第4章：現(xiàn)代電信技術(shù) 4.1-4.3節(jié).重郵通信職稱(chēng)培訓(xùn)：通信專(zhuān)業(yè)-綜合能力.ppt

1、通信專(zhuān)業(yè)綜合能力,第4章 現(xiàn)代通信技術(shù),4.1 交換技術(shù) 4.2 光纖通信技術(shù) 4.3 衛(wèi)星通信技術(shù),教學(xué)要求 了解：衛(wèi)星通信技術(shù)。 掌握：電信交換、光纖通信技術(shù)。,4.1交換技術(shù),一、基本概念 通信的目的是在信息的源和目的之間傳送信息，這個(gè)源和目的對(duì)應(yīng)的就是各種通信終端，比如兩個(gè)人要想通話(huà)，最簡(jiǎn)單的就是各自拿兩個(gè)話(huà)機(jī)，用一條通信線(xiàn)路連接起來(lái)就可實(shí)現(xiàn)通話(huà)，如圖4-1（a）所示；同樣，兩個(gè),人要想傳送文件，可各自使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)，通過(guò)串口線(xiàn)經(jīng)RS232接口連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息的傳送，如圖4-1（b）所示。這種點(diǎn)到點(diǎn)的通信方式的系統(tǒng)構(gòu)成如圖4-1（c）所示。,圖4-1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的實(shí)例,當(dāng)存在多個(gè)終端，

2、而且希望它們中的任何兩個(gè)都可以進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信時(shí)，最直接的方法是把所有終端兩兩相連，這樣的連接方式稱(chēng)為全互連式。但這樣需要的連線(xiàn)數(shù)為 條。我們以五部電話(huà)機(jī)的連接為例，五個(gè)用戶(hù)要兩兩都能通話(huà)，則需要總電路數(shù)為10條，如圖4-2（a）所示。,當(dāng)終端數(shù)目較少，地理位置相對(duì)集中時(shí)還可以采用這種全互聯(lián)式。如果用戶(hù)數(shù)量增多，全互連式需要的電路數(shù)量會(huì)增多，用在線(xiàn)路方面的投資也隨著增加。如10000個(gè)用戶(hù)，則需要 萬(wàn)條電路。除此之外，這種方式在每次通話(huà)時(shí)還要考慮對(duì)方終端的連接情況，是否與自己的連線(xiàn)相連。同時(shí)，若新增一個(gè)終端，則需要與前面已有的所有終端進(jìn)行連線(xiàn)，工程浩大，在實(shí)際操作中沒(méi)有可行性。,為了解決這一問(wèn)

3、題，我們很自然地想到在用戶(hù)密集的中心安裝一個(gè)設(shè)備，把每個(gè)用戶(hù)的電話(huà)機(jī)或其他終端設(shè)備都用各自專(zhuān)用的線(xiàn)路連接在這個(gè)設(shè)備上。此設(shè)備相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)，平時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)任意兩個(gè)用戶(hù)之間交換信息時(shí)，該設(shè)備就把連接這兩個(gè)用戶(hù)的有關(guān)節(jié)點(diǎn)合上，這時(shí)兩用戶(hù)的通信線(xiàn)路連通。當(dāng)兩用戶(hù)通信完畢，才把相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)斷開(kāi)，兩用戶(hù)之間的連線(xiàn)就斷開(kāi)。,由于該設(shè)備的作用主要是控制用戶(hù)之間連接的通斷，類(lèi)似于普通的開(kāi)關(guān)，所以稱(chēng)其為交換設(shè)備（或交換節(jié)點(diǎn)）。在英文中就稱(chēng)其為“switch”，交換技術(shù)就稱(chēng)為“switch btechnology”。 我們同樣以六部電話(huà)機(jī)的連接為例，采用交換設(shè)備連接，僅需要六條電路，如圖4-2 （b）所示

4、。,圖4-2 用戶(hù)間連接圖,圖4-2（b）中，用戶(hù)環(huán)線(xiàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)用戶(hù)線(xiàn)）是指用戶(hù)到交換機(jī)之間的連線(xiàn)。用戶(hù)間通過(guò)交換設(shè)備連接能使多個(gè)終端的通信成為可能。 2、交換的概念 所謂交換，就是在通信網(wǎng)上，負(fù)責(zé)在通信的源和目的終端之間建立通信信道傳送通信信息的機(jī)制。多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)組成的電話(huà)交換網(wǎng)見(jiàn)圖4-3所示。圖4-3中，中繼線(xiàn)是指交換機(jī)與交換機(jī)之間的連線(xiàn)。,這里所說(shuō)的通信網(wǎng)，是指由一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)（包括交換設(shè)備和終端設(shè)備）和連接節(jié)點(diǎn)的傳輸鏈路相互有機(jī)地組合在一起，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)規(guī)定點(diǎn)間信息傳輸?shù)耐ㄐ朋w系。,圖4-3 多個(gè)交換節(jié)點(diǎn)組成的電話(huà)交換網(wǎng),面向連接和無(wú)連接,根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳遞用心信息時(shí)是否預(yù)先建立源端到目的端

5、的鏈接，可以將網(wǎng)絡(luò)使用的交換技術(shù)分為兩類(lèi)：面向連接型和無(wú)連接型。 使用相應(yīng)交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)也依次稱(chēng)為面向連接型網(wǎng)絡(luò)和無(wú)連接型網(wǎng)路。 在面向連接型的網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)間典型的一次數(shù)據(jù)交換過(guò)程包含3個(gè)階段：連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放。其中連接建立和連接釋放階段傳遞的是控制信息，用戶(hù)信息則在數(shù)據(jù)傳輸階段傳輸。3個(gè)階段中最復(fù)雜和最重要的階段是連接建立。 在無(wú)連接的網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸前，不需要在源端和目的地之間預(yù)先建立通信連接，就可以直接通信。 面向連接方式適用于大批量、可靠的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，但網(wǎng)絡(luò)控制機(jī)制復(fù)雜；無(wú)連接方式控制機(jī)制簡(jiǎn)單，適用于突發(fā)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)量少的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。,4.1.2 業(yè)務(wù)特點(diǎn),（1）

6、信息相關(guān)程度不同 數(shù)據(jù)通信的比特差錯(cuò)率必須控制在10-8 語(yǔ)言通信比特差錯(cuò)率可到10-3 （2）時(shí)延要求不同 （3）信息突發(fā)率不同,4.1.3、 電信網(wǎng)交換方式的分類(lèi),所謂交換方式是指對(duì)應(yīng)于各種傳輸模式，交換機(jī)為完成其交換功能所采用的互通 (Intercommunication)技術(shù)。交換方式主要分為兩類(lèi)。 1、電路交換方式（或線(xiàn)路交換方式） 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)內(nèi)部完成對(duì)通信線(xiàn)路（在空間或時(shí)間上）的連通，為數(shù)據(jù)傳輸提供專(zhuān)用的（或物理的）傳輸通路（即物理連接）。,物理連接是指用戶(hù)通信過(guò)程中，無(wú)論用戶(hù)有無(wú)信息傳送，交換網(wǎng)絡(luò)始終按照預(yù)先分配的物理帶寬資源保持其專(zhuān)用的接續(xù)通路。 2、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式（或信息交換

