-连接的快速性

1、第一部分：通信网络第一部分：通信网络的基础理论和发展的基础理论和发展4、连接的快速性、连接的快速性2015,3，4、连通连通的快速性（不应限制流量和的快速性（不应限制流量和信息信息） 通信网络应该提供快速的网络接续，不限制用户的流量和信息种类。为此，对通信信道的利用需要高效、充分。通信网络流量的发展根据预测，在互联网和移动互联网阶段，用户和网络的流量需求发展将呈现更快的发展；视频将是互联网流量增长的一个主要动力；2014年足球世界杯期间，思科发布的一份最新报告曾经预计,世界杯期间视频消费产生的互联网流量将相当于澳大利亚全国2013年全年的水平,报告预计,到2018年,视频消费将占美国互联网流量

2、的84%,高于目前的78%.这引发了互联网服务提供商是否应当给予不同流量不同优先级的争议。2022-6-124光纤巨大的传输能力光纤巨大的传输能力 相应的传输技术相应的传输技术DWDMDWDM密集波分复用技术允许在密集波分复用技术允许在一根光纤上，利用不同的波长（窗口）传输不同的一根光纤上，利用不同的波长（窗口）传输不同的光信号。光信号。 光纤的传输能力还在不断地提高；光纤的传输能力还在不断地提高； 仅就目前的水平，光纤的传输能力已经惊人：仅就目前的水平，光纤的传输能力已经惊人：以单模光纤为例：以单模光纤为例：其传输能力约其传输能力约40Gbit/S160波波=6.4T，若若2Mb/S为为30

3、个话路，个话路，1G约约500个个2Mb/S；故故1G可容纳可容纳3050015000个话路，个话路， 40G约为约为600000个话路，一根光纤约个话路，一根光纤约96000000（9600万）个话路，或者采用万）个话路，或者采用MPEG2编码，若编码，若2Mb/S为一路图像为一路图像可以传送视频图象可以传送视频图象401601000/250040160 3200000路（路（320万路）图像。万路）图像。2022-6-125光纤通信二十多年发展1990 1995 2000 2005 2010通信容量光传送容量提升4 个量级 智能化水平大幅提高155Mb/s622Mb/s2.5Gb/s10G

4、b/s4 2.5Gb/s8 2.5Gb/s160 10Gb/s80 40Gb/s320Gb/s10Pb/s 全光交换全光交换16 1Tb/sWDM传输传输32 2.5Gb/s32 10Gb/s3.2Tb/s 1.28Tb/s10Tb/sSDHWDMOTN(光光传送网络传送网络)ASON（自动交（自动交换光网络）换光网络）80 100Gb/s40Gb/s2022-6-1252022-6-126信息量和信息传输的规模能力：信息量和信息传输的规模能力：Kb/sKb/s（每秒千比特）（每秒千比特）=1024 Byte=1024 ByteMb/sMb/s（每秒兆比特）（每秒兆比特）=1024KB=102

5、4KBGb/sGb/s（每秒吉比特）（每秒吉比特）=1024MB=1024MB；20112011年年全球每人产生全球每人产生200GB200GB以上的以上的 数据数据Tb/sTb/s（每秒梯比特）（每秒梯比特）=1024GB=1024GB；当前电脑配置硬盘的存储量当前电脑配置硬盘的存储量PbPb/s/s（每秒拍比特）（每秒拍比特）=1024TB=1024TB；20122012年为止，人类生产的所有印刷年为止，人类生产的所有印刷 材料的数据量是材料的数据量是200PB200PB EbEb/s/s（每秒艾比特）（每秒艾比特）=1024PB=1024PB；全人类历史上说过的所有话的数据全人类历史上说

6、过的所有话的数据 量大约是量大约是5E5E ZbZb/s/s（每秒（每秒Z Z比特）比特） =1024EB =1024EB YbYb/s/s（每秒（每秒Y Y比特）比特） =1024ZB =1024ZBNbNb/s/s（每秒（每秒N N比特）比特） =1024YB =1024YBDbDb/s/s（每秒（每秒D D比特）比特） =1024NB=1024NBCbCb/s/s（每秒（每秒C C比特）比特） =1024DB=1024DB大数据大数据 Big data 单纤容量的发展历史及预测单纤容量的发展历史及预测2022-6-127 超高速传输超高速传输 速率的持续提高是光通信发展的永恒规律，而相干

7、速率的持续提高是光通信发展的永恒规律，而相干 通信的出现使通信的出现使100Gb/s及超及超100Gb/s的实现成为可能的实现成为可能 透明联网透明联网 对不同制式、速率和格式透明，兼容新老系统，可对不同制式、速率和格式透明，兼容新老系统，可 灵活实现子波长级灵活复用和快速调度，灵活实现子波长级灵活复用和快速调度，OTN的出的出 现提供了可能，下一步则是全透明的光联网。现提供了可能，下一步则是全透明的光联网。 超低损光纤超低损光纤 随着光纤的随着光纤的CD/PMD损伤的消除，光纤损耗成为光纤损伤的消除，光纤损耗成为光纤 传输容量和传输距离的最终制约因素，特别是超传输容量和传输距离的最终制约因素

