《无线光通信技术——从理论到前沿》课件_第4章.pptx

第4章近地无线光通信;

4.1概述;

但是随着光电子器件的迅速发展和成熟,FSO通信系统迎来了新的曙光。此外,层出不穷的新应用对带宽的需求也在不断增加,这意味着,传统接入通信技术必须改变。再加上

FSO在军事通信应用方面取得了一定成功,因此引起了研究人员对其在民用通信应用方面的关注。;

在两个静态节点之间,全双工FSO系统能够达到1.25Gb/s的速率,甚至在天气晴朗的条件下能够覆盖4km以上的链路距离,此类通信技术已相当成熟。集成式的FSO/光纤

通信系统和波分复用(WDM)FSO系统目前处于试验阶段。2007年,Kazaura等人在日本演示了单模光纤集成10Gb/sWDMFSO链路。此外,20世纪80年代,由于网络运营服务商对FSO通信技术的怀疑,导致此技术市场渗透率增长极为缓慢,但随着网络运营服务商、政府和私人机构对FSO使用量的提升,FSO正在逐步合并到他们的网络基础设施中,

其应用场景与原来相比非常可观。;

有研究表明,近地FSO是解决当代通信挑战的一种可行的补充技术,尤其是它的成本低廉并且能够满足用户最终的带宽/高数据速率要求。FSO

因其流量类型和数据协议透明,因此与现有接入网络的集成速度更加快速。尽管如此,浓雾、烟雾和湍流等大气信道效应等,都是长距离近地FSO部署面临的重大挑战。但在FSO

中,一个实用的解决方案是部署一个混合的FSO/RF链路,将其中一条RF链路作为FSO的备份。;

4.2近地FSO特性;

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4.2.1FSO的特点

近地FSO基本特点可以总结如下:

(1)调制带宽大。

(2)光束狭窄(窄束散角)。

(3)无须获得许可证。

(4)成本低廉。

(5)安装快速且能重新部署。

(6)具有天气依赖性。;

FSO除上述基本特征外,还有以下特征:

(1)不受电磁干扰,也不产生电磁干扰;

(2)与有线系统不同,FSO可被视为一种非固定的可回收系统资产;

(3)辐射在规定的安全范围内;

(4)系统重量轻,系统集成化;

(5)低功耗。;

4.2.2近地FSO的应用领域

基于FSO通信系统的以上特点,其在各个应用领域中颇受关注。FSO通信技术可以与其他技术进行互补(如有???和无线射频通信、FTTx技术和混合光纤同轴网络等,注:

FTTx是“FiberToThex”的缩写,意为“光纤到x”,为各种光纤通信网络的总称,其中x代表光纤线路的目的地),使光纤骨干网中的巨大带宽可供终端用户使用。大多数终端用户离骨干网只有一英里或更短的距离,这使得FSO可以作为它们之间有力的数据传输桥梁。;

在其它新兴的应用领域中,近地FSO通信也适合在以下领域中使用:

(1)作为“最后一公里”接口:FSO可用于消除终端用户和光纤骨干网之间存在的最后一公里的瓶颈问题。在现有市场中,链路范围从50m到几千米不等,数据速率为1Mb/s~2.5Gb/s。

(2)光纤备份链路:FSO可作为主光纤链路损坏或不可用时的备份链路,防止数据丢失或通信中断。;

(3)用于蜂窝通信的后传:FSO可用于第三/第四代(3G/4G)网络中基站和交换中心之间的后传链路,以及从宏蜂窝和微蜂窝站点到基站传输IS-95码分多址(CodeDivision

MultipleAccess,CDMA)信号。

(4)灾难恢复/临时链路:该技术可以在会议需要临时链路的情况下提供服务,或在现有通信网络崩溃的情况下提供特别链路。

(5)复杂的地形通信网络:例如错综复杂的河流、交叉的街道、铁路、没有许可证或许可费用过高的地方,FSO通信技术可以作为有力的数据传输桥梁;

4.3近地FSO系统结构;

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4.3.1发射机

发射机的主要功能是将源数据调制到光载波上,然后通过大气传播到接收端。

FSO系统中可以使用的光源较多,表4.1总结了FSO系统中常用的光源。;;

4.3.2接收机

通过接收机可将传输的数据从入射光中恢复出来。接收机由以下部件组成:

(1)接收机望远镜:用于收集入射光并聚焦到光检测器。大型接收机望远镜孔径会调制多个不相关的入射光并将它们平均聚焦在光检测器上。这也被称为孔径平均,但是大孔径也意味着会受到更多背景辐射/噪声的影响。

(2)光学带通滤波器:用于减少背景辐射。

(3)光检测器(PIN或APD):用于将入射光信号转换为电信号。现代激光通信系统中常用的光检测器总结见表4.2。锗检测器由于其暗电流高,一般不用于FSO通信中。;

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(4)检测后处理器/决策电路:用来进行电信号必要的放大、滤波和保障高保真数据恢复