光纖通信課程設計報告(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 上不宜敷設光纜的地區(qū)，在不宜采用或限制使用無線電通信的地方；5）在軍事設施或其他要害部門需要嚴格保密的場合6）在企業(yè)內部網互連和數(shù)據(jù)傳輸。以上第一部分內容是巨亞萍（0907040121）同學查找的關于‘歐美發(fā)達國家在自由空間光通信方面的研究現(xiàn)狀’部分的資料共五頁內容二．了解自由空間光通信的基本原理 自由空間光通信系統(tǒng)（FSO）是以大氣作為傳輸媒質來進行光信號的傳送的。只要在收發(fā)兩個端機之間存在無遮擋的視距路徑和足夠的光發(fā)射功率，通信就可以進行?！　∠到y(tǒng)所用的基本技術是光電轉換。在點對點傳輸?shù)那闆r下，每一端都設有光發(fā)射機和光接收機，可以實現(xiàn)全雙工的通信。光發(fā)射機的光源受到電信號的調制，并通過作為天線的光學望遠鏡，將光信號經過大氣信道傳送到接收端的望遠鏡。高靈敏度的光接收機，將望遠鏡收到的光信號再轉換成電信號。由于大氣空間對不同光波長信號的透過率有較大的差別，可以選用透過率較好的波段窗口。光的無線系統(tǒng)通常使用850nm或1550nm的工作波長。同時考慮到1500nm的光波對于霧有更強的穿透能力，而且人眼更安全，所以1550nm波長的FSO系統(tǒng)具有更廣闊的使用前景。　　自由空間光通信與微波技術相比，它具有調制速率高、頻帶寬、不占用頻譜資源等特點；與有線和光纖通信相比，它具有機動靈活、對市政建設影響較小、運行成本低、易于推廣等優(yōu)點。自由空間光通信可以在一定程度彌補光纖和微波的不足。它的容量與光纖相近，但價格卻低得多。它可以直接架設在屋頂，由空中傳送。既不需申請頻率執(zhí)照，也沒有敷設管道挖掘馬路的問題。使用點對點的系統(tǒng)，在確定發(fā)收兩點之間視線不受阻擋的通道之后，一般可在數(shù)小時之內安裝完畢，投入運行。在考慮到當?shù)貧庀蟮臈l件以后，%的可用性。如果采用其他系統(tǒng)構成主備用，%電信級的可用性要求。　　另外自由空間光通信系統(tǒng)與網絡的連接，還有如下的優(yōu)點：1）對運行的協(xié)議透明?，F(xiàn)在通信網絡常用的SDH、ATM、IP等都能通過。2）可組成點對點、星形、和網格形結構的網絡。3）可靈活拆裝、移裝至其他位置。4）易于擴容升級，只需稍作接口的變動就能改變容量。　　自由空間光通信存在的主要問題有以下幾點：　?。?）FSO是一種視距寬帶通信技術，傳輸距離與信號質量的矛盾非常突出，當傳輸超過一定距離時波束就會變寬導致難以被接收點正確接收。目前，在1km以下才能獲得最佳的效果和質量，最遠只能達到4Km。多種因素影響其達不??%（五個9）的穩(wěn)定性。　?。?）FSO系統(tǒng)性能對天氣非常敏感是FSO的另一個主要問題。晴天對FSO傳輸質量的影響最小，而雨、雪和霧對傳輸質量的影響則較大。據(jù)測試，F(xiàn)SO受天氣影響的衰減經驗值分別為：晴天，515db/km、雨，2050db/km、雪，50150db/km、霧，50300db/km。國外為解決這個難題，一般會采用更高功率的激光器二極管、更先進的光學器件和多光束來解決?！　。?）城市內，由于建筑物的阻隔、晃動將影響兩個點之間的激光對準?！　。?）激光的安全問題也會影響其使用，超過一定功率的激光可能對人眼產生影響，人體也可能被激光系統(tǒng)釋放的能量傷害。所以產品要符合眼睛安全標準。ＦＳＯ的正式稱謂叫自由空間光通信。ＦＳＯ技術是一種基于光傳輸方式、采用紅外激光承載高速信號的無線傳輸技術，它以激光為載體、以空氣為介質，用點對點或點對多點的方式實現(xiàn)連接，由于其設備也以發(fā)光二極管或激光二極管為光源，因此又有“虛擬光纖”的美譽。 　?。疲樱霞夹g具有與光纖技術相同的帶寬傳輸能力，能以千兆的速度進行全雙工通信且具成本上的優(yōu)勢。它的工作原理與光纖通信系統(tǒng)類似，包括光發(fā)送、光傳輸和光接收三個部分，所用的基本技術也就是光電的轉換。在點對點傳輸?shù)那闆r下，在發(fā)送端和接收端之間，必須是互相可視的，兩終端之間不能有阻擋。ＦＳＯ結合了光纖通信和無線通信各自的優(yōu)勢，具有頻帶寬的特點，目前市場上的產品最高支持２．５Ｇｂｐｓ的傳輸速率，最大傳輸距離為４公里。但通常在１－２公里有穩(wěn)定的傳輸效果。 　　由于激光具有直線性和窄波束的特點，ＦＳＯ主要用于點對點視距傳輸。