第八章 常见的通信系统及网络

通信技术基础主编：于宝明王钧铭主审：宫锦文新世纪高职高专通信类课程规划教材国家级精品课件配套教材大连理工大学出版社8.1卫星通信系统8.1.1基本概念卫星通信（satellitecommunication）是指利用通信卫星作为中继站的中继通信方式。静止卫星或同步卫星的位置相对于地面站来说是静止的。地球同步轨道位于赤道上空（0纬度）距地球表面35860km。在这个轨道上的物体绕地球一周的时间为24小时，每颗同步卫星的最大可通信覆盖区域为直径16970km（地球表面），三颗同步卫星按120间隔配置可以使整个地球除两极外的所有地区都处于同步卫星的覆盖区。移动卫星或非同步卫星的位置相对于地面站来说是在运动的。通信卫星运行HEOLEOGEO35860km1．卫星通信（satellitecommunication）是指利用通信卫星作为中继站的中继通信方式2．静止卫星或同步卫星的位置相对于地面站来说是静止的3．移动卫星或非同步卫星的位置相对于地面站来说是在运动的卫星覆盖区域8.1.2卫星通信系统的组成卫星通信系统包括空间和地面两大部分。空间部分主要是转发器和天线，并且一颗通信卫星可以有多个转发器，但通常这些转发器会共用一部或少量几部天线；地面部分也就是地球站的主体部分，主要是大功率的无线电发射机、高灵敏度接收机和高增益天线等，一颗卫星可以与多个地球站进行通信。卫星转发器转发器（Transponder）是通信卫星中直接起中继作用的部分，是通信卫星的主体。它接收和放大来自各地面站的信号，经频率变换后再发回地面，所以它实际上是一部高灵敏度、宽频带、大功率的接收与发射机。转发器的工作方式是异频全双工，接收与发射的信号频率不同，通常收发共用天线，由双工器进行收发信号的分离。对卫星转发器的基本要求是：以最小的附加噪声和失真，并以足够的工作频带和输出功率来为各地面站有效而可靠地转发无线电信号卫星地面发射站

卫星地面发射站的主要设备如图所示。来自地面数字通信网的数据基带信号，经过基带处理后都加到调制器。对基带信号的处理主要有加密、差错控制编码、扩频编码等。调制器

中频放大器

上变频器

自动功率

控制

发射波合成

低电平放大

激励器

大功率放大器

馈线基带（基群）信号地面站大功率发射系统组成框图双工器

馈线

至接收机调制方式早期的数字卫星通信系统主要采用2PSK调制方式，它的特点是在较低的信噪比条件下仍能保持较低的误码率，但主要的缺点是频率利用率不高。随着人们对通信容量需求的增加及卫星转发器输出功率的提高，提高频率利用率成为选择调制方式的主要目标，开始使用了多进制相移键控技术（MPSK）以及各种改进的调制方式如参差四进制相移键控SQPSK、最小频移键控MSK等。目前这几种调制方式都有应用的实例。地球站的天线

地球站选用方向性好、增益高的天线既可以在发射信号时将尽可能多的能量集中到卫星上，又可以在接收时从卫星方向获得更多的信号能量，同时由于天线的方向性好，可以有效地抑制来自其它方向的干扰。因此天线是影响卫星地球站性能的重要设备。卫星地面接收机卫星地面接收机的作用是接收来自卫星转发器的信号。地面站接收系统的灵敏度必须很高，才能从干扰和噪声中把微弱信号提取出来，并加以放大和解调。馈电设备

低噪声放大器

传

输放大器晶体管

放大器接收波分

离

下

变频器中

频放大器解调器

基带转换设备地面站接收系统组成方框图馈线8.1.3卫星通信的工作频段C波段（4/6GHz）和Ku（12/14GHz）波段下行频率（从卫星到地面），频率范围为C波段3.7～4.2GHz，Ku波段11.7～12.2GHz，上行频率（从地面到卫星），频率范围为C波段5.925～6.425GHz，Ku波段14.0～14.5GHz，卫星转发器的总带宽为500MHz。8.1.4多址联接技术多址连接是卫星通信的显著特点。所谓多址连接方式，简单地说，就是许多个地面站通过共同的通信卫星实现覆盖区域内相互联接，同时建立各自的信道，而无需地面的中间转接。多址连接方式有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、空分多址（SDMA）和码分多址（CDMA）方式。

