第4章信息通信基础设施

智能建筑信息设施系统信息通信基础设施王月明

InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology信息通信基础设施4.1、信息接入系统4.3、卫星通信系统4.2、移动通信室内覆盖系统4.1信息接入系统

信息接入网（AN，AccessNetwork）是上世纪后期提出的一种新的网络概念，并由国际电信联盟标准作了定义和功能界定。按电信行业的定义，一个通信网的体系结构由三部分组成，即核心网、接入网和用户网。核心网包括中继网（本市内）和长途网（城市间）以及各种业务节点机（如局用数字程控交换机、核心路由器、专业服务器等）。核心网和接入网通常归属电信运营商管理和维护，用户网则归用户所有。因此接入网是连接核心网和用户网的纽带，通过它实现把核心网的业务提供给最终用户。接入网的一端通过业务节点接口（SNI）与核心网中的业务节点相接，另一端通过用户网络接口（UNI）与用户终端设备相连，并可经由Q3接口服从电信网管系统的统一配置和管理。接入网在电信网中的位置和功能如图所示，其中，UNI为用户网络接口，SNI为业务节点接口。图

接入网4.1信息接入系统4.1.1接入网概述接入网环境下的基本网络拓扑结构4种：星形结构、环形结构、树形结构和总线结构。接入网结构

根据接入网的传输介质不同，可以分为无线接入和有线接入。无线接入网从接入设备类型可分为微波设备无线直放站、射频拉远技术等；有线接入目前通常可分为双绞线接入、光纤接入和混合接入三种方式。尽管宽带接入网技术多种多样，但它们有如下共同特点：（1）共享性：

大多数接入网出于降低成本的需要为多用户共享。

（2）不对称性：

数据和图象业务通常是不对称的，上、下行带宽不等是大多数宽带接入网的特征，而且上、下行所需带宽比例并不固定，这就对双工方式提出了一些新的要求，两个方向所用的帧结构、复用方式、比特率、传输技术甚至传输媒介都可能不同。

（3）可扩展性：

Internet上主机数每年加倍，对由一些用户共享的接入网需要考虑如何适应用户数增长而扩展容量，如何适应用户业务量发展而升级的问题。

4.1信息接入系统4.1.1接入网概述

无线接入网是以无线电技术（包括移动通信、微波及卫星通信等）为传输手段，连接起端局及用户间的通信网，即无线本地环路。无线接入网主要应用于地僻人稀的农村及通信不发达地区、有线基建已饱和的繁华市区以及业务要求骤增而有线设施建设滞后的新建区域等。无线接入网从接入设备类型可分为微波技术、无线直放站、射频拉远技术等。1.微波技术：微波通信具有以下特点P60，由于传输距离太长或传输链路中由阻挡而无法开通通信时，可在两端站之间设置中继站。中继站可分为有源中继站和无源中继站两种。2.直放站（中继器）属于同频放大设备，是指在无线通信传输过程中起到信号增强的一种无线电发射中转设备。直放站作为一种实现无线接入的辅助技术手段，常用来解决基站难以覆盖的盲区或将基站信号进行延伸。选用直放站时，应按照以下的原则（P61）。4.1信息接入系统4.1.2无线接入

传统的接入网主要以铜缆的形式为用户提供一般的语音业务和少量的数据业务。随着社会经济的发展，人们对各种新业务特别是宽带综合业务的需求日益增加，一系列接入网新技术应运而生，其中包括应用较广泛的以现有双绞线为基础的铜缆新技术、混合光纤/同轴(FHC)组网技术和混合光纤/无线接入技术、以太网到户技术。

4.1信息接入系统4.1.3有线接入1.不对称数字用户线（ADSL）接入技术（Asymmetric

Digital

Subscriber

Line，ADSL）不对称数字用户线是一种利用现有的传统电话线路高速传输数字信息的技术。该技术大部分宽带用来传输下行信号（即用户从网上下载信息），而只使用一小部分宽带来传输上行信号（即接收用户上传的信息），这样就出现了所谓不对称的传输模式。ADSL技术的主要优点P13页4.1信息接入系统4.1.3有线接入2.光纤接入技术光纤接入网（或称光接入网，OAN）是采用激光传输技术的接入网，指局端与用户之间完全以光纤作为传输媒体。光纤通信不同于有线电通信，后者是利用金属媒体传输信号，光纤通信则是利用透明的光纤传输光波。光纤接入网特点P144.1信息接入系统4.1.3有线接入光纤接入网从技术上可分为两大类：有源光网络（AON）和无源光网络（PON），有源光网络又可分为基于同步数字系列（SDH）的AON和基于准同步数字系列（PDH）的AON；无源光网络可分为窄带PON和宽带PON。有源光网络由DLC局端机、DLC远端机以及光传输系统、光线路终端（OLT）几部分组成，如图2-5所示。

