新編-第3章--數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)-精品課件

1、第3章 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 3.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍?3.2 傳輸介質(zhì)及其特性 3.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼 3.4 多路復(fù)用技術(shù) 3.5 傳輸系統(tǒng) 3.6 數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量參數(shù) 3.1 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍?3.1.1 信息、數(shù)據(jù)和信號 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍钪皇抢斫庑畔?、?shù)據(jù)和信號這三個術(shù)語的含義。信息(Information)一詞也可譯成資訊。從通信的意義上理解，信息可用來解除不確定度。 為了定量地研究通信系統(tǒng)的運行狀況，客觀地評價各種通信方式的優(yōu)缺點，需要對信息進行度量。 著名的美國數(shù)學(xué)家、信息論的奠基人香農(nóng)(C.E.Shannon)給出了關(guān)于度量信息的公式，即信息量I為(3.1) 若上式的對數(shù)以2為底

2、，則信息量的單位為比特(bit)。由上式可知，一個消息所承載的信息量I等于它所表示的事件發(fā)生的概率P的倒數(shù)的對數(shù)。如果一個消息為必然事件，即該事件發(fā)生的概率為1，則該消息所傳遞的信息量為零。 數(shù)據(jù)(Data)是任何描述物體、概念、形態(tài)的事實、數(shù)字、符號和字母,可定義為有意義的實體，它涉及到事物的形式。數(shù)據(jù)中包含著信息，信息可通過解釋數(shù)據(jù)而產(chǎn)生。從形式上，數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩種。 模擬數(shù)據(jù)是指在某個區(qū)間內(nèi)連續(xù)的值。例如，聲音或視頻都是強度連續(xù)變化的波形；又如，用傳感器采集到的數(shù)據(jù)，包括溫度和壓力等，都是連續(xù)的。 數(shù)字數(shù)據(jù)泛指離散的值，諸如文字、整數(shù)等。信號(Signal)是數(shù)據(jù)的電磁(

3、或電子)編碼。通信系統(tǒng)中所使用的信號指的是電、磁信號，即隨時間變化的電壓、電流或磁場。從數(shù)學(xué)角度來看，信號通常是時間的函數(shù)，在時域上可劃分為連續(xù)函數(shù)和離散函數(shù)。 從通信的信號形式上看，信號是傳遞消息的載體，信號可分為以下兩種： 模擬信號：指連續(xù)變化的電信號，例如語音信號、當前的電視信號等； 數(shù)字信號：指離散的一系列電脈沖，如計算機所用的二進制代碼“1”和“0”表示的信號。 模擬信號和數(shù)字信號都可以在合適的傳輸介質(zhì)上進行傳輸。我們常用“信道”一詞來表示向某一方向傳送數(shù)據(jù)的傳輸介質(zhì)。由于目前使用的傳輸介質(zhì)有多種，它們在傳輸特性上存在著差別,因此，數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備采用不同的信號變換技術(shù)，以取得滿意的數(shù)據(jù)

4、傳輸質(zhì)量。與信號的分類相似，現(xiàn)代通信網(wǎng)中的信道也可分為兩種： 數(shù)字信道，主要用于傳輸數(shù)字信號，具有64kb/s或較高速率的同步數(shù)字傳輸通路； 模擬信道，用于傳輸模擬信號，具有通頻帶為3003400Hz的長途載波電話通路或?qū)嵕€通路。圖3.1.1 信息、數(shù)據(jù)和信號的基本概念 3.1.2 傳輸方式 信號的傳輸方式分為并行傳輸與串行傳輸。 1.并行傳輸 并行傳輸指的是數(shù)據(jù)以成組的方式，在多條并行信道上同時進行傳輸，如圖3.1.2(a)所示。例如,一個采用8單位二進制碼構(gòu)成一個字符進行并行傳輸?shù)南到y(tǒng)，需采用8個信道并行傳輸，一次傳送8位，即一個字符，因此收、發(fā)雙方不存在字符同步的問題，不需要額外的措施來

5、實現(xiàn)收發(fā)雙方的字符同步，這是并行傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點。 在實用中，需另外加一條控制信號,即“選通”脈沖，它在數(shù)據(jù)信號發(fā)出之后傳送，用以通知接收設(shè)備所有的位已經(jīng)發(fā)送完畢，可對各條信道上的信號進行取樣了。并行傳輸常用于計算機內(nèi)部數(shù)據(jù)總線或PC微機與打印機接口，但由于使用的線路多，成本較高，不適宜遠距離傳輸。 圖3.1.2 傳輸方式 (a)并行傳輸；(b)串行傳輸 2.串行傳輸 串行傳輸指的是組成字符的若干位二進制碼排列成數(shù)據(jù)流,以串行的方式在一條信道上傳輸，如圖3.1.2(b)所示。通常傳輸順序為由低位到高位，傳完這個字符再傳下一個字符，因此收、發(fā)雙方必須保持字符同步，以使接收方能夠從接收的數(shù)據(jù)比特流中

6、正確區(qū)分出與發(fā)送方相同的字符，這是串行傳輸必須解決的問題。串行傳輸只需要一條傳輸信道，易于實現(xiàn)，是目前遠程通信主要采用的一種傳輸方式。3.2 傳輸介質(zhì)及其特性 上一章在ISO/OSIRM中簡述了物理層的基本功能,涉及到物理層規(guī)程或建議，直接面向著各種不同的通信方式,各式各樣的傳輸介質(zhì)。特別需注意這些物理層功能并不是指具體所要連接的計算機等設(shè)備和傳輸介質(zhì),因此在實際的計算機等數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE，Data Terminal Equipment)之間的通信必須通過具體的通信設(shè)備和傳輸介質(zhì)來完成信息的傳輸。 可見，傳輸介質(zhì)是計算機通信與網(wǎng)絡(luò)的基本組成部分，在遠程傳輸工程的投資成本中占有很大的比例。因

7、此，如何利用傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用的一個基本問題369。傳輸介質(zhì)可以分為線傳輸介質(zhì)(有線線路)和軟傳輸介質(zhì)(無線信道)兩類。前者包括雙絞線、同軸電纜及光纜等；后者主要包括地面微波、衛(wèi)星微波、無線電波及紅外傳輸技術(shù)等。 傳輸介質(zhì)的特性影響著數(shù)據(jù)的傳輸質(zhì)量，不同的傳輸介質(zhì)具有不同的傳輸特性，可從物理結(jié)構(gòu)、連通性、抗干擾性、可允許直連最長距離以及價格等方面來衡量。從傳輸系統(tǒng)的設(shè)計目標來看，首先關(guān)注的是能符合應(yīng)用的數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸距離。一般來說，數(shù)據(jù)傳輸速率愈高，允許傳輸距離愈遠而價格合理為優(yōu)選。 3.2.1 線傳輸介質(zhì) 1.雙絞線 雙絞線(TP，TwistedPair)是由線對扭絞而成的，其結(jié)構(gòu)

