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3S集成与多媒体网络通信技术 多媒体网络通信技术 1 多媒体网络通信技术 现代数字通信技术宽带通信网络多媒体通信 2 现代数字通信技术 概述数字移动通信数字光纤通信数字卫星通信数据与计算机通信 3 现代数字通信技术概述 现代数字通信系统是指以数字技术为核心构成的各种现代通信系统 包括 数字光纤通信系统 数字微波通信系统 数字卫星通信系统 数字移动通信系统等 数字技术的优点 1 便于存储 计算机 处理2 便于交换和传输3 便于组成多路通信4 便于组成数字网5 便于设备小型化 微型化6 抗干扰性强 4 现代数字通信技术概述 现代数字通信的主要特点 综合化 技术综合化 数字传输与数字交换的综合业务综合化 多种通信业务的综合宽带化 网络 业务 服务的日益宽带化智能化 计算机和软件技术的应用使之日益智能化个人化 在任何地方 任何时间进行个人各种业务的交流全球化 全球网络 全球服务 5 现代数字通信技术概述 交换是电信网络中至关重要的一部分 是完成电信网络任意两点之间的通信的保证 交换从最初的人工交换 步进制交换 纵横交换到后来的程控交换 从电信网络 广域网 中时分 空分交换发展到局域网中的总线 令牌交换 6 现代数字通信技术概述 数字交换技术 对数字信号进行交换处理的技术 主要分为 电路交换技术和分组交换技术 电路交换 将信息表示为由若干时序组成的帧周期 以一定周期重复出现的时序组成信道通路 通过时序的分配和切换实现交换 主要指数字程控交换 分组交换 将信息分成一些可变长度的信息包 分组 在每个包的前面是包头以指明传送的地址 通过包头的指示将信息包转发至目的地实现交换 主要包括 分组交换 IP交换 ATM交换等 7 现代数字通信技术概述 数字通信系统模型 信息源 信道 数字解调器 信道解码器 数字调制器 信道编码器 信源编码器 受信者 信源解码器 数字传输系统 噪声源 数字通信系统 完成数字信号产生 变换 传递及接受全过程的系统 8 数字移动通信 概述蜂窝模拟移动通信系统GSM移动通信系统CDMA移动通信系统第三代移动通信 9 数字移动通信概述 移动通信概念移动通信是指通信的双方 至少有一方在移动中进行信息的交换 这里的信息应包括 数据 语音 文字 图像 视频或多媒体信息 这里的双方应包括人与交通工具之间 人与机器之间或人与人之间 移动通信图 10 数字移动通信概述 移动通信系统的组成 11 数字移动通信概述 小区制移动通信将整个业务区划分为若干小区 在小区中分别设置基站 负责本小区移动通信的联络控制 小区制通信中各基站的频率组配备 一定要使相邻基站间的频率互不相同以免引起干扰 小区制移动通信示意图 12 数字移动通信概述 蜂窝无线区移动通信网通常在陆地公用无线移动通信网 都是由若干正六边邻接小区组成一个无线覆盖区群 再由若干无线区群构成整个服务区 单位无线区群构成应有两个基本条件 1 若干个单位无线区群正六边形彼此邻接组成蜂窝式服务区2 邻接单位无线区群中的同频无线小区的中心间距相等 1 2 3 4 5 7 6 1 2 3 4 5 7 6 1 2 3 4 5 7 6 1 2 3 4 5 7 6 13 数字移动通信概述 移动通信中的切换 交接与漫游切换 交接 当移动台在运动中 从一个小区向另一个小区运动时 信道要发生转换 这就是移动通信中的切换 或称交接 切换可发生在同一基区的不同小区 也可发生在不同移动小区的不同频率组 也可发生在不同的移动交换区 漫游 是指移动在某地登记进网后 可在异地同样进行呼叫处理通信 但是 这种漫游的无线信号 其覆盖还是小区制的蜂窝移动通信系统 由移动通信网来实现的 3 1 2 3 4 5 7 6 3 14 数字移动通信概述 移动通信分类1 寻呼系统2 集群移动通信 在一定范围内使用的专用移动通信系统 通常采用大区制覆盖的独立系统如公安 交警使用的系统 3 无绳电话系统 市话网延伸的双工无线通信系统 如小灵通等 4 陆地蜂窝移动通信系统5 卫星移动通信系统6 其他移动通信系统 15 蜂窝模拟移动通信系统 第一代移动通信 TACS 系统 目前在我国已停止使用 其特点是 话音采用模拟制式 带宽为3kHz FM方式调制 数字公共控制通道 速率为8kb s FSK频移键控方式调制 三频监控音 SAT 单频 分别为5970Hz 6000Hz 6030Hz 频段900MHz 信道间隔为25MHz 16 蜂窝模拟移动通信系统 语音信道 控制信道 TACS制式信道结构TACS无线信道包含话音信道 VC 模拟方式 共控制信道 CC 数字方式 每个小区配制15 30条VC信道 每个小区内只有一条CC 17 蜂窝模拟移动通信系统 模拟移动通信的优缺点优点 技术成熟 成本低 价格便宜缺点 保密性与抗干扰性差 频谱利用率低 容量小 与数字网难兼容 18 蜂窝数字移动通信系统 蜂窝数字移动通信 GSM 系统目前的数字移动通信系统都是蜂窝式的系统 主要有D NIT GSM D AMPS三种制式 GSM标准制式的蜂窝数字移动制式主要在欧洲开发和使用 1992年开始投入商用 我国也采用了这一制式 19 蜂窝数字移动通信系统 GSM系统组成 HLR 本地用户位置寄存器VLR 外来用户位置寄存器OMC 操作维护中心SC 短信中心EIR 设备识别寄存器BSC 基站控制器BTS 基站收 发信台AUC 鉴权中心 A A