雷遠(yuǎn)揚(yáng)

（中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，重慶 400050）

0 引 言

無(wú)線光通信設(shè)備的體積不大，重量輕，具有較高的可靠性，機(jī)動(dòng)性能良好，可有效抵抗惡劣環(huán)境與電磁干擾，安全性高且保密性好，可滿足多種使用要求。此外，無(wú)線光通信具備綠色環(huán)保的特征，沒(méi)有電磁輻射，而且實(shí)際安裝相對(duì)便利，不需要光纜鋪設(shè)，因而成本不高。在未來(lái)通信容量不斷擴(kuò)大的背景下，通信環(huán)境更加復(fù)雜，無(wú)線光通信的應(yīng)用領(lǐng)域也將更加廣泛。因此，深入研究并分析無(wú)線光通信傳輸和接入的相關(guān)內(nèi)容十分有必要。

1 無(wú)線光通信概述

1.1 基本原理

無(wú)線光通信即自由空間通信，其光信號(hào)的傳輸媒介是大氣。無(wú)線光通信系統(tǒng)由接收機(jī)、發(fā)射機(jī)以及信道組成，系統(tǒng)各端均設(shè)置了光接收機(jī)與光發(fā)射機(jī)，因而可在兩點(diǎn)對(duì)接傳輸?shù)幕A(chǔ)上完成全雙工通信。

無(wú)線光通信的過(guò)程集中體現(xiàn)在接收光信號(hào)、傳輸光信號(hào)以及發(fā)射光信號(hào)3個(gè)方面。在運(yùn)轉(zhuǎn)方面應(yīng)合理配備光學(xué)望遠(yuǎn)鏡以及可以放大相關(guān)功率的傳輸裝置與接收裝置。無(wú)線光通信系統(tǒng)采用光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，開(kāi)展電信號(hào)調(diào)制光發(fā)射機(jī)光源，并借助光學(xué)望遠(yuǎn)鏡完成光信號(hào)傳輸?shù)哪康腫1]。接收望遠(yuǎn)鏡可接收途徑大氣信道的光信號(hào)，并將其放置在光電檢測(cè)器中實(shí)施聚焦處理，將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。為有效接入無(wú)線光信號(hào)，應(yīng)利用調(diào)制解調(diào)器解讀數(shù)據(jù)信息。為提升透光率不同的光波長(zhǎng)信號(hào)，需要有意識(shí)選擇性能理想的波段窗口，確保提高此體系功率。此外，無(wú)線光通信系統(tǒng)含括了多項(xiàng)輔助功能系統(tǒng)，所以光通信更加穩(wěn)定與安全，進(jìn)一步優(yōu)化了光信號(hào)的傳播質(zhì)量。通過(guò)運(yùn)用輔助系統(tǒng)即可捕捉、跟蹤以及定位信號(hào)傳輸路徑。

1.2 基本構(gòu)成

無(wú)線光通信系統(tǒng)有效融合了無(wú)線通信技術(shù)與光纖通信技術(shù)，并在寬帶中得到了廣泛應(yīng)用。近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)發(fā)展的速度明顯加快，無(wú)線光通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也愈加廣泛，不僅可應(yīng)用于2G與3G，同樣普遍應(yīng)用于地面無(wú)線通信和星際空間光通信領(lǐng)域。電信號(hào)形成后，發(fā)射器產(chǎn)生光源，接收器借助發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，在大氣信道傳輸?shù)淖饔孟陆邮展庑盘?hào)[2]。光信號(hào)收集完成后，即可成為焦點(diǎn)與光電探測(cè)器，然后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。若信號(hào)的寬波長(zhǎng)不同，那么其透過(guò)大氣的空間也存在明顯差異。為此，應(yīng)注重傳送帶的合理選擇。其中，近紅外波段的使用最為廣泛，同樣可以運(yùn)用1 500 nm波段，為大功率系統(tǒng)的運(yùn)用提供了幫助。無(wú)線光通信能夠彌補(bǔ)微波與光纖的不足，其容量和光纖類(lèi)似，但價(jià)格較低。距離相同時(shí)，其成本僅為地下埋設(shè)光纜的1/5。此外，可于屋頂直接進(jìn)行架設(shè)，通過(guò)空氣傳送，無(wú)需申請(qǐng)頻率許可證。

