48、中继辅助自由空间光通信技术解析

中继辅助自由空间光通信技术解析

1. 无线通信现状与挑战

随着3G/4G移动网络数据流量的持续增长，服务提供商面临着解决回程和最后一公里接入网络带宽瓶颈的挑战，以提升网络容量。目前，成熟的射频（RF）和光纤通信技术仍将在回程中使用，但为了克服某些应用中的频谱拥塞问题，运营商也在考虑采用替代技术，确保在高流量区域高效利用RF频谱。

为了增加带宽和传输容量，服务提供商考虑转向更高的载波频率，如40GHz和80GHz频段或更高，但这会导致传输覆盖范围减小，增加部署、场地租赁、维护和设备等成本。相比之下，自由空间光（FSO）通信技术可以以较低的成本解决上述问题，特别是在最后一公里接入网络中。FSO系统主要用于视距（LOS）应用，具有高带宽、无需许可证、固有安全性、安装和维护成本低以及抗电磁干扰等优点。商业FSO系统的数据速率可达10Gbps，基于密集波分复用（DWDM）技术的80米单室外链路的数据速率可达1.6Tbps。

然而，FSO技术受大气信道条件的影响较大，大气条件高度可变、不可预测，容易受到散射、吸收和湍流等不同天气条件的影响，导致光衰减、波形失真和相位漂移，因此在信道限制下，实现99.999%的FSO链路可用性极具挑战。另一种提高链路可用性的方法是将光链路构建成光网络拓扑，如网状和环形网络。现有的基础设施网络基于两点之间的传输，而无线网络信息通过中继传输给用户。基于中继的无线传输系统具有许多独特的优势，但也面临一些基本挑战。

2. 无线网络的特点与挑战

在无线网络中，目标是在一定约束条件下，在用户之间尽可能多地传输数据信息。例如，在网状网络中，更高的吞吐量意味着更有效地利用有限的可用带宽资源，特别是在RF领域。此外，无线网络还需要高可