FSO:頗具潛力的低價寬帶接入方式

2019-11-03 09:09:30

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供稿：網友

王集　　隨著通信網建設的飽和，局域網以及千兆以太網開始快速增長。將這些高速的局域網和千兆以太網連接到營運商的通信網絡，必須依靠容量巨大的接入網絡。更高速度的寬帶接入方式，當前主要限于光纖、寬帶無線接入LMDS、以及DSL等。如何提供快速、低價的寬帶接入，成為迫切需要解決的問題。

　　光的無線寬帶傳輸是新近發展的接入方式，它利用光束信號通過大氣空間，而不是通過光纖傳送信號。其傳送終端在原理上與光纖傳送終端十分相似，但由于用在接入系統，因而組成更為簡單。其主要的特點是：無需申請無線頻率，起始投資低，運營費用低，能快速裝設，且可提供與光纖系統相似的傳送帶寬。已商用的這類系統，容量從100Mbps到2.5Gbps 。也有一些試驗采用波分復用，達到160Gbps的速率。盡管受到氣象條件的限制，只能在較短的距離內使用，一般限于2公里以下。但在許多場合之下，作為一種獨特的方式，光無線接入可以起到很好的作用，成為當前已有幾種寬帶接入方式很好的補充手段。

系統特色

　　一個光的無線傳輸系統，所用的基本技術也就是光電的轉換。在點對點傳輸的情況下，每一端都設有光發射機和光接收機，具有全雙工〔雙向〕的通信能力。光發射機的光源受到電信號的調制，并通過作為天線的光學望遠鏡，將光信號經過空間送到接收端的望遠鏡。高靈敏度的光接收機，將望遠鏡收到的光信號再轉換成電信號。由于大氣空間對不同光波長信號的透過率有較大的差別，可以選用透過率較好的波段窗口。光的無線系統通常使用0.85微米或1.5微米紅外波段。但是，發送端和接收端之間，必須是互相視線可見的，兩終端之間不能有阻擋。

　　這種寬帶接入系統最大的特點是其價格優勢，其中包括：

　　設備的價格，尤其是對每一用戶傳送單位帶寬的價格低。初始投資，指最初接入少數幾個用戶時的起始投資低。

　　網絡運營公司都希望得到理想的寬帶接入系統。首先要能夠迅速提供業務，以便及時收回投資。這就要求系統能快速安裝和開通使用。其次，需要有充足的帶寬容量，為用戶提供更多的業務。另外，系統應容易擴展，不僅總容量，而且用戶的數目，也要便于增加。優良的接入方式還應能跨越一定的距離，并能達到較好的可用性。事實上，已有的接入方式都具有一些特點，在某一定的實際條件下發揮其作用。但很難找到一種能滿足上述所有的要求。

　　光纖接入系統可傳送巨大的容量，但其投資偏大，需要敷設管道，涉及到諸多的申報審批手續，因此開通需要等候很長的時間。在某些情況下，甚至是不可能裝設的。近年出現的無源光網絡〔PON〕，是很有吸引力的方式，其平均到每戶的價格可大為下降。但光纖的容量也為多戶分享，每戶的實際帶寬也就不能太大了。而且裝設的時間與一般光纖傳送沒有太大的改善。

　　固定的微波無線接入，如LMDS，傳送的總帶寬仍受限制，常在622Mbps以下，并為多用戶分用。此外，必須進行頻率執照的申請。這種方式的另一個問題是容易受到大雨引起的衰落影響，相對而言每戶承擔的價格也較高。

　　由此可見，接入方式的選擇，要根據工程的實際情況，特別是按照具體的要求，選出最佳的方式。

　　光無線的方式可以在一定程度彌補上述兩種方式的不足。它的容量與光纖相近，但價格卻低得多。它可以直接架設在屋頂，由空中傳送。既不需申請頻率執照，也沒有敷設管道挖掘馬路的問題。使用點對點的系統，在確定發收兩點之間視線不受阻擋的通道之后，一般可在數小時之內安裝完畢，投入運行。在考慮到當地氣象的條件以后，光無線系統一般可得到99.9%的可用性。如果采用其他系統構成主備用，甚至可達到99.999%電信級的可用性要求。另外光無線系統與網絡的連接，還可以有如下的特點：

