无线光通信技术篇1
近年来，社会飞速发展的同时，通信技术也得到了突飞猛进的发展。随着社会的日益复杂，人们对通信的传输速率有了更高的要求，无线光通信技术作为通信技术中的一种，对人们的生产与生活有着重要的影响。就目前来看，广域网中大部分信息都是通过光纤进行传输的。无线光通信系统的构成
一、无线光通信系统的构成
无线光通信系统主要就是利用光信号进行信息的传输，如果在收发机之间信号传输路径畅通，并且光发射功率充足，就能实现信息的有效传输。无线光通信系统主要由三部分组成，分别是发射机、信道和接收机。一般只要信号传输是点对点形式，就能够实现全双工通信。而无线光通信系统能够实现信息传输，依靠的就是光电转换。发射机用来发射光源，信道用做传输通道，当经过光学望远镜的光源流经信道之后，被接收机望远镜接收，当光信号收集完成之后，光信号就会聚焦在光电检测器中，此时光信号被转换成了电信号，完成信号的传输。需要注意的是，不同波长的信号，在大气中拥有不同的透过率，此时采用高透过率的波段更加合适。通常情况下，如果无线光通信系统是FSO系统，则使用的波长大约在850nm。另外，有的系统为了获得较大的系统功率，可能会选择1500nm的波长。
二、无线光通信技术的优势
（1）频带宽，速率高。无线光通信的频带相对来说较宽，并且在传输信号时传输速率非常高。光纤通信的频带宽度实际上与无线光通信的频带宽度没有较大区别，只是传输介质不同而已。通过观察无线光通信的电磁波谱图发现，光波的频率既包含了红外光和可见光，还包含了紫外光，这证明无线光通信的频率资源很广。另外，由于这些频率不会受到地域的限制，不需要支付额外费用，因此具有一定的经济性。（2）容量大、功耗低。无线光通信系统具有容量大、功耗低的特点，这主要是因为，光波的频率很高，因此可以承载大量的信息。又因为激光具有良好的方向性，即使发射的功率很小，也能够进行信息传输，通信终端的功耗非常低。（3）部署链路快捷。无线光通信系统最常见的就是FSO系统，使用该系统可以实现快速部署链路，因为FSO设备对安装环境没有较大要求，因此可以在多个地方进行部署，可以实现空对地、空对空的信息传输。并且部署无线光通信设备操作相对简单，只需耗用几个小时就可以完成，另外，该系统的经济支出也很少。（4）传输保密好。无线光通信系统具有良好的保密性，这主要与系统使用的光的波长有关，通常选择1550nm波长的光，该波长的光不易被发现，并且该波长的光束很窄，而被调至传输的光信号本身也可以加密，所以信息被盗的可能性很小。
三、无线光通信技术的应用
前几年较流行的2G蜂窝网络的最突出的优势就是提供高容量和广域的覆盖。随着信息时代的到来，使用信息技术的人群越来越多，因此常常出现信道拥堵、话务量大等情况，要解决这个问题，应用最普遍的技术就是微蜂窝技术。随着人们对网络需求的日益增大，使用微蜂窝技术已经不能满足人们的需求了。该技术虽然能够增加频谱效率和网络容量，还能使基站减少覆盖区域，但是也存在一定的缺陷，不仅会大大增加蜂窝间通信链路的速率，同时还会增加数量上的需求。现在很多国家都使用无线光通信技术来连接微蜂窝基站和宏蜂窝基站，不仅为2G网络提供了安全的短程宽带接入，还不会产生干扰，具有很好优越性。（二）在3G网络中的应用3G网络系统由于与2G网络系统相比较，具有频率更高等诸多优势，因此在当前的通信市场中被大力建设发展。但是如果基站通信规模较大，使用低宽带的回程传输是不能满足通信要求的，尤其是居住人口多、商业繁华的城市，要建设全覆盖的光线线路非常困难。无线光通信由于可以进行短距离传输，并且只要传输路径没有遮挡，就可以完成信息传输，因此可以应用到3G网络中。可见，无线光通信技术将在3G网络中发挥愈来愈重要的作用，应用前景不容小视。
四、无线光通信应用中的问题
