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无线接入是指从公用电信网的交换结点到用户驻地网(或用户终端)之间的全部(或部分)传输设施采用无线手段的接入技术。
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现在,比较常见的宽带无线接入技术主要有MMDS(Multichannel Microwave Distribution System,多通道多点分配业务)、LMDS(Local Multipoint Distribution Services,本地多点分配业务)两种,它们的基础是微波传输技术。下图所示是LMDS的网络结构图,MMDS的网络结构与此十分相近。
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从上图中可以看到,LMDS主要是由“基站系统”和“远端站系统”两大部分组成的,通常由运营单位来构建可服务于多个用户的中心“基站系统”,而对于需要使用无线接入服务的用户,构建“远端站系统”。这两个系统都可以分为室内单元和室外单元两个部分。
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.室内单元:提供与业务相关的部分,如业务的适配与汇聚。
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.室外单元:提供基站与远端站之间的射频传输的功能,如上图所示,它们通常安装在建筑物的顶上。
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LMDS通常拥有完善的网管系统,能够实现自动功率控制、本地和远端软件下载、自动故障汇报、远程管理、自动性能测试等功能。
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LMDS系统是以点对多点的广播信号来传送的,工作在10GHz以上的频率(包括10.15~10.65GHz,24.25~25.25GHz,25.25~26.06GHz,27.5~31.225GHz,31.0~31.30GHz,38.6~40GHz等几种),因此它也必须采用视距传输,通常在10km以内。与第二代移动通信系统类似,LMDS也是采用蜂窝式的结构配置,根据天线的不同,最多可分为24个扇区,每扇区最高可达200Mb/s。
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MMDS的配置、结构、技术与LMDS都基本相同,主要的区别在于MMDS使用的是3GHz左右的频段,因此传输距离更远。另外,它是从单向的无线电缆电视微波传输技术发展而来的,现在已经支持双向点到多点的宽带传输。
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微波技术通常要求在视距范围之内,而卫星通信技术则可以有效地解决这一问题。从某种意义上说,可以将通信卫星想象为天空中的一个大的微波中继器。
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在通信卫星上,通常包含了几个异频发射应答器,它们分别监听频谱中的一部分,并对接收到的信号进行放大,然后在另一个频率上将放大的信号重新发射出去(防止与接收的信号发生干扰)。由于地球是球面的,因此卫星离地球越近,其覆盖范围也就越小,要实现覆盖全球的卫星总数也就越多。可以安全放置卫星的区域包括三类,如下表所示。
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(1)地球同步轨道卫星(Geosynchronous Orbit,GEO)。
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.典型系统:VSAT(小孔终端,低成本的微型站),将通过中心站进行数据的转发例如,VSAT-2要发信息给VSAT-4,则先通过通信卫星站发到中心站,然后再由中心站通过卫星发送给VSAT-4,如下图所示。
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(2)中间轨道卫星(Middle Earth Orbit,MEO):最典型的应用是由24颗卫星组成的全球卫星定位系统,很少用于通信领域。
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(3)低轨道卫星(Least Earth Orbit,LEO):优点是延迟时间短,缺点则是卫星需要较多,最有代表性的LEO通信卫星系统有三个。
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.铱星计划:由66颗卫星组成(原计划是77颗),覆盖全球的语音通信系统,轨道位于750 km上。
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.Globalstar:由48颗卫星组成,它的最大特点是不仅可以通过地区交换,还可以通过卫星直接进行交换,它也是一个语音通信系统。
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.Teledesic:定位于提供全球化、高带宽的Internet服务,计划达到为成千上百万的并发用户提供上行100Mb/s,下行720Mb/s的带宽,而每个用户则使用一个小、固定、VSAT类型的天线完成。它的设计是使用288颗卫星(现在实际上是使用30颗),排列成为12个平面,轨道位于1350 km。
