《现代数字通信系统》PPT课件.ppt

数字通信技术 第2版,主编,第6章 现代数字通信系统,1)GSM数字蜂窝移动通信系统的原理和网络结构； 2)CDMA通信系统的特点、参数和信道； 3)TD-SCDMA中的关键技术； 4)数字光纤通信系统中各模块的功能与组成； 5)光纤-同轴电缆混合网的组成和特点； 6)波分复用技术的原理和光器件； 7)卫星通信系统的工作原理、系统组成和多址联接方式； 8)VSAT卫星通信系统的结构、特点及原理； 9)数字微波通信系统的主要特点、系统组成、网络形式以及相关设备； 10)计算机网络的组成；,第6章 现代数字通信系统,11)五种数据传输与交换技术； 12)计算机网络体系结构与主要协议。 6.1 数字移动通信系统 6.1.1 移动通信的特点 6.1.2 GSM数字蜂窝移动通信系统 6.1.3 CDMA数字蜂窝移动通信系统 6.1.4 TD-SCDMA数字移动通信系统 6.2 数字光纤通信系统 6.2.1 数字光纤通信概述 6.2.2 数字光纤通信系统的基本结构 6.2.3 光纤通信网络,第6章 现代数字通信系统,6.2.4 波分复用技术 6.3 卫星通信系统 6.3.1 卫星通信系统概述 6.3.2 卫星通信系统原理 6.3.3 卫星通信多址联接方式 6.3.4 VSAT卫星通信系统 6.4 数字微波通信系统 6.4.1 数字微波通信概述 6.4.2 数字微波通信系统的组成 6.4.3 数字微波网的构成形式 6.5 数据通信与计算机网络,第6章 现代数字通信系统,6.5.1 数据通信与计算机通信 6.5.2 计算机网络的组成 6.5.3 数据传输与交换技术 6.5.4 计算机网络体系结构与协议,6.1 数字移动通信系统,6.1.1 移动通信的特点,(1)终端用户的移动性 移动通信的主要特点在于用户的移动性，需要随时知道用户当前位置，以完成呼叫、接续等功能。 (2)无线接入方式 移动用户与基站系统之间采用无线接入方式，频率资源的有限性、用户与基站系统之间信号的干扰(频率利用、建筑物的影响、信号的衰减等)、信息(信令、数据、话路等)的安全保护(鉴权、加密)等是移动通信面临的主要问题。 (3)漫游功能 漫游功能包括移动通信网之间的自动漫游，移动通信网与其他网络的互通(公用电话网、综合业务数字网、数据网、专网、现有移动通信网等)和各种业务功能(电话业务、数据业务、短消息业务、智能业务等)的实现等。 (4)对移动设备的技术要求高 移动设备长期处于运动中，尘土、振动、日晒、雨淋等情况时常遇到，这就要求移动设备必须防振、防尘、防潮、抗冲击。,6.1.2 GSM数字蜂窝移动通信系统,1.GSM的发展 2.GSM系统的主要特点 3.GSM的主要技术参数 4.GSM的多址方案 5.GSM的信道 6.GSM通信系统的组成,1.GSM的发展,1)语音和信令均采用数字方式传输，将语音信号的传输由64Kbit/s压缩为16Kbit/s，或更低； 2)不采用现有模拟系统使用的1225kHz标准带宽； 3)采用TDMA多址技术。,2.GSM系统的主要特点,1)频谱效率高。 2)容量大。 3)语音质量好。 4)开放的接口。 5)安全性高。 6)与ISDN、PSTN等的互连。 7)在SIM卡基础上实现漫游。,3.GSM的主要技术参数,(1)工作频段 1)890915MHz:移动台发、基站收。 2)935960MHz：基站发、移动台收。 3)双工间隔为45MHz，工作带宽为25MHz，载频间隔为200kHz。 1)17101785MHz:移动台发、基站收。 2)18051880MHz:基站发、移动台收。 3)双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz，载频间隔为200kHz。 (2)频道间隔 相邻两频道间隔为200kHz。 (3)传输速率 数据传输速率为9.6Kbit/s，每个时隙传输速率为22.8Kbit/s，信道总速率为270.833Kbit/s，分集接收为217跳/s的跳频。,4.GSM的多址方案,图6-1 GSM系统在时域和频域中的间隙,4.GSM的多址方案,图6-2 GSM系统的帧结构,4.GSM的多址方案,)26帧的复帧：它包括26个TDMA帧(268BP)，持续时间120ms。 2)51帧的复帧：它包括51个TDMA帧(518BP)，持续时间3060/13ms。,5.GSM的信道,(1)业务信道(TCH) 用于传送编码后的语音或客户数据，在上行和下行信道上，以点对点(BTS对一个MS，或反之)方式传播。 (2)控制信道 用于传送信令或同步数据。 1)广播信道(BCH)： 频率校正信道(FCCH)：携带用于校正MS频率的消息，下行信道，以一点对多点(BTS对多个MS)方式传播。 同步信道(SCH)：携带MS的帧同步(TDMA帧号)和BTS的识别码(BSIC)的信息，下行信道，以一点对多点方式传播。 广播控制信道(BCCH)：广播每个BTS的通用信息(小区特定信息)。下行信道，以一点对多点方式传播。 2)公共控制信道(CCCH)：,5.GSM的信道, 寻呼信道(PCH)：用于寻呼(搜索)MS。下行信道，以一点对多点方式传播。 随机接入信道(RACH)：MS通过此信道申请分配一个独立专用控制信道(SDCCH)，可作为对寻呼的响应或MS主叫登记时的接入。