华为自由空间光通信(FSO)简述分解
自由空间光通信系统
自由空间光通信系统自由空间光通信（Free Space Optics communication，简称FSO，也称无线光网（WON）系统或光无线系统），是以激光为载波、自由空间为传输介质的通信技术， FSO是目前光纤通信技术和无线通讯技术的结合，与光纤通信一样，它也是利用光作为信号载体，能够发送和接收声音、视频和数字信号，并且以很高的速率（10M～2.5G）进行传输。
在网络拓扑方面，它同样能够提供点到点、点到多点、以及网状的结构。
FSO具有高保密、毋须频率许可、成本低廉、全天候工作、可以独立组网或作为光纤通信的补充和接入延伸、可用性可达99.9%等其它通信方法所不具有的独特优点。
在应急通信、战术通信、快速业务提供、密集商业区通信、高速本地网组建、现有光纤网络备份、宽带城域网和接入网等领域有广阔的应用前景。
由于光纤通信近年在半导体激光器、光电检测器、光放大器、波分复用、千兆比和万兆比以太网、多协议波长交换、弹性分组环等领域的飞速发展，使自由空间光通信比早期激光大气通信具备更坚实的基础和明确的应用目标，而被评为2001年度全球10大热点通信技术。
本公司采用自适应窄带滤波、快速反应机构等多项技术研制的高速可靠灵活“快速反应高速自由空间光通信系统”，可有效地解决目前通信建设中最后一公里宽带接入的问题和满足其它特殊环境和场合的需要，其传输速率覆盖电信接入和企事业局域网常用的2Mb/s～155Mb/s。
并因此得到了江苏省信息化建设专项资金的资助和总参通信部的支持。
技术优势光纤通信与无线通信是当前的热门技术，自由空间光通信系统是二者结合的产物，它既具有光纤通信的一些优点，也兼有无线通信的一些长处。
与这两种技术相比，其独特之处如下：与无线电通信（如微波）相比：a)不占用宝贵的无线电频率资源；b)电磁兼容性好、抗电磁干扰能力强、保密性好；c)信息容量大；d)体积小、重量轻、功耗低；e)具有比特率透明性，对传输信息的比特率、信号格式和编码都是透明的。
FSO无线光通信英文介绍
2. Principle
universal turntable unipod
tripod
Ultraviolet NLOS communication
3. Application
3.1 Domestic application
Number 1 2 3 Time(year) 1999 2005 2008 Rate(Mb /s) 8 155 2500 Range(km) 4 10 2
3. Application
3.2 Application in the USA unmanned system
In the roadmap, they discussed the advantage of optical communication system in unmanned system. Optical routers will be more practical when they employ unmanned high-flying vehicles like the Global Hawk, Boeing’s Phantom Eye, and the X-37B. LOS optical links have successfully been demonstrated at link ranges in excess of 50 km. Applications could apply to fixed locations and in air-to-air and ship-to-ship scenarios. Theoretical estimates indicate that air-to-ground links are feasible at rates up to 100 Mbit/s for link slant ranges up to 100 km, depending on atmospheric conditions. Due to the extreme narrow beamwidth of such systems, maintaining pointing accuracy to and from a moving unmanned system will be a major challenge (>2020).