7、方式） 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)運(yùn)用程序方法先將途經(jīng)的數(shù)據(jù)流按傳輸單元接收并存儲(chǔ)下來(lái)；然后，選擇一條合適的鏈路將它轉(zhuǎn)發(fā)出去，在邏輯上為數(shù)據(jù)傳輸提供了傳輸通路（即邏輯連接）。,邏輯連接是指只有在用戶(hù)有信息傳送時(shí)，才按需分配物理帶寬資源，提供接續(xù)通路，因此邏輯連接也稱(chēng)為虛連接。 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式又分為報(bào)文交換和分組交換。 圖4-4所示為主要的交換方式分類(lèi)。,下面主要介紹電路交換、分組交換和ATM交換等典型的交換技術(shù)的工作原理和特點(diǎn)。,圖4-4 交換方式分類(lèi),一、 電路交換,1 、電路交換的基本過(guò)程 電路交換又稱(chēng)為線(xiàn)路交換，它是以接通電路為目的的交換方式，電話(huà)網(wǎng)中就是采用電路交換方式。我們以打一次電話(huà)來(lái)體驗(yàn)這種交換

8、方式。打電話(huà)時(shí)，首先是摘起話(huà)機(jī)，交換機(jī)送來(lái)?yè)芴?hào)音，聽(tīng)到撥號(hào)音后開(kāi)始撥號(hào)。撥號(hào)完畢，交換機(jī)就知道了要和誰(shuí)通話(huà)，,并為雙方建立一個(gè)連接，于是雙方進(jìn)行通話(huà)。等一方掛機(jī)后，交換機(jī)就把雙方的線(xiàn)路斷開(kāi)，為雙方各自開(kāi)始一次新的通話(huà)做好準(zhǔn)備。因此，我們可以體會(huì)到，電路交換的動(dòng)作，就是在通信時(shí)建立(即連接)電路，通信完畢時(shí)拆除(即斷開(kāi))電路，如圖4-5所示。因此，我們可以說(shuō)，電路交換就是當(dāng)終端之間通信時(shí)，一方發(fā)起呼叫，獨(dú)占一條物理線(xiàn)路，在整個(gè)通信過(guò)程中雙方一直占用該電路，通信完畢時(shí)斷開(kāi)電路的過(guò)程。,圖4-5 電路交換,整個(gè)電路交換的過(guò)程包括建立線(xiàn)路、占用線(xiàn)路并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、釋放線(xiàn)路三個(gè)階段。,電路交換的特點(diǎn)：

9、獨(dú)占性：建立線(xiàn)路之后，釋放線(xiàn)路之前，即使站點(diǎn)之間無(wú)任何數(shù)據(jù)可以傳輸，整個(gè)線(xiàn)路仍不允許其它站點(diǎn)共享，因此線(xiàn)路的利用率較低，并且容易引起接續(xù)時(shí)的擁塞。 實(shí)時(shí)性好：一旦線(xiàn)路建立，通信雙方的所有資源（包括線(xiàn)路資源）均用于本次通信，除了少量的傳輸延遲之外，不再有其它延遲，具有較好的實(shí)時(shí)性。,線(xiàn)路交換設(shè)備簡(jiǎn)單，不提供任何緩存裝置。 用戶(hù)數(shù)據(jù)透明傳輸，要求收發(fā)雙方自動(dòng)進(jìn)行速率匹配。 電路交換最大的缺點(diǎn)就是電路利用率低，帶寬固定不靈活。通信過(guò)程中始終獨(dú)占一條信道，以電話(huà)通信中的電路交換為例，電路接通后，講話(huà)的雙方總是一個(gè)在聽(tīng)，一個(gè)在說(shuō)，電路空閑時(shí)間大約是50。如果考慮說(shuō)話(huà)過(guò)程中的停頓，那么空閑時(shí)間還要更多。,

10、有統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，電路交換的電路利用率只有36%左右。因此，電路交換比較適用于信息量大、長(zhǎng)報(bào)文、恒定速率的語(yǔ)音用戶(hù)之間的通信。 電路交換經(jīng)歷了人工交換、機(jī)電式自動(dòng)交換、程控交換三個(gè)階段。,2、 多速率電路交換和快速電路交換,（1）多速率電路交換 電路交換建立的連接通路通常只有一種傳輸速率，例如64Kbit/s。為了適應(yīng)多種業(yè)務(wù)的需要，例如較高帶寬的業(yè)務(wù)，可以采用多速率電路交換，也就是將幾條連接捆綁起來(lái)供用戶(hù)使用。,雖然多速率電路交換可以根據(jù)業(yè)務(wù)需要提供不同的帶寬，但是其速率類(lèi)型極其有限，僅限于某個(gè)基本速率（例如8Kbit/s）的整數(shù)倍，無(wú)法滿(mǎn)足業(yè)務(wù)多樣性的需要，而且交換機(jī)的實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜，成本將顯

11、著增加，因而并沒(méi)有得到實(shí)際應(yīng)用。 （2）快速電路交換 為了克服電路交換固定分配帶寬的缺點(diǎn)，改善對(duì)不同業(yè)務(wù)需求的適應(yīng)性，在,1982年人們提出了快速電路交換技術(shù)，其基本思想是只在信息要求傳送時(shí)才分配帶寬和有關(guān)資源。在呼叫建立時(shí)，要求通路上的交換節(jié)點(diǎn)分配并“記憶”所需的帶寬和去向，但并不占用該帶寬，稱(chēng)為邏輯連接。當(dāng)用戶(hù)發(fā)送信息時(shí)，交換機(jī)才通過(guò)呼叫標(biāo)識(shí)確定并激活該邏輯連接，形成物理連接。,雖然快速電路交換提高了帶寬利用率，但控制復(fù)雜，時(shí)延和呼損比通常的電路交換大，靈活性又比不上下面所述的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，因此也未得到實(shí)際應(yīng)用。,二、 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換,由于電路交換的資源利用率低，不同類(lèi)型的用戶(hù)間不能直接

12、互通，靈活性差，所以又發(fā)展了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換分為報(bào)文交換和分組交換。下面分別加以討論。 1、報(bào)文交換 報(bào)文交換的基本思想就是“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”。當(dāng)用戶(hù)的報(bào)文到達(dá)交換機(jī)時(shí)，先將報(bào)文存儲(chǔ)在交換機(jī)的存儲(chǔ)器中,（內(nèi)存或外存），當(dāng)所需要的輸出電路有空閑時(shí)，再將該報(bào)文發(fā)向接收交換機(jī)或用戶(hù)終端。 在報(bào)文交換方式中是以報(bào)文為單位接收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)信息。為了準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，一份報(bào)文應(yīng)包括以下三個(gè)部分：,（1）報(bào)頭或標(biāo)題。它包括發(fā)信站地址、終點(diǎn)收信地址和其他輔助控制信息等。（2）報(bào)文正文。傳輸用戶(hù)信息。（3）報(bào)尾。表示報(bào)文的結(jié)束標(biāo)志，若報(bào)文長(zhǎng)度有規(guī)定，則可省去此標(biāo)志。 報(bào)文交換的基本過(guò)程 報(bào)文交換方式的

13、基本過(guò)程如圖4-6所示。,圖4-6 報(bào)文交換工作原理圖,報(bào)文交換的基本思想就是“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”。假定用戶(hù)甲有報(bào)文A, B和C要發(fā)往乙用戶(hù)時(shí)，甲用戶(hù)不需要先接通乙用戶(hù)之間的電路，而是先與連接甲的一中間節(jié)點(diǎn)（交換機(jī)）接通，將報(bào)文A，B和C先存儲(chǔ)下來(lái)；然后，分析報(bào)文提供的乙地址信息，根據(jù)地址信息接通下一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)后，將報(bào)文A，B和C轉(zhuǎn)發(fā)出去；如此進(jìn)行下去直到將數(shù)據(jù)報(bào)文A，B和C發(fā)往乙用戶(hù)。,報(bào)文交換的優(yōu)缺點(diǎn) 報(bào)文交換的主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）可使不同類(lèi)型的終端設(shè)備之間相互進(jìn)行通信。因?yàn)閳?bào)文交換機(jī)具有存儲(chǔ)和處理能力，可對(duì)輸入輸出電路上的速率和編碼格式進(jìn)行變換。（2）在報(bào)文交換的過(guò)程中沒(méi)有電路接續(xù)過(guò)程，來(lái)自不同用