8、如圖3.2.1所示。芯線為軟銅線，一般線徑為0.41.4mm不等。采用雙絞線的好處是可減少相鄰線對間的電磁串擾(與扭絞距有關(guān))。多對雙絞線封裝后構(gòu)成對稱電纜。由于價格相對便宜，應(yīng)用十分廣泛，在市話用戶線、部分中繼線以及部分長途載波線路中仍然使用雙絞線或?qū)ΨQ電纜。 圖 3.2.1 電話通信對稱電纜中雙絞線對數(shù)的可選范圍為21800對，市話用戶線采用雙絞線的傳輸距離可達15km。雙絞線既可用來傳輸模擬信號，也可用于傳輸數(shù)字信號。當雙絞線用來傳輸信號時，其傳輸距離與雙絞線的線徑有關(guān)。導(dǎo)線加粗，其傳輸距離相對可較遠，但導(dǎo)線的成本也增加。 通常，電話系統(tǒng)的用戶在一個載波話路帶寬為4kHz(實際有效帶寬為

9、0.33.4kHz)的通路上傳輸數(shù)據(jù)時，其一般速率為24009600b/s(需要加Modem)。目前，經(jīng)過特別設(shè)計的雙絞線，如在計算機局域網(wǎng)中，采用三類無屏蔽雙絞線(3UTP，Unshielded Twisted Pair)在基帶傳輸距離100m內(nèi)其允許數(shù)據(jù)傳輸速率也可達10Mb/s；五類無屏蔽雙絞線(5UTP)在基帶傳輸距離100m內(nèi)其允許數(shù)據(jù)傳輸速率已可高達100155Mb/s。無屏蔽雙絞線的傳輸特性如表3.2.1所示。千兆局域網(wǎng)中一般選用超5類、6類或7類雙絞線。為了改善雙絞線的抗電磁干擾性能,可在雙絞線的外面包上用金屬絲編織的屏蔽層，稱為有屏蔽雙絞線(STP，Shielded Twis

10、ted Pair)。 表3.2.1 無屏蔽雙絞線類型和傳輸特性 在局域網(wǎng)中常用的EIA/TIA568AUTP內(nèi)4對8線的編號與線色如圖3.2.2所示。圖3.2.2 局域網(wǎng)UTP內(nèi)4對8線的編號與線色 2. 同軸電纜 同軸電纜(CoaxialCable)是由同軸管內(nèi)的內(nèi)導(dǎo)體和外導(dǎo)體構(gòu)成的一種通信傳輸介質(zhì)。同軸管的內(nèi)導(dǎo)體采用半硬銅線(單芯)或多股線扭絞而成，外導(dǎo)體采用軟銅線或鋁帶縱包而成，內(nèi)外導(dǎo)體間用聚乙烯塑料制成的墊片絕緣，如圖3.2.3所示。 圖3.2.3 同軸電纜的結(jié)構(gòu) 同軸電纜的低頻串音及抗干擾特性不如對稱雙絞線電纜，但隨著頻率升高，外導(dǎo)體的屏蔽作用增強，其串音和抗干擾能力大為改善，因此它

11、適用于高頻大通路長途干線。通常，根據(jù)內(nèi)外導(dǎo)體直徑的尺寸，可分為中同軸電纜(2.6/9.5mm)、小同軸電纜(1.2/4.4mm)及微同軸電纜(0.7/2.9mm)。目前，中同軸電纜載波電話系統(tǒng)最高可傳送10800條話路(或13200條話路)。我國國內(nèi)主要采用1800路和4380路載波電話系統(tǒng)，線路最高傳輸頻率分別為8.428MHz和21.664MHz。小同軸電纜造價相對較低，使用靈活，常用的載波系統(tǒng)可達3600路，而我國國內(nèi)主要采用300路和960路系統(tǒng)，線路最高傳輸頻率分別為1.3MHz和4.188MHz。 微同軸電纜主要用于數(shù)字通信中傳輸二次群(120話路)、三次群(480話路)的脈沖編碼

12、調(diào)制(PCM)數(shù)字信號。此外，在計算機局域網(wǎng)、共用天線電視(CATV)中，同軸電纜也得到了廣泛的應(yīng)用，其型號及特性如表3.2.2所示。 表3.2.2 局域網(wǎng)所用同軸電纜的型號及特性 由表3.2.2中可見，同軸電纜可用于基帶(Baseband)和寬帶(Broadband)傳輸。同軸電纜(RG8/RG11)的特性阻抗為50，通常用于傳輸基帶的數(shù)字信號。所謂“基帶”，是指未經(jīng)頻率變換的傳輸頻帶。在局域網(wǎng)中使用這種基帶粗同軸電纜，加中繼器可在2.5km內(nèi)以10Mb/s傳送基帶的數(shù)字信號。同軸電纜(RG59U)的特性阻抗為75，它可用于有線電視(CATV)傳輸系統(tǒng)，采用頻分復(fù)用技術(shù)來傳送模擬信號，其頻率

13、高達300450MHz，傳輸距離可達100km(需加多級放大器)； 如要傳送數(shù)字信號，則需進行信號變換，即將數(shù)字信號變換成模擬信號，才能在電纜上分頻傳輸。一般，每秒傳送1比特要用1Hz的帶寬，這取決于編碼方式和所用的傳輸系統(tǒng)。通常在300MHz的電纜上可支持300kb/s150Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。 3.光纜 光纖(Optical Fiber)是一種光傳輸介質(zhì)，由于可見光的頻率高達108MHz，因此光纖傳輸系統(tǒng)具有足夠的傳輸帶寬。光纜是由一束光纖組裝而成的，用于傳輸調(diào)制到光載頻上的已調(diào)信號。光纜的結(jié)構(gòu)示意如圖3.2.4所示。 圖3.2.4 四芯光纜示意圖 (a)光纜結(jié)構(gòu)剖面圖；(b)光波在纖

14、芯中傳播 光纖通常由純凈的石英玻璃拉成細絲構(gòu)成，主要由纖芯和包層構(gòu)成雙層通信圓柱體，其直徑(含包層)僅為0.2mm，因此，必須加上加強芯和填充物,增加其機械強度。必要時在光纖內(nèi)可接入遠供電源線，最后加封包帶層和外護套,以滿足工程施工和應(yīng)用的強度要求。 實際上，只要使射到光纖表面的光線入射角大于某一個臨界角度，就可以產(chǎn)生全反射，如圖3.2.4(b)所示。含有許多條不同入射角的光線在一條光纖中傳輸，這種光纖稱為多模光纖(MMF)。若光纖的直徑足夠細，如使用一個光的波長，則光纖就會像波導(dǎo)那樣，能使光線一直向前傳播，這種光纖稱為單模光纖(SMF)。 一個簡單的光收發(fā)系統(tǒng)如圖3.2.5所示。在光纖的發(fā)送

