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(dǎo)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(hào)，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(diǎn) 光纖通信有以下主要優(yōu)點(diǎn)：（1）傳輸頻帶寬，通信容量大；（2）傳輸損耗小，通信距離長(zhǎng)；（3）抗電磁干擾能力強(qiáng)；（4）線徑細(xì)、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(diǎn)：一是傳輸信號(hào)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(shí)現(xiàn)光纖通信的關(guān)鍵技術(shù) 實(shí)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(qiáng)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(diǎn)。2．光纖 光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)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(jī)4．光接收機(jī)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(hào)的形式，而把模擬信號(hào)數(shù)字化的基本技術(shù)是脈沖編碼調(diào)制（PCM）技術(shù)。1．?dāng)?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．?dāng)?shù)字通信的特點(diǎn) （1）抗干擾能力強(qiáng)，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(jì)算機(jī)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．?dāng)?shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是指有效性和可靠性，但這兩種指標(biāo)是矛盾的，只能求得相對(duì)的統(tǒng)一。（1）有效性指標(biāo) 表征數(shù)字通信系統(tǒng)有效性的指標(biāo)有3種：信息傳輸速率、符號(hào)傳輸速率和頻帶利用率。（2）可靠性指標(biāo) 衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的主要指標(biāo)是誤碼率。2.2.2PCM原理 脈沖編碼調(diào)制（PCM）簡(jiǎn)稱脈碼調(diào)制，是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化的最基本、最常用的一種方法。它的任務(wù)是把時(shí)間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為時(shí)間、取值均離散的數(shù)字信號(hào)，并按一定規(guī)律編碼，形成PCM信號(hào)序列。1．模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)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(hào)變換成數(shù)字信號(hào)后，再進(jìn)行時(shí)分多路復(fù)用，在信道中傳送PCM信號(hào)的通信系統(tǒng)。1．時(shí)分多路復(fù)用通信概念 時(shí)分制通信的特點(diǎn)是通過(guò)各路信號(hào)在信道上占有不同的時(shí)間間隙來(lái)進(jìn)行通信。2．PCM30/32系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)3．實(shí)現(xiàn)PCM通信的相關(guān)技術(shù)（1）定時(shí)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(hào)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(zhǔn)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(jí)，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(jī)復(fù)用原理如圖2-28所示。圖2-28PDH電端機(jī)復(fù)用原理圖2.4SDH通信系統(tǒng) SDH是在20世紀(jì)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(jí)通用標(biāo)準(zhǔn)，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(diǎn)3．SDH標(biāo)準(zhǔn)速率模塊（1）網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(hù)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(zhǔn)時(shí)鐘同步，但每個(gè)同步區(qū)的基準(zhǔn)時(shí)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(zhǔn)同步方式是指當(dāng)外部時(shí)鐘鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)元時(shí)鐘只能利用本設(shè)備的時(shí)鐘源工作，或記錄時(shí)鐘鏈路出現(xiàn)故障時(shí)刻的時(shí)鐘，這種保持模式不能維持很久。在這種方式下，時(shí)鐘偏差的影響將導(dǎo)致SDH網(wǎng)元頻繁地進(jìn)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(shí)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(shí)鐘偏差，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無(wú)法依靠指針調(diào)整來(lái)維護(hù)業(yè)務(wù)信號(hào)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(zhǎng)（頻率）的光信號(hào)混合在一起進(jìn)行傳輸，即在一根光纖中同時(shí)傳輸多波長(zhǎng)光信號(hào)的一項(xiàng)技術(shù)。2．DWDM技術(shù)特點(diǎn) （1）充分利用光纖的巨大帶寬資源 （2）同時(shí)傳輸多種不同類型的信號(hào)，便于引入新業(yè)務(wù)和擴(kuò)容 （3）實(shí)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(duì)器件的超高速要求 （7）高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)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(jī)、光中繼放大器、光接收機(jī)、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(kāi)放式DWDM系統(tǒng)兩大類。4．DWDM系統(tǒng)的波長(zhǎng)選擇和信道分配2.5.3實(shí)現(xiàn)DWDM的關(guān)鍵技術(shù)1．光源技術(shù)2．光波長(zhǎng)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(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸完全在光域進(jìn)行，即以光節(jié)點(diǎn)取代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的電節(jié)點(diǎn)，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(chǔ)以及光信息處理等先進(jìn)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(diǎn)2.6.2實(shí)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(diǎn)設(shè)備4．可變波長(zhǎng)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(shì)1．目前不同的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)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(shì)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(diǎn) 微波中繼通信是利用微波頻段的波長(zhǎng)范圍為1m～1mm、頻率范圍為300MHz～300GHz的無(wú)線電波沿地面進(jìn)行中繼傳輸?shù)臒o(wú)線通信。微波中繼通信主要用來(lái)傳送長(zhǎng)途電話信號(hào)、寬頻帶電視信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)和移動(dòng)通信信號(hào)等。微波中繼通信有以下特點(diǎn)。（1）通信頻段的頻帶寬，通信容量大，利于寬頻帶信號(hào)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(shí)現(xiàn)地面上遠(yuǎn)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(shí)，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(qiáng)。當(dāng)天線面積給定時(shí)，天線增益與工作波長(zhǎng)的平方成反比。由于微波中繼通信的工作波長(zhǎng)短，因而容易制造高增益天線，降低發(fā)信機(jī)的輸出功率。另外微波天線具有很強(qiáng)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(diǎn)外，還具有數(shù)字通信的特點(diǎn)。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(jī)轉(zhuǎn)接信號(hào)時(shí)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．?dāng)?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(jī)（2）中頻調(diào)制發(fā)射機(jī)2．?dāng)?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(lái)自接收天線的微弱的微波信號(hào)經(jīng)過(guò)饋線、微波濾波器、低噪聲放大器后和本振信號(hào)進(jìn)行混頻，變成中頻信號(hào)，再經(jīng)過(guò)中頻放大器放大，濾波后送解調(diào)單元實(shí)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(duì)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(gè)天、饋線系統(tǒng)應(yīng)有較高的極化去耦度和足夠的機(jī)械強(qiáng)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(duì)微波電磁波會(huì)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(wú)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(shí)現(xiàn)多個(gè)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(diǎn)和使用頻率 （1）衛(wèi)星通信特點(diǎn) （2）衛(wèi)星通信工作頻段的選擇是一個(gè)十分重要的問(wèn)題，它直接影響整個(gè)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