第4章信息通信基礎(chǔ)設(shè)施

智能建筑信息設(shè)施系統(tǒng)信息通信基礎(chǔ)設(shè)施王月明

InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology信息通信基礎(chǔ)設(shè)施4.1、信息接入系統(tǒng)4.3、衛(wèi)星通信系統(tǒng)4.2、移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)4.1信息接入系統(tǒng)

信息接入網(wǎng)（AN，AccessNetwork）是上世紀(jì)后期提出的一種新的網(wǎng)絡(luò)概念，并由國際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)作了定義和功能界定。按電信行業(yè)的定義，一個通信網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)由三部分組成，即核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和用戶網(wǎng)。核心網(wǎng)包括中繼網(wǎng)（本市內(nèi)）和長途網(wǎng)（城市間）以及各種業(yè)務(wù)節(jié)點機（如局用數(shù)字程控交換機、核心路由器、專業(yè)服務(wù)器等）。核心網(wǎng)和接入網(wǎng)通常歸屬電信運營商管理和維護，用戶網(wǎng)則歸用戶所有。因此接入網(wǎng)是連接核心網(wǎng)和用戶網(wǎng)的紐帶，通過它實現(xiàn)把核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)提供給最終用戶。接入網(wǎng)的一端通過業(yè)務(wù)節(jié)點接口（SNI）與核心網(wǎng)中的業(yè)務(wù)節(jié)點相接，另一端通過用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）與用戶終端設(shè)備相連，并可經(jīng)由Q3接口服從電信網(wǎng)管系統(tǒng)的統(tǒng)一配置和管理。接入網(wǎng)在電信網(wǎng)中的位置和功能如圖所示，其中，UNI為用戶網(wǎng)絡(luò)接口，SNI為業(yè)務(wù)節(jié)點接口。圖

接入網(wǎng)4.1信息接入系統(tǒng)4.1.1接入網(wǎng)概述接入網(wǎng)環(huán)境下的基本網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4種：星形結(jié)構(gòu)、環(huán)形結(jié)構(gòu)、樹形結(jié)構(gòu)和總線結(jié)構(gòu)。接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)接入網(wǎng)的傳輸介質(zhì)不同，可以分為無線接入和有線接入。無線接入網(wǎng)從接入設(shè)備類型可分為微波設(shè)備無線直放站、射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)等；有線接入目前通?？煞譃殡p絞線接入、光纖接入和混合接入三種方式。盡管寬帶接入網(wǎng)技術(shù)多種多樣，但它們有如下共同特點：（1）共享性：

大多數(shù)接入網(wǎng)出于降低成本的需要為多用戶共享。

（2）不對稱性：

數(shù)據(jù)和圖象業(yè)務(wù)通常是不對稱的，上、下行帶寬不等是大多數(shù)寬帶接入網(wǎng)的特征，而且上、下行所需帶寬比例并不固定，這就對雙工方式提出了一些新的要求，兩個方向所用的幀結(jié)構(gòu)、復(fù)用方式、比特率、傳輸技術(shù)甚至傳輸媒介都可能不同。

（3）可擴展性：

Internet上主機數(shù)每年加倍，對由一些用戶共享的接入網(wǎng)需要考慮如何適應(yīng)用戶數(shù)增長而擴展容量，如何適應(yīng)用戶業(yè)務(wù)量發(fā)展而升級的問題。

4.1信息接入系統(tǒng)4.1.1接入網(wǎng)概述

無線接入網(wǎng)是以無線電技術(shù)（包括移動通信、微波及衛(wèi)星通信等）為傳輸手段，連接起端局及用戶間的通信網(wǎng)，即無線本地環(huán)路。無線接入網(wǎng)主要應(yīng)用于地僻人稀的農(nóng)村及通信不發(fā)達地區(qū)、有線基建已飽和的繁華市區(qū)以及業(yè)務(wù)要求驟增而有線設(shè)施建設(shè)滯后的新建區(qū)域等。無線接入網(wǎng)從接入設(shè)備類型可分為微波技術(shù)、無線直放站、射頻拉遠(yuǎn)技術(shù)等。1.微波技術(shù)：微波通信具有以下特點P60，由于傳輸距離太長或傳輸鏈路中由阻擋而無法開通通信時，可在兩端站之間設(shè)置中繼站。中繼站可分為有源中繼站和無源中繼站兩種。2.直放站（中繼器）屬于同頻放大設(shè)備，是指在無線通信傳輸過程中起到信號增強的一種無線電發(fā)射中轉(zhuǎn)設(shè)備。直放站作為一種實現(xiàn)無線接入的輔助技術(shù)手段，常用來解決基站難以覆蓋的盲區(qū)或?qū)⒒拘盘栠M行延伸。選用直放站時，應(yīng)按照以下的原則（P61）。4.1信息接入系統(tǒng)4.1.2無線接入