C D E F 20 蜂窝数字移动通信系统 GSM系统的接口GSM系统的陆地移动通信网 PLMN 接口分为 A接口 MSC与BSS之间的接口B接口 MSC与VLR之间的接口C接口 MSC与HRC HLR之间的接口D接口 HLR与VLR之间的接口E接口 MSC之间的接口F接口 MSC与EIR之间的接口G接口 VLR之间的接口U接口 无线接口MS接口 移动用户与移动网络接口 SIM卡 21 蜂窝数字移动通信系统 GSM制式的特点900 1800MHz频段 基站发 935 960M 移动台发 890 915M频带宽度为25MHz 对900M 全双工通信 收发间隔45M信道数字结构为TDMA时分多址帧结构 每帧即为一个载波 分为8个时序 全速率信道为8个 半速率信道为16个高斯低通最小相移键控GMSK调制数字语音标准为规则脉冲激励长线性预测编码RPE LPT 速率13kb s每时序信道速率为22 8kb s 信道总速率为270kb s数据速率为9 6kb s信令采用公共控制信令 无线7号信令 No 7 22 蜂窝数字移动通信系统 TDMA结构GSM系统的传输结构为TDMA时分多址结构 其帧结构组成为 一帧为8个时序 每时序为一个载波 每个时序为577us 每帧为4 63ms 信道0 11101001 信道1 00111010 信道2 10100000 信道3 10010111 信道4 00101101 信道5 00110110 信道6 10100100 信道7 01101001 帧 时序 信道的关系 23 蜂窝数字移动通信系统 分级的帧结构GSM的帧结构采用分级的帧结构 分别为帧 复帧 超帧 超高帧复帧 26个帧 用于传送业务信道的用户信息 线路控制信道的控制信息52个帧 用于控制信道超帧 1326个帧 26X52 超高帧 2048个超帧 2715648帧 对每个帧进行循环编号 循环周期为一个超高帧 24 蜂窝数字移动通信系统 GSM系统的信道结构GSM的无线信道分为物理信道和逻辑信道 物理信道 一个载频上的TDMA帧中的一个时序称为一个物理信道 每个用户通过一系列频率 跳频 的一个信道接入系统 每个载频有8个物理信道 逻辑信道 物理信道中传送的信息根据需要定义为不同的逻辑信道用来传送不同性质的各种信息 逻辑信道又划分为业务信道和控制信道 逻辑信道的组成结构如图所示 逻辑信道 业务信道 TCH 逻辑信道 CCH 广播信道FCCH SCH BCCH 公共控制信道PCH RACH AGCH 专用控制信道SDCCH SACCH FACCH 25 蜂窝数字移动通信系统 GSM系统的主要设备GSM系统主要由移动交换中心MSC 基站系统BSS及移动终端设备组成 移动交换中心MSC 用户控制和管理中心 完成移动通信中的用户信号交换 位置更新和切换 鉴权 加密 设备识别基站系统BSS 无线覆盖设备 实现移动用户与移动信息交换之间的信息传递 移动终端设备 由无线部分 基带信号处理和控制部分 接口部分组成 26 CDMA移动通信系统 CDMA移动通信概念码分多址 CDMA 就是利用不同的地址码型来区分用户的一种移动通信系统 各用户用不相同的 相互正交的地址调制其发送信号 在接受端利用地址标识 相关检测 从传输的信号中选出相应的各自信号 d1 w1 s1 d2 w2 s2 d3 w3 s3 s w2 d2 w3 w1 d3 d1 27 CDMA移动通信系统 CDMA移动通信特点CDMA是利用码型区分用户 要达到多路多用户 必须由足够多的地址码 这些码必须要有良好的自相关和互相关特性 这是码分的基础接受端必须有本地地址码 且结构与发端一致 并与发端同步才能在收端对全部信号进行相关检测并取出所需信号在一个小区可使用同一频率 各用户可同时发送和接收信号 这是其他移动系统无法做到的 各用户在频率上复用 还可克服同频干扰CDMA各个用户在同一频带占用相同带宽 要使各用户之间干扰降低到最低 码分系统必须与扩频技术相结合 28 CDMA移动通信系统 CDMA扩频通信扩频通信是指系统占用的频率带宽远大于要传输的原始信号的带宽 且与原始带宽无关 扩频通信的优点主要体现在 提高接受信噪比 增强抗干扰能力 增加信道容量 提高传输质量 降低接受终端功率 频率复用 频率规划简单 扩频通信系统主要类型有 直接序列 DS 扩频系统 跳频 FH 扩频系统 跳时 TH 扩频系统 脉冲线性调频系统 码分多址 CDMA 与直接序列扩频技术相结合 就构成了码分多址直接扩频通信系统 29 CDMA移动通信系统 CDMA通信中地址码和扩频码在CDMA通信中 地址码和扩频码设计是关键技术 其直接关系到系统的多址能力 抗干扰能力和抗截获能力 还关系到信息的隐蔽和保密 收端同步接受能力 对地址码和扩频码的要求为 生成的地址码要足够多有尖锐的自相关特性有处处为零的互相关特性不同码元素平衡相等有尽可能大的复杂度通常采用沃尔什码作为地址码 用m序列伪随机码做扩频码 30 CDMA移动通信系统 CDMA系统主要技术1 语音激活技术2 扇区划分技术3 软切换技术4 功率控制技术5 分集技术6 同步及跟踪技术 31 CDMA移动通信系统 N CDMA IS 95 系统IS 95窄带码分多址蜂窝移动通信标准是由美国电信工业协会 TIA 制定的标准 目前世界各国都采用这一标准 我国联通也使用该系统IS 95又称双模式系统 即它既能以现行的频分多址 FDMA 方式工作 也能以码分扩频方式工作 