图2-5有源光网（OAN）结构有源光网络技术特点P154.1信息接入系统4.1.3有线接入

如图2-6所示这种光纤接入网就是无源光网络（PON），图中OLT为光线路终端，ODN为光配线网，ONU为光网络单元。光线路终端（OLT）为光配线网（ODN）提供网络接口并连至一个或多个ODN。光配线网（ODN）为光线路终端（OLT）和光网络单元（ONU）提供传输手段。图2-6无源光网络（PON）无源光网络（PON）技术特点P164.1信息接入系统4.1.3有线接入HFC即HybridFiber－Coaxial的缩写，是光纤和同轴电缆相结合的混合网络。HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成，从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输；到用户区域后把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。HFC特点P17与传统的CATV网络拓扑结构不同P173.光纤/同轴电缆混合（HFC）接入技术4.1信息接入系统4.1.3有线接入与传统CATV网相比，HFC网络结构无论从理论上还是逻辑拓扑上都有重大变化。现代HFC网基本上是星型总线结构，如图2-7所示，由三部分组成，即馈线网、配线网和用户引入线，其结构很像电话网中的DLC（数字环路载波），其服务区类似于电话网中的配线区，区别在于HFC网服务区内仍基本保留着传统CATV网的树形-分支型同轴电缆网（总线式），而不是星型的双绞线铜缆网。3.光纤/同轴电缆混合（HFC）接入技术4.1信息接入系统4.1.3有线接入HFC的发展P184.三网融合

三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务，如图2-7所示。

图2-7三网融合示意图三网融合的优点：P19FTTH是实现三网融合有效的方式。FTTH(FiberToTheHome)，是指将光网络单元(ONU)安装在住家用户或企业用户处，是光接入系列中除FTTD(光纤到桌面)外最靠近用户的光接入网应用类型。(1)市场需求是推动FTTH发展的基础(2)无源光纤网络技术是推动FTTH发展的重要推手(3)成本驱动最终推动FTTH快速发展4.1信息接入系统4.1.3有线接入InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology4.2.移动通信室内覆盖系统1.移动通信系统第四代移动通信技术（4G）可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mbit/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。

InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology1.移动通信系统5g网络5G网络作为第五代移动通信网络，其最高理论传输速度可达每秒数十Gb，这比4G网络的传输速度快数百倍，整部超高画质电影可在1秒之内下载完成。2014年5月13日，三星电子宣布，其已率先开发出了首个基于5G核心技术的移动传输网络，并表示将在2020年之前进行5G网络的商业推广。2016年8月4日，诺基亚与电信传媒公司贝尔再次在加拿大完成了5G信号的测试。在测试中诺基亚使用了73GHz范围内的频谱，数据传输速度也达到了现有4G网络的6倍.4.2.移动通信室内覆盖系统InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology

移动通信具有以下特点：（1）无线电波传播环境复杂：移动通信的电波处在特高频（300－3000MHz）频段，电波传播主要方式是视距传播。电磁波在传播时不仅有直射波信号，还有经地面、建筑群等产生的反射、折射、绕射的传播，从而产生多径传播引起的快衰落、阴影效应引起的慢衰落，系统必需配有抗衰落措施，才能保证正常运行。（2）噪声和干扰严重：移动台在移动时即受到环境噪声的干扰，又有系统干扰。由于系统内有多个用户，必须采用频率复用技术，系统就有了互调干扰、邻道干扰、同频干扰等主要的系统干扰，这就要求系统有合理的同频复用规划和无线网络优化等措施。（3）用户的移动性：用户的移动性和移动的不可预知性，要求系统有完善的管理技术对用户的位置进行登记、跟踪，不因位置改变中断通信。（4）频率资源有限：国际电信联盟组织ITU对无线频率的划分有严格规定，要设法提高系统的频率利用率。4.2.移动通信室内覆盖系统InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology2.室内移动通信覆盖系统室内移动通信覆盖系统将基站的信号通过有线的方式直接引入到室内的每一个区域，再通过小型天线将基站信号发送出去，同时也将接收到室内信号放大后送到基站，如图5-1所示，从而消除室内覆盖盲区，保证室内区域拥有理想的信号覆盖，为楼内的移动通信用户提供稳定、可靠的室内信号，整体提高移动网络的服务水平。图5-1移动通信室内覆盖系统示意图4.2.移动通信室内覆盖系统InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology2.室内移动通信覆盖系统

