第2章 傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

第2章傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2.1光纖通信技術(shù)2.2PCM原理2.3PDH通信系統(tǒng)2.4SDH通信系統(tǒng)2.5DWDM通信系統(tǒng)2.6全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2.7微波傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2.8衛(wèi)星傳送網(wǎng)技術(shù)2.1光纖通信技術(shù)2.1.1光纖通信的基本概念1．光纖通信的定義 光纖通信是指以光波為載波，用光導纖維作為傳輸媒介的一種通信方式。由于主要傳輸和處理的是數(shù)字信號，因此又稱為數(shù)字光纖通信系統(tǒng)。2．光纖通信的主要優(yōu)點 光纖通信有以下主要優(yōu)點：（1）傳輸頻帶寬，通信容量大；（2）傳輸損耗小，通信距離長；（3）抗電磁干擾能力強；（4）線徑細、重量輕；（5）資源豐富。3．光纖通信與電通信的區(qū)別 光纖通信與電通信的區(qū)別主要有兩點：一是傳輸信號的區(qū)別，二是傳輸媒介的區(qū)別。區(qū)別如表2-1所示。4．實現(xiàn)光纖通信的關(guān)鍵技術(shù) 實現(xiàn)光纖通信必須解決光源和光纖技術(shù)。2.1.2光纖通信原理1．光纖通信系統(tǒng)組成 目前主要采用的光纖通信系統(tǒng)多為數(shù)字編碼、強度調(diào)制和直接檢波的光纖通信系統(tǒng)，如圖2-2所示。圖2-2光纖通信系統(tǒng)組成原理圖 表2-2示出光纖通信系統(tǒng)常用的分類方法和特點。2．光纖 光纖是光導纖維的簡稱，主要成分是石英玻璃（SiO2），是由含有不同折射率的纖芯和包層構(gòu)成的同心圓柱體。光纖由纖芯和包層兩部分組成3．光發(fā)射機4．光接收機5．光中繼器2.2PCM原理2.2.1概述 大部分信源產(chǎn)生的信息是模擬信號的形式，而把模擬信號數(shù)字化的基本技術(shù)是脈沖編碼調(diào)制（PCM）技術(shù)。1．數(shù)字通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)組成的基本模型如圖2-11所示。圖2-11數(shù)字通信系統(tǒng)模型2．數(shù)字通信的特點 （1）抗干擾能力強，通信質(zhì)量高。 （2）便于加密處理，保密性能好。 （3）設(shè)備便于集成化、微型化和智能化，易于計算機聯(lián)網(wǎng)。 （4）便于構(gòu)成數(shù)字化的綜合通信網(wǎng)。 （5）占用信道頻帶寬。3．數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標是指有效性和可靠性，但這兩種指標是矛盾的，只能求得相對的統(tǒng)一。（1）有效性指標 表征數(shù)字通信系統(tǒng)有效性的指標有3種：信息傳輸速率、符號傳輸速率和頻帶利用率。（2）可靠性指標 衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的主要指標是誤碼率。2.2.2PCM原理 脈沖編碼調(diào)制（PCM）簡稱脈碼調(diào)制，是實現(xiàn)模擬信號數(shù)字化的最基本、最常用的一種方法。它的任務(wù)是把時間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成為時間、取值均離散的數(shù)字信號，并按一定規(guī)律編碼，形成PCM信號序列。1．模擬信號和數(shù)字信號的特點2．脈沖編碼調(diào)制技術(shù) 采用基帶傳輸?shù)腜CM通信系統(tǒng)如圖2-13所示圖2-13脈沖編碼調(diào)制基帶通信系統(tǒng)的組成方框圖3．壓縮編碼技術(shù)2.2.3PCM通信系統(tǒng) PCM通信系統(tǒng)是采用PCM技術(shù)將模擬信號變換成數(shù)字信號后，再進行時分多路復(fù)用，在信道中傳送PCM信號的通信系統(tǒng)。1．時分多路復(fù)用通信概念 時分制通信的特點是通過各路信號在信道上占有不同的時間間隙來進行通信。2．PCM30/32系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)3．實現(xiàn)PCM通信的相關(guān)技術(shù)（1）定時技術(shù)（2）幀同步技術(shù)（3）信道傳輸碼型（4）再生中繼2.3PDH通信系統(tǒng) 為提高信道利用率和傳送能力，需將多路信號復(fù)接在一起傳送，復(fù)接方式稱為數(shù)字復(fù)接系列。PDH為準同步復(fù)接系列是目前使用較廣的一種數(shù)字復(fù)接系列。2.3.1PDH數(shù)字復(fù)接系列1．PDH數(shù)字復(fù)接系列 CCITT推薦兩種數(shù)碼率系列和數(shù)字復(fù)接等級，如表2-4所示。2．零次群復(fù)接2.3.2PDH復(fù)接1．PDH數(shù)字復(fù)接方式2．碼速調(diào)整方式2.3.3PDH復(fù)用原理 PDH電端機復(fù)用原理如圖2-28所示。