15、端需要光源，可選用發(fā)光二極管(或半導(dǎo)體注入型激光管)作電光轉(zhuǎn)換，即在電脈沖的作用下產(chǎn)生光脈沖。在接收端利用光電二極檢波管(或雪崩光電二極管)做成光電檢測器完成光電轉(zhuǎn)換，即檢測到光脈沖后將其還原成電脈沖。一條裸纖只能支持單方向點到點的傳輸。由于發(fā)光二極管產(chǎn)生的可見光定向性較差，因而常用于多模光纖系統(tǒng)；而半導(dǎo)體注入型激光管能產(chǎn)生一個超輻射的極窄光束，即單一波長的激光，因而常用于單模光纖系統(tǒng)。 圖3.2.5 光收發(fā)系統(tǒng) 光纖的傳輸特性主要用損耗和色散來衡量。損耗是光信號在光纖中傳播時單位長度的衰減，通常用dB/km來表示；光纖的損耗會影響傳輸?shù)闹欣^距離。色散則是光信號到達接收端的時延差，即脈沖展寬；

16、色散會影響傳輸碼率(即傳輸帶寬)。光纖的頻帶特性以兆赫千米(MHzkm)來表示。研究表明，單模光纖在光波長為1.3m或1.5m時，其損耗分別為0.5dB/km和0.2dB/km，從而使中繼站的距離延長到50100km，碼速可增加到2.4Gb/s，接近于0，此時的最大傳輸距離： 海底光纜可達100010000km，地面光纜為1001000km，而在大城市中繼為1070km。自AT&T公司率先公布了采用光放大器和單光子相結(jié)合的方法后，在13000km的距離內(nèi)，單模光纖的傳輸速率已達20Gb/s。 光纖作傳輸介質(zhì)用于通信，其主要優(yōu)點是： (1)傳輸速率極高，頻帶極寬，傳送信息的容量極大。 (2)光纖

17、不受電磁干擾和靜電干擾等影響，即使在同一光纜中，各光纖間幾乎沒有干擾； 易于保密；光纖的衰減頻率特性平坦，對各頻率的傳輸損耗和色散幾乎相同，因而接收端或中繼站不必采取幅度和時延等均衡措施。 (3)光纖的原料為石英玻璃砂(即二氧化硅)，原料充足。 光纖上傳輸光信號，因此光纖適宜無分叉的點到點連接。相對雙絞線、同軸電纜，光纜每公里的單價較貴。隨著生產(chǎn)成本的日益降低，光纜必將成為21世紀全球信息基礎(chǔ)設(shè)施的主要傳輸介質(zhì)。 3.2.2 軟傳輸介質(zhì) 1.無線電波 無線電波是一個廣義的術(shù)語，從含義上講，無線電波是全向傳播的，而微波則是定向傳播的。無線電波的頻段分配見表3.1.3。表3.1.3 無線電波頻段和

18、波段名稱 無線電波的不同頻段可用于不同的無線通信方式。 (1)頻率范圍330MHz通稱為高頻(HF)段，可用于短波通信。它是在地面發(fā)射無線電波，通過電離層的多次反射到達接收端的一種通信方式。由于電離層隨季節(jié)、晝夜以及太陽黑子活動情況而變化，所以通信質(zhì)量難以達到穩(wěn)定。當用高頻段作數(shù)據(jù)傳輸時，鄰近的傳輸碼元將會引起干擾。 (2)頻率范圍30300MHz為甚高頻(VHF)段，頻率范圍3003000MHz為特高頻(UHF)段。在這兩個頻率范圍內(nèi)，電磁波可穿過電離層，不會因反射而引起干擾，因而可用于數(shù)據(jù)通信。例如，夏威夷ALOHA系統(tǒng)使用兩個頻率：上行頻率為407.35MHz,下行頻率為413.35MH

19、z，兩個信道的帶寬均為100kHz，可傳輸數(shù)據(jù)率為9600b/s,其傳輸是以分組形式進行的，所以也稱ALOHA系統(tǒng)為無線分組通信(Packet Radio Communication)。 此外，蜂窩無線電移動通信(Cellular Radio Mobile Communication)系統(tǒng)已得到了廣泛的應(yīng)用。例如，蜂窩式移動電話模擬系統(tǒng)有多種制式提供服務(wù)，其中TACS制式的基站發(fā)射頻段為935960MHz；移動臺發(fā)射頻率范圍為890915MHz，收發(fā)間隔45MHz，頻道間隔為25kHz，可有1000個頻道用于通話。另一種蜂窩式移動電話數(shù)字系統(tǒng)，如GSM，是基于數(shù)字射頻調(diào)制技術(shù)、時分多址或碼分多

20、址技術(shù)的，它提高了系統(tǒng)容量和傳送質(zhì)量，有利于引入ISDN業(yè)務(wù)。 2.地面微波 地面微波的工作頻率范圍一般為120GHz，它是利用無線電波在對流層的視距范圍內(nèi)進行傳輸?shù)?。由于受到地形和天線高度的限制，兩微波站間的通信距離一般為3050km。當用于長途傳輸時，必須架設(shè)多個微波中繼站，每個中繼站的主要功能是變頻和放大，這種通信方式稱為微波接力通信，如圖3.2.6所示。圖3.2.6 地面微波接力通信 目前，模擬微波通信主要采用調(diào)頻制，每個射頻波道可開通300、600、1800、2700及3600條話路。也可采用單邊帶調(diào)幅制，每個射頻波道可最多開通6000條話路。微波天線的通用類型是拋物型“碟”，其直徑

21、為3m，兩天線間直徑距離l為 式中，k為調(diào)整因子，考慮微波隨地球的曲面而折射的因素，取經(jīng)驗值k為4/3；h為天線高度(m)。微波損耗隨距離平方的對數(shù)關(guān)系變化，可用下式來表示： 式中，為波長。 數(shù)字微波系統(tǒng)大多采用相移鍵控(PSK)調(diào)制方式，有4相制和8相制，目前國內(nèi)長途干線主要采用4GHz的960路系統(tǒng)和6GHz的1800路系統(tǒng)。微波通信可傳輸電話、電報、圖像、數(shù)據(jù)等信息，其主要特點是： (1)微波波段頻率高，其通信信道的容量大，傳輸質(zhì)量較平穩(wěn)，但遇到雨、雪天氣時會增加損耗。 (2)與電纜通信相比，微波接力信道能通過有線線路難于跨越或不易架設(shè)的地區(qū)(如高山或深水)，故有較大的靈活性，抗災(zāi)能力也

22、較強；但通信隱蔽性和保密性不如電纜通信。 2.衛(wèi)星微波 通信衛(wèi)星是現(xiàn)代電信的重要通信設(shè)施之一，它被置于地球赤道上空35784km處的對地靜止的軌道上，與地球保持相同的轉(zhuǎn)動周期，故稱為同步通信衛(wèi)星。實際上，它是一個懸空的微波中繼站，用于連接兩個或多個地面微波發(fā)射/接收設(shè)備(稱之為衛(wèi)星通信地球站，簡稱為地球站),如圖3.2.7所示。圖3.2.7 衛(wèi)星微波中繼通信 衛(wèi)星通信是利用同步通信衛(wèi)星作為中繼站，接收地球站送出的上行頻段信號，然后以下行頻段信號轉(zhuǎn)發(fā)到其他地球站的一種通信方式。通過衛(wèi)星一跳(Hop)一跳(Hop)指從地面至衛(wèi)星、衛(wèi)星返地面的傳輸過程。 可連通地面最長達1.3104km的兩個地球站

