通信網(wǎng)絡(luò)-第2章傳輸技術(shù)與傳輸網(wǎng)絡(luò)課件

1、第二章 傳輸技術(shù)與傳輸網(wǎng)絡(luò)2.1 傳輸方式與特點(diǎn)2.2 傳輸介質(zhì)與性質(zhì)2.3 集中傳輸與復(fù)用技術(shù)2.4 檢錯與糾錯2.5 PDH/SDH光纖傳輸網(wǎng)2.6 DDN數(shù)字傳輸網(wǎng)2022/7/2012.1 傳輸方式及性能2.1.1 傳輸方式一、按傳輸形式模擬傳輸與數(shù)字傳輸模擬傳輸采用模擬方式，中間需要放大器，有噪聲積累數(shù)字傳輸采用數(shù)字方式，中間使用中繼器，可以克服噪聲積累2022/7/202二、是否調(diào)制基帶、頻帶傳輸基帶傳輸是按照數(shù)字信號原有的波形（以脈沖形式）在信道上直接傳輸，它要求信道具有較寬的通頻帶?；鶐鬏敳恍枰{(diào)制、解調(diào)，設(shè)備花費(fèi)少，適用于較小范圍的數(shù)據(jù)傳輸。2022/7/203基帶、頻帶傳

2、輸頻帶傳輸是一種采用調(diào)制、解調(diào)技術(shù)的傳輸形式。在發(fā)送端，采用調(diào)制手段，對數(shù)字信號進(jìn)行某種變換，將代表數(shù)據(jù)的二進(jìn)制“1”和“0”，變換成具有一定頻帶范圍的模擬信號，以適應(yīng)在模擬信道上傳輸；在接收端，通過解調(diào)手段進(jìn)行相反變換，把模擬的調(diào)制信號復(fù)原為“1”或“0”。 2022/7/2042.1.1 傳輸方式三、傳輸信息方向單工通信、雙工通信、半雙工通信通信終端A通信終端B1只發(fā)或收2能發(fā)能收，不同時(按鍵發(fā))3收發(fā)同時2022/7/2052.1.1 傳輸方式四、信息傳輸節(jié)點(diǎn)關(guān)系點(diǎn)到點(diǎn)/點(diǎn)到多點(diǎn)工作方式AB1B2 AB2022/7/2062.1.1 傳輸方式五、同步傳輸關(guān)系同步通信、異步通信同步傳輸方

3、式中發(fā)送方和接收方的時鐘是統(tǒng)一的、字符與字符間的傳輸是同步無間隔的。同步通信往往提供位定位信號，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸異步傳輸方式并不要求發(fā)送方和接收方的時鐘完全一樣，字符與字符間的傳輸是異步的。異步通信適用低速數(shù)據(jù)傳輸；RS2322022/7/2072.1.2 描述傳輸性能的一些基本概念一、數(shù)據(jù)率、頻帶寬度、信噪比、誤碼率數(shù)據(jù)率的單位是bps，bits per second 比特每秒，表示單位時間內(nèi)傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)頻帶寬度是指輸出信號電平下降3db處上限頻率與下限頻率之差的單位是Hz，KHz信噪比是指有用信號(規(guī)定輸入電壓下的輸出信號電壓)和噪聲信號(輸入電壓切斷時，輸出所殘留之雜音電壓)之間的比值

4、。 SNR，S/N，Signal-to-Noise Ratio。 S是平均信號功率,N是平均噪聲功率，信噪比（S/N）通常用分貝（dB）表示，分貝數(shù)=10log10（S/N）。 誤碼率是接收到的位包含錯誤的比率，ber ，bit error rate。例如光纖信道10(-10)，固定電話信道10(-4)，移動電話信道10(-2)2022/7/2082.1.2 描述傳輸性能的一些基本概念二、信道容量和香農(nóng)定理信道上傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)率的極值，稱為信道容量香農(nóng)定理：C=Wlog(1+S/N)；其中C是可得到的鏈路速度，W是鏈路的帶寬。W=4kHz，S/N=200 ，C=30.6 kbps2022/7/

5、209三、傳輸時間的計(jì)算彩色圖片，JPEG格式， 810 inchs， 分辨率為400 pixels/inch， 3bytes/pixel，共計(jì)810400400338.4 Mbytes的數(shù)據(jù)。若采用28.8kbps的信道進(jìn)行傳輸，則需要大約38.4M/28.8k=3小時的時間。 2.1.2 描述傳輸性能的一些基本概念2022/7/20102.2 傳輸介質(zhì)及性質(zhì)2.2.1 傳輸介質(zhì)概述分類：導(dǎo)向介質(zhì)/自由介質(zhì)常用介質(zhì)：雙絞線同軸電纜光纖紅外無線電特點(diǎn)：帶寬傳輸延時失真、衰減2022/7/20112.2.2 無線電一、概述使用無線電頻譜必須有關(guān)部門的許可，管理機(jī)構(gòu)包括WARC（國際無線電管理大會

6、）和中國的國家無線電管理委員會常用的單位：千，k，103；兆，M，106；吉，G，109；太，T ，10122022/7/2012名稱符號頻率波段波長傳播特性主要用途甚低頻VLF3-30KHz超長波1KKm-100Km空間波為主海岸潛艇通信；遠(yuǎn)距離通信；超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航低頻LF30-300KHz長波10Km-1Km地波為主越洋通信；中距離通信；地下巖層通信；遠(yuǎn)距離導(dǎo)航中頻MF0.3-3MHz中波1Km-100m地波與天波船用通信；業(yè)余無線電通信；移動通信；中距離導(dǎo)航高頻HF3-30MHz短波100m-10m天波與地波遠(yuǎn)距離短波通信；國際定點(diǎn)通信；甚高頻VHF30-300MHz米波10m-1m空間波

