光通信分為有線光通信和無線光通信兩種。其中，有線光通信即光纖通信，已成為廣域網、城域網的主要傳輸方式之一；無線光通信又稱自由空間光通信(FSO，Free Space Optical communication)。近年來，隨著“最后一公里”對高帶寬、低成本接入技術的迫切需求，FSO在視距傳輸、寬帶接入中有了新的發展機遇，同時由于光通信器件制造技術的飛速發展，無線光通信設備的制造成本大幅下降，FSO得到越來越多的應用。雖然目前FSO的使用無需通過政府的頻率許可（目前無線電頻率劃分至300GHz，而光波遠遠超過該頻率），但對于無線電管理部門來說，了解這種全新的通信技術的特征和發展趨勢是大有裨益的。
1 無線光通信系統的構成
無線光通信系統以大氣作為傳輸媒質來進行光信號的傳送。只要在適當距離的收發兩個端機之間存在無遮擋的視距路徑和足夠的光發射功率，即可實現無線光通信。
無線光通信系統的一般原理如圖1所示，由激光源、摻鉺光纖放大器、發射光學系統、接收光學系統和接收機等組成，具體儀器包括專用望遠物鏡、標準光收發機和高功率的Er/Yb光放大器等，其中望遠物鏡和光收發送機組合在一起。其關鍵技術是多徑發射和使用放大器補償光通道損耗。
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，可以實現全雙工通信。系統所用的基本技術是光電轉換。光發射機的光源受到電信號的調制，通過作為天線的發射光學系統，將光信號通過大氣信道傳送到接收機望遠鏡；接收機望遠鏡收集接收到光信號并將它聚焦在光電檢測器中，光電檢測器將光信號轉換成電信 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，FSO系統一般選用透過率較好的波段窗口，最常用的光學波長是近紅外光譜中的850nm；還有一些FSO系統使用1500nm波長頻段，可以支持更大的系統功率。
圖1 無線光通信系統的原理
2 無線光通信系統的優點
當前，雖然無線光通信技術還有待成熟，但它以獨特的方式、顯著的優點，擁有著巨大的市場 潛能。
(1) 頻帶寬，速率高
理論上，無線光通信的傳輸帶寬與光纖通信的傳輸帶寬相同。光纖通信中的光信號在光纖介質中傳輸，而FSO的光信號在空氣介質中傳輸。目前國外無線光通信系統一般使用1550nm波長（頻率約為1.935×105GHz）頻段，傳輸速率可達10Gbit/s(4×2.5Gbit/s)，即可完成12萬個話路，其傳輸距離可達5km。國內無線光通信系統一般使用850nm波長（頻率約為3.529×105G Hz）技術，速率為10Mbit/s～155Mbit/s，傳輸距離可達4km。
(2) 頻譜資源豐富
與微波技術相比，FSO設備多采用紅外光傳輸方式，有非常豐富的頻譜資源，無需向無線電管理部門申請頻率執照和交納頻率占用費，也不會和微波等無線通信系統產生相互干擾。
(3) 適用多種通信協議
無線光通信產品作為一種物理層的傳輸設備，可以用在SDH、ATM、以太網、快速以太網等常見的通信網絡中，并可支持2.5 G bit/s的傳輸速率，適用于傳輸數據、聲音和影像等信息 。
(4)部署鏈路快捷
FSO設備可以直接架設在樓頂，甚至可在水域上部署，能完成地對空、空對空等多種光纖通信無法完成的通信任務，其施工周期較短，可以在數小時內建立起通信鏈路，而建設成本只有地下光纖的五分之一左右。
(5)傳輸保密性好
無線光通信的安全性是非常顯著的。無線光通信具有很好的方向性和非常窄的波束，因此，對其竊聽和人為干擾幾乎是不可能的。
3 無線光通信的應用
無線光通信的主要應用可歸結為如下幾個方面。
(1)在不具備有線接入條件或原帶寬不足時提供高效的接入方案