23、間的通信。根據(jù)1992年世界無線電行政大會規(guī)定，固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)(FSS)常用下列三個頻段：1)C頻段上行：59256425MHz,帶寬500MHz下行：37004200MHz,帶寬500MHz從1984年起，為擴展衛(wèi)星固定通信業(yè)務(wù)(FSS)用的頻譜，其頻段調(diào)整為：上行： 1區(qū)57257075MHz,帶寬1350MHz 2、3區(qū)58507075MHz,帶寬1225MHz下行：13區(qū)34004200MHz,45004800MHz,帶寬合計為1100MHz2)Ku頻段上行：13區(qū) 14.014.25GHz,帶寬250MHz 14.2514.50GHz,帶寬250MHz下行： 13區(qū) 10.9511.2

24、0GHz,帶寬250MHz 11.4511.70GHz,帶寬250MHz 2區(qū) 11.711.95GHz,帶寬250MHz 11.9512.2GHz,帶寬250MHz 3區(qū) 12.212.5GHz,帶寬300MHz 1、3區(qū) 12.512.75GHz,帶寬250MHz 3) Ka頻段 上行：29.530GHz,帶寬500MHz 下行：19.720.2GHz,帶寬500MHz 目前，應(yīng)用較多的是C頻段。通常將可用的頻段帶寬(如500MHz)分為36MHz的轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶，因此，一星可含12個或更多的轉(zhuǎn)發(fā)器，實現(xiàn)多信道衛(wèi)星通信。今后發(fā)展的方向是Ku頻段。衛(wèi)星微波通信的主要特點是： 通信覆蓋區(qū)域廣，距離

25、遠； 從衛(wèi)星到地球站是廣播型信道，易于實現(xiàn)多址傳輸； 通信衛(wèi)星本身和發(fā)射衛(wèi)星的火箭費用很高，且受電源和元器件壽命等因素的限制，同步衛(wèi)星的使用壽命一般多則七八年，少則四五年； 衛(wèi)星通信的傳輸時延大，一跳的傳播時延約為270ms，利用衛(wèi)星微波作數(shù)據(jù)傳輸時，必須要考慮這一特點。 此外，甚小孔徑衛(wèi)星終端(VSAT，Very Small Aperture Satelite Terminals)，中、低軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，如銦(Indium)系統(tǒng)、全球衛(wèi)星系統(tǒng)、ICO(Intermediate Circular Orbit)系統(tǒng)等還可提供頻段租賃服務(wù)。 4.紅外線技術(shù) 紅外線(Infrared)技術(shù)已經(jīng)

26、在計算機通信中得到了廣泛應(yīng)用，例如兩臺筆記本電腦對接紅外接口即可傳輸文件。紅外線鏈路只需一對收發(fā)器，在調(diào)制不相干的紅外光(10121014Hz)后，即可在視線距離的范圍內(nèi)傳輸。紅外線傳輸具有很強的方向性，可防止竊聽、插入數(shù)據(jù)等，但對環(huán)境(如雨、霧)干擾特別敏感。3.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼 數(shù)據(jù)傳輸是實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)，源站的數(shù)據(jù)通過調(diào)制或編碼變成信號，沿傳輸介質(zhì)傳播到目的地。模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)都可用模擬信號或數(shù)字信號來表示，圖3.3.1表示了模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字數(shù)據(jù)與模擬信號、數(shù)字信號的對應(yīng)關(guān)系109。圖3.3.1 模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字數(shù)據(jù)與模擬信號、 數(shù)字信號的對應(yīng)關(guān)系 圖3.3.2 數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制

27、 3.3.1 數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制 調(diào)制解調(diào)器(Modem)是一種信號變換設(shè)備，數(shù)字數(shù)據(jù)通過Modem可變?yōu)槟M信號，以利于在模擬信道中傳送，如圖3.3.2所示?；镜恼{(diào)制方法有下列三種： (1)幅移鍵控法(ASK，AmplitudeShift Keying): 用載波頻率不同的幅度來表示兩個二進制值，如圖3.3.3(a)所示。圖3.3.3 基本的調(diào)制方法 (a)ASK;(b)FSK;(c)PSK (2)頻移鍵控法(FSK，F(xiàn)requencyShiftKeying): 用不同的載波頻率(相同幅度)來表示兩個二進制值，如圖3.3.3(b)所示。 (3)相移鍵控法(PSK，PhaseShiftK

28、eying): 用不同的載波相位(相同幅度)來表示兩個二進制值，如圖3.3.3(c)所示。 在現(xiàn)代調(diào)制技術(shù)中，常將上述基本調(diào)制方法加以組合應(yīng)用，以求在給定的傳輸帶寬內(nèi)提高數(shù)據(jù)的傳輸速率。 數(shù)據(jù)傳輸速率是衡量系統(tǒng)傳輸能力的主要指標。數(shù)據(jù)傳輸速率表示單位時間內(nèi)傳送二進制“1”和“0”的數(shù)量(單位b/s)，記作C。 調(diào)制速率則表示調(diào)制信號波形變換的程度，即單元信號碼元周期T的倒數(shù)(單位為baud,波特)，記作B。 C與B之間的關(guān)系如下：單路調(diào)制 多路調(diào)制 (3.4) (3.5) 式中,m為調(diào)制的通路數(shù)，i表示通路序號，N表示不同的碼元數(shù)，lbN為每個碼元的比特數(shù)。 從傳輸速率以及抗干擾能力來看，PS

29、K最優(yōu)，F(xiàn)SK其次，ASK最差?，F(xiàn)代通信中所采用的先進的格柵調(diào)制技術(shù)可使數(shù)據(jù)傳輸速率高達33.6kb/s。 3.3.2 數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 計算機通信中的二進制數(shù)字的基本表示方法是：“1”表示正電壓；“0”表示無電壓，稱之為不歸零(NRZ，Non Return to Zero)碼，如圖3.3.5(a)所示。 數(shù)字數(shù)據(jù)編碼的目標是將二進制數(shù)“1”、“0”經(jīng)過編碼成為數(shù)字信號，使其特性有利于傳輸，其示意圖如圖3.3.4所示。 典型的幾種數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼如圖3.3.5所示。 圖3.3.4 數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 圖3.3.5 典型的數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 1.不歸零見一反轉(zhuǎn)碼 不歸零見一反

30、轉(zhuǎn)(NRZI，Non Returnto Zero，Invertonone)碼是NRZ碼的變種，如圖3.3.5(b)所示。其編碼規(guī)則為： 二進制數(shù)“1”表示在每個周期開始時進行電平的轉(zhuǎn)換(低-高或高-低)； 二進制數(shù)“0”表示在每個周期開始時無信號轉(zhuǎn)換。 2.替換標志反向編碼 替換標志反向(AMI，Alternate MarkInversion)編碼采用了多級二進制編碼技術(shù)，即碼元選用兩個以上的信號電平，如圖3.3.5(c)所示。 其編碼規(guī)則為： 二進制數(shù)“1”表示正-負交換出現(xiàn)； 二進制數(shù)“0”表示無信號。 3.偽三元碼 偽三元(Pseudoternary)碼也采用多級二進制編碼技術(shù)，如圖3.

