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當實際應用現場環境的限制而無法用有線傳輸設備時,就需要使用無線傳輸設備。根據使用頻率不同,無線傳輸可分為
(1)無線電波傳輸,如分米波傳輸、微波傳輸(地面式或衛星式)。
(2)無線光波傳輸,如使用紅外光束的光波傳輸。
通常,有線傳輸系統的傳輸效果一般都是可預期的,而無線傳輸設備的傳輸效果則無法預期。這是因為無線信號和光波信號通過的空氣和其他介質的變化不定,以及不同波長信號的傳輸特性千變萬化所致。本節這里僅介紹無線光波傳輸,目前主要是紅外光波傳輸。
無線光波傳輸系統的組成原理及特點無線光波傳輸或無線光通信,又稱為自由空間光(FreeSpaceOptical,FSO)通信,是一種無須光纖的新型的寬帶接入技術。它是在空氣介質中用激光或光脈沖在紅外光譜范圍內傳輸,提供無線高速的點對點或點對多點的連接。但紅外光波傳輸的光波信號受天氣條件的影響非常大,會被不透明的物體完全擋住。因此,它們在霧天和雨天的有效傳輸距離,遠遠短于在可見度好的天氣中的傳輸距離。一般在紅外傳輸系統中,我們不希望發射機和接收機之間有任何障礙物。但紅外光束可以經過一次或幾次鏡面反射,以繞過彎角。紅外傳輸系統與射頻和微波系統相比,具有保密性好(紅外光束很窄,不易竊聽)和帶寬高等優點。由于紅外傳輸系統的帶寬較高,因而可同時傳輸多路信號。
目前市場上無線光通信產品最大支持2.5Gb/s的高帶寬傳輸率,用以傳輸數據、聲音和圖像,最大傳輸距離為4km。無線光波傳輸系統有如無線微波傳輸系統般的快速安裝性,并且傳輸安全和不需要頻率執照。因此,作為一種新的“寬帶”選擇,無線光波傳輸技術在國外已經開始得到日益廣泛的應用。
1.無線光波傳輸系統的組成及工作原理同光纖傳輸系統一樣,無線光波傳輸系統也由光發送端機和光接收端機組成。因此,無線光波傳輸系統中使用的發射機和接收機與光纖傳輸系統中的設備非常類似。不同之處主要是所用設備內部的光學構件。
發射機的光學構件必須將LED/LD發出的光線盡可能多地傳送到鏡頭和大氣中去。也就是說,要根據LED和LD的不同需要產生具有特定發散角的光束。接收機的鏡片則做得盡可能地大(直徑約為幾cm),以接收到盡可能多的光線,盡量增大系統的信噪比。
無線光波傳輸系統的組成及原理如圖6-18所示,由圖可見,為提供全雙工能力,每一個無線光波傳輸系統或FSO系統均含有光發射機與光接收機。用數據、聲音或圖像信號,經調制驅動光發射器件LED或LD,并經透鏡以較窄的發散角,將調制的紅外光束發射到大氣中。當光接收機鏡頭與光電探測器件(一般為PIN光敏二極管或APD雪崩光敏二極管)接收到這種紅外光束后,經低噪聲放大、最后由解調器解調出所傳輸的數據、聲音或圖像信號來。
圖6-18無線光波傳輸系統的組成及原理
通常,短距離傳輸可以使用LED作為光源。在較遠的傳輸距離(如幾km)下,要獲得較好的傳輸效果,則必須使用半導體激光器LD,所以,LED可用于短距離、低容量或模擬系統,其成本低、可靠性高;而LD適用于長距離、高速率的系統。
LED系統的造價較低,光束一般比較寬,為10°?20°,因此發射機和接收機之間的校準比較簡單;LD發射機的束寬為0.1°?0.2°,其發射機和接收機之間的校準就比較困難。為了一直保持校準,對安裝支架的穩定性要求比較高。為保證接收機能收到良好、穩定的信號,紅外光發射機和接收機都必須穩固可靠地安裝在建筑構件上,并且還要求這種建筑構件不能搖擺、晃動或震動,也不能由于熱量不均衡而發生明顯的扭轉。
LED和LD的發光系統的光束一般都能穿過各種透明玻璃窗。但如果玻璃上面的鍍膜顏色較深,則信號強度將會受到嚴重影響,并使最終收到的圖像的質量變得非常差。光束到底能不能穿過特定的窗戶,實際只要做一個簡單的測試就可以確定。因為許多系統都要求紅外光束能夠透過窗玻璃傳送到街對面的房間去,所以我們在設計和安裝這類紅外系統前,就必須要先進行這種測試。用LD的主要好處是,它的傳輸距離較長,而且傳送視頻、音頻和控制信號時的安全度較高。LD傳輸系統很難竊聽,這是因為竊聽用的設備即激光接收機必須放到光束路徑上,這樣做比較難,即使對上了也很容易被發現。