傳統(tǒng)的接入網(wǎng)主要以銅纜的形式為用戶提供一般的語音業(yè)務(wù)和少量的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人們對各種新業(yè)務(wù)特別是寬帶綜合業(yè)務(wù)的需求日益增加，一系列接入網(wǎng)新技術(shù)應(yīng)運而生，其中包括應(yīng)用較廣泛的以現(xiàn)有雙絞線為基礎(chǔ)的銅纜新技術(shù)、混合光纖/同軸(FHC)組網(wǎng)技術(shù)和混合光纖/無線接入技術(shù)、以太網(wǎng)到戶技術(shù)。

4.1信息接入系統(tǒng)4.1.3有線接入1.不對稱數(shù)字用戶線（ADSL）接入技術(shù)（Asymmetric

Digital

Subscriber

Line，ADSL）不對稱數(shù)字用戶線是一種利用現(xiàn)有的傳統(tǒng)電話線路高速傳輸數(shù)字信息的技術(shù)。該技術(shù)大部分寬帶用來傳輸下行信號（即用戶從網(wǎng)上下載信息），而只使用一小部分寬帶來傳輸上行信號（即接收用戶上傳的信息），這樣就出現(xiàn)了所謂不對稱的傳輸模式。ADSL技術(shù)的主要優(yōu)點P13頁4.1信息接入系統(tǒng)4.1.3有線接入2.光纖接入技術(shù)光纖接入網(wǎng)（或稱光接入網(wǎng)，OAN）是采用激光傳輸技術(shù)的接入網(wǎng)，指局端與用戶之間完全以光纖作為傳輸媒體。光纖通信不同于有線電通信，后者是利用金屬媒體傳輸信號，光纖通信則是利用透明的光纖傳輸光波。光纖接入網(wǎng)特點P144.1信息接入系統(tǒng)4.1.3有線接入光纖接入網(wǎng)從技術(shù)上可分為兩大類：有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）和無源光網(wǎng)絡(luò)（PON），有源光網(wǎng)絡(luò)又可分為基于同步數(shù)字系列（SDH）的AON和基于準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）的AON；無源光網(wǎng)絡(luò)可分為窄帶PON和寬帶PON。有源光網(wǎng)絡(luò)由DLC局端機、DLC遠(yuǎn)端機以及光傳輸系統(tǒng)、光線路終端（OLT）幾部分組成，如圖2-5所示。

圖2-5有源光網(wǎng)（OAN）結(jié)構(gòu)有源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點P154.1信息接入系統(tǒng)4.1.3有線接入

如圖2-6所示這種光纖接入網(wǎng)就是無源光網(wǎng)絡(luò)（PON），圖中OLT為光線路終端，ODN為光配線網(wǎng)，ONU為光網(wǎng)絡(luò)單元。光線路終端（OLT）為光配線網(wǎng)（ODN）提供網(wǎng)絡(luò)接口并連至一個或多個ODN。光配線網(wǎng)（ODN）為光線路終端（OLT）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）提供傳輸手段。圖2-6無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)特點P164.1信息接入系統(tǒng)4.1.3有線接入HFC即HybridFiber－Coaxial的縮寫，是光纖和同軸電纜相結(jié)合的混合網(wǎng)絡(luò)。HFC通常由光纖干線、同軸電纜支線和用戶配線網(wǎng)絡(luò)三部分組成，從有線電視臺出來的節(jié)目信號先變成光信號在干線上傳輸；到用戶區(qū)域后把光信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)分配器分配后通過同軸電纜送到用戶。HFC特點P17與傳統(tǒng)的CATV網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同P173.光纖/同軸電纜混合（HFC）接入技術(shù)4.1信息接入系統(tǒng)4.1.3有線接入與傳統(tǒng)CATV網(wǎng)相比，HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)無論從理論上還是邏輯拓?fù)渖隙加兄卮笞兓，F(xiàn)代HFC網(wǎng)基本上是星型總線結(jié)構(gòu)，如圖2-7所示，由三部分組成，即饋線網(wǎng)、配線網(wǎng)和用戶引入線，其結(jié)構(gòu)很像電話網(wǎng)中的DLC（數(shù)字環(huán)路載波），其服務(wù)區(qū)類似于電話網(wǎng)中的配線區(qū)，區(qū)別在于HFC網(wǎng)服務(wù)區(qū)內(nèi)仍基本保留著傳統(tǒng)CATV網(wǎng)的樹形-分支型同軸電纜網(wǎng)（總線式），而不是星型的雙絞線銅纜網(wǎng)。3.光纖/同軸電纜混合（HFC）接入技術(shù)4.1信息接入系統(tǒng)4.1.3有線接入HFC的發(fā)展P184.三網(wǎng)融合