14、戶(hù)的報(bào)文可以在同一條線(xiàn)路上以報(bào)文為單位實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路復(fù)用，線(xiàn)路可以以它的最高傳輸能力工作，大大提高了線(xiàn)路利用率。（3）用戶(hù)不需要叫通對(duì)方就,可以發(fā)送報(bào)文，所以無(wú)呼損，并可以節(jié)省通信終端操作人員的時(shí)間。同一報(bào)文可以由交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)到不同的收信地點(diǎn)。報(bào)文交換方式的主要缺點(diǎn)有：（1）信息的傳輸時(shí)延大，而且時(shí)延的變化也大。（2）要求報(bào)文交換機(jī)有高速處理能力，且緩沖存儲(chǔ)器容量大，因此交換機(jī)的設(shè)備費(fèi)用高。 可見(jiàn)，報(bào)文交換不利于實(shí)時(shí)通信，它適用于公眾電報(bào)和電子信箱業(yè)務(wù)。,2、分組交換,分組交換也稱(chēng)包交換，是以信息分發(fā)為目的，把從輸入端進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)按一定長(zhǎng)度分割成若干個(gè)數(shù)據(jù)段，這些,數(shù)據(jù)段叫做分組（或包），并且在每個(gè)

15、信息分組中增加信息頭及信息尾，表示該段信息的開(kāi)始及結(jié)束。此外還要加上地址域和控制域，用以表示這段信息的類(lèi)型和送往何處，還要加上錯(cuò)誤校驗(yàn)碼以檢驗(yàn)傳送中發(fā)生的錯(cuò)誤，然后由交換機(jī)根據(jù)每個(gè)分組的地址標(biāo)志，在網(wǎng)中以“存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)”的方式傳到目的地。最后去掉控制信息，將分組還原成發(fā)端文件，交給收信端用戶(hù)，這一過(guò)程稱(chēng)為分組交換。圖4-7為分組示意圖。,圖4-7 分組示意圖,雖然分組交換也采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，但是它和報(bào)文交換的不同之處在于：分組交換發(fā)送和接收的是由報(bào)文分割為若干較小的分組，而報(bào)文交換發(fā)送和接收的是整個(gè)報(bào)文。由于以較小的分組為單位進(jìn)行傳輸和交換，所以分組交換比報(bào)文交換的速度快。 1）分組交換的基本過(guò)

16、程,在分組交換方式中，分組是被交換處理和傳送處理的對(duì)象。但是，接入分組交換網(wǎng)的用戶(hù)終端有兩類(lèi)：分組型終端和非分組型終端（一般終端），前者能按照分組格式收發(fā)信息；后者必須在分組網(wǎng)內(nèi)配置具有分組裝拆功能的分組裝拆設(shè)備（PAD），使不同類(lèi)型的用戶(hù)終端可以互通。,圖4-8 分組交換的工作原理,分組交換的工作原理如圖4-8所示。假設(shè)分組交換網(wǎng)有3個(gè)交換節(jié)點(diǎn)（分組交換機(jī)1，2，3）。圖中畫(huà)出A，B，C，D 4個(gè)數(shù)據(jù)用戶(hù)終端，其中B和C為分組型終端，A和D為非分組型終端，即一般終端。分組型終端以分組的形式發(fā)送和接收信息，而一般終端發(fā)送和接收的是報(bào)文；所以報(bào)文要由分組拆裝設(shè)備PAD將其拆成若干個(gè)分組，以分組的

17、形式在,網(wǎng)中傳輸和交換；若接收終端為一般終端，則由PAD將若干個(gè)分組重新組裝成報(bào)文再送給一般終端。 圖4-8中存在兩個(gè)通信過(guò)程，分別是非分組型終端A和分組型終端C之間的通信，以及分組型終端B和非分組型終端D之間的通信。 非分組型終端A發(fā)出帶有接收端C地址的報(bào)文，分組交換機(jī)1將此報(bào)文拆成兩個(gè)分組，存入存儲(chǔ)器并進(jìn)行路由選擇，,決定將分組1C直接傳給分組交換機(jī)2，將分組2C先傳給分組交換機(jī)3，再由交換機(jī)3傳給分組交換機(jī)2。最后由分組交換機(jī)2將兩個(gè)分組排序后送給接收終端C。由于C是分組型終端，因此在交換機(jī)2中不必經(jīng)過(guò)PAD，直接將分組送給終端C。 圖中另一個(gè)通信過(guò)程是：分組型終端B發(fā)送的數(shù)據(jù)是分組，在

18、交換機(jī)3中不必經(jīng)過(guò)PAD。三個(gè)分組經(jīng)過(guò)相同路由,傳輸，由于接收終端為一般終端，所以在交換機(jī)2中由PAD將三個(gè)分組組裝成報(bào)文送給一般終端D。 2）分組交換工作方式 分組交換可提供數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路兩種工作方式。 （1）數(shù)據(jù)報(bào)方式,數(shù)據(jù)報(bào)中每一個(gè)分組都帶有完整的目的站地址，獨(dú)立地進(jìn)行路由選擇，同一終端送出的不同分組可以沿著不同的路徑到達(dá)終點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)終點(diǎn)，分組的順序可能不同于發(fā)端，需要重新排序。它的差錯(cuò)控制和流量控制由主機(jī)完成。 圖4-9為數(shù)據(jù)報(bào)方式原理圖。圖中假設(shè)分組網(wǎng)有6個(gè)節(jié)點(diǎn)16，有3個(gè)數(shù)據(jù)用戶(hù)站AC。假設(shè)A站有3個(gè)分組的報(bào)文要傳送到C站，先將分組1，2，3一連串地發(fā)給節(jié)點(diǎn)1，節(jié)點(diǎn)1在收到分組后，

19、,必須對(duì)每個(gè)分組進(jìn)行路由選擇。在分組1到來(lái)后，若節(jié)點(diǎn)1得知去節(jié)點(diǎn)2方向的分組隊(duì)列短于去節(jié)點(diǎn)4的，于是將分組1發(fā)往去節(jié)點(diǎn)2方向的隊(duì)列。若分組2也是如此，但對(duì)于分組3，節(jié)點(diǎn)1發(fā)現(xiàn)此刻去節(jié)點(diǎn)4的分組隊(duì)列最短，因此，將分組3發(fā)往去節(jié)點(diǎn)4的分組隊(duì)列中。在通往C站路徑的各節(jié)點(diǎn)上，都作類(lèi)似的處理。從圖中還可以看出，雖然每個(gè)分組都有同樣的終點(diǎn)地址，但并不遵循同一路由，因而它們的時(shí)延也不同。,圖4-9 數(shù)據(jù)報(bào)方式原理圖,數(shù)據(jù)報(bào)有以下特點(diǎn)：1）數(shù)據(jù)報(bào)傳送協(xié)議簡(jiǎn)單；2）數(shù)據(jù)報(bào)傳送不需建立連接；3）數(shù)據(jù)報(bào)分組到達(dá)終點(diǎn)的順序可能不同于發(fā)端，需重新排序；4）數(shù)據(jù)報(bào)各分組的傳輸時(shí)延差別可能較大。 （2）虛電路方式,虛電路方

