无线光通信FSO技术简介
自由空间光通信(FSO)
自由空间光通信(FSO)
章志坚
【期刊名称】《中国新通信》
【年(卷),期】2004(006)002
【摘要】FSO系统简介(System Introduction)具有“虚拟光纤”美誉的FSO是
一种具有与光纤相同带宽的无线宽带光接入系统。
产品采用高性能的红外激光作为传输手段，使用光学发射机和接收机配合不同的接口模块解决两点之间的无线传输问题。
目前市场上的产品可支持高达2500Mbps的传输速率，传输距离可达
4000米。
FSO作为一种宽带接入方式具有高带宽、安装快速、安全性高等特点，可以传输数据、语音和影像等内容。
在城市密集区的短距离连接方面有很大的优势，当铺设光缆困难或对建网速度要求快的情况下，在建筑物之间成为替代光纤的一种网络连接方案。
【总页数】3页(P113-115)
【作者】章志坚
【作者单位】英国科飞无线光通信有限公司,北京办理处
【正文语种】中文
【中图分类】TN92
【相关文献】
1.自由空间光通信（FSO）技术 [J],
2.利用森林模拟优化模型(FSOS)分析森林经营单位合理年伐量 [J], 戴其林;张超;商
克容;周燕;邱磊;余树全
3.利用森林模拟优化模型(FSOS)分析森林经营单位合理年伐量 [J], 戴其林;张超;商克容;周燕;邱磊;余树全
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
5.2020.04.30 “海洋石油121”FSO 国内首个油轮改内转塔式FSO项目完成交付[J], 李阳
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无线激光通信FSO技术和应用
无线激光通信FSO技术与应用自由空间光通信（Free Space Optical，简称FSO）是一种以小功率红外激光承载高速信号，以空气为传输介质，用点对点方式进行语音、数据、图像的宽带传输技术。
FSO是一对虚拟的光纤；是一种透明传输产品，不处置协议，既能够传输IP数据业务，也能够传输TDM业务。
在固定无线宽带接入（Fixed Wireless Broad band Access）技术中，无线激光通信技术具有其独到的优势，为宽带接入的快速部署提供了一种解决方案。
无线激光通信是指利用激光束作为信道在空间（陆地或外太空）直接进行语音、数据、图像信息双向传送的一种技术，又称为“自由空间激光通信”（Free Space Optical communication FSO）,“无纤激光通信”或“无线激光网络（Wireless Optical ）”。
无线激光通信以激光作为信息载体，不使用光纤等有线信道的传输介质，属于新型应用技术，早期的研究应用主要是在军用和航天上,随着技术的发展，近年来逐渐应用于商用的地面通信，技术也在逐步完善。
一、无线激光通信的优势相比于微波通信等其他几种接入方式，无线激光通信主要优势包括：1．无须授权执照无线激光通信工作频段在365～326 THz（目前提供无线激光通信设备的厂商使用的光波长范围多在820nm～920nm），设备间无射频信号干扰，所以无需申请频率使用许可证。
2．安全保密激光的直线定向传播方式使它的发射光束窄，方向性好, 激光光束的发散角通常都在毫弧度，甚至微弧度量级，因此具有数据传递的保密性，除非其通信链路被截断，否则数据不易外泄。
3．实施成本相对低廉无须进行昂贵的管道工程铺设和维护，其造价约为光纤通信工程的五分之一。
4．建网快速无线激光通信建网速度快，只须在通信点上进行设备安装，工程建设以小时或天为计量单位，适合临时使用和复杂地形中的紧急组网。
对于重新撤换部署也很方便容易。
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。
11.3空间光通信
性质的变化 大气湍流使光学折射率发生随机变化，激光束经过时，
引起波前畸变，改变激光的强度和相关性。
自然环境的影响
VLC主要特点
可见光对人非常安全。 VLC无处不在。 发射功率高。 无需无线电频谱认证。 无电磁干扰。
VLC典型应用一
VLC典型应用二
α——大气衰减系数；
θL——光源发射角；
e-αL——大气吸收和散射损耗；
d
L
R
L
2
——表征光功率的几何损耗。
4. FSO关键技术
大气信道的影响 自然环境的影响 波长的选择 瞄准、捕获和跟踪技术
大气信道的影响
大气信道的影响主要包括大气衰减和大气折射 率随机性变化造成的光束闪烁、扩散和弯曲。。
11.3 空间光通信
1. 空间光通信
空间光通信（FSO，Free Space Optics）又称无线光通 信或大气光通信，是指以光波为载体，在真空或大气中传递 信息的通信技术。
FSO按照应用环境的不同又可分为大气光通信、卫星间 光通信和星地光通信以及短距室内可见光通信等
根据光链路的传输方向也可以分为水平方向和垂直方向 的空间光通信系统 。
气象条件（雨雪雾霾等） 飞鸟和落叶等造成的链路短时中断 建筑物摇摆、伸缩以及地震造成的光路偏移。
工作波长的选择
FSO选取的工作波长应该是信 道损耗最小的波长。 综合背景辐射、大气透过率、 大气吸收散射等因素，850nm 和1550nm窗口都是无线光通信 可以选择的通信波长
对准、捕获和跟踪
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).