7、電離層散射(30-60MHz);流星余跡通信;人造電離層通信(30-144MHz);對空間飛行體通信；移動通信超高頻UHF0.3-3GHz分米波1m-0.1m空間波小容量微波中繼通信（352-420MHz）對流層散射通信（700-10000MHz）中容量微波通信（1700-2400MHz）特高頻SHF3-30GHz厘米波10cm-1cm空間波大容量微波中繼通信(3600-4200MHz)大容量微波中繼通信(5850-8500MHz)數(shù)字通信；衛(wèi)星通信；國際海事衛(wèi)星通信（1500-1600MHz）極高頻EHF30-300GH z毫米波10mm-1mm 空間波再入大氣層時的通信；波導(dǎo)通信2022/

8、7/2013電磁波頻譜無線電的頻率與波長滿足以下關(guān)系:是無線電的波長f 是無線電的頻率c 是光速，c = 3108 m/s典型的例子：GSM系統(tǒng)使用900 MHz頻段，其波長是310 8 / 900106 = 0.33m2022/7/2014二、無線電波的傳播方式無線電波的傳播方式主要有以下幾種形式是直達(dá)波，又稱視距傳播(Line of Sight, LOS)是地面反射波是地表面波是經(jīng)大氣層反射的天波移動通信系統(tǒng)大都采用視距傳播方式2022/7/2015視距LOS的計(jì)算發(fā)射和接收天線的高度分別是ht和hr，地球的等效半徑為Re=8500 km, O點(diǎn)為地心。則視距傳播的極限距離為典型例子：發(fā)射

9、和接收天線高50m, 則視距d=50 km2022/7/2016自由空間傳播損耗發(fā)射和接收的功率分別是PtPr,發(fā)射和接收天線的增益分別是GtGr定義自由空間傳播損耗2022/7/2017自由空間傳播損耗自由空間傳播損耗的計(jì)算公式LS92.4+20lgf(GHz)+20lgd(km)dB 32.4+20lgf(MHz)+20lgd(km)dB結(jié)論：自由空間傳播損耗 L 只與工作頻率 f 和傳播距離 d 有關(guān)。當(dāng) f 或d 增大一倍時，傳播損耗增加 6 dB。移動通信的例子：d = 50 km, f = 2 GHz, 可以計(jì)算出L = 132 dB;衛(wèi)星通信的例子： d = 40000 km,

10、f = 6 GHz, 此時的L = 200 dB2022/7/2018自由空間接收電平的計(jì)算發(fā)射和接收的功率分別是Pt、Pr,發(fā)射和接收天線的增益分別是Gt、Gr用分貝表示的接收電平例：Pt = 1W =30 dBm, f = 3800 MHz, d = 45 km, Gt = Gr = 39dB,則 Pr = Pt +Gt +Gr L = 30 + 39 + 39 137= -35 dBm = 0.33 W2022/7/20192.2.3 導(dǎo)向介質(zhì)三種常用的導(dǎo)向介質(zhì)：雙絞線 同軸電纜 光纖 2022/7/2020一、雙絞線雙絞線分為非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)為什么要進(jìn)行扭絞

11、？目的是為了提高抗干擾性能。絞度越大，抗干擾性能越好。雙絞線這樣互相纏繞的目的就是利用銅線中電流產(chǎn)生的電磁場互相作用抵消鄰近線路的干擾并減少來自外界的干擾。每對線在每英寸長度上相互纏繞的次數(shù)決定了抗干擾的能力和通訊的質(zhì)量，纏繞得越緊密其通訊質(zhì)量越高，就可以支持更高的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送速率，當(dāng)然它的成本也就越高。 規(guī)格：美國標(biāo)準(zhǔn)AWG(American Wire Gauge) ，常用的是24號線。AWG24號線的主要參數(shù)：0.511mm，重量1.82kg/km，最大折斷強(qiáng)度5.756kg，直流電阻25.7/1000呎，或84.2/km。2022/7/2021屏蔽利用雙絞線傳輸信息時要向周圍幅射,信息很

12、容易被竊聽,因此要花費(fèi)額外的代價加以屏蔽。屏蔽雙絞線電纜的外層由鋁泊包裹,以減小幅射。 2022/7/2022 UTP的分類nCat 1 一類線 帶寬1MHz以下，傳輸語音 nCat 2 二類線 帶寬1MHz，語音傳輸nCat 3 三類線 帶寬16MHz3 4絞/呎 10base-T nCat 4 四類線 帶寬20MHz 10base-T/100base-T nCat 5 五類線 帶寬100MHz3 4絞/吋 10base- T/100base-TnCat 5e 超五類線 帶寬200MHznCat 6 六類線 帶寬200MHznCat 7 七類線 帶寬600MHz2022/7/2023二、同軸

13、電纜l結(jié)構(gòu)2022/7/2024 同軸電纜的特點(diǎn)與應(yīng)用特點(diǎn)：屏蔽性能好，帶寬大，衰減小 應(yīng)用有線電視 700 850 1000 MHz寬帶電纜調(diào)制解調(diào)器Cable Modem以太網(wǎng)分為粗同軸和細(xì)同軸兩類2022/7/2025三、光纖光纖的結(jié)構(gòu)光纖是光導(dǎo)纖維的簡寫，是一種利用光在玻璃制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具。2022/7/20262022/7/2027光纖的特點(diǎn)與應(yīng)用特點(diǎn)巨大的帶寬,帶寬可達(dá)10GHZ 損耗特別低,傳輸20公里。抗電磁干擾能力強(qiáng)應(yīng)用骨干網(wǎng)FTTHLAN - FDDI光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）是由美國國家標(biāo)準(zhǔn)化組織（ANSI）制定的在光纜上發(fā)送數(shù)字信號的一組協(xié)