31、3.5(d)所示。 其編碼規(guī)則為： 二進制數(shù)“0”表示正-負交換出現(xiàn)； 二進制數(shù)“1”表示無信號。 4.曼徹斯特(Machester)編碼 曼徹斯特碼是采用雙相位技術(shù)來實現(xiàn)的，如圖3.3.5(e)所示。 其編碼規(guī)則為： 每個比特的中間有跳變(極性轉(zhuǎn)換)； 二進制數(shù)“0”表示由低到高的跳變； 二進制數(shù)“1”表示由高到低的跳變。 5.差分曼徹斯特編碼 差分曼徹斯特碼是采用雙相位技術(shù)來實現(xiàn)的，如圖3.3.5(f)所示。 其編碼規(guī)則為： 每個比特的中間有跳變(極性轉(zhuǎn)換)； 二進制數(shù)“0”表示每比特的開始有跳變； 二進制數(shù)“1”表示每比特的開始無跳變。 曼徹斯特碼、差分曼徹斯特碼都是歸零碼(RZ)，其特

32、點是：自同步；無直流分量；差錯檢測；最大調(diào)制率是NRZ的兩倍。 10Mb/s的以太網(wǎng)中使用曼徹斯特碼，標記環(huán)網(wǎng)中使用差分曼徹斯特碼。除了上述介紹的幾種典型數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼，數(shù)字通信PCM中還常使用HDB3線路碼，在高速以太網(wǎng)中使用4B/5B、8B/10組合碼(在第6章專題介紹)。 3.3.3 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 使用數(shù)字信號對模擬數(shù)據(jù)進行編碼，其典型的實例是在程控電話交換設(shè)備的用戶接口電路 上采用脈沖編碼調(diào)制(PCM，Pulse Coded Modulation)，如圖3.3.6所示。 脈沖編碼調(diào)制的過程如下(參見圖3.3.7)： 圖3.3.6 脈沖編碼調(diào)制 圖3.3.7 脈沖編碼調(diào)

33、制過程 (1)取樣(Sampling)。 一個連續(xù)變化的模擬數(shù)據(jù)，設(shè)其最高頻率或帶寬為Fmax，則取樣定理為：若取樣頻率2Fmax，則取樣后的離散序列就可無失真地恢復(fù)出原始的連續(xù)模擬信號。 (2)量化(Quantizing)。 量化即分級處理，將取樣所得的脈沖信號幅度按量級比較，進行“取整”。 (3) 編碼(Coding)。 將量化后的量化幅度用一定位數(shù)的二進制碼來表示。 大多數(shù)話音能量的頻率范圍在3003400Hz標準頻譜內(nèi)，當取其帶寬為4kHz時，取樣頻率為每秒8000次。二進制碼組稱為碼字，其位數(shù)稱為字長。話音數(shù)字化過程由模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)。在PCM系統(tǒng)的數(shù)字化話音中，通常分為N

34、=256個量級，即用lbN=8位二進制碼。二進制碼組稱為碼字，其位數(shù)稱為字長。這樣，話音信號的數(shù)據(jù)傳輸率為 8000Hz(每秒8000次取樣)8(每次取樣8比特)=64kb/s 3.3.4 模擬數(shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制 使用模擬信號對模擬數(shù)據(jù)進行調(diào)制的方法有三種： (1)幅度調(diào)制(AM，Amplitude Modulation)：簡稱調(diào)幅；使載波幅度隨原始的模擬數(shù)據(jù)(即調(diào)制信號)的幅度變化，而載波的頻率不變。 (2)頻率調(diào)制(FM，F(xiàn)requency Modulation)：簡稱調(diào)頻；使載波頻率隨原始的模擬數(shù)據(jù)的幅度變化，而載波的幅度不變。 (3)相位調(diào)制(PM，Phase Modulation)：

35、簡稱調(diào)相；使載波相位隨原始的模擬數(shù)據(jù)的幅度變化，而載波的幅度不變。 載波通信就是采用幅度調(diào)制來實現(xiàn)頻率搬移的一種模擬通信方式?，F(xiàn)有的無線廣播電臺仍采用調(diào)幅、調(diào)頻技術(shù)。3.4 多路復(fù)用技術(shù) 我們知道，在整個通信工程的投資成本中，傳輸介質(zhì)占有相當大的比重，尤其是線傳輸介質(zhì)。對于軟傳輸介質(zhì)來說，雖然它是一個自由空間，不需要使用線傳輸介質(zhì)連接，但可用頻率資源是有限的。因此，提高傳輸介質(zhì)的利用率是研究通信系統(tǒng)的一個不可忽視的重要內(nèi)容。既經(jīng)濟又有效地使用傳輸介質(zhì)的方法就是多路復(fù)用技術(shù)。多路復(fù)用技術(shù)有多種不同的方式：時分復(fù)用(TDM，Time Division Multiplexing)、頻分復(fù)用(FDM，

36、Frequency Division Multiplexing)、碼分復(fù)用(CDM，Coding Division Multiplexing)和波分復(fù)用(WDM，Wave Division Multiplexing)。 3.4.1 時分復(fù)用 時分復(fù)用(TDM)是利用時間分片方式來實現(xiàn)傳輸信道的多路復(fù)用的。從如何分配傳輸介質(zhì)資源的觀點出發(fā)，時分多路復(fù)用又可分為靜態(tài)時分復(fù)用和動態(tài)時分復(fù)用兩種。 1.靜態(tài)時分復(fù)用 靜態(tài)時分復(fù)用是一種固定分配資源的方式，即將多個用戶終端的數(shù)據(jù)信號分別置于預(yù)定的時隙(TS，TimeSlot)內(nèi)傳輸，如圖3.4.1所示。不論用戶有無數(shù)據(jù)發(fā)送，其分配關(guān)系都是固定的。 這種方

37、式的發(fā)、收之間周期性地依次重復(fù)傳送數(shù)據(jù)，且保持嚴格的同步,所以又稱為同步時分復(fù)用。使用這種方式時，高速的傳輸介質(zhì)容量(即線路可允許的數(shù)據(jù)速率)等于各個低速用戶終端的數(shù)據(jù)傳輸率之和。 圖3.4.1 時分復(fù)用(TDM) (a)靜態(tài)時分復(fù)用；(b)動態(tài)時分復(fù)用 2.動態(tài)時分復(fù)用 動態(tài)時分復(fù)用又稱異步時分復(fù)用，或稱統(tǒng)計時分復(fù)用(STDM，Statistical Time Division Multiple)。這是一種按需分配媒體資源的方式，即當用戶有數(shù)據(jù)要傳輸時才分配資源;若用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)，則不分配，如圖3.4.1(b)所示。由此可知，動態(tài)時分復(fù)用方式可以提高線路傳輸?shù)睦寐?，這種方式特別適合于計算

