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自由空间光学通讯简介_自由空间光学通讯个人资料_自由空间光学通讯微博

2018-10-09 01:09:07 科学百科 阅读 46 次

简介/自由空间光学通讯 编辑

红外激光通讯即自由空间光学通信(FSO),是指采用激光器生成的光束,通过空气从一台设备到另一台设备发送宽带数据、语音和视频。这一技术可以视为与通过光纤电缆实现的光通信有线传输同等的光通信无线传输技术。这种通讯能有效的解决通讯量和信息安全的问题。其应用范围已从军用和航天逐渐迈入民用领域,其技术本身也在不断完善中。

基本原理/自由空间光学通讯 编辑

自由空间光学通讯
美军正在研发的自由空间光学通讯

自由空间光学通信系统是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率,通信就可以进行。 

自由空间光学通讯系统所用的基本技术是光电转换。在点对点传输的情况下,每一端都设有光发射机和光接收机,可以实现全双工的通信。光发射机的光源受到电信号的调制,并通过作为天线的光学望远镜,将光信号经过大气信道传送到接收端的望远镜。高灵敏度的光接收机,将望远镜收到的光信号再转换成电信号。

由于大气空间对不同光波长信号的透过率有较大的差别,可以选用透过率较好的波段窗口。光的无线系统通常使用850nm或1550nm的工作波长。同时考虑到1500nm的光波对于雾有更强的穿透能力,而且人眼更安全,所以1550nm波长的FSO系统具有更广阔的使用前景。

特点/自由空间光学通讯 编辑


速率高

自由空间光学通讯
激光通讯

自由空间光通信与微波技术相比,它具有调制速率高、频带宽、不占用频谱资源等特点。


灵活度高

与有线和光纤通信相比,它具有机动灵活、对市政建设影响较小、运行成本低、易于推广等优点。它可以直接架设在屋顶,由空中传送。既不需申请频率执照,也没有敷设管道挖掘马路的问题。使用点对点的系统,在确定发收两点之间视线不受阻挡的通道之后,一般可在数小时之内安装完毕,投入运行。在考虑到当地气象的条件以后,光无线系统一般可得到99.9%的可用性。如果采用其他系统构成主备用,甚至可达到99.999%电信级的可用性要求。 


价格低廉

自由空间光学通讯可以在一定程度弥补光纤和微波的不足。它的容量与光纤相近,但价格却低得多。


运行便利

自由空间光学通讯对运行的协议透明,通信网络常用的SDH、ATM、ip等都能通过。


升级便利

自由空间光学通讯可组成点对点、星形、和网格形结构的网络,易于扩容升级,只需稍作接口的变动就能改变容量。

应用范围/自由空间光学通讯 编辑

1、可以作为光纤通信和微波通信冗余链路的备份;

2、可以应用于移动通信基站间的互连,无线基站数据回传;

3、应用于城域网的建设以及最后一公里接入;

4、在技术上或经济上不宜敷设光缆的地区,在不宜采用或限制使用无线电通信的地方;

5、在军事设施或其他要害部门需要严格保密的场合;

6、在企业内部网互连和数据传输。

存在问题/自由空间光学通讯 编辑


距离因素

自由空间光学通讯
激光通讯

FSO是一种视距宽带通信技术,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波束就会变宽导致难以被接收点正确接收。在1km以下才能获得最佳的效果和质量,最远只能达到4Km。多种因素影响其达不到99.999%的稳定性。 


气象因素

FSO系统性能对天气非常敏感是另一个主要问题。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。 


建筑因素

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。 


激光安全因素

激光的安全问题也会影响其使用,超过一定功率的激光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。所以产品要符合眼睛安全标准。

研究现状/自由空间光学通讯 编辑

国外

在自由空间光通信(FSO)领域,国外已经开始了将近10年的研究,国外几个大的FSO厂家,包括LightPointe公司,AirFiber 公司,Canon 公司,Terabeam 公司。LightPointe收到Corning和思科系统公司的投资款3千多万美元,而AirFiber则获得大概来自北电网络的5千万美元,朗讯科技则投资了4亿5千万美元的巨款在Terabeam身上。


Lucent公司:1998年3月开始开发,1999年3月发布WaveStar OpticAir system 产品。单波长,传输速率2.5 Gb/s, 四波长10 Gb/s, 距离5Km,1999年12月,Global Crossing Ltd.现场使用。


