無線光通信傳輸與接入分析

雷遠揚

（中煤科工集團重慶研究院有限公司，重慶 400050）

0 引 言

無線光通信設備的體積不大，重量輕，具有較高的可靠性，機動性能良好，可有效抵抗惡劣環境與電磁干擾，安全性高且保密性好，可滿足多種使用要求。此外，無線光通信具備綠色環保的特征，沒有電磁輻射，而且實際安裝相對便利，不需要光纜鋪設，因而成本不高。在未來通信容量不斷擴大的背景下，通信環境更加復雜，無線光通信的應用領域也將更加廣泛。因此，深入研究并分析無線光通信傳輸和接入的相關內容十分有必要。

1 無線光通信概述

1.1 基本原理

無線光通信即自由空間通信，其光信號的傳輸媒介是大氣。無線光通信系統由接收機、發射機以及信道組成，系統各端均設置了光接收機與光發射機，因而可在兩點對接傳輸的基礎上完成全雙工通信。

無線光通信的過程集中體現在接收光信號、傳輸光信號以及發射光信號3個方面。在運轉方面應合理配備光學望遠鏡以及可以放大相關功率的傳輸裝置與接收裝置。無線光通信系統采用光電轉換技術，開展電信號調制光發射機光源，并借助光學望遠鏡完成光信號傳輸的目的[1]。接收望遠鏡可接收途徑大氣信道的光信號，并將其放置在光電檢測器中實施聚焦處理，將光信號轉變為電信號。為有效接入無線光信號，應利用調制解調器解讀數據信息。為提升透光率不同的光波長信號，需要有意識選擇性能理想的波段窗口，確保提高此體系功率。此外，無線光通信系統含括了多項輔助功能系統，所以光通信更加穩定與安全，進一步優化了光信號的傳播質量。通過運用輔助系統即可捕捉、跟蹤以及定位信號傳輸路徑。

1.2 基本構成

無線光通信系統有效融合了無線通信技術與光纖通信技術，并在寬帶中得到了廣泛應用。近年來，科學技術發展的速度明顯加快，無線光通信技術的應用領域也愈加廣泛，不僅可應用于2G與3G，同樣普遍應用于地面無線通信和星際空間光通信領域。電信號形成后，發射器產生光源，接收器借助發射光學系統，在大氣信道傳輸的作用下接收光信號[2]。光信號收集完成后，即可成為焦點與光電探測器，然后轉換為電信號。若信號的寬波長不同，那么其透過大氣的空間也存在明顯差異。為此，應注重傳送帶的合理選擇。其中，近紅外波段的使用最為廣泛，同樣可以運用1 500 nm波段，為大功率系統的運用提供了幫助。無線光通信能夠彌補微波與光纖的不足，其容量和光纖類似，但價格較低。距離相同時，其成本僅為地下埋設光纜的1/5。此外，可于屋頂直接進行架設，通過空氣傳送，無需申請頻率許可證。

1.3 基本特征

當前無線光通信的最高速度是2.5 Gb/s，傳輸的最遠距離是4 km。頻譜資源更豐富，無線光通信設備可借助紅外光完成信息的交互，無需申請頻率許可證，也無需支付頻率占用費用[3]。可在任一通信協議中使用，靈活運用于以太網、SDH、快速以太網以及ATM中，且傳輸速率可達到2.5 Gb/s。可以傳輸不同種類的信息，以視頻、數據以及聲音等為主。此外，安裝靈活且方便，無線光通信能夠在屋頂直接豎立安裝，并能夠在海洋、湖泊以及河流等環境中實現交流。通過運用無線光通信，能夠解決光纖通信難以完成的通信任務。但在實際應用的過程中仍存在一系列問題，對無線光通信技術的發展產生了不利影響。

遠距離傳輸十分關鍵，對此領域的關注度從未減少，當前單波速率為100 Gb/s，未來將致力于研究400 Gb/s的單波速率[4]。遠距離傳輸在洲際與國際領域的應用較為明顯，且可在省際之間完成傳輸任務，但城域網光傳輸量更大，其中含括了核心路由器與城域交換機。在無線網絡回傳PTN中得到應用，集中體現在數據中心內部和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隨之減少。此外，針對小于100 km范圍，長距離同樣是重點，為此要系統考慮成本與產品功能平衡。若距離較短可滿足要求且成本不高，就可將重點放在此部分短距離方面。