自由空间光通信（FSO）技术
自由空间光通信（FSO）技术
佚名
【期刊名称】《通信世界》
【年(卷),期】2003(000)002
【摘要】9．11世贸中心倒塌．使一种无线连接传输服务技术浮出水面。
这个扮演世界经济拯救者角色的无线连接方式．不是谈了很久却一直鲜见其迹的蓝牙．也不是微波．而是一种虚拟光纤(FSO)传输技术。
中科院江亿院士在本期专家答疑解答FFSO相关内容。
【总页数】2页(P41-42)
【正文语种】中文
【中图分类】TN929.12
【相关文献】
1.“猫眼”逆向调制自由空间光通信技术 [J], 任建迎;孙华燕;张来线
2.自由空间光通信(FSO) [J], 章志坚
3.自由空间光通信串行级联译码技术 [J], 王德令
4.基于FSO自由空间光通信中自动伺服系统的研究 [J], 邹延聪;陆绮荣
5.一项值得重视的低压低功耗超高速集成电路技术——TFSOI技术 [J], 沈文正因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
自由空间光通信
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自由空间光通信
以光波为载体在真空或大气中传递信息的通信技术
01 自由原理
03 技术分析
目录
02 传输原理 04 研究重点
05 优点特点
07 发展趋势
目录
06 存在问题 08 应用前景
自由空间光通信（Free Space Optical Communica tions）是指以光波为载体，在真空或大气中传递信息 的通信技术。可分为大气光通信、卫星间光通信和星地光通信。
存在问题
（1）FSO是一种视距宽带通信技术，传输距离与信号质量的矛盾非常突出，当传输超过一定距离时波束就会 变宽导致难以被接收点正确接收。在1km以下才能获得最佳的效果和质量，最远只能达到4Km。多种因素影响其达 不到99.999%（五个9）的稳定性。
（2）FSO系统性能对天气非常敏感是FSO的另一个主要问题。晴天对FSO传输质量的影响最小，而雨、雪和雾 对传输质量的影响则较大。据测试，FSO受天气影响的衰减经验值分别为：晴天，5-15db/km、雨，20-50db/km、 雪，50-150db/km、雾，50-300db/km。国外为解决这个难题，一般会采用更高功率的激光器二极管、更先进的 光学器件和多光束来解决。
技术分析
高功率激光器的选择
激光器用于产生激光信号，并形成光束射向空间。激光器的好坏直接影响通信质量及通信距离，对系统整体 性能影响很大，因而对它的选择十分重要。空间光通信具有传输距离长，空间损耗大的特点，因此要求光发射系 统中的激光器输出功率大，调制速率高。一般用于空间通信的激光器有三类：
FSO设备介绍知识讲解
FSO通信影响因素
窗户玻璃衰减 雾
建筑物偏移
太阳光
障碍物 沙尘、烟、低云等
闪烁
红外激光
闪烁（Scintillation）
闪烁是由大气湍流引起的时空变化，这种湍流是由风和温 度差所产生的空气囊体，随着浓度的改变，空气囊体也就 迅速地改变着光线的折射率，其作用恰似一个随时间改变 着特性的棱镜和透镜，这正是造成夜空中星体闪烁现象的 原因。
四片82mm接收透镜
加热 玻璃板
内置 望远镜
罩壳
四片35mm发送 透镜
多光束发送器的设计
克服断续性实物障碍(飞鸟)、闪 烁、雨雪，保证 安全 运行* 。
数据输入
O/E
数字 信号
数据分路器
冗余信号
（FSO的设计中未使用任何光学放大器。）
发送器输出
E/O
1
1
2
2
1 mrad
1m
1 km
Divergence 0.5 mrad 2.0 mrad 4.0 mrad
Range 1.0 km 1.0 km 1.0 km
Spot Diameter ~0.5 m ~2.0 m ~4.0 m
同步多束激光
3.79 米
- 6.0 dB - 1.2 dB - 3.0 dB
15 cm 21 cm
光束发散和投射模式
光束 发散
2 毫弧度
3 毫弧度
6 毫弧度
束宽 500米 1m
1.5 m
3m
束宽 1000米
2m
束宽 2000米
4m
3m
6m
6m
12 m
发射角度
1° ≈ 17 mrad → 1 mrad ≈ 0.0573°