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FSO(Free Space Optics,无线光通信)技术基于光传输方式,具有高带宽、部署迅捷、费用合理等优势。FSO技术以激光为载体,用点对点或点对多点的方式实现连接。虽然FSO通信不需要光纤而是以空气为介质,但由于其设备也以发光二极管或激光二极管为光源,因此又有“虚拟光纤”之称。
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FSO技术最初被美国军方以及美国太空总署用于在偏远的地方提供高速连接。FSO技术具有与光纤技术相同的带宽传输能力,使用相似的光学发射器和接收器,甚至还可以在自由空间实现WDM技术。目前,FSO技术已走向民用,它既可以提供短距离的网桥解决方案,也可以在服务供应商的全光网络中扮演重要角色。
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FSO技术与传统的铜线或光纤技术不同的是,它在空气中通过激光技术传送信号,以透镜和反射镜来聚集或控制光束的方向,从而将数据从一个芯片传送至另一个芯片处。FSO通信建立在彼此间连接在一起的FSO设备之上,每个FSO设备均由一个激光发射器和一个接收器组成,具备全双工能力。每个FSO设备使用一个带有透镜的诸如激光这样的高压电光源,它可以在大气中将各种波长的光束沿直线发送给正等待接收信息的那个透镜,而接收的透镜则通过光纤和DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing,密集波分复用)信号分路器连接在一个高敏感接收器之上。FSO通信设备无须申请频段许可证,设备容易升级,而且其开放的接口支持来自多种厂商的仪器。
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FSO产品可以传输数据、语音和影像等内容。目前市场上的产品最高支持2.5Gb/s的传输速率,最大传输距离为4km。不过FSO技术在理论上没有带宽上限。
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(1)高带宽,支持10Mb/s~2.5Gb/s或更高。
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(3)安装快速、使用方便,只需一天或更短的时间即可安装和调试成功,很适合用在特殊地形和地貌、有线方式难以实现及机动性高的场所。
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(4)不占用拥挤的无线电频率资源,其设备工作在不需管制的光谱(1000nm左右),因此既不会与其他传输发生干扰,也在当前不存在申请许可证的问题。
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(5)伸缩性好。当添加结点时,原有的网络结构无须改变,只要改变结点数量和配置即可。
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(6)安全性高。由于FSO通信的光束很窄,所以业务链路很难被发现,信号也很难被截获。
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FSO也有自身的缺陷,主要是会受到大气状况或物理障碍的影响。因此在搭建FSO方案时,需要考虑到这些干扰因素。
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(1)雾:雾像成千上万个棱镜,其吸收、散射和反射的力量联合起来足以修改光的特性或是完全遮蔽住光通道,从而破坏两个透镜之间的准直性。对此最主要的解决办法是缩短连接距离或采用备份网络连接。在具体的应用中,常常采用毫米波通信作为备用手段。当某一种通信方式受到影响后,可立即无缝切换到另一种方式。
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(2)吸收:大气层中悬浮的水分子吸收光子,会导致FSO的传输功率降低,将直接影响到系统的可用性。根据大气的状况来选择合适的功率,或是利用空间多样性(在一个FSO设备中有多束光波)能够帮助保持网络可用性的水平。
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(3)散射:当光波与散射物质相碰撞时就会产生散射。这样虽然不会损失能量,但会使各方向上的能量重新分配,从而降低远距离的光波强度。
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(4)物理阻隔:光路上不能有障碍物或长时间的阻挡。大多数FSO产品配备4个激光收发器,以提高容量和冗余度,这样当落叶或鸟群较长时间地挡住某一通路时,整个通信不致受阻。
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(5)建筑物的晃动/地震:建筑物的运动会破坏光束的对准,从而影响发射器和接收器之间的对准。
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(6)闪光:从地球或排热管这样的人造设备中上升的热空气会造成不同空间的温度差异,这会使信号的振幅产生波动,从而导致接收器端的图像跳动。
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