上行信道，以点对点方式传播。 允许接入信道(AGCH)：用于为MS分配一个独立专用控制信道(SDCCH)。下行信道，点对点方式传播。 3)专用控制信道(DCCH)： 独立专用控制信道(SDCCH)：用于在分配TCH之前呼叫建立过程中传送系统信令。例如登记和鉴权在此信道上进行。上行和下行信道，点对点方式传播。,5.GSM的信道, 慢速随路控制信道(SACCH)：它与一个TCH或一个SDCCH相关，是一个传送连续信息的连续数据信道，如传送移动台接收到的关于服务及邻近小区的信号强度的测试报告。这对实现移动台参与切换功能是必要的。它还用于MS的功率管理和时间调整。上行和下行信道，点对点方式传播。 快速随路控制信道(FACCH)：它与一个TCH相关。工作于借用模式，即在语音传输过程中如果突然需要以比SACCH所能处理的高得多的速度传送信令信息，则借用20ms的语音(数据)来传送。这一般在切换时发生。由于语音译码器会重复最后20ms的语音，因此，这种中断不被用户查觉。,6.GSM通信系统的组成,图6-3 GSM通信系统的网络结构示意图,6.GSM通信系统的组成,(1)移动台(MS) MS是GSM系统的移动用户设备，它由移动终端和用户识别卡(SIM卡)两部分组成。 (2)基站分系统(BSS) 基站分系统负责管理无线资源，实现固定网与移动网之间的通信连接，传送系统信号和用户信息。 (3)交换网络分系统(NSS) 交换网络分系统的功能包含移动用户交换、移动性管理、安全性管理及与固定公用网的连接等，由移动交换中心(MSC)、归属位置寄存器(HLR)、访问位置寄存器(VLR)、鉴权中心(AUC)、移动设备标志寄存器()和操作维护中心(OMC)等组成。 1)移动交换中心(MSC)。 2)归属位置寄存器(HLR)。 3)访问位置寄存(VLR)。 4)鉴权中心(AUC)。,6.GSM通信系统的组成,5)移动设备标志寄存器(EIR)。 6)操作维护中心(OMC)。,6.1.3 CDMA数字蜂窝移动通信系统,1.CDMA的发展 2.CDMA系统的主要特点 3.CDMA的主要技术参数 4.CDMA的信道 5.CDMA通信系统的组成,1.CDMA的发展,2.CDMA系统的主要特点,1)同一频率可在所有小区内重发使用，用户信号的区分靠所用的码型不同。 2)抗干扰性强。 3)抗衰落性能好。 4)具有保密性。 5)CDMA系统容量大，且具有软容量属性。 6)CDMA系统必须采用功率控制技术。 7)具有软切换特性。 8)充分利用语音激活技术，利用人类对话的不连续性采用可变速率的声码器，增大通信容量。,3.CDMA的主要技术参数,(1)频段 正向为869894MHz(基站发射)；反向为824849MHz(移动台发射)。 (2)信道数 64(码分信道)/每一载频；每一小区可分为3个扇区，可公用一个载频；每一网络分成9个载频，其中收发各占12.5MHz。 (3)射频带宽 第一频道带宽为21.77MHz；其他频道带宽为21.23MHz。 (4)调制方式 基站为QPSK(四相相移键控)，移动台为OQPSK(正交四相相移键控)。 (5)扩频方式 DS(直接序列扩频)。 (6)语音编码 采用可变速率CELP语音编码算法，最大速率为8Kbit/s，最大数据速率为9.6Kbit/s，每帧时间为20ms。 (7)信道编码,3.CDMA的主要技术参数,1)卷积编码：下行码率R=1/2，约束长度K=9；上行码率R=1/3，约束长度K=9。 )交织编码：前向链路同步信道交织间距为26.66ms，其他信道的交织间距均为20ms。 (8)导频、同步信道 供移动台作载频和时间同步。 (9)多径利用 采用RAKE接收方式，移动台为3个，基站为4个。 (10)PN扩频码 基站识别码采用周期为2151的m序列，用户识别码采用周期为列。,4.CDMA的信道,图6-4 CDMA系统的信道,(1)正向逻辑信道 正向逻辑信道是指基站至移动台传输方向上的逻辑信道，其结构组成如图6-5所示。,4.CDMA的信道,图6-5 正向逻辑信道的结构组成,1)导频信道：用于传送导频信息，由基站连续不断地发送一种直接序列扩频信号，供移动台从中获得信道信息并提取相干载波以进行相干解调。,4.CDMA的信道,2)同步信道：用于传输同步信息，在基站覆盖范围内，各移动台可利用这些信息进行同步捕获，同步信道上载有系统时间和基站引导PN序列码的偏置系数，以实现移动台接收解调。 3)寻呼信道：供基站在呼叫建立阶段传输控制信息，每个基站有一个或几个(最多7个)寻呼信道，其上传送移动台用户识别码。 4)业务信道：载有编码语音或其他业务数据，还可插入必需的随路信令(必须安排功率控制子信道，传输功率控制指令；通话过程中，发生越区切换时，必须插入过境切换指令等)。 (2)反向逻辑信道 反向逻辑信道是指移动台至基站传输方向上的逻辑信道，其结构组成如图6-6所示。,4.CDMA的信道,图6-6 反向逻辑信道的结构组成,1)接入信道：与正向传输的寻呼信道相对应，其作用是在移动台没有占用业务信道之前提供由移动台至基站的传输通路，供移动台发起呼叫或对基站的寻呼进行响应，,4.CDMA的信道,以及向基站发送登记注册的信息等。 2)业务信道：用不同用户长码序列加以识别，极端情况下业务信道数m很大，最多为64个。