浅谈自由空间光通信技术及其应用
浅谈自由空间光通信技术及其应用作者：韩睿来源：《中国新通信》 2018年第17期【摘要】自由空间光通信技术(FS0) 是一种新型的宽带无线接入的技术，利用激光束作为信道，从而在大气空间中直接完成信息的双向传送。
本文简要地介绍了自由空间光通信技术的起源与发展历程，分析了自由空间光通信技术的基本工作原理以及技术本身的优缺点，阐述了自由空间光通信技术在实际操作中的应用领域，并对未来自【关键词】带宽自由空间光最后一公里一、关于FSO 技术1.1FS0 的基本工作原理FSO 是一种以大气为媒质来进行光信号传送的技术，覆盖了光、机、电等多个领域，一个FS0 系统由三个基本部分组成，分别是光学天线及光路系统，光发射端机以及光接收端机。
在进行精确传输的过程中，在每一端都分别设置了光发射机与光接收机，使双向同时通信得以实现。
由于大气窗口的存在，FSO 系统在通常情况下会选用波段通由空间光通信技术的发展趋势做了讨论。
过率较高的窗口，近红外光谱中的850 nm 是目前最常用的光学波长; 还有一些FSO 系统会使用1500nm 波长频段，来支持更大的系统功率，但如果使用1500nm 波长频段，那么只有在通信距离超过一千米的情况下，才能显示出优势[1]。
1.2 FS0 技术的优点FS0 技术与其他接入技术相比具有如下优点:(1) 速率较高，频带较宽。
理论上讲，FSO 技术与光纤通信都具备着同样的带宽，只不过二者的传输媒介不同，所以会有微小的差别。
FS0 设备在大多情况下的传输速率可达2M~2.5Gb/s，理论上，还可以实现更高速率的业务传输。
(2) 频谱的资源丰富。
FS0 设备多采用红外传输的方法，有着十分广阔的频谱资源，所以不会和其他的无线通信系统，如卫星通信等发生干扰，也就不需要向有关管理管理部门申请相关执照，增加额外的支出。
(3) 快速链路部署。
由于不需要埋设光纤和等待手续办理方面的问题，FSO 可以在短短几天内完成连接。
无线光通信
无线光通信(FSO)是指无线激光通信(OWC)，又称自由空间激光通信(FSO)。
自从1960年激光的出现以来，许多学科的发展都得到极大地促进了，而其在通讯领域的表现尤为突出。
激光良好的单色性、方向性、相干性及高亮度性等特点正是光通信所需的理想光源，将激光用于通信的想法随之产生，从此掀开了现代光通信史上崭新的一页，经过近40年的努力，各项基本技术有了很大的发展，在当今的信息传递中占有非常重要的地位。
激光通信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，和传统的电通信一样，激光通信可分为有线激光通信和无线激光通信两种形式。
有线激光通信就是近二、三十年来迅猛发展起来的以光导纤维作为传输媒质的光纤通信，目前己成为高速有线信息传输的骨干，具有了相当的规模，正在逐步取代传统的电缆通信。
但必须有安装光缆用的各种基本敷设条件，当遇到恶劣地形条件时，工程施工难度大，建设周期长，费用高。
无线激光通信也称自由空间激光通信，它不使用光纤等导波介质，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，是目前国际上的一大研究热点，世界上各主要技术强国正投入大量人力和物力来争夺这一领域的技术优势。
根据其使用情况，无线光通信可分为:点对点、点对多点、环形或网格状通信。
而从光可以有一定穿透能力的介质来看，光在自由空间的传播介质有近地面大气层、远离地面的深空和水三种，因此，根据其传输信道特征则又可分为:大气激光通信、星际(深空)激光通信和水下激光通信。
按传输信道特征，目前研究开发的范畴可划分如下:现代社会信息的日益膨胀，使信息传输容量剧增，现行的无线微波通信出现频带拥挤，资源缺乏现象，开发大容量、高码率的无线激光通信是未来空间通信发展的主要趋势，和光纤通信对常规电缆通信的逐步替代相类似，有关专家认为，无线激光通信是今后发展卫星高码率通信的最佳解决方案，在商业上，未来的“无线”激光通信将提供一个立体的交叉光网络，在大气层内外和外太空卫星上形成庞大的高速率、大容量的通信，再与地面的光纤通信网相连接，提供未来所需的各种通信业务需求。
无线光通信FSO技术简介
