光无线通信系统技术探悉

　　FSO系统性能最大的问题是大气介质对光信号的衰减，对天气非常敏感是FSO的另一个主要问题。晴天对FSO传输质量的影响最小，而雨、雪和雾的影响较大。据测试，FSO受天气影响的衰减经验值分别为：晴天，5～15dB/km、雨，20～50dB/km、雪，50～150dB/km、雾，50-300dB/km。可见影响最大是雾，这是因为他们中的散射粒子的半径与激光的波长在同一数量级上，而且散射粒子非常集中，从而使光线的传播方向发生偏转，造成空间、角度和时间上的扩展，如图2所示。对于这种大气现象处理的方式，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。重要的是要获得所在地长期的气象统计资料，能够知道不同等级(能见度)的雾，即不同衰减的大气介质出现的统计规律。如果了解到衰减值大于某一指标出现的概率，就能确定光无线系统为了保证可用性的指标(比如，99.9%)，需要容纳多大的大气损耗。而传送的距离为：

　　图2　光子大气传播示意

　　显而易见，在经常出现浓雾的地区，同样的光无线系统，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。FSO系统在发射机和接收机之间需要严格的视线传播，使发送的光信号在接收端的光瓣能够覆盖接收望远镜，不会因为大气折射率的起伏而漂离目标。此外，建筑物结构的热膨或晃动将影响两个点之间的激光对准，实际测量中发现，大楼顶部的水平移动可达楼高的1/800～1/200。为保证可靠的数据传输，FSO系统的光链路两端的激光束的对准和跟踪是系统的关键技术之一。目前在国内外普遍采用扩束法、多束法和动态跟踪技术的克服这些缺陷。扩束法是展宽激光的发射光束，如图3所示，当发射角为2θm。时，在1km处可以得到直径为2θm。光斑，θ越大或传输距离越远光斑就越大。但扩束法降低了接收端的光斑能量密度，传输距离和速度受到影响和限制，于是国内外又提出了多束法，利用多个激光器和发射镜同时发射激光束，每个光束都以相同的发射角发射，在接收端就得到一个大而相互重叠的激光光斑，从而提高了接收端的能量密度，也扩大可接受面积。