光纤通信课件-FSO介绍.ppt

1、FSO介绍介绍什么是什么是FSOl自由空间光（自由空间光（FSO,Free Space Optics）通信是信号沿光）通信是信号沿光束通过自由空间传输的过程束通过自由空间传输的过程。l早在早在100多年前，多年前，A.G.A.G.贝尔提出贝尔提出PhotophonePhotophone光电话。光电话。l上世纪上世纪70年代，年代，FSO技术因其高带宽和安全技术特点，应技术因其高带宽和安全技术特点，应用于美国军方和航空航天。用于美国军方和航空航天。l近年来由于自由空间光通信技术的不断发展以及传输带宽近年来由于自由空间光通信技术的不断发展以及传输带宽不断增大，自由空间光通信产品已成为光纤传输的补充

2、。不断增大，自由空间光通信产品已成为光纤传输的补充。FSO工作原理工作原理2空间发送激光器将“0”“1”信号调制到激光上并发送到空中 5双向数据传输 3接收对端的红外光信号1 FSO设备接入通信网络来到数字信号4FSO设备恢复出接入的通信网络数字信号FSO通信影响因素通信影响因素太阳光太阳光建筑物偏移建筑物偏移红外激光红外激光窗户玻璃衰减窗户玻璃衰减雾雾闪烁闪烁障碍物障碍物沙尘、烟、低云等沙尘、烟、低云等闪烁（闪烁（Scintillation）l闪烁闪烁是由大气湍流引起的时空变化，这种湍流是由风和温是由大气湍流引起的时空变化，这种湍流是由风和温度差所产生的空气囊体，随着浓度的改变，空气囊体也就

3、度差所产生的空气囊体，随着浓度的改变，空气囊体也就迅速地改变着光线的折射率，其作用恰似一个随时间改变迅速地改变着光线的折射率，其作用恰似一个随时间改变着特性的棱镜和透镜，这正是造成夜空中星体闪烁现象的着特性的棱镜和透镜，这正是造成夜空中星体闪烁现象的原因。原因。光束发散和投射模式光束发散和投射模式光束光束发散发散 束宽束宽500米米 束宽束宽1000米米 束宽束宽2000米米 2毫弧度毫弧度 1 m2 m4 m3毫弧度毫弧度 1.5 m3 m6 m6毫弧度毫弧度 3 m6 m12 m发射角度发射角度1 mrad1 km1 mSmall angle approximation:Angle(in

4、milliradians)*Range(km)=Spot Size(m)1 17 mrad 1 mrad 0.0573 DivergenceRangeSpot Diameter0.5 mrad1.0 km0.5 m 2.0 mrad1.0 km2.0 m 4.0 mrad 1.0 km4.0 m 同步多束激光同步多束激光-6.0 dB-3.0 dB-1.2 dB20002000米时的米时的2mr2mr投射模式投射模式（按比例）发散角发散角=2 毫弧度毫弧度-3.0 dB-3.79 米4 4根平行光束根平行光束 15 cm21 cm15 cm21 cmFSO接收视场角接收视场角发散角度=2 mr

5、ad光斑直径光斑直径=2m空间距离空间距离=1km视场角=1.47mrad尽量使能量汇聚，提升链路抗衰减性能；尽量使能量汇聚，提升链路抗衰减性能；抗外界杂散光的干扰能力；抗外界杂散光的干扰能力；抗摇摆与震动。抗摇摆与震动。自动跟踪自动跟踪l什么是自动跟踪？什么是自动跟踪？l采用自动跟踪技术的采用自动跟踪技术的FSO都有什么好处？都有什么好处？FSO空间光波长空间光波长Visible Spectrum500 nm600 nm700 nm800 nm900 nmHeNe780nm810nm850nmNear Infrared1300nm400 nm1550 nml850nm850nm还是还是155

