计算机网络与通信(第3章)

1、 第3章 数据通信技术第3章 数据通信技术n3.1 概述n3.2 数据通信系统的性能指标n3.3 数据传输方式n3.4 调制解调技术n3.5 编码技术n3.6 信道复用技术（概念）n3.7 宽带接入技术（概念）n3.8 传输媒体3.1 概述n数据通信(Data Communication)：经计算机编码后的二进制数字数据的通信技术。n数据终端设备(Data Terminal Equipment, DTE)。n数据电路终接设备(Data Circuit-terminating Equipment, DCE)。n信源编码。n信号: 数据传输的载体，用它的特征参数表示所传输的数据。n信道: 信号传输

2、的通道。 3.1 概述n基带传输方式，编码(Coding)和解码(Decoding)，线路编码(Line Coding)。n频带传输方式，调制(Modulation)和解调(Demodulation)。数据通信模型 3.2 数据通信系统的性能指标3.2.1 数据传输速率和码元传输速率n数据传输速率、带宽和吞吐量n数据传输速率，又称比特率。n带宽和宽带。n吞吐量(Throughput)。n码元传输速率n单位为波特(baud)，又称为波特率。n数据传输速率与码元传输速率的关系n多极编码方式。n码元状态数M。n数据传输速率C 和码元传输速率B 有如下关系： C = B log2M3.2.1 数据传输

3、速率和码元传输速率四级编码的例子 3.2.2 时延和时延带宽积n时延(Delay)n时延由以下三部分组成：n发送时间(Transmission Time)n传播时延(Propagation Delay)n转发时延n往返时延(Round Trip Time)。n时延带宽积n时延带宽积 = 传播时延 * 带宽n时延带宽积又称为比特长度 3.2.3 误码率和比特误码率n误码率(Error Rate)Pe = 传错的码元数 / 传输的码元总数n比特误码率(Bit Error Rate, BER) Pb = 传错的比特数 / 传输的比特总数 3.2.4 奈奎斯特准则和香农定理n奈奎斯特准则和香农定理分别

4、给出了无噪声和有噪声的情况下信道的极限传输能力，称为信道容量(Channel Capacity)。n奈奎斯特准则BMAX = 2WCMAX = 2Wlog2Mn香农定理CMAX = Wlog2(1 + S / N) 3.3 数据传输方式 3.3.1 单工、全双工和半双工传输n单工传输(Simplex Transmission)。n全双工传输(Full Duplex Transmission)。n半双工传输(Half Duplex Transmission)。 3.3.2 异步传输和同步传输n同步(Synchronization)n通信在两点之间进行：n帧同步：增加特殊的同步标志n位同步：外同步

5、，内同步n多节点通信时： 网同步，一般使用准同步和主从同步方式n异步传输n串行通信(Serial Communication)n异步传输(Asynchronous Transmission)n同步传输(Synchronous Transmission)n异步传输n以字符为单位进行数据传输，每一个字符前后各加一个起始位和一个停止位，实现字符同步，通信的双方各自使用独立的基准定位时钟，并约定同样的传输速率，以实现位同步，也称起止式。 3.3.2 异步传输和同步传输n同步传输n同步传输方式中数据是以帧(Frame)的较大的数据块为单位进行传送。同步传输使用特殊的标志进行帧同步，同步传输还必须进行严格

6、的位同步，一般是内同步方式。n面向字符的同步传输方式。n面向位的同步传输方式。异步传输的字符格式 3.3.3 频带传输和基带传输n频带传输n将数字数据模拟化，用数字数据调制载波，将数字数据寄生在载波的某个参数上，借助于模拟信道传输数字数据。n频分复用(FDM)。n基带传输n以数字传输信号为载体在数字信道上传输数字数据。基带传输在数字数据传输前不需调制，但要对它进行线路编码。n时分复用(TDM)。 3.4 调制解调技术n调制n使用一个正弦信号作为载波(Carrier)，用被传输的数字数据去调制它。n有三个参数可调：幅值 A、频率 f 和相位 。 S (t ) = A sin( 2f t + )n

7、基本的调制方法也相应有幅度调制、频率调制和相位调制。 3.4 调制解调技术基本的调制方法 3.4 调制解调技术n3.4.1 幅移键控nAmplitude Shift Keying, ASK。n又称幅度调制。n3.4.2 频移键控nFrequency Shift Keying, FSK。n又称频率调制。n3.4.3 相移键控nPhase Shift Keying, PSK。n又称相位调制。 3.4.4 多级调制和幅相键控n多级幅移键控(MASK)、多级频移键控(MFSK)和多级相移键控(MPSK)。n调制信号在8PSK中携带了log28=3个比特的数字数据。n幅相键控(Amplitude Pha

8、se Keying, APK)，由幅度和相位两个参数进行复合多级调制，也称正交幅度调制(Quadrature Amp-litude Modulation, QAM)，两个正交载波(频率相同但相位差90o)的调幅信号之和。数字数据000001010011100101110111相位0459013518022527031564QAM的星座图 3.5 编码技术字符的编码方法字符的编码方法n何谓字符？ 汉字、数字和英文字母 ，统称为字符。n汉字的编码方法 4位十进制数字表示一个汉字。 例如，电报编码： “中” “0022”，“国” “0948”。 区位码： “中” “5448”，“国” “2590”。