與光纖通信不同的是，ＦＳＯ以大氣為媒質，光載波信號通過大氣而不是通過光纖來傳送。系統(tǒng)還需要保證收發(fā)兩點之間，光信號良好的準直穩(wěn)定。 　　對大氣傳輸?shù)臒o線光系統(tǒng)，業(yè)界傳統(tǒng)的觀念，是認為其不夠穩(wěn)定，受外在條件影響難以保證可用性。另外，對人身安全性也存在疑慮。多年的研究已經比較清楚波長為０．８－１．５５微米的光信號，主要的衰減來自霧。霧對紅外光的作用，類似于雨引起微波的衰落。此外，激光信號對人體安全的威脅，也一直受到關注。 國際電工委員會ＩＥＣ有相關的分類推薦建議，針對激光對肉眼的安全，規(guī)定了一種定為１Ｍ類的激光光源指標。這類光源，即使肉眼直接觀察，也可保證安全。廠商的產品，只要符合標準的要求，是不會構成損傷的。 　?。疲樱霞夹g利用紅外激光束為載體在位于樓頂或窗外的收發(fā)器間傳輸數(shù)據(jù)，具備低雨衰、無需申請頻段、設備易升級等微波不可比擬的優(yōu)勢。ＦＳＯ技術既能提供類似光纖的速率，又不需在頻譜這樣的稀有資源方面有很大的初始投資。ＦＳＯ用激光或光脈沖在太赫茲（ＴＨｚ）光譜范圍內，這一光譜目前沒有開設業(yè)務， ＦＳＯ不會與其它傳輸發(fā)生干擾，可以免費使用。唯一的要求是設備功率不能超過國際電子技術委員會規(guī)定的功率上限（ＩＥＣ６０８２５－１標準）。 　?。疲樱鲜俏锢韺觽鬏斣O備，以光為傳輸媒介，任何傳輸協(xié)議均可容易地疊加上去，對語音、數(shù)據(jù)、圖像等業(yè)務可以實現(xiàn)透明傳送。由于采用激光通信，能量集中，不向空中其它方向產生輻射，因此，ＦＳＯ系統(tǒng)不會同頻干擾，即使鏈路交叉也不影響通信，因此，同一地點可以裝多套ＦＳＯ設備。 　?。疲樱献鳛橐环N寬帶接入方式，具有高帶寬、低誤碼率、部署迅捷、費用合理、體積小、安全性高等特點，在諸如大型集會通信、緊急業(yè)務開通、路由備份等應急通信中具有開通迅速、拆遷方便等優(yōu)勢。而且，ＦＳＯ可以隔窗安裝于戶內，這對于國內大中城市的運營者來說有時極為關鍵。因此，在有難以逾越的布線障礙物或對建網速度要求快的情況下，ＦＳＯ可在建筑物之間成為替代光纖的一種網絡連接方案。ＦＳＯ 憑著其自身的一些優(yōu)點，引起了業(yè)界的關注。 　?。疲樱贤ㄐ旁O備最初是無線設備生產商為寬帶服務運營商開發(fā)的一種在不易進行光纖布線的地段代替光纖設備的網絡連接方案，沒想到被很多企業(yè)用戶看好，紛紛用在了企業(yè)內部網的互聯(lián)建設上。企業(yè)看好ＦＳＯ的理由有三點：一是綜合成本低，用它可以省去租用專線和鋪設光纖的一大筆費用；二是通信質量好，無線光通信是一種本地環(huán)路技術；三是運營商級的通信質量足以滿足企業(yè)網絡應用的各種要求。 　　目前，很多企業(yè)把ＦＳＯ網絡與光纖網、微波網和高頻段無線網結合起來使用，發(fā)揮各自的優(yōu)點，彌補彼此的不足。ＦＳＯ通信系統(tǒng)隨著通信距離的增加信號功率會不斷衰減，但通信速率卻不受影響。距離對ＦＳＯ通信的影響主要表現(xiàn)在可靠性上。衡量可靠性有個指標叫ＬＩＮＫ ＭＡＲＧＩＮ，單位為ｄＢ，其意義為ＦＳＯ設備正常工作所允許的最大功率損耗。一個典型的ＦＳＯ系統(tǒng)的ＬＩＮＫ ＭＡＲＧＩＮ值為２０ｄＢ； 有的系統(tǒng)采用精密的跟蹤系統(tǒng)，消除接收器的微小偏移對精確聚焦的影響，還有的系統(tǒng)以一定的偏移角度發(fā)射光束，不但能消除接收器位移帶來的聚焦不準問題，還能應付鳥或樹葉對光束的短暫遮擋。 　　當然，在本質上ＦＳＯ是一種連接方式，而非覆蓋方式。所以，ＦＳＯ通信是以一種補充的角色出現(xiàn)的，但ＦＳＯ有自己的獨特的市場定位；在其他接入方式鞭長莫及或力不從心的一些特殊場合下發(fā)揮其優(yōu)勢。 　　與微波通信中對待雨衰相似，要在系統(tǒng)傳輸?shù)挠嬎阒?，為光信號的衰減，留有足夠的系統(tǒng)功率余度。以便在出現(xiàn)濃霧最大衰減的情況下，仍能接收到所需的光信號功率。在經常出現(xiàn)濃霧的地區(qū)，同樣的光無線系統(tǒng)，可能傳送的距離，要比無霧或少霧的地區(qū)，短得多。所以，系統(tǒng)的設計，一定要考慮地區(qū)的氣象條件，以保證良好的性能。 　　今后，隨著寬帶網絡的進一步發(fā)展，流媒體視頻等要求更高帶寬應用的普及，ＦＳＯ能以較靈活的無線方式，在短距離內，以比現(xiàn)有系統(tǒng)低得多的投資，獲得光纖傳送的容量。