FSO 的发展历史 (FSO History)

120年前，大气激光传输的概念就由电话发明人贝尔提出过。
60年代随着红宝石激光器的出现，大大改善了大气激光通信
系统的传输性能。随着技术的不断发展，人们对大气激光通
信进行了进一步的研究，尤其是各种军事机构用于军事目的。

大气激光通信称自由空间光通信FSO (Free-Space-Optics)
或无线光通信。FSO技术在20世纪80年代就开始用于军方，
随着掺饵光纤放大器 (EDFA)、波分复用 (WDMA)、自适应
光学 (Adaptive Optics) 等技术的不断发展，无线光通信在可
靠性、传输距离和容量等方面有了较大改善，适用面也越来
越宽。20世纪90年代末，FSO吸引了电信业的目光。因为
安装屋顶到屋顶的FSO链路比挖掘城市街道安装光纤线路
快捷便宜的多。到了世纪之交，无线通信成为一种全球时尚，
满足了人们随时随地获取信息的渴求。但是，无线通信所赖
以生存的射频频谱正在变得十分拥挤，很难再支撑高速宽带
大容量的无线通信应用，于是人们又将目光转向了无线光通
信。从那以后在世界范围内不断取得技术和商业上的进展，
FSO设备的速率目前已经可达2500Mbps，传输距离可达到
4公里，但通常在1-2公里有稳定的传输效果。

FSO固有的优势正在逐渐吸引运营商，而其劣势正在被技术
的进步所抵消。在这些综合因素下引进FSO设备的新兴运营
商利用这些设备，可以迅速拥有同竞争对手同样的网络能力
而成本则大大降低。FSO市场之所以活跃，最大的特点是可
提供无可匹敌的带宽优势，另外架设方便、成本低而且简单
易行。可以迅速提供业务，特别适于基于开拓业务的新兴运
营商，如电信、移动、宽带运营商及各行各业的专业网络等。

FSO 的基本原理 (FSO Basic Principle)

无线光通信是一种基于光传输方式，采用红外激光承载高速
信号的无线传输技术。其原理与光纤通信系统类似，包括光
发送、光传输和光接收三个部分。它以激光为载体以空气为
介质用点对点或点对多点的方式实现连接。由于其设备也以
发光二极管或激光二极管为光源，因此又有“虚拟光纤”的美
誉。FSO 结合了光纤通信和无线通信各自的优势，既能提供
与光纤相同的带宽以千兆的速度进行全双工通信；又不需在
频谱这样的稀有资源方面有很大的初始投资。具有频带宽、
灵活机动的特点，在点对点传输的情况下，在发送端和接收
端之间须是互相可视的，两终端之间不能有阻挡。有的系统
采用跟踪系统来消除接收器的偏移对精确聚焦的影响；还有
的系统以一定的偏移角度发射光束消除接收器位移带来的聚
焦不准问题和应付鸟类或树叶对光束的短暂遮挡。

FSO 采用的红外激光脉冲在太赫兹 (THz)光谱范围内，采用
波长为0.8-1.55微米的光波信号，主要的衰减来自雾，它对
红外光的作用类似于雨引起微波的衰落。这一光谱目前没有
开设业务，不会与其它传输发生干扰可以免费使用。唯一的
要求是设备功率不能超过国际电子技术委员会规定的功率上
限。国际电工委员会IEC针对激光对肉眼的安全制定了相关
的建议，规定了一种定为1M类的激光光源指标，这类光源
即使肉眼直接观察也可保证安全。

FSO是物理层传输设备，任何传输协议均可容易地叠加上去。
对语音、数据、图像等业务可以实现透明传送。由于采用激
光通信，能量集中不会向空中其它方向产生辐射，因此FSO
系统不会产生同频干扰，即使链路交叉也不影响通信。同一
地点可以安装多套设备。FSO可以隔窗安装于户内，这对大
中城市的用户来说有时极为关键。因此在有难以逾越的布线
障碍物或对建网速度要求快的情况下，FSO可在建筑物之间
成为替代光纤的一种网络连接方案。

FSO是一种连接方式而非覆盖方式，但有自己独特的市场定
位，在其他接入方式力不从心的一些特殊场合下发挥其优势。
最初是为宽带服务运营商开发的一种在不易进行光纤布线的
地段代替光纤设备的网络连接方案。没想到被很多企业用户
看好并纷纷用在了企业内部网的互联建设上。企业看好FSO
的理由有三点：一是综合成本低，用它可以省去租用专线和
铺设光纤的一大笔费用；二是通信质量好，无线光通信是一
种本地环路技术；三是运营商级的通信质量足以满足企业网
络应用的各种要求。FSO通信系统随着通信距离的增加信号
功率会不断衰减，但通信速率却不受影响。距离对FSO通信
的影响主要表现在可靠性上，衡量可靠性有个指标叫LINK
MARGIN单位为dB，其意义为FSO设备正常工作所允许的
最大功率损耗。一个典型的FSO系统的LINK MARGIN值为
20dB。与微波通信中对待雨衰相似，要在系统传输的计算中
为光信号的衰减留有足够的系统功率余度，以便在出现浓雾
最大衰减的情况下仍能接收到所需的光信号功率。在经常出
现浓雾的地区，同样的无线光系统可能传送的距离要比无雾
或少雾的地区短得多。所以系统的设计一定要考虑地区的气
象条件以保证良好的性能。英国科飞（Cablefree Solutions）
推出的具有自动传输功率控制（ATPC）功能的FSO系统就
是一个全面运营商级的解决方案，这种系统可有效改善系统
在不同衰减情况下的应用。