9、n英文字母编码方法 ASCII 码 7位二进制数字表示一个字符 。n单极性波形n双极性波形n单极性归零波形n双极性归零波形n差分波形n多电平波形 0 1 0 1 1 0 0 0 1-V0+V+V+V0+V-V0(a)(b)(c)(d)(e)(a) 单极性波形 (b)双极性波形 (c)单极性归零波形 (d)双极性归零波形(e)差分波形基带信号的基本波形-V多电平波形0+V+3V-3V二二进进制制基带数字信号的波形基带数字信号的波形nAMI码码 传号交替反转码传号交替反转码 n编码规则：“1” 交替变成“1”和“1”， “0” 仍保持为“0”，n 例：消息码： 0 1 0 1 1 0 0 0 1

10、AMI码：0 +1 0 -1 +1 0 0 0 -1n优点：没有直流分量 、译码电路简单 、能发现错码n缺点：出现长串连“0”时，将使接收端无法取得定时信息。n又称：“1B/1T”码 1位二进制码变成1位三进制码。nHDB3码码 3阶高密度双极性码阶高密度双极性码 n编码规则：n首先，将消息码变换成AMI码，n然后，检查AMI码中连“0”的情况：n当没有发现4个以上（包括4个）连“0”时，则不作改变，AMI码就是HDB3码。n当发现4个或4个以上连“0”的码元串时，就将第4个“0”变成与其前一个非“0”码元（“1”或“1”）同极性的码元。n将这个码元称为“破坏码元”，并用符号“V”表示，即用“

11、+V”表示“1”，用“V”表示“1”。n为了保证相邻“V”的符号也是极性交替： * 当相邻“V”之间有奇数个非“0”码元时，这是能够保证的。 * 当相邻“V”之间有偶数个非“0”码元时，不符合此“极性交替”要求。这时，需将这个连“0”码元串的第1个“0”变成“B”或“B”。B的符号与前一个非“0”码元的符号相反；并且让后面的非“0”码元符号从V码元开始再交替变化。n例：消息码: 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1AMI码: -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 -1 +1HDB3码: -1 0 0 0 -V +1 0 0 0

12、 +V -1 +1 -B 0 0 -V +1 -1 -1 0 0 0 -1 +1 0 0 0 +1 -1 +1 -1 0 0 -1 +1 -1 译 码： -1 0 0 0 0 +1 0 0 0 0 -1 +1 0 0 0 0 +1 -1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1译码：n发现相连的两个同符号的“1”时，后面的“1”及其前面的3个符号都译为“0”。n然后，将“+1”和“-1”都译为“1”，其它为“0”。n优点：除了具有AMI码的优点外，还可以使连“0”码元串中“0”的数目不多于3个，而且与信源的统计特性无关。 n双相码双相码 曼彻斯特码曼彻斯特码n编码

13、规则：消息码“0” 传输码“01” 消息码“1” 传输码“10” 例： 消息码： 1 1 0 0 1 0 1 双相码：10 10 01 01 10 01 10n译码规则：消息码“0”和“1”交替处有连“0”和连“1”，可以作为码组的边界。n 优缺点：只有2电平，可以提供定时信息，无直流分量； 但是占用带宽较宽。+E-E1 00 1n密勒码密勒码 n编码规则：消息码“1” 用中点处电压的突跳表示，或者说用“01”或 “10”表示；消息码“0” 单个消息码“0”不产生电位变化， 连“0”消息码则在边界使电平突变，或者说用 “11”或“00”表示 特点：当 “1”之间有一个 “0”时，码元宽度最长（

14、等于两倍消息码的长度）。这一性质也可以用来检测误码。n产生：双相码的下降沿正好对应密勒码的突变沿。因此，用双相码的下降沿触发双稳触发器就可以得到密勒码。00消息码： 1 0 1 1 0 0 0 1双相码： 10 01 10 10 01 01 01 10 双相码波形： 双相码相位： 0 0 0 0密勒码：nCMI码码 传号反转码传号反转码 n编码规则：消息码“1” 交替用“11”和“00”表示；消息码“0” 用“01”表示， 00消息码： 1 0 1 1 0 0 0 1双相码： 10 01 10 10 01 01 01 10 双相码波形： 双相码相位： 0 0 0 0密勒码：0CMI码：mB/n

15、B编码nmB/nB(m out of n, mn)把m比特的二进制数据块(Block)用n比特的二进制代码块来表示，称为块编码(Block Coding)。n两级编码：如：100BaseTX以太网采用 4B/5B-MLT3，1000BaseX以太网使用8B/10B-NRZ。n2m个数据码是从2n个nB码选出来的。使“0” 和“1”等概率，连续的“0”和“1”数目小。这样，其频谱低频分量小、直流基线漂移小、频率范围较窄、时钟成分丰富、定时提取方便。另外，除2m个数据码外，总可有一些可以作控制码的。nmB/nB码，编码开销增加了(n - m) / m *100%。 3.5.3 mB/nB编码代表符

16、号4B5B代表符号4B5B00000111108100010010100010100191001100112001010100A1010101103001110101B1011101114010001010C1100110105010101011D1101110116011001110E1110111007011101111F1111111014B/5B编码的数据码元对照情况 3.5.4 多级编码nM 级编码的码元状态数为M (M为2的整数次幂)，一个码元可携带 log2M 个比特的数字信号。 四级编码的例子 3.6 信道复用技术 3.6.1 频分复用n频分复用(FDM)用于模拟传输 3.6.

