2、光無線通信存在的主要問題及解決方案

　　盡管光無線通信有許多優點，但也存在以下幾個問題。

　　FSO（自由空間光通信）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1 km以下才能獲得最佳的效果和質量，最遠只能達到4 km。多種因素影響其達不到99.999%的穩定性。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。

　　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、雪和霧的影響較大。據測試，FSO受天氣影響的衰減經驗值分別為：晴天，5～15 dB/km；雨天，20～50 dB/km；雪天，50-150 dB/km；霧天，50～300 dB/km?？梢娪绊懽畲蟮氖庆F天，這是因為霧中的散射粒子的半徑與激光的波長在同一數量級上，而且散射粒子非常集中，從而使光線的傳播方向發生偏轉，造成空間、角度和時間上的擴展，如圖2。對于這種大氣現象處理的方式，與微波通信中對待雨衰相似。要在系統傳輸的計算中，為光信號的衰減留有足夠的系統功率余量，以便在出現濃霧最大衰減的情況下，仍能接收到所需的光信號功率。重要的是，要獲得所在地長期的氣象統計資料，能夠知道不同等級（能見度）的霧，即不同衰減的大氣介質出現的統計規律。如果了解到衰減值大于某一指標出現的概率，就能確定光無線系統為了保證可用性的指標（比如99.9%），需要容納多大的大氣損耗。而傳輸距離的計算公式如式（1）所示。

圖2　光子大氣傳播示意

　　顯而易見，在經常出現濃霧的地區，同樣的光無線系統，可能傳送的距離要比無霧或少霧的地區短得多。所以，系統的設計一定要考慮地區的氣象條件，以保證良好的性能。FSO系
統在發射機和接收機之間需要嚴格的視線傳播，使發送的光信號在接收端的光瓣能夠覆蓋接收望遠鏡，不會因為大氣折射率的起伏而漂離目標。此外，建筑物結構的熱膨或晃動將影響兩個點之間的激光對準，實際測量中發現，大樓頂部的水平移動可達樓高的1/800～1/200。為保證可靠的數據傳輸，FSO系統的光鏈路兩端的激光束的對準和跟蹤是系統的關鍵技術之一。目前在國內外普遍采用擴束法、多束法和動態跟蹤技術克服這些缺陷。擴束法是展寬激光的發射光束，但擴束法降低了接收端的光斑能量密度，傳輸距離和速度受到影響和限制，于是業界又提出了多束法，利用多個激光器和發射鏡同時發射激光束，每個光束都以相同的發射角發射，在接收處就得到一個大而相互重疊的激光光斑。從而提高了接收端的能量密度，也擴大了可接收面積。

　　隨著通信技術的發展，對FSO系統的傳輸速率和距離均提出了更高的要求，如果要提高這兩個技術指標，就必須要增大激光器的發射功率和提高接收機的靈敏度，但擴束法和多束法對性能指標的改善有限，于是動態跟蹤法就應運而生，即利用伺服系統通過反饋裝置獲得光束偏差信息，調整可調微鏡，使光束時刻對準接收器。采用動態跟蹤技術的FSO系統設備功能結構如圖3所示，一般采用雙反饋方式，外反饋是位置探測器輸出的入射激光束的位置誤差信號，內反饋是伺服系統控制的可調微鏡的位置信號，入射激光束通過接收光學系統后，聚集到位置探測器上，位置探測器將激光束的位置誤差信號輸出到主處理器。同時可調微鏡位置探測器將探測到的微鏡位置信號送到控制處理器中，控制處理器利用優化的跟蹤算法進行計算，輸出的角度控制信號控制伺服系統調整可調微鏡，使接收光學系統始終對準入射激光束。

圖3　動態跟蹤技術FSO系統設備功能結構

　　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釋放的能量傷害。由于這類系統采用的是毫瓦量級的小功率光源，其主要的危險是激光對肉眼造成的傷害，所以產品要符合眼睛安全標準。