长途电话局

多路复用设备

地面发射机

地面接收机

解复用设备

长途电话局

fA

fA’fB

fB’

地面站A地面站B

地面站C

地面站DfA

fB

fC

fD

fEfA’

fB’

fC’

fD’

fE’

转发器带宽（下行线）

转发器带宽（上行线）频分多址方式时分多址方式

PCM编码器

PCM译码器

线

路

终

端

装

置

时分多址控制装置PSK

调制器

PSK

解调器

发射机

接收机

PCM—TDM—PSK—TDMA方式空分多址方式卫星上有多个波束指向不同的区域。各区域之间相互不干扰，可以使用相同的频率、时间进行工作，但区域内部仍要采用频分或时分进行多址通信。码分多址（CDMA）方式

利用自相关性非常强而互相关性比较低的周期性码序列作为地址信息（称为地址码），对被用户信息调制过的已调波进行再次调制使其频谱大为展宽（称为扩频调制）；经卫星信道传输后，在接收端以本地产生的已知的地址码为参考，根据相关性的差异对收到的所有信号进行鉴别，从中将地址码与本地地址码完全一致的宽带信号还原为窄带而选出，其它与本地地址码无关的信号则仍保持或扩展为宽带信号而滤去（称为相关检测或扩频解调），这就是码分多址的基本原理。

实现条件①要有数量足够多、相关特性足够好的地址码，使系统中每个站都能分配到所需的地址码。②必须用地址码对待发信号进行扩频调制，使传输信号所占频带极大地展宽（一般应达几百倍以上）。③在码分多址通信系统中的各接收端，必须有本地地址码（简称本地码）。特点①抗干扰能力强②较好的保密通信能力

③实现多址联接较灵活方便。8.2GSM蜂窝移动通信系统GSM原意是“移动通信特别小组”（GroupSpecialMobile），但随着设备的开发和数字蜂窝移动通信网的建立，GSM逐步成为欧洲数字蜂窝移动通信系统的代名词。欧洲专家们将GSM摇身一变，重新命名为“GlobalSystemforMobileCommunications”变成了“全球移动通信系统”的简称。1982年欧洲邮电主管部门会议（CEPT）建立了移动通信特别组（GSM），着手进行泛欧蜂窝移动通信系统的标准工作。1985年提出了GSM系统的二项主要设计原则，也就是GSM系统的主要特点：话音和信令都采用数字信号传输；数字话音的传输速率降低到16kbit/s或更低；采用时分多址方式（TDMA）。

8.2.1GSM系统的主要参数①工作频段：下行线（由基站发向移动用户）935960MHz

上行线（由移动用户发向基站）890915MHz②系统总带宽：25MHz，每个频分多址信道带宽200kHz，信道总速率为270.83kbit/s，调制方式为GMSK，调制指数0.3。③信道分配：采用TDMA技术，在一个信道内每帧8个时隙，每个时隙信道比特率为22.8kbit/s，可传送一路数字语音信号或数据，数据传输速率为9.6kbit/s。④通信方式：全双工。8.2.1GSM系统的主要参数⑤话音编码：采用规则脉冲激励线性预测（RPE-LPT）编码，每一路语音信号的编码率为13kbit/s。⑥分集接收：跳频217跳/s，交错信道编码，自适应均衡，判决反馈自适应均衡器（16S以上）。补充：GSM号码移动用户号码（MSISDN）CC为国家码，中国为86。NDC为国内目的码，每个用户有一个NDC。SN为移动用户号码。国内移动用户的ISDN号为一个11位数字的等长号码：其中是数字蜂窝移动业务接入号例如“中国电信”的移动业务接入号为135～139，“中国联通”的移动业务接入号为130、131、133。HLR识别号，其中由主管部门统一规定，可由各省主管部门确定。SN由各HLR自行分配。国际移动用户识别码（IMSI）

是数字PLMN网中惟一地识别一个移动用户的号码，为一个16位数字的号码。MCC移动国家码，由3个数字组成。惟一地识别移动用户所属的国家。中国移动国家码为460。MNC移动网号，最多由2个数字组成，识别移动用户所归属的移动通信网（PLMN）。我国邮电部规定900MHzTDMA数字PLMN网号为00。MSIN移动用户识别码，惟一地识别某一移动通信网（PLMN）中的移动用户。NMSI国家移动用户识别码，由MNC和MSIN两部分组成。临时移动用户识别码（TMSI）

