丁樹(shù)義

(中國(guó)石油天然氣管道通信電力工程總公司，河北 廊坊 065000)

0 引言

無(wú)線光通信是一種寬帶接入技術(shù)，可以說(shuō)，它恰到好處地結(jié)合了光纖和無(wú)線通信2種技術(shù)。更可以說(shuō)，它是現(xiàn)代光纖通信的有力補(bǔ)充。本文在闡述無(wú)線光通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)上，介紹了無(wú)線光通信技術(shù)在2G網(wǎng)絡(luò)、3G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用以及在骨干網(wǎng)中的擴(kuò)展應(yīng)用，并分析了無(wú)線光通信中常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法。相信隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，無(wú)線光通信技術(shù)的發(fā)展前景也會(huì)越來(lái)越廣闊，十分值得推廣應(yīng)用。

1 無(wú)線光通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

與傳統(tǒng)的通信方式相比較，作為現(xiàn)代光通信的擴(kuò)展和輔助的無(wú)線光通信系統(tǒng)具有諸多優(yōu)勢(shì)：

①頻譜資源十分豐富。與微波技術(shù)相比較，無(wú)線光通信技術(shù)不僅有不需要交納頻率占用費(fèi)等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)還有十分豐富的頻譜資源，其設(shè)備采用的也是紅外光傳輸，可以說(shuō)，這是微波通信等其他無(wú)線通信技術(shù)所無(wú)法比擬的。

②光天線尺寸和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以做得非常輕小。使得無(wú)線激光通信系統(tǒng)的重量和體積相對(duì)來(lái)說(shuō)也會(huì)輕小很多。而這十分有利于無(wú)線激光通信在各種航天器和衛(wèi)星上的應(yīng)用。

③架設(shè)靈活便捷。無(wú)線光通信設(shè)備不僅可以完成多種光纖通信無(wú)法完成的通信任務(wù)，比如：可以完成地對(duì)空、空對(duì)水下、空對(duì)空等，還可以直接架設(shè)在屋頂?shù)绕渌胤街苯舆M(jìn)行通信；同時(shí)也無(wú)需埋設(shè)光纖，就可以在極短的時(shí)間內(nèi)把寬帶信道接到任何地方，能大大縮短施工周期，這對(duì)于通信運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一種快速搶占市場(chǎng)的方法。

④經(jīng)濟(jì)效益高。無(wú)線光通信系統(tǒng)無(wú)線激光通信系統(tǒng)無(wú)需設(shè)計(jì)、勘察、工程和線路施工等工作，就可以在光城域網(wǎng)之外提供高寬帶連接，費(fèi)用比較衛(wèi)星站、光纖通信等更為經(jīng)濟(jì)。

由此可見(jiàn)，無(wú)線光通信技術(shù)在航天器和衛(wèi)星、軍事等領(lǐng)域的應(yīng)用前景相當(dāng)廣闊，潛力巨大。

2 無(wú)線光通信的構(gòu)成及應(yīng)用

2.1 無(wú)線光通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成

無(wú)線光通信系統(tǒng)是以大氣作為傳輸媒質(zhì)，只要在收發(fā)2個(gè)端機(jī)之間存在無(wú)遮擋的視距路徑、存在足夠的光發(fā)射功率，就可以直接進(jìn)行通信。通常，一個(gè)完整的無(wú)線光通信系統(tǒng)主要由信道、發(fā)射機(jī)和接收機(jī)這3個(gè)基本部分構(gòu)成，具體儀器包括標(biāo)準(zhǔn)光收發(fā)機(jī)、專用望遠(yuǎn)物鏡、高功率的放大器等，它可以實(shí)現(xiàn)電-光和光-電的轉(zhuǎn)換。無(wú)線光通信可分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、環(huán)形或網(wǎng)格狀通信。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸?shù)那闆r下可實(shí)現(xiàn)全雙工的通信，同時(shí)每一端都設(shè)有光接收機(jī)和光發(fā)射機(jī)。在光接收機(jī)中，望遠(yuǎn)鏡收集接收到光信號(hào)，同時(shí)將它聚焦在光電檢測(cè)器中，再將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。而在光發(fā)射機(jī)中，通過(guò)作為天線的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，其光源會(huì)受到電信號(hào)的調(diào)制，將光信號(hào)通過(guò)大氣信道傳送到接收機(jī)望遠(yuǎn)鏡。