（1）需要设置移动通信室内覆盖系统的场所1）室内盲区：新建大型建筑、停车场、办公楼、宾馆和公寓等。2）话务量高的大型室内场所：车站、机场、商场、体育馆、购物中心等，增加微蜂窝建立分层结构。3）发生频繁切换的室内场所：高层建筑的顶部，收到多个基站的功率近似的信号。4.2.移动通信室内覆盖系统InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology2.室内移动通信覆盖系统（2）室内覆盖系统的组成室内覆盖系统主要由信号源和信号分布系统两部分组成，室内覆盖系统的实现方式根据信号源可分为微蜂窝接入方式、宏蜂窝接入方式、直放站接入方式三种方式。微蜂窝方式的通话质量比宏蜂窝方式要高出许多，对宏蜂窝无线指标的影响甚小，并且具有增加网络容量的效果。但微蜂窝在室内使用时，受建筑物结构的影响，使其覆盖受到很大限制。对于大型写字楼等，如何将信号最大限度、最均匀地分布到室内每一个地方，是网络优化所要考虑的关键。且微蜂窝方式的弱点在于成本较为昂贵，需要进行频率规划，需要增建传输系统，网络优化工作量大。4.2.移动通信室内覆盖系统InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology2.室内移动通信覆盖系统（2）室内覆盖系统的组成室内覆盖系统主要由信号源和信号分布系统两部分组成，室内覆盖系统的实现方式根据信号源可分为微蜂窝接入方式、宏蜂窝接入方式、直放站接入方式三种方式。宏蜂窝方式的主要优势在于成本低、工程施工方便，并且占地面积小;其弱点在于对宏蜂窝无线指标尤其是掉话率的影响比较明显。目前，采用选频直放站并增加宏蜂窝的小区切换功能可以缓解这一矛盾:当对应的宏蜂窝频率发生变化时，直放站选频模块需要作相应调整。随着运营商对成本和网络资源利用率的注重，宏蜂窝方式在最近一年出现升温的势头。4.2.移动通信室内覆盖系统InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology2.室内移动通信覆盖系统（2）室内覆盖系统的组成在室外站存在富余容量的情况下，通过直放站（Repeater）将室外信号引入室内的覆盖盲区。直放站（Repeater）以其灵活简易的特点成为解决简单问题的重要方式。直放站不需要基站设备和传输设备，安装简便灵活，如图5-2所示是通过直放站的施主天线直接从附近基站提取信号。4.2.移动通信室内覆盖系统InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology4.3卫星通信系统卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成，如图5-5所示。卫星端在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站，卫星星体又包括两大子系统：星载设备和卫星母体。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路，地面站还包括地面卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站。用户段即是各种用户终端。InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology1.卫星通信的特点（1）卫星通信覆盖区域大（2）卫星通信具有多址联接功能。（3）卫星通信频段宽，容量大。

（4）卫星通信机动灵活。

（5）卫星通信质量好，可靠性高。（6）卫星通信的成本与距离无关。4.3卫星通信系统InnerMongoliaUniversityofScienceandTechnology但卫星通信也有不足之处，主要表现在：

（1）传输时延大。在地球同步卫星通信系统中，通信站到同步卫星的距离最大可达40000km，电磁波以光速传输，这样，路经地球站→卫星→地球站（称为一个单跳）的传播时间约需0.27s。如果利用卫星通信打电话的话，由于两个站的用户都要经过卫星，因此，打电话者要听到对方的回答必须额外等待0.54s。

（2）回声效应。在卫星通信中，由于电波来回转播需0.54s，因此产生了讲话之后的“回声效应”。为了消除这一干扰，卫星电话通信系统中增加了一些设备，专门用于消除或抑制回声干扰。

（3）存在通信盲区。把地球同步卫星作为通信卫星时，由于地球两极附近区域“看不见”卫星，因此不能利用地球同步卫星实现对地球两极的通信。

4.3卫星通信系统InnerMongolia