无线光通信技术与应用分析.doc

安亚青 ,李文田 (华北电力大学 电子与通信工程系 ,河北 保定 071003 ) 摘要 :随着高速大容量光通信系统的不断演进 ,接入网的“瓶颈效应 ”这一问题越来越突出 ,无线光通信 即是实现光接入网的一种新兴技术 。文章详细阐述了无线光通信的基本工作原理和系统组成 ,并着重 讨论了系统实现的关键技术和相关解决方案 ,接着对无线光通信的优点 、缺点 、应用和应用动向做了一 个简单的介绍 。该技术具有广阔的应用前景 。 关键词 :无线光通信 ;光接入网 ;应用 中图分类号 : TN913. 7 文献标识码 : B 文章编号 : 1005 - 7641 ( 2005 ) 04 - 0004 - 03 接收部分主要由光学接收天线 、光电监测器和电信号 处理器组成 。将待发送的信息源变换成电信号 ,然后 把这些信号输入光调制器 ,调制到一个由激光器产生 的激光束上 ,并控制这个载波的某个参数 ,使它按电信 号的规 律 变 化 。于 是 , 激 光 载 波 就 运 载 着 这 些 信 息 (已调制激光信号 ) ,经过信息处理以后由发射天线发 射出去 。接收是发射的逆过程 ,接收天线接收到已调 制的激光信号 ,送到光检测器取出电信号 ,然后由信号 变换设备恢复出原始信息 。 0 引言 随着高速大容量光通信系统的不断演进 ,接入网 成为制约全网发展的“瓶颈效应 ”这一问题越发显得 突出 。尽管出现了一系列解决方案 ,诸如双绞线上的 xD SL 系统 、同轴电缆上的 H FC 系统 、宽带无线接入系 统 ,但唯一能从根本上彻底解决这一问题的长远技术 是光接入网 (AON ) 。无线光通信即是实现光接入网 的一种新兴技术 。 系统中的发射天线和接收天线是由透镜构成的 。 1 无线光通信的原理和技术 1. 1 无线光通信原理 无线光通信是利用激光束作为载波 ,不使用光纤 等有线信道的传输介质 ,而在空气中直接来传输光信 息的一种通信方式 ,也就是利用激光束作为信道在空 间直接进行语音 、数据 、图像等信息双向传输的一种技 术 ,又 称 为 自 由 空 间 光 通 信 ( FSO , F ree Sp ace Op tica l Comm un ica tion) 。 FSO 可分 为 大 气 光 通 信 、卫 星 间 光 通信和星地光通信 。 发射透镜 (发射天线 ) 能把截面很小的激光束变成截 面较大的激光束 ,方便接收透镜 (接收天线 )调整方位 并接收信号 。接收透镜接受大面积的激光束 ,并聚成 较小的光斑 ,起到恢复激光束本来面目的作用 。 1. 2 无线光通信的关键技术 无线光通信系统包括发射 、接收和 A TP (捕获 、追 踪和瞄准 ) 3种功能的光学系统 。其中 A TP 伺服控制 系统包括信号模 /数转换和处理 、控制计算机与接口 、 信号数 /模转换与处理 、控制校正网络 、伺服驱动单元 、 无线光通信系统包括发射和接收 所示 。 2 部分 , 如图 1 反馈控制机构和伺服电机组部分 。无线光通信有以下 关键技术 。 ( 1 )光源及高码率调制技术 光源问题一直是困扰自由空间光通信的关键问题 之一 。在无线光通信中 ,背景光的干扰很强 ,所以在通 信过程中需要大功率光源 , 调制 速 率又 要尽 可 能高 。 同时 ,光源的调制需要采用纠错技术 ,尽可能减少误码 和突发误码 。目前 ,光源主要采用 800 nm 和 1 550 nm 波段的光源 。前者研究时间早 ,器件比较成熟 ,此外还 能有效的兼容现有的光纤通信系统 ;采用 1 550 nm 的 优点是光源调制速率高 ,波长稳定 ,可以采用 ED FA 提 升功率 。 在无线光通信系统中多采用强度调制 —直接检测 图 1 无线光通信原理图 发射部分主要由激光器 、调制器和光学天线组成 ; 收稿日期 : 2004 - 05 - 21 ( IM - DD ) 方式 , 系统能够比较简单的实现 。采用的 编码方式多为开关键控 (OO K) 编码和曼彻斯特编码 方式 。在实际应用中 ,采用曼彻斯特编码方式的接收 码率通 常 比 采 用 OO K 要 低 。主 信 号 采 用 幅 度 调 制 益宝贵的无线频谱资源 ,没有同频干扰 ,也不会干扰其 他无线电设备 ,无需像无线电通信 (如微波和 LMD S) 那样申请频率许可证 ; ( 3 )数据传输速率较高 ,信息容量大 ; (4)电磁兼容性好 、抗电磁干扰能力强 、保密性好 ; ( 5 )协议透明 : FSO 以光为传输媒质 ,任何传输协 议均很容易叠加上去 ,对话音 、数据和图像业务可以做 到透明传送 。 A SK /OO K或 D PPM 方式 ,信标光采用 频率为几十到几百 kH z。 (