价仅为光纤系统的五分之一。只需在通信点上进行设备的安装，因而只需几天甚至几小时。不受频率管制工作在300GHz以上的频段在全球是不受管制的，唯一的要求是设备功率不能超过国际电子委员会规定的上限（IEC60825-1标准）。抗干扰性强，保密性好免受无线电波的干扰波束窄不易截取特有的加密技术其它特点对协议透明可以灵活拆移组网灵活接入方式各种性能光纤接入微波接入FSO带宽Gbps以上较低100Mbps-2.5Gbps保密性好较差好传输距离120公里以上60公里4公里成本10-20万美元/公里2-3万美元/套2-3万美元/套建设速度4-12月2-3天2-3天市政许可有无无频率许可无有无便携性困难一般方便维护复杂一般简便主要问题及对策：1、视距问题激光器有发散角导致波束的展宽采用光学天线压缩光束发散角，对光线进行耦合准直数据表明：准直后1mrad的发散角经过1km的空间光场传输后，光斑的直径约为1m。2、天气的影响雨、雪、日光、大雾、空气散射、大气瑞流对光信号的影响。浓雾天气下信号的衰减达400dB/km，FSO的有效传输距离不到50米采用FSO与W频段无线技术的复合设备，使系统根据天气情况在光波段和w波段之间自动切换，可以达到99.999%电信级可靠性。3、空中障碍物小鸟或冰雹、雨雪可以阻断链路产生毫秒级的中断差错控制、网状自愈环路4、对准、捕获和跟踪（APT技术）风力和大地的震动影响光的准确接收偏光法常用的APT技术：动态跟踪技术5、公众安全光功率过大会危及人体的健康，尤其是对眼睛的伤害。IEC60825规定了眼睛安全标准，限制了激光器的上限功率。采用1550nm窗口的FSO系统在军事通信中的应用未来高密集技术条件下的军事通信的要求：更高频率更大容量快速架设隐蔽性更好FSO技术由于其容量大、方向性强、抗干扰强、保密性好、安装机动灵活等优点，引起各国军事家的关注。战斗打响前无线电静默期间的短距离通信战斗打响后的保密通信战斗结束后的快速抢通架在高山之间完成边防哨所和森林观察的通信临时架设解决必要的通信及计算机联网或作为移动通信的转接站架设在海岸、江河、岛屿或舰船上实现短距离保密通信蓝绿光通信：利用450－570nm的激光束在深海里进行通信超长波通信，它穿透海水的能力只有几十米，并且不能保密，传输速率极低（每分钟仅一位），还要有数百米长的发射天线，难以满足长距离，大容量的实时保密通信。1981年5月，美国在圣地亚哥海域上空，采用530nm的激光束从一架飞行在13000米高度的飞机与巡航在300米深度的核潜艇成功的实现无线光通信。通过星载激光系统、机载激光系统、陆基反射镜系统还可以实现潜艇与卫星、潜艇与飞机、潜艇与地面指挥所的实时保密通信。美国当前正在研制的深潜航母就计划采用先进的蓝绿光通信与中微子通信相结合的通信方式。波长459nm的蓝绿光在大气中的透过率是65%，在2000米深度的海水中，其透光程度平均可达90％－95％。在卫星通信中的应用卫星微波通信的缺点：微波的数据传输速率很难突破50Mbps。微波的发射天线往往很长，并且微波设备也比较笨重。微波的频段越发的拥挤，容易造成同频干扰。使用无线的激光通信：带宽大，没有大气的影响。1995年，美国和日本两颗相距3.9公里的卫星实现了8分钟的无线激光互联，成功解决了卫星与卫星之间的无线光通信。光通信的发展将为中国地质大学信息学科的建设提供无限带宽