随着宽带网络的进一步发展，流媒体视频等要求更高带宽应
用的普及，FSO能以较灵活的无线方式在短距离内以比现有
系统低得多的投资获得光纤传送的容量。FSO曾评为电信领
域的十大热门技术说明这种技术已经得到越来越广泛的重视
和认可。

FSO 的技术优势 (FSO Technical Advantage)

光纤传输铺设管道涉及诸多的申报审批手续，需要等候很长
的时间，而且光纤一旦铺设完毕用户要搬迁则浪费了投资。
FSO不需管道工程施工及维护费用，施工方便、工期短无需
为穿越公路或铁路等申请许可证。在城市的大楼之间往往不
便于铺设光纤，FSO技术就显出其独到的优势。因此在有自
然或人工障碍物的情况下或对经常需要搬迁的机动性单位，
FSO能成为替代光纤的一种网络连接方案。

家庭宽带接入Cable Modem和ADSL等铜线技术由于利用
已铺好的有线电视或电话线路，因而以低成本和快速实现等
优势得以流行，但XDSL目前2-3Mbps的带宽将越来越难以
适应未来。使得这种基于铜线的接入方式并不是解决“最后一
公里”瓶颈问题最终的解决方案。如果在楼宇之间的网络连接
引入宽带接入应用领域具有明显优势FSO技术，再接合用户
端的其他接入技术则会使家庭网络带宽得以大幅提高。FSO
与微波通信比较无须申请频率使用证和昂贵的使用费，性能
价格比要优于LMDS和MMDS等其它无线接入手段。

FSO的容量与光纤相近但价格却低得多，它可以直接架设在
屋顶空中传输而没有敷设管道或挖掘马路的问题。使用点对
点的系统在确定发收两点之间视线不受阻挡的通道之后，一
般可在数小时之内即可安装完毕投入运行。在考虑到当地气
象的条件以后无线光系统一般可得到99.9%的可用性；如果
采用微波系统备份可达到99.999%电信级的可用性要求。

FSO与其它接入技术相比较，具有比较明显的优点：

1. 带宽高：可提供与光纤相似的带宽，已商用的FSO系统
容量从2Mbps-2500Mbps。

2. 无需申请频率：由于工作在光谱不占用无线电频率资源，
没有频率许可问题故无需申请频率许可证。

3. 保密性强：由于非可视光夜间也无法探测到链路的位置，
不存在窃听的可能性。即使被截取用户也会发现因为链路被
中断了，因此 FSO 比其它无线系统安全得多适用于金融、
法律、军事等保密要求高的部门。

4.链路部署快速：FSO不需要埋设光纤，只需一天或更短的
时间即可安装和调试成功。适合临时性机动性高的应急通信，
特殊地形地貌实现紧急组网和军事组网。当搬迁或临时驻军
时无需重新安装光纤从而节约成本。

5. 协议透明：FSO以光为传输媒介，任何传输协议均可容易
地叠加上去，现在通信网络常用的SDH、ATM、IP 等都能
通过，对语音、数据、图像等业务可以做到透明传送。

6. 成本低：起始投资运营费用低，无线光接入传送每兆毕特
的价格只及与之最接近的微波无线接入的一半。加上其附加
投资不多，同一般的微波无线接入相比可省去频率申请使用
的开销甚至可节省规划的费用。

FSO系统是一种物美价廉，有广泛应用前景和巨大市场潜力
的通信系统。由于它的技术特点在解决“最后一公里”瓶颈方面
将有着重要的意义和作用。

FSO 的气候影响 (FSO Weather Influence)

FSO在拥有上述不容置疑优势的同时，由于是作为一种视距
范围内的自由空间激光传输技术，因而也存在其特有的一些
问题。由于光信号裸露在大气中进行传输，势必会受到气象
条件的影响。雪、雨、雾都会影响到FSO的通信。正是这一
问题极大地限制了其应用的场合。其中雾的影响最大，这是
由于FSO的波长接近雾粒能量被吸收，同时雾粒呈现出棱镜
的作用使激光产生衍射的结果。

为克服恶劣天气对光传播的影响，解决问题的一种方法是使
用不需许可证的微波（2.4G、5.8G、60G等）作为备份节点，
这是因为微波对雾的抗力强一些。60G频段的微波通信设备
通过高效的调制技术能使数据速率达到1250Mbps，且不受
大雾的影响。而FSO易受到大雾的影响，两种技术互为补充
备份实现全天候通信，在极端天气出现时设备可自动切换，
这样可将单台可靠性从99%提高到99.99%。

影响FSO的另外因素是大风引起建筑物晃动造成光路的偏
移，由于系统的收发设备一般都安装在高楼之上，在风力的
作用下建筑物实际上也会有些摇摆。目前已有“偏光法” 和“动
态跟踪法” 解决这一问题以保持收发两端始终对准。