8、，特别是超 100Gb/s 长距离传输需要超低损光纤的支持。长距离传输需要超低损光纤的支持。2022-6-128 流量：流量： 按照目前的流量发展趋势，按照目前的流量发展趋势，2020年年CTC骨干网最大骨干网最大 截面传输带宽可达截面传输带宽可达80Tb/s,最大节点容量最大节点容量300Tb/s。 业务：业务： 主要是视频，主要是视频，60%以上，其中网络视频主导，而以上，其中网络视频主导，而 IPTV、网络电视和移动网流量对骨干网影响较小。、网络电视和移动网流量对骨干网影响较小。 协议：协议： HTTP和和P2P主导，占全部的主导，占全部的80%。 移动互联网流量增速是固网二倍，但进入骨

9、干网移动互联网流量增速是固网二倍，但进入骨干网 的很小，城域局部热点可能超过固网甚至拥塞。的很小，城域局部热点可能超过固网甚至拥塞。 潜在流量：潜在流量：LTE和云计算和云计算,主要影响城域网主要影响城域网2022-6-12919901990年年20002000年年20102010年年20202020年年速率速率2.52.510Gb/s10Gb/s 10Gb/s10Gb/s100Gb/s100Gb/s1Tb/s1Tb/s波长数波长数8 84040100100100100100100总容量总容量2020160Gb/s160Gb/s 1Tb/s1Tb/s10Tb/s10Tb/s100Tb/s100

10、Tb/s谱效率谱效率b/s/Hzb/s/Hz0.0250.0250.050.05 0.20.22 210102022-6-12102022-6-12112022-6-1212 光纤传输容量的上限光纤传输容量的上限v香农定律香农定律: C = BW: C = BWloglog2 2(1+S/N)(1+S/N)BWSEv可用光纤带宽：可用光纤带宽： 光纤带宽光纤带宽40THz40THz。考虑光放带宽，可用仅。考虑光放带宽，可用仅10THz10THz。v频谱效率：频谱效率： 业界以业界以SE=10b/s/HzSE=10b/s/Hz为可达的最高频谱效率为可达的最高频谱效率v传输容量上限：传输容量上限：

11、 设全部光纤带宽设全部光纤带宽40THz40THz， 则则C = 400Tb/sC = 400Tb/s 设光放可用带宽设光放可用带宽10THz10THz， 则则C = 100Tb/sC = 100Tb/s 信号功率增加受限于非线性，噪声功率降低受限信号功率增加受限于非线性，噪声功率降低受限光纤损耗和光放，靠低损和大有效面积光纤有提光纤损耗和光放，靠低损和大有效面积光纤有提高空间，主要出路在高空间，主要出路在3M3M（多阶码、多芯和多模）（多阶码、多芯和多模） 为什么需要低损和超低损光纤为什么需要低损和超低损光纤v 传输损伤的主导因素发生了变化：传输损伤的主导因素发生了变化： 基于基于DSPDS

12、P的相干通信的采用，使得制约光通信速率的相干通信的采用，使得制约光通信速率 的关键已不是的关键已不是CD/PMDCD/PMD，而是光纤的非线性和损耗，而是光纤的非线性和损耗， 两者都需要依靠新型光纤（大有效面积，低损耗）两者都需要依靠新型光纤（大有效面积，低损耗） v 技术优势：技术优势：相同传输距离下，相同传输距离下，LLLL和和ULLULL光纤分别增加光纤分别增加2dB2dB和和3dB3dB 的系统余量的系统余量相同系统余量下，相同系统余量下，LLLL和和ULLULL光纤分别延长光纤分别延长60%60%和和 100% 100%传输距离传输距离v 成本优势成本优势: : 若能比普通光纤省一个

13、再生站，就可节约上千万。若能比普通光纤省一个再生站，就可节约上千万。 速率越高，可能省的站越多，成本优势越明显速率越高，可能省的站越多，成本优势越明显2022-6-12133M革命革命（多芯、多模（多芯、多模多阶码）多阶码）2022-6-1214v网络透明性的内涵：网络透明性的内涵：比特透明：比特透明：定时透明：定时透明：延时透明：延时透明： 简言之，透明性就是与传送的信号细节基本无关简言之，透明性就是与传送的信号细节基本无关v透明性的好处透明性的好处 面临未来发展不确定的复杂形势，透明性有利于面临未来发展不确定的复杂形势，透明性有利于兼容不同制式、不同格式和不同速率的信号，维兼容不同制式、不