其优点在于 1 两种制式可以在频率上兼容 2 在建立码分多址过程中 已有FDMA系统可以照常工作 有利过渡 32 CDMA移动通信系统 CDMA标准的发展CDMA技术的标准化经历了几个阶段 IS 95是CDMA系列标准中最先发布的标准 真正在全球得到广泛应用的第一个CDMA标准是IS 95A 这一标准支持8K编码话音服务 其后又分别出版了13K话音编码器的TSB74标准 支持1 9GHz的CDMAPCS系统的STD 008标准 其中13K编码话音服务质量已非常接近有线电话的话音质量 随后 IS 95B可提供对64kbps数据业务的支持 其后 cdma2000成为窄带CDMA系统向第三代系统过渡的标准 cdma2000在标准研究的前期 提出了1X和3X的发展策略 但随后的研究表明 1X和1X增强型技术代表了未来发展方向 TDMA并不是现代蜂窝移动通信网所要求的大容量 高质量 综合业务 软切换等 正受到越来越多的运营商和用户的青睐 33 第三代移动通信系统 网络管理中心 宽带网 数据库 多媒体终端 多媒体终端 卫星地面站 天线基站 高速移动通信网 无线移动通信业务需求示意图 34 第三代移动通信系统 第三代 3G 移动通信系统第三代移动通信技术是由ITU制定的IMT 2000标准体系来定义的 其目标主要体现在 1 具有终端设备和移动用户个人的任意移动性 2 具有移动终端业务的多样性 特别是多媒体业务 3 移动网的宽带性及全球性 高带宽是3G移动通信系统最直观的标志 3G标准规定移动网络必须能够支持不同的数据传输速度 在室内 室外和行车的环境中都能够分别支持至少2Mbps 384kbps以及144kbps的传输速度 使得移动多媒体业务真正成为可能 35 第三代移动通信系统 3G移动通信技术体系IMT 2000标准体系定义的第三代移动通信系统的技术要求 目前世界上关于3G存在着三大主流技术体系 1 WCDMA 即宽带码分多址技术 主要起源于欧洲和日本的早期第三代无线研究活动 WCDMA的实际上有三套技术 一套核心规范 主要特点就是重视从GSM网络向WCDMA网络的演进 并以GPRS技术为过渡 2 CDMA2000 由美国高通北美公司为主导提出 该技术从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的 可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G 建设成本低廉 是目前各标准中进度最快的 3 TD SCDMA 由中国大陆独自制定的3G标准 原邮电部电信科学技术研究院 大唐电信 向ITU提出 该标准将智能无线 同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中 在频谱利用率 对业务支持具有灵活性 频率灵活性及成本等方面的独特优势 36 数字光纤通信 光纤通信技术概述光纤传输设备数字光纤通信传输体制光纤通信网络光纤通信新技术 37 光纤通信技术概述 所谓光纤通信 就是利用光纤来传输携带信息的光波以达到通信的目的 数字光纤通信系统方框图如下图所示 由光发射机 光纤和光接收机组成 38 光纤通信技术概述 光纤通信系统的分类根据调制信号的类型 光纤通信系统可以分为模拟光纤通信系统和数字光纤通信系统 根据光源的调制方式 光纤通信系统可以分为直接调制光纤通信系统和间接调制光纤通信系统 根据光纤的传导模数量 光纤通信系统可以分为多模光纤通信系统和单模光纤通信系统 根据系统的工作波长 光纤通信系统可分为短波长光纤通信系统 长波长光纤通信系统和超长波长光纤通信系统 39 光纤通信技术概述 光纤通信的特点 1 通信容量大 2 中继距离长 3 保密性能好 4 适应能力强 5 体积小 重量轻 便于施工和维护 6 原材料来源丰富 潜在价格低廉光纤通信同样也存在着如下缺点 需要光 电和电 光变换部分 光直接放大难 电力传输困难 弯曲半径不宜太小 需要高级的切断接续技术 分路耦合不方便 40 光纤通信技术概述 光纤通信的应用光纤在公用电信网间作为传输线 局域网中的应用 光纤宽带综合业务数字网及光纤用户线 作为危险环境下的通信线 诸如发电厂 化工厂 石油库等场所 满足不同网络层面的应用 核心网层面 城域网层面 局域网层面等 应用于专网 光纤通信主要应用于电力 公路 铁路 矿山等通信专网 41 光纤传输设备 光纤通信传输系统组成光纤通信传输系统是以光纤为传输媒介 光波为载波的信息传输系统 主要由光发射机 光纤光缆 中继器和光接收机等组成 光发射机 光中继器 光纤光缆 光纤光缆 光接收机 信息传输 42 光纤传输设备 光纤光纤是光导纤维的简称 主要成分是石英玻璃 SiO2 是由含有不同折射率的纤芯和包层构成的同心圆柱体 光纤由纤芯和包层两部分组成 光纤的作用是为光信号的传送提供传送媒介 信道 将光信号由一处送到另一处 43 光纤传输设备 光缆为使光纤能在工程中实用化 能承受工程中拉伸 侧压 和各种外力作用 提高光纤的机械强度 往往将光纤制成不同结构 不同形状和不同种类的光缆以适应光纤通信的需要 6芯紧套层绞式光缆 光缆由缆芯 护层和加强芯组成 缆芯由光纤的芯数决定 可分为单芯型和多芯型两种 护层主要是对已成缆的光纤芯线起保护作用 避免受外界机械力和环境损坏 加强芯主要承受敷设安装时所加的外力 44 光纤传输设备 光发射机光发送机是将数字脉冲电信号转换成光信号 