20、式是兩個(gè)用戶(hù)終端設(shè)備在開(kāi)始互相傳輸數(shù)據(jù)之前必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建立一條邏輯上的連接（稱(chēng)為虛電路），一旦這種連接建立以后，用戶(hù)發(fā)送的數(shù)據(jù)（以分組為單位）將通過(guò)該路徑按順序通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送到終點(diǎn)。當(dāng)通信完成之后，用戶(hù)發(fā)出拆鏈請(qǐng)求，網(wǎng)絡(luò)拆除連接。,圖4-10為虛電路方式原理圖，它表示在虛電路建立階段每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)時(shí)邏輯信道忙閑情況，選擇一條空閑的邏輯信道，多段邏輯信道鏈接起來(lái)構(gòu)成一條端到端的虛電路。圖4-25中數(shù)據(jù)終端站點(diǎn)A與數(shù)據(jù)用戶(hù)站點(diǎn)B建立的虛電路在節(jié)點(diǎn)1與節(jié)點(diǎn)2之間使用邏輯信道1，在節(jié)點(diǎn)2與節(jié)點(diǎn)3之間使用邏輯信道2，在節(jié)點(diǎn)3與節(jié)點(diǎn)4之間使用邏輯信道4。,虛電路的特點(diǎn)如下：1）一次通信具有呼叫建立、數(shù)據(jù)傳輸

21、和呼叫清除3個(gè)階段，對(duì)于數(shù)據(jù)量較大的通信，傳輸效率高；2）收發(fā)之間的路由在數(shù)據(jù)傳送之前已被決定，不必為每個(gè)分組選擇路由，分組只根 據(jù)虛電路號(hào)就可在網(wǎng)中傳輸；3）分組按次序到達(dá)接收端，終點(diǎn)不需對(duì)分組重新排序；4）差錯(cuò)控制與流量控制由網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)。,圖4-10 虛電路方式原理圖,分組交換的優(yōu)缺點(diǎn) 分組交換的主要優(yōu)點(diǎn)有：1）線(xiàn)路利用率高。分組交換以虛電路的形式進(jìn)行信道的多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)資源共享，可在一條物理線(xiàn)路上提供多條邏輯信道，極大地提高線(xiàn)路的利用率。這是分組交換的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。2）不同種類(lèi)的終端可以相互通信。分組網(wǎng)以X.25協(xié)議向用戶(hù)提供標(biāo)準(zhǔn)接口，數(shù)據(jù)以分組為單位在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，使不同速率終端,不同

22、協(xié)議的設(shè)備經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提供的協(xié)議變換功能后實(shí)現(xiàn)互相通信。3）信息傳輸可靠性高。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)分組進(jìn)行傳輸時(shí)，在節(jié)點(diǎn)交換機(jī)之間采用差錯(cuò)校驗(yàn)與重發(fā)的功能，因而在網(wǎng)絡(luò)中傳送的誤碼率大大降低。而且在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中的路由機(jī)制會(huì)使分組自動(dòng)地選擇一條新的路由避開(kāi)故障點(diǎn)，不會(huì)造成通信中斷。4）分組多路通信。由于每個(gè)分組都包含有控制信息，所以,分組型終端可以同時(shí)與多個(gè)用戶(hù)終端進(jìn)行通信，可把同一信息發(fā)送到不同用戶(hù)。5）計(jì)費(fèi)與傳輸距離無(wú)關(guān)。網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)按時(shí)長(zhǎng)、信息量計(jì)費(fèi)，與傳輸距離無(wú)關(guān)，特別適合那些非實(shí)時(shí)性而通信量不大的用戶(hù)。 分組交換的主要缺點(diǎn)有：1）信息傳輸效率較低。實(shí)現(xiàn)分組交換傳輸，由于網(wǎng)絡(luò)附加的傳輸控制信息較

23、多，特別是對(duì)較長(zhǎng)的報(bào)文來(lái)說(shuō)，分組交換的信息傳輸效率不如電路交換高。,2）實(shí)現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜。分組交換機(jī)要對(duì)各種類(lèi)型的“分組”進(jìn)行分析處理，所需實(shí)現(xiàn)設(shè)備比較復(fù)雜。3）信息傳輸時(shí)延大。由于分組信息在傳輸過(guò)程中需要排隊(duì)等待，其時(shí)延是隨機(jī)的，因而分組交換的時(shí)延比電路交換的時(shí)延大很多。,3、快速分組交換幀中繼,早期的分組交換均采用逐段鏈路的差錯(cuò)控制和流量控制，數(shù)據(jù)幀傳送出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)可以重發(fā)，傳送質(zhì)量有保證，可靠性高。但由于協(xié)議和控制復(fù)雜，信息傳送時(shí)延長(zhǎng)，只能用于非實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 快速分組交換（fast packet switching，F(xiàn)PS）的思想是盡量簡(jiǎn)化協(xié)議，使其只包含最基本的核心網(wǎng)絡(luò),功能。此時(shí)網(wǎng)絡(luò)不

24、再提供差錯(cuò)校正功而將此功能交由終端去完成，以實(shí)現(xiàn)高速、高吞吐量、低時(shí)延的交換傳送。典型的快速分組交換方式就是幀中繼（Frame Relay，F(xiàn)R）。 傳統(tǒng)分組交換包含物理層、鏈路層和分組層三層，對(duì)應(yīng)于OSI七層結(jié)構(gòu)的下三層，每一層都有其特定的功能。其中分組層傳送的數(shù)據(jù)單元稱(chēng)為分組，鏈路層傳送的數(shù)據(jù)單元稱(chēng)為幀。,幀中繼技術(shù)是分組交換的升級(jí)技術(shù)，它取消了分組層，是在OSI第二層上用簡(jiǎn)化的方法傳送和交換數(shù)據(jù)單元的一種技術(shù)。幀中繼交換機(jī)僅完成物理層和數(shù)據(jù)鏈路層核心層的功能，將流量控制、糾錯(cuò)控制等留給終端去完成，幀中繼的功能就好像是為數(shù)據(jù)幀的傳送提供了一條透明的中繼通路，由此得名為幀中繼。幀中繼技術(shù)大大

25、簡(jiǎn)化了節(jié)點(diǎn)機(jī)之間的協(xié)議，縮短了傳輸時(shí)延，提高了傳輸效率,4、ATM交換,ATM是異步轉(zhuǎn)移模式（Asynchronous Transfer Mode）的英文縮寫(xiě)，是在分組交換技術(shù)上發(fā)展起來(lái)的快速分組交換技術(shù)，被認(rèn)為是目前已知的一種最適合于寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）的交換方式。 ATM交換可以說(shuō)是快速分組交換和快速電路交換的結(jié)合。首先它是一種快速分組交換技術(shù)，但是和幀中繼不同的是,幀中繼的幀長(zhǎng)是可變的，ATM交換的數(shù)據(jù)單元長(zhǎng)度是固定的，稱(chēng)為信元（cell)。實(shí)際上信元就是長(zhǎng)度固定為53個(gè)字節(jié)的短分組，其中開(kāi)頭5個(gè)字節(jié)稱(chēng)為信頭（header)，放置信元本身的控制信息。其余48個(gè)字節(jié)稱(chēng)為凈荷

26、(payload)，即用戶(hù)需傳送的具體信息，信息類(lèi)型可以是語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)、文本等任意形式，也就是說(shuō)，信元是所有媒體信息的統(tǒng)一載體。,ATM交換是信元中繼，屬于虛電路交換方式，在傳送信息之前必須先建立虛連接。,ATM的異步交換原理,在討論ATM交換技術(shù)時(shí)，首先回顧異步時(shí)分復(fù)用(統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用）的原理，再介紹ATM的異步交換原理。 1、異步時(shí)分復(fù)用 傳統(tǒng)的以電路交換為基礎(chǔ)的傳遞模式中，常采用時(shí)分復(fù)用（TDM）技術(shù)，其基本方法是將時(shí)間按一定的周期分成若干個(gè)時(shí)隙。每個(gè)時(shí)隙攜帶用戶(hù)數(shù)據(jù)。,在連接建立后，用戶(hù)會(huì)固定地占用每幀中固定的一個(gè)或若干個(gè)時(shí)隙，直到相應(yīng)的連接被拆除為止。而在接收端，則從固定的時(shí)隙中提