14、同格式和不同速率的信号，维持基础设施的长期稳定性，有助于新老系统的共持基础设施的长期稳定性，有助于新老系统的共存，既保护已有投资，又不妨碍新技术引入。存，既保护已有投资，又不妨碍新技术引入。2022-6-1215 网络节点的革命网络节点的革命灵活透明光联网的关键是要有灵活透明的超大容灵活透明光联网的关键是要有灵活透明的超大容量光节点，其主要特征是（五个无光集成）：量光节点，其主要特征是（五个无光集成）：v消除了电子设备带来的节点容量限制消除了电子设备带来的节点容量限制v三个无（无色、无方向、无冲突）的分离的波长三个无（无色、无方向、无冲突）的分离的波长交换和汇聚的转发节点。交换和汇聚的转发节点

15、。v无光滤波器的无光滤波器的ROADM,ROADM,基于相干技术的透明、简单基于相干技术的透明、简单的网络架构，去掉了的网络架构，去掉了CD/PMDCD/PMD带来的距离限制。带来的距离限制。v无格栅限制，无固定频谱格栅限制，可按实际业无格栅限制，无固定频谱格栅限制，可按实际业务需要灵活分配信号谱。务需要灵活分配信号谱。v基于硅光子集成的低功耗（基于硅光子集成的低功耗（1/1001/100）、小尺寸）、小尺寸(1/100)(1/100)系统集成，系统体积减少一个量级。系统集成，系统体积减少一个量级。 2022-6-1216城域接入网是全网带宽的瓶颈城域接入网是全网带宽的瓶颈企事业企事业: :从

16、从10/100Mb/s10/100Mb/s向向1/10Gb/s1/10Gb/s演进！演进！住宅住宅: :从从1Mb/s1Mb/s向向20Mb/100Mb/s20Mb/100Mb/s以以上演进！上演进！核心网核心网: :从从Gb/sGb/s向向Tb/sTb/s级和几十个级和几十个Tb/sTb/s级演进！级演进！带宽瓶颈带宽瓶颈! !带宽带宽2022-6-1217移动通信移动通信从100Kb/s向10/100/1000Mb/s演进回传技术为什么要分组化？回传技术为什么要分组化？v移动通信网络中回传网络的矛盾移动通信网络中回传网络的矛盾v移动回传是移动基站到基站控制器之间的网络，比如移动回传是移动基

17、站到基站控制器之间的网络，比如2G2G的时候就是的时候就是BTSBTS到到BSCBSC之间的网络，之间的网络，3G3G就是就是NodeBNodeB到到RNCRNC，LTELTE就是就是eNodeBeNodeB到核心网之间的网到核心网之间的网络络v流量发展趋势流量发展趋势 从从20102010年年20162016年，全球移动数据流量将从年，全球移动数据流量将从0.24EB/0.24EB/月增加到月增加到7.6EB/7.6EB/月月, ,增加增加3232倍。倍。vTDMTDM的扩展性无法应对流量增长速度的扩展性无法应对流量增长速度 TDMTDM网的规模随带宽成比例增加，而带宽随流量成比网的规模随带

18、宽成比例增加，而带宽随流量成比例甚至更快。因此，例甚至更快。因此，TDMTDM网传送成本与流量成比例增网传送成本与流量成比例增加，而业务收入增加速度远低于流量的增幅，运营加，而业务收入增加速度远低于流量的增幅，运营商无法承受这样快速增加的成本压力。商无法承受这样快速增加的成本压力。v以太网技术有可能应对以太网技术有可能应对分组化以太网普及，规模大、价分组化以太网普及，规模大、价格低，网络规模不随流量成比例，格低，网络规模不随流量成比例，CAPEXCAPEX和和OPEXOPEX可能大幅度下可能大幅度下降。降。2022-6-1218 3.4 调制解调技术 3.4.1 幅移键控 Amplitude

19、Shift Keying, ASK。 又称幅度调制。 3.4.2 频移键控 Frequency Shift Keying, FSK。 又称频率调制。 3.4.3 相移键控 Phase Shift Keying, PSK。 又称相位调制。 3.4.4 多级调制和幅相键控 多级幅移键控(MASK)、多级频移键控(MFSK)和多级相移键控(MPSK)。 调制信号在8PSK中携带了log28=3个比特的数字数据。 幅相键控(Amplitude Phase 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,

20、 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 3.5.1 不归零制编码 Non-Return to Zero, NRZ 用不同的电平信号表示数字0和1，这一电平信号要占满整个码元的宽度，中间不归零。 不归零编码存在一些严重的缺点： 有时不容易判断0和1； 可能存在直流分量。 NRZI(NRZ Invert on 1)3.5.2 曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码 曼彻斯特编码：每一数据位的中间位置都有一个跳变，用跳变的相位表示数字0和1。 曼彻斯特编码方式带来了如下好处： 实现内同步方式，又称自带时钟码(Self-Clo