E O变换 送到光纤中进行传输的光纤通信设备 45 光纤传输设备 光接受机光发送机是将光信号转换成电信号 O E变换 从而达到接受还原数字脉冲的光纤通信设备 46 光纤传输设备 光中继器光中继器是将光纤经过长距离传输后 受到的衰耗和色散畸变的光脉冲信号 转换成电信号后经放大整形 定时 再生还原为规则的数字脉冲信号 再转换为光脉冲信号送入光纤进行传输 达到延长传输距离目的的光纤通信设备 47 数字光纤通信传输体制 数字复接系列为提高信道利用率和传送能力 需将多路信号复接在一起传送 复接方式称为数字复接系列 48 数字光纤通信传输体制 PDH数字光纤传输系统PDH为准同步复接系列 是目前使用较广的一种数字复接系列 其特点是被复接的支路不是在同一时钟的控制下 它们的速率由于各自时钟的偏差不同而不严格相等 即不同步 在复接时 需要进行支路码速调整 使之严格相等 称为准同步数字复接 PDH PDH是按位复接的 早期的光纤系统就采用PDH方式 49 数字光纤通信传输体制 PDH存在的主要问题 1 两大体系 3种地区性标准 使国际间的互通存在困难 北美和日本采用以1 544Mbit s为基群速率的PCM24路系列 但略有不同 中国采用以2 048Mbit s为基群速率的PCM30 32路系列 2 无统一的光接口 无法实现横向兼容 3 准同步复用方式 上下电路不便 4 网络管理能力弱 建立集中式电信管理网困难 5 网络结构缺乏灵活性 6 面向话音业务 50 数字光纤通信传输体制 SDH数字光纤传输系统SDH是在20世纪80年代中期同步光网络基础上 经修改 演变和发展形成的世界统一的关于数字通信多路复用和传输方面的新的数字复用等级通用标准 称为同步数字体系 51 数字光纤通信传输体制 SDH的概念所谓SDH是一套可进行同步信息传输 复用 分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级 SDH网络则是由一些基本网络单元 NE 组成的 在传输媒质上 如光纤 微波等 进行同步信息传输 复用 分插和交叉连接的传送网络 它的基本网元有终端复用器 TM 分插复用器 ADM 同步数字交叉连接设备 SDXC 和再生中继器 REG 等 52 数字光纤通信传输体制 SDH的速率SDH采用一套标准化的信息结构等级 称为同步传送模块STM N N 1 4 16 64 相应各STM N等级的速率为STM 1155 520Mbit sSTM 4622 080Mbit sSTM 162488 320Mbit sSTM 649953 280Mbit s 53 数字光纤通信传输体制 SDH的特点 1 新型的复用映射方式 同步复用方式和灵活的映射结构 2 接口标准统一 全世界统一的NNI 体现了横向兼容性 3 网络管理能力强 帧结构中丰富的开销比特 4 组网与自愈能力强 采用先进的ADM DXC等组网 5 兼容性好 具有完全的前向兼容性和后向兼容性 6 先进的指针调整技术 可实现准同步环境下的良好工作 7 独立的虚容器设计 具有很好的信息透明性 8 系列标准规范 便于国内 国际互连互通 注 SDH最为核心的三个特点是同步复用 强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准 54 数字光纤通信传输体制 DWDM定义光波分复用 WDM 技术 是利用单模光纤低损耗区的巨大带宽 将不同波长 频率 的光信号混合在一起进行传输 即在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术 55 数字光纤通信传输体制 DWDM技术特点 1 充分利用光纤的巨大带宽资源 2 同时传输多种不同类型的信号 便于引入新业务和扩容 3 实现单根光纤的双向传输 4 多种应用形式 5 节约线路投资 6 降低对器件的超高速要求 7 高度的组网灵活性 经济性和可靠性 56 数字光纤通信传输体制 DWDM系统的构成及频谱示意图 57 数字光纤通信传输体制 实现DWDM的关键技术1 光源技术2 光波长转换技术3 滤光器和合波 分波技术4 掺铒光纤放大器 EDFA 5 DWDM光纤技术6 DWDM系统的监控 58 光纤通信网络 SDH传送网传送网主要指逻辑功能意义上的网络 即网络的逻辑功能集合 传输网是指实际信息传递设备 如光缆 组成的物理网络 传送是从信息传递的功能过程来描述 而传输是从信号在具体物理媒质中传输的物理过程来描述 传送网可以有基于SDH的传送网 基于PDH的传送网和基于ATM的传送网等 59 光纤通信网络 SDH传送网的分层与分割传送网可从垂直方向分解为3个独立的层网 即电路层 通道层和传输媒质层 分割往往是从地理上将层网络再细分为国际网 国内网和地区网等 并独立地对每一部分行使管理 分层和分割是正交的 对网络进行分层的好处是 对每一层网络比对整个网络作为单个实体设计简单 简化了TMN管理目标的规定 使网络规范与具体实施方法无关 保持较长时间的稳定 某一层网络的更新与改变不会影响其他层 对网络进行分割的好处是 便于管理 便于改变网络组成 使之最佳化等 60 光纤通信网络 分层和分割视图 SDH传送网的分层与分割 61 光纤通信网络 SDH传送网的物理拓扑 网络的物理拓扑泛指网络的形状 它反映了物理上的连接性 网络的基本物理拓扑有5种类型 62 光纤通信网络 我国数字同步网的网络结构 多基准钟 