17、2 时分复用和统计时分复用n时分复用(TDM)n用于数字数据传输。nTDM将传输分成固定长度的帧(Frame)(电话系统中帧长为125s)，每个帧又划分为若干个时隙(Time Slot)，采用固定时隙分配方式。n统计时分复用(Statistical TDM, STDM)n按需要动态地分配时隙，时隙位置与数据源没有固定的对应关系，可以从分利用TDM中的空闲时隙，但每一个时隙中必须加入地址字段。 3.6.2 时分复用和统计时分复用 (灰色为数据，黑色为地址，白色为空闲时隙) 3.6.3 准同步数字系列n准同步数字系列(Plesiochronous Digital Hierarchy, PDH)和同

18、步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy, SDH)都是使用TDM技术的数字传输系统，主要用于电话系统的数字干线，也可作为计算机网络的底层传输网。n两类PDH：T系列(也成为T载波，T-carrier)和E系列。n脉冲代码调制(Pulse Code Modulation, PCM)：采样(Sampling)、量化(Quantizing)和编码(Coding)。n编码解码器每秒采样8000次，即125s /次。在电话TMD系统中几乎所有的时间间隔都是以125s为基数。TDM是把125s长度的一帧分为若干个时隙，每个时隙安排多路话音信号。 3.6.3 准同步数字系列1

19、93比特125s =1.544Mb/s 地 区参数一次群（基群）二次群三次群四次群五次群北 美符号T1T2T3T4话路数2496=244672=9674032=6726数据率1.5446.31244.736274.176欧洲等符号E1E2E3E4E5话路数30120=304480=12041920=480476800=19204数据率2.0488.44834.368139.264565.148 T1的时分复用帧 PDH的数字复用系列高次群的话路数（路）和速率（Mb/s） 3.6.4 同步数字系列n同步光纤网(Synchronous Optical Network, SONET)。n同步数字系列

20、(Synchronous Digital Hierarchy, SDH)。SONET体系结构 SDH同步传送网-PDH缺点n没有国际统一的速率标准n 2M系列：2M、8M、34M、140M、565M；n 1.5M系列：北美：1.5M、6.3M、45M、274M；n 日本：1.5M、6.3M、32M、100M； n 没有国际统一的光接口规范（多种码型变换方案）n 上下电路需大量硬件、结构复杂、成本高：n 需要用硬件进行逐级复用与解复用（背靠背）； n 网络的OAM能力差：无足够的开销字节。n PDH一次群速率：2.048Mb/s的30/32路系列。SDH特点n优点：n速率统一：155M、622M

21、、2.5G、10G；n光接口与帧结构统一：STM-N（N=1、4、16、64）；n一步复用特性：可从高速信号中直接提取/接入低速信号n强大的OAM&P能力实现了网络管理的智能化：n丰富的开销（码流量的5%）、强大的软件技术；n组网灵活、网络的生存性强： 可组多种类型网络、具有自愈能力、可在线升级；n前、后向兼容。n目前我国SDH网络结构分四个层面，第一层面为长途一级干线网，第二层面为二级干线网，第三层面为中继层，第四层面为接入层。nSDH是指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n缺点：n带宽利用率稍低，如155M仅包括63个2M或3个34M。SDH与与

22、PDH分插信号的比较分插信号的比较SDHSONET等级速率（Mbit/s）等级速率（Mbit/s）STS-151.840STM-1155.520STS-3155.520STS-9466.560STM-4622.080STS-12622.080STS-18933.120STS-241244.160STS-361866.240STM-162488.320STS-482488.320STS-964976.640STM-649953.280STS-1929953.280 SDH 与与 SONET的标准速率的标准速率STM-1帧中单独一个字节的比特传输速率是64kbit/s nSDH和PDH的关系n通常

23、都是将若干路PDH接入STM-1内，即在155.52Mb/s处接口。这时，PDH信号的速率都必须低于155.52Mb/s，并将速率调整到155.52上。n例如，可以将63路E-1，或3路E-3，或1路E-4，接入STM-1中。 nSDH的结构以及和PDH连接关系图：指针处理映 射复 用定位调整 44.736 Mb/s 34.368 Mb/s1VC-3C-3C-4TU-3TUG-33139.264 Mb/sVC-2VC-12VC-11C-12C-11C-2TU-11TU-2TU-12TUG-23477 1.544 Mb/s 6.312 Mb/s 2.048 Mb/s虚容器VC-n 容器C-nST

24、M-NVC-3VC-4AU-4AU-3AUGN13SDH体系结构图nSDH的结构：n容器（C-n）：是一种信息结构，它为后接的虚容器(VC-n)组成与网络同步的信息有效负荷。n虚容器（VC-n）：它由信息有效负荷和路径开销信息组成帧。每帧长125s或500s。n支路单元（TU-n）：它为低阶路径层和高阶路径层之间进行适配。由一个低阶虚容器和一个支路单元指针组成。n管理单元（AU-n）：为高阶路径层和复用段层之间提供适配。由一个高阶虚容器和一个管理单元指针组成。指针处理映 射复 用定位调整 44.736 Mb/s 34.368 Mb/s1VC-3C-3C-4TU-3TUG-33139.264 M