,5.CDMA通信系统的组成,(1)交换网络分系统() 交换网络分系统是以移动交换机为中心，包括MSC、VLR、HLR、AUC、OMC等设备。 1)MSC是蜂窝通信网络的核心，其主要功能是对位于本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制和管理。 2)VLR是一个用于存储来访用户位置信息的数据库。 3)HLR是一种用来存储本地用户位置信息的数据库。 4)AUC的作用是可靠地识别用户身份，只允许有权用户接入网络并获得服务。 5)OMC的任务是对全网进行监控和操作。 (2)基站分系统(BSS) 与GSM系统类似，CDMA的BSS包括BSC和BTS。,5.CDMA通信系统的组成,(3)移动台() 由于采用码分多址方式，CDMA系统的移动台与GSM的有较大差异，具体结构框图如图6-7所示。,图6-7 CDMA系统的移动台结构框图,6.1.4 TD-SCDMA数字移动通信系统,1.TD-SCDMA概述 2.TD-SCDMA的特点,1.TD-SCDMA概述,DSCDMA的中文含义为时分同步码分多址接入，属无线通信技术标准。TDSCDMA数字移动通信系统标准是由中国提出并被国际电信联盟（ITU）接纳的第三代移动通信标准（3G）。TDSCDMA集成了频分（FDMA）、时分（TDMA）、码分（CDMA）和空分（SDMA）四种多址接入技术的优势，全面满足ITU提出的IMT2000要求，与WCDMA、CDMA2000并称为主流的3G技术标准。 TDSCDMA是我国第一个具有完全自主知识产权的国际通信标准，它的出现在我国通信发展史上具有里程碑式的意义，极大地提高了我国在移动通信领域的技术水平，是整个中国通信业的重大突破。 TDSCDMA的关键技术，如时分双工（TDD）、智能天线（SA）、联合检测（JD）、上行同步（ULSC）、动态信道分配（DCA）和接力切换（BHO），可使系统容量、性能有很大提升。此外，TDSCDMA固有的特点使其在支持3G应用方面也具有独特的优势,2.TD-SCDMA的特点,(1)采用智能天线(Smart Antenna)技术 TD-SCDMA是目前世界上唯一采用智能天线的第三代移动通信系统。 (2)采用上行同步方式 CDMA系统中多个用户的信号在时域和频域上是混叠的，接收时需要把各个用户的信号分离开来。 (3)采用接力切换方式 智能天线的采用可大致定位用户的方位和距离，因此，基站和基站控制器可采用接力切换方式，根据用户的方位、距离信息来判断用户现在是否移动到了应该切换给另一基站的区域，如果进入切换区，便可通过基站控制器通知另一基站做好切换的准备，从而达到接力切换的目的。,2.TD-SCDMA的特点,(4)采用低码片速率 TD-SCDMA系统仅采用1.28Mbit/s的码片速率，只需占用单一的1.6MHz频带宽度，就可传送2Mbit/s的数据业务，而3G FDD的方案，要传送2Mbit/s的数据业务，均需要25MHz的带宽，即需两个对称的5MHz带宽，分别作为上下行频段，且上下行频段间需要有几十兆赫兹的频率间隔作为保护。 (5)联合检测(Joint Detection) 联合检测技术的基本原理是，先将所有信道的信号同时解码，然后从复合信号中减去其他信道的信号来获得每一个信道的信号。 (6)动态信道分配 (DCA) 在TD-SCDMA系统中采用了以下 3 种动态信道分配方法，减少了小区间干扰，频谱效率得到了优化。,2.TD-SCDMA的特点,1)频域动态信道分配：每个小区的多个无线信道允许频域信道动态分配，TD-SCDMA系统采用1.6MHz的带宽，同5MHz的带宽相比，在同样的频谱范围内可以有3倍以上的无线信道。 2)时域动态信道分配：TD-SCDMA的7个业务时隙减少了在一个载频中每个时隙同时激活的用户的数量，每个载频的多个时隙允许动态地将最小干扰的时隙分配给激活的用户。 3)空域动态信道分配：通过使用适应性智能天线，可以基于每一个用户实现方向性解耦。,2.TD-SCDMA的特点,(7)时分双工的工作模式 TD-SCDMA是TDD(时分双工)工作模式，上下行数据的传输通过控制上下行的发送时间来决定，发送时段内不接收，接收时段内不发送，而且可以灵活控制和改变发送和接收的时段长短比例，对于互联网等非对称业务的数据传输，下行数据量是远大于上行数据量的，这时可控制增加下行的时段时间，缩短上行的时段时间，以达到高效率传送非对称业务的目的。,6.2 数字光纤通信系统,6.2.1 数字光纤通信概述,1.线径细，重量轻 2.损耗极低 3.传输的频带宽、信息容量大 4.不受电磁干扰、防腐和不会锈蚀 5.不怕高温，防爆、防火性能强 6.光纤通信保密性好 7.节约有色金属，资源丰富，价格便宜,1.线径细，重量轻,由于光纤的直径小，只有01mm左右，所以制成光缆后与电缆比要细得多，因而重量轻，有利于长途和市话干线布放，而且便于制造多芯光缆。,2.损耗极低,随着制造工艺的发展，现在制造出的光纤介质纯度很高，因而损耗极低。现已制出的光纤在光波导1550nm窗口的损耗低于018dB/km。由于损耗极低，所以传输的距离可以很长，这就大大减少了数字传输系统中中继站的数目，既可降低成本，也可提高通信质量。,3.传输的频带宽、信息容量大,由于光波频率高，可达10141015Hz数量级，具有极宽的传输频带，因此用光来携带信号信息量大。