分区等级主从同步 方式 如图所示 我国数字同步网的网络结构 63 光纤通信网络 我国数字同步网的网络结构特点如下 1 在北京 武汉各建了一个以铯 CS 钟为主的 包括了GPS接收机的高精度基准钟 称为PRC 2 在其他29个省中心以上城市 北京 武汉除外 各建立了一个以GPS接收机为主加铷 Rb 钟构成的高精度区域基准钟 称为LPR 3 LPR以GPS信号为主用 当GPS信号发生故障或降质时 该LPR转为经地面数字电路跟踪于北京或武汉的PRC 4 各省以本省中心的LPR为基准钟组建数字同步网 5 地面传输同步信号一般采用PDH2Mbit s 2Mbit s专线或局间中继 在缺乏PDH链路而SDH已具备传输定时的条件下 可采用STM N线路码流传输定时信号 64 光纤通信网络 SDH网络管理电信管理网 TMN 是利用一个具备一系列标准接口 包括协议和消息规定 的统一体系结构来提供一种有组织的结构 使各种不同类型的操作系统 网管系统 与电信设备互连 从而实现电信网的自动化和标准化管理 并提供大量的各种管理功能 SDH管理网是TMN的一个子网 它的体系结构继承和遵从了TMN的结构 SDH在帧结构中安排了丰富的开销比特 从而使其网络的监控和管理能力大大增强 65 光纤通信网络 1 SDH是一套可进行同步信息传输 复用 分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级 SDH网络由一些NE组成的 在传输媒质上进行同步信息传输 复用 分插和交叉连接的传送网 2 SDH采用一套标准化的信息结构等级STM N N 1 4 16 64 其传输速率为155 520Mbit s等 3 SDH的帧结构为矩形块状帧结构 它由9行和270 N列组成 帧周期为125 s 整个帧结构由段开销 信息净负荷和管理单元指针3个区域组成 4 将各种速率的信号装入SDH帧结构 需要经过映射 定位和复用3个步骤 66 光纤通信新技术 光接入网 OAN 所谓接入网就是指端局到用户环路之间的所有机线设备 通常又称为用户网 如图所示 光接入网 OAN 是指本地交换机或远端交换模块与用户设备之间采用光传输或部分采用光传输的系统 接入网在电信网中的位置 67 光纤通信新技术 OAN的优点与功能 1 减少网路的维护运行费用 降低故障率 2 利于开发新业务 特别是宽带多媒体业务 加强竞争力 提高业务收入 3 大大延长传输距离 扩大交换机的覆盖范围 4 引入OAN后 连接到用户设备的双绞线或同轴电缆段的长度很短 可实现宽带传输 充分利用现有的巨大的网络投资 功能 OAN可为企事业单位和居民住宅用户服务 OAN工作于多厂家 多类型交换机环境 OAN能提供所有原来铜缆网所提供的业务 主要是2Mbit s以下速率的业务 并能升级提供图像和数据等宽带业务 68 光纤通信新技术 OAN主要类型 1 无源光网络 PON 2 数字环路载波 DLC 3 混合光纤同轴网 HFC 4 固定无线接入 FWA 69 光纤通信新技术 相干光通信技术相干光通信系统 利用先进的调制方式 ASK FSK和PSK 和外差接收构成的一种新型系统 相干光通信系统与IM DD系统比较 主要有以下优点 1 光接收机灵敏度高 中继距离长 2 频率选择性好 通信容量大 3 具有多种调制方式 70 光纤通信新技术 相干光通信技术 调制方式光发射机中的光调制器根据调制方式的不同 可分为ASK FSK和PSK3种形式 这3种形式的已调光波图如图7 26所示 调制方式的比较ASK方式最简单 缺点是要损失一部分光源功率 通断消光比不理想 耦合时所附加的插入损耗较大 FSK方式的一个突出优点是无需外部调制器 可对半导体激光器进行直接注入电流调制 但这种方式对激光器要求较高 PSK方式的接收灵敏度最高可达20光子 比特 适用于长距离无中继传输 但它对光源的线宽要求极高 71 光纤通信新技术 光孤子通信技术1 光孤子通信技术的起源孤子 Soliton 又称孤立波 是一种特殊形式的超短脉冲 或者说是一种在传播过程中形状 幅度和速度都维持不变的脉冲状行波 有人把孤子定义为 孤子与其他同类孤立波相遇后 能维持其幅度 形状和速度不变 1834年英国海军工程师ScottRussel观察到河面上船过后隆起的水波可以保形传输 从此揭开了孤子理论的研究序幕 1973年 Hasegawa与Tappert一起从理论上证明了光孤子脉冲能在光纤中保形传输这一现象 这种发现诱发了人们将光孤子作为一种信息载体用于高速通信的遐想 72 光纤通信新技术 2 光孤子通信技术的基本原理光孤子 OpticalSoliton 就是一种具有双曲正割形状的光脉冲 这种脉冲在光纤中传输是利用光纤的群速度色散 GVD 和非线性作用中的自相位调制 SPM 两种影响达到平衡的情况下 从而能保持原来的形状传输 利用光孤子的这种特性 可以实现超长距离 超大容量的光通信 3 光孤子通信技术的新进展 1 理论研究进展 2 色散管理孤子 DMS DMS比普通孤子系统具有更长的光中继距离 可达120 140km 而普通孤子系统仅为30 50km 73 光纤通信新技术 全光通信网1 全光网的概念全光网是指用户与用户之间的信号传输与交换全部采用光波技术 即数据从源节点到目的节点的传输过程都在光域内进行 而其在各网络节点的交换则使用高可靠 大容量和高度灵活的光交叉连接设备 OXC 2 全光网的基本结构如图7 29所示 