Лекции по Основам построения современных систем и сетей абонентского доступа   

5. Принципы построения систем беспроводного абонентского доступа

5.2. Организация атмосферного оптического (инфракрасного) абонентского доступа

Инфракрасные (атмосферные оптические) системы передачи используют для переноса информации оптический сигнал, распространяющийся через атмосферу [21, 26].

Инфракрасные (атмосферные оптические) системы абонентского доступа предназначены для организации беспроводной передачи данных между пользовательским оборудованием и узлами сетей связи. Эти системы обеспечивают дальность связи до 4 км. К их преимуществам относят большую скорость передачи (до 155 Мбит/с); помехозащищенность (не подвержены влиянию радиопомех), разведзащищенность (для снятия информации необходимо обеспечить энергетический контакт с атмосферным каналом), высокую достоверность (вероятность ошибок от 10–10 до 10–9) и др.

Применение инфракрасных (атмосферных оптических) систем передачи не требует согласования в органах Госсвязьнадзора. Такие средства незаменимы в районах с высокой концентрацией радиосредств, в пожароопасных и агрессивных средах, где невозможна или запрещена прокладка кабелей связи.

Классификация атмосферных оптических систем передачи (АОСП), составляющих техническую основу инфракрасных СД, представлена на рисунке 5.4.

Рис. 5.4. Классификация технологий инфракрасного абонентского доступа

Полукомплекты АОСП выполняются в виде приемо-передающих оптических модулей (ППОМ), включающих лазер, приемопередающую оптическую антенну (объектив), фотодетектор и приемник. Связь в системах инфракрасного абонентского доступа может организовываться как в условиях прямой видимости ППОМ, так и в отсутствие таковой. В первом случае обеспечивается максимальная дальность связи, во втором – возможность обмена данными по конфигурации "точка" – "много точек". Направленные АОСП прямой видимости применяются для организации линий привязки абонентских пунктов к узлам доступа, диффузные АОСП для построения беспроводных абонентских сетей внутри помещений.

Общая схема организации инфракрасного абонентского доступа представлена на рисунке 5.5. Установка ППОМ осуществляется на господствующих высотах (на стенах (крышах) зданий или вышках). При необходимости организуется ретрансляционный пункт, включающий два ППОМ.

Надежность связи в беспроводных инфракрасных системах доступа существенно зависит от состояния атмосферы. Для поддержания требуемых значений коэффициента готовности (Кг = 0,92 – 0,999) в современных ППОМ используется до четырех лазерных систем различной мощности. Переключение осуществляется безобрывно, при этом обеспечивается экономичная связь в различных условиях (ясной погоды, дождя, тумана, снега и т. д.).

При большом удалении терминала от ППОМ могут использоваться оптические окончания (ОО), обеспечивающие преобразование импульсной последовательности из электрического вида в оптический (код CMI) и обратно. В этом случае между ППОМ и ОО используется оптическое волокно.

Современные ОО поддерживают большинство применяемых сетевых интерфейсов (Ethernet, Token Ring, FDDI, ATM).

При необходимости в системе абонентского доступа может использоваться согласующее устройство (СУ), имеющее АЦП и поддерживающее многие протоколы передачи информации и сигнализации (в том числе ЦСИС). В ряде систем беспроводного инфракрасного доступа СУ и/или ОО реализуются в виде плат внутри ППОМ, данные к которому подводятся по кабелю или ОВ.

Рис. 5.5. Общая схема организации инфракрасного абонентского доступа

Для организации функционирования беспроводных ЛВС применяются ненаправленные АОСП. На рисунке 5.6 представлена структурная схема диффузной АОСП на скорости 50 Мбит/с, использующую модуляцию интенсивности и прямое фотодектирование [30].

Передатчик в качестве оптической антенны использует кластер из восьми лазерных диодов, с выхода которых оптический сигнал пропускается через прозрачный пластмассовый диффузор, предназначенный для создания необходимой диаграммы направленности излучения. Диффузор обеспечивает также ограничение мощности оптического сигнала величиной в 475 мВт. Это предел, определяемый нормами по защите глаз персонала для используемой длины волны l = 806 нм. Передатчик направлен вверх к потолку, чем обеспечивается близкое к равномерному рассеяние излучения.

 

Рис. 5.6. Структурная схема диффузной оптической системы

Приемник (кремниевый p-i-n детектор) согласован по длине волны с полусферическим концентратором. Оптический полосовой фильтр, имеющий полосу пропускания в 30 нм со средней частотой 815 нм, подключен к внешней поверхности полусферы.

Остаточная помеха от флуоресцентного освещения удаляется с помощью ВЧ однополюсного фильтра 1,6 МГц, а квантованная обратная связь через НЧ однополюсный фильтр 1,6 МГц используется, чтобы предотвратить блуждание опорной тактовой частоты.

Для уменьшения межсимвольной интерференции, вызванной многолучевым характером распространения сигнала, в приемнике реализуется оптимальное сложение всех взвешенных копий принятого сигнала. При типовой освещенности помещения лампами дневного света данная АОСП обеспечивает горизонтальную дальность связи порядка 6,4 м (при Рош =10–7). Наличие прямого солнечного освещения уменьшает эту дальность до 3,6–4 м.

В этой связи диффузные АОСП называют инфракрасными системами ближнего радиуса действия.

Одним из направлений развития инфракрасной связи является построение пикосотовых сетей доступа (рис. 5.7), когда связь в пределах соты обеспечивается на базе АОСП ближнего радиуса действия, а между базовыми станциями (на рисунке обозначенными серыми кружками) – по радиоканалам или проводам [8].

Рис. 5.7. Структура пикосотовой сети доступа

Данный вариант построения СД перспективен для современных мегаполисов, где затруднены вопросы обеспечения электромагнитной совместимости в больших скоплениях излучающих радиосредств. Оптические сигналы смежных пикосот не оказывают друг на друга мешающего влияния, так как разнесены по длине оптической волны. Кроме того, используемые длины оптической волны могут повторяться в пикосотах, не имеющих общих границ, так как оптическое излучение имеет ограниченную дальность распространения.

Последние зарубежные разработки предлагают применение приемопередатчиков АОСП, встроенных в сотовые и настольные телефоны, пейджеры, часы, цифровые фотоаппараты, автомобили, таксофоны, кассовые аппараты, в индустриальное оборудование, что обеспечит внедрение новых прикладных программ беспроводной связи ближнего радиуса действия.

Из рассмотренного разнообразия различных технологий абонентского доступа можно сделать вывод, что на практике состав СД может оказаться достаточно разнородным. На сегодняшний день в единой местной инфраструктуре возможно применение волоконно-оптических кабелей и средств СЦИ в распределительной сети, коаксиальных и симметричных кабелей с устройствами ПЦИ для организации соединительных линий между АТС (УАТС). В терминальной сети могут применяться мультиплексоры и концентраторы, модемное оборудование различных типов, абонентские линии, образованные на основе витых пар, телефонных кабелей, радиоканалов и трактов АОСП. Разнообразием отличаются и протоколы абонентского доступа, поэтому значительно сложнее стали решаться вопросы стыковки разнородного оборудования в рамках одной местной сети. В сложившейся обстановке возникла объективная необходимость в создании универсальных интерфейсов абонентского доступа.



*****

© 2009-2017 Банк лекций siblec.ru
Лекции для преподавателей и студентов. Формальные, технические, естественные, общественные, гуманитарные, и другие науки.