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跨越“最后一公里”——FSO自由空間光通信

2016-08-29 10:49:27

來源:

  自由空間光通信介紹:

FSO是自由空間光通信(Free-Space Optical Columniation,簡稱FSO)是一種通過激光在大氣信道中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)或多點(diǎn)對多點(diǎn)間語音、數(shù)據(jù)、圖像信息的雙向通信技術(shù)。FSO的工作原理就是光電的轉(zhuǎn)換。在點(diǎn)對點(diǎn)傳輸?shù)那闆r下,每一端都設(shè)有光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī),具有全雙工(雙向)的通信能力。光發(fā)射機(jī)的光源受到電信號的控制,并通過作為天線的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,將光信號經(jīng)過空間送到接收端的望遠(yuǎn)鏡,高靈敏度的光接收機(jī)將望遠(yuǎn)鏡收到的光信號再轉(zhuǎn)換成電信號。

 

由于自由空間光學(xué)傳輸是一種使用激光器或LED設(shè)備攜帶信息進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)。和低頻系統(tǒng),例如微波系統(tǒng)不同,自由空間光學(xué)傳輸?shù)母哳l“載體”將利用光的特性進(jìn)行傳播。該系統(tǒng)為竊聽設(shè)備創(chuàng)建了無射頻“旁瓣”,并且不會被傳統(tǒng)的無線電技術(shù)攔截。

FSO系統(tǒng)中的獨(dú)立設(shè)備叫做“激光頭”。它包含有發(fā)射器,接收器,光學(xué)器件,控制機(jī)制,環(huán)境控制設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。激光頭的網(wǎng)絡(luò)連接常常是基于現(xiàn)存的標(biāo)準(zhǔn),例如以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行連接。物理連接介質(zhì)包括銅線或光纖電纜。


Trimble FSO 利用激光技術(shù)的高速度和可靠性,只需要連接兩個(gè)站點(diǎn)的視線系統(tǒng),每個(gè)站點(diǎn)架設(shè) FSO 收發(fā)設(shè)備,相互對視,傳輸距離最高可達(dá) 5KM,傳輸速度最高可達(dá) 2.5千兆,是目前最快的無線通訊方式。Trimble FSO 體型小巧,頻帶寬,速率高,安全、保密性強(qiáng),抗干擾性好,自動(dòng)對焦,穩(wěn)定可靠。

 

FSO鏈路的最基礎(chǔ)設(shè)置是點(diǎn)對點(diǎn)(PTP)連接。該配置中包含有兩臺“激光頭”,它們在基站鏈路路徑線路中互相指向另一臺。

點(diǎn)對點(diǎn)鏈路中的自由空間光學(xué)傳輸 

每一臺激光頭都包含有一個(gè)光學(xué)發(fā)射器和一個(gè)能夠使用鏡頭控制光束的光學(xué)接收器。發(fā)射器向另一臺激光頭上的接收器發(fā)送數(shù)據(jù)。另一臺也是如此,從而實(shí)現(xiàn)“全雙工”。發(fā)射器和接收器之間的一條100 Mbps鏈路具有的“總?cè)萘?rdquo;為200 Mbps,每個(gè)方向同時(shí)有100 Mbps。

全雙工模式運(yùn)行使FSO鏈路和本地網(wǎng)絡(luò)中以銅線或光纖連接的鏈路類似。相反,大多數(shù)的無線電系統(tǒng)都是半雙工(全雙工無線電也存在,但是用戶卻不得不使用多個(gè)無線電信道以同步接收兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳輸)模式。

自由空間光通信是一種數(shù)據(jù)級技術(shù):

自由空間光傳輸提供了一種類似于雙絞線電纜或光纖電纜以太網(wǎng)鏈路的底層物理鏈路。這些鏈接支持更高級別的網(wǎng)絡(luò)功能,包括交換和路由。


FSO鏈路等同于光纖或雙絞線鏈路

 

 

 

使用高級網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,F(xiàn)SO鏈路還可以布置在許多配置中,包括并行的冗余鏈路,中繼,環(huán)狀,網(wǎng)狀和自主系統(tǒng)中。以下列舉了在順序愈加復(fù)雜的配置中布置FSO鏈路的示例。

網(wǎng)絡(luò)要素


 

 

單路徑系統(tǒng)

單路徑系統(tǒng)可以在沒有其它高級網(wǎng)絡(luò)設(shè)備存在的情況下運(yùn)行。例如包含有并行FSO鏈路和無線鏈路的混合鏈路即可用于冗余和高級鏈路。針對該應(yīng)用的天寶FSO產(chǎn)品包括基于硬件的激光無線速效交換機(jī)。使用該產(chǎn)品,路由器即可無需切換至備份鏈路。

多路徑系統(tǒng)

比較可知,多路徑系統(tǒng)需要在交換或路由層為網(wǎng)絡(luò)流量指派合適的方向。

 

自由空間光通信的優(yōu)勢:


低成本,快捷部署,無頻譜協(xié)議,無需申請批準(zhǔn)。

當(dāng)您需要鋪設(shè)新光纖或銅線纜時(shí),您必須將它們掛在電線桿上(最便宜)或者將它們埋在地下(最貴)。電纜的成本可能會不變,或者會隨著時(shí)間的推移而下降,但是挖溝和安裝的成本卻在不斷升高。

