網路最後一哩的佈線問題一直困擾著電信業者，然而最近出現一種新的無線傳輸手段，即利用大氣鐳射傳輸原理的無線光通信（FSO）系統，也稱為無線光網（WON）系統，其傳輸媒介為空氣而非光纖。

其實早在1960年代，人們就對無線光通信進行了相當多的研究，特別是各種軍事機構，到了80年代軍事單位也成功利用了大氣作為光通信傳輸的媒介，然而因為安全、可靠及市場上應用的考量，未能推出商業產品。最近FSO又被重提且成功開發出商用產品的主要因素不外乎商業市場的需求。

FSO解決最後一哩瓶頸

全球電信市場的開放，促使許多電信業者積極建設骨幹網路，並提升用戶迴路的頻寬，以加速寬頻網路時代之來臨；然而位於將用戶迴路的資料彙集至骨幹網路的中間接取網路，其佈建的成本與困難度，一直無法克服，並造成所謂「最後一哩（last mile）」的問題。目前解決此一層網路的傳輸方案有光纖及無線射頻，但皆各有其先天上的限制。如光纖網路，雖然光纖有高傳輸頻寬及不受電氣訊號干擾的特質，且被稱為傳輸網路的終極材質，但光纜的成本與佈線施工的時效與費用一直為電信業者重大的負擔。而無線傳輸技術，像微波、MMDS及LMDS等，雖然避免掉光纜施工的費時，但卻受限於其傳輸頻寬與高額的頻率使用執照費，所以也一直無法普及。

FSO是一種不需要高額頻率使用執照費且可快速安裝不用費時挖路埋管的傳輸系統，其傳輸頻寬也可媲美光纖。FSO挾其快速安裝的特質（可在24小時之內完成上線的連接），使電信業者可以立即反映市場的需求，而且此設備可以回收重複使用，相當適合機動網路臨時性的安裝。

自然環境為FSO天敵

然而FSO也非萬能仙丹，嚴苛的氣候環境，如濃霧，將會限制FSO的傳輸距離。而要達到電信等級的可靠度，FSO必須在數百公尺至1~2公里之內架設，當然主要視當地的氣候條件而有所不同。可靠度與傳輸距離息息相關，傳輸距離越短，可靠度就越高。另外，由於透過光線傳輸，FSO中間不可有任何遮蔽物，否則會造成斷線。即便有傳輸距離上的限制，FSO仍然是都市網路建設最後一哩的最佳解決方案之一。

除了可做為電信業者最後一哩的解決方案外，對於像校園網路，企業或政府單位位於不同建築物的辦公室網路連結等，FSO也會是快速、而經濟的一種解決方案。另外，由於其彈性快速的安裝特質，FSO也很適合用於災難緊急聯絡網路或臨時網路的需求。

FSO 系統架構

《圖一　FSO的三大次系統：傳送、接收及光學追蹤控制系統。》

(圖一)顯示電信等級FSO的三大次系統：傳送、接收及光學追蹤控制系統。

其中光學追蹤控制系統是用來補償建築物因氣溫所造成的低頻、小振幅的震動。對於建築物來說，此種的震動補償方式一般有兩種作法，一是採用光學追蹤系統，另一為增加雷射光的發散角。若採用增加雷射光發散角的方式，將導致光發散損失的增加，進而使傳輸距離縮短，採用光學追蹤系統乃一較佳之選擇，而且此一方式不只可補償建築物之震動，也可將較強的光束集中於接受器上，使接受器獲得最多的光功率。

(圖二)顯示光學追蹤系統的兩種補償作用。在(圖二)(a)中，由於光在空氣中的傳輸近似高斯波形，光強度集中於中心位置，此時可藉由偵測接受器的光功率調整雷射光的位置；(圖二)(b)則說明在接收端由於建築物的震動導致接收器偏離原先之接收位置。光學追蹤系統可隨時讓FSO保持在最佳的訊號品質，因此對電信等級的FSO系統是不可或缺的。

在發射端要考量的是發射光功率對人眼的安全性以及雷射光的發散角度。適當的雷射光發散角度可避免臨時性障礙物（如飛鳥）的影響，而不同光波長及雷射二極體發射面與FSO光輸出面的光路設計是影響發散角重要的參數。另外由於FSO為戶外的傳輸系統，因此在設計光輸出時，環境溫度的影響必須納入考量。

同樣地，上述的影響因素在接收端也應一併考量。一般光接收二極體有兩種：PIN及APD，而為了容忍不同氣候對光損失的衝擊，電信等級的FSO系統，會採用接收靈敏度較高的APD，當然選用的APD也必須考慮系統頻寬需求。

假如CCD或CMOS用於光學追蹤校正系統，則因其接收面積大，在調整校準光路時，變得較為容易，但在整合發射、接收及追蹤系統的光路校準時，依然必須極為小心。此追蹤系統將會面臨兩種狀況：一為建築物因溫度效應而導致的緩慢偏移效應（追蹤頻率以「小時」記），另一為大樓因風產生的快速震動（追蹤頻率以「秒」記）。

《圖二　光學追蹤系統的兩種補償作用：(a)為集中光束於接受器上(b)為補償建築物之震動》

FSO的技術原理

FSO系統的接收光功率可以以下簡單的物理方程式來表示：

《公式一》

其中會影響接收光功率的變因有：發射光功率、接收器孔徑、雷射光發散角、傳輸距離及衰減係數。由於是在戶外的環境，因此空氣的衰減係數乃難以控制的重要變因，從(圖三)可看出「濃霧」對FSO的影響，嚴重時將超過200dB/km，此時沒有任何商用FSO系統傳輸距離可超過一公里。而且衰減係數是以指數型態對接收光功率產生影響，因此若(值較大（發生濃霧）時，即使盡量設計最大的發射光功率或接收器孔徑及最小的雷射光發散角，也無法對傳輸距離有太多的貢獻。目前FSO製造商對此的解決方案，如美商Airfiber是採用微波備援的方式，利用不同的氣候變因影響（微波：雨衰，FSO：濃霧），來做彼此的備援保護，以達到電信等級的傳輸可靠度。

《圖三　不同氣候條件與衰減係數的關係》

其他設計考慮因素

FSO乃一可快速安裝並提供高頻寬的傳輸技術（一般提供：OC-3/STM-1、OC-4/STM-12、Gigabit Ethernet），然而並非單單FSO發射與接收的鏈路，就可應用於商業last mile系統，一完整的商業系統尚須考慮以下課題：

結論

FSO無線光傳輸系統為一可靠的電信等級"last mile"解決方案，其提供傳輸可靠度超過99.9%，在選擇或設計電信等級FSO系統時必須考慮：