跨越“最后一公里”——FSO自由空间光通信

2016-08-29 10:49:27

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  自由空间光通信介绍:

FSO是自由空间光通信(Free-Space Optical Columniation,简称FSO)是一种通过激光在大气信道中实现点对点、点对多点或多点对多点间语音、数据、图像信息的双向通信技术。FSO的工作原理就是光电的转换。在点对点传输的情况下,每一端都设有光发射机和光接收机,具有全双工(双向)的通信能力。光发射机的光源受到电信号的控制,并通过作为天线的光学望远镜,将光信号经过空间送到接收端的望远镜,高灵敏度的光接收机将望远镜收到的光信号再转换成电信号。

 

由于自由空间光学传输是一种使用激光器或LED设备携带信息进行数据传输的技术。和低频系统,例如微波系统不同,自由空间光学传输的高频“载体”将利用光的特性进行传播。该系统为窃听设备创建了无射频“旁瓣”,并且不会被传统的无线电技术拦截。

FSO系统中的独立设备叫做“激光头”。它包含有发射器,接收器,光学器件,控制机制,环境控制设备以及网络连接设备。激光头的网络连接常常是基于现存的标准,例如以太网标准进行连接。物理连接介质包括铜线或光纤电缆。


Trimble FSO 利用激光技术的高速度和可靠性,只需要连接两个站点的视线系统,每个站点架设 FSO 收发设备,相互对视,传输距离最高可达 5KM,传输速度最高可达 2.5千兆,是目前最快的无线通讯方式。Trimble FSO 体型小巧,频带宽,速率高,安全、保密性强,抗干扰性好,自动对焦,稳定可靠。

 

FSO链路的最基础设置是点对点(PTP)连接。该配置中包含有两台“激光头”,它们在基站链路路径线路中互相指向另一台。

点对点链路中的自由空间光学传输 

每一台激光头都包含有一个光学发射器和一个能够使用镜头控制光束的光学接收器。发射器向另一台激光头上的接收器发送数据。另一台也是如此,从而实现“全双工”。发射器和接收器之间的一条100 Mbps链路具有的“总容量”为200 Mbps,每个方向同时有100 Mbps。

全双工模式运行使FSO链路和本地网络中以铜线或光纤连接的链路类似。相反,大多数的无线电系统都是半双工(全双工无线电也存在,但是用户却不得不使用多个无线电信道以同步接收两个方向的数据传输)模式。

自由空间光通信是一种数据级技术:

自由空间光传输提供了一种类似于双绞线电缆或光纤电缆以太网链路的底层物理链路。这些链接支持更高级别的网络功能,包括交换和路由。


FSO链路等同于光纤或双绞线链路

 

 

 

使用高级网络协议,FSO链路还可以布置在许多配置中,包括并行的冗余链路,中继,环状,网状和自主系统中。以下列举了在顺序愈加复杂的配置中布置FSO链路的示例。

网络要素


 

 

单路径系统

单路径系统可以在没有其它高级网络设备存在的情况下运行。例如包含有并行FSO链路和无线链路的混合链路即可用于冗余和高级链路。针对该应用的天宝FSO产品包括基于硬件的激光无线速效交换机。使用该产品,路由器即可无需切换至备份链路。

多路径系统

比较可知,多路径系统需要在交换或路由层为网络流量指派合适的方向。

 

自由空间光通信的优势:


低成本,快捷部署,无频谱协议,无需申请批准。

当您需要铺设新光纤或铜线缆时,您必须将它们挂在电线杆上(最便宜)或者将它们埋在地下(最贵)。电缆的成本可能会不变,或者会随着时间的推移而下降,但是挖沟和安装的成本却在不断升高。

 在人口密集的城市环境中,您还需要路权。获得这些许可可能要花很长时间来并可能有其它花费,包括对环境影响研究的成本。您可能还需要支付收购费或使用费。获得许可后,由于对现有环境的破坏(交通,挖沟,修便道,水平钻井),您还会有大量的花费。您可能还需要暂时或永久地安置现有的服务。

 FSO系统可以避免这些花费,并能够减少建设时间。虽然无线电也可以解决这些问题,但是获取无线电许可证需要花费一段时间。如果您使用FSO,则可以避免许可证拖延时间,能够按需快捷部署,所有的解决方案都是即插即用,能快速投入使用。

  

抗大气干扰。抗射频干扰,抗雨衰

在一定条件和位置中,要消除RF大气干扰对微波传输的影响,用户需要花费高昂的成本。例如技术多元化,建设高塔或者搬迁设备。

微波和无线电系统会对其它无线电系统产生RF干扰,并且同时也会接收其它系统发出的干扰。在口密集的城市地区,这种干扰将会使新链路无法设立。FSO不易受RF干扰,并且不会对其他无线电链路产生RF干扰。

传统的微波通信系统都会受到雨水的影响,FSO系统使用的高频带将使雨水对该系统的影响大大降低。

 

FSO低延迟,频带宽,速率高,容量大

相比于光纤,FSO具有较低延迟。相比于无线电或微波系统,FSO延迟更低。光纤电缆延迟通常会比自由空间光传输高50%。处于一些特定原因,无线电系统具有更高的延迟。

在太空中,自由空间光系统可以延伸很远。在地球上,由于大气影响和安全原因,该技术只能布置为短线或中线链路。出于实用性目的,FSO技术一般可布置达到5公里范围内的链路。如果链路无需较高的可用性,则可以将距离延长(10-15km或6-9英里)。有报告显示,在某些军事系统中,如果将设备放置在高地上,则在长达80km(50英里)的范围内都可以为稳定运行。


安全性,保密性好

FSO使用激光的物理特性,不具备射频特性,有效防止窃听 ;并且无干扰问题,使用红外光不受电磁干扰 。这些安全特性尤其适合军事领域。

 

FSO优势汇总

特性

优势

无需许可证  

无费用。无需申请。无需批准。无频谱协议。

光路

无路权协议,无路权费用

光学通信

RF干扰,射频窃听,串扰或RFI。无线电工具(例如,频谱分析仪)无法检测的光束。

高频率

可承载更多数据  

雨雾影响

优于微波和毫米波

 

自由空间光通信的使用环境: 

 

楼宇建筑、商用网络:

FSO的低建设成本,高性能及混合链路的高适用性为其网络搭载应用提供了显著的优势。许多没有铺设光缆的商业写字楼都可以通过FSO链路与铺设光纤网络的建筑物相连。网络运营商可以根据每座建筑物的情况区别对待,并且无需增加重大成本。运营商还可以使用FSO在新的,小型房间中部署回程,包括基于LTE和4G无线网络的高速数据包。


适用于危险和复杂环境:

弹药库,燃料存储油库,石油钻井平台,露天矿,电力变电站,天然气系统中,强 EMI, RFI 的噪音环境。非导电FSO光束为这些危险复杂环境,提供一种更安全,成本更低,更灵活的传输解决方案。

 

FSO在应急指挥、抢险救灾方面的应用

出色的野外过障碍通讯,快速安装和无需许可证的特性使得FSO非常适用于短期部署。尤其是在应急指挥、抢险救灾、部队野外驻训等方面,FSO可以迅速安装部署,即插即用,第一时间把前方画面、声音、视频等传送到后方指挥部,利于领导决策。

Trimble FSO在世界各地均有广泛的应用案例,在以色列戈兰高地上有典型的军事应用部署。Trimble FSO提供了当前市场上同等价位下最高功率的FSO系统,深圳铨顺宏作为Trimble FSO的代理商,竭力为客户提供高品质的FSO产品。
 

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