 在人口密集的城市環(huán)境中,您還需要路權(quán)。獲得這些許可可能要花很長時(shí)間來并可能有其它花費(fèi),包括對環(huán)境影響研究的成本。您可能還需要支付收購費(fèi)或使用費(fèi)。獲得許可后,由于對現(xiàn)有環(huán)境的破壞(交通,挖溝,修便道,水平鉆井),您還會有大量的花費(fèi)。您可能還需要暫時(shí)或永久地安置現(xiàn)有的服務(wù)。

 FSO系統(tǒng)可以避免這些花費(fèi),并能夠減少建設(shè)時(shí)間。雖然無線電也可以解決這些問題,但是獲取無線電許可證需要花費(fèi)一段時(shí)間。如果您使用FSO,則可以避免許可證拖延時(shí)間,能夠按需快捷部署,所有的解決方案都是即插即用,能快速投入使用。

  

抗大氣干擾。抗射頻干擾,抗雨衰

在一定條件和位置中,要消除RF大氣干擾對微波傳輸?shù)挠绊懀脩粜枰ㄙM(fèi)高昂的成本。例如技術(shù)多元化,建設(shè)高塔或者搬遷設(shè)備。

微波和無線電系統(tǒng)會對其它無線電系統(tǒng)產(chǎn)生RF干擾,并且同時(shí)也會接收其它系統(tǒng)發(fā)出的干擾。在口密集的城市地區(qū),這種干擾將會使新鏈路無法設(shè)立。FSO不易受RF干擾,并且不會對其他無線電鏈路產(chǎn)生RF干擾。

傳統(tǒng)的微波通信系統(tǒng)都會受到雨水的影響,F(xiàn)SO系統(tǒng)使用的高頻帶將使雨水對該系統(tǒng)的影響大大降低。

 

FSO低延遲,頻帶寬,速率高,容量大

相比于光纖,F(xiàn)SO具有較低延遲。相比于無線電或微波系統(tǒng),F(xiàn)SO延遲更低。光纖電纜延遲通常會比自由空間光傳輸高50%。處于一些特定原因,無線電系統(tǒng)具有更高的延遲。

在太空中,自由空間光系統(tǒng)可以延伸很遠(yuǎn)。在地球上,由于大氣影響和安全原因,該技術(shù)只能布置為短線或中線鏈路。出于實(shí)用性目的,F(xiàn)SO技術(shù)一般可布置達(dá)到5公里范圍內(nèi)的鏈路。如果鏈路無需較高的可用性,則可以將距離延長(10-15km或6-9英里)。有報(bào)告顯示,在某些軍事系統(tǒng)中,如果將設(shè)備放置在高地上,則在長達(dá)80km(50英里)的范圍內(nèi)都可以為穩(wěn)定運(yùn)行。


安全性,保密性好

FSO使用激光的物理特性,不具備射頻特性,有效防止竊聽 ;并且無干擾問題,使用紅外光不受電磁干擾 。這些安全特性尤其適合軍事領(lǐng)域。

 

FSO優(yōu)勢匯總

特性

優(yōu)勢

無需許可證  

無費(fèi)用。無需申請。無需批準(zhǔn)。無頻譜協(xié)議。

光路

無路權(quán)協(xié)議,無路權(quán)費(fèi)用

光學(xué)通信

RF干擾,射頻竊聽,串?dāng)_或RFI。無線電工具(例如,頻譜分析儀)無法檢測的光束。

高頻率

可承載更多數(shù)據(jù)  

雨霧影響

優(yōu)于微波和毫米波

 

自由空間光通信的使用環(huán)境: 

 

樓宇建筑、商用網(wǎng)絡(luò):

FSO的低建設(shè)成本,高性能及混合鏈路的高適用性為其網(wǎng)絡(luò)搭載應(yīng)用提供了顯著的優(yōu)勢。許多沒有鋪設(shè)光纜的商業(yè)寫字樓都可以通過FSO鏈路與鋪設(shè)光纖網(wǎng)絡(luò)的建筑物相連。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商可以根據(jù)每座建筑物的情況區(qū)別對待,并且無需增加重大成本。運(yùn)營商還可以使用FSO在新的,小型房間中部署回程,包括基于LTE和4G無線網(wǎng)絡(luò)的高速數(shù)據(jù)包。


適用于危險(xiǎn)和復(fù)雜環(huán)境:

彈藥庫,燃料存儲油庫,石油鉆井平臺,露天礦,電力變電站,天然氣系統(tǒng)中,強(qiáng) EMI, RFI 的噪音環(huán)境。非導(dǎo)電FSO光束為這些危險(xiǎn)復(fù)雜環(huán)境,提供一種更安全,成本更低,更靈活的傳輸解決方案。

 

FSO在應(yīng)急指揮、搶險(xiǎn)救災(zāi)方面的應(yīng)用

出色的野外過障礙通訊,快速安裝和無需許可證的特性使得FSO非常適用于短期部署。尤其是在應(yīng)急指揮、搶險(xiǎn)救災(zāi)、部隊(duì)野外駐訓(xùn)等方面,F(xiàn)SO可以迅速安裝部署,即插即用,第一時(shí)間把前方畫面、聲音、視頻等傳送到后方指揮部,利于領(lǐng)導(dǎo)決策。

Trimble FSO在世界各地均有廣泛的應(yīng)用案例,在以色列戈蘭高地上有典型的軍事應(yīng)用部署。Trimble FSO提供了當(dāng)前市場上同等價(jià)位下最高功率的FSO系統(tǒng),深圳銓順宏作為Trimble FSO的代理商,竭力為客戶提供高品質(zhì)的FSO產(chǎn)品。
 

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