三網(wǎng)融合是指電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)通過技術(shù)改造，能夠提供包括語音、數(shù)據(jù)、圖像等綜合多媒體的通信業(yè)務(wù)，如圖2-7所示。

圖2-7三網(wǎng)融合示意圖三網(wǎng)融合的優(yōu)點：P19FTTH是實現(xiàn)三網(wǎng)融合有效的方式。FTTH(FiberToTheHome)，是指將光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)安裝在住家用戶或企業(yè)用戶處，是光接入系列中除FTTD(光纖到桌面)外最靠近用戶的光接入網(wǎng)應(yīng)用類型。(1)市場需求是推動FTTH發(fā)展的基礎(chǔ)(2)無源光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是推動FTTH發(fā)展的重要推手(3)成本驅(qū)動最終推動FTTH快速發(fā)展4.1信息接入系統(tǒng)4.1.3有線接入InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology4.2.移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)1.移動通信系統(tǒng)第四代移動通信技術(shù)（4G）可稱為寬帶接入和分布網(wǎng)絡(luò)，具有非對稱的超過2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸能力。它包括寬帶無線固定接入、寬帶無線局域網(wǎng)、移動寬帶系統(tǒng)和交互式廣播網(wǎng)絡(luò)。第四代移動通信可以在不同的固定、無線平臺和跨越不同的頻帶的網(wǎng)絡(luò)中提供無線服務(wù)，可以在任何地方用寬帶接入互聯(lián)網(wǎng)（包括衛(wèi)星通信和平流層通信），能夠提供定位定時、數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程控制等綜合功能。

InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology1.移動通信系統(tǒng)5g網(wǎng)絡(luò)5G網(wǎng)絡(luò)作為第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)，其最高理論傳輸速度可達每秒數(shù)十Gb，這比4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快數(shù)百倍，整部超高畫質(zhì)電影可在1秒之內(nèi)下載完成。2014年5月13日，三星電子宣布，其已率先開發(fā)出了首個基于5G核心技術(shù)的移動傳輸網(wǎng)絡(luò)，并表示將在2020年之前進行5G網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)推廣。2016年8月4日，諾基亞與電信傳媒公司貝爾再次在加拿大完成了5G信號的測試。在測試中諾基亞使用了73GHz范圍內(nèi)的頻譜，數(shù)據(jù)傳輸速度也達到了現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的6倍.4.2.移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology

移動通信具有以下特點：（1）無線電波傳播環(huán)境復(fù)雜：移動通信的電波處在特高頻（300－3000MHz）頻段，電波傳播主要方式是視距傳播。電磁波在傳播時不僅有直射波信號，還有經(jīng)地面、建筑群等產(chǎn)生的反射、折射、繞射的傳播，從而產(chǎn)生多徑傳播引起的快衰落、陰影效應(yīng)引起的慢衰落，系統(tǒng)必需配有抗衰落措施，才能保證正常運行。（2）噪聲和干擾嚴(yán)重：移動臺在移動時即受到環(huán)境噪聲的干擾，又有系統(tǒng)干擾。由于系統(tǒng)內(nèi)有多個用戶，必須采用頻率復(fù)用技術(shù)，系統(tǒng)就有了互調(diào)干擾、鄰道干擾、同頻干擾等主要的系統(tǒng)干擾，這就要求系統(tǒng)有合理的同頻復(fù)用規(guī)劃和無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等措施。（3）用戶的移動性：用戶的移動性和移動的不可預(yù)知性，要求系統(tǒng)有完善的管理技術(shù)對用戶的位置進行登記、跟蹤，不因位置改變中斷通信。（4）頻率資源有限：國際電信聯(lián)盟組織ITU對無線頻率的劃分有嚴(yán)格規(guī)定，要設(shè)法提高系統(tǒng)的頻率利用率。4.2.移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology2.室內(nèi)移動通信覆蓋系統(tǒng)室內(nèi)移動通信覆蓋系統(tǒng)將基站的信號通過有線的方式直接引入到室內(nèi)的每一個區(qū)域，再通過小型天線將基站信號發(fā)送出去，同時也將接收到室內(nèi)信號放大后送到基站，如圖5-1所示，從而消除室內(nèi)覆蓋盲區(qū)，保證室內(nèi)區(qū)域擁有理想的信號覆蓋，為樓內(nèi)的移動通信用戶提供穩(wěn)定、可靠的室內(nèi)信號，整體提高移動網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平。圖5-1移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)示意圖4.2.移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology2.室內(nèi)移動通信覆蓋系統(tǒng)