14、議。FDDI 使用雙環(huán)令牌，傳輸速率可以達(dá)到 100Mbps。由于支持高寬帶和遠(yuǎn)距離通信網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)DDI 通常用作骨干網(wǎng)。 2022/7/2028Single Mode2022/7/2029Multimode Grad-Index2022/7/2030Multimode Steped-Index2022/7/20312.3 傳輸編碼技術(shù)概述2.3.1 傳輸編碼技術(shù)調(diào)制編碼模擬信號 模擬傳輸；例：AM，F(xiàn)M,PM數(shù)字信號 模擬傳輸；例：ASK，F(xiàn)SK,PSK線路編碼長距離、抗干擾、同步糾錯編碼數(shù)據(jù)可靠傳輸2022/7/20322.3.2 線路編碼一、線路編碼規(guī)則1、碼型中應(yīng)不含直流分量，低頻分量盡

15、量少。2、碼型中高頻分量盡量少。這樣既可以節(jié)省傳輸頻帶，提高信道的頻帶利用率，還可以減少串?dāng)_。串?dāng)_是指同一電纜內(nèi)不同線對之間的相互干擾，基帶信號的高頻分量越大，則對鄰近線對產(chǎn)生的干擾就越嚴(yán)重。3、碼型中應(yīng)包含定時信息。4、碼型具有一定檢錯能力。若傳輸碼型有一定的規(guī)律性，則就可根據(jù)這一規(guī)律性來檢測傳輸質(zhì)量，以便做到自動監(jiān)測。2022/7/2033一、線路編碼規(guī)則5、編碼方案對發(fā)送消息類型不應(yīng)有任何限制，即能適用于信源變化。這種與信源的統(tǒng)計(jì)特性無關(guān)的性質(zhì)稱為對信源具有透明性。6、低誤碼增值。對于某些基帶傳輸碼型，信道中產(chǎn)生的單個誤碼會擾亂一段譯碼過程，從而導(dǎo)致譯碼輸出信息中出現(xiàn)多個錯誤，這種現(xiàn)象稱

16、為誤碼增殖。7、高的編碼效率。8、編譯碼設(shè)備應(yīng)盡量簡單。依照實(shí)際要求滿足其中若干項(xiàng) 2022/7/2034二、常用碼型單極性不歸零碼 Unipolar NRZ雙極性不歸零碼 Polar NRZ單、雙極性歸零碼（RZ）差分碼 曼徹斯特、差分ManchesterAMIHDB3多進(jìn)制碼2022/7/20351、單極性非歸零 （ NRZ ） 碼單極性 NRZ 碼如下圖所示。在表示一個碼元時，二進(jìn)制符號 “1”和“0” 分別對應(yīng)基帶信號的正電平和零電平，在整個碼元持續(xù)時間，電平保持不變。2022/7/2036單極性 NRZ 碼特點(diǎn)（ 1 ）發(fā)送能量大，有利于提高接收端信噪比；（ 2 ）在信道上占用頻帶較

17、窄；（ 3 ）有直流分量，將導(dǎo)致信號的失真與畸變；且由于直流分量的存在，無法使用一些交流耦合的線路和設(shè)備；（ 4 ）不能直接提取位同步信息（ 5 ）抗噪性能差。接收單極性 NRZ 碼的判決電平應(yīng) 取 “1”碼 電平的一半。（ 6 ）傳輸時需一端接地。2022/7/20372、雙極性非歸零 （ NRZ ） 碼在此編碼中，“1”和“0”分 別對應(yīng)正、負(fù)電平，如下圖。其特點(diǎn)除與單極性 NRZ 碼特點(diǎn)（ 1 ）、（ 2 ）、（ 4 ）相同外，還有：（ 1 ）直流分量小。當(dāng)二進(jìn)制符 號 “1”、“0”等 可能出現(xiàn)時，無直流成分；（ 2 ）接收端判決門限為 0 ，容易設(shè)置并且穩(wěn)定，因此抗干擾能力強(qiáng)；（ 3

18、 ）可以在電纜等無接地線上傳輸。 發(fā)送能量大，有利于提高接收端信噪比； 在信道上占用頻帶較窄；不能直接提取位同步信息2022/7/20383、單極性、雙極性RZ碼 1 0 1 0 0 1 1 0 0碼元寬度分成兩個半比特，每個比特在后半比特回歸零2022/7/2039在差分碼中， “1”、“0”分別用電平跳變或不變來表示。若用電平跳變來表示“1”，稱為傳號差分碼（在電報通信中，常把“1”稱為傳號，把“0”稱為空號）。若用電平跳變來表示 “0”，稱為空號差分碼。4、差分碼 1 0 1 0 0 1 1 0 02022/7/20404、雙極性碼“1”通過交替正負(fù)電平表示，“0”用零電平表示。直流成分

19、更小，抗干擾性能更強(qiáng)2022/7/20415、曼徹斯特編碼（自同步碼）自同步碼概念自同步碼是指編碼在傳輸信息的同時，將時鐘同步信號一起傳輸過去。這樣，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r就不必通過其它信道發(fā)送同步信號。局域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)通信常使用自同步碼，典型代表是曼徹斯特編碼（Manchester）和差分曼徹斯特編碼（Different Manchester）2022/7/2042曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼：每一位的中間（1/2周期處）有一跳變，該跳變既作為時鐘信號（同步），又作為數(shù)據(jù)信號。從高到低的跳變表示數(shù)字“0”，從低到高的跳變表示數(shù)字“1”（或反之）。差分曼徹斯特編碼：每一位的中間（1/2周期處）有一跳變，但