（1）大气媒介的影响。由于无线光通信系统的传输媒介是大气，因此通信传输的质量受大气影响的程度很大，如果天气过于恶劣，无线光通信的信号会迅速衰减。正常情况下，其信号的传输距离可以达到20公里。但是一旦遇到恶劣的天气，例如暴风雨，无线光通信系统的光信号传输就会受到严重影响，有时传输距离甚至低于50m。（2）传输距离与信号质量的矛盾突出。无线光通信的传输距离和信号质量是成反比的，越长的传输距离，对应的信号质量越差，这与大气激光通信相比还有很大缺陷。（3）激光的安全问题。激光束的安全性是无线光通信系统必须考虑的问题。如果发射光的功率超过了人类眼睛可承受的范围，将会对人类的健康产生威胁，因此，安全问题在一定程度上限制了无线光通信的传输距离。（4）收发端对准问题。无线光通信技术在收发端对准方面还存在一定的不足，如果发收机之间缺乏相应的视距传输条件，就无法实现通信。倘若通信设备处在高度较高，视野宽阔的地方，就会受到大风大雪等天气的影响，极易发生光路偏移。
五、无限光通信技术的应用前景
每一项新技术的出现都是伴随着优缺点，无线光通信技术也不例外，但是由于无线光通信技术的优势更加明显，能够有效解决微波传输不到位的问题，并且很多企业都没有光纤线路，因此无线光通信技术具有广泛的发展前景。
六、结语
综上所述，随着信息时代的到来，人们对通信要求越来越高，无线光通信技术作为一种以大气为传输媒介的技术，有效解决了光纤通信技术的弊端，在很多领域都发挥了重要的作用。虽然其在应用上仍然存在一定的问题，但是就现阶段来看，其优点明显大于缺点，因此，无线光通信技术在未来仍然具有较大的发展空间。
作者:郝建勋 单位:中国石油天然气股份有限公司管道中原输油气分公司
无线光通信技术篇2
自从1960年出现激光以来，由于其良好的单色性、方向性及高亮度性特点，其在多个领域中的应用非常突出，特别是在通信领域。由于其极大地促进了通信领域的发展，因此激光的应用掀开了现代光通信史上崭新的一页，经过多年的创新发展，各项基本技术也有了很大的进步，在当今的信息传递中占有非常重要的地位。
1、无线光通信的概述
光通信主要分为有线光通信和无线光通信两种。有线光通信即光纤通信，是当前广域网、互联网的主要传输介质。
1.1无线光通信的定义
无线光通信又被称为自由空间光通信(FreeSpaceOpticalCommunication，FSOC)，由于激光具有明显优势，一般无线光通信大都以激光为载体，所以一般无线光通信指的是无线激光通信(OWC)，又称自由空间激光通信(FSO)。激光通信指的是利用激光光束作为信息载体来传递信息的一种通信方式，它和传统的电通信一样，也有两种形式，即有线激光通信和无线激光通信。其中有线激光通信主要以光导纤维作为传输媒质进行信息传递的光纤通信，光纤的应用在近二、三十年得到了非常迅速的发展，截至目前，光纤已经成为远距离、高速信息传输的骨干，成为广域网、互联网传输主要传输媒介，传统的电缆通信正在逐渐被光纤所替代［1］。但是就目前的情况来看，光纤的安装难度和费用是光纤使用的主要问题，特别是在恶劣天气或恶劣地质条件下敷设光缆时其工程施工难度更大，建设周期更长，费用也更高。无线激光通信不再使用光纤等传播媒介，直接利用激光在大气或外太空中进行信号传递，可进行语音、数据、电视、多媒体图像的高速双向传送，不仅包括深空、同步轨道、低轨道、中轨道卫星间的光通信，还包括地面站的光通信，是目前国内外研究的热点项目，并且开始投入大量人力和物力来争夺这一领域的技术优势。
1.2无线光通信的发展历程
早在1880年发明了电话的贝尔，在发明了电话之后，便有了利用光来通话的想法，于是他利用太阳光作为光源，用硒晶体作为光的接收器，成功完成了213m的光电话试验。但是由于其稳定性较差，再加上当时无线电技术已经成为当时主流通信技术，因此无线光通信技术的发展受到了严重的制约。后来美国科学家梅曼在1960年发明了红宝石激光器，这种激光器可以作为通信光源，从此激光通信又被提到了研究的日程上。直到20世纪70年代，光纤通信取代大气光通信开始成为人们研究发展的重点，再后来到1998年无线光通信又重新进入了激烈竞争的通信领域，成为非常有竞争力的无线通信工具，无线光通信的系统结构如图1所示，与光纤通信系统的结构基本一致，主要区别在于信道由光纤变成了大气，收发设备上也发生了变化。