现在已经发展到几十千兆比特/秒的光纤通信系统，它可传输几十万路电话和几千路彩色电视节目。,4.不受电磁干扰、防腐和不会锈蚀,光纤由电绝缘的石英材料制成。石英是非金属，不会受到电磁干扰，也不会发生锈蚀，具有防腐的能力。,5.不怕高温，防爆、防火性能强,制作光纤的石英玻璃材料，熔点高达2000以上，所以不怕高温，有防火的性能。因而可用于矿井下、军火仓库、石油、化工等易燃易爆的环境中。,6.光纤通信保密性好,由于光纤在传输光信号时，向外泄漏小，不会产生串话等干扰，因而光纤通信保密性好。,7.节约有色金属，资源丰富，价格便宜,石英玻璃在地球上含量丰富，相对于电缆材料铜和铝而言，提炼成本低、价格便宜。随着光纤制作技术的发展，我国光纤已经可以大规模批量生产，业内有一句笑谈“现在光纤比面条还便宜”，生动地说明了这一点。 由于光纤通信具有一系列的突出优点，随着科学技术的进步，光纤通信技术在近年来的发展速度之快、应用范围之广，出乎人们的预料，它是世界信息革命的一个重要标志，是现代通信技术的重要组成部分。可以说有了光纤通信，就为构筑信息高速公路打下了基础，光纤通信成为通向信息社会的桥梁。,6.2.2 数字光纤通信系统的基本结构,1.数字光纤通信系统的结构概述 2.光纤 3.光发射端机 4.光中继器 5.光接收机 6.备用系统与辅助设备,1.数字光纤通信系统的结构概述,图6-8 光纤通信系统组成原理框图,2.光纤,图6-9 光纤全反射原理示意图,2.光纤,图6-10 光纤芯线的结构图,2.光纤,(1)多模光纤 多模光纤即能承受多个模式的光纤。 (2) 单模光纤 单模光纤即只能传送单一基模的光纤。,3.光发射端机,图6-11 光发射端机的组成框图,()输入接口 从PCM设备(电端机)送来的电信号是适合PCM传输的码型，为HDB3码或CMI码。 ()线路编码 又称信道编码，其作用是消除或减少数字电信号中的直流和低频分量，以便于在光纤中传输、接收及监测。 ()调制电路 调制电路主要完成电光变换任务。,3.光发射端机,()光源 光源是光发射端机的核心，决定着光发射端机的性能，其功能是把电信号转换为光信号。 ()控制电路 数字光纤通信系统中的电光变换，是用数字信号直接控制光源的发光强度来实现的。,4.光中继器,目前，实用的数字光纤通信系统都是用二进制PCM信号对光源进行直接强度调制的。光发送机输出的经过强度调制的光脉冲信号通过光纤传输到接收端。由于受发送光功率、接收机灵敏度、光纤线路损耗、色散等因素的影响及限制，光端机之间的最大传输距离是有限的。,5.光接收机,图6-12 光接收机的组成框图,6.备用系统与辅助设备,6.2.3 光纤通信网络,1.光纤-同轴电缆混合网概述 2.光纤-同轴电缆混合网的组成 3.HFC系统的频谱安排 4.HFC网络的特点,1.光纤-同轴电缆混合网概述,光纤同轴电缆混合网（Hybrid Fiber Coaxial，HFC）是指其传输介质采用光纤和同轴电缆混合组成的接入网。是一种基于频分复用技术的宽带接入技术，它的主干网使用光纤，采用频分复用方式传输多种信息，分配网则采用树状拓扑和同轴电缆系统，用于传输和分配用户信息。HFC是将光纤逐渐推向用户的一种新的经济的演进策略，可实现多媒体通信和交互式视像业务。,2.光纤-同轴电缆混合网的组成,图6-13 HFC的工作原理示意图,(1)前端 完成信号收集、交换及信号调制与混合，并将混合信号传输到光纤。 1)调制器：将模拟音频及视频信号调制成射频信号。,2.光纤-同轴电缆混合网的组成,2)上变频器：完成音频、视频中频信号或数据中频信号至射频信号的转换。 3)数据调制器：完成数据信号的QPSK或QAM调制，将数据信号转换成数据中频信号。 4)信号混合器: 将不同频率的射频信号混合，组成宽带射频信号。 5)激光发射机：将宽带射频信号转换成光信号，并将光信号传输至光纤。 (2)光节点 完成光信号转换成电信号的功能，并将电信号放大传输到同轴电缆网络。 (3)用户终端设备 接收并解调网络传输信号，并显示相应的信息。,3.HFC系统的频谱安排,图6-14 HFC系统频谱安排,4.HFC网络的特点,HFC网能够利用现有的有线电视网络资源，成本较低，线路设备也比较简单，而且其传输带宽大，如果采用64QAMBF(Quadrature Amplitude Modulation,正交幅度调制)BFQ调制，按HFC网络可以传输860MHz模拟信号计算，其数据传输能力为4Gbit/s,而且既可以传送数字信号，也可以传送模拟信号，同时有线电视的同轴电缆馈线电系统较为完善，有利于HFC的设备供电；它比较合理有效地利用了当前的先进成熟技术，融数字与模拟传输为一体，集光电功能于一身，同时提供较高质量和较多频道的传统模拟广播电视节目、较好性能价格比的电话服务、高速数据传输服务和多种信息增值服务，还可以逐步开展交互式数字视频应用；HFC网络的弱点是呈树形结构，当用户增多时，来自用户的噪声作为回传信号的一部分，JP2将在光节点和前端产生会聚作用，一个光节点所辖的用户数越少，则回传噪声越小，但是会增加每个用户所承担的费用，所以一般是一个光节点覆盖500个用户；HFC属于线缆共享网络，存在着安全问题；当用户增多时，单位时间内分配给用户的带宽将变窄，因此更彻底的解决办法，就是将光节点覆盖的用户区缩小，有些地区在双向HFC改造时已经预留了缩小用户区的光节点接口，需要时只要增加设备，就可以达到目的，无需再对网络进行改造。