20、是，該跳變只作為時鐘信號（同步）。波形有跳變表示數(shù)字“0”，無跳變表示數(shù)字“1”。2022/7/2043高到低低到高有跳變無跳變自同步碼2022/7/2044Manchester碼Manchester碼的優(yōu)點(diǎn)是無直流分量， 最長連 “0”、連“l(fā)”數(shù)為2， 定時信息豐富，編譯碼電路簡單。但其碼元速率比輸入的信碼速率提高了一倍。Manchester碼適用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備在中速短距離上傳輸。如以太網(wǎng)采用分相碼作為線路傳輸碼。數(shù)據(jù)通信的令牌網(wǎng)即采用差分Manchester 碼。2022/7/20456、AMI 碼AMI 碼的全稱是傳號交替反轉(zhuǎn)碼。此方式是單極性方式的變形，即把單極性方式中的 “0”碼仍

21、與零電平對應(yīng)，而“1”碼 對應(yīng)發(fā)送極性交替的正、負(fù)電平，這種碼型實(shí)際上把二進(jìn)制脈沖序列變?yōu)槿娖降姆栃蛄校ü式袀稳蛄校?022/7/2046AMI 碼的優(yōu)缺點(diǎn)在 “1”、“0”碼不等概率情況下，也無直流成分，且零頻附近低頻分量小。因此，對具有變壓器或其它交流隅合的傳輸信道來說，不易受隔直特性的影響。便于觀察誤碼情況。當(dāng)用AMI 碼來獲取定時信息時，由于它可能出現(xiàn)長的連 0 串，因而會造成提取定時信號的困難。2022/7/20477、HDB3編碼HDB3碼即三階高密度雙極性碼。HDB3中連0串的數(shù)目至多為3個，易于提取定時信號。編碼規(guī)則復(fù)雜，但譯碼較簡單2022/7/2048HDB3編碼規(guī)

22、則:（1）先將消息代碼變換成AMI碼，若AMI碼中連0的個數(shù)小于4,此時的AMI碼就是HDB3碼;（2）若AMI碼中連0的個數(shù)大于4,則將每4個連0小段的第4個0變換成與前一個非0符號(+1或-1)同極性的符號,用 表示(+1 +V ,-1 -V );（3）為了不破壞極性交替反轉(zhuǎn)，當(dāng)相鄰 V符號之間有偶數(shù)個非0符號時，再將該小段的第1個0變換成 或- , 符號的極性與前一非符號的相反，并讓后面的非零符號從 符號開始再交替變化。2022/7/2049HDB3編碼HDB3編碼舉例消息代碼:0 10000 1 1 0 00 00 1 0 1 AMI碼: 0+1 0 00 0 -1+1 0 0 0 0

23、0 -1 0+1 HDB3： 0+1 00 0+V1+1-1 00-V0+1 0 -1 HDB3碼譯碼規(guī)則:反過來就可以+1 0 0 0 v2022/7/2050HDB3譯碼HDB3碼譯碼規(guī)則:從收到的符號序列中找到破壞極性交替的點(diǎn)，可以斷定符號及其前面的3個符號必是連0符號，從而恢復(fù)4個連碼;再將所有的-1變換成+1后，就可以得到原消息代碼。HDB3的特點(diǎn)是明顯的，它除了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)外，還增加了使連“0”串減少至不多于3個的優(yōu)點(diǎn)，而不管信息源的統(tǒng)計(jì)特性如何。這對于定時信號的恢復(fù)是極為有利的。 HDB3是CCITT推薦使用的碼型之一。 2022/7/20518、多進(jìn)制碼多進(jìn)制代碼的波形特

24、點(diǎn)是多個二進(jìn)制符號對應(yīng)一個脈沖碼元。4個電壓值分別代表“00”“01”“10”“11”。多進(jìn)制碼的目的是在碼元速率一定時可提高信息速率。 （a）單極性信號 （b）雙極性信號 四進(jìn)制代碼波形 2022/7/20522.4 檢錯與糾錯2.4.1 概述差錯控制(Error Control)技術(shù)分為錯誤檢測和錯誤糾正兩種兩種檢錯方法：奇偶、CRC校驗(yàn)兩種基本糾錯方法自動重發(fā)請求 (Auto Repeat reQuest， ARQ)前向糾錯(Forward Error Correction，F(xiàn)EC)2022/7/20532.4.2 錯誤檢測過程2022/7/20542.4.3 錯誤檢測技術(shù)CRC校驗(yàn)奇偶

25、校驗(yàn)2022/7/2055一、CRC循環(huán)校驗(yàn)碼循環(huán)校驗(yàn)碼（CRC碼）是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常用的一種差錯校驗(yàn)碼，其特征是信息字段和校驗(yàn)字段的長度可以任意選定。生成CRC碼的基本原理：任意一個由二進(jìn)制位串組成的代碼都可以和一個系數(shù)僅為0和1取值的多項(xiàng)式一一對應(yīng)。例如：代碼1010111對應(yīng)的多項(xiàng)式為x6+x4+x2+x+1，而多項(xiàng)式為x5+x3+x2+x+1對應(yīng)的代碼101111。2022/7/2056一、CRC循環(huán)校驗(yàn)碼CRC碼集選擇的原則：若設(shè)碼字長度為N，信息字段為K位，校驗(yàn)字段為R位(N=K+R)，則對于CRC碼集中的任一碼字，存在且僅存在一個R次多項(xiàng)式g(x)，使得V(x)=A(x)g(x