可以分为光网络层和电网络层 光网络层的拓扑结构可以是环形 星形和网孔形等 交换方式各采用空分 时分或波分光交换 目前国际上所试验的全光网更注重于波分光交换的应用 74 光纤通信新技术 3 全光网络中的关键技术 1 光交叉连接设备 OXC 2 光分插复用器 OADM 3 掺铒光纤放大器 EDFA 4 全光网的管理 控制和运作 网络层与传输层一致的问题 使用新的监控方法的问题 协调处理好不同系统 不同传输层之间关系的问题 75 光纤通信新技术 4 全光网的特点 全光网通过波长选择器来实现路由选择 即以波长来选择路由 对传输码率 数据格式以及调制方式具有透明性的优点 全光网不仅可以与现有的通信网络兼容 而且还可以支持未来的宽带综合业务数字网以及网络的升级 全光网络具备可扩展性 可同时扩展用户 容量和种类 全光网还具备可重构性 动态地改变网络结构 可为突发业务提供临时连接 从而充分利用网络资源 全光网的光网络层有许多光器件 可靠性高 维护费用低 76 光纤通信新技术 光纤通信的发展趋势 1 向超高速系统发展 2 向超大容量WDM系统演进 3 向光传送网方向发展 4 向G 655光纤发展 5 向宽带光纤接入网方向发展 77 数字卫星通信 卫星通信概述卫星通信传输技术卫星通信多址技术卫星移动通信技术 78 卫星通信概述 卫星通信是指地球上的无线电通信站之间利用人造卫星作为中继转发站而实现多个地球站之间的通信 相应的通信系统称为卫星通信系统 设在空间用于中继转发的人造卫星称为通信卫星 79 卫星通信概述 卫星通信系统组成卫星通信系统主要由通信卫星和地球站两大部分组成 1 通信卫星2 地球站 通信卫星 地球站 地球站 80 卫星通信概述 卫星通信的优点 通信距离远 且费用与通信距离无关 覆盖面积大 可进行多址通信 通信频带宽 传输容量大 信号传输质量高 通信线路稳定可靠 建立通信电路灵活 机动性好 81 卫星通信概述 卫星通信系统的分类按卫星的覆盖范围分 有国际卫星通信系统 国内卫星通信系统和区域卫星通信系统 按用户的性质分 有公用卫星通信系统 专用卫星通信系统和军用卫星通信系统按卫星的制式分 有静止卫星通信系统和非静止卫星通信系统 卫星绕地球运转一周不等于24小时 82 卫星通信传输技术 卫星通信信息传输方式卫星通信利用微波频率作载波携带信息 通过无线电波的空间传播进行传输 利用人造地球卫星作为中继站 转发或反射无线电波 在两个或多个地球站之间进行的通信 83 卫星通信传输技术 卫星通信传输系统模型 84 卫星通信传输技术 卫星通信线路的组成两个地球站通过通信卫星进行通信的卫星通信线路的组成如图所示 是由发端地球站 上 下行无线传输路径和收端地球站组成的 85 卫星通信传输技术 卫星通信线路的组成 86 卫星通信传输技术 地球站的组成卫星通信频分多址方式A型标准地球站组成方框图 主要由天线分系统 发射机分系统 接收机分系统 通信控制分系统 信道终端设备分系统和电源分系统六个分系统组成 87 卫星通信传输技术 通信卫星的组成通信卫星各系统的组成方框图 由通信分系统 控制分系统 遥测与指令分系统 电源分系统和温控分系统五个部分组成 88 卫星通信传输技术 通信卫星上的信号处理卫星上的信号处理大体包括三种类型 一种是对数字信号进行判决和再生 使噪声不积累 另一种是在多个卫星天线波束之间进行信号交换与处理 第三种是对信号进行更复杂的变换 交换和处理 89 卫星通信传输技术 国际卫星通信系统所谓静止卫星就是指发射到赤道上空35800km附近圆形轨道上的卫星 其运动方向与地球自转方向一致 并且与地球自转周期相同 因而从地球看过去 如同静止一般 固而称为静止卫星 以静止卫星作为中继站所组成的通信系统为静止卫星通信系统或同步卫星通信系统 目前国际卫星通信组织负责建立的国际卫星通信系统 INTELSAT 简称IS 利用静止卫星来实现全球通信 三颗同步卫星分别位于太平洋 印度洋和大西洋上空 它们构成的全球通信网承担着大约80 的国际通信业务和全部国际电视转播业务 如图所示 90 卫星通信传输技术 91 卫星通信多址技术 多址技术与信道分配的概念 多址技术是指在卫星覆盖区内的多个地球站 通过同一颗卫星的中继建立两址和多址之间的通信技术 信道分配方式实际上就是指如何进行信道分配 所采用的多址方式不同 其信道的内含不同 在卫星通信中的信号分割和识别是以载波频率出现的时间或空间位置为参量实现的 归纳起来可分为频分多址 FDMA 时分多址 TDMA 码分多址 CDMA 和空分多址 SDMA 92 卫星通信多址技术 信道分配方式信道分配方式实际上就是如何进行信道分配 目前使用的分配方式有以下几种 1 预分配 PA 方式2 按需分配 DA 方式3 动态分配4 随机分配 93 卫星通信多址技术 频分多址访问 FDMA 方式是卫星通信多址技术中的一种比较简单的多址访问方式 在FDMA中是以频率来进行分割的 其在时间和空间上无法分开 故此不同的信道占用不同的频段 互不重叠 时分多址访问 TDMA 方式是以时间为参量来进行分割的 其频率和空间是无法分开的 那么不同的信号占据不同时间段 彼此互不重叠 94 卫星通信多址技术 空分多址访问 SDMA 方式是以空间作为参量来进行分割的 其频率和时间无法分开 因而不同的信道占据不同的空间 这样卫星可根据空间位置接收相应覆盖区域中的各地球站发送的上行链路信号 码分多址访问 CDMA 方式是以信号的波形 码型为参量来实现多址访问的 