38、機通信中突發(fā)性或斷續(xù)性的應(yīng)用環(huán)境?；谶@種方式構(gòu)成的設(shè)備常稱為集中器(Concentrator)。分組交換設(shè)備及分組型終端設(shè)備也采用了這種工作機制。 比較圖3.4.1(a)和(b)可見，當采用動態(tài)時分復(fù)用時，每個用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率可高于平均速率，最高可達到線路傳輸速率。但采用動態(tài)時分復(fù)用方式時，在各個線路接口處應(yīng)采取下列必要的技術(shù)措施： (1)設(shè)置緩沖區(qū)，用于存儲已到達但尚未發(fā)出的數(shù)據(jù)單元。 (2)設(shè)置流量控制，以利于緩和用戶爭用資源而引發(fā)的沖突。 在動態(tài)時分復(fù)用方式中，每個用戶的數(shù)據(jù)單元在一條線路上互相交替著傳輸，為了便于接收端能區(qū)分其歸屬，必須在所傳數(shù)據(jù)單元前附加用戶識別標志，并對所傳數(shù)據(jù)

39、單元加以編號。這種機理就像把傳輸信道分成了若干子信道一樣，子信道通常也稱為邏輯信道(Logical Channel)。每個子信道可用相應(yīng)的號碼表示，稱作邏輯信道號。邏輯信道號作為傳輸線路的一種資源，可由網(wǎng)中分組交換機或分組型終端根據(jù)數(shù)據(jù)用戶的通信要求予以動態(tài)地分配。邏輯信道為用戶提供了獨立的數(shù)據(jù)流通路，對同一個用戶，各次通信可分配不同的邏輯信道號。 3.4.2 頻分復(fù)用 頻分復(fù)用(FDM)是利用頻率分隔方式來實現(xiàn)多路復(fù)用的，其工作原理是采用調(diào)制技術(shù)，將待送的信號頻率搬移到傳輸介質(zhì)的相應(yīng)頻段上，尤如在馬路上劃出多個車道，使汽車可在多個車道上同時行駛。一般，汽車在行駛中可借助超車道加速或見空變換車

40、道，但頻分復(fù)用所傳輸?shù)男盘栐趥魉投蝺?nèi)不可隨意變更信道。傳統(tǒng)的多路載波電話系統(tǒng)就是一種典型的頻分多路復(fù)用系統(tǒng)。盡管數(shù)字化技術(shù)發(fā)展迅速，但在利用軟傳輸介質(zhì)的無線電通信、微波通信、衛(wèi)星通信以及移動通信中，仍然少不了頻分復(fù)用技術(shù)。 3.4.3 碼分多址 碼分多址(CDMA，Code Division Multiple Access)是蜂窩移動通信中迅速發(fā)展的一種信號處理方式。在第二代移動通信中，GSM(全球通)采用了時分多址(TDMA，Time Division Multiple Access)技術(shù)，依據(jù)幀的屬性來分配信道，將整個信道按TDM(靜態(tài))和按ALOHA(動態(tài))方法分配給連網(wǎng)的各個站點，是一

41、種強制性的信道分配方法，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。而CDMA則完全不同，它允許所有站點同時在整個頻段上進行傳輸， 采用擴頻(Spread Spectrum)編碼原理對同時發(fā)生的多路傳輸加以識別。擴頻系統(tǒng)一般有三種擴頻方法：直序擴頻(DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum)、跳頻擴頻(FHSS，F(xiàn)requency Hopping Spread Spectrum)和跳時擴頻(THSS，Time Hopping Spread Spectrum)。 直序擴頻(DSSS)是CDMA移動通信、無線LAN中所使用的擴頻通信方法，它關(guān)鍵是在多重線性疊加的信號中提取出所需的信號，將其他信號當作

42、隨機噪聲丟棄。在CDMA中，每比特時間被分成m個切片(Chip)，通常，每比特可有64個或128個切片。 每個站點被指定一個惟一的m位代碼或切片序列(Chip Squence)。當發(fā)送比特1時，站點送出的是切片序列；若發(fā)送比特0，則站點送出的是切片序列的補碼。為簡單說明其工作原理，現(xiàn)設(shè)每比特含8個切片。假設(shè)某站點的切片序列為00011011，在信道上傳輸?shù)那衅蛄?0011011表示發(fā)送了比特1，而其補碼11100100則表示發(fā)送了比特0。顯然，CDMA要求的帶寬增加了m倍。例如，1.25MHz的帶寬給100個站點來共享，在使用FDM方法時，每個站點的傳輸速率只能為12.5kb/s(假定1b/

43、Hz)；當使用CDMA技術(shù)時，每個站點能使用1.25MHz的全部帶寬，切片速率則為1.25M片/秒。因此，CDMA每站的切片只要小于100片/秒，其有效帶寬就可高出FDM。 在接收端，若要從信號中提取單個站點的比特流，則必須事先知道該站點的切片序列。通過計算收到的切片序列(各站發(fā)送的線性總和)和待還原站點的切片序列的內(nèi)標積，就可導(dǎo)出比特流。 3.4.4 波分復(fù)用 波分復(fù)用(WDM)是在光纖成纜的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的大容量傳輸技術(shù)。第一代光纖使用0.8m波長的激光器，傳輸速率可達280Mb/s。目前使用了第四代摻鉺光放大器(EDFA，ErbiumDoped Fiber Amplifier)的單模光纖，其

44、數(shù)據(jù)傳輸速率已達1020Gb/s。采用波分復(fù)用技術(shù)后，在一根光纖上可以使用不同的波長傳輸多種光信號，如圖3.4.2所示。單纖可傳送16種波長，每一波長速率為2.5Gb/s，由此可構(gòu)成傳輸速率為40Gb/s的傳輸系統(tǒng)。圖3.4.2 波分復(fù)用(WDM) 密集波分復(fù)用(DWDM)一詞經(jīng)常被用來描述支持巨大數(shù)量信道的系統(tǒng)，“密集”沒有明確的定義。例如，100GHz(通道間隔)40CH(通道數(shù))的DWDM模塊采用干涉濾波器技術(shù)，其功能是將滿足ITU波長的光信號分開(解復(fù)用)或?qū)⒉煌ㄩL的光信號合成(復(fù)用)至一根光纖上，可支持100萬個話音和1500個視頻信道。 3.5 傳輸系統(tǒng) 3.5.1 數(shù)字傳輸系統(tǒng)

45、 1.準同步數(shù)字系列 當前的數(shù)字傳輸系統(tǒng)不少仍采用脈碼調(diào)制(PCM，Pulse Code Modulation)方式。PCM方式的數(shù)字通信系統(tǒng)是一種典型的同步時分多路復(fù)用系統(tǒng)，它將話音信號或其他各種模擬信號(如電視圖像信號等)數(shù)字化。 數(shù)字化需經(jīng)過三個步驟：取樣、量化和編碼，然后按一定的格式把各路數(shù)字信號分配在預(yù)定的時隙內(nèi)，形成一個幀。傳輸時以幀為單元，周期性地依次重復(fù)傳送幀，發(fā)、收方之間應(yīng)保持嚴格的同步。 根據(jù)取樣定理，只要取樣頻率fs等于或大于模擬傳輸信號最高頻率fm的二倍，則樣值信號序列就足夠代表原先的模擬信號。在接收端將這些樣值序列通過一個理想低通濾波器，就可以還原出原來的模擬信號。

