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江亿
提起无线接入，不少人就会谈到蓝牙、微波这些被炒得很热的技术。不过，还有一种无线技术却鲜为人知，它就是自由空间光通信（FSO）技术。作为一种新的“宽带”选择，在国外它已经开始得到日益广泛的应用。尤其是“9.11”事件后，它受到了更多人的青睐。
在上个世纪末的光纤网络建设热潮中，业者把重点放在骨干网络上，目前，我国许多城市已基本实现光纤到路边（FTTC）、光纤到小区（FTTZ），但是从路边、小区到用户的所谓“最后一公里”却仍然是窄带的，已成为用户享受宽带业务的瓶颈。为解决这个问题，电信、广电和一些网络运营公司都为之付出了努力，分别提出了XDSL、Cable Modem、光纤和微波通讯等解决方案。目前，又一种新型的传输手段逐渐引起人们的关注——它就是自由空间光通信（FSO）技术。
FSO及其发展由来
自由空间光通信系统（FSO：Free Space Optical Communication System），是一种新型无线宽带接入技术。FSO不是用光纤作为传输媒介,而是在空气中用激光或光脉冲在太赫兹（THz）光谱范围内传送分组数据的通信系统。尽管60年代就有人对无线光通信进行过研究，但当时主要用于军事及实验目的。80年代初期欧美、日本、以色列等国家在军事国防、航天领域上已有颇多成功的应用实例。80年代后期开始有厂商投入商品化产品的开发，不过由于传输距离等技术问题无法突破而告终。直到90年代后期，由于光通讯器件制造技术的飞速发展，无线光通讯器件变得便宜而可靠耐用，使FSO设备的造价大大降低。人们才又逐渐开始其商业应用的研究。
在国外，FSO主要被作为“最后一公里”解决方案之一和用于比较特殊的商业服务，如在美国，有几乎90%的办公大楼与电信业务提供商之间没有光纤连接，如果采用光纤连接，每公里成本约10-20万美元，通常需要4-12个月才能连通。相反，如果采用FSO系统，每幢大楼的成本约为2万美元，安装时间也只需要2-3天。
在国内，FSO的应用在2002年以前还没有先例。2001年12月，清华同方研究发展中心致力于“Last Mile”解决方案的探索，成立了“FSO技术跟踪研究小组”，今年8月，完成了1000米点到点通讯样机的检测。目前，该方案可以应用在两办公楼、小区楼与楼之间、穿越河流、公路等场合。
FSO工作原理及技术难点
FSO网络主要有3种拓扑结构：点到点、点到多点（星形）和网状，也可以把它们组合起来使用。FSO技术相对是简单的，相连的二个FSO 单位均由一个激光发射器和一个接收器所组成，以提供全双工能力。FSO一方通过将调制后的激光通过透镜发送，另一方的透镜接收后将信号经由光纤连至一个高敏感接收器加以解调。（见图1）
然而，FSO是一种视距宽带通讯技术，传输距离与信号质量的矛盾非常突出，当传输超过一定距离时（一般为几公里）波束就会变宽以致难以被接收点正确接收。目前，在1km以下才能获得最佳的效果和质量。多种因素影响其达到99.999%(五个9)的稳定性。
传输质量对天气非常敏感是FSO的另一个主要问题 。晴天对FSO传输质量的影响最小，而雨、雪和雾对传输质量的影响则较大。据测试，FSO受天气影响的衰减经验值分别为：晴天，5-15db/km、雨，20-50db/km、雪，50-150db/km、雾，50-300db/km。国外为解决这个难题，一般会采用更高功率的激光器二极管、更先进的光学器件和多光束来解决。
再一个难题是在城市内，由于建筑物的阻隔、晃动将影响两个点之间的激光对准。对FSO来说，为了保证光传输链路的性能，光链路两端的对准（捕获）和保持（跟踪）至关重要。国外FSO公司多采用GPS（全球卫星定位系统）来连续进行监测和调整发射器和接收器的位置，使调校系统费用较为昂贵。
激光的安全问题也会影响其使用。超过一定功率电平的激光有可能对人眼产生影响，人体也可能被激光系统释放的能量伤害。
挑战FSO的“歌德巴猜想”
针对快速光链路两端的对准和保持这个技术难题，清华同方FSO技术研究小组首次创新的将一种光学器件应用在无线光通信产品中，并加以自主专利技术的控制算法和DSP信息处理技术，大大提高了系统的灵敏度。在无需GPS的帮助下，在短短几秒内完成初始链路连接。无论建筑物晃动还是其他外力因素干扰时，都能自动跟踪，保持通讯。在任何干扰下重新对准的时间在几毫秒内。
国外产品为了提高通信距离和对准度，往往加大激光管发射功率、采用多光束同步发射和大孔径光学接收天线。从而使激光管寿命减少、光斑很大，且系统成本增高。同方FSO系统采用了有自主产权的自动跟踪和自动搜索技术， 激光管仅在毫瓦级上工作，用很小的光斑即完成相同距离的通信，使系统成本大大降低。国外同类产品难以克服当太阳光直射时的干扰，同方FSO系统打破了传统的滤波手段，而采用自主专利技术的电路设计方案和软件控制技术，使得系统在太阳光直射时，也能快速精确对准和保持光链路的连接。
环境干扰也是FSO要克服的难题之一 ，目前国外也没有很好的解决方案。人工环境是同方拥有自主技术并坚持发展的主要领域，在同方FSO系统中，就采用了同方的环境控制技术和封装技术，使同方FSO系统不受环境、气候、季节的影响，而能全天候工作。
摘自《中国计算机用户》