6、0nm1550nm？激光安全激光安全我们为什么要制定激光安全规范：我们为什么要制定激光安全规范：l对不可见光没有对不可见光没有“亮光亮光”反应。反应。l850 nm850 nm的激光束聚焦在没有痛觉的视网膜极小区间。的激光束聚焦在没有痛觉的视网膜极小区间。l15501550激光器发送功率比激光器发送功率比 850850激光器大激光器大20dB20dB左右，能产生有感的眼部不左右，能产生有感的眼部不适。适。FSO安全等级安全等级国际相关标准为国际相关标准为IEC60825-1IEC60825-1CLASS-1CLASS-1类类 在可以预见的合理条件下，激光器的所有运行都是安全的，在可以预见的合理

7、条件下，激光器的所有运行都是安全的，其中包括使用光学装置进行观察。其中包括使用光学装置进行观察。CLASS-1MCLASS-1M类类 裸眼观察时完全安全。裸眼观察时完全安全。如果在光源计算距离范围内使用光学装置进行观察，在如果在光源计算距离范围内使用光学装置进行观察，在302.5 302.5 到到4000 nm4000 nm范围内发射的激光可能不安全。范围内发射的激光可能不安全。FSO反光反光反光：反光：FSOFSO发出的空间光会通过对端发出的空间光会通过对端FSOFSO光纤耦合端面反射回来，距离越光纤耦合端面反射回来，距离越近，反射的光越强，当反射的光强到一定的程度时会导致近，反射的光越强，

8、当反射的光强到一定的程度时会导致FSOFSO设备设备出现误码或者业务中断，这种现象我们通常称之为反光；出现误码或者业务中断，这种现象我们通常称之为反光；VOA(自动光功率衰减自动光功率衰减)渐进衰减片渐进衰减片VOA应用在应用在FSO中原理中原理大孔径非球面透镜VOA窄带滤光片耦合光束电机入射光束APD和硬软件模块APDFSO的保密性的保密性侵权接收器实物位置必然位于圆形光束圈内其它必要条件相同的视场相同的接收器波长相同的数据传输速率大气因素造成的损耗大气因素造成的损耗天候能见度(公尺)dB損耗/公里重雾050-339.0浓雾200-84.9中度雾500-34.0轻雾雪暴大雨(100公里/小时

9、)770-20.01000-14.2薄雾大雨(25公里/小时)1,900-7.12,000-6.7朦胧中雨(12.5公里/小时)2,800-4.64,000-3.0轻微朦胧小雨(2.5公里/小时)5,900-1.810,000-1.1晴朗毛毛雨(0.25公里/小时)18,100-0.620,000-0.53万里晴空23,000-0.4650,000-0.21系统冗余度系统冗余度冗余度概念及意义：冗余度概念及意义：系统的接收冗余度又称为链路余量（系统的接收冗余度又称为链路余量（Link MarginLink Margin）或者称为链路预算（）或者称为链路预算（Link Link budgetbu

10、dget），它是一个产品的性能指标，通过这个数值的估算可以估算出相关），它是一个产品的性能指标，通过这个数值的估算可以估算出相关产品的最大传输距离（根据不同天气状况下激光的衰减情况），单位为产品的最大传输距离（根据不同天气状况下激光的衰减情况），单位为dBmdBm。冗余度计算公式如下：冗余度计算公式如下：其中其中pcpc为系统链路余量；为系统链路余量；p pt t为系统输入功率；为系统输入功率；p pr r为接收器灵敏度；为接收器灵敏度；p p0 0为固定衰为固定衰减（如光纤耦合、透镜传输、瞄准镜等因素引起的衰减；减（如光纤耦合、透镜传输、瞄准镜等因素引起的衰减；p pg g为几何衰减。为几何

11、衰减。grtcppppp0系统冗余度系统冗余度+10+5-5-10-15-20-25-30-35-40-45发送器输出发送器输出接收器下限-500-55-60+15-45 dBm+7 dBmdBmmW11x10-631.61x10-510几何损耗几何损耗系统裕量系统裕量（用于克服雾、薄雾等影响的额外功率）随随能见度能见度变化变化（气候，随时间变化）-20 dBm 固定系统损耗+3 dBm随随距离距离变化变化 23 dB25 dB4 dB 系统裕量系统裕量是影响系统性能 的关键因素（光束发散、渐晕、视差等）多光束多光束FSO设计设计四片82mm接收透镜 四片35mm发送透镜 弯曲形透镜防结冻装置

