FSO：安全可靠的大容量桥接

    摘要：
    5/9/2005,当今的信息产业依赖于数据、语音和多媒体通过电信网络的传输。虽然一系列新技术使传统的铜芯电话线能够更有效地负载信息，但光网络仍然是高带宽通信的最理想的媒体。有些时候，由于地理环境、实际情况的限制而不能敷设光缆的话，便可使用无线光纤技术组网。
    目前，光纤网络正在以稳定的步伐进行部署，但它的成本通常都非常高，铺设过程耗时，而且投资不可撤回。相反，无线光纤技术 （FSO）由于成本低，能快速部署，所以能在城域网和局域网中为光纤网络提供有益的补充。
1 简介
    目前，无线光纤技术在中国以及全世界的电信行业已被广泛地采用。原因很简单，：无线光纤技术（FSO）可以在城域光网之外提供高带宽连接，而其成本只有地下埋设光缆的五分之一，而且不需要等6个月才能拿到施工许可证。此外，FSO设备的重新部署非常简单，因此有线运营商可避免光缆的安装资金滞留在某一个建筑上的风险。对于无线运营商，在昂贵的E1/T1租用线路和带宽较低的微波解决方案之外，FSO在流量回输方面提供了一个经济的替代选择。在目前这个竞争激烈的环境中，FSO无疑为电信运营商以较低的成本加速网络部署，提高“服务速度”，并降低网络操作费用提供了可能。
    可是目前在中国，无线光纤技术在广大的企业及事业单位用户中还没有被广泛应用。主要原因是一般的行业用户对 FSO 技术了解不多，很多人甚至没有听说过。另外一些对 FSO 技术的使用存在着一定的误解和疑虑；其中包括：
—FSO 的可用性和网络在线时间比较差。
—FSO技术对于天气比较依赖：大气的分子吸引、折射率会造成的射束偏转
—因为大气分子和悬浮颗粒而发生的散射（雾、雨、雪）
—由于飞鸟、吊塔或者其他高空障碍物而造成的射束中断
2.  无线光纤 (FSO) 技术的可靠性
近年，FSO 技术已被广泛采用，技术方面也有较大的突破。对于大气衰减，稳定性等问题可通过以下几点解决：
选用适合的波长
    -对于基于FSO的系统来说，最常用的光学波长是近红外光谱中的850纳米（nm）。在这个频率上，有足够的能量将电流信号高效地转换成光信号。除了具有快速调制能力，高能量密度对获得高指向性同样有帮助。接收器负责将高容量的调制光信号高效率地转换成电子信号。
除此之外，还有一些基于FSO的系统使用1500纳米的波长，可以支持更大的系统功率，但只有在通信距离超过1000米的情况下，才能显示出优势。 
    如今，人们倾向于开发能在近红外光谱之外工作的FSO系统，例如2.2微米左右的中红外光谱，甚至包括量子级联激光（约10微米）。然而，不管使用的是什么波长，在雨雪等天气中（具有较大的悬浮物颗粒），所有基于FSO的系统都具有类似的表现。在大雾天气，长波系统更有优势，因为它受大气衰减的影响较小。表1展示了不同波长和能见度下的衰减曲线。

        表1: 不同波长上的大气衰减（来源：Modus Technologies, Inc.）
使用自动功率控制和定位跟踪技术提高稳定性
    为了开发未来的基于FSO的系统，使其具有更高的可用性和在线时间，需要采取全新的方式。例如，LightPointe是为其无线光纤系统配备一个自动功率控制（automatic power control，APC）和自动跟踪特性的首批公司之一。APC允许产品的发射功率能自动调节，使接收器永远不会出现过度调变的情况。其优点在于，用户可以使用功率更高的发射器，保证无线光纤系统能在雾天使用。在表2展示的例子中，两个基于FSO的系统相距500米部署。其中，系统A的发射功率是1 mW，且不具备自动功率控制特性。系统B则集成了自动功率控制特性。在这种情况下，系统B的优势是显而易见的。由于系统A只能在1 mW的功率下工作，所以在天气晴朗的时候可能出现过度调变的情况。相反，系统B能控制功率，一旦因为天气原因造成能见度低，在这个例子中，它有附加的超过15 dB附加功率可供利用。

              表2: 有和没有APC的系统对比
    在无线光纤系统中，发射器和接收器的镜头设计必须在以下几个方面取得平衡：大光圈（接收器大光圈有助于获得较大的光线入射）、较短的焦距（由设备的体积决定）以及更容易的调节功能。相应地，在商业应用中，人们采取各种不同的方式来取得这种平衡。一方面，有些基于FSO的系统使用的是Fresnel（菲涅尔）镜头，它的特点是具有一个较大的接收角和镜面，但缺点在于直射光的高入射（会显著影响接收器的敏感性）。另一方面，有些基于FSO的系统采用多镜头设计，它们的累积光学信号能显著增强发射质量。但是，这种系统的低发射和接收角（1-5 mrad）对调节和系统稳定性提出了更高的要求，尤其是用于超出2000米的远距离通信时。考虑到这个原因，FSO产品的领先厂商LightPointe进行了一项意义深远的技术革新，即“自动跟踪”。采用可以在x和y轴上移动的万向支架，可以主动调整接收器，在任何情况下都能处在一个理想的位置上。对FSO系统进行控制的软件能够补偿1-10 ms内的大气波动，并能在极短的1 - 10 s内完成补偿。 
3. 无线光纤（FSO）在一般行业用户的应用
    一般来说，凡是需要高带宽连接而又无法敷设光缆/电缆的情况下均可使用 FSO。它的优点包括：
低成本- 安装简便，不需预先估计线路成本
不需许可证
无干扰
高带宽 – 从 100 Mbps 到 2.5 Gbps
灵活（容易缩放）
适用于任何环境（不依赖某种协议）
以下是一些应用的例子：
                大楼与大楼间的连接
    

         跨越地理限制
    

        存储区网络 (连接 SAN)


6.  小 结
    只有网络连接得到充分的扩展，延伸到一个广泛的客户群体，信息产业令人激动的各种可能才会成为现实。虽然电话线能提供这种连接，但它们不具有真正的高带宽通信所需的容量。光纤骨干网络或者“核心”具有这种带宽，但尚未连接到大多数潜在的用户。 
    建设光学网络时，一种新思维是为昂贵和耗时的纯光纤城域网提供一种替代方案。通常，结合无线光纤与光纤技术，网络能迅速地建立起来，并为渴望带宽的最终用户提供价格合理的、易于扩展的连接。