无线光通信FSO 技术简介FSO是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。
FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。
850纳米的设备相对便宜，一般应用于传输距离不太远的场合。
1550纳米波长的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。
1550纳米的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高两个等级。
功率的增大，有利于增大传输距离和在一定程度上抵消恶劣气候给传输带来的影响。
FSO和光纤通信一样，具有频带宽的优势，能支持155Mbps〜10Gbps的传输速率，传输距离可达2〜4公里，但通常在1 公里有稳定的传输效果。
在基础网的建设方面，使用光纤技术的高速网络正在不断完善。
与此同时，光空间通信方式作为高速网络最后一公里的宽带通信方式，近来正受到各方面的关注。
特别是，在城市宽带网络建设中，由于市政建设基本定形，新设光纤的施工需要繁琐的市政批准。
有些地方如跨铁路、公路的施工非常困难，该通信方式的实用化对城市高速宽带通信网络的建设不失为一种极其有效的方法。
光通信方式分为利用光纤技术的有线通信方式和利用光空间通信技术(Free - Space Optics : FSO)的无线通信方式两种。
光空间通信方式是将自由空间作为传送媒体，主要用半导体振荡器做光源，以激光束的形式在空间传送信息。
对该领域的开发研究曾经风行一时。
FSO技术的历史可追溯到20世纪60年代。
1960年，梅曼发明了自然界不存在的红宝石振荡器，作为相干性光源使用。
第二年，HE-Ne 振荡器在贝尔实验室开发成功。
以后，1962 年，又成功的开发了GaAIAs 半导体振荡器。
1970年，GaAIAs 振荡器在日本、美国以及前苏联实现了连续振荡。
小型、高速且可调制半导体振荡器的出现成为光传送研究得以大幅度发展的契机。
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10Leabharlann 固定系统损耗123 dB
几何损耗
（光束发散、 渐晕、视差等）
-5
随距离变化
-10
-15
-20 dBm
-20
衰减 边际极限
是影响系统性能 的关键因素
25 dB
衰减边际极限
（用于克服雾、薄雾等 影响的额外功率）
-25 -30
随能见度变化
（气候，随时间变化）
-35
-40
-45 dBm
-45
接收器下限
-50 -55 -60
接收器 动态范围
34 dB
-35
-40 1x10-4
-45 dBm
-45
接收器下限
-50 -55
1x10-5
BER = 1 x 10- 10 BER衰减
-45 dBm
固定损耗
-60
1x10-6
动态范围
dBm
mW
系统变量和功率损耗
+15 31.6
发送器输出
+7 dBm +3 dBm
4 dB
+10
+5 0
In Out RJ45
可选信号变换器
In Out RJ45
交换器、网络集线器或路由器
特点
传输保密性高 高带宽和超高带宽(目前为1.5 Mbps – 2.5 Gbps) 网络管理能力
协议透明：
以太网、令牌环、FDDI、快速以太网、千兆位以太网；
ATM/ SDH 网络连接； T1/E1连接 (单路/多路T1/E1)
网络管理
Flight2000
SpaceLink连接头
SpaceLink多光束发送器的设计
四片80mm接收透镜 弯曲形透镜 防结冻装置
万向 接头
罩壳 内置 望远镜 四片30mm发送 透镜
多光束发送器的设计
克服断续性实物障碍 ( 飞鸟 ) 、闪 烁、雨雪，保证 安全 运行* 。
发送器输出
E/O
1
系统输入和输出
路由器或交换器 1310 nm GBIC- w/SC 连接器 850 Nm GBIC- w/SC 连接器 MM （50 或 62.5）或SM 光纤跳接线 TX 和RX 数据输入 SC 连接器 -14至-8 输入电源
MM （50或62.5） 光纤跳接线
OMI 输入/输出 SC 连接器
连接头 标准安装 直流电源