,6.2.4 波分复用技术,1.波分复用(WDM)技术概述 2.WDM的优势 3.WDM技术的原理 4.WDM中的光器件 5.WDM的网管监控技术,1.波分复用(WDM)技术概述,1)TDM(时分复用)技术的发展，155Mbit/s622Mbit/s2.5Gbit/s TDM技术相对简单。 2)波分复用器件还没有完全成熟，波分复用器解复用器和光放大器在20世纪90年代初才开始商用化。 1)光电器件的迅速发展，特别是EDFA的成熟和商用化，使在光放大器(15301565nm)区域采用WDM技术成为可能。 2)TDM10Gbit/s面临着电子元器件的挑战，利用TDM方式已日益接近硅和镓砷技术的极限，TDM已没有太多的潜力可挖，并且传输设备的价格也很高。 3)已敷设的G.652光纤1550nm窗口的高色散限制了TDM 10Gbit/s系统的传输，光纤色度色散和极化模色散的影响日益加重。,2.WDM的优势,(1)超大容量传输 WDM系统的传输容量十分巨大。 (2)节约光纤资源 对单波长系统而言，1个SDH系统就需要一对光纤，而对WDM系统来讲，不管有多少个SDH分系统，整个复用系统只需要一对光纤就够了。 (3)各通路透明传输、平滑升级扩容 利用WDM技术，只要增加复用光通路数量与设备，就可以增加系统的传输容量以实现扩容，而且扩容时对其他复用光通路不会产生不良影响，所以WDM系统的升级扩容是平滑的，而且方便易行，从而最大限度地保护了建设初期的投资。,2.WDM的优势,(4)利用EDFA实现超长距离传输 掺饵光纤放大器的光放大范围为15301565nm，它几乎可以覆盖整个WDM系统的1550nm工作波长范围，采用WDM技术可以充分发挥EDFA的这些优势，WDM系统的超长传输距离可达到数百公里，节省大量中继设备，并降低成本。 (5)对光纤的色散无过高要求 对WDM系统来讲，不管系统的传输速率有多高、传输容量有多大，它对光纤色度色散系数的要求基本上就是单个复用通路速率信号对光纤色度色散系数的要求。 (6)可组成全光网络 全光网络是未来光纤传送网的发展方向，在全光网络中，各种业务的上下、交叉连接等都是在光路上通过对光信号进行调度来实现的。,3.WDM技术的原理,图6-15 点对点4波长波分复用系统的基本原理示意图,1)传输介质不同，WDM系统是光信号上的频率分割利用，同轴系统是电信号上的频率分割利用。,3.WDM技术的原理,2)在每个通路上，同轴电缆系统传输的是模拟信号(4kHz语音信号)，而WDM系统目前每个波长通路上是数字信号(SDH 2.5Gbits或更高速率的数字系统)。,4.WDM中的光器件,(1)激光器 过去SDH系统工作波长是在一个很宽的区域内，而WDM系统的最重要特点是每个系统采用不同的波长，一般波长间隔为100GHz或200GHz，这对激光器提出了较高要求。 (2)波分复用器,图6-16 波分复用器,4.WDM中的光器件,表6-1 各种WDM器件主要特性的比较,(3)光放大器 在WDM系统中，光放大器有3种应用：在发送端波分复用器之后的放大信号的光放大器功率放大器，线路上的光放大器线路放大器，在接收端解复用器之前的光放大器前置放大器。,4.WDM中的光器件,(4)光交叉连接设备 光交叉连接设备(OXC)相当于一个模块，它具有多个标准的光纤接口，它可以把输入端的任一光纤信号(或各波长信号)可控地连接到输出端的任一光纤(或各波长)中去，并且这一过程是完全在光域中进行的。,5.WDM的网管监控技术,WDM网络管理系统是对WDM系统及光网络的最大考验，失去了电信号的接入，运营者比较难于评估信号质量和系统的传输性能，在光域上加入开销和光信号处理技术还有待发展。在功能完善的WDM网管系统出现之前，WDM系统还不能被称作一个成熟的光传输系统。 WDM网元管理系统的管理功能包括故障管理、性能管理、配置管理和安全管理。网元管理系统承担授权区域内各网络单元的管理，并提供部分网络管理功能，被管理网络中的各网元均应由一个管理软件和硬件平台进行管理。在工作站的用户窗口界面上，应能监视被管理的区域网络，并能显示被管理的整个网络拓扑结构。通过WIMP（窗口、图标、菜单、光标）方式的人机接口，网元管理系统应能监视和控制到整个被管理网络中的每一个网元、告警和事件记录，追踪至WDM系统的每一块电路板。,6.3 卫星通信系统,6.3.1 卫星通信系统概述,1.通信卫星的基本概念 2.通信卫星的特点,1.通信卫星的基本概念,图6-17 卫星通信系统示意图,2.通信卫星的特点,1)覆盖面积大，通信距离远。 2)设站灵活，容易实现多址通信。 3)通信容量大，传送的业务类型多。 4)卫星通信一般为恒参信道，信道特性稳定。 5)电路使用费用与通信距离无关。 6)建站快，投资省。 1)通信卫星的使用寿命短。 2)设备较复杂，技术要求较高。 3)卫星传输信号有延迟。,6.3.2 卫星通信系统原理,1.卫星通信系统的组成 2.卫星通信的原理 3.同步通信卫星,1.卫星通信系统的组成,卫星通信系统由空间分系统、地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统和监控分系统四大部分组成。 