27、取出用戶(hù)數(shù)據(jù)。如圖4-11所示，某一用戶(hù)在建立連接時(shí)，由網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將第2時(shí)隙分配給它，在通信過(guò)程中，它始終占用該時(shí)隙，而接收方每次只要從每幀的第2時(shí)隙中提取出數(shù)據(jù)就能保證收發(fā)雙方間數(shù)據(jù)通信的正確。,換句話(huà)說(shuō)，收發(fā)雙方的同步是通過(guò)固定時(shí)隙來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，稱(chēng)這種時(shí)分復(fù)用技術(shù)為同步時(shí)分復(fù)用（STDM）。,圖4-11 同步時(shí)分復(fù)用,在異步時(shí)分復(fù)用中，用戶(hù)的數(shù)據(jù)不再固定占用各幀中某一個(gè)或若干個(gè)時(shí)隙，而是根據(jù)用戶(hù)的請(qǐng)求和網(wǎng)絡(luò)資源的情況，由網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。在接收端，也不再是按固定的時(shí)隙關(guān)系來(lái)提取相應(yīng)用戶(hù)數(shù)據(jù)，而是根據(jù)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中本身所攜帶的目的地信息來(lái)接收數(shù)據(jù)。在異步時(shí)分復(fù)用中，由于用戶(hù)數(shù)據(jù)并不固定地占

28、用某一時(shí)隙，而是具有一定的隨機(jī)性。因此，異步時(shí)分復(fù)用也稱(chēng)為統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用。,在圖4-12中，某一用戶(hù)在建立連接后，數(shù)據(jù)在第1幀中占用的是第2時(shí)隙，而在第K幀中則占用了第3時(shí)隙和第n-1時(shí)隙。由于在異步時(shí)分復(fù)用中，用戶(hù)數(shù),據(jù)不再固定占用某一個(gè)或若干個(gè)時(shí)隙。因此，其對(duì)帶寬資源的占用是動(dòng)態(tài)的，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)量少或無(wú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，可以將帶寬資源供其他用戶(hù)使用，從而有效地利用帶寬資源。若某一用戶(hù)出現(xiàn)突發(fā)性數(shù)據(jù)時(shí)，又可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分配相應(yīng)數(shù)量的時(shí)隙，以減少時(shí)延和避免不必要的數(shù)據(jù)丟失。,與同步時(shí)分復(fù)用技術(shù)比較，異步時(shí)分復(fù)用十分適用于突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，但其同步操作和實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜。,圖4-12異步時(shí)分復(fù)用,A

29、TM交換的特點(diǎn),在ATM網(wǎng)中，ATM交換機(jī)占據(jù)核心位置，ATM交換技術(shù)是一種融合了電路交換方式和分組交換方式的優(yōu)點(diǎn)而形成的新型交換技術(shù)，它具有以下主要特點(diǎn)。 1、ATM交換是以信元為單位進(jìn)行交換，且采用硬件進(jìn)行交換處理，提高了交換機(jī)的處理能力。ATM交換能支持高速、高吞吐量和高服務(wù)質(zhì)量的信息交換,能提供靈活的帶寬分配，適應(yīng)從很低速率到很高速率的綜合業(yè)務(wù)交換的要求。 2、ATM交換簡(jiǎn)化了分組交換中許多通信規(guī)程，去掉了差錯(cuò)控制和流量控制等功能，可節(jié)約開(kāi)銷(xiāo)，增加了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。 3、ATM交換采用類(lèi)似于電路交換的呼叫連接控制方式。在呼叫建立時(shí)，交換機(jī)為用戶(hù)在發(fā)送端和接收端之間建立起,虛電路，減少了信

30、元傳輸處理時(shí)延，保證了交換的實(shí)時(shí)性。 4、ATM交換的缺點(diǎn)是其技術(shù)過(guò)于復(fù)雜，協(xié)議的復(fù)雜性造成了ATM系統(tǒng)研制、配置、管理、故障定位的難度，使其推廣受到極大的限制。 表4-1列出了幾種常用交換技術(shù)的比較。,表4. 1 幾種常用交換技術(shù)的比較,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。 交換技術(shù)有：網(wǎng)絡(luò)分段技術(shù)、局域網(wǎng)交換技術(shù)、路由器、高級(jí)路由器。,4.1.4 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用的交換技術(shù),開(kāi)放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型(書(shū)146-148）,OSI參考模型如圖4-13所示，共有七層。,圖4-13 ISO的OSI參考模型,1、物理層（Physical Layer） 物理層是設(shè)備之間的物理接口，規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)

31、械、電氣、功能和規(guī)程特性，以便在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體之間建立、保持和拆除物理連接。數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體通過(guò)接口將信息傳遞給物理層，在物理層提供的協(xié)議介質(zhì)接口和功能的共同作用下，將接收的比特流按位串行傳輸?shù)捻樞蛲ㄟ^(guò)物理介質(zhì)傳送到另一個(gè)數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體。,2、數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link Layer） 數(shù)據(jù)鏈路層是OSI參考模型的第二層，其主要任務(wù)是通過(guò)一定數(shù)據(jù)單元格式及誤碼控制方法來(lái)保證信息以幀為單位在鏈路上可靠傳送。為此該層在鏈路上要進(jìn)行差錯(cuò)控制、流量控制和順序控制，處理接收方發(fā)回的確認(rèn)幀，識(shí)別和產(chǎn)生幀的邊界，對(duì)檢測(cè)出有差錯(cuò)的幀要求進(jìn)行重發(fā)。,3、網(wǎng)絡(luò)層（Network Layer） 網(wǎng)絡(luò)層是OSI參考模

32、型的第三層，它為兩傳輸層實(shí)體之間提供建立、保持和拆除網(wǎng)絡(luò)連接的手段，提供透明的數(shù)據(jù)傳輸。網(wǎng)絡(luò)層檢查網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，以決定傳輸報(bào)文的最佳路由，其關(guān)鍵問(wèn)題是確定數(shù)據(jù)包從源端到目的端如何選擇路由。作為通信子網(wǎng)的最高層，網(wǎng)絡(luò)層控制著通信子網(wǎng)的運(yùn)行。,4、傳輸層（Transport Layer） 傳輸層是OSI參考模型的第四層。傳輸層及其以上各層協(xié)議一般統(tǒng)稱(chēng)為高層協(xié)議，它是通信子網(wǎng)與上面三層之間的接口，傳輸層的基本功能是從會(huì)話(huà)層接收數(shù)據(jù)，并且在必要的時(shí)候把它分成較小的單元，傳遞給網(wǎng)絡(luò)層，并確保到達(dá)對(duì)方的各段信息正確無(wú)誤。,5、會(huì)話(huà)層（Session Layer） 會(huì)話(huà)層是OSI參考模型的第五層。“會(huì)話(huà)”的意思