25、b/sVC-2VC-12VC-11C-12C-11C-2TU-11TU-2TU-12TUG-23477 1.544 Mb/s 6.312 Mb/s 2.048 Mb/sSTM-NVC-3VC-4AU-4AU-3AUGN13SDH体系结构图虚容器VC-n 容器C-nnSDH的帧结构STM-N 有效负有效负荷荷段开销段开销SOH段开销段开销SOH管理单元指针管理单元指针9行2 6 1 N9N270N列（bytes）91345 SDH的帧结构返回返回段开销（SOH）：包括分帧信息、性能监测及维护运行等功能。分为再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）。管理单元指针：对应VC-3和VC-4，并分

26、别进行速率适配和同步指针调整。 9 列 A1 A1 A1 A2 A2 A2 J0 B1 E1 F1 D1 D2 D3 A U - P T R (管理单元指针) B2 B2 B2 K1 K2 D4 D5 D6 D7 D8 D9 D10 D11 D12 S1 M1 E2 RSOHMSOH9行 传输方向T=125s 国内使用字节 传输媒质指示字节 空格：国际使用字节STM-1 SOH 字节安排字节安排 1. A1、A2： 帧定位字节帧定位字节 （F6 28 H）；）； 2. J0： 再生段跟踪字节，使收、发能正确对接；再生段跟踪字节，使收、发能正确对接； 3. B1：再生段比特间插奇偶校验字节再生段

27、比特间插奇偶校验字节(BIP-8)； 校验矩阵校验矩阵 B1字节被校验字节被校验字节被校验字节b1b2b3b4b5b6b7b8110010011101001010011010SOH开销开销字节功能字节功能 4. D1 D3：再生段数据通信通道，可传送再生段运行数据；再生段数据通信通道，可传送再生段运行数据； 5. D4 D12：复用段数据通信通道，可传送复用段运行数据；复用段数据通信通道，可传送复用段运行数据； 6. E1、E2：公务联络字节公务联络字节； 7. F1：使用者通道字节，用于维护的数据使用者通道字节，用于维护的数据/ /音频通道，提供临时音频通道，提供临时 的数据的数据/ /语声

28、通路连接，速率为语声通路连接，速率为64kbit/s64kbit/s 8. B2：复用段比特间插奇偶校验字节复用段比特间插奇偶校验字节(BIP-N(BIP-N24)24)； 工作原理与工作原理与B1B1相同；相同； 9. K1、K2：自动保护倒换字节，自动保护倒换字节，执行执行APS协议协议； 其中：其中： K1的的b5 b8为请求保护倒换的局站编号，为请求保护倒换的局站编号， K2的的b1 b4为倒换到保护通路上的局站编号为倒换到保护通路上的局站编号。SOH开销开销字节功能字节功能映射就是在映射就是在SDH网络边界把各种业务信号适配进相应的虚容器网络边界把各种业务信号适配进相应的虚容器 如：

29、把如：把2Mb/s信号适配进信号适配进VC-12； 把把34（或（或45）Mb/s信号适配进信号适配进VC-3； 把把140Mb/s信号适配进信号适配进VC-4。由几个连续的基帧组成的调整帧称为由几个连续的基帧组成的调整帧称为复帧复帧；由基帧的几分之；由基帧的几分之一构成的调整帧称为一构成的调整帧称为子帧子帧。 SDH技术中，为了将各种信号复用映射进技术中，为了将各种信号复用映射进STM-N帧结构信息帧结构信息净负荷区的过程，必须要经过净负荷区的过程，必须要经过映射、定位和复用映射、定位和复用三个步骤。三个步骤。复用与映射复用与映射9行261列AU-PTR9列H1YYH21* 1* H3H3H

30、3Y= 1001SS11（S未规定）1*=11111111VC - 4管理单元指针管理单元指针 AU PTR指针调整技术允许个别网元不同步，也允许不同子网间不同步两类系统都可以通过监视指针活动的方法来判断整个网络同步是否正常3、H1、H2、H3 字节功能字节功能. . 净负荷位置指示净负荷位置指示 1010比特指针指示净负荷的第一个字节相对于第三个比特指针指示净负荷的第一个字节相对于第三个H3字节的偏移量。字节的偏移量。 . . 对净负荷对净负荷VC- 4进行速率调整进行速率调整 正调整正调整: : 5 5个个I比特反转；在净负荷前面加比特反转；在净负荷前面加3 3个填充字节；指针值加个填充字

31、节；指针值加1 1。 负调整负调整: : 5 5个个D比特反转；在净负荷前面比特反转；在净负荷前面3 3个字节移到个字节移到3 3个个H3字节中；字节中； 指针值减指针值减1 1。. . 新数据标识新数据标识 NDF 指示净负荷中的新数据变化。正常时：指示净负荷中的新数据变化。正常时：NDF = 0110 有新数据时：有新数据时：NDF = 1001净负荷指针净负荷指针低阶容器高阶容器低阶组装器 高阶组装 REG STM-N复用再生段低阶通道（LPOH）高阶容器低阶容器低阶组装器 高阶组装 REG STM-N复用再生段高阶通道（HPOH）复用段（MSOH）再生段（RSOH）如何理解如何理解PO