其频率 时间和空间上均无法分开 因而不同的地球站使用不同的码型作为地址码 并且这些码型相互正交或准正交 95 卫星通信多址技术 FDMA卫星转发模型 96 卫星通信多址技术 TDMA系统模型 97 卫星通信多址技术 SDMA SS TDMA系统原理图 98 卫星通信多址技术 随机多址访问在以随机多址访问方式工作的系统中 每个用户都可以访问一条共享信道 而无需事先与系统中的其他用户进行协商 99 卫星移动通信技术 卫星移动通信卫星移动通信是指利用卫星转接移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信 卫星移动通信系统的结构 卫星移动通信系统通常包括空间段和地面段两部分 空间段是指卫星星座 而地面段是指包括卫星测控中心 网络操作中心 关口站和卫星移动终端在内的地面设备 100 卫星移动通信技术 卫星移动通信特点卫星移动通信的特点如下 1 通信距离远 具有全球覆盖能力 从而实现真正意义上的全球通信和个人通信 2 系统容量大 可提供多种通信业务 3 在使用静止轨道的同时 也可使用中 低轨道卫星 使业务性能更优良 101 卫星移动通信技术 卫星移动通信系统的应用卫星移动通信系统可为移动用户提供全球范围 地区范围或国内的公用移动电话 电传 传真和数据业务 卫星无线寻呼业务 卫星无线电定位业务以及抢险救灾 安全通信和专用部门对车 船 飞机等的调度通信业务等 它可以应用于下列多种情况 应急救援通信航空服务海上通信服务陆地移动服务 102 数据与计算机通信 数据通信局域网广域网通信协议 103 数据通信 数据与数据通信数据通信是以传输数据为业务的一种通信方式 是为了实现计算机与计算机或终端与计算机之间信息交互而产生的一种通信技术 是计算机与通信相结合的产物 104 数据通信 数据通信特点与电话通相比 数据通信有如下特点 数据通信是人 机或机 机通信 计算机直接参与通信 这是数据通信的重要特征 数据传输的准确性和可靠性要求高 传输速率高 要求接续和传输响应时间快 通信持续时间差异大 105 数据通信 数据通信系统的构成数据通信系统是通过数据电路将分布在远端的数据终端设备与计算机系统连接起来 实现数据的传输 交换 存储和处理的系统 典型的数据通信系统主要由中央计算机系统 数据终端设备以及数据电路三部分构成 106 数据通信 数据通信网的构成数据通信网是一个由分布在各地的数据终端设备 数据交换设备和数据传输链路所构成的网络 在网络协议 软件 的支持下实现数据终端间的数据传输和交换 数据通信网可划分为 分组交换网 ATM网 IP网和局域网 城域网 广域网等 107 数据通信 计算机网络从20世纪60年代开始 计算机从单机工作到形成具有通信能力的计算机网络 计算机通信网的组成包括 用户资源子网 通信子网和相适应的通信协议 108 数据通信 计算机网络的分类按网络的拓扑结构进行分类 可分为星型 树型 环型 总线型和网格型等 按网络的交换功能进行分类 可分为电路交换 报文交换和分组交换 按网络的覆盖范围进行分类 可分为广域网 局域网和城域网 按网络服务的对象进行分类 可分为公用网和专用网 109 局域网 局域网的定义局域网是在有限距离内联网的通信网 这种网支持所有通信设备的互连 以同轴电缆或双绞线构成通信信道 并能提供宽频带通信及信息资源的共享能力 110 局域网 局域网的分类1 局部区域网 LAN LAN是一种通用局域网 主要支持小型计算机 微型机和用户终端等设备 2 高速局部网 HSLN HSLN主要用于主机与大容量存储设备之间的连接与通信 3 计算机化分支交换网 CBX CBX是数字交换技术 电话交换技术与计算机技术相结合的综合技术 专门用于处理语音数据的数字化和终端 终端 终端 主机的数据传送 111 局域网 局域网工作原理1 总线结构局域网基于总线拓扑结构的局域网 利用总线连接媒介 同轴线 光导纤维或双绞线将网络中的计算机 终端或其它设备连接起来 通过载波监听多址访问 冲突检测 CSMA CD 机制来避免访问冲突 112 局域网 局域网工作原理2 环型结构局域网环型局域网也是一种常见的网络形式 网上各台站有可能同时发送数据 所以必须解决网上竞争问题 环形令牌访问方式使用令牌控制台站对传输媒体的访问 113 局域网 局域网工作原理3 星型结构局域网星型局域网属于集中控制式网络结构 网内每个用户直接与中央处理机相连接 中央处理机控制信息的交换与处理 114 局域网 城域网城域网是在一个城市范围内建立起来的计算机通信网 简称MAN 它实际上是一个能覆盖一个城市的很大的局域网 以光纤能提供的速率进行数据传输 115 广域网 广域网是在一个广泛的地理范围内所建立的计算机通信网 简称WAN 广域网有时也称为远程网 近几年 相继推出了一些以光纤为传输介质的广域网 如同步光纤网 SONET 同步数字序列 SDH 和密集波分复用 DWDM 等 其传输速率已达10Gb s 大大改善了广域网的拥挤状况 116 广域网 广域网的类型广域网种类很多 性能差异很大 目前常用的公共网络系统有电话交换网 PSTN 分组交换数据网 又称X 25网 帧中继网 FR 综合数据业务网 ISDN 数字数据网 DDN 等 117 广域网 广域网的路由连到广域网上的每台计算机都有一个物理地址 广域网中传送的数据单元称为分组 packet 广域网的交换节点采用存储转发技术 即当分组到达交换节点时 