33、是指在兩個(gè)不同系統(tǒng)的端機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用進(jìn)程之間通過(guò)連接進(jìn)行的對(duì)話(huà)。所以會(huì)話(huà)層的主要功能是建立和保持兩個(gè)表示層實(shí)體進(jìn)程之間對(duì)話(huà)的連接，并管理它們之間的數(shù)據(jù)交換、保證按順序發(fā)送它們數(shù)據(jù)的要求，并給出確切回答，直到其中會(huì)話(huà)一方釋放為止。,6、表示層（Presentation Layer） 表示層是OSI參考模型的第六層。表示層提供一套格式化的服務(wù)，如不同信息格式和編碼之間的轉(zhuǎn)換，文本壓縮與恢復(fù)、數(shù)據(jù)加密與解密、代碼轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的格式化、語(yǔ)法的選擇等。表示層關(guān)注所傳輸信息的語(yǔ)法和意義，它把來(lái)自應(yīng)用層與計(jì)算機(jī)有關(guān)的數(shù)據(jù)格式處理成與計(jì)算機(jī)無(wú)關(guān)的格式。,7、應(yīng)用層（Application Layer） 應(yīng)用層是

34、OSI參考模型的最高層，直接為用戶(hù)服務(wù)。應(yīng)用層包含大量人們普遍需要的協(xié)議，并且具有文件傳輸功能。其任務(wù)是顯示接收到的信息，把用戶(hù)的新數(shù)據(jù)發(fā)送到低層。,OSI 7層模型中的主要功能分布,OSI與節(jié)點(diǎn)交換技術(shù),掌握各種交換技術(shù)對(duì)應(yīng)在OSI模型中的哪一層中完成功能。 書(shū)154-155,4.2 光纖通信 技術(shù) 基本概念,光導(dǎo)纖維簡(jiǎn)稱(chēng)光纖。所謂光通信就是利用光波來(lái)載送信息，實(shí)現(xiàn)通信的目的。光纖通信是以光波為載波，以光導(dǎo)纖維為傳輸媒質(zhì)的一種通信方式。 由于光纖通信具有一系列優(yōu)異的特性，近年來(lái)，光纖通信技術(shù)發(fā)展速度之快，應(yīng)用面之廣是通信史上罕見(jiàn)的。它,是世界新技術(shù)革命的重要標(biāo)志，也是信息社會(huì)中各種信息網(wǎng)的主

35、要傳輸工具。 1、光纖通信的發(fā)展歷程 光波是人們最熟悉的電磁波，其波長(zhǎng)在微米級(jí)、頻率為數(shù)量級(jí)、由圖4-14電磁波譜中可以看出，紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)均屬于光波的范疇。目前光纖通信使用的波長(zhǎng)范圍是在近紅外區(qū)內(nèi)，即波長(zhǎng)為0.81.8um，可分為短波長(zhǎng)波段和長(zhǎng)波長(zhǎng)波段。短波長(zhǎng)波段是指波長(zhǎng)為0.8um，長(zhǎng)波長(zhǎng)波段是指1.31um和1.55um，這是目前所采用的三個(gè)通信窗口。,圖4-14 電磁波譜,以光波來(lái)傳遞信息，首先需要將待傳送的信息變換成光波進(jìn)行傳播，在收端再將光波反變換，恢復(fù)出傳遞的原始信息。圖4-15所示為光通信系統(tǒng)的基本組成框圖。,4-15 光通信系統(tǒng)組成框圖,現(xiàn)在以聲音信號(hào)為例來(lái)說(shuō)明圖4-

36、15中光通信系統(tǒng)各部分的作用。聲音信號(hào)（聲音的強(qiáng)弱）首先經(jīng)過(guò)電端機(jī)變換為電信號(hào)（電壓或電流的強(qiáng)弱），然后將此電信號(hào)送到光終端中去，通過(guò)光電轉(zhuǎn)換變成光信號(hào)，并通過(guò)傳輸媒質(zhì)將這個(gè)光信號(hào)傳送到遠(yuǎn)方；在收端，通過(guò)光終端將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，然后通過(guò)電終端將電信號(hào)還原成聲音信號(hào)，實(shí)現(xiàn)以光傳輸?shù)碾p方通話(huà)。由于光通信中光信號(hào)經(jīng)過(guò)一定距離的傳輸后不可避免地會(huì)有所衰減或失真，所以,傳輸過(guò)程中需要有一“加油站”對(duì)光信號(hào)進(jìn)行整形或處理，這一“加油站”就是圖4-15中的中繼器。,2、光纖通信的特點(diǎn) 光纖通信與電通信方式的主要差異有兩點(diǎn)：一是用光頻作為載頻傳輸信號(hào)，二是用光導(dǎo)纖維構(gòu)成光纜作為傳輸線(xiàn)路。因此，在光纖通信中

37、起主導(dǎo)作用的是產(chǎn)生光波的激光器和傳輸光波的光導(dǎo)纖維。,具有以下突出優(yōu)點(diǎn)。 1）傳輸頻帶很寬，通信容量大。,2）中繼距離長(zhǎng)。,3）抗電磁干擾。,4）保密性好，無(wú)串話(huà)干擾。,5）節(jié)約有色金屬和原材料。現(xiàn)有的電話(huà)線(xiàn)或電纜是由銅、鋁、鉛等金屬材料制成的，但從目前的地質(zhì)調(diào)查情況來(lái)看，世界上銅的儲(chǔ)藏量不多，有人估計(jì)，按現(xiàn)在的開(kāi)采速度只能再開(kāi)采50年左右。而光纖的材料主要是石英（二氧化硅），地球上是取之不盡用之不竭的，并且很少的原,材料就可拉制出很長(zhǎng)的光纖。 6）線(xiàn)徑細(xì)，重量輕。,當(dāng)然，光纖本身也有缺點(diǎn)，如光纖質(zhì)地脆、機(jī)械強(qiáng)度低；要求比較好的切斷、連接技術(shù)；分路、耦合比較麻煩等。但這些問(wèn)題隨著技術(shù)的不斷發(fā)展

38、，都是可以克服的。,3、光纖的傳輸特性 損耗特性和色散特性是光纖的兩個(gè)主要傳輸特性。下面分別進(jìn)行討論。 （1）光纖的損耗 光波在光纖中傳輸，隨著傳輸距離的增加而光功率逐漸下降，這就是光纖的傳輸損耗。光纖每單位長(zhǎng)度的損耗，直接關(guān)系到光纖通信系統(tǒng)傳輸距離的長(zhǎng)短。 光纖自身的損耗大致包括兩類(lèi)：吸收損耗和散射損耗。,吸收損耗是光波通過(guò)光纖材料時(shí)，有一部分光能變成熱能，造成光功率的損失。 所謂散射，是指光通過(guò)密度或折射率等不均勻的物質(zhì)時(shí)，除了在光的傳播方向以外，在其它方向也可以看到光，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光的散射。,（2）光纖的色散 光纖色散是光纖通信的另一個(gè)重要特性，簡(jiǎn)單地說(shuō)，光纖的色散就是由于光纖中光信號(hào)中

39、的不同頻率成分或不同的模式，在光纖中傳輸時(shí)，由于速度的不同而使得傳播時(shí)間不同，因此造成光信號(hào)中不同頻率成分或不同模式到達(dá)光纖終端有先有后，從而產(chǎn)生波形畸變的一種現(xiàn)象。,4、光纖通信的應(yīng)用,4.2.2數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成 1、發(fā)射和接收 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)與一般通信系統(tǒng)相似，它由發(fā)送設(shè)備、傳輸信道和接收設(shè)備三大部分構(gòu)成，如圖4-16所示。,圖4-16 光纖通信系統(tǒng)組成框圖,實(shí)用數(shù)字光纖通信系統(tǒng)都采用數(shù)字編碼、強(qiáng)度調(diào)制直接檢波方式（IM/DDIntensity Modulation/Direct Detection）。強(qiáng)度調(diào)制是利用數(shù)字電脈沖信號(hào)直接調(diào)制光源的光強(qiáng)度或光功率，使光強(qiáng)度與數(shù)字電脈沖信