26、)=xRm(x)+r(x);其中：m(x)為K次信息多項(xiàng)式 r(x)為R-1次校驗(yàn)多項(xiàng)式 g(x)稱為生成多項(xiàng)式： g(x)=g0+g1x+ g2x2+.+g(R-1)x(R-1)+ gRxR發(fā)送方通過指定的g(x)產(chǎn)生CRC碼字，接收方則通過該g(x)來驗(yàn)證收到的CRC碼字。2022/7/2057CRC校驗(yàn)碼例子借助于多項(xiàng)式除法，其余數(shù)為校驗(yàn)字段。例如：信息字段代碼為: 1011001；對應(yīng)m(x)=x6+x4+x3+1假設(shè)生成多項(xiàng)式g(x)=x4+x3+1；對應(yīng)g(x)的代碼為:11001x4m(x)=x10+x8+x7+x4 對應(yīng)的代碼記為：10110010000；采用多項(xiàng)式除法:得余數(shù)

27、為1010(即校驗(yàn)字段為：1010）發(fā)送方：發(fā)出的傳輸字段為: 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 信息字段校驗(yàn)字段接收方：使用相同的生成碼進(jìn)行校驗(yàn):接收到的字段除以生成碼（二進(jìn)制除法）,如果能夠除盡則正確，否則出錯。2022/7/20582022/7/2059二、奇偶校驗(yàn)奇/偶校驗(yàn)碼: 其信息字段以字符為單位，校驗(yàn)字段僅含一個比特稱為校驗(yàn)比特或校驗(yàn)位,使用七單位的ASCII碼來構(gòu)造成八單位的檢錯碼時若采用奇/偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位的取值應(yīng)使整個碼字包括校驗(yàn)位中為1的比特個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。例：信息字段 奇校驗(yàn)碼 偶校驗(yàn)碼 0110001 01100010 01100011編碼效率： Q/(Q+

28、1)(信息字段占Q個比特)應(yīng)用： 通常在異步傳輸方式中采用偶校驗(yàn)， 同步傳輸方式中采取奇校驗(yàn)。2022/7/20602.5 集中傳輸與復(fù)用技術(shù)2.5.1 復(fù)用技術(shù)基本原理與類型一、多路復(fù)用的目的充分利用昂貴的通信線路，盡可能地容納較多的用戶和傳輸較多的信息。二、多路復(fù)用的基本原理 當(dāng)物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需的帶寬時，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個固定帶寬的子信道，并利用每個子信道傳輸一路信號，從而達(dá)到多路信號共用一個信道，或者將多路信號組合在一條物理信道上傳輸?shù)哪康?，充分利用信道容量?022/7/20612022/7/2062三、多路復(fù)用主要采用的技術(shù)（1）頻分多路復(fù)用（F

29、DMFrequency Division Multiplexing） （2）時分多路復(fù)用（TDMTime Division Multiplexing） （3）波分多路復(fù)用（TDMWavelength Division Multiplexing） 2022/7/20632.5.2 頻分多路復(fù)用如果傳輸介質(zhì)的可用帶寬超過要傳輸信號所要求的總帶寬的時，可以采用頻分多路復(fù)用技術(shù)。幾個信號輸入一個多路復(fù)用器中，由這個多路復(fù)用器將每一個信號調(diào)制到不同的頻率，并且分配給每一個信號以它的載波頻率為中心的一定帶寬，稱為通道。為了避免干擾，用頻譜中末使用的部分作為保護(hù)帶來隔開每一個通道。在接收端，由相應(yīng)的設(shè)備來恢

30、復(fù)成原來的信號，如圖所示。2022/7/20642022/7/20652.5.2 頻分多路復(fù)用實(shí)例：有線電視臺使用頻分多路復(fù)用技術(shù)，將很多頻道的信號通過一條線路傳輸，用戶可以選擇收看其中的任何一個頻道。2022/7/20662.5.3 時分多路復(fù)用如果傳輸介質(zhì)可達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸率(信道容量）超過要傳輸?shù)臄?shù)字信號的總的數(shù)據(jù)傳輸率時，可以采用時分多路復(fù)用技術(shù)。幾個低速設(shè)備產(chǎn)生的信號輸入一個多路復(fù)用器，保存在相應(yīng)的緩沖器中(通常緩沖器為一個字符大小)，按照一定的周期順序掃描每一個緩沖器，可以將這些信號順序傳輸在高速線路上。在接收端，由相應(yīng)設(shè)備分離這些數(shù)據(jù)，恢復(fù)成原來的信號。2022/7/20672.5

31、.3 時分多路復(fù)用采用時分多路復(fù)用時，輸入到多路復(fù)用器的信號一般是數(shù)字信號。時分多路復(fù)用又分為同步時分（Synchronous Time division Multiplexing,STDM）和異步時分(Asysnchronous Time Division Multiplexing ,ATDM)2022/7/20682.5.3 時分多路復(fù)用（TDM）一、同步時分同步時分指發(fā)送端的多臺計(jì)算機(jī)通過一條線路向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)時進(jìn)行分時處理，它們以固定的時隙進(jìn)行分配，比如：第一個周期，4個終端分別占用一個時隙發(fā)送A、B、C、D，則ABCD就是1個幀，如下圖所示。 2022/7/2069同步時分2022