为了对IMSI码保密，VLR可给来访的移动用户分配一个临时移动用户识别码（TMSI），它只限于在该访问位置区使用，为一个4字节的BCD码。IMSI和TMSI可按一定算法转换，但它们之间没有长期固定的联系，仅在MS呼叫时临时指定。临时用户识别码（TMSI）的作用是保证用户除了起始在网络中登记时要使用的IMSI外，在后续的呼叫中，可以避免通过无线信道发送其IMSI，从而防止窃听者检测特定用户的通信内容，或者盗用合法用户的识别码。

移动用户漫游号码（MSRN）

当移动用户漫游到一个新的编号区时，由VLR给它分配一个临时性的漫游号码（MSRN），并通知该移动用户的HLR，用于建立通信路由。一旦该移动用户离开该编号区，此号码即被收回，并可分配给其他移动台使用。MSRN的组成与MSISDN相同，最大为15位数字。国际移动设备识别码（IMEI）

惟一地识别一个移动台设备，用于监控被窃或无效移动设备。它是一个15位的十进制数，其构成为：TAC（6位）+FAC（2位）+SNR（6位）+SP（1位）TAC：型号批准码，由欧洲型号认证中心分配。FAC：最后装配码，表示生产厂或最后装配所在地，由厂家进行编码。SNR：序号码，由厂家分配。

SP：备用。

8.2.2GSM的网络结构8.2.3移动台

MS包括物理设备，如无线电发收、显示与数字信号处理及SIM智能卡。SIM卡提供了私人灵活性，这样用户可以接入预订的业务而不必考虑终端位置和专用终端的的使用。只要将SIM卡插入另一个蜂窝电话机中，用户就可以接收或拨打电话及其它预订的业务。

8.2.3移动台

移动设备由国际移动设备识别号（IMEI）唯一地识别。SIM卡包含了国际移动用户识别号（IMSI）、识别用户、用以鉴定的密匙，以及其它用户信息。IMEI和IMSI是独立的，从而有个人的灵活性。SIM卡可以通过口令或个人识别码保护侵权。8.2.3基站子系统

基站子系统包括基站发送与接收设备（BTS）和基站控制器（BSC）两部分，通过A接口进行通信且允许由不同供应商提供的组件之间进行。基站发送与接收设备覆盖小区，执行与MS的无线连接协议。在大的市区，可能有大量的BTS使用。对BTS的要求是简单、可靠、轻便和低成本。

8.2.3基站子系统

BSC管理一个或多个的无线电资源，它处理无线电信道的配置、频率管理与切换。BSC是MS与MSC的连接点。BSC也进行无线连接的13kbps的语音信道与PSTN或ISDN的64kbps信道的转换。8.2.3网络子系统

MSC的作用类似于PSTN或ISDN的交换节点，附加提供移动用户所需的各种功能如存储、鉴定、位置更新、漫游用户的路由选择等。这些业务由几个功能块执行，它们的组合形成网络子系统。MSC提供与PSTN或ISDN的连接，在功能块间进行广泛用于ISDN和其它现行公众网的ITU-T7号信令系统的信令传递。8.2.3网络子系统

本地用户寄存器和外来用户寄存器一起为MSC提供GSM的呼叫路由与漫游。HLR包含每个用户在相关GSM网络中存储的所有管理信息。MS的当前位置以MSRN形式存入，MSRN称为移动用户漫游号，它是一个规则的ISDN数据，用于指向移动台的当前的MSC位置。从逻辑上讲一个GSM网络中只有一个HLR，虽然可能是一个分布式的数据库。8.2.3网络子系统

VLR包含从HLR中选出的管理信息，必要的呼叫控制与分机业务的提供，因为每个位于当前地理区域的移动台受VLR控制。虽然每个功能实体能够独立工作，大多数交换设备制造商采用一个MSC带一个VLR，这样地理区域的控制等于是由MSC进行，简化了所需的信令过程。注意MSC没有包含关于详细的MS的信息--这个信息存于位置寄存器中。8.2.3网络子系统

