無線激光通信是指利用激光束作為信道在空間（陸地或外太空）直接進行語音、數據、圖像信息雙向傳送的一種技術，又稱為“自由空間激光通信“，“無纖激光通信”或“無線激光網絡”。無線激光通信以激光作為信息載體，不使用光纖等有線信道的傳輸介質，屬于新型應用技術，早期的研究應用主要是在軍用和航天上，隨著技術的發展，近年來逐漸應用于商用的地面通信，技術也在逐步完善。

　　一、無線激光通信的基本原理

　　無線激光通信不是用光纖作為傳輸媒介，而是以大氣為媒質，通過激光或光脈沖在太赫茲（THz）光譜范圍內傳送信息的通信系統；其傳送終端在原理上與光纖傳送終端十分相似，但由于用在接入系統，因而組成更為簡單。激光具有普通光的一切特性，即折射、反射、透射、衍射和干涉等，但它比普通光具有更優良的特性，即單色性（激光光波都具有相同的頻率）好，強度高，相干性與方向性好，因此激光束的發散角度小，能量集中在很小的范圍內，接收器可獲得比微波高幾個數量級的功率密度。

　　無線激光通信本質上也是一種無線電通信，但它與一般無線電通信相比又有區別。在無線激光通信系統中多了兩個轉換過程，即在發送端進行電–光的轉換，在接收端進行光–電的轉換。一個光傳輸系統，所用的基本技術，也就是光電的轉換。在點對點傳輸的情況下，每一端都設有光發射機和光接收機，具有全雙工的通信能力。通常把待發送的信息源（語言、文字、數據、圖像等），通過信號轉換設備（話筒、攝像機等）轉換成模擬或數字電信號，然后把這些信號輸入光調制器，調制到一個由激光器產生的激光束（激光載波）上，并控制這個載波的某個參數（振幅等），使它按電信號的規律變化。于是，激光載波就運載著這些信息（此時的激光

　　被稱作已調制激光信號），經過信息處理以后由發射望遠鏡（發射天線）發射出去。發射望遠鏡能把截面很小的激光束變成截面較大的激光束，方便接收望遠鏡調整方位并接收信號；如果不進行這樣的處理，由于激光束截面很小，且激光是直線傳播的，將會給接收望遠鏡的方位調整帶來困難。接收是發射的逆過程。接收望遠鏡（接收天線）接收到已調制激光信號，送到光檢測器取出電信號，然后由信號轉換設備（如揚聲器、顯示器等）恢復出原始信息。接收望遠鏡能用于接收大面積的激光束，并聚焦成較小的光斑，起到恢復激光束本來面目的作用。

　　由于大氣空間對不同光波長信號的透過率有較大差別，可以選用透過率較好的波段窗口，激光無線系統通常使用0.85μm或1.55μm的紅外波段。波長0.85μm的設備相對便宜，一般應用于傳輸距離不太遠的場合；1.55μm波長的設備價格要高一些，但在功率、傳輸距離和視覺安全方面有更好的表現。1.55μm的紅外光波大部分都被角膜吸收，照射不到視網膜，因此，相關安全規定允許1.55μm波長設備的功率可以比0.85μm的設備高兩個等級。功率的增大，有利于增大傳輸距離和在一定程度上抵消惡劣氣候對傳輸質量的影響。

　　二、無線激光通信的優勢

　　相比于微波通信等其他幾種接入方式，無線激光通信主要優勢包括：

　　1、無須授權執照

　　FSO系統的設備之間沒有射頻信號的相互干擾，工作頻率在百THz以上，不擠占寶貴的無線電頻率資源，可以免費使用，故無需像無線電通信那樣申請頻率使用許可證。

　　2、快速鏈路部署

　　因為不需要埋設光纖和等待各種手續上的問題，只須在通信點上進行設備安裝，工程建設以小時或天為計量單位。FSO的無線接收器大小如同一部視頻攝像機，可以輕而易舉地安裝在屋頂，屋內甚至窗外，對于重新撤換部署也很方便容易。

　　3、成本低廉

　　由于以大氣為傳輸媒質，免去了昂貴的光纖鋪設和維護工作。有資料表明，FSO系統的造價僅為光纖系統造價的五分之一左右。

　　4、傳輸保密性強

　　激光的直線定向傳播方式使它的發射光束窄，方向性好；激光束的發散角通常都在毫弧度，甚至微弧度量級，因此具有數據傳送的保密性。激光波長使用紅外非可視光，夜間也無法被發現，因此無法探測到鏈路的位置，更不存在竊聽的可能性；除非其通信鏈路被截斷，否則數據不易外泄。

　　5、信息容量大

　　自由空間光通信和光纖通信一樣，具有頻帶高的優勢。FSO支持155Mbit/s～10Gbit/s的傳輸速率，傳輸距離在2～4km之間。在點到多點的組網方式中，FSO同樣能支持155Mbit/s～10Gbit/s的傳輸速率，但傳輸距離為1～2km。