40、號(hào)電流成線(xiàn)性變化。直接檢波是把光脈沖信號(hào)通過(guò)光接收機(jī)還原成數(shù)字電脈沖信號(hào)。 什么是調(diào)制？調(diào)制的作用？ 什么是基帶信號(hào)？什么是已調(diào)信號(hào)？,圖4-16中，要傳輸?shù)男畔⑹紫冗M(jìn)入電發(fā)射機(jī)，電發(fā)射端機(jī)的作用是對(duì)來(lái)信息進(jìn)行處理以便用于發(fā)送信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的形式，并進(jìn)行調(diào)制和多路復(fù)用。然后，信號(hào)發(fā)送至光發(fā)射機(jī)，光發(fā)射機(jī)（包括激光器LD或發(fā)光二極管LED）將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光的形式并且這些光信號(hào)在光纖中傳輸。在接收端，光接收機(jī)（包括光電檢測(cè)器PIN）的作用是實(shí)現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換，即把來(lái)自光纖的光信號(hào)還原成電信號(hào)，經(jīng)放大、整形、再生恢復(fù)原形，最后電接收端機(jī),完成對(duì)這些電信號(hào)的處理，從中提取出信息并以可用的形式（音頻、視頻

41、或數(shù)據(jù)輸出）來(lái)表示信息。 對(duì)于長(zhǎng)距離的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)，還需要中繼器，其作用是將經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離光纖衰減和畸變后的微弱光信號(hào)放大、整形、再生成具有一定強(qiáng)度的光信號(hào)，繼續(xù)送向前方以保證良好的通信質(zhì)量。目前的中繼器都采用光一電一光形式，即將接收到的光信號(hào)，用光電檢測(cè)器變換為電信號(hào)，經(jīng)放大、整形、再生后再調(diào)制成光信號(hào)重新發(fā)出 。,2、基本光纖傳輸系統(tǒng) 光發(fā)射機(jī)、光纜和光接收機(jī)構(gòu)成了光纖通信系統(tǒng)的三大主要部分。光端機(jī)指光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)。下面主要介紹其基本組成結(jié)構(gòu)及作用。 （1）光發(fā)射機(jī) 光發(fā)射機(jī)的功能是把輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并用耦合技術(shù)把光信號(hào)最大限度地注入光纖線(xiàn)路 光發(fā)射機(jī)由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成

42、。,光發(fā)射機(jī)的核心是產(chǎn)生激光或熒光的光源，它是組成光纖通信系統(tǒng)的重要器件。它的作用是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)。光纖通信中常用的光源器件有半導(dǎo)體激光器 （LD）和半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）兩種。,圖 光源實(shí)例圖,直接調(diào)制：書(shū)158 外調(diào)制：書(shū)158,（2）光纖線(xiàn)路 光纖線(xiàn)路的功能是把來(lái)自光發(fā)射機(jī)的光信號(hào)，以近可能小的畸變（失真）和衰減傳輸?shù)焦饨邮諜C(jī)。光纖線(xiàn)路由光纖、光纖接頭 和光纖連接器組成。 光纖線(xiàn)路的性能主要由攬內(nèi)光纖的傳輸特性決定。對(duì)光纖的基本要求是損耗和色散這兩個(gè)傳輸特性參數(shù)要近可能地小，而且有足夠好的機(jī)械特性和環(huán)境特性。 目前使用的石英光纖有多模光纖和單模光纖，單模光纖的傳輸特性比多模光纖

43、好，價(jià)格比多模光纖便宜，因而得到廣泛的應(yīng)用。,（3）光接收機(jī) 光接收機(jī)的功能是把從光纖線(xiàn)路輸出、產(chǎn)生畸變和衰減的微弱光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并經(jīng)放大和處理后恢復(fù)成發(fā)射前的電信號(hào)。 光接收機(jī)由光檢測(cè)器、放大器和相關(guān)電路組成，光檢測(cè)器是光接收機(jī)的核心。 對(duì)光檢測(cè)器的要求是響應(yīng)度高、噪聲低和響應(yīng)速度快。 光接收機(jī)中實(shí)現(xiàn)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件稱(chēng)為光電檢測(cè)器。,目前數(shù)字光纖通信中常用的光檢測(cè)器主要有PIN光電二極管和雪崩光電二極管（ APD）。下圖為各種光電檢測(cè)器實(shí)例圖,光電檢測(cè)器,圖 為各種光電檢測(cè)器實(shí)例圖,光接收機(jī)是光纖通信系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。目前實(shí)用的光纖通信系統(tǒng)，在絕大多數(shù)情況下，所傳的是

44、數(shù)字信號(hào)（少數(shù)情況傳模擬信號(hào)，如傳電視信號(hào)的系統(tǒng)）。當(dāng)前廣泛使用的強(qiáng)度調(diào)制直接檢波系統(tǒng)中數(shù)字光接收機(jī)的組成框圖如圖4-17所示。,圖4-17 數(shù)字光接收機(jī)組成框圖,光信號(hào)傳送到接收端，通過(guò)光電檢測(cè)器的光/電作用變成電信號(hào)，再送入前置放大器放大。之所以稱(chēng)為前置放大器，是指該放大器與光電檢測(cè)器緊相連。前置放大器應(yīng)具有低噪聲、高增益和足夠的帶寬特性，這樣才能得到較大的信噪比。前置放大器的輸出，一般為毫伏數(shù)量級(jí)。主放大器提供足夠的增益并受自動(dòng)增益控制電路（AGC）的控制，對(duì)信號(hào)做進(jìn)一步的放大。經(jīng)傳輸和放大后失真的信號(hào)由均衡器補(bǔ)償，減少波形失真，以滿(mǎn)足判決器再生信號(hào)的要求。,圖 光端機(jī)實(shí)例圖,4.2.3

45、 光纖通信網(wǎng)絡(luò)分類(lèi)（填空）,1、按主要性能分 （1）按網(wǎng)的覆蓋范圍大小分類(lèi) 可分為：寬域網(wǎng)、城域網(wǎng)和局域網(wǎng)。 （2）按通信業(yè)務(wù)分 可分為：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) （3）按網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率為 可分為：低速網(wǎng)、中速網(wǎng)和高速網(wǎng)。,2、按技術(shù)特征分 （1）按網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類(lèi) 可分為：總線(xiàn)型、環(huán)型、樹(shù)型以及組合。 （2）按介質(zhì)接入控制子層 基本的復(fù)接方式分：有時(shí)分、波分（頻分）、空分和碼分4種。 基本的交換方式有：電路交換、分組交換和ATM交換，也可以采用混合交換。 （3）按技術(shù)體制為 可分為準(zhǔn)同步數(shù)字（PDH)光傳輸網(wǎng)絡(luò)和同步數(shù)字（SDH)光傳輸網(wǎng)絡(luò),PDH網(wǎng)絡(luò)可分為基群、二次群、三次群、四次群和五次

46、群 SDH網(wǎng)絡(luò)可分為STM-1、STM-4、STM-16 、STM-64,4.2.4 光纖接入網(wǎng)技術(shù),1、光纖接入網(wǎng)概述 接入網(wǎng)是指本地交換機(jī)與用戶(hù)設(shè)備之間的實(shí)施網(wǎng)路，也稱(chēng)為用戶(hù)網(wǎng)或本地網(wǎng)。 接入網(wǎng)定義為本地交換端局與用戶(hù)設(shè)備之間的實(shí)施習(xí)題。 光纖接入網(wǎng)是指在接入網(wǎng)中用光纖作為主要傳輸介質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)信息傳送的網(wǎng)絡(luò)。 光纖接入網(wǎng)主要包括光線(xiàn)路中斷、光分配網(wǎng)、光網(wǎng)絡(luò)單元以及接入功能塊；接口包括網(wǎng)絡(luò)管理接口及用戶(hù)與網(wǎng)絡(luò)間接口。,2、光同步數(shù)字傳輸網(wǎng) 光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)是由一些SDH網(wǎng)絡(luò)單元（NE）組成，在信道上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的網(wǎng)絡(luò)。,目前實(shí)際應(yīng)用的基本網(wǎng)絡(luò)單元有四種，即終端復(fù)用器（