另两个寄存器用于鉴定和安全目的。设备识别寄存器（EIR）是一个包含了一个网络所有移动设备的表的数据库，在这个数据库中每个MS由IMEI识别。如果MS被窃或型号未被核准，它就不能获得IMEI号。鉴权中心是一个保护数据库，它贮存了存于每个用户的SIM卡中的密匙的副本，用于鉴定和计算无线信道。8.2.3GSM的特殊技术越区切换：切换是指将行进中的呼叫转换到另一个信道或小区的过程。GSM的四种切换方式：同一个小区内的不同信道（时隙）间传送呼叫同一个基站控制器范围内的小区（各基站收发信机）之间）传送呼叫同一个移动交换中心下不同基站控制器间的呼叫转移不同移动交换中心间的呼叫转移

前两种切换称为内部切换，都在一个基站控制器内。为节省信令带宽，它们都由基站控制器管理而不通过移动交换中心，除非要通报切换完成。后两种切换称为外部切换，要通过MSC进行。GSM并不指定切换所必需的算法。有两种基本的算法都与功率控制有关。最小可接受性能算法:将功率控制优先于切换，所以当信号衰落至某一点时，移动台的功率电平会增加，假如进一步的增加不能改善信号，才会考虑切换。这是简单且很通常的方法，但可能会出现这样的情况：当一个移动台以峰值功率发送时其位置可能超出原来的小区而进入到另一个小区。功率预算方法:使用切换去维护或改善一个固定的信号质量水平在相同或更低的功率电平上。这样它使切换优先于功率控制。它避免了“抹去”小区边界的问题，减少了同信道干扰，但技术相当复杂。位置更新与呼叫路由选择

MSC提供GSM移动网与公用固定网之间的接口。从固定网络角度看，MSC正是另一个交换节点。然而，由于MSC必须知道现在移动台漫游在什么地方--GSM系统中甚至会在另一个国家，因此移动网的交换会更复杂一些。GSM通过使用两个位置寄存器来进行位置登记和呼叫路由选择，一个是本地用户寄存器（HLR），另一个是外来用户寄存器（VLR）。

位置登记由移动台开始。当它通过监视控制信道注意到位置区域广播与原先储存在移动台中的位置信息不同时，它会向新的MSC发出一个更新请求，与IMSI或原先的（临时移动用户识别号（TMSI）一起送到新的VLR。新的VLR将一个MSRN分配给移动台并送到移动台入网登记地的HLR中（它总是保存着最新的位置信息）。HLR送回必要的呼叫控制参数，并且也送一个删除信息到老的VLR，这样原来的MSRN可以被再分配。最后，一个新的TMSI被分配并送给移动台，以便将来的寻呼或呼叫请求。VLRHLRPSTN网关MSCMSC基站MSC询问HLR

MSRN

将移动台的漫游号转换成TMSI

寻呼

鉴定与安全：KiKiA3A3RANDRANDRAND/SRESSRESSRES(SRES)Y/N=?SIMVLR/MSCAUC（移动台）（系统）鉴权过程A5A5消息消息++++帧号（22比特）（64比特）（64比特）（22比特）S2（114比特）S2（114比特）（114比特）（114比特）S1S1帧号KcKc加密加密解密解密（加密后的消息）MSBTS加密解密过程8.2.4：GPRS业务

目前GSM系统远不能满足日益增长的移动数据业务的需求，因为数据通信和话音通信有着完全不同的特性和要求。首先，数据通信具有很强的突发性，即在短时间内会集中产生大量的信息，而很长一段时间内，又根本没有信息需要传送。其次，数据终端的形式多种多样，各种终端对传输速率的要求相差很大，电路交换只能定义有限的几种标准带宽的电路，很难用有限类型的电路将不同类型和速率的数据终端有效连接起来。再则，GSM目前的计费方式是以通信时间来计算的，这很不适应数据业务的开展。基于GSM系统提出的GPRS方案，是迎合平滑过渡策略的主要方案。GPRS是“通用分组无线业务”GeneralPacketRadioService英文的缩写，它充分利用了现有移动通信网的设备，在GSM网络上增加一些硬件设备和软件升级，形成一个新的网络逻辑实体，它以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，最高数据速率可达170kbit／s。每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用。GPRS技术160Kbps的极速传送几乎能让无线上网达到公网ISDN的效果，实现“随身携带互联网”。GPRS网络结构