1.3 基本特征

當(dāng)前無(wú)線光通信的最高速度是2.5 Gb/s，傳輸?shù)淖钸h(yuǎn)距離是4 km。頻譜資源更豐富，無(wú)線光通信設(shè)備可借助紅外光完成信息的交互，無(wú)需申請(qǐng)頻率許可證，也無(wú)需支付頻率占用費(fèi)用[3]?？稍谌我煌ㄐ艆f(xié)議中使用，靈活運(yùn)用于以太網(wǎng)、SDH、快速以太網(wǎng)以及ATM中，且傳輸速率可達(dá)到2.5 Gb/s?？梢詡鬏敳煌N類(lèi)的信息，以視頻、數(shù)據(jù)以及聲音等為主。此外，安裝靈活且方便，無(wú)線光通信能夠在屋頂直接豎立安裝，并能夠在海洋、湖泊以及河流等環(huán)境中實(shí)現(xiàn)交流。通過(guò)運(yùn)用無(wú)線光通信，能夠解決光纖通信難以完成的通信任務(wù)。但在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中仍存在一系列問(wèn)題，對(duì)無(wú)線光通信技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了不利影響。

遠(yuǎn)距離傳輸十分關(guān)鍵，對(duì)此領(lǐng)域的關(guān)注度從未減少，當(dāng)前單波速率為100 Gb/s，未來(lái)將致力于研究400 Gb/s的單波速率[4]。遠(yuǎn)距離傳輸在洲際與國(guó)際領(lǐng)域的應(yīng)用較為明顯，且可在省際之間完成傳輸任務(wù)，但城域網(wǎng)光傳輸量更大，其中含括了核心路由器與城域交換機(jī)。在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)回傳PTN中得到應(yīng)用，集中體現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和3G/4G基站光模塊等方面，比100 km小光模塊的需求量更大，且單價(jià)更便宜。通常情況下，在距離增加的情況下，相同速率下的光模塊需求量會(huì)隨之減少。此外，針對(duì)小于100 km范圍，長(zhǎng)距離同樣是重點(diǎn)，為此要系統(tǒng)考慮成本與產(chǎn)品功能平衡。若距離較短可滿足要求且成本不高，就可將重點(diǎn)放在此部分短距離方面。

2 無(wú)線光通信應(yīng)用現(xiàn)狀

空氣是光信號(hào)的主要傳輸媒介。在傳播渠道和視距的作用下，可在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間成功傳輸信息。特別是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的操作，實(shí)現(xiàn)了全雙工通信操作的目標(biāo)。

2.1 支持條件

無(wú)線光通信技術(shù)能夠迅速傳輸信號(hào)，便捷性特征明顯，因而應(yīng)用范圍也更廣闊。但在應(yīng)用實(shí)踐中，一定要有特定的支撐條件，確保傳輸速率達(dá)標(biāo)，與人們對(duì)信息傳輸?shù)男枨笪呛?，以獲取用戶(hù)認(rèn)可，增強(qiáng)技術(shù)的應(yīng)用效果。長(zhǎng)期以來(lái)，傳統(tǒng)的通信模式成本極高，特別是復(fù)雜區(qū)域線路鋪設(shè)的難度會(huì)增加，使得模式推廣的難度更大。而無(wú)線技術(shù)的應(yīng)用則無(wú)需鋪設(shè)線路，能夠更好適應(yīng)外界環(huán)境，使得不同類(lèi)型自然環(huán)境的影響程度明顯降低，也規(guī)避了信息傳輸中斷與修復(fù)線路難度增加的問(wèn)題[5]。

2.2 常見(jiàn)問(wèn)題

受大氣環(huán)境影響。惡劣的氣候環(huán)境，會(huì)使無(wú)線傳輸受到阻礙并中斷通信，嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)信號(hào)缺失現(xiàn)象。在霧天，光信號(hào)很容易出現(xiàn)散射，而雨雪天氣還會(huì)削弱光信號(hào)。對(duì)準(zhǔn)連接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)操作難度大。無(wú)線光通信系統(tǒng)是視距寬帶通信技術(shù)，在具備傳播視線后，光信號(hào)可通過(guò)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)傳輸和接收。如果安裝在較高的建筑物或者山區(qū)頂部，很容易受周邊環(huán)境影響。此外，受地震與強(qiáng)風(fēng)作用，設(shè)備會(huì)強(qiáng)烈晃動(dòng)，難以保證激光設(shè)備對(duì)準(zhǔn)。安全威脅嚴(yán)重。缺失信號(hào)頻譜的操作許可證明，無(wú)法對(duì)設(shè)計(jì)人員操作提供必要指導(dǎo)，安全事故發(fā)生率較高。