2.2 無(wú)線光通信技術(shù)的應(yīng)用

正是由于無(wú)線光通信技術(shù)具有諸多優(yōu)點(diǎn)，所以能夠在很多領(lǐng)域中發(fā)揮非常重要的作用。

2.2.1 在2G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

當(dāng)前較流行的 2G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的最突出的優(yōu)勢(shì)為提供高容量和廣域的覆蓋。為了解決一些比較嚴(yán)重的問(wèn)題，比如：信道易擁塞、人口稠密、話務(wù)量大等，最常用的手段就是使用微蜂窩技術(shù)。雖然能夠增加頻譜效率和網(wǎng)絡(luò)容量，還能使基站減少覆蓋區(qū)域，但是也存在一定的缺陷，不僅會(huì)大大增加蜂窩間通信鏈路的速率，同時(shí)還會(huì)增加數(shù)量上的需求。目前，全球許多地區(qū)在微蜂窩基站與宏蜂窩基站之間的連接都使用了無(wú)線光通信技術(shù)，因?yàn)檎梅显跓o(wú)線光通信系統(tǒng)的距離標(biāo)準(zhǔn)。在 2G網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用無(wú)線光通信技術(shù)，可以為其提供安全可靠的短程寬帶接入，同時(shí)其波段的使用也無(wú)需許可證、無(wú)干擾，擁有一定的優(yōu)越性。

2.2.2 在3G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

3G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由于與2G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相比較，具有頻率更高等諸多優(yōu)勢(shì)，因此在當(dāng)前的通信市場(chǎng)中被大力建設(shè)發(fā)展?？墒谴笠?guī)?；鹃g通信，通常需要高寬帶的回程傳輸，在人口稠密的城市無(wú)法實(shí)現(xiàn)覆蓋各個(gè)區(qū)域的光纖線路，而無(wú)線光通信可以很好的滿足這一需求。短距離傳輸?shù)臒o(wú)線光通信系統(tǒng)可以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)者最理想的標(biāo)準(zhǔn)，即使是糟糕氣候影響帶來(lái)的衰落也可以克服，寬帶的頻率更可以達(dá)到很高?？梢?jiàn)，無(wú)線光通信技術(shù)將在 3G網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮愈來(lái)愈重要的作用，應(yīng)用前景不容小視。

2.2.3 骨干網(wǎng)的擴(kuò)展應(yīng)用

建設(shè)骨干網(wǎng)中，在接入網(wǎng)部分時(shí)，由于用戶量過(guò)大根本難于推進(jìn)，同時(shí)投入又極高而成了網(wǎng)絡(luò)整體的瓶頸，然而無(wú)線光通信技術(shù)則可作為骨干網(wǎng)的延伸和輔助，成為解決光纖入戶的解決方案?？梢?jiàn)，無(wú)線光通信技術(shù)可在骨干網(wǎng)中擴(kuò)展應(yīng)用。

3 無(wú)線光通信中常見(jiàn)問(wèn)題及解決方法

無(wú)線光通信技術(shù)作為一種視距范圍內(nèi)的自由空間激光傳輸技術(shù)，也存在一些特有的問(wèn)題：大氣媒介的影響、傳輸距離的影響、收發(fā)端對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題等。這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了傳輸?shù)目煽啃?。因此，?yīng)當(dāng)及時(shí)針對(duì)這些問(wèn)題尋找相應(yīng)的解決方法。

3.1 大氣媒介的影響

由于光信號(hào)是裸露在大氣中傳輸，因而勢(shì)必會(huì)受到大氣媒介的影響，甚至由于空氣中塵埃、粒子等的散射還會(huì)導(dǎo)致偏差。在晴好的天氣情況下，每公里光信號(hào)的功率損耗大約為1 dB，所以，無(wú)線光通信系統(tǒng)的最大工作距離就是20 km。在天氣惡劣的條件下，就更容易造成光信號(hào)的衰耗，而且惡劣的天氣狀況下，每公里造成的損耗可達(dá)50～300 dB，使得無(wú)線光通信系統(tǒng)的有效工作距離不到50 m，甚至比局域網(wǎng)傳輸距離還要短。由于接收點(diǎn)固定不動(dòng)，收到的光信號(hào)強(qiáng)度就會(huì)有起伏變化，以致于帶來(lái)強(qiáng)烈的干擾。目前，針對(duì)這一問(wèn)題可以采取縮短傳輸距離、加大功率、備份鏈路以及采用自適應(yīng)光學(xué)聚焦等解決方法，可以大大改善大氣媒介對(duì)接收光強(qiáng)的影響。