这些结果产生于 9/30/2002 4:32:09 PM （美国西部标准时间）。
关键性的安装规划事项
光学连接障碍的潜在来源 - 物理性的损害 - 气候性的损害 -室内外辐射效应和大气紊动干扰 室内/室外 安装位置 安装选择 网络光纤铺设长度 Flight2000
数据输入
O/E
1
2 3 4
透镜
2 3 4
数据分路器 激光器 衬片
数字 信号
冗余信号
空间分流发送器
（SpaceLink的设计中未使用任何光学放大器。）
光束发散和投射模式
光束 发散 2 毫弧度 3 毫弧度 6 毫弧度 3m 6m 12 m 1.5 m 3m 6m 束宽 500米 1m 束宽 1000米 2m 束宽 2000米 4m
SpaceLink----系统概述
ISSUE 1.0
光网络产品课程开发室
第1课 主要课题
自由空间光传输(FSO)系统概述
场地选择和系统安装选项
安装步骤 校准步骤
iManager Flight2000 软件
系统维护 系统故障排除和诊断
课程总结
自由空间光传输
自由空间光（FSO）传输是数字信号沿光束通过自由空间
同步多束激光
- 6.0 dB - 1.2 dB - 3.0 dB 15 cm 21 cm
3.79 米
发散角 = 2 毫弧度 2000米时的2mr投射模式
（按比例）
4根平行光束
FlightNavigator
FlightNavigator计算器 » 结果
免责声明/使用条款
计算并评估其有效性
地点：美国亚利森那州» 菲尼克斯市空港国际机场 距离= 800米 光谱 52/2000 光谱 52/4000 光谱 155/1000 光谱 155/2000 光谱 155/4000 光谱 622/1000 光谱 1.25G/1000 光谱 2.5G/1000 100 % 100 % 99.9735 % 99.9782 % 99.9787 % 99.9739 % 99.9678 % 99.948 %
接到连接头的12-18伏直流电源 接到集线器/交换器 的Cat 5/6 FlightManager
90-240伏交流电源 商业电源电路
UPS
商业电源 电极
远距离继电器（切断电源）
SpaceLink系统的优点
成本低于陆基方式 部署快速 与管理机构无关 (无需授权) 带宽高 协议透明 安装开支一劳永逸
1x10-5
1x10- 6
dBm
mW
SpaceLink光传送方案
传送系统
OptiX SpaceLink400-155/1000 OptiX SpaceLink400-155/4000 OptiX SpaceLink400-622/1000 OptiX SpaceLink400-GE/1000
传输的过程 。
•1880年由A.G.贝尔提出
光纤电话
光纤电话
FSO的是与否
FSO是一种免授权技术，其部署方便迅速，成本效益高 。
FSO是单层结构：
协议和带宽透明，可以替代光缆或射频光谱。 FSO是网络管理员当前或未来部署计划的加速器，是提高服务速度
的一次机会。
FSO借助激光传输，载送光波带宽通过大气层，是可靠灵活的网络
“间隙”填充体，也是最后一哩的访问工具。
FSO不是：
一种新的访问体系结构或拓扑结构； 一种新的路由、交换或城域光纤网络策略。
SpaceLink系统
Flight Manager
FlightManager FMG LDX FMG PA/2
Flight Manager
FlightManager FMG HDX FMG PA/28
可靠性高和移动性强
开放式系统互联 (OSI) 层次模型
应用 演示 会晤 传输 网络 数据链接 物理层
障碍区的点到点连接
障碍区的点到点连接
典型的 SpaceLink系统拓扑结构
点
到
点
点
到
多点
网状
刺状环路
SpaceLink传送
位置 1
IR 连接头
位置 2
IR 连接头
TX和RX 光纤电缆
TX 和RX 光纤电缆
通信链路边际极限
+15 31.6 10
发送器输出
+7 dBm
4 dB
+10 +5 0 -5
固定系统损耗
+3 dBm
1
总 TX/RX 动态范围
系统边际
Tx 电平 减去 固定系统损耗 减去 最低Rx电平
-10
0.1
接收器过载 （饱和）
-11 dBm
-15
-20 -25 -30 1x10-3 0.01
48 dB