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  自由空间

  回答时间：2017-11-30 11:10:08

  谢 @图灵Don邀。

自由空间光通信这个术语是相对于光纤通信的。

现在的光通信最重要的应用是光纤通信，光纤通信的最重要贡献由被称为“光纤之父”的华裔科学家高锟做出，高锟凭借在光纤通信方面的贡献获得2009年诺贝尔物理学奖。

自由空间光通信是原有无线通信的一种自然扩展。讨论之前，指出一些关键事实。
1. 一张图：

2. 随着需求的增加，无线通信的频谱资源日趋紧张；
3. 一个电磁波自由空间衰减公式：L=92.4+20lgF+20lgD，其中F表示频率(GHz)，D表示距离(Km)；
3. 电磁波能绕射通过的障碍物尺寸要和波长相当；

考虑到现有无线频段资源的稀缺以及光传输的一些好性质，自然有了把无线传输的波段提高到可见光频段的想法。

可见光通信有如下一些优势：
(1).超大带宽(大约400T？要知道现在通用的频段加起来也就几个G)；
(2). 可实现超高的频谱效率(利用轨道角动量调制，至少有人做到了95.7 bits/s/Hz这么高的频谱效率，而LTE的峰值频谱效率(多天线配置下)也只能达到5 bits/s/Hz左右的水平)；
(3). 定向性非常非常好，可实现保密通信。

一些缺点(相对于低频段电磁波)：
(1). 通过上述衰减公式可以看到，由于光频段高，其传播衰减太厉害，这将大大影响其传输距离；
(2). 波长太短，通过障碍能力弱；
(3). 无法穿透障碍物；
(4). 由于太阳(等各式光源)的存在，在自由空间，这个频段太"脏"；
(5). 受天气影响大。

由于可见光应用于通信的上述固有缺陷，这种通信方式只适合于短距离直线传播，现有的实验最多也只能达到5km这个量级。因此，这种技术只能作为现有无线技术的补充，比如前段时间炒过的LiFi技术。



等下补。