46、例如，標準的話音信號最高頻率為3.4kHz，設(shè)話音帶寬為4kHz。則取樣頻率一般為fs=8kHz，相當于取樣周期T1/125s。取樣后形成了幅度連續(xù)、時間離散的脈沖信號，即脈幅調(diào)制(PAM)信號。 量化是將PAM信號的幅度進行分級、取整的幅度離散化過程，且將每一個取樣瞬時幅度納入鄰近的整數(shù)級。 編碼則是把量化后脈沖取樣值按幅度大小變換成相應(yīng)的二進制碼元，形成PCM信號。PCM現(xiàn)有兩個不兼容的國際標準： 歐洲的E系列，其一次群PCM為32/30路，數(shù)字信號傳輸速率為2.048Mb/s； 北美(美國、日本等)的T系列，其一次群PCM為24路，傳輸速率為1.544Mb/s。 在我國采用的E系列PCM

47、體制中，模擬信號的量化等級為256級，折算成8比特編碼后，一個模擬話路信號的PCM信號傳輸速率為64kb/s。為了有效地利用傳輸介質(zhì)，PCM數(shù)字傳輸系統(tǒng)采用了同步時分多路復(fù)用方式，其幀結(jié)構(gòu)如圖3.5.1所示。圖3.5.1 PCM一次群32/30路幀結(jié)構(gòu) PCM32/30路系統(tǒng)中，一個幀(一次群E1，數(shù)據(jù)傳輸速率為2.048Mb/s)的時間長度為125s，共分為32個時隙(TimeSlot)，時隙編號為TS0TS31。 1)時隙TS0 偶數(shù)幀TS0的第28比特為發(fā)送幀同步碼組“0011011”，第1比特供國際圖像用，不用時可暫定為“1”。奇數(shù)幀TS0的第3比特A1為失步對告碼，正常為“0”，失步

48、時為“1”；第2比特為奇幀監(jiān)視碼，定為“1”，防止奇數(shù)幀中TS0的第28比特出現(xiàn)假同步碼；第48比特為國內(nèi)圖像用，暫定全為“1”。 2)話路時隙 話路時隙為TS1TS15，TS17TS31，共30個話路。每個話路時隙由8位二進制碼元組成，每個碼元稱為1比特。 3) 標志時隙TS16 TS16用來表示30個話路的標志信號。每個話路的標志信號用4位碼元，因此，對應(yīng)30個話路的標志信號，需采用“復(fù)幀”來實現(xiàn)。 復(fù)幀由16個幀所組成，其編號分別為F0F15，也就是每16幀重復(fù)一次30個話路的標志信號。由圖3.5.1可知，每一幀的TS16可同時傳送兩個話路的標志信號，分別占14比特和58比特。其中F1到

49、F15中的TS16的前4比特用來傳送第115路(CH1CH15)的標志信號；后4比特則用來傳送第1630路(CH16CH30)的標志信號。F0的前4比特為復(fù)幀失步對告碼，同步時為“0”，失步時為“1”，余下3比特留作備用，暫定為“1”。 由上述可知，每幀時間為125s，一個復(fù)幀為2ms，每個時隙為3.91s，每比特為0.488s。一次群E1的傳輸速率為2.048Mb/s，每一路的數(shù)據(jù)傳輸速率為64kb/s。 在一次群的基礎(chǔ)上，采取分級復(fù)用方式可構(gòu)成大容量的數(shù)字傳輸系統(tǒng)，如表3.5.1所示。表3.5.1 PCM分級復(fù)用標準 表中也列出了T系列的分級復(fù)用方式，其中T1的傳輸速率為1.544Mb/s

50、,一幀為24個話路。每個話路的取樣脈沖用7比特編碼，然后再加上1比特信令碼元用于控制，因此一個話路時隙也有8比特。幀同步碼是在24個話路的編碼之后再加上1比特，所以每幀共有193比特。 PCM數(shù)字傳輸系統(tǒng)的主要特點是： 抗干擾能力強； 信號可再生中繼(傳輸中噪聲和信號畸變不會累積)； 數(shù)字電路易于集成與小型化，可直接提供數(shù)字傳輸信道，適宜于數(shù)據(jù)和其他數(shù)字信號的傳輸，與數(shù)字交換系統(tǒng)相配合，有利于組成綜合數(shù)字網(wǎng)(IDN)； 便于加密； 在相同的條件下，PCM要求占用的傳輸頻帶較寬，可使用光纖傳輸。PCM數(shù)字傳輸系統(tǒng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)時，要求全網(wǎng)的時鐘系統(tǒng)保持同步，由于已經(jīng)存在兩種不同的PCM體制，在全球系統(tǒng)

51、的PCM環(huán)境中，只能實現(xiàn)PDH(準同步數(shù)字系列)。 2.同步數(shù)字系列/同步光纖網(wǎng) 1)同步數(shù)字系列 為了在干線網(wǎng)上有效地傳送高次群的比特流，以利于全球范圍的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)網(wǎng)間互聯(lián)，美國貝爾通信研究所(Bellcore)最早提出了同步光纖網(wǎng)(SONET，Synchronous Optical Network)的標準，該標準后來成為美國國家標準ANSIT1.105106。SONET標準為應(yīng)用光纖傳輸系統(tǒng)定義了線路傳輸速率的等級結(jié)構(gòu)。 以51.840Mb/s(相當于PDH的E3/T3傳輸速率)為基礎(chǔ)的傳輸速率，對電信號來說，是第1級同步傳送信號，即STS1(Synchronous Transpo

52、rt Signal1)；對于光信號而言，則是第1級光載波，即OC1(Optical Carrier1)。1988年，ITUT在SONET的基礎(chǔ)上，經(jīng)修改制定了相應(yīng)的國際標準同步數(shù)字系列(SDH，Synchronous Digital Hierarchy)，即G.707、G.708、G.709系列建議，隨后又增加了10多條建議。 SDH以155.520Mb/s作為第1級同步轉(zhuǎn)移模式，即STM1(Synchronous Transfer Mode1)，較高等級的STMN則是N個STM1的復(fù)用。表3.5.2列出了SDH和SONET各級的對應(yīng)標準。 SDH是新一代的傳輸網(wǎng)體制。所謂SDH，是一個將同步

53、信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接功能融為一體的結(jié)構(gòu)化傳送網(wǎng)絡(luò)，并由統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)進行運行、管理、維護和指配(OAM&P)。表3.5.2 SDH和SONET各級的對應(yīng)標準 2) SDH的幀結(jié)構(gòu) SDH技術(shù)中采用的幀格式是基于字節(jié)的塊狀結(jié)構(gòu)，如圖3.5.2所示。SDH采用標準化的等級結(jié)構(gòu)，稱之為同步傳送模塊STMN，其中N=1，4，16，64等。最基本的模塊為SMN1，傳輸速率為155.520Mb/s；將4個STM1同步復(fù)用構(gòu)成STM4，傳輸速率為622.080Mb/s；依次類推。字節(jié)傳送的次序是從左到右逐排進行，傳送一幀需125s。 與一般信息的幀格式不同，SDH幀由9行(270N)列字節(jié)組成，