12、 内置望远镜 加热玻璃板 罩壳 多光束发送器的设计多光束发送器的设计冗余信号 空间分流发送器 数字信号 134数据分路器 数据输入 发送器输出 O/EE/O（FSO的设计中未使用任何光学放大器。）激光器 光纤 透镜 21342克服断续性实物障碍克服断续性实物障碍(飞鸟飞鸟)、闪、闪烁、雨雪，烁、雨雪，保证保证 安全安全 运行运行*。850nm多光束接收器的设计多光束接收器的设计数据输出 空间光信号输入E/OO/E探测器 光纤 透镜 激光器 850nmFSO系统组成系统组成FSO系统组成系统组成远距离继电器（切断电源）1310 nm GBIC-w/SC 连接器850 Nm GBIC-w/SC 连

13、接器TX 和RX 数据输入SC 连接器-14至-8dBm 输入光接到连接头的12-18伏直流电源MM（50 或 62.5）或SM 光纤跳接线连接头标准安装电源盒商业电源电极PDH、SDH、PTN等设备UPSFSO优点优点l真正高带宽，无压缩，时延低，可以支持分组传真正高带宽，无压缩，时延低，可以支持分组传送网络（送网络（PTNPTN）、多业务传输平台（）、多业务传输平台（MSTPMSTP）等）等l大气传输，无须挖沟破路大气传输，无须挖沟破路l空间光传输，无须频率许可，即装即用空间光传输，无须频率许可，即装即用l链路交叉无干扰，可同点多套安装链路交叉无干扰，可同点多套安装l极好的数据传输安全性能

14、极好的数据传输安全性能l环保无辐射，容易取得屋顶使用权环保无辐射，容易取得屋顶使用权l尺寸小，坚固，具备良好的抗风性能尺寸小，坚固，具备良好的抗风性能l安装简单，快速业务部署能力安装简单，快速业务部署能力FSO缺点缺点l视距技术（一般传输距离就几公里）视距技术（一般传输距离就几公里）l不良的气象条件（尘埃、烟、雾、小水滴等）不良的气象条件（尘埃、烟、雾、小水滴等）l对准与保持对准与保持l空中障碍物的影晌空中障碍物的影晌l背景噪声背景噪声FSO设备设备155M622M1.25GFSO参数参数 产品产品参数参数155M622M1.25G传输速率传输速率最高155Mbps最高622Mbps最高1.2

15、5Gbps工作距离工作距离50m1500m50m1000m50m1500m设备平均功耗设备平均功耗10W12W20W系统工作电压系统工作电压24VDC，48VDC，220VAC24VDC，48VDC，220VAC24VDC，48VDC，220VAC(支持1+1双电源备份)主机工作电压主机工作电压12VDC12VDC12VDC（支持1+1双电源备份)发射激光器发射激光器3路12mW VCSEL激光器4路12mW VCSEL激光器4路20mW VCSEL激光器FSO参数参数 产品产品参数参数155M622M1.25G激光器耦合方式激光器耦合方式光纤耦合光纤耦合直接耦合发射角度发射角度2mrad2m

16、rad2路激光器2mrad，2路激光器1.5mrad激光器人眼安全激光器人眼安全等级等级CLASS-1MCLASS-1MCLASS-1M接收探测器接收探测器Si APD探测器Si APD探测器Si APD探测器工作波长工作波长850nm850nm850nm接收视场接收视场1.47mrad1.47mrad2.7mrad光功率调节光功率调节高、中、低3档手动调节无自动光功率衰减VOA155M FSO155M FSO155M FSO155M FSO155M FSO155M FSO622M FSO622M FSO622M FSO622M FSO622M FSO1.25G FSO1.25G FSO1.25G FSO1.25G FSO1.25G FSO1.25G FSO1.25G FSO1.25G FSO1.25G FSO 完完