空间分系统主要是指卫星上用于通信和通信保障的部分，通信卫星的主体是转发器，其保障部分则有卫星上的遥测指令、控制系统和能源装置等。 地球站分系统是无线电接收和发射站，用户通过它们接入卫星通信线路进行通信，卫星通信地球站是卫星通信系统中重要的组成部分，它是连接卫星线路和用户的中枢，相当于接力通信系统中的终端站，所以又叫卫星通信系统的终端站。 跟踪遥测及指令分系统的功能是对卫星进行跟踪测量，在发射时控制其准确进入轨道上的指定位置，并定期对卫星进行轨道位置的修正和卫星姿态的调整。 监控管理分系统的功能是对已定位的卫星，在业务开通前后，进行通信性能的监测和控制，例如，对卫星转发器功率、卫星天线增益以及各地球站发射的功率、射频频率和带宽等基本通信参数进行控制，以保证正常通信。,2.卫星通信的原理,图6-18 卫星通信系统的通信链路,3.同步通信卫星,(1)控制分系统 控制分系统主要由各种可控的调整装置、驱动装置(喷气抵进器)及各种转换开关等组成。 (2)通信分系统 通信分系统是通信卫星的关键，通信转发任务全落在它身上，因此责任重大。,图6-19 通信卫星单变频转发器的组成框图,3.同步通信卫星,1)单变频转发器是目前用得较多的转发器。 2)双变频转发器的组成框图如图6-20所示，它先把接收到的上行信号经下变频为中频，经放大、限幅以后再上变频为下行信号，再进行功放和发射。,图6-20 通信卫星双变频转发器的组成框图,3)处理转发器主要具有处理信号的功能。 (3)遥测指令分系统 遥测指令分系统分两部分：遥测部分和遥控指令部分。,3.同步通信卫星,(4)电源分系统 卫星上设备工作的能源，主要由太阳能电池提供，辅助以原子能电池和化学电池。 (5)温控分系统 通信卫星里的设备都是在密闭环境下工作的。,6.3.3 卫星通信多址联接方式,1.频分多址方式(FDMA) 2.时分多址方式(TDMA) 3.空分多址方式(SDMA) 4.码分多址方式(CDMA),1.频分多址方式(FDMA),在多个地球站共用卫星转发器的通信系统中，按分配给各站的射频载波频率不同区分各站地址的方式称为频分多址方式，其基本原理是把卫星转发器的可用射频带宽分割成若干个互不重叠的子频带，分配给各地球站作为载波使用，由于各地球站所用的载波频率不同，因此可以相互区分开。 卫星转发器频带分配可以是预分配的，也可以是按需分配。预分配就是每个地球站占用固定的频率与带宽，这种方式的优点是频率管理简单，但当地球站的通信业务量变化较大时，会出现忙闲不均的现象，造成频带浪费。按需分配就是转发器的频带没有固定地分给地球站，而是处于动态之中，某一个地球站在某一时间有通信业务需要而提出申请时，由卫星管理机构临时指定频带供其使用，通信结束立即收回。 频分多址是最基本、应用最早的一种多址方式，它可以沿用地面微波通信的成熟技术和设备，不需要网同步。但是由于卫星处于多载波同时工作，容易产生互调噪声和串话。,2.时分多址方式(TDMA),在时分多址方式中，是把卫星转发器的工作时间周期性地分为若干个时隙分配给各个地球站使用。在这种方式中，各站在规定的时间内向卫星发送一个时隙的信号，来自各地球站的信号所占的时隙是不重叠的。因此，在任何时刻，卫星转发器上通过的只是一个地球站的信号，因为各站的信号是靠其所占的时隙来区分的，所以各站的发射频率可以相同。 时分多址方式的主要优点是没有频分多址方式的互调问题，卫星的频带与功率能充分利用。但是，为了保证各站突发信号到达转发器的时间不重叠，需要精确的系统同步、帧同步和位同步。,3.空分多址方式(SDMA),若卫星天线有多个点波束分别指向不同的区域，就可以利用卫星天线的不同空间指向区分不同区域地球站，这种多址方式就是空分多址。 在这种多址方式中，各站发出的射频信号在使用频率和时间上都可以相同，但因其处在卫星天线的不同波束覆盖范围内，由不同的天线接收，所以不会相互混淆。卫星转发器就能根据各站信号所要发往的方向，将它们分别转接至相应的发射天线，送至其覆盖范围内的地球站，也就是说，卫星就具有自动交换功能，所以又称为空中交换机。 空分多址方式有许多优点，如卫星天线增益高，卫星功率可以得到充分的利用，可以与FDMA和TDMA结合使用，提高频带利用率。但这种方式对卫星的稳定及姿态控制提出很高的要求，卫星天线和馈线装置也比较复杂，空中交换也较复杂，而且一旦出现故障修复难度较大。,4.码分多址方式(CDMA),码分多址就是对各地球站分配不同的地址码，各站的信号用不同的地址码进行调制以达到区分。在这种方式中，各站的信号在频率、时间和空间方向上都可能重叠，但由于各站的地址码不一样，接收时，只有用相同的地址码才能解调。其他接收机接到此信号时，没有相应的地址码来解调，得到的只能是噪声。 码分多址的优点是具有较强的抗干扰能力，保密性较好，改变地址灵活方便。但是由于采用了扩频技术，信号频带较宽，频带利用率低，接收时对地址码的捕捉与同步需要一定的时间。所以比较适合于军事卫星通信和小容量的卫星通信系统。,6.3.4 VSAT卫星通信系统,1.VSAT的概念与特点 2.VSAT系统的组成与网络结构,1.VSAT的概念与特点,1)VSAT终端小。,图6-21 VSAT的网络结构示意图,2)组网比较灵活，可以根据用户需要组合成各种拓朴结构的业务网络，为用户提供多种通信规程与接口，,1.VSAT的概念与特点,可满足用户现有设备以及扩容网络新增设备的联网。 