GPRS网络是在GSM网络的基础上增加了三个关键组件构成的，即：SGSN（ServingGPRSSupportNode）称为GPRS业务支持节点，主要功能是对移动终端进行鉴权和移动性管理，建立移动终端到GGSN的传输通道，接收从基站传送来的移动终端分组数据，通过GPRS骨干网传送给GGSN或者将分组发送到同一服务区内的移动终端。GGSN(GatewayGPRSSupportNode)称为GPRS网关支持节点，是连接GPRS网络与外部数据网络的节点。PCU（PacketControlUnit）称为分组控制单元，加于基站子系统的BSC处。因为BSS与SGSN连接的接口Gb采用帧中继，原有BSC的电路交换设备无法使用，所以需增加PCU，用于分组数据的信道管理和信道接入控制。

另外，为了支持GPRS，原GSM系统的相应部件需要进行软件升级。

8.2.5CDMA简介GSM的多址方式是TDMA。TDMA系统的频谱效率不高，信道容量有限；在话音质量上13kbit/s编码也很难达到有线电话水平；TDMA系统的业务综合能力较高，但终端接入速率有限(最高9.6kbit/s)；TDMA系统无软切换功能，因而容易掉话，影响服务质量；TDMA系统的国际漫游协议还有待进一步的完善和开发。因而TDMA并不是现代蜂窝移动通信的最佳无线接人。CDMA多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换、国际漫游等。CDMA多址技术的原理是基于扩频技术。CDMA蜂窝移动通信网的特点系统容量大：理论上CDMA移动网比模拟网大20倍。系统容量的灵活配置：在CDMA系统中，用户数的增加相当于背景噪声的增加，造成话音质量的下降。但对用户数量并无限制，操作者可在容量和话音质量之间折衷考虑。另外，多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。系统性能质量更佳：这里指的是CDMA系统具有较高的话音质量，声码器可以动态地调整数据传输速率，并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。另外，CDMA系统“掉话”的现象明显减少，CDMA系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。频率规划简单：用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。延长手机电池寿命：采用功率控制和可变速率声码器，手机电池使用寿命延长。建网成本下降。

CDMA的关键技术功率控制技术功率控制技术是CDMA系统的核心技术。CDMA系统是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，“远近效用”问题特别突出。CDMA功率控制的目的就是克服“远近效用”，使系统既能维护高质量通信，又不对其他用户产生干扰。功率控制分为前向功率控制和反向功率控制，反向功率控制又可分为仅由移动台参与的开环功率控制和移动台、基站同时参与的闭环功率控制。

反向开环功率控制：它是移动台根据在小区中接受功率的变化，调节移动台发射功率以达到所有移动台发出的信号在基站时都有相同的功率。它主要是为了补偿阴影、拐弯等效应，所以它有一个很大的动态范围，根据IS—95标准，它至少应该达到正负32dB的动态范围。反向闭环功率控制：闭环功率控制的设计目标是使基站对移动台的开环功率估计迅速做出纠正，以使移动台保持最理想的发射功率。前向功率控制：在前向功率控制中，基站根据测量结果调整每个移动台的发射功率，其目的是对路径衰落小的移动台分派较小的前向链路功率，而对那些远离基站的和误码率高的移动台分派较大的前向链路功率。PN码技术

PN码的选择直接影响到CDMA系统的容量、抗干扰能力、接入和切换速度等性能。CDMA信道的区分是靠PN码来进行的，因而要求PN码自相关性要好，互相关性要弱，实现和编码方案简单等。目前的CDMA系统就是采用一种基本的PN序列—m序列作为地址码，利用它的不同相位来区分不同用户。RAKE接收技术

移动通信信道是一种多径衰落信道，RAKE接收技术就是分别接收每一路的信号进行解调，然后叠加输出达到增强接收效果的目的，这里多径信号不仅不是一个不利因素，而且在CDMA系统变成一个可供利用的有利因素。软切换技术

先连接，再断开称之为软切换。CDMA系统工作在相同的频率和带宽上，因而软切换技术实现起来比TDMA系统要方便容易得多；话音编码技术

目前CDMA系统的话音编码主要有两种，即码激励线性预测编码(CELP)8kbit/s和13bit/s。8kbit/s的话音编码达到GSM系统的13kbit/s的话音水平甚至更好。13kbit/s的话音编码已达到有线长途话音水平。CELP采用与脉冲激励线性预测编码相同的原理，只是将脉冲位置和幅度用一个矢量码表代替。8.3光纤通信系统光纤通信就是利用光导纤维（OpticalFiber)传送光信号的通信方式。光纤通信的优点：光纤是电绝缘的，它可将发送端和接收端隔离；光纤不受电磁辐射的影响，它可以在充满噪声的环境中进行通信而不受电磁波干扰；一条光缆中的多根光纤之间的相互串音几乎没有；光的频率极高，因此有很大的传输带宽，如果能充分开发1.31.8m波段，则一根光纤将可能传送几亿路数字电话。光纤通信的主要缺点:由于不导电，一些电设备不能直接接在光纤上;光纤的连接要比电线的连接复杂，而且费用也高。光发射机光接收机8.3.1光纤通信系统的基本构成光接收机（DCE）