（1）需要設(shè)置移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的場所1）室內(nèi)盲區(qū)：新建大型建筑、停車場、辦公樓、賓館和公寓等。2）話務(wù)量高的大型室內(nèi)場所：車站、機場、商場、體育館、購物中心等，增加微蜂窩建立分層結(jié)構(gòu)。3）發(fā)生頻繁切換的室內(nèi)場所：高層建筑的頂部，收到多個基站的功率近似的信號。4.2.移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology2.室內(nèi)移動通信覆蓋系統(tǒng)（2）室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的組成室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)主要由信號源和信號分布系統(tǒng)兩部分組成，室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的實現(xiàn)方式根據(jù)信號源可分為微蜂窩接入方式、宏蜂窩接入方式、直放站接入方式三種方式。微蜂窩方式的通話質(zhì)量比宏蜂窩方式要高出許多，對宏蜂窩無線指標(biāo)的影響甚小，并且具有增加網(wǎng)絡(luò)容量的效果。但微蜂窩在室內(nèi)使用時，受建筑物結(jié)構(gòu)的影響，使其覆蓋受到很大限制。對于大型寫字樓等，如何將信號最大限度、最均勻地分布到室內(nèi)每一個地方，是網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化所要考慮的關(guān)鍵。且微蜂窩方式的弱點在于成本較為昂貴，需要進行頻率規(guī)劃，需要增建傳輸系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作量大。4.2.移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology2.室內(nèi)移動通信覆蓋系統(tǒng)（2）室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的組成室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)主要由信號源和信號分布系統(tǒng)兩部分組成，室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的實現(xiàn)方式根據(jù)信號源可分為微蜂窩接入方式、宏蜂窩接入方式、直放站接入方式三種方式。宏蜂窩方式的主要優(yōu)勢在于成本低、工程施工方便，并且占地面積小;其弱點在于對宏蜂窩無線指標(biāo)尤其是掉話率的影響比較明顯。目前，采用選頻直放站并增加宏蜂窩的小區(qū)切換功能可以緩解這一矛盾:當(dāng)對應(yīng)的宏蜂窩頻率發(fā)生變化時，直放站選頻模塊需要作相應(yīng)調(diào)整。隨著運營商對成本和網(wǎng)絡(luò)資源利用率的注重，宏蜂窩方式在最近一年出現(xiàn)升溫的勢頭。4.2.移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology2.室內(nèi)移動通信覆蓋系統(tǒng)（2）室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的組成在室外站存在富余容量的情況下，通過直放站（Repeater）將室外信號引入室內(nèi)的覆蓋盲區(qū)。直放站（Repeater）以其靈活簡易的特點成為解決簡單問題的重要方式。直放站不需要基站設(shè)備和傳輸設(shè)備，安裝簡便靈活，如圖5-2所示是通過直放站的施主天線直接從附近基站提取信號。4.2.移動通信室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology4.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星端、地面端、用戶端三部分組成，如圖5-5所示。衛(wèi)星端在空中起中繼站的作用，即把地面站發(fā)上來的電磁波放大后再返送回另一地面站，衛(wèi)星星體又包括兩大子系統(tǒng)：星載設(shè)備和衛(wèi)星母體。地面站則是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口，地面用戶也可以通過地面站出入衛(wèi)星系統(tǒng)形成鏈路，地面站還包括地面衛(wèi)星控制中心，及其跟蹤、遙測和指令站。用戶段即是各種用戶終端。InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology1.衛(wèi)星通信的特點（1）衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域大（2）衛(wèi)星通信具有多址聯(lián)接功能。（3）衛(wèi)星通信頻段寬，容量大。

（4）衛(wèi)星通信機動靈活。

（5）衛(wèi)星通信質(zhì)量好，可靠性高。（6）衛(wèi)星通信的成本與距離無關(guān)。4.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology但衛(wèi)星通信也有不足之處，主要表現(xiàn)在：

（1）傳輸時延大。在地球同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，通信站到同步衛(wèi)星的距離最大可達40000km，電磁波以光速傳輸，這樣，路經(jīng)地球站→衛(wèi)星→地球站（稱為一個單跳）的傳播時間約需0.27s。如果利用衛(wèi)星通信打電話的話，由于兩個站的用戶都要經(jīng)過衛(wèi)星，因此，打電話者要聽到對方的回答必須額外等待0.54s。

（2）回聲效應(yīng)。在衛(wèi)星通信中，由于電波來回轉(zhuǎn)播需0.54s，因此產(chǎn)生了講話之后的“回聲效應(yīng)”。為了消除這一干擾，衛(wèi)星電話通信系統(tǒng)中增加了一些設(shè)備，專門用于消除或抑制回聲干擾。

（3）存在通信盲區(qū)。把地球同步衛(wèi)星作為通信衛(wèi)星時，由于地球兩極附近區(qū)域“看不見”衛(wèi)星，因此不能利用地球同步衛(wèi)星實現(xiàn)對地球兩極的通信。

4.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)InnerMongolia