32、/7/2070二、異步時分異步時分復(fù)用技術(shù)又被稱為統(tǒng)計(jì)時分復(fù)用技術(shù)，它能動態(tài)地按需分配時隙，以避免每個時隙段中出現(xiàn)空閑時隙。異步時分在分配時隙時是不固定的，而是只給想發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送端分配其時隙段，當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時，則不給它分配時隙，如下圖所示。2022/7/2071異步時分2022/7/2072 三、TDM復(fù)用例子(E1系統(tǒng))E1系統(tǒng)采用時分多路復(fù)用技術(shù)，它有32路語音信號，8bit/路，125微秒/周期，傳輸速率：328/125=2.048Mbps。E1系統(tǒng)示意圖如下：2022/7/2073E1系統(tǒng)2022/7/20742.5.4 波分多路復(fù)用（Wavelength Division m

33、ultiplexing）光分復(fù)用是將單模光纖的可用帶寬（波長）劃分成多波個獨(dú)立的波長，每個波長是一個信道，信道速率可從52Mb/s-20Gb/s。光波分復(fù)用采用一種新的復(fù)用方式，使光纖通信的容量成幾十倍的提高，目前322.5Gb/s的WDM已應(yīng)用。2022/7/2075光波分復(fù)用（WDM）的基本原理光波分復(fù)用技術(shù)就是采用波分復(fù)用器（合波器），在發(fā)送端將不同規(guī)定波長的信號光載波合并起來并送入一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器（分波器）將這些不同波長承載不同信號的光載波分開的復(fù)用方式。根據(jù)波分復(fù)用器的不同，可以復(fù)用的波長數(shù)也不同，從2個到132個不等，取決于所允許的光載波波長的間隔大小。

34、2022/7/2076光波分復(fù)用系統(tǒng)組成光發(fā)射機(jī)1光發(fā)射機(jī)2光發(fā)射機(jī)N合 波 器光發(fā)射機(jī)1光發(fā)射機(jī)2光發(fā)射機(jī)N光功率放大（BA）光線路放大（OA）光線路放大（OA）分 波 器光前置放大（PA）12N12N12N.發(fā)送端接收端2022/7/20772.5.5 集中傳輸 一、集中傳輸?shù)哪康模簩Χ嗦窂?fù)用技術(shù)的進(jìn)一步提高和改進(jìn)。二、多路復(fù)用的不足之處：信道的利用率不高。由于實(shí)用中信息的傳輸往往是間斷的，因此在某個時刻，子信道會出現(xiàn)空閑狀態(tài)（即在某一時刻被分配的子信道無數(shù)據(jù)可發(fā)），這些空閑子信道具有被進(jìn)一步利用的價值。三、集中傳輸?shù)乃悸罚?動態(tài)按需分配子信道。子信道有數(shù)據(jù)時，就分配，無數(shù)據(jù)時就不分配。因

35、此，為了便于多路信號的區(qū)分，各路信號之前加地址信息2022/7/20782.5.5 集中傳輸四、對集中傳輸設(shè)備的要求采用集中傳輸機(jī)制，設(shè)備可附接的站點(diǎn)較多路復(fù)用技術(shù)所附接的站點(diǎn)數(shù)有所增加。隨著站點(diǎn)數(shù)的增加，系統(tǒng)的瞬時輸入之和可能超過系統(tǒng)可支持的額定輸出速率要求集中傳輸設(shè)備具有緩沖存儲的能力，臨時保存輸入的信息，并等待空閑的信道2022/7/20792.6 PDH/SDH光纖傳輸網(wǎng)2.6.1 數(shù)字光纖系統(tǒng)構(gòu)成光纖傳輸優(yōu)點(diǎn)寬帶寬保密性好傳輸距離長、容量大節(jié)省有色金屬光纖傳輸成為通信網(wǎng)絡(luò)干線和部分用戶接入網(wǎng)常用傳輸手段，光纖傳輸系統(tǒng)構(gòu)成如下圖所示2022/7/2080數(shù)字光纖傳輸系統(tǒng)組成示意圖 低速

36、電信號高速電信號復(fù)用光發(fā)送單元解復(fù)用光接收單元光信號 光信號高速電信號低速電信號高速電信號復(fù)用光接收單元解復(fù)用光發(fā)送單元光信號 光信號高速電信號低速電信號低速電信號甲端發(fā)乙端收甲端收乙端發(fā)光纖光纖發(fā)送端：將高速電信號進(jìn)行線路編碼；將編碼后電信號轉(zhuǎn)換成光信號；將光信號耦合進(jìn)光纖接收端：將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號；放大、整形再生；將電信號進(jìn)行線路解碼后恢復(fù)成高速電信號2022/7/20812.6.2 PDH（準(zhǔn)同步數(shù)字系列）光纖傳輸系統(tǒng)簡介一、概述復(fù)用/解復(fù)用是數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)中常用手段，數(shù)字傳輸系統(tǒng)中復(fù)用是將低速信號按照一定的規(guī)則變成高速信號解復(fù)用：是將收到的高速信號恢復(fù)成原來的低速信號202

37、2/7/2082二、PDH復(fù)用原理異步復(fù)用按比特復(fù)用采用正碼速調(diào)整4路低速信號復(fù)用成1路高速信號基群信號可依次復(fù)用成二次群信號、三次群信號、四次群信號各次群信號均有國際統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)1324（1）（2）（3）（4）（5）（6）（1）（2）（3）（4）（5）（6）（1）（2）（3）（4）（5）（6）（1）（2）（3）（4）（5）（6）1(1)3(1)2(1)4(1)1(2)3(2)2(2)4(2)1(3)3(3)2(3)4(3)1(4)3(4)2(4)4(4)1(5)3(5)2(5)4(5)1(6)2(6)2022/7/2083PDH各次群信號速率、接口及容量 2022/7/2084 O D F端局4