32、HPOH与与SOHSOHDXC的应用的应用1、多种网络的网关、多种网络的网关 可作可作SDH网与网与PDH网的网关网的网关,长途网与中继网的网长途网与中继网的网 关，中继网与用户网的网关等。关，中继网与用户网的网关等。2、电路调度、电路调度 在多个网络的汇接点，用在多个网络的汇接点，用DXC实现网络之间的业实现网络之间的业 务流动或电路调度。务流动或电路调度。DXC的系统结构的系统结构同步的两种基本方式同步的两种基本方式1、主从同步方式主从同步方式指网内设一时钟主局，配有高精度时钟，网内各局均受控于该全局（即跟踪主局时钟，以主局时钟为定时基准），并且逐级下控，直到网络中的末端网元终端局。2、相

33、互同步方式相互同步方式在网中不设主时钟，由网内各交换节点的时钟相互控制，最后都调整到一个稳定的、统一的系统频率上，从而实现全国的同步工作。正常工作模、保持模式、自震模式正常工作模、保持模式、自震模式时钟的种类和参数时钟的种类和参数时钟种类时钟种类1. 铯原子钟：长期频率稳定度和精确度很高的时钟，其长期频偏优于1*10E-11，但短期稳定度不够理想。2. 石英晶体振荡器：廉价时钟源，可靠性高，但是长期频率稳定度不好。3. 铷原子钟：稳定度、精度和成本介于上述两种时钟之间。频率可调范围大于铯原子钟，长期稳定度低一个量级左右，但有出色的短期稳定度和低成本特性，寿命约十年。基准主时钟满足G.811规范

34、。转接局时钟满足G.812规范（中间局转接时钟）。端局时钟满足G.812规范（本地局时钟）。SDH网络单元时钟满足G.813 规范（SDH网元内置时钟）。ITU-T规定的规定的4级时钟级时钟SDH 网同步网同步3、其它通信网的同步网结构其它通信网的同步网结构利用大楼综合定时系统（利用大楼综合定时系统（BITS）与）与SDH传送网相结合的方法构成同步网。传送网相结合的方法构成同步网。BITS 可接收外定时信号，如可接收外定时信号，如GPS等；等；BITS 本身（铷钟）产生的时钟信号符本身（铷钟）产生的时钟信号符合合G.812时钟的标准；时钟的标准；BITS 可利用可利用SDH的的STM-N信号传

35、送时信号传送时钟信号。钟信号。SDH同步网结构同步网结构 - 同步参考链同步参考链G.811G.812G.812G.812第一个转接局第二个转接局第K个转接局 N个G.813 SDH设备时钟 N个G.813 SDH设备时钟 N个G.813 SDH设备时钟 注注: K=10; N=20;网元时钟总数网元时钟总数 60n尽量减少定时基准传输的长度；n受控时钟尽量从高等级时钟获取定时；n一个同步参考链上的节点时钟总数不超过60个；n尽量配置一个以上的外定时基准；n防止出现定时环路-充分利用S1字节；n定时信息传送：- 从STM-N信号中提取定时误码特性误码特性误码指经接收、判决、再生后，数字码流的某

36、些比误码指经接收、判决、再生后，数字码流的某些比特发生了差错，使传输信息质量产生损伤。特发生了差错，使传输信息质量产生损伤。 误码的产生和分布误码的产生和分布理想的光纤传输系统是十分稳定的传输通道，基本理想的光纤传输系统是十分稳定的传输通道，基本不受外界电磁干扰。不受外界电磁干扰。1. 1. 内部机理内部机理产生的误码产生的误码2. 2. 脉冲干扰脉冲干扰产生的误码产生的误码在数字通信设备维护中，差错性能或误码性能是传输系统和数字链路在数字通信设备维护中，差错性能或误码性能是传输系统和数字链路的最重要的维护指标。的最重要的维护指标。 网络性能网络性能系统的此种误码包括由各种噪声源产生的误码；定

37、位抖动产生的系统的此种误码包括由各种噪声源产生的误码；定位抖动产生的误码；复用器、交叉连接设备和交换机产生的误码；以及由光纤误码；复用器、交叉连接设备和交换机产生的误码；以及由光纤色散产生的码间干扰引起的误码色散产生的码间干扰引起的误码. .此类误码会由系统长期平均误码率反应。此类误码会由系统长期平均误码率反应。由突发脉冲诸如电磁干扰、设备故障、电源瞬态干扰等原因产生由突发脉冲诸如电磁干扰、设备故障、电源瞬态干扰等原因产生的误码。的误码。此类误码具有突发性和大量性，可通过系统的短期误码性能反映此类误码具有突发性和大量性，可通过系统的短期误码性能反映出来。出来。误码性能的度量误码性能的度量G.8

