摘要：在雷射
雷達、雷射制導和雷射大氣傳輸效應研究的基礎上，研發了大氣中的自由空間雷射通信（Free Space Optical 簡稱FSO）系統。通過比較它和微波通信及光纖通信的優缺點，說明了相互的互補關係。本文特別強調了FSO系統在解決寬帶網絡「最後一公裡」瓶頸的重要作用和意義。介紹了哈工大和美國OA公司合作所生產的《烽火臺》FSO產品的特點，接入方案和未來的發展趨勢。對FSO應用領域，市場前景和產生的效益作了分析。本文還介紹了《烽火臺》FSO產品在大大提高了接入的傳輸速率後，實現人機直接對話的必要性。將《烽火臺》FSO產品和《吉祥之音》漢語語音門戶平臺集成和融合系統在技術上的先進性和市場優勢。
一、前言
雷射通信經歷了大氣通信和光波導（光纖）通信兩個發展階段。60年代，處在大氣窗口的雷射通信曾掀起了世界性的研究熱潮。與大氣雷射通信技術基本同時起步的，還有光纖波導通信。光纖通信從80年代起被確認為是地面有線通信最有發展潛力的重要通信手段。然而，大氣中的自由空間光通信（FSO）技術，由於當時諸多客觀因素，特別是大氣衰減和大氣湍流的不利影響，限制了它的發展。
21世紀初，雷射大氣通信技術在以下方面取得較大突破：
1、雷射器的發射功率和光電器件探測靈敏度能滿足15km以內通信的需求。
2、自適應變焦光學天線技術，解決了大氣中傳輸的信息特性隨機變化的不利影響。
3、體積小、重量輕、特性好的收發天線已經研製成功。安裝校準僅需幾分鐘，就可開通通信鏈。
4、有限的調製寬帶內信號壓縮編碼技術能更大容量地傳輸多路信號。
5、光波窄帶濾波技術和光源穩頻技術的成熟，提高了系統的穩定性和可靠性。
6、自動跟蹤和準瞄技術取得較大進展，基本滿足FSO系統的要求。
這些都為大氣雷射通信的FSO技術實用化提供了堅強的技術保障。在大氣中的可視距離範圍內，實現全天候光通信，實現寬帶網絡的最後一公裡接入已經沒有技術障礙。
1999年美國NASA的OA公司將600～1200km星對地自由空間雷射通信技術轉換為民品，開發了5km以內的商業化FSO雷射通信鏈產品。僅在2001年就在全球安裝了4500鏈，哈工大在長期從事雷射大氣探測技術、雷射雷達、雷射制導和雷射空間通信技術基礎上，多年來堅持進行FSO技術研究和FSO的光接入寬帶網絡最後一公裡接入技術的研究。2002年哈工大與美國OA公司建立了全面戰略合作夥伴關係，將在中國實現FSO產品生產，並承擔多個FSO網絡的設計和建設工程。
總之，從現在起，實用化大氣雷射通信技術，即FSO技術應該是一項值得我們引以高度重視的重要技術。
二、目前網絡建設存在的問題及解決方案
近年來的實踐證明，光纖通信網絡的發展遇到了一些問題：
1、材料和工程費用高。維修也較困難，因此，通信的成本較高。
2、我國國土遼闊，在高山峻岭、地形複雜、人煙稀少的地方架設光纖通信明線和溝埋的難度較大，工程也較大。
3、現有光纖通信寬帶網雖然可以接到樓外，但進戶到室、到桌面，仍以金屬介質線材為主。這種傳輸介質在傳輸速度和帶寬方面受到限制。絕大多數用戶都在離骨幹光纜的主要光節點一定距離外。到用戶的樹狀網絡的性能和成本都不能滿足要求。寬帶網絡的「最後一公裡」接入的發展遇到了瓶頸。
4、互動式「三網合一」（電信、廣播電視和網際網路），由於頻帶、管線之爭，體制之間的矛盾，難以短期內實現。
5、光纖通信網絡僅是一個平面型網絡，三維立體組網目前還要靠衛星的微波通信實現。然而，微波的缺點，又制約了它的發展。
無線光通信可分為：點對點的通信（Point to Point）；點對多點的通信（Point to Multi-point）；環形或網格狀的通信（MESH Optical Commu
NIcation）。FSO系統應用時，常遇到的一些實際問題，近年來都得到了解決。
1、通信鏈路的阻斷是採用環形或網格拓撲狀的通信（MESH Optical Communication）-自愈環解決的。
2、安裝點的樓頂晃動（受日光，風向的影響）將影響兩個點之間雷射對準則採用CCD攝像、多目跟瞄器和自動跟蹤系統（Auto-Tracking System）解決。
3、天氣的影響，特別是大霧影響大。但在一定的條件下，已有措施確保達到國際電信聯盟要求的99.999%的可靠性。我們的《烽火臺》FSO產品在200-500m之間，適合任意天氣使用。
