网路最后一哩的布线问题一直困扰着电信业者，然而最近出现一种新的无线传输手段，即利用大气镭射传输原理的无线光通信（FSO）系统，也称为无线光网（WON）系统，其传输媒介为空气而非光纤。

其实早在1960年代，人们就对无线光通信进行了相当多的研究，特别是各种军事机构，到了80年代军事单位也成功利用了大气作为光通信传输的媒介，然而因为安全、可靠及市场上应用的考量，未能推出商业产品。最近FSO又被重提且成功开发出商用产品的主要因素不外乎商业市场的需求。

FSO解决最后一哩瓶颈

全球电信市场的开放，促使许多电信业者积极建设骨干网路，并提升用户回路的频宽，以加速宽频网路时代之来临；然而位于将用户回路的资料汇集至骨干网路的中间接取网路，其布建的成本与困难度，一直无法克服，并造成所谓「最后一哩（last mile）」的问题。目前解决此一层网路的传输方案有光纤及无线射频，但皆各有其先天上的限制。如光纤网路，虽然光纤有高传输频宽及不受电气讯号干扰的特质，且被称为传输网路的终极材质，但光缆的成本与布线施工的时效与费用一直为电信业者重大的负担。而无线传输技术，像微波、MMDS及LMDS等，虽然避免掉光缆施工的费时，但却受限于其传输频宽与高额的频率使用执照费，所以也一直无法普及。

FSO是一种不需要高额频率使用执照费且可快速安装不用费时挖路埋管的传​​输系统，其传输频宽也可媲美光纤。 FSO挟其快速安装的特质（可在24小时之内完成上线的连接），使电信业者可以立即反映市场的需求，而且此设备可以回收重复使用，相当适合机动网路临时性的安装。

自然环境为FSO天敌

然而FSO也非万能仙丹，严苛的气候环境，如浓雾，将会限制FSO的传输距离。而要达到电信等级的可靠度，FSO必须在数百公尺至1~2公里之内架设，当然主要视当地的气候条件而有所不同。可靠度与传输距离息息相关，传输距离越短，可靠度就越高。另外，由于透过光线传输，FSO中间不可有任何遮蔽物，否则会造成断线。即便有传输距离上的限制，FSO仍然是都市网路建设最后一哩的最佳解决方案之一。

除了可做为电信业者最后一哩的解决方案外，对于像校园网路，企业或政府单位位于不同建筑物的办公室网路连结等，FSO也会是快速、而经济的一种解决方案。另外，由于其弹性快速的安装特质，FSO也很适合用于灾难紧急联络网路或临时网路的需求。

FSO 系统架构

《图一 FSO的三大次系统：传送、接收及光学追踪控制系统。》

(图一)显示电信等级FSO的三大次系统：传送、接收及光学追踪控制系统。

其中光学追踪控制系统是用来补偿建筑物因气温所造成的低频、小振幅的震动。对于建筑物来说，此种的震动补偿方式一般有两种作法，一是采用光学追踪系统，另一为增加雷射光的发散角。若采用增加雷射光发散角的方式，将导致光发散损失的增加，进而使传输距离缩短，采用光学追踪系统乃一较佳之选择，而且此一方式不只可补偿建筑物之震动，也可将较强的光束集中于接受器上，使接受器获得最多的光功率。

(图二)显示光学追踪系统的两种补偿作用。在(图二)(a)中，由于光在空气中的传输近似高斯波形，光强度集中于中心位置，此时可藉由侦测接受器的光功率调整雷射光的位置；(图二) (b)则说明在接收端由于建筑物的震动导致接收器偏离原先之接收位置。光学追踪系统可随时让FSO保持在最佳的讯号品质，因此对电信等级的FSO系统是不可或缺的。

在发射端要考量的是发射光功率对人眼的安全性以及雷射光的发散角度。适当的雷射光发散角度可避免临时性障碍物（如飞鸟）的影响，而不同光波长及雷射二极体发射面与FSO光输出面的光路设计是影响发散角重要的参数。另外由于FSO为户外的传输系统，因此在设计光输出时，环境温度的影响必须纳入考量。

同样地，上述的影响因素在接收端也应一并考量。一般光接收二极体有两种：PIN及APD，而为了容忍不同气候对光损失的冲击，电信等级的FSO系统，会采用接收灵敏度较高的APD，当然选用的APD也必须考虑系统频宽需求。

假如CCD或CMOS用于光学追踪校正系统，则因其接收面积大，在调整校准光路时，变得较为容易，但在整合发射、接收及追踪系统的光路校准时，依然必须极为小心。此追踪系统将会面临两种状况：一为建筑物因温度效应而导致的缓慢偏移效应（追踪频率以「小时」记），另一为大楼因风产生的快速震动（追踪频率以「秒」记）。

《图二 光学追踪系统的两种补偿作用：(a)为集中光束于接受器上(b)为补偿建筑物之震动》

FSO的技术原理

FSO系统的接收光功率可以以下简单的物理方程式来表示：

《公式一》

其中会影响接收光功率的变因有：发射光功率、接收器孔径、雷射光发散角、传输距离及衰减系数。由于是在户外的环境，因此空气的衰减系数乃难以控制的重要变因，从(图三)可看出「浓雾」对FSO的影响，严重时将超过200dB/km，此时没有任何商用FSO系统传输距离可超过一公里。而且衰减系数是以指数型态对接收光功率产生影响，因此若(值较大（发生浓雾）时，即使尽量设计最大的发射光功率或接收器孔径及最小的雷射光发散角，也无法对传输距离有太多的贡献。目前FSO制造商对此的解决方案，如美商Airfiber是采用微波备援的方式，利用不同的气候变因影响（微波：雨衰，FSO：浓雾），来做彼此的备援保护，以达到电信等级的传输可靠度。

《图三 不同气候条件与衰减系数的关系》

其他设计考虑因素

FSO乃一可快速安装并提供高频宽的传输技术（一般提供：OC-3/STM-1、OC-4/STM-12、Gigabit Ethernet），然而并非单单FSO发射与接收的链路，就可应用于商业last mile系统，一完整的商业系统尚须考虑以下课题：

结论

FSO无线光传输系统为一可靠的电信等级"last mile"解决方案，其提供传输可靠度超过99.9%，在选择或设计电信等级FSO系统时必须考虑：