交换机将其放入一个队列 直到交换机可以发送它们去目的地 广域网中分组交换机必须为每个需要交换的分组选择输出路径 用来存储下一站信息的表叫路由表 交换机的正常工作 需要有一张路由表 118 广域网 路由技术为了保证交换的效率 路由必须保证 路由完备性 一个交换机内的路由表必须包含通往所有目的地的下一站信息 路由优化性 路由表所指的路径必须是最短路径 路由表的计算方法有 静态路由 分组交换机启动时由程序计算而后设置路由 此后路由不再改变 动态路由 分组交换机启动时由程序设置初始路由 当网络变化时随时更新 119 通信协议 协议的概念在现代通信网中 双方进行通信时 都必须认同一套用于信息交换的约定规则 协议 Protocol 是约定规则使用的语言及所表达的语义 120 通信协议 一个通信网络协议主要由三个要素组成 1 语法 信息与控制信息的结构或格式 2 语义 需要发出何种控制信息 完成何种动作 以及做出何种应答 3 同步 事件实现的详细说明及严格的同一时刻通信问题 121 通信协议 协议栈对所有通信的完整细节 设计人员不可能设计一个单一 巨大的协议 而是把通信问题划分成多个相对独立的问题 然后为每个问题设计一个单独的协议 称为协议子集 协议设计为了使协议的设计规范化 目前已经开发了一些工具 帮助协议设计者理解通信问题的子部分及规划一个完善协议系列 122 通信协议 通信协议内容在现代通信网的实际通信过程中 要涉及数据信号传输 帧传输 传输中误码检测和纠错 局域网通信协议 路由选择 拥塞和流量控制 通信保密 以及传输控制等许多问题 为了解决所有的这些问题 需要设计各种各样的协议 协议设计的考虑虽然解决特定问题有特殊的技巧 但协议的设计是一件非常复杂的事 123 宽带通信网络 宽带通信网概述宽带IP网络宽带通信网接入技术下一代网络 NGN 124 宽带通信概述 宽带业务对网络的要求1 多速率接入由于宽带网络支持的业务包括现在和将来的所有应用 这样网络就必须支持从一般业务控制的几十bit s到几kbit s和视频通信的几Mbit s到几十Mbit s的接入速率 2 多点连接在提供原有电路交换中点对点连接方式的基础上 宽带网络还必须能提供点到多点的广播 组播连接功能 而不是简单地要求用户通过申请多个连接完成多点通信 多媒体业务支持指网络中允许接入的业务有不同的形式 如语音 数据 静止图像 活动视频或者它们的某种组合 每种媒体有不同的服务质量要求 如带宽 传输速率 延迟 信号失真度 误码率 等诸多不同的参数要求 125 宽带通信概述 现代通信网的发展趋势网络业务数据化网络信道光纤化网络容量宽带化网络接入无线化网络传输分组化网络管理综合化 126 宽带IP网络 传统IP网络及其改进IPoverATMIPoverSDHIPoverWDM 127 传统IP网络及其改进 IP网络概述IP InternetProtocol 网络是以TCP IP为基础的互联网络 它是由各种不同类型和规模的 独立运行和管理的计算机网络组成的全球范围的计算机网络 组成Internet的计算机网络包括各种局域网 LAN 城域网 MAN 和广域网 WAN 等 128 传统IP网络及其改进 IP网络概述IP网具有以下特性 1 IP网是一个无连接的系统2 IP网采用自适应性路由3 IP网是 尽其所能 的网络4 IP网在网络层用IP协议互联 避免了异构网络在链路层互联的困难 5 IP网的基础设施和应用是分离的 便于发展各种应用 129 传统IP网络及其改进 IP网络分层体系结构IP网采用分层体系结构 其模型包括了层次结构和各层功能描述两方面的内容 TCP IP分层模型 TCP IP TransmissionControlProtocol InternetProtocol 是传输控制协议 互联网协议 其目的是将各种异构计算机网络或主机通过TCP IP实现互联互通 TCP IP共有5个层次 它们分别是物理网络 网络接口层 网络层 传输层和应用层 130 传统IP网络及其改进 TCP IP协议簇TCP TP协议簇是在TCP和IP两个重要协议的基础上形成的协议簇 网络层的协议 互联网协议 IP 互联网组消息协议 IGMP 差错控制协议 ICMP 地址解析协议 ARP 和反向地址解析协议 RARP 传输层协议 传输控制协议 TCP 用户数据报协议 UDP 应用层协议 应用层直接为IP网应用提供服务 常用的主要协议有 虚拟终端协议 TELNET 文件传输协议 FTP 简单邮件传输协议 SMTP 域名系统 DNS 超文本传送协议 HTTP 简单网络管理协议 SNMP 131 传统IP网络及其改进 IP网络地址网络地址用来标识网络设备 在互联网中 常用的网络地址有数据链路层地址 介质访问控制 MAC 地址和网络层IP地址 MAC地址 也叫物理地址或硬件地址 在网络通信的最低层 所有的网络都必须使用物理地址进行通信 网络接口的制造商通常把MAC地址编码到硬件中 IP地址 IP地址是网络层地址 是因特网上主机地址的数字形式 与主机的域名一一对应 端口地址 对于从源主机将许多数据传送到目的主机来说 因特网 IP 地址和物理地址是必需的 132 传统IP网络及其改进 IP交换Internet的基本思想是建立统一协调 能够共享服务的通信系统 其实现的方法是在低层网络技术与高层应用程序之间采用TCP IP协议 从而抽象和屏蔽硬件细节 向用户提供通用网络服务 133 传统IP