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当实际应用现场环境的限制而无法用有线传输设备时,就需要使用无线传输设备。根据使用频率不同,无线传输可分为
(1)无线电波传输,如分米波传输、微波传输(地面式或卫星式)。
(2)无线光波传输,如使用红外光束的光波传输。
通常,有线传输系统的传输效果一般都是可预期的,而无线传输设备的传输效果则无法预期。这是因为无线信号和光波信号通过的空气和其他介质的变化不定,以及不同波长信号的传输特性千变万化所致。本节这里仅介绍无线光波传输,目前主要是红外光波传输。
无线光波传输系统的组成原理及特点无线光波传输或无线光通信,又称为自由空间光(FreeSpaceOptical,FSO)通信,是一种无须光纤的新型的宽带接入技术。它是在空气介质中用激光或光脉冲在红外光谱范围内传输,提供无线高速的点对点或点对多点的连接。但红外光波传输的光波信号受天气条件的影响非常大,会被不透明的物体完全挡住。因此,它们在雾天和雨天的有效传输距离,远远短于在可见度好的天气中的传输距离。一般在红外传输系统中,我们不希望发射机和接收机之间有任何障碍物。但红外光束可以经过一次或几次镜面反射,以绕过弯角。红外传输系统与射频和微波系统相比,具有保密性好(红外光束很窄,不易窃听)和带宽高等优点。由于红外传输系统的带宽较高,因而可同时传输多路信号。
目前市场上无线光通信产品最大支持2.5Gb/s的高带宽传输率,用以传输数据、声音和图像,最大传输距离为4km。无线光波传输系统有如无线微波传输系统般的快速安装性,并且传输安全和不需要频率执照。因此,作为一种新的“宽带”选择,无线光波传输技术在国外已经开始得到日益广泛的应用。
1.无线光波传输系统的组成及工作原理同光纤传输系统一样,无线光波传输系统也由光发送端机和光接收端机组成。因此,无线光波传输系统中使用的发射机和接收机与光纤传输系统中的设备非常类似。不同之处主要是所用设备内部的光学构件。
发射机的光学构件必须将LED/LD发出的光线尽可能多地传送到镜头和大气中去。也就是说,要根据LED和LD的不同需要产生具有特定发散角的光束。接收机的镜片则做得尽可能地大(直径约为几cm),以接收到尽可能多的光线,尽量增大系统的信噪比。
无线光波传输系统的组成及原理如图6-18所示,由图可见,为提供全双工能力,每一个无线光波传输系统或FSO系统均含有光发射机与光接收机。用数据、声音或图像信号,经调制驱动光发射器件LED或LD,并经透镜以较窄的发散角,将调制的红外光束发射到大气中。当光接收机镜头与光电探测器件(一般为PIN光敏二极管或APD雪崩光敏二极管)接收到这种红外光束后,经低噪声放大、最后由解调器解调出所传输的数据、声音或图像信号来。
图6-18无线光波传输系统的组成及原理
通常,短距离传输可以使用LED作为光源。在较远的传输距离(如几km)下,要获得较好的传输效果,则必须使用半导体激光器LD,所以,LED可用于短距离、低容量或模拟系统,其成本低、可靠性高;而LD适用于长距离、高速率的系统。
LED系统的造价较低,光束一般比较宽,为10°?20°,因此发射机和接收机之间的校准比较简单;LD发射机的束宽为0.1°?0.2°,其发射机和接收机之间的校准就比较困难。为了一直保持校准,对安装支架的稳定性要求比较高。为保证接收机能收到良好、稳定的信号,红外光发射机和接收机都必须稳固可靠地安装在建筑构件上,并且还要求这种建筑构件不能摇摆、晃动或震动,也不能由于热量不均衡而发生明显的扭转。
LED和LD的发光系统的光束一般都能穿过各种透明玻璃窗。但如果玻璃上面的镀膜颜色较深,则信号强度将会受到严重影响,并使最终收到的图像的质量变得非常差。光束到底能不能穿过特定的窗户,实际只要做一个简单的测试就可以确定。因为许多系统都要求红外光束能够透过窗玻璃传送到街对面的房间去,所以我们在设计和安装这类红外系统前,就必须要先进行这种测试。用LD的主要好处是,它的传输距离较长,而且传送视频、音频和控制信号时的安全度较高。LD传输系统很难窃听,这是因为窃听用的设备即激光接收机必须放到光束路径上,这样做比较难,即使对上了也很容易被发现。