38、26/G.828高比特率通道的误码性能是以块为单位进行度量的高比特率通道的误码性能是以块为单位进行度量的（B1、B2、B3监测的均是误码块），由此产生出一组以监测的均是误码块），由此产生出一组以“块块”为为基础的一组参数，而且主要用于不停业务监视。基础的一组参数，而且主要用于不停业务监视。1、误码性能事件、误码性能事件n误块（误块（EB）- 出现一个或多个比特差错的数据块。出现一个或多个比特差错的数据块。n误块秒（误块秒（ES）- 含有一个以上误块的秒。含有一个以上误块的秒。n严重误块秒（严重误块秒（SES）- 含有含有30%以上误块的秒。以上误块的秒。n背景误块（背景误块（BBE）- 在严重

39、误块秒之外发生的误块。在严重误块秒之外发生的误块。2、误码性能参数、误码性能参数n误块秒比（误块秒比（ESR）n在一个确定的测试时间内（如在一个确定的测试时间内（如24小时），可用时间内的误块秒小时），可用时间内的误块秒ES与总秒与总秒数之比。数之比。 n严重误块秒比（严重误块秒比（SESR）n在一个确定的测试时间内（如在一个确定的测试时间内（如24小时），可用时间内的严重误块秒小时），可用时间内的严重误块秒SES与总秒数之比。与总秒数之比。n背景误块比（背景误块比（BBER）n在一个确定的测试时间内（如在一个确定的测试时间内（如24小时），可用时间内的背景误块数，与小时），可用时间内的背景误

40、块数，与总块数中扣除严重误块秒中的所有块数后剩余块数之比总块数中扣除严重误块秒中的所有块数后剩余块数之比注：注：SDHSDH系统的误块与系统的误块与PDHPDH系统误码不同；发生一个误块系统误码不同；发生一个误块可能出现几个或几十个比特错误（由可能出现几个或几十个比特错误（由B1B1、B2B2、B3B3检测）检测）。SDH传送网传送网结构结构 非非SDH客户客户VC-12VC-12 VC-4复用段复用段再生段再生段 物理层物理层低阶高阶段层通道层 传输媒质层电路层分层模型：分层模型：n电路层n直接为用户提供通信业务，其节点设备是交换机等。n通道层n支持一个或多个电路层网络，为电路层节点设备提供

41、n电路群（通道），如VC-12、VC-4等。n传输媒质层n支持一个或多个通道层网络，如光缆等。利用预先安排好的备用容量去保护主用容量利用预先安排好的备用容量去保护主用容量 SDH网的保护可分为二大类：路径保护与子网连接保护网的保护可分为二大类：路径保护与子网连接保护. . 路径保护路径保护 对业务信号的传送路径进行保护，它既可以在复用段层进行，也可对业务信号的传送路径进行保护，它既可以在复用段层进行，也可以在通道层进行。以在通道层进行。A）. .线路系统的复用段保护（线路系统的复用段保护（MSP） 业务保护以复用段为基础（复用段信号质量），它可以分为二种方业务保护以复用段为基础（复用段信号质量

42、），它可以分为二种方式：式：1+1 1+1 与与1 1 N N。1+11+1：STM-NSTM-N信号永久性地被连接在工作通路与保护通路上，二个通路皆信号永久性地被连接在工作通路与保护通路上，二个通路皆传送业务信号；收端择优选用。传送业务信号；收端择优选用。1 1 N N：N N个工作通路共用一个保护通路，保护通路可传额外业务。个工作通路共用一个保护通路，保护通路可传额外业务。线路系统的复用段保护倒换要使用线路系统的复用段保护倒换要使用APSAPS协议，倒换要在协议，倒换要在50ms50ms时间内完成时间内完成。网络的保护网络的保护B) ). 环网的复用段保护环网的复用段保护复用段保护环可分为

43、二纤环与四纤环。复用段保护环可分为二纤环与四纤环。二纤环：环网由二根光纤组成，根据业务传送方向又可分单向保护环二纤环：环网由二根光纤组成，根据业务传送方向又可分单向保护环与双向保护环。与双向保护环。四纤环：环网由四根光纤组成，二根主用光纤与二根备用光纤，备用四纤环：环网由四根光纤组成，二根主用光纤与二根备用光纤，备用光纤为主用光纤提供反方向保护；备用光纤可传送额外业务。光纤为主用光纤提供反方向保护；备用光纤可传送额外业务。C). C). 通道保护环通道保护环业务保护以通道为基础（通道信号质量优劣），通道业务保护以通道为基础（通道信号质量优劣），通道保护一般采用保护一般采用1+11+1方式。方式

44、。通道环一般由二纤组成，根据业务传送方向又可分单通道环一般由二纤组成，根据业务传送方向又可分单向通道环与双向通道环。向通道环与双向通道环。通道环的保护一般不使用通道环的保护一般不使用APSAPS协议，倒换时间小于协议，倒换时间小于30ms30ms。SDH传送网n网络的恢复网络的恢复n它不象网络的保护那样需要安排专门的备用容量（一般是1 1）去保护主用容量，而是广泛调用网络中所有节点间的任何可用容量来恢复传送业务；所以其备用资源较少。n但网络恢复的实现比较复杂，需要使用具有强大功能的DXC，网管要有恢复功能等。n一般来讲，网络的恢复时间要比保护倒换时间长。n自愈网技术自愈网技术n自愈网技术可分为