38、D D F交換機(jī)端局2O D F端局1D D F交換機(jī)O D F傳輸轉(zhuǎn)接點(diǎn)O D F交換機(jī)D D FDDF140Mb/s2Mb/s2Mb/s2Mb/s2Mb/s端局3O D F交換機(jī)DDF2Mb/s140Mb/s140Mb/s140Mb/sDDF:數(shù)字配線架ODF:光纖配線架PDH 星形網(wǎng)組網(wǎng)舉例2022/7/2085 三、PDH傳輸網(wǎng)組網(wǎng)舉例匯接局長途局端局端局接入層骨干層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：由骨干層和端局接入層組成兩層結(jié)構(gòu)骨干層節(jié)點(diǎn)即為匯接局和長途局所在位置，也稱傳輸轉(zhuǎn)接點(diǎn)端局接入層節(jié)點(diǎn)即為各端局所在位置骨干層各傳輸轉(zhuǎn)接點(diǎn)間以多套140Mb/s PDH設(shè)備相連端局接入層各節(jié)點(diǎn)以兩套140Mb/s P

39、DH傳輸設(shè)備分別接 到本區(qū)域內(nèi)的兩個傳輸轉(zhuǎn)接點(diǎn)上由于大量電路要在傳輸轉(zhuǎn)接點(diǎn)轉(zhuǎn)接，因此需大量配線架，進(jìn)行人工調(diào)度，不靈活，反應(yīng)速度慢2022/7/20862.6.3 SDH（同步數(shù)字系列）光同步傳輸網(wǎng)優(yōu)點(diǎn)光同步傳輸網(wǎng)的產(chǎn)生： PDH缺點(diǎn)需求。現(xiàn)代電信網(wǎng)要求能迅速地、經(jīng)濟(jì)地為用戶提供電路和業(yè)務(wù)，甚至最終希望能對電路帶寬和業(yè)務(wù)提供在線實(shí)時控制。為了適應(yīng)電信網(wǎng)的發(fā)展和滿足用戶的要求，產(chǎn)生了一種新的傳輸技術(shù)體制光同步傳輸網(wǎng)。2022/7/2087SDH與PDH的比較 2022/7/2088上下電路過程示意圖光電電光解復(fù)用解復(fù)用解復(fù)用復(fù)用復(fù)用復(fù)用光信號光信號140/34Mb/s34/8Mb/s8/2Mb/

40、s2Mb/s（電信號）2/8Mb/s8/34Mb/s34/140Mb/sPDHADMSDH光接口光接口155Mb/s155Mb/s2Mb/s（電信號）定義一個統(tǒng)一幀結(jié)構(gòu)2022/7/20892.6.4 光同步傳輸網(wǎng)的基本概念光同步傳輸網(wǎng)由一些SDH網(wǎng)絡(luò)單元（NE）組成，在光纖上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用和交叉連接的網(wǎng)絡(luò)。全世界有統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)光接口。有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級同步傳送模塊STM1、STM4、STM16。SDH 的基本網(wǎng)絡(luò)單元有：同步光纜線路系統(tǒng)、同步復(fù)用器（SM）、分插復(fù)用器（ADM）、同步數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）等。155.520mbs/64個E1622.02

41、8mbs/4*64個E12488.320mbs/16*64個E12022/7/2090 一、 SDH幀結(jié)構(gòu) SDH幀結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字同步時分復(fù)用、保證網(wǎng)絡(luò)可靠有效運(yùn)行的關(guān)鍵。一個STMN幀有9行，每行由270N個字節(jié)組成。 這樣每幀共有9270N個字節(jié)， 每字節(jié)為8 bit。 幀周期為125 s， 即每秒傳輸8000幀。對于STM1 而言，傳輸速率為927088000=155.520 Mb/s。字節(jié)發(fā)送順序?yàn)椋河缮贤轮鹦邪l(fā)送，每行先左后右。 2022/7/2091SDH幀大體可分為三個部分： (1) 段開銷(SOH)。 段開銷是在SDH幀中為保證信息正常傳輸所必需的附加字節(jié)(每字節(jié)含64 kb

42、/s的容量)，主要用于運(yùn)行、 維護(hù)和管理，如幀定位、 誤碼檢測、 公務(wù)通信、自動保護(hù)倒換以及網(wǎng)管信息傳輸。對于STM1 而言， SOH共使用98(第4行除外)=72 Byte相應(yīng)于576 bit。由于每秒傳輸8000幀， 所以SOH的容量為5768000=4.608 Mb/s2022/7/2092(2) 信息載荷(Payload)。信息載荷域是SDH幀內(nèi)用于承載各種業(yè)務(wù)信息的部分。對于STM1而言，Payload有9261=2349 Byte, 相應(yīng)于234988000=150.336 Mb/s的容量。 在Payload中包含少量字節(jié)用于通道的運(yùn)行、 維護(hù)和管理， 這些字節(jié)稱為通道開銷(POH

43、)。2022/7/2093 (3) 管理單元指針(AU PTR)。管理單元指針是一種指示符， 主要用于指示Payload第一個字節(jié)在幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置(相對于指針位置的偏移量)。對于STM1 而言，AU PTR有9個字節(jié)(第4行)， 相應(yīng)于988000=0.576 Mb/s。 采用指針技術(shù)是SDH的創(chuàng)新，結(jié)合虛容器(VC)的概念， 解決了低速信號復(fù)接成高速信號時，由于小的頻率誤差所造成的載荷相對位置漂移的問題。 2022/7/2094 ITUT規(guī)定了SDH的一般復(fù)用映射結(jié)構(gòu)。所謂映射結(jié)構(gòu)， 是指把支路信號適配裝入虛容器的過程，通過映射結(jié)構(gòu)可以使支路信號與傳送的載荷同步。 這種結(jié)構(gòu)可以把目前PDH的