圖2-28PDH電端機復(fù)用原理圖2.4SDH通信系統(tǒng) SDH是在20世紀80年代中期同步光網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，經(jīng)修改、演變和發(fā)展形成的世界統(tǒng)一的關(guān)于數(shù)字通信多路復(fù)用和傳輸方面的新的數(shù)字復(fù)用等級通用標準，稱為同步數(shù)字體系。2.4.1概述1．SDH提出背景2．SDH技術(shù)特點3．SDH標準速率模塊（1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口（2）SDH同步傳送模塊2.4.2SDH幀結(jié)構(gòu)和復(fù)用映射結(jié)構(gòu)1．SDH幀結(jié)構(gòu) SDH幀結(jié)構(gòu)采用一種與PDH條形幀結(jié)構(gòu)完全不同的矩形塊狀結(jié)構(gòu)，以字節(jié)為單位排列，在媒介中由左至右、由上至下串行向前傳送。2．SDH的復(fù)用結(jié)構(gòu)2.4.3SDH傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1．SDH網(wǎng)元類型、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)分層2．SDH自愈功能和網(wǎng)絡(luò)保護3．SDH網(wǎng)的同步技術(shù)SDH網(wǎng)同步方式有3種。偽同步方式是指網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)元均與本同步區(qū)內(nèi)的基準時鐘同步，但每個同步區(qū)的基準時鐘仍存在微小差別，使兩網(wǎng)邊界的網(wǎng)元設(shè)備并不是處于真正同步狀態(tài)。這種方式在SDH的指針調(diào)整下仍能正常工作，所以也屬于工作方式。準同步方式是指當外部時鐘鏈路出現(xiàn)故障時，網(wǎng)元時鐘只能利用本設(shè)備的時鐘源工作，或記錄時鐘鏈路出現(xiàn)故障時刻的時鐘，這種保持模式不能維持很久。在這種方式下，時鐘偏差的影響將導致SDH網(wǎng)元頻繁地進行指針調(diào)整操作，只要能正常傳輸業(yè)務(wù)，就不可中斷業(yè)務(wù)，但這是一種暫時的非正常工作方式。異步方式是指網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的網(wǎng)元間出現(xiàn)很大的時鐘偏差，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法依靠指針調(diào)整來維護業(yè)務(wù)信號的正常傳輸。這種方式屬于故障狀態(tài)。2.5DWDM通信系統(tǒng)2.5.1概述1．DWDM定義 光波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，是利用單模光纖低損耗區(qū)的巨大帶寬，將不同波長（頻率）的光信號混合在一起進行傳輸，即在一根光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術(shù)。2．DWDM技術(shù)特點 （1）充分利用光纖的巨大帶寬資源 （2）同時傳輸多種不同類型的信號，便于引入新業(yè)務(wù)和擴容 （3）實現(xiàn)單根光纖的雙向傳輸 （4）多種應(yīng)用形式 （5）節(jié)約線路投資 （6）降低對器件的超高速要求 （7）高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟性和可靠性3．DWDM系統(tǒng)的基本形式 DWDM系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)形式主要有兩種。（1）雙纖單向傳輸（2）單纖雙向傳輸2.5.2DWDM通信系統(tǒng)1．DWDM通信系統(tǒng)組成和基本原理 如圖2-42所示，DWDM通信系統(tǒng)主要由5部分組成：光發(fā)射機、光中繼放大器、光接收機、光監(jiān)控信道發(fā)送/接收器和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。圖2-42DWDM通信系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖（單向）2．DWDM網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和分層模型3．DWDM兩種通信系統(tǒng) DWDM系統(tǒng)可以分成集成式DWDM系統(tǒng)和開放式DWDM系統(tǒng)兩大類。4．DWDM系統(tǒng)的波長選擇和信道分配2.5.3實現(xiàn)DWDM的關(guān)鍵技術(shù)1．光源技術(shù)2．光波長轉(zhuǎn)換技術(shù)3．濾光器和合波/分波技術(shù)4．摻鉺光纖放大器（EDFA）5．DWDM光纖技術(shù)6．DWDM系統(tǒng)的監(jiān)控2.6全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)1．什么是全光網(wǎng)絡(luò) 全光網(wǎng)絡(luò)（AON）是指信息從源節(jié)點到目的節(jié)點的傳輸完全在光域進行，即以光節(jié)點取代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的電節(jié)點，全部采用光波技術(shù)完成信息的傳輸和交換的寬帶網(wǎng)絡(luò)。