LightPointe公司:将自由空间光学技术用于创造、设计和制造电信公司等级的光传输设备,向电信服务商提供比传统光缆传输速度更快、成本更低的高速通讯解决方案。


AirFiber公司:位于美国加洲San Diego,1998年5月成立,主要服务于大城市大楼宽带接入。


Canon公司:是世界著名生产光学仪器的公司,主要产品有:Canobeam DT-50,速率从25Mb/s到622Mb/s。产品特点是具有自动跟踪系统,不因建筑物的摆动和震动而使传输中断。

中国

国内FSO还在起步阶段,有几家研究所与公司由于跟踪这项技术比较早,所以现在在实验室作出了自己的样机,但是还没有一家公司规模性的来生产FSO设备。几家样机比较成熟的单位有:桂林三十四所,清华同方有限公司,中科院成都光电技术研究所,深圳飞通有限公司,上海光机所等。 


桂林三十四所:主要进行军品的研究,在1997年4月曾派员到俄罗斯,就激光大气通信技术及应用情况进行了实地考察。它的样机在2001年2月由主管部门进行设计定型,已经有部分投入试用。它的产品的主要性能参数有:传输速率:8Mb/s,34Mb/s,155Mb/s;工作波长:850nm;通信距离:1~4Km;光发射功率:小于40mW。 


中科院成都光电技术研究所:引进国外公司先进的激光器及其附属电路,利用自己在光学器件上的优势,开发出了工作波长为850nm,可以传输1公里、4公里两种距离的两款产品。产品主要性能参数是,速率:10Mb/s;工作波长:850nm;通信距离:1~4Km;光发射功率:3~30mW。 


上海光机:承担的“无线激光通信系统”项目在2003年1月13日通过了验收。该系统具有双向高速传输和自动跟踪功能。其传输速率可以达到622Mb/s,通信距离可以达到2Km,自动跟踪系统的跟踪精度为0.1mrad,响应时间为0.2s,已申请一项专利。 


深圳飞通有限公司:利用自身强大的光电器件的优势,开发出了光收发模块加上EDFA系统方式的样机,其速率有155Mb/s,622Mb/s,以及1.25Gb/s几种,通信距离最远可达4KM。

应用范例/自由空间光学通讯 编辑

中国

在中国,2003年3月17日上海铁通宣布已经采购至少50套无线光通信设备厂商Terabeam的FSO系统。上海铁通最初的系统安装将从陆家嘴金融区开始,FSO系统将服务陆家嘴的企业网以及为吉通,网通,联通等提供网络租借服务。Terabeam的设备已经在上海和重庆作为跨江的通信设备投入应用。 

美国

2010年,AOptix公司为空军验证了一种采用适应性光学仪器的系统,这种方式借鉴了望远镜的设计,用以确保激光束传输和接收质量。1.5微米波长的激光束能够高效传输,但潮湿的空气和浓雾会降低信号的传输范围。AOptix公司将他们的系统与无线电频率发射机结合在一起,作为备用系统。

2012年,美国俄亥俄州莱特-帕特森空军基地的空军研究实验室与阿肯色州费耶特维尔的空间光子学(Space Photonics)公司合作,研发一种名为“自由空间光学通讯”的红外激光系统。这种激光通讯携带的信息量超过Wi-Fi等其他无线信号并且安全性更高。

红外激光通讯之所以具有较高的安全性要归功于这种激光的特性。红外激光束很窄,敌方无法窃听,除非他们正处在传输线路上,这与无线电波形成鲜明对比。

发展趋势/自由空间光学通讯 编辑


大气信道的研究 

主要研究大气信道的空间损耗,不同气象条件下的传输衰减,大气闪烁,空气散射,背景噪声等。其主要目的是准确掌握某地的气候等通信条件,同时找到气象条件影响通信质量的规律,为通信的实现提供参考数据。 


传输可靠性的研究 

这个方面的研究工作主要是在某地区一定通信条件下,采取必要的发射接收技术来正确进行数据的传输。


传输速率的提高 

FSO相对于其他接入设备最大的优势之一就是带宽。FSO产品的速率从2M开始,形成多个系列,比较典型的有10Mb/s,100Mb/s,155Mb/s,622 Mb/s。有的公司采用波分复用(WDM)技术,速率可以达到2.5Gb/s,10Gb/s。 


设备网络拓扑的研究 

FSO网可以有三种拓扑,即点到点、点到多点(星型)和网状网,也可以把他们组合起来使用。已使用的系统多采用点到点结构,网状结构的优点是可以把业务集中到一点再接入核心网,效率较高、比较经济。但缺点是能提供的带宽较少,可靠性差。网状结构的优点是通过多个网络节点可以提供几乎实时的迂回选路,使服务得到保护。