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。
自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势
自由空间光通信技术的发展现状与未来趋势1.前言自由空间光通信技术（Free Space Optical Communication，FSO）是一项基于光波传输的通信技术，其通信原理类似于无线电通信，但相对于无线电技术，FSO具有更高的传输速率、更高的带宽、更安全的通信等优点。
随着数字经济和5G应用的发展，FSO技术正在成为人们关注的焦点，本文将就FSO技术的发展现状与未来趋势作一探讨。
2.现状分析FSO技术的优点显著，但其实现存在一些难点，例如信号传输距离短、天气条件的限制等。
当前，FSO技术已经可以实现短距离、小场景的通信，如城市中建筑物之间的通信、机场等开阔区域内的通信等。
但在广阔的宏观场景、不同大洲之间的长距离的通信等方面，FSO技术还有待于进一步发展。
此外，FSO技术实现的应用场景还不够丰富，需要进一步挖掘和探索。
3.发展趋势针对FSO技术发展中的难点和现状，相关领域的研究者正在不断探索和发展。
下面从以下几个方面展开讨论：3.1技术及应用的发展FSO技术的发展需要在技术上取得突破，以满足众多应用场景的需求。
在此基础上，需要进一步挖掘FSO技术的应用场景，例如军事应用、互联网接入等，同时也需要与其他通信技术进行融合发展。
3.2研究与实验的发展FSO技术的研究与实验也是FSO技术发展中重要的一环，其主要任务是探索FSO技术中存在的技术难点，提高技术的可靠性、稳定性和可用性。
同时，在FSO技术的研究和实验的过程中需要进一步减小其成本，以提高商业化应用的可行性。
3.3产业化进程的加速产业的发展是FSO技术的重要节点。
现阶段，FSO技术在智能制造产业、智能交通和数字经济等领域的市场需求已逐渐呈现出爆发式增长。
要加速FSO技术的产业化进程，需要进一步推动技术研究、系统开发、生产制造等各方面的投入，以打造先进的FSO技术产业链。
4.总结FSO技术有着广阔的应用前景，是未来数字经济和5G应用中的一种重要通信技术。
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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。
自从发明振荡器后，很快就有人尝试将其用于室外光通信。
在日本，从1965年开始，用1年多的时间，利用He-Ne振荡器，进行了6.3公里的折返传送实验，以比较光空间通信与微波通信的区别。
另外，NTT 公司从1970 年到1973年，利用3年时间在东京都中心地区设置了4个路径，进行了距离在520m〜2.5Km的传送实验。
此次实验使用的是He-Ne振荡
器(波长0.63卩m和半导体的LED(波长0.8卩m。
实验报告表明，光源性质的不同造成的传播特性上的差异并非很大。
同时，实验还表明，空中传播造成的偏振面的变动较少，且传播损耗的大小在很大程度上取决于视程。
此后，由于低损耗的光纤的出现，使得光空间通信方面的研究纷纷转向光纤技术领域，光空间通信的研究受到了冷落。
最近几年，由于光空间通信所需要的各种设备的价格下降导致光空间通信装置本身的价格降低，同时，光空间通信所持有的简便性、宽带性、无电磁干扰性、无需申请市政批准等特性，使得这种通信方式重新受到广泛的关注。
任何一种技术都有其局限性，光空间通信方式是在空中以激光束方式传播信号，需在可视距离内进行通信，并易受气象条件等因素的影响。
综上所述，可以看到，由于光空间通信方式的传送受视距限制，而且由于易受天气影响，为确保通信的可靠性只限于短距离通信，但同时，又具有带域宽、无需申请市政批准、特别
是不受干扰、并可确保通信的私密性等特点，因此，较适用于高速宽带通信网路的末端传送线路。
另外，光空间通信的设置施工简单，短时间内可实现点对点大容量通信，因此，对于大容量的临时线路，以及灾害后的通信恢复工程是一种有效的选择。
FSO 无线光通信产品的优势：
1）快速链路部署
2）速度1M-2.5Gbps
3）支持T1/E1，10/100/1000 以太网，OC-3 和0C-12
4）室外或室内安装
5）距离范围高达4 公里
6）全天候工作，可靠率达99.999%，远远高于国际规定的通信系统年可靠率93%
7）不需要政府（FCC）、路权许可、执照或许可证
8）可根据要求，增设微波备份
与微波通信比较：
这种网络结构的设置允许城域无线网在任何类型的天气下保持联接，
甚至是浓雾和大雨中。
1）产品成本有优势、稳定性好
2）安装方便，调试简单
3）不需申请无线频率使用权。
FSO 技术出现已久由于在空气中传输衰减大，在大雾天等天气情况不好的时候可能无法使用，它只能在难以布线的地方用于短距离传输。
而且在这些情形下WLAN 分流。
但随着企业对短距离高速率传输的要求越来越多，FSO 还是有了自己的发展空间。
这是因为，FSO 与802.11b/a 乃至LMDS 等其他无线连网手段相比，还是具有：一是速率高，实验室中研制的FSO 设备甚至能达到
160Gbps ；二是无需申请频段使用执照；三是安全性高，它虽是无线，在安全上却相当于光纤通信的水平等优势成为被长期关注的一项技术。