3)网络管理和控制软件化，功能不断增强。 4)能满足语音、数据、图像、传真等多种业务的传输。,2.VSAT系统的组成与网络结构,图6-22 一点到多点单向广播VSAT网络结构,2.VSAT系统的组成与网络结构,图6-23 一点到多点的双向通信VSAT网络结构,6.4 数字微波通信系统,图6-24 微波中继通信的中继示意图,6.4.1 数字微波通信概述,1.通信频带宽 2.通信干扰小 3.天线增益高，方向性强 4.微波通信建设速度快，投资少，灵活性较大,1.通信频带宽,CCITTBF(原国际电报电话咨询委员会，现改组为国际电信联盟电信标准化部，ITUT)BFQ建议将140GHz的频段用作微波通信的频段，占有39GHz的频带宽度，通信容量大，可以传送综合业务信息，数字微波通信系统主要传送长途电话信号，宽频带信号、数据信号、移动通信系统基站与移动业务交换中心之间的信号等。受外界干扰的影响小。我国目前使用2GHz、4GHz、6GHz、7GHz、8GHz、11GHz、12GHz、20GHz作为微波通信频段，其中2GHz、4GHz、6GHz频段供给干线微波通信网，7GHz、8GHz、11GHz供给支线微波通信网使用。,2.通信干扰小,工业干扰、天电干扰及宇宙干扰主要影响20MHz以下的频段的通信，而对微波通信的影响不大，因此，微波通信稳定可靠。,3.天线增益高，方向性强,当天线面积给定时，天线增益与工作波长成反比，所以微波天线增益高，方向性也强。,4.微波通信建设速度快，投资少，灵活性较大,相对于传统的同轴电缆和现代的光纤通信等有线通信来说，微波通信不需要敷设传输线，建设速度快;微波通信采用中继方式，可以实现地面上的远距离通信，不受地理环境的限制，灵活性大。 基于以上特点，微波中继通信与卫星通信、光纤通信一起，成为现代信息传输的三大方式。,6.4.2 数字微波通信系统的组成,1.数字调制解调设备 2.数字微波收发信机 3.微波分路系统 4.辅助系统,6.4.2 数字微波通信系统的组成,图6-25 微波通信系统的一般组成框图,6.4.2 数字微波通信系统的组成,图6-26 数字微波站的组成框图,1.数字调制解调设备,数字调制器包括扰码、串并变换、差分编码和低通滤波成形、调制及中频放大等功能。数字解调器包括鉴相、低通滤波、基带放大、判决、再生、载波恢复、定时恢复、差分译码、并串变换及解扰码，并进行比特分离，把主数据流与辅助比特分开，有的还包括基带自适应均衡器等。,2.数字微波收发信机,发信时，从中频调制解调器送来的中频信号，送至数字微波收发信机，经放大后送至发信机混频器，与本振混频至发射频率，再经微波功率放大器放大至所需功率，经分道滤波器送至微波分路系统。收信时的工作原理与此相反。,3.微波分路系统,在多波道传输时，为了共用馈线和天线，在微波收发信机的出、入口需采用分路和合路装置。在发信端，各个波道发信机发出的信号经这个装置合并在一起，通过共用的馈线送往天线发射出去。在收信端，从天线接收下来的各个波道的信号由馈线送入这个装置进行分离，再送到各个波道的收信机。通常把这个装置称为微波分路系统。,4.辅助系统,辅助系统指的是倒换、公务和监控装置。为了提高系统的可靠性，对信道机都采用了波道备用或机组备用方式。当主用波道出现故障或传输质量恶化时，应立即自动倒换至备用波道。数字微波传输系统的倒换通常均在基带进行，这样可以较方便地实现无损伤倒换。微波站之间的公务联络是保证正常通信必不可少的，这个功能由信道机来完成。在数字微波系统中常用的有模拟方式公务通信和数字方式公务通信两种，一般前者多用于站间联络，后者用于远程公务联络，提供直达公务功能。 无人值守和集中监控是现代微波通信线路维护和管理先进性的标志之一，它由设在维护中心的端站或枢纽站对其管辖区内的所有微波站进行遥信、遥控、遥测，并实施集中管理。监控设备由主机和从机构成，主机设在控制中心，从机装在无人值守站。,6.4.3 数字微波网的构成形式,1.用户终端 2.交换机 3.终端复用设备(即数字终端机) 4.微波站,6.4.3 数字微波网的构成形式,主线；支线；微波终端站；微波枢纽站；微波分路站；微波中继站 图6-27 数字微波网的构成形式示意图,6.4.3 数字微波网的构成形式,图6-28 数字微波中继通信系统的连接框图,1.用户终端,直接为用户所使用的终端设备，如自动电话机、电传机、计算机、调度电话等。,2.交换机,交换机既可实现本地用户终端之间的业务互通，又可通过微波中继通信线路实现本地用户终端与远地用户终端之间的业务互通。交换机配置在微波终端站或微波分路站。,3.终端复用设备(即数字终端机),其基本功能是把来自交换机的多路信号和群路信号变换为时分多路数字信号，送往数字微波终端站或微波分路站的发信机，以及把数字微波终端站或微波分路站的收信机收到的时分多路数字信号反变换为交换机所需的信号，送至交换机。对于PDH系统，一般采用编码调制数字电话终端机，它还包括二次群和高次群复接器、保密机及其他数字接口设备。按工作性质不同，它可以组成数字终端或数字分路终端机。而对于SDH系统，则采用SDH数字复用设备，简称SDH设备，它由一些基本功能块灵活地组成不同类型的终端设备。,4.微波站,6.5 数据通信与计算机网络,6.5.1 数据通信与计算机通信,()文件服务 它为用户提供各种文件的存储、访问及传输等功能。 ()打印服务 它为用户提供网络打印机的共享打印功能。 ()电子邮件服务 它为用户提供电子邮件(E-mail)的转发和投递功能。 (4)信息发布服务 它为用户提供公众信息的发布和检索功能。 ()其他网络服务 网络服务还有很多种，如电视会议、电子报刊、新闻论坛、实时对话、布告栏等，并且新的网络服务还在不断地被开发出来，以满足人们对网络服务的不同需求。,6.5.2 计算机网络的组成,1.网络通信系统 2.网络操作系统 3.网络应用系统,1.网络通信系统,它提供节点间的数据通信功能，这涉及到传输介质、拓扑结构以及介质访问控制等一系列核心技术，决定着网络的性能，是网络系统的核心和基础。,2.网络操作系统,它对网络资源进行有效管理，提供基本的网络服务、网络操作界面、网络安全性和可靠性措施等，是实现用户透明性访问网络必不可少的人机（网络）接口。,3.网络应用系统,它是根据应用要求而开发的基于网络环境的应用系统。例如，在机关、学校、企业、医院、商场、宾馆、银行等各行各业中所开发的办公自动化系统、生产自动化系统、企业管理信息系统、决策支持系统、医疗管理服务系统、电子银行服务系统、辅助教学系统、电子商务系统等各种应用系统。,6.5.3 数据传输与交换技术,1.电路交换 2.分组交换 3.帧中继 4.信元交换 5.包交换,1.电路交换,1)整个通信连接期间始终有一条电路被占用，但信息传输时延小。 2)电路是“透明”的，即发送端用户送出的信息通过节点连接，毫无限制地被传送到接收端。 3)对于一个固定的连接，其信息传输时延是固定的。 4)固定分配带宽资源，信息传送的速率恒定。,2.分组交换,1)由于采用存储-转发技术，可以实现不同速率、不同代码及同步方式、不同通信规程的用户终端间的通信。 2)采用统计时分复用技术，多个用户共享一个信道，通信线路利用率高。 3)由于引入逐段差错控制和流量控制机制，使传输误码率大为降低，网络的可靠性提高。 1)技术实现复杂。 2)网络附加的传输控制信息较多。 3)信息从一端传送到另一端，穿越网络越长，分组时延越大。,3.帧中继,(1)简捷性 帧中继简化了分组交换协议，没有网络层，将纠错功能留给智能终端完成，若传输中出现差错，则简单地丢弃数据帧。 (2)高效性 由于帧中继使用统计复用技术向用户提供共享的网络资源，大大提高了网络资源的利用率，同时帧中继简化了节点间的协议处理，因而能向用户提供高速率、低时延的业务。 (3)经济性 帧中继技术可以有效地利用网络资源，从网络运营者的角度，可以经济地将网络空闲资源分配给用户使用；而作为用户，也可以经济灵活地接入帧中继网络，并在其他用户无突发性数据传送时共享资源。 (4)可靠性 帧中继网络采取永久虚电路(PVC)管理和阻塞管理，保证了网络自身的可靠性。,4.信元交换,1)ATM是一种统计时分复用技术。 2)ATM利用硬件实现固定长度分组的快速交换，具有时延小、实时性好的特点，能够满足多媒体数据传输的要求。 3)ATM是支持多种业务的传递平台，并提供服务质量(Quality of Service，QoS)保证。 4)ATM是面向连接的传输技术，在传输用户数据之前必须建立端到端的虚连接。 5)信元头比分组头更简单，处理时延更小。,5.包交换,1)发送端和接收端之间的一系列链路和交换设备，称为路径(Path)。 2)沿着这条路径上的虚拟线路号(Virtual Circuit Number)，一个号码对应路径上的一条链路。 3)沿途交换设备里的虚拟线路转换表中的表项。,6.5.4 计算机网络体系结构与协议,1.OSI参考模型结构模型 2.TCP/IP协议模型 3.IP地址 4.TCP/IP协议 1.数字移动通信系统，主要介绍了GSM数字蜂窝移动通信系统的原理和网络结构，阐述了CDMA通信系统的特点、参数和信道，并详细分析了我国独立提出并被国际电信联盟(ITU)接纳的第三代移动通信标准TD-SCDMA中的关键技术。,6.5.4 计算机网络体系结构与协议,2.数字光纤通信系统，首先从原理以及硬件结构入手，详述了光纤通信系统中各模块的功能与组成；再进一步介绍了光纤-同轴电缆混合网的组成和特点；最后详细阐述了波分复用技术的原理和器件。 3.卫星通信系统，介绍了其工作原理、系统组成和多址联接方式，另外还对VSAT卫星通信系统作了简要叙述。 4.数字微波通信系统，简述了其主要特点、系统组成以及网络形式，具体介绍了相关设备及其功能应用。 5.计算机通信系统，简要介绍了其网络组成，系统地分析了多种数据传输与交换技术，详细论述了计算机网络体系结构与主要协议。,1.OSI参考模型结构模型,图6-29 OSI参考模型结构,(1)物理层(Physical Layer) 完成可靠、透明的比特位收发。,1.OSI参考模型结构模型,(2)数据链路层(Data Link Layer) 在相邻结点之间可靠地传输数据帧。 (3)网络层(Network Layer) 实现通信子网的控制。 (4)传输层(Transport Layer) 保证可靠的端-端通信。 (5)会话层(Session Layer) 负责会话实体的通信。 (6)表示层(Presentation Layer) 完成格式转换、编码、压缩、加密。 (7)应用层(Application Layer) 作