　　對運行的協議透明。現在通信網絡常用的SDH、ATM、ip等都能通過。

系統價格

　　光無線接入傳送每兆畢特，每月的價格最低，可以低到4美元。這一數值，只及與之最接近的微波無線接入的一半。對光無線接入技術，價格的競爭性主要來自其傳送的大容量和設備的低價。加上其附加投資不多，比如同一般的微波無線接入相比，可省去頻率申請使用的開銷，甚至可節省規劃的費用，安裝又便利。實際上，已投入運用的光無線系統，容量已達622Mbps 。

癥結所在

　　對大氣傳輸的光無線系統，業界傳統的觀念，是認為其不夠穩定，受外在條件影響難以保證可用性。另外，對人身安全性及傳送的保密性，也存在疑慮。實際上，經過多年的探索，問題逐漸明朗，而且也找到了辦法。

　　首先，最大的問題是大氣介質對光信號的衰減。多年的研究對這一影響已經比較清楚。波長為0.8和1.55微米的光信號，主要的衰減來自霧。霧對紅外光的作用，類似于雨引起微波的衰落。由于霧中水氣微粒對光線的散射作用，使得傳送的光線逐漸變弱。霧的濃度變化，對光線衰減的數值有很大的關系。輕霧只有每公里50分貝的損耗，濃霧時可高達每公里300分貝。

　　對于這種大氣現象處理的方式，與微波通信中對待雨衰相似。要在系統傳輸的計算中，為光信號的衰減，留有足夠的系統功率余度。以便在出現濃霧最大衰減的情況下，仍能接收到所需的光信號功率。重要的是要獲得所在地長期的氣象統計資料，能夠知道不同等級〔能見度〕的霧，即不同衰減的大氣介質出現的統計規律。如果了解到衰減值大于某一指標出現的概率，就能確定光無線系統為了保證可用性的指標，需要容納多大的大氣損耗。

　　顯而易見，在經常出現濃霧的地區，同樣的光無線系統，可能傳送的距離，要比無霧或少霧的地區，短得多。所以，系統的設計，一定要考慮地區的氣象條件，以保證良好的性能。

　　實用的光無線系統還需要保證收發兩點之間，光信號良好的準直穩定。使發送的光信號在接收端，光瓣能夠覆蓋接收望遠鏡，不會因為大氣折射率的起伏而漂離目標。克服這缺陷的常用方式，是有意使發射光束展寬。還有一些產品，采用動態調節的跟蹤技術，不僅能應付由大氣引起的漂移，還可以在端機所在的建筑物輕微擺動時，保持信號的穩定。

　　此外，激光信號對人體安全的威脅，也一直受到關注。其中，主要是操作人員或偶爾受到光信號照射的其他人員，是否會受到傷害。但由于這類系統采用的，是毫瓦量級的小功率光源。其主要的危險，是激光對肉眼造成的。國際電工委員會

　　IEC有相關的分類推薦建議，針對激光對肉眼的安全，規定了一種定為1M類的激光光源指標。這類光源，即使肉眼直接觀察，也可保證安全。多數國家都參照這建議的指標，確立本國標準。廠商的產品，只要符合標準的要求，是不會構成損傷的。

結語

　　光無線接入作為一種寬帶的技術，主要的特點是能以較靈活的無線方式，在短距離內，以比現有系統低得多的投資，獲得光纖傳送的容量。由于無需向主管部門申請頻率和許可證，在不便于光纜裝設的環境或臨時事件需要，可作為一種新的選擇。在氣候條件較好的城市的高層建筑之間、校園內、軍事上也有使用價值。今后，隨著寬帶網絡的進一步發展，流媒體視頻等要求更高帶寬應用的普及，對接入網絡的容量和覆蓋范圍的要求更為嚴格。作為光纖的一種補充方式，光無線接入是可能占有更重要的地位的。

摘自《通信產業報》