它包括光傳輸、光放大、光再生、光選路、光交換、光存儲以及光信息處理等先進的全光技術(shù)。2．全光網(wǎng)絡(luò)的分層結(jié)構(gòu)3．全光網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點2.6.2實現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件和關(guān)鍵技術(shù)1．路由選擇技術(shù)2．光波復(fù)用方式3．光傳送網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備4．可變波長激光器5．全光再生器6．網(wǎng)管技術(shù)2.6.3光傳送網(wǎng)絡(luò)今后的發(fā)展趨勢1．目前不同的網(wǎng)絡(luò)運營商采用的網(wǎng)絡(luò)層次和技術(shù)2．今后傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢2.7微波傳送網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2.7.1數(shù)字微波中繼通信概述1．微波中繼通信的概念和特點 微波中繼通信是利用微波頻段的波長范圍為1m～1mm、頻率范圍為300MHz～300GHz的無線電波沿地面進行中繼傳輸?shù)臒o線通信。微波中繼通信主要用來傳送長途電話信號、寬頻帶電視信號、數(shù)據(jù)信號和移動通信信號等。微波中繼通信有以下特點。（1）通信頻段的頻帶寬，通信容量大，利于寬頻帶信號的傳輸。（2）由于工作頻率高，受外界干擾的影響小。（一般干擾在100MHz以下。）（3）通信靈活性較大，采用中繼方式可以實現(xiàn)地面上遠距離通信，并可以跨越沼澤、江河、湖泊和高山等特殊地理環(huán)境，特別是在遭受如地震、洪水等災(zāi)害時，通信的建立、撤收及轉(zhuǎn)移都較容易。（4）天線增益高，方向性強。當天線面積給定時，天線增益與工作波長的平方成反比。由于微波中繼通信的工作波長短，因而容易制造高增益天線，降低發(fā)信機的輸出功率。另外微波天線具有很強的方向性，可以把電磁波聚集成很窄的波束，減少通信中的相互干擾。（5）投資少，建設(shè)快。（6）數(shù)字微波通信除具有上述微波通信的共同特點外，還具有數(shù)字通信的特點。2．微波中繼系統(tǒng)的組成3．微波中間站的轉(zhuǎn)接方式 微波中繼通信系統(tǒng)中間站的轉(zhuǎn)接方式一般是按照收發(fā)信機轉(zhuǎn)接信號時的接口頻帶劃分的，分為基帶轉(zhuǎn)接方式、中頻轉(zhuǎn)接方式和微波轉(zhuǎn)接方式三種。2.7.2數(shù)字微波的收發(fā)信原理1．數(shù)字微波發(fā)信設(shè)備 數(shù)字微波發(fā)信設(shè)備通常有兩種組成方案。（1）微波直接調(diào)制發(fā)射機（2）中頻調(diào)制發(fā)射機2．數(shù)字微波收信設(shè)備 數(shù)字微波收信一般都采用超外差接收方式。它由射頻系統(tǒng)、中頻系統(tǒng)和解調(diào)系統(tǒng)三大部分組成，將來自接收天線的微弱的微波信號經(jīng)過饋線、微波濾波器、低噪聲放大器后和本振信號進行混頻，變成中頻信號，再經(jīng)過中頻放大器放大，濾波后送解調(diào)單元實現(xiàn)信碼解調(diào)和再生。3．天線饋線系統(tǒng) 微波通信系統(tǒng)中，對天線饋線的基本要求是：足夠的天線增益，良好的天線方向性；低傳輸損耗的饋線系統(tǒng)、極小的電壓駐波比；整個天、饋線系統(tǒng)應(yīng)有較高的極化去耦度和足夠的機械強度。4．射頻波道的頻率配置（1）單波道頻率配置（2）多波道頻率配置（3）射頻波道的頻率再用5．微波傳播特性 微波中繼通信的電磁波主要是在靠近地表的大氣空間傳播，因而地形地物對微波電磁波會產(chǎn)生折射、反射、散射、繞射和吸收現(xiàn)象。2.8衛(wèi)星傳送網(wǎng)技術(shù)2.8.1衛(wèi)星通信概述1．衛(wèi)星通信的基本概念 衛(wèi)星通信是指地球上的無線電通信站之間利用人造衛(wèi)星作為中繼轉(zhuǎn)發(fā)站而實現(xiàn)多個地球站之間的通信，相應(yīng)的通信系統(tǒng)稱為衛(wèi)星通信系統(tǒng)。如圖2-77所示，設(shè)在空間用于中繼轉(zhuǎn)發(fā)的人造衛(wèi)星稱為通信衛(wèi)星。圖2-77衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖2．通信衛(wèi)星類型3．衛(wèi)星通信的特點和使用頻率 （1）衛(wèi)星通信特點 （2）衛(wèi)星通信工作頻段的選擇是一個十分重要的問題，它直接影響整個系統(tǒng)的傳輸容量、質(zhì)量、可靠性和設(shè)備的復(fù)雜性，以及成本的高低，并還將影響與其他通信系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。如表2-9所示。2.8.2衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成 衛(wèi)星通信系