無線光通信可以不必在城市內破路埋線而快速地在樓宇間實現寬帶數字通信，也可在不便鋪設光纜地區、沒有橋梁的大河兩岸之間實現寬帶數據通信傳輸。在1994年，加里福尼亞的ThermoTrex公司，成功地進行了在相距42km、海拔高度為2133m的兩座山峰之間的傳輸實驗，傳輸數速率為1.2Gbit/s。
(2)有效解決“最后一公里”問題
無線光通信可以解決各種業務接入的“最后一公里”問題，提高用戶接入端的傳輸容量和速度，能夠較好地滿足電信 網、有線電視網和IP網三網合一對帶寬的要求。
(3)力助局域網互聯
FSO提供了臨近局域網之間互連互通的選擇方案，不僅可以解決局域網內用戶接入的高速傳輸問題，還可方便地實現局域網之間的連接，形成更大范圍的城域網和廣域網。
(4)應急備用方案
無線光通信可以作為有線通信線路故障或緊急搶險時的應急備用鏈路，也可作為大型臨時活動的通信解決方案。
(5)快速組建電信 網絡
對于新興的電信網絡運營商來說，無線光通信網絡可以幫助其快速組建本地網，以較少的資金、人力和時間完成城域網建設；對于傳統的電信 網絡運營商來講，無線光通信網絡系統可以作為其光纜傳輸系統的補充，用于不便鋪設光纜的區域。建設周期短、所需費用少，無線光通信網絡系統可以實現先組網再銷售的商業模式。
此外，FSO在衛星間、衛星與地面站間有著重要的應用。如在1995年美國與日本所進行的聯合試驗中，實現了日本菊花-6衛星與美國大氣觀測衛星相距39000km的雙向光通信。這是一種遠距離通信應用，目前仍在研發之中，但衛星間光通信具有容量大、不需進行ITU國際協調等優勢，將成為重要的衛星通信手段之一。
圖2 無線光通信在城域范圍內的各種應用
4 存在的問題
雖然無線光通信網絡系統獨具魅力，擁有大量潛在的應用市場 ，但也存在許多有待完善的地方。目前，其主要問題有：
(1) 收發端對準問題
FSO是一種視距寬帶通信技術，發射機與接收機之間需要嚴格的視距傳輸條件才能實現通信。當通信設備安裝在高樓的頂部時，在風力的作用下設備會發生擺動，這樣便會影響激光器的對準精度。樓宇結構中某些部分的熱脹或輕微地震等因素，有時也會導致發射機和接收機無法對準。
(2)大氣媒介的影響
惡劣的天氣情況，會對FSO的傳播信號產生衰耗作用。空氣中的散射粒子，會使光線在空間、時間和角度上產生不同程度的偏差。大氣中的粒子還可能吸收激光的能量，使信號的功率衰減。衡量FSO信號可靠性指標之一——LINK MARGIN，單位為dB，其意義為FSO設備正常工作所允許的最大功率損耗。一個典型的FSO系統的LINK MARGIN值為20dB，即在天氣晴好的條件下，光信號每公里的功率損耗大約為1dB，也就是說，一般無線光通信系統的最大工作距離是20公里。FSO采用的紅外光在空氣中傳播時易受各種氣候因素的影響，如雨、強烈日光等。在大霧天氣下，信號衰減可達到每公里400dB，這使FSO系統的有效工作距離不到50米，甚至比無線局域網傳輸距離還要短。因此，FSO需要尋求一種最優波長頻率，并在通信鏈路中找出波長與性能的最優組合。
(3)傳輸距離與信號質量的矛盾突出
FSO傳輸距離越大，光束就會越寬，接收端收到的光信號質量越差。目前較遠距離的大氣激光通信的研究還沒有取得突破性進展。
(4)激光的安全問題
激光束的安全性是FSO系統必須考慮的問題。光信號發射功率必須限制在保證人類眼睛安全的功率范圍內，這也限制了FSO的通信距離。
5 總結
無線光通信作為一種快捷的寬帶網實現方式，已經逐步成為現實。本文簡單介紹了無線光通信的基本概念、系統的構成、特點和優勢，以及在通信領域的應用及研究情況，同時也分析了其存在的技術問題。
無線光通信系統將來的研究將集中在增加傳輸容量、延長傳輸距離、自動方向對準、降低設備成本等方面。如果這些問題能得到有效解決，那么FSO將發揮巨大潛能和優勢,成為無線通信領域的一個新亮點。
參考文獻 [1] 陳金鷹，“無線光通信技術應用與討論”，成都理工大學信息 工程學院.