45、保护型、恢复型两种n目前广泛研究的三种自愈网技术有线路保护倒换（1+1，1：N，双局汇接等）、ADM自愈环、DXC自愈网n自愈网技术中采用保护型策略的有线路保护倒换、ADM自愈环码分复用（CDM）在码分复用中，各路信号码元在频谱和时间上都是混叠的。但代表每个码元的码组是正交的。设用“+1”和“-1”表示二进制码元，码组长为N，并用X和y表示两个码组： x=(x1,x2, ,xN) y=(y1,y2, ,yN) 其中，xi,yi(+1,-1),i=1,2, ,N码分制tNt1t2定义二码组正交的充必条件为二个码组的互相关系数：（x,y)=0二个码组的互相关系数定义：iNiiyxNyx11),(当

46、用“0”和“1”表示码元时，即用“0”表示“+1”，用“1”表示“-1”，互相关系数的定义可写为： 式中A为x和y中对应码元相同的个数；D对应x 和y中码元不同的个数。例：4个正交码组为： s1=(1,1,1,1) s2=(1,1,-1,-1) s3=(1,-1,-1,1) s4=(1,-1,1,-1) 经验证，上述4个码组按1式任意2个码组的互相关系数=0，即这4个码组两两正交。按2式，4个码组为：s1=(0,0,0,0) s2=(0,0,1,1) s3=(0,1,1,0) s4=(0,1,0,1) 经验证，这4个码组也是两两正交。DADAyx),( 3.6.5 波分复用n波分复用(WDM)

47、是在一根光纤上传输多路不同波长的光信号。nWDM系统一般使用单模光纤1.55m的波段，宽度0.2m，带宽可达24THz，如果波长间隔为1.6nm，一根光纤上可传输100多路光波。n密集波分多路复用(Dense WDM, DWEM)n稀疏波分复用(Coarse WDM, CWDM)WDM传送的光信号 n充分利用光纤的巨大带宽资源充分利用光纤的巨大带宽资源, , 使一根光纤的传输容量很快的扩使一根光纤的传输容量很快的扩大几倍至几十倍大几倍至几十倍. .n使使 N N 个波长复用起来在单根光纤中个波长复用起来在单根光纤中传输传输, , 对于双纤单向对于双纤单向 WDM WDM 系系统统, , 单向节

48、约了单向节约了 N-1 N-1 根光纤根光纤, , 双向节约双向节约 2(N-1) 2(N-1) 根光纤根光纤. .nWDM WDM 与光纤放大器结合可以节约大量的电再生器与光纤放大器结合可以节约大量的电再生器, , 简化了维护管简化了维护管理理, , 降低了长途网成本降低了长途网成本. .n由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立, , 因此可以完成各种电因此可以完成各种电信业务的综合和分离信业务的综合和分离. .n在长途网中应用时在长途网中应用时, ,可以根据实际业务量需要逐步增加波长来扩容可以根据实际业务量需要逐步增加波长来扩容, , 十分经济灵活十分经济

49、灵活. .n利用利用WDM WDM 选路来实现网络交叉连接和恢复选路来实现网络交叉连接和恢复, , 从而可能实现未来透从而可能实现未来透明的明的, , 高度生存性的全光网络高度生存性的全光网络. .DWDM技术发展概述技术发展概述偏振模色散PMD光纤中的光传输可描述成完全是沿光纤中的光传输可描述成完全是沿X X轴振动和完全轴振动和完全是沿是沿Y Y轴振动或一些光在两轴上的振动。轴振动或一些光在两轴上的振动。每个轴代表一个偏振每个轴代表一个偏振“模模”两个偏振模的到达时间差两个偏振模的到达时间差偏振模色散偏振模色散PMDPMD环境因素和工艺缺陷引起的纤芯环境因素和工艺缺陷引起的纤芯椭圆及应力是引

50、起椭圆及应力是引起PMDPMD的主要因素的主要因素Page 70ITU-T已经在G.652、G.653、G.654和G.655建议中分别定义了4种不同设计的单模光纤，区别见下表： 类型类型 定义定义 适用范围适用范围 主要指标主要指标G.652标准单模光纤（SMF），是指色散零点（即色散为零的波长）在1310nm附近的光纤。SDH系统、DWDM系统均可。衰耗：1310nm窗口目前一般在0.3-0.4dB/km，典型值0.35dB/km；1550nm窗口目前一般在0.17-0.25dB/km，典型值0.20dB/km；色散：零色散波长的允许范围是1300nm到1324nm。在1550nm窗口的色

51、散系数是正的。在波长1550nm处，色散系数D的典型值是17ps/nm-km，最大值一般不超过20ps/nm-km；G.653色散位移光纤（DSF），是指色散零点在1550nm附近的光纤，它相对于标准单模光纤（G.652），色散零点发生了移动。SDH系统可以，DWDM一般不采用。衰减：1310nm波段：0.55dB/km，目前没有掌握典型值数据。1550nm波段：0.35dB/km，目前一般在0.19-0.25dB/km；色散：G.653的零色散波长在1550nm附近，在1525-1575nm范围内，最大色散系数是3.5ps/nm-km，在1550nm窗口，特别是在C_band，色散位移光纤的