3 無(wú)線光通信傳輸與接入實(shí)際應(yīng)用

3.1 設(shè)備管理方面

無(wú)線光通信傳輸設(shè)備運(yùn)用期間，為確保光通信正常傳輸與接入，就要高度重視對(duì)設(shè)備的管理，特別是對(duì)接收機(jī)、傳輸天線以及發(fā)射機(jī)的管理，以免影響信息傳輸?shù)乃俣?。通常?lái)講，雖然無(wú)線光信號(hào)的傳輸并不會(huì)受光纜光線傳播路徑因素影響，但信號(hào)損耗仍然會(huì)影響信號(hào)的傳輸方向。所以，相關(guān)工作人員應(yīng)合理選擇光學(xué)天線，選用最佳光學(xué)天線以降低光信號(hào)發(fā)散損耗。發(fā)射無(wú)線光通信的過(guò)程中會(huì)形成射角，進(jìn)而影響無(wú)線光傳輸?shù)姆较?。要想解決這一問(wèn)題，可將天線系統(tǒng)安裝于接入端。系統(tǒng)由凹凸鏡組成，在信號(hào)聚焦的同時(shí)也能夠增強(qiáng)接收信號(hào)的準(zhǔn)確性和靈敏性[6]。選擇孔徑時(shí)，應(yīng)盡量避免影響實(shí)際的接收效果，保證接收機(jī)具有較強(qiáng)的接收能力，確保其可在短時(shí)間內(nèi)識(shí)別干擾信號(hào)。在發(fā)射機(jī)管理方面，應(yīng)嚴(yán)格管控禍合準(zhǔn)值與傳輸距離，深入分析禍合效率，不斷增強(qiáng)信號(hào)的接收效果。

3.2 安全操作方面

在應(yīng)用無(wú)線光通信技術(shù)的過(guò)程中，要保證設(shè)備操作的安全性。由于無(wú)線光信號(hào)會(huì)不同程度地危害人體，因而在接入信號(hào)的過(guò)程中應(yīng)遵循設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)范，佩戴眼罩與護(hù)具。另外，要準(zhǔn)確計(jì)算信號(hào)的發(fā)射功率，保證其處于安全范圍，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作人員人身安全的保護(hù)。為此，相關(guān)企業(yè)在生產(chǎn)無(wú)線光通信設(shè)備之前，需編制相應(yīng)操作手冊(cè)，同時(shí)標(biāo)注具體的使用說(shuō)明。

3.3 輔助功能方面

為提高傳輸速度與精度，相關(guān)企業(yè)要借助輔助系統(tǒng)傳遞光信號(hào)。在實(shí)際運(yùn)用無(wú)線光通信技術(shù)的過(guò)程中，引入輔助功能會(huì)占據(jù)過(guò)多設(shè)備空間，使得無(wú)線光通信成本隨之增加。為此，從技術(shù)層面分析，科學(xué)結(jié)合光學(xué)天線與接收器，簡(jiǎn)化安裝輔助系統(tǒng)，縮減無(wú)線光通信成本。通過(guò)合理運(yùn)用ATP系統(tǒng)，可提高無(wú)線光通信的安全性，優(yōu)化光信號(hào)的傳輸質(zhì)量，還可以實(shí)時(shí)定位并跟蹤傳輸信號(hào)。

3.4 強(qiáng)化瞄準(zhǔn)方面

在外界干擾的基礎(chǔ)上，工作人員同樣要加大對(duì)瞄準(zhǔn)強(qiáng)化的研究力度，以保證通信效率的全面提升。一般情況下，光信號(hào)在傳輸過(guò)程中，容易受大氣層無(wú)線波與外界信號(hào)源等因素的干擾，進(jìn)而影響其質(zhì)量。為此，在發(fā)射與接收信號(hào)時(shí)，可通過(guò)運(yùn)用機(jī)械輔助裝置提高激光器的準(zhǔn)確度，更為準(zhǔn)確地接收信號(hào)，以免信號(hào)在傳輸期間發(fā)生損耗，從而進(jìn)一步優(yōu)化傳播的質(zhì)量。

4 結(jié) 論

無(wú)線光通信能夠?yàn)橛脩?hù)提供便捷且快速的服務(wù)，屬于全新寬帶技術(shù)。為不斷增強(qiáng)無(wú)線通信質(zhì)量，就必須深入研究與探討無(wú)線光通信接入和傳輸?shù)南嚓P(guān)機(jī)理，充分發(fā)揮無(wú)線光通信的價(jià)值與作用，進(jìn)一步推動(dòng)無(wú)線光通信技術(shù)的推廣應(yīng)用與發(fā)展。