1.3无线光通信的优势及劣势
无线光通信与其他无线技术相比无需向无线管委会申请频率执照，其使用的机型也比较小，架设方便，对于解决宽带接入的问题比较方便快捷。其主要的优势体现在以下几个方面:(1)频带宽，速度高。由于无线光通信的传输介质不同于传统的传输介质，以空气为传输介质的特点使得频带比较宽，短距离传输速度比较高;(2)兼容多种通信协议。传统的通信系统中数据的传输对协议的依赖性非常强，无线光通信系统突破了这一限制，比如当前主流的以太网、ATM等都支持无线光通信;(3)搭建方便。无论是在何地，都可以进行空间的架设，并且架设周期短，大大节省了人力方面的成本;(4)安全性能高。无线光通信适合的是非常窄的波束，方向性比较强，在抗干扰或抗窃听方面的比较强［2］。和光纤相比其成本也比较低，大概只有光纤成本的五分之一。其主要劣势表现在以下几个方面:(1)无线光通信对位置的精度要求非常高。因此自然界的风、雨、雷等都可能会对无线光通信发射器或接收器的位置带来偏移的可能性，即使一点微小的位置偏差就会影响光信号的发射和接收;(2)无线光通信对空气的质量也有较高的要求。空气中散射的粒子也会对发射或接收的光信号带来偏差方面的影响;(3)无线光通信主要适用于短距离数据的传输。长距离数据的传输是光纤的优势，但是却是无线光通信的缺点，因此无线光通信的运用范围变得非常窄;(4)安全因素。由于无线光通信一般都采用激光作为光源，所以对人体的安全会带来一定的影响。
2、无线光通信的研究现状
随着无线光通信再次成为无线通信研究的重点，国内外相关研究机构纷纷投入人力、物力和财力，再次重启对无线光通信的深入研究。下面通过对国内外相关学者关于无线光通信文献的查阅，对国内外关于无线光通信的相关文献进行分析和研究。
2.1国内无线光通信的研究现状
通过在知网上对国内无线光通信相关文献的搜索发现，2001—2021近20年间，关于无线光通信方面的文献，从数量上来看共计1339篇，其中发表在学术期刊上的有725篇，学位论文525篇，会议36次，报纸8篇，成果31项，其中2014年发表的无线光通信方面的文章最多，到2021年略有下降。这些无线光通信的文章主要发表在《光通信技术》《红外与激光工程》以及《中国激光》等期刊杂志上，而学位论文则主要以北京邮电大学、西安电子科技大学、电子科技大学以及西安理工大学为主。
2.2国外无线光通信的研究现状
通过在知网上对国外无线光通信相关文献的搜索发现，2001—2021近20年间，关于无线光通信方面的文献，从数量上来看共计1755篇，其中学术期刊1534篇，会议203次，图书16本，相关标准2篇。其中2019年发表的数量最多，2021年略有下降。这些无线光通信方面的文献主要发表在OpticsExpress，JournalofLightwaveTechnology:aJointIEEE/OSAPublication，PhysicaA:StatisticalMechanicsanditsApplications，AppliedOptics等国外的期刊上。
3、无线光通信的应用
3.1无线光通信的应用场景
3.1.1车载可见光通信
越来越多的车辆制造商开始用白光LED装备新车辆。交通管制和市政建设单位也将交通信号灯和路灯用白光LED阵列取代。基于LED可高速调制的特性，车辆之间、车辆与交通信号灯或路灯间可实现通信。像交通信号灯的状态和周边交通路况均可及时发送至驾驶员，及早做好刹车或道路选择准备。同时车载传感器会将车辆的实时信息通过交通信号灯传送至远程信息中心，增强车联网的无线通信功能。类似的概念可用于机场飞机与地面航行控制器、飞机与飞机的无线光通信，以求得高安全性。