44、絕大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)速率信號裝入SDH幀。圖示出SDH一般復(fù)用映射結(jié)構(gòu)，(4)、復(fù)用技術(shù)2022/7/2095SDH的一般復(fù)用映射結(jié)構(gòu) 圖中Cn是標(biāo)準(zhǔn)容器， 用來裝載現(xiàn)有PDH的各支路信號， 即C11, C12, C2, C3和C4 分別裝載1.5 Mb/s, 2Mb/s, 6 Mb/s, 34 Mb/s, 45 Mb/s和140Mb/s的支路信號，并完成速率適配處理的功能。 在標(biāo)準(zhǔn)容器的基礎(chǔ)上，加入少量通道開銷(POH)字節(jié)，即組成相應(yīng)的虛容器VC。支路單元TU由低階VC加TU指針組成管理單元(AU)高階VC加AU指針組成2022/7/2096二、SDH設(shè)備介紹同步復(fù)用/解復(fù)用發(fā)送/接收單元低速支路

45、信號STM-N高速光信號STM-N高速信號低速支路信號SM用符號表示：同步復(fù)用設(shè)備（SM）2022/7/2097分插復(fù)用設(shè)備（ADM）2Mb/s2Mb/s發(fā)送/接收單元光發(fā)送/接收單元STM-N高速光信號STM-N高速信號STM-N高速信號 ADM 2Mb/s用符號表示：2022/7/2098數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）STM-1STM-1STM-1STM-12Mb/s用符號表示：VC12（1）VC12（63）VC12（1）VC12（63）VC12（1）VC12（63）VC12（1）VC12（63）STM-1STM-12Mb/s2Mb/s2Mb/s2Mb/sDXC 4/1設(shè)備2022/7/209

46、9 DXC X / Y 來表示一個DXC的配置類型，其中第一個數(shù)字X表示輸入端口速率的最高等級，第二個數(shù)字Y表示參與交叉連接的最低速率等級。 數(shù)字0表示64 kb/s電路速率；數(shù)字1、2、3、4 分別表示PDH的1至 4 次群的速率， 其中 4 也代表SDH 的STM1 等級； 數(shù)字 5 和 6 分別代表SDH的STM4 和STM等級。 2022/7/20100三、SDH網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 樹型線型網(wǎng)孔型環(huán)型星型2022/7/20101 匯接局長途局端局骨干層端局接入層網(wǎng)管中心目標(biāo)交換局A目標(biāo)交換局B2.6.5 SDH傳輸網(wǎng)組網(wǎng)示意圖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：由骨干層和端局接入層組成兩層結(jié)構(gòu)骨干層中設(shè)置若干個DXC4

47、/1交叉連接設(shè)備骨干層各節(jié)點(diǎn)之間以2.5Gb/s系統(tǒng)通過DXC4/1組成邏輯上的網(wǎng)狀網(wǎng)端局接入層的節(jié)點(diǎn)間以環(huán)狀、星狀或線狀接到本區(qū)的傳輸轉(zhuǎn)接點(diǎn)的DXC4/1全網(wǎng)由一個網(wǎng)管中心管理2022/7/20102MUXMUXDLC電話數(shù)據(jù)POTSMUXDXCMUXMUXPDHMUXDXCMUXMUX海底光纜MUXX25MUX國際交換局STM-1/STM-4STM-16長途骨干網(wǎng)匯接網(wǎng)本地接入國家光纖骨干網(wǎng)示意圖2022/7/20103一、自愈網(wǎng)的類型和原理自愈網(wǎng)就是無需人為干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)就能在極短時間內(nèi)從失效故障中自動恢復(fù)所攜帶的業(yè)務(wù)，使用戶感覺不到網(wǎng)絡(luò)已出了故障線路保護(hù)倒換：傳輸中斷后自動切換到備用系統(tǒng)T

48、xRxTxTxRxTxRxRxS1P1S1P1倒換復(fù)用解復(fù)用解復(fù)用2022/7/20104環(huán)形網(wǎng)保護(hù)（設(shè)備為ADM）CA AC （2Mb/s）CA AC (2Mb/s）CA AC（2Mb/s）CA AC （2Mb/s）倒換S1AP1BCDABCDS1P1P1S1P1S1(a)(b)二纖單向通道倒換環(huán)2022/7/20105二、深圳市光纖傳輸網(wǎng)簡介1、深圳市傳輸網(wǎng)結(jié)構(gòu)特區(qū)龍崗區(qū)寶安區(qū)龍華新安龍中寶嶺科技園黃木崗羅湖骨干層端局接入層南頭福田匯接局長途局PDH與SDH并存2022/7/201062、深圳市PDH傳輸網(wǎng)簡介傳輸轉(zhuǎn)接點(diǎn)間以多套140Mb/s點(diǎn)對點(diǎn)系統(tǒng)相連每個端局接入節(jié)點(diǎn)（即每個端局）以2套140Mb/s 分別接至本區(qū)內(nèi)的2個傳輸轉(zhuǎn)接中心點(diǎn)上，提高網(wǎng)絡(luò) 可靠性由于大量電路要在傳輸轉(zhuǎn)接中心轉(zhuǎn)接，因此需大量 配線架，人工調(diào)度，不靈活，反應(yīng)速度慢2022/7/