2 無線光通信應用現狀

空氣是光信號的主要傳輸媒介。在傳播渠道和視距的作用下，可在接收機和發射機之間成功傳輸信息。特別是點對點的操作，實現了全雙工通信操作的目標。

2.1 支持條件

無線光通信技術能夠迅速傳輸信號，便捷性特征明顯，因而應用范圍也更廣闊。但在應用實踐中，一定要有特定的支撐條件，確保傳輸速率達標，與人們對信息傳輸的需求吻合，以獲取用戶認可，增強技術的應用效果。長期以來，傳統的通信模式成本極高，特別是復雜區域線路鋪設的難度會增加，使得模式推廣的難度更大。而無線技術的應用則無需鋪設線路，能夠更好適應外界環境，使得不同類型自然環境的影響程度明顯降低，也規避了信息傳輸中斷與修復線路難度增加的問題[5]。

2.2 常見問題

受大氣環境影響。惡劣的氣候環境，會使無線傳輸受到阻礙并中斷通信，嚴重的還會出現信號缺失現象。在霧天，光信號很容易出現散射，而雨雪天氣還會削弱光信號。對準連接的點對點操作難度大。無線光通信系統是視距寬帶通信技術，在具備傳播視線后，光信號可通過發射機和接收機傳輸和接收。如果安裝在較高的建筑物或者山區頂部，很容易受周邊環境影響。此外，受地震與強風作用，設備會強烈晃動，難以保證激光設備對準。安全威脅嚴重。缺失信號頻譜的操作許可證明，無法對設計人員操作提供必要指導，安全事故發生率較高。

3 無線光通信傳輸與接入實際應用

3.1 設備管理方面

無線光通信傳輸設備運用期間，為確保光通信正常傳輸與接入，就要高度重視對設備的管理，特別是對接收機、傳輸天線以及發射機的管理，以免影響信息傳輸的速度。通常來講，雖然無線光信號的傳輸并不會受光纜光線傳播路徑因素影響，但信號損耗仍然會影響信號的傳輸方向。所以，相關工作人員應合理選擇光學天線，選用最佳光學天線以降低光信號發散損耗。發射無線光通信的過程中會形成射角，進而影響無線光傳輸的方向。要想解決這一問題，可將天線系統安裝于接入端。系統由凹凸鏡組成，在信號聚焦的同時也能夠增強接收信號的準確性和靈敏性[6]。選擇孔徑時，應盡量避免影響實際的接收效果，保證接收機具有較強的接收能力，確保其可在短時間內識別干擾信號。在發射機管理方面，應嚴格管控禍合準值與傳輸距離，深入分析禍合效率，不斷增強信號的接收效果。

3.2 安全操作方面

在應用無線光通信技術的過程中，要保證設備操作的安全性。由于無線光信號會不同程度地危害人體，因而在接入信號的過程中應遵循設備的標準操作規范，佩戴眼罩與護具。另外，要準確計算信號的發射功率，保證其處于安全范圍，實現對工作人員人身安全的保護。為此，相關企業在生產無線光通信設備之前，需編制相應操作手冊，同時標注具體的使用說明。

3.3 輔助功能方面

為提高傳輸速度與精度，相關企業要借助輔助系統傳遞光信號。在實際運用無線光通信技術的過程中，引入輔助功能會占據過多設備空間，使得無線光通信成本隨之增加。為此，從技術層面分析，科學結合光學天線與接收器，簡化安裝輔助系統，縮減無線光通信成本。通過合理運用ATP系統，可提高無線光通信的安全性，優化光信號的傳輸質量，還可以實時定位并跟蹤傳輸信號。

3.4 強化瞄準方面

在外界干擾的基礎上，工作人員同樣要加大對瞄準強化的研究力度，以保證通信效率的全面提升。一般情況下，光信號在傳輸過程中，容易受大氣層無線波與外界信號源等因素的干擾，進而影響其質量。為此，在發射與接收信號時，可通過運用機械輔助裝置提高激光器的準確度，更為準確地接收信號，以免信號在傳輸期間發生損耗，從而進一步優化傳播的質量。

4 結 論

無線光通信能夠為用戶提供便捷且快速的服務，屬于全新寬帶技術。為不斷增強無線通信質量，就必須深入研究與探討無線光通信接入和傳輸的相關機理，充分發揮無線光通信的價值與作用，進一步推動無線光通信技術的推廣應用與發展。