47、TM）、分插復(fù)用器（ADM）、再生中繼器 （REG）和SDH數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）。,光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)有一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口（NNI)，即要規(guī)范統(tǒng)一的接口速率和信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)。 SDH的速率 SDH具有統(tǒng)一規(guī)范的速率。SDH信號(hào)以同步傳輸模塊（STM）的形式傳送。SDH信號(hào)最基本的同步傳輸模塊是STM-1，其速率為155.520 Mbit/s。更高等級(jí)的STM- N信號(hào)是將STM-1經(jīng)字節(jié)間插同步復(fù)接而成。其中，N是正整數(shù)。目前SDH僅支持N=1，4，16，64。,ITU-T G.707建議規(guī)范的SDH標(biāo)準(zhǔn)速率如表4-2所示。,表4-2 SDH標(biāo)準(zhǔn)速率,幀結(jié)構(gòu) STM-N信號(hào)幀結(jié)構(gòu)的安排

48、應(yīng)盡可能使支路低速信號(hào)在一幀內(nèi)均勻地、有規(guī)律的分布。這樣便于實(shí)現(xiàn)支路信號(hào)的同步復(fù)用、交叉連接（DXC）、分/插和交換，也即為了方便從高速信號(hào)中直接上/下低速支路信號(hào)。 鑒于此，ITU-T規(guī)定了STM-N的幀是以字節(jié)（8bit）為單位的矩形塊狀的幀結(jié)構(gòu)，如圖4-18所示。,圖4-18 SDH幀結(jié)構(gòu),從上圖可以看出STM-N的信號(hào)是9行270N列的幀結(jié)構(gòu)。此處的N與STM-N的N相一致，取值范圍為1，4，16，64。表示此信號(hào)由N個(gè)STM-1 信號(hào)通過(guò)字節(jié)間插復(fù)用而成。由此可知，STM-1信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)是9行270列的塊狀幀，由上圖可以看出，當(dāng)N個(gè)STM-1信號(hào)通過(guò)字節(jié)間插復(fù)用成STM-N信號(hào)時(shí)，僅

49、僅是將STM-1信號(hào)的列按字節(jié)間插復(fù)用，行數(shù)恒定為9行。,SDH信號(hào)幀傳輸?shù)脑瓌t是：幀結(jié)構(gòu)中的字節(jié)（8bit）從左到右，從上到下一個(gè)字節(jié)一個(gè)字節(jié)（一個(gè)比特一個(gè)比特）的傳輸，傳完一行再傳下一行，傳完一幀再傳下一幀。 ITU-T規(guī)定對(duì)于任何級(jí)別的STM等級(jí)，幀頻是8000幀/秒（即每秒傳送8000幀），也就是幀長(zhǎng)或幀周期恒定為125s。 從圖4-18可以看出，STM-N的幀結(jié)構(gòu)由3部分組成：段開(kāi)銷(xiāo)（SOH），包括,再生段開(kāi)銷(xiāo)（RSOH）和復(fù)用段開(kāi)銷(xiāo)（MSOH）；管理單元指針（AU-PTR）；信息凈負(fù)荷（payload）區(qū)域。,3、光纖通信中的復(fù)用技術(shù),光纖通信中的復(fù)用技術(shù)有光波波分復(fù)用、光頻分復(fù)用

50、、時(shí)分復(fù)用以及副載波復(fù)用。 書(shū)161,4.3 衛(wèi)星通信技術(shù),一、基本概念 1、衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信是在微波接力通信和航天技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門(mén)新興的通信技術(shù)。它是微波接力通信向太空的延伸，采用的是微波頻段。衛(wèi)星通信是指利用人造衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，在多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。由于作為中繼站的衛(wèi)星離地面很高，所以經(jīng)過(guò),一次中繼轉(zhuǎn)接之后即可進(jìn)行長(zhǎng)距離的通信。 用于實(shí)現(xiàn)通信目的的人造地球衛(wèi)星被稱(chēng)為通信衛(wèi)星。通信衛(wèi)星按結(jié)構(gòu)劃分可分為無(wú)源衛(wèi)星和有源衛(wèi)星。無(wú)源衛(wèi)星只能反射無(wú)線(xiàn)電信號(hào)，現(xiàn)在已被淘汰。有源衛(wèi)星是指衛(wèi)星上裝有電子設(shè)備，可將接收到的地球站信號(hào)進(jìn)行放大、頻率變換等項(xiàng)處理，再將其發(fā)送回地面，它

51、是一種有增益的、可部分補(bǔ)償傳播損耗的中繼站。,按衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)軌道劃分，通信衛(wèi)星又分為靜止衛(wèi)星（同步衛(wèi)星）和運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星（非同步衛(wèi)星）。所謂靜止衛(wèi)星就是指發(fā)射到赤道上空35860km附近圓形軌道上的衛(wèi)星，其運(yùn)動(dòng)方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致，并且繞地球一周的時(shí)間恰好24小時(shí)，與地球自轉(zhuǎn)周期相同，因而從地球看過(guò)去，如同靜止一般，固而稱(chēng)為靜止衛(wèi)星。,圖4-19 同步通信衛(wèi)星,衛(wèi)星通信的特點(diǎn) 1）通信距離遠(yuǎn)，通信成本與距離無(wú)關(guān) 如果采用地球靜止衛(wèi)星，只要3顆就可以基本實(shí)現(xiàn)全球的覆蓋。,2）以廣播方式工作，便于實(shí)現(xiàn)多址聯(lián)接,3）通信容量大 4）性能穩(wěn)定可靠,正是由于衛(wèi)星通信與其他通信手段相比有上述一些突出的優(yōu)點(diǎn)，僅僅

52、經(jīng)過(guò)30年的時(shí)間，便得到了迅速的發(fā)展。目前，它已成為現(xiàn)代化通信的一種重要手段。,4.3.2通信衛(wèi)星的組成 一個(gè)通信衛(wèi)星星上系統(tǒng)由控制分系統(tǒng)、衛(wèi)星通信分系統(tǒng)、遙測(cè)指令分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、溫控分系統(tǒng)等組成。,地球站 地球站是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要組成部分。它的作用有兩個(gè)，一是向衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)；二是接收經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的、來(lái)自其他地球站的信號(hào)。 按照安裝方式及規(guī)模不同，地球站可分為固定站、移動(dòng)站和可拆卸站?？刹鹦墩臼侵冈诙虝r(shí)間內(nèi)能夠拆卸并改變地點(diǎn)的站。按照用途不同，地球站又可分為民用、軍用、廣播、航海、氣象、,通信、探測(cè)等多種地球站。,4.3.3 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng) 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)是指借助通信衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)作用完成的移動(dòng)通信。在衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)中，衛(wèi)星相當(dāng)于地面移動(dòng)通信系統(tǒng)的基站，起著轉(zhuǎn)發(fā)信息的作用。由于衛(wèi)星高高在上，因而它的覆蓋范圍很大。利用衛(wèi)星來(lái)解決人煙稀少及無(wú)法建立地面基站地區(qū)的移動(dòng)通信問(wèn)題，是非常適合的。,1、衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的分類(lèi) 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，按所用軌道劃分，可分為靜止軌道（GEO）和中軌道（MEO）、低軌