3.1.2光学摄像头通信
传统的水下通信依赖于声波技术，但通信速率受限很大。最近半导体光器件的飞速发展为水下高速光通信带来了曙光。不同的海水对不同光波波长的吸收有显著差别，海水组分对光的散射也很强。侧重于对浅水至深水无线光通信系统构架和技术作深入研究，用于海洋生物种群和海底石油勘探传感系统。
3.1.3室内可见光定位
在大型复杂场所、建筑物内、大楼内，LED灯将遍布各地。白光LED光源可像GPS系统中的诸多卫星一样作为提供定位信息的泛在位置传感器［3］。在大型购物场所，每个LED灯具有一个电标识码来代表它的位置，货架及商品的摆放位置可预先由商家录入图库。LED灯会连续广播它们的位置信息和商业广告信息。当手持终端一旦进入服务区后，它可与LED灯实时通信以获得这些信息。购物者通过键入商品类别或名称快速搜索商品位置，并借助一系列LED灯的导向来快速找到商品。
3.1.4室内可见光通信
LED照明系统一个重要的附加应用就是室内移动终端(如手机、笔记本电脑等)嵌入的高速无线光接入和联网。由于微波信号穿透建筑物时深度衰减，在许多场所由远方基站发射的信号其到达强度达不到通信性能的要求，致使话音断续或数据链中断。同时电磁波间相互干扰以及有限的频谱资源导致系统容量的瓶颈［4］。无线光网具有上网速度快、链路性能高、大容量等优点，已成为无线电系统的补充或替代，预期单链路可实现近于1Gbps的通信速度，同一空间区域如有若干个终端同时介入，整个网络可望达到几十Gbps的容量，并可融合现有有线网络和无线网络。
3.2无线光通信应用面临的挑战
3.2.1速度问题
尽管无线光通信的设备和组件虽然光谱比整个射频光谱大3个数量级，但目前存在一些基本的限制，特别是在使用LED作为发射器时，使我们无法充分利用这一巨大的无线传输资源。为了克服这一限制，可以使用具有相似带宽但发射光谱不同的多个设备，这被称为波分复用(WDM)。从一些关于无线光通信的文献了解到，采用这种波分利用技术，尽管发射光谱部分会重叠，但4个标准LED的聚合数据速率仍然可以达到15.7Gbps。
3.2.2带宽问题
从上述要发射光谱为0.45nm的红光光源需要超过350GHz的设备带宽来看，显然当前的LED实现不了如此窄的带宽发射光谱，而且用当前无线通信技术要想实现350GHz的发射设备带宽也很难做到。这种设备的局限性目前也正是当下一个非常活跃的研究领域。与点对点通信(如FSO)不同，无线网络系统必须在室内环境中为潜在的大量终端用户提供同步无线连接［5］。因此，还有一个额外的挑战(除了设备带宽)，这与链路和接收机灵敏度有关，这一方面是由于探测器尺寸小，另一方面是由于光功率分布广泛。
3.2.3精度要求问题
无线光信号的波粒特性所引起的收发取向性和传输信道的脆弱性对光信号的可靠传输与有效检测提出了严峻的挑战。首先，新型发散光源有别于传统的点对点红外激光通信，降低了收发对准要求，使得系统更容易快速铺设，但高性能的光学天线更具挑战性。其次，光信号易受遮挡干扰和空间流体介质的影响，需有效补偿信道的脆弱性从而保证通信的可靠链接。最后，通过设计调制编码、系统均衡、弱信号最优检测技术，揭示通信系统传输速率、距离、误码率、功率等多种因素的错综复杂的交织机理及系统所达到的通信性能极限。
4、结语
综上所述，无线光通信技术的研究所面临的挑战本质上是多学科的，不仅涉及设备物理、通信系统建模、信号处理、通信理论和算法，还涉及计算机科学等相关领域。因此关于无线光通信的研究之路还很长，还需要从多方面入手，认真学习相关的专业知识，争取能够进行更深层次的研究和应用。
作者:严婧 单位:新乡职业技术学院
无线光通信技术篇3