54、傳輸順序自左到右，從上到下，依次排成串形碼流。傳輸一幀需要125s，每秒可傳送8000幀。由此可知，對STM1來說，N=1，傳輸速率為9行270列8比特/字節(jié)8000幀/秒=155.520Mb/s。 圖3.5.2 SDHN幀格式 高階同步傳送模塊可由基本模塊STM1的N倍組成，即STMN。其中，N的取值為4的倍數(shù)。例如N=4，則為STM4，所對應(yīng)的傳輸速率為4155.520=622.080Mb/s；N=16，則為STM16，所對應(yīng)的傳輸速率為16155.520=2.488320Gb/s。 從格式上來看，SDH幀結(jié)構(gòu)可分為三部分：段開銷(SOH，Section Over Head)、管理單元指針

55、(AUPTR)和STMN凈負荷(Payload)。其中，SOH可分為再生段SOH(RSOH)、復(fù)用段SOH(MSOH)；凈負荷中含9行(1N)列的通道開銷(POH，Path Over Head)，其他為信息凈負荷，用于承載電信業(yè)務(wù)的比特。如STM1有9行260列字節(jié)用于業(yè)務(wù)傳輸。 3) SDH的特點。 (1)SDH具有統(tǒng)一的光接口和復(fù)用標準。 SDH網(wǎng)不僅能與現(xiàn)有的PDH網(wǎng)完全兼容，即能使PDH的T系列和E系列(含三個地區(qū)性標準：歐洲、北美、日本)在STM1上獲得統(tǒng)一，同時還可容納各種新的數(shù)字業(yè)務(wù)信號，如ATM信元、FDDI幀等。另一方面，統(tǒng)一的NNI(網(wǎng)絡(luò)節(jié)點接口)，使網(wǎng)絡(luò)單元(NE)在光通

56、路橫向上得以互通。 (2) SDH采用同步復(fù)用和靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)。 SDH采用了先進的指針調(diào)整技術(shù)，使來自不同業(yè)務(wù)提供者的信息凈負荷在不同環(huán)境下同步復(fù)用，且可承受一定的定時基準丟失。此外，SDH引入了“虛容器(VC，Virtual Container)”的概念。所謂虛容器(VC)，是一種支持通道層連接的信息結(jié)構(gòu)，當各種業(yè)務(wù)信息經(jīng)處理裝入VC后，系統(tǒng)可不管所承載的信息結(jié)構(gòu)，只需處理各種虛容器即可。這種方式尤如當前使用集裝箱的運輸方式，既減少了管理實體的數(shù)量，又具有信息傳送的透明性。 (3)SDH具有健全的網(wǎng)絡(luò)管理功能。SDH具有 可統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)操作，并可對網(wǎng)絡(luò)單元進行分布式的有效管理，具有開

57、設(shè)業(yè)務(wù)的性能監(jiān)視、網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)維護、不同供應(yīng)商設(shè)備間的互通等功能。 SDH/SONET標準不僅適用光纖傳輸系統(tǒng)，也可用于衛(wèi)星和微波通信傳輸，并已成為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的物理協(xié)議。 3.5.2 模擬傳輸系統(tǒng) 傳統(tǒng)的四通八達的電話通信系統(tǒng)是典型的模擬傳輸系統(tǒng)，一般采用多層次結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。我國現(xiàn)有電話網(wǎng)共分為長途電話網(wǎng)和市內(nèi)電話網(wǎng)。長途電話網(wǎng)為4級匯接輻射方式，這4級交換中心分別為： 一級中心(又稱省間中心，C1)、二級中心(又稱省中心，C2)、三級中心(又稱縣間中心，C3)和四級中心(又稱縣中心，C4)。 一級中心之間構(gòu)成全連通網(wǎng)，每一個上級中心均按輻射狀與若干下一級中心形成輻射式星型網(wǎng)，縣中心下接的

58、市話局可與其管轄范圍內(nèi)的電話用戶相連。為了減少層次，現(xiàn)將C4組合成C3，形成本地網(wǎng)。 傳統(tǒng)長途干線所用的模擬傳輸系統(tǒng)是基于頻分多路復(fù)用(FDM)方式的，多路載波電話系統(tǒng)是一個典型的FDM系統(tǒng)。長途話路的有效傳輸頻帶為0.33.4kHz,采用單邊帶幅度調(diào)制(AM)方式實現(xiàn)頻率搬移。按ITUT建議，每12個話路組成一個基群，其頻帶為60108kHz；5個基群組成1個60路超群，占用312552kHz頻帶； 5個超群組成一個300路主群，占用8122044kHz頻帶；3個主群組成1個900路超主群，占用851612388kHz頻帶；4個超主群組成1個3600路巨群，占用42.61259.684MHz

59、頻帶。在實現(xiàn)多路載波電話系統(tǒng)時，需要多級頻率搬移，由低次群到高次群，最后形成適宜的線路傳輸頻譜。3.6 數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量參數(shù) 3.6.1 傳輸損耗 由于傳輸存在損耗，任何通信系統(tǒng)接收到的信號和發(fā)送的信號均會有所不同。對于模擬信號，傳輸損耗導(dǎo)致了各種隨機的改變而降低了信號的質(zhì)量；對于數(shù)字信號，傳輸損耗則會引起位串錯誤。影響傳輸損耗的主要參數(shù)有：衰減、衰減失真、延遲變形和噪聲。 1.衰減(又稱衰耗，Attenuation) 在任何傳輸介質(zhì)上，信號強度都將隨距離延伸而減弱。對有線類介質(zhì)，信號衰減具有對數(shù)函數(shù)性；對無線類介質(zhì)，信號衰減則是距離和大氣組成所構(gòu)成的復(fù)合函數(shù)。 由圖3.6.1所示的衰減與頻率的特

60、性關(guān)系圖可見，輸入信號經(jīng)傳輸系統(tǒng)后變小了，即形成了衰減。隨著頻率的不同，衰減值是不一樣的。低頻和高頻段的衰減大，中頻段衰減小，圖中的實曲線稱為衰減-頻率特性。 圖3.6.1 衰減與頻率的特性關(guān)系圖 為了實現(xiàn)長距離傳送，模擬傳輸系統(tǒng)采用放大器等來解決傳輸損耗問題，但噪聲也會隨之放大，尤其在多次放大后會產(chǎn)生噪聲累加，參見圖3.6.2，這將會引起數(shù)據(jù)出錯。另外，長距離傳送對放大器的增益-頻率特性提出了很高的要求。在理想情況下，放大器應(yīng)能按圖3.6.1中虛曲線那樣，使信號在整個工作頻率范圍得到均勻補償，但這種技術(shù)非常復(fù)雜，不利于規(guī)?；幚?。對數(shù)字傳輸系統(tǒng)來說，由于數(shù)字傳輸與數(shù)字信號的內(nèi)容有關(guān)，衰減會影