52、色散系数太小或可能为零；G.655非零色散位移光纤（NZDSF），将色散零点的位置从1550nm附近移开一定波长数，使色散零点不在1550nm附近的DWDM工作波长范围内。SDH/DWDM系统均可，但更适合DWDM系统的传送。衰减：1310nm波段：ITU-T无规定。1550nm波段：0.35dB/km，目前一般在0.19-0.25dB/km。色散：当1530nm 1565nn，0.1ps/nm-km |D()| 6.0 ps/nm-km；655光纤色散系数没有典型值，因厂家而异，常见的有4.5ps/nm.km和6pm/nm.km。需要实地确认。短波长泵浦长波长短波长泵浦长波长对系统的影响：对

53、系统的影响：引起信道功率失衡引起信道功率失衡引起信道间的拉曼串扰引起信道间的拉曼串扰lPlP输入输入输出输出受激拉曼散射受激拉曼散射 （SRS）光纤非线性效应光纤非线性效应受激拉曼散射受激拉曼散射 （SRSSRS）受激布里渊散射（受激布里渊散射（SBSSBS）自相位调制（自相位调制（SPMSPM）交叉相位调制（交叉相位调制（XPMXPM）四波混频（四波混频（FWMFWM）Page 72如果一个弱信号与一强泵浦光波同时在光纤中传输，并使弱信号波长置于泵浦光的拉曼增益带宽内，弱信号光即可得到放大，这种基于受激拉曼散射机制的光放大器即称为拉曼光纤放大器。PUM P1PUM P370100nm30nm

54、G AINPUM P2PUM P1PUM P370100nm30nmG AINPUM P2三大特点：其增益波长由泵浦光波长决定，只要泵浦源的波长适当，理论上可得到任意波长的信号放大 ；其增益介质为传输光纤本身；这使拉曼光纤放大器可以对光信号进行在线放大，构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦 ；噪声指数低，这使其与常规EDFA混合使用时可大大降低系统的噪声指数，增加传输跨距。拉曼放大器原理拉曼放大器原理(Fiber Raman Amplifier )Page 73拉曼放大器原理n光纤非线性效应的巧妙运用、化废为宝的实例nSRS-受激拉曼散射：入射光子能量转移到低频光上（频率下移13.

55、2THz）n一个频率为f1的光子入射到光纤中，当它的功率足够强，以至发生SRS效应时，它会将自身的能量转移到频率为 f1-13.2THz 的光子上，而自身以分子振动的形式消亡。nSRS效应需要很强的光才能激发，这正是为什么拉曼放大器功率都很强很危险的原因。FRA放大是在普通光纤中，且没有波段的限制。理论上任何波长都可以放大。放大是在普通光纤中，且没有波段的限制。理论上任何波长都可以放大。FRA的增益谱曲线的增益谱曲线FWMFWM是影响系统性能的主要非线性效应：是影响系统性能的主要非线性效应：当当FWMFWM产生的新频率落入信道带宽范围内时，会引产生的新频率落入信道带宽范围内时，会引起信道强度起

56、伏和信道间串扰。起信道强度起伏和信道间串扰。补偿措施：补偿措施：*采用非零色散位移采用非零色散位移光纤（光纤（G.655G.655）和常规单模和常规单模光纤光纤（G.652G.652）*采用大有效纤芯面积采用大有效纤芯面积光纤（光纤（LEAFLEAF）*控制入纤功率控制入纤功率四波混频（四波混频（FWM）限定入纤光功率在一定范围内，能有效限定入纤光功率在一定范围内，能有效控制非线性效应的影响。控制非线性效应的影响。另外信道间效应可通过限制光通道间隔另外信道间效应可通过限制光通道间隔和光谱范围的方式得到一定程度的缓解。和光谱范围的方式得到一定程度的缓解。光源技术光源技术 波长稳定问题的解决办法：

57、波长稳定问题的解决办法： 精密的管芯温度控制技术精密的管芯温度控制技术 原理：温度是影响激光器输出波长稳定性的最主要原因，通过精密 自动温度控制电路（ATC），保持激光器管芯的温度恒定。 优点：比较容易实现，能够满足通常的要求 缺点：不能解决由于激光器老化引起的波长漂移。 波长反馈控制技术波长反馈控制技术 原理：波长敏感器件的输出电压随激光器输出波长而变动，通过此电压来直接或间接控制激光器的工作电流，使输出波长稳定。 优点：能够达到很高的精度 缺点：实现起来比较复杂，成本较高。 3.7 宽带接入技术 3.7.1 宽带接入简介n窄带接入方式：PSTN拨号接入，ISDN接入n宽带接入方式：数字用户线xDSL，混合光纤同轴电缆网HFC，直接LAN，光纤到x(FTTx)n宽带接入网(Access Network，AN，接入网)，信息高速公路的“最后一公里”n三网融合 3.7.2 xDSL接入n数字用户线(x Digital Subscriber Line, xDSL)技术利用电话网络在铜质双绞线上实现高速数字传输。使用FDM方式充分挖掘了传统电话线路的带宽资源，利用电话线路的高频段传输数据。n非对称数字用户线(Asymmetric DSL, ADSL)，