3.2 傳輸距離的影響

可以說(shuō)，傳輸?shù)木嚯x在很大程度上直接影響著傳輸?shù)目煽啃?。傳輸距離越大，光束就會(huì)越寬；接收的光信號(hào)質(zhì)量越差，速率也就會(huì)越低。如果要提高傳輸距離和速率，就必須增大激光器的發(fā)射功率以及提高接收機(jī)的靈敏度，以保證可靠的傳輸。

3.3 收發(fā)端對(duì)準(zhǔn)問(wèn)題

無(wú)線光通信技術(shù)是一種可視距寬帶通信技術(shù)，通信設(shè)備安裝在建筑物時(shí)，建筑物會(huì)受風(fēng)力、熱脹冷縮或者輕微地震等原因的影響而不停擺動(dòng)，而這在一定程度上都會(huì)影響激光器的對(duì)準(zhǔn)，從而導(dǎo)致接收機(jī)無(wú)法正常接收信號(hào)。

由此可見(jiàn)，針對(duì)無(wú)線光通信技術(shù)的缺陷，解決系統(tǒng)光鏈路兩端的激光束的對(duì)準(zhǔn)和跟蹤是關(guān)鍵?？梢圆捎脛?dòng)態(tài)跟蹤法、多束法來(lái)解決這一問(wèn)題。采用多束法可以提高接收端的能量密度，擴(kuò)大可接收面積，最關(guān)鍵的是能使無(wú)線光通信在接收處就能夠得到一個(gè)大而相互重疊的激光光斑。目前，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，相關(guān)問(wèn)題也正在逐步得到解決。

4 結(jié)語(yǔ)

無(wú)線光通信是連接寬帶網(wǎng)的一種快捷方法。由于具有一系列優(yōu)勢(shì)，無(wú)線光通信技術(shù)目前正在發(fā)展成為一種熱門新興

[1]AHLSWEDE R, CAI N, LI S Y R, et al. Network Information Flow[J].IEEE Transactions on Information Theory,2000, 46(04):1204-1216.

[2]ZHANG S, LIEW S, LAM P. Physical Layer Network Coding[C]. In Proceedings of MobiCom 2006: 358-365.

[3]潘博，周武旸.一種新型自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作方案[J].通信技術(shù),2010,43(03):102-104.

[4]范斌，王文博，林懿誠(chéng),等.譯碼轉(zhuǎn)發(fā)中繼系統(tǒng)中繼節(jié)點(diǎn)選擇及性能分析[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32(04):99-103.

[5]SONG Lingyang, HONG Guo, JIAO Bingli, et al. Joint Relay Selection and Analog Network Coding Using Differential Modulation in Two-Way Relay Channels[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2010, 59(06): 2932-2939.

[6]AGGELOS Bletsas, HYUNDONG Shin, MOE Z W. Outage-Optimal Cooperative Communications with Regenerative Relays[J]. IEEE Transactions on Information Theory,2006,38(1):632-637.

[7]LANEMAN J N, WORNDL GW. Distributed Space-time Coded Protocols for Exploiting Cooperative Diversity in Wireless Networks[J].IEEE Transactions on Information Theory,2003,49(10):2415-2425.

[8]BLETSAS A, SHIN Hyundong, WIN M Z. Cooperative Communications with Outage-optimal Opportunistic Relaying[J].IEEE Transactions on Wireless Communication,2007,6(09)：3450-3460.

[9]LUO Jianghong, BLUM R S, CIMINI L J.et a1. Decode and Forward Cooperative Diversity with Power Allocation in Wireless Networks[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications,2007,6(03)：793-799.