這些問題的解決，顯示出FSO通信系統的優越性：
和微波通信比較：
1、無須
無線電通信申請頻率使用證和昂貴的使用費。
2、雷射的定向窄波束具有先天的保密性和抗幹擾性。外來信號難以侵入。優於GSM，CDMA，LMDS等微波通信。
和光纖通信比較：
1、無管道工程施工及維護費用，總體造價低。特殊的地形不便敷設光纜。
2、光纜很脆弱，易被破壞，骨幹光纜破壞事件時有發生。
3、由於無介質傳輸，就不需要繳納昂貴的電信的信道使用費用，為用戶節省大量開支，有利於信息化的普及，特別對農村的信息化建設。
4、建網快速，節省時間。只須幾小時或幾天便可完成。特別適合臨時，地形複雜的緊急組網和軍事組網。
5、克服銅線進戶帶寬窄和速率低的缺點，是寬帶的「最後一公裡」直接進戶的優選解決方案。
6、大氣雷射傳輸頻帶，速率較光纖快和寬，雙工性也較好。適合發展「三網合一」業務。
7、協議的透明性，任何傳輸協議的業務均可容易地迭加上去。實現對語音，數據，多媒體電視電影和圖像傳輸。
8、FSO系統在價格上較光纖和移動通信有一定優勢，易於被市場和用戶接受。
9、大氣雷射通信系統還是未來實現衛星之間的通信，組建三維通信網絡的有效手段。
因此，FSO系統是一種物美價廉，有廣泛應用前景和巨大市場潛力的通信系統。是實現我國信息化建設跳躍式發展的主要措施。
三、《烽火臺》FSO系統的特性
所提供的全部的《烽火臺》FSO系列產品在接收孔徑處對人眼是安全的。對於較遠的通信距離，採用了多光束同步發射和大孔徑光學接收天線，以減少大氣效應的影響；採用兩個專利一個6º視場的CCD攝像機實現瞄準和自動跟蹤，補償建築物晃動的影響，並且對鏈路監控；採用了一個跟蹤萬向多軸平臺，並由計算機界面提供雷射輸出功率和接收信號的強度信息實行連續控制。RS-422串接電纜和RG-59視頻同軸電纜將位於屋頂的《烽火臺》FSO系統串接到建築物內的控制室內定期遙控跟蹤。
《烽火臺》FSO系統可以提供全雙工，獨立協議的大氣通信鏈，數據傳輸率在8km可達到230Mbps，3.5km可達到622Mbps。它已形成了傳輸速率2Mbps~1.25Gbps, 鏈長300m～5.5km的6個系列，近40個型號的產品。
《烽火臺》FSO系統的基本性能是：
1、全雙工，獨立協議的大氣通信鏈能在OC-12中以622Mbps的速率傳輸數據。
2、晴朗天氣下，綜合大氣衰減和氣象因素引起的損耗使系統具有99.999%有效率。《烽火臺》FSO
系統在晴朗天氣下，大氣衰減是0.5dB/km(類似於單模光纖)，在雨中的衰減是3dB/km（類似多模光纖）。只有在濃霧大風雪，衰減才較嚴重。但設計中考慮到這一因素的影響，也採取了相關措施。
3、FSO不受任何通信協議的約束。應可以接入快速乙太網（125Mbps），光線分布式數據界面（Fiber
Distributed Data Interface, FDDI, 125Mbps），異步傳輸模式（Asynchronous Transfer Mode, ATM,155和622Mbps），企業網（Enterprise Systems Connection, ESCON, 200Mbps）等。
4、《烽火臺》FSO系統實現了相關的各自的IP位址控制闖入者。所有接入網引入的通信流量都將在接入點接受檢查。如果IP源地址不同於該點預設的IP位址，從一個接入點引入的系統結構的訪問者將被清除。這一特性在電話線和電纜線中是沒有的。因此，約束了「入侵用戶」，也就是叫做入侵者的未被授權的接入金屬線或接入點的用戶。此外，《烽火臺》FSO系統的CCD攝像原本是精密跟蹤，消除晃動影響的。由於它的鏈兩端彼此以一定的視場對準，同時實現監控，還可和小區的
安防系統聯結，可以直接錄下闖入者。
《烽火臺》FSO系統有許多優點：
1、有很高的數據傳輸率，目前最高達到了1250Mbps，未來是2.5Gbps。
2、由於雷射的窄光束，提高了通信的安全性。探測、截斷和幹擾雷射束是非常困難的。因而是金融、法律、軍事和其他敏感信息領域的理想通信手段。
3、不需要無線電管理委員會審批頻率許可執照。也不必申請昂貴的電信信道。
4、雷射通信的終端是輕便和快速架設的。在突發事件和災害時的營救和恢復，需要臨時架設通
信架設時，也