光发射机（DCE）电信号电信号光信号光纤发终端（DTE）收终端（DTE）8.3.2光的传播与光纤

光是一种电磁能，光的传播速度与传播光的介质密度有关，密度越高，传播速度越慢，在真空中的传播速度是300,000km/s。光在单一均匀的介质中以直线传播。如果光从一种密度的媒介进入到另一种密度的媒介中，光的传播速度发生变化，会引起光的传播方向改变，这种现象称为光的折射（refraction）。

光的性质

光的折射角度的大小与两个传播媒介的折射率及光入射角度有关。设媒介1和媒介2的折射率分别为n1和n2，且n1＜n2，入射角为θ2，折射角为θ1，则有：

n1sinθ1=n2sinθ2光信号在光导纤维中的传播就是利用的光的全反射原理。光导纤维多模光纤多模光纤是一种传输多个光波模式的光纤。多模光纤适用于几十Mbps到100Mbps的码元速率，最大无中继传输距离是10到100km左右。多模光纤可以按照从光纤截面的折射率变化分为阶跃型多模光纤和渐变型多模光纤。

单模光纤单模光纤只能传输光的基模，不存在模间时延差，因而具有比多模光纤大得多的带宽。单模光纤主要用于传送距离很长的主干线及国际长途通信系统，速率为几个Gbps。由于价格的下降以及对比特传输率的要求不断提高，单模光纤也被用于原来使用多模光纤的系统。

由于光通过不同的路径不能同时到达输出端口，因此脉冲被展宽。

路径的差异缩小，脉冲的宽度也减小。

光几乎以相同的路径传输，因此可同时到达输出端口，脉冲很少展宽。光缆

前面所述的光纤称为裸光纤，它由石英玻璃制成，比头发丝还细，强度很差，不能满足工程安装的要求。因此在光纤的拉制生产过程中还需要经过预涂覆、套塑和成缆等工序最终形成光缆。预涂覆：用硅树脂、聚氨基甲酸乙酯、环氧树脂和丙稀酸树脂等几种材料对裸光纤表面进行预涂覆，一方面增加光纤的强度，另一方面防止光纤的漏光。有时为了加强对光纤的保护作用再涂上一层低密度的硅树脂作为缓冲层，其厚度为100-150m。套塑：在有预涂覆的光纤上再套上一层塑料层，进一步保护光纤。套塑后的光纤称为光纤心线。成缆：多根光纤心线组成光缆。光缆的结构必须能够保护每一条光纤不会因为敷设、安装而损坏。光缆的敷设光缆的敷设方式有管道、架空、直埋和水下等几种。在任何情况下都不准超过设计的光缆的抗张负荷；光缆敷设时弯曲半径不应小于光缆外径的1.5倍，施工过程中不应小于15倍；布放光缆的牵引力应不超过光缆允许张力的80%，瞬间不得超过100%；牵引头与牵引索之间应有转环，以防牵引过程中扭伤光缆；光缆必须由缆盘上方放出，并保持松驰弧形；机械牵引时速度应在每分钟20m左右，牵引张力可调，应能自动报警、停车；人工牵引时速度要均匀，以每分钟10m为宜，严禁涌浪，牵引长度不宜过大；要组织严密，专人指挥。8.3.3光纤的连接光纤的连接有两种情况，一种是永久性连接，类似于电线电缆中的焊接；另一种是活动连接，类似于插头与插座的连接。光纤的连接必须满足以下几点要求：①插入损耗要小②接头要保证有足够的机械强度③密封④操作方便造成接头插入损耗增加的主要原因发射芯线的直径与接收芯线的直径不等（a）；两根光纤的轴线不重合（b）；光纤端面之间的空隙而造成的菲涅尔折射（c）；光纤端面之间的角偏差（d）以及端面不平整或受到污染等。永久连接坍陷套管连接法电弧熔接法活动连接活动光纤连接器通常由下述三部分组成：