光通信可以区分为无线光通信与有线光通信两类，其中的有线光通信也就是常说的光纤通信，目前已经成为广域网与城域网中最为主要的传输方式，而无线光通信也就是FSO。随着我国不断推行最后一公里，其对通信的高宽带以及低成本有着很大的要求，FSO所具有的宽频带、组网便捷、低成本等优势，从而对最后一公里计划中存在的问题加以有效地解决。无线光通信对于通信领域而言，其发展前景极为广阔，应逐渐加强对无线光通信的重视程度。
1、无线光通信概述
1.1系统组成与基本原理
无线光通信中的光信号传输通常是利用大气实现的，满足收发端不存在视距遮挡和较强的光反射功率便可以实现无线光通信[1]。对FSO系统来说，其主要由光学天线、光路、光发射端机以及光接收端机等构成，在实现点对点间的信息传输时，每个区段内均安装有光发射机以及光接收机，从而可以实现双工通信。系统所采用的基本技术便是光电转换，电信号能够使光发射机出现不同程度的调制，将光学望远镜作为接收端的天线，利用发射光学系统进行大气信道形式的信息传输，便能够在接收端进行光信号的接受，光学望远镜将接受的光信号不断的聚焦于光电检测器上，最终光电检测器使光信号再次装换为电信号。因大气对于波长不同的光信号有着很大差别的透过率，因此能够选取透过率相对很好的波段窗口。就目前以无线光通信为前提的通信系统，其主要的光学波长为850nm处的近红外波，也有采用1500nm波长处的光波，从而能够实现更大的系统发射功率[2]。
1.2技术特点
①成本低廉，利用大气作为信息的传输媒介，可以省去大量的光纤铺设以及运行维护资金投入。②不再需要国家对频谱使用许可的允许，而且频谱资源非常的丰富。③组网非常的方便与灵活，能够实现地对空与空对空等各类通信任务，而且施工周期相对较短。④数据传输速率非常快速，信息容纳量也非常可观。⑤抗干扰能力较为强大，能够有效地防止信息丢失。⑥波束将会伴随传输距离的逐渐增加而不断地变宽，一旦超过某一距离后便无法进行信息的准确接受。⑦天气与环境等因素对系统有着很大的影响。
2、无线光通信的应用
无线光通信可以将其应用方向归纳为如下几个主要的方面：①对于不具有接入有线光纤网络以及原有宽带容量不足时能够作为高效稳定的接入方式，无线光通信能够在不破坏城市中原有路面，从而便捷的使楼宇间成功进行宽带通信，也能够在铺设光缆存在困难的区域以及不存在桥梁等设施的河岸两侧实现数据传输。②实现最后一公里的有效地接入，无线光通信能够对实现最后一公里中存在的实时困难加以有效地解决，提升用户接入端具有的信息传输速率以及容量，可以很好地符合IP网、电信网以及有线电视网在进行三网融合时的带宽需求。③使企业内部网有效地互联，无线光通信拥有着相邻局域网实现良好信息互通的备选方案，不但能够使局域网中的高速传输存在的问题得以解决，而且能够使局域网互联变的更为方便，从而建设成更加广泛的广域网以及城域网[3]。④可以实现业务的开通，无线光通信网灵活方便、建设快速以及操作简单，能够在实现在应急情况下对业务进行快速开通，而且也可以将其建设成临时活动的一种通信方案。
3、结语
随着无线光通信的研发对无线通信频率有着很大的扩展作用，而且其具有隐蔽性强、成本低廉以及安全系数高等优势，使其在通信领域得到了普遍的应用，虽然在应用中有着一定的技术缺陷，对无线光通信当前的发展有所制约，但是随着科技的不断进步，未来无线光通信必然成为主要的通信方式，创造出更多的效益。我国目前尚未完全覆盖光纤线路，但是对于通信速率有着越来越高的需求，发展无线光通信将是一种非常有效地措施，对我国的通信领域发展有着很好的作用。
参考文献
[1]欧阳劲松，黄徐.无线光通信技术在机动式系统中应用[J].指挥信息系统与技术，2013，01（01）：52~56.
[2]许昉.无线光通信技术在民用飞机客舱系统领域的应用[J].科技信息，2013，10（20）：393~395.
[3]吴上才.无线光通信系统的发展及其应用初探[J].信息通信，2014，04（04）：263~264.
作者:王执旺 单位:海南热带海洋学院电子通信工程学院