　　6、協議透明

　　FSO以光為傳輸機制，任何傳輸協議均可容易地疊加上去，對語音、數據、圖像等業務可以做到透明傳送。

　　7、設備尺寸小

　　光收發終端設備小巧輕便，便于攜帶，尺寸比微波、毫米波通信天線尺寸要小許多，具有功耗小、體積小、重量輕等特點。

　　三、無線激光通信的缺點

　　當然，無線激光通信也有其固有的缺點：

　　1、通信距離有限

　　激光的定向性雖然很好，但波束還是隨傳輸距離的增加而慢慢變寬，超過一定距離后就難以被正確接收。目前用于地面民用無線激光通信的設備所能達到的距離一般為200m到6000m，受發送功率、數據速率、天氣等條件的限制，實際使用的距離要短一些。測試表明，FSO系統在1公里以下才能獲得最佳的效率和質量。

　　2、易受惡劣天氣影響

　　FSO的傳輸質量對天氣非常敏感。因為激光光波的波長與雨雪或霧氣的水微粒的直徑差不多，光波易被水氣吸收，導致衰減嚴重；所以遇到雨、雪、霧天氣，將嚴重影響激光通信的可靠性，甚至無法接通。據測試FSO受天氣影響的衰減經驗值分別為：晴天5～15dB/Km，雨天20～50dB/Km，雪天為50～150dB/Km，霧天為50～300 dB/Km。

　　3、只能在視線范圍內建立鏈路

　　由于激光不能穿過有形物體，如建筑物、樹木等障礙物，所以無線激光通信要求兩個通信點之間視線范圍內必須無遮擋；對于中間存在障礙物而不可直視的兩點之間的傳輸，可以通過建立一個中繼站實現連接。

　　4、對準困難

　　由于激光在自由空間傳輸時人眼看不見，這就使接收天線不易把握方位，對準困難。一般FSO系統的發射天線設在大樓上，大風或輕微的地震都會使天線產生晃動造成光路的偏移而不易對準。目前已有“偏光法”和“動態跟蹤法”兩種手段可以解決這一問題。

　　5、意外因素使通信鏈路阻斷

　　點對點及點對多點模式中，如有飛鳥或雜物經過某條鏈路空間時，鏈路將被隔斷，通信受阻。

　　四、無線激光通信的主要應用

　　1、FSO在企事業內部網連接中的應用。在校園網、小區網或大企業的內部網建設中，經常會碰到這樣一種情況：馬路對面的新建大樓急需接通，可挖路許可權卻遲遲不能得到批準或者根本就無法取到，這時候無線激光通信技術便可以大顯身手，如右圖所示。無線激光通信設備配備標準RJ45接口或光接口，且對協議透明，可以非常方便的完成局域網的連接。

　　2、FSO在寬帶接入中“最后一公里”的應用。隨著通信網建設的發展，局域網以及千兆以太網開始快速增長，將這些高速的局域網和千兆以太網連接到運營商的通信網絡，必須依靠高帶寬的接入網絡。當前有很多接入技術可供選擇，比如光纖、微波、xDSL等；但光纖、微波接入方式成本高，xDSL則帶寬太低，而無線激光通信作為一種新興的寬帶無線接入方式浮出水面，是解決寬帶網絡“最后一公里”的傳輸瓶頸的有效途徑。

　　3、FSO在移動通信中的應用。移動通信是當今通信領域內最為活躍、發展最為迅速的領域之一，隨著移動電話用戶的迅猛增長和移動數據業務的推廣，無線網絡需要具有更高的帶寬和容量。如何充分地利用現有資源，用最低投入、以最快速度實現移動網絡擴容和優化，成為移動網絡運營商最為關注的問題。無線激光通信技術作為一種接入技術，因為其自身的特點和在施工、帶寬、成本等方面的優點，已逐漸成為各大運營商的首選方案之一。該方案在主干網到距離最近的天線之間采用光纖連接，經過協議轉換器后，由FSO設備系統再連接到其它天線，一定距離內的天線可以共用一個基站，具有以下優點：一是省去基站到天線之間的鏈路鋪設，縮短了施工時間和施工費用；二是可以多個天線共用一個基站，減少了基站數目；三是無線激光通信技術采用紅外激光傳輸，相鄰設備之間不會產生干擾。

　　4、用于意外恢復和應急臨時鏈路。在突發的自然或人為意外災害中，原有通信線路被破壞，難以立即恢復時；或者在一些特殊地方發生突發事件，需要應急通信；或者某些需要快速建立一些臨時鏈路用于現場通信的場合，可采用無線激光通信進行快速的部署。

　　5、用于特殊地理條件下的通信鏈路連接。在通信鏈路必須跨越高速公路、河流、擁擠的城區，由于地理條件的限制無法敷設光纖線路時，采用無線激光通信可以有效解決鏈路連接的困難。

　　五、總結

　　無線激光通信與微波通信相比，它具有調制速率高、頻帶寬、不占用頻譜資源等特點；與有線和光纖通信相比，它具有機動靈活、對市政建設影響較小、運行成本低、易于推廣等優點。因此，無線激光通信已成為通信家族中新的一員。FSO可以用于城域網的擴展，局域網的互連，移動通信的基站互連，最后一公里寬帶接入，以及災難應急、臨時部署等。今后，隨著寬帶網絡的進一步發展，要求更高帶寬應用的流媒體視頻等業務的普及，對接入網絡的容量和覆蓋范圍的要求將更為嚴格。而作為光纖與微波通信的一種補充方式，無線激光通信將有著良好的應用發展前景。