⑴光纤端接元件，保护和定位光纤端面；

⑵对准规，定位光纤端接元件对，使其耦合最佳；

⑶连接器外壳，保护光学接触不受环境的影响，

将对准规和光纤端接元件固定在应有的位置，并端接光缆护套和应变元件。对接扩展光束法活动光纤连接器5.4.4无源光器件光连接器星型耦合器树型耦合器光衰减器光衰减器是调节光强度不可缺少的器件。主要用于光贯彻执行通信系统指标测量、短距离通信系统的信号衰减以及系统试验等。光衰减器一般使用金属蒸发镀膜滤光片作为衰减元件，依据镀膜厚度来控制衰减量。它可分为固定衰减器和可变衰减器两种，对光衰减器的要求是：体积小、重量经、衰减精度高、稳定可靠、使用方便等。可分为固定衰减器、可变衰减器。光隔离器光纤连接时由于端面的不匹配会造成光的反射，反射光进入到激光器后会使用激光器的工作不稳定，这时需要由光隔离器来阻止反射光的进入。光隔离器一般用两个偏振器构成，分别称为起偏器和检偏器。每个偏振器对光进行45度的偏振旋转，两个偏振器互成45度，这样对于前向光来说只经过每个偏振器一次，只受到很小的衰减（约为0.5dB），而对反射光则需经过两次，会受到很大的衰减（约为25dB）。光开关光开关用于光在不同的传输线路中的转换，它可以有选择地将光信号送到某一根光纤中。光开关有两种：一种是机械式，它是通过移动光纤本身或移动棱镜、反射镜和透镜等中间物进行光的转换，其移动方式是通过人工或电磁铁的作用来完成的。另一种是非机械的，它是利用光电效应和声光效应进行转换的。光分路耦合器光分路耦合器是分路和耦合光信号的器件。光调制器为了实现数千Mbps以上的超高速调制，一般应使用光调制器。从原理上说，光调制器是通过电光效应（外加电场），或声光准备应（弹性

）使折射率变化，利用磁场引起的法拉弟效应，使光的透过率发生变化来实现光调制。8.3.5光发射机均衡码型变换扰码编码驱动光源APC光监测ATC信道编码电路光源驱动与调制电路光纤数字基带信号光源两种半导体光源：一种是注入式激光器（LD），在短波长使用GaAs和GaAlAs双异质结构激光二极管，在长波长段使用InGaAsP双异质结条形激光二极管；另一种是发光二极管（LEDs）。这两种器件的工作原理：当电子从导带落到价带时，它们就发射光子。激光器能产生受激发射，发光二极管是自发发射。二者的主要区别：激光器特别亮，可以将较大的光功率射入光纤，激光器的反应速度也很快，线宽（或工作波长范围）比发光二极管窄，在光纤中传输时不易造成色散，因而能增大光纤的最大可用带宽。发光二极管的输出功率与调制电流的关系接近于光滑的直线，它比激光器更适合于线性系统。激光器是非线性的，适合于二进制信号。单横模激光器在常用的波长范围内线性度较好。光发射机电路调制：在信码的作用下，控制激光二极管或发光二极管的电流，使其为零（不发光，相对于信码0）或为预先规定的值（发光，相对于信码1）。这个功能由光发射电路中的驱动电路（一种受控恒流源）完成；自动光输出功率控制：一方面是为了使光输出信号电平保持稳定，另一方面要防止光源因电流过大而损坏。另外，光输出功率过大也会使光源的输出散弹噪声增加，系统的性能变差。这个功能由光发射电路中的APC电路完成；温度控制：对激光二极管而言，结温高时光输出功率会下降，在APC的作用下控制电流就会自动增加，使结温进一步升高，造成恶性循环而导致激光二极管损坏。光发射电路中的ATC电路用以进行光源的温度控制。光放大器

受控恒流源

恒流源

光纤

激光器

光电二极管

调整平均功率

光源驱动与调制――平均功率反馈

信道编码电路

信道编码电路用于对基带信号的波形和码型进行转换，使其适合于作为光源的控制信号。扰码：扰码是将输入的二进制NRZ码序列打乱重新排列，而后在接收机解扰码，还原成原来的二进制序列。它改变了原来的码系列“0”和“1”的分布，改善了码流的一些特性。mBnB码：又称分组码。它是把输入信码流中每m比特码分为一组，然后变换为n比特，且n>m。插入码：把输入

原码以m比特为一组，在每组的第m位之后插入一码，组成m+1个码一组的线路码。8.3.6光接收机光电检测器光电检测器的作用:将来自于光纤的光信号转换成电流。两种半导体二极管：PIN管半导体雪崩光电二极管（APD）半导体材料在0.85m波段主要是用硅半导体材料做光电二极管;而在1.35m波段主要是用锗半导体材料。光接收电路光接收电路的功能有三个：低噪声放大给光电二极管提供稳定的反向偏压自动增益控制

信道解码器

信道解码器是与发端的信道编码器完全对应的电路，即包含了解密电路、解扰电路和码型反变换电路。8.3.7中继器与参铒光纤放大器中继器中继器的作用是接收已衰减的光信号，将其转换成等效的可以重新放大、整形、定时的电信号，然后再重新转换成向光纤输送的光信号。掺铒光纤放大器

掺铒光纤放大器是利用光纤的非线性效应制作的。当光纤输入功率大到一定程度时，光纤对光的传输不再是线性关系。掺铒光纤放大原理掺铒光纤普通光纤普通光纤普通光纤信号光泵浦光8.3.8波分复用技术定义：在一根光纤中传输多个波长的光载波特点：类似于无线信道中的频分多路复用目的：提高光纤线路的利用率λ1λ2λ3λ54λ5520Gbps信号解复用时钟10Gbps接收Δλ=0.6nmPC单模光纤150km在线中继器偏振控制色散补偿光纤前置放大外调制器光放大器55波分传输系统8.4计算机网络通信网络（CommunicationNetwork)：就是将通信终端、转接点和通信链路相互连接、实现两个以上通信终端之间信号传输的通信体系，这是包括终端设备、传输设备、交换设备和网络技术的综合系统，旨在向用户提供各种通信服务。

当前网络正在经历一场变革，逐步由支持单一的话音、数据、图像的网络转变为多媒体网络，并且网络的规模与覆盖范围也在不断扩大。各种网络协议的产生使通信在更大的范围内实现了标准化，典型的例子是TCP/IP协议为全球各类数据网的互联提供了基础平台。8.4.1ISO/OSI模型8.4.1分层结构与分层协议

分层结构的概念

经理A邮政车

秘书收发员邮递员经理B秘书收发员邮递员邮递员

OSI(开放式系统互连参考模型)是对怎样在电讯网络中任意两个点之间传输信息的参考模型的一种标准描述。它的目的是指导产品实现者以便他们的产品能够始终与其他的产品合作。现在此模型已成为一個主要的结构模型用于计算机之间和网络间的通信。目前使用的大多数网络通信协议都基于OSI模型的结构。OSI将其定义为七层，即将网络计算机中有关活动信息的任务划分为七个更小、更易于处理的任务组。一个任务或任务组被分配到一个OSI层。每一层都是独自存在的，因此分配到各层的任务能够独立地执行。这样使得由其中某层提供的解决方案能够在不影响其他层的情况下被更新。“开放”这个词表示：只要遵循OSI标准，一个系统可以和位于世界上任何地方的、也遵循OSI标准的其他任何系统进行连接

8.4.1OSI模型8.4.1ISO/OSI模型报文报文报文报文分组帧比特系统OSI七层参考模型应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层协议数据单元7654321层次⑴物理层控制节点与信道的连接，提供物理通道和物理连接以及同步。实现比特信息的传输。物理层协议规定“0”和“1”的电平是几伏，一个比特持续多长时间，数据终端设备（DTE）与数据传输设备（DCE）接口采用的接插件的形式等等。一个物理层协议的典型例子是RS232C。8.4.1ISO/OSI模型⑵数据链路层

是两个通信实体之间一条点点式信道。包括数据传输设备和数据终端设备。数据链路层协议保证数据块从数据链路的一端正确地传送到另一端，使用差错控制技术来纠正传输差错。报文报文报文报文分组帧比特系统OSI七层参考模型应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层协议数据单元7654321层次8.4.1ISO/OSI模型⑶网络层

用于控制通信子网的运行，管理从发送节点到收信节点的虚电路。协议规定网络节点和虚电路的一种标准接口，完成网络连接的建立、拆除和通信管理，包括路由选择、信息流控制、差错控制以及多路复用等。报文报文报文报文分组帧比特系统OSI七层参考模型应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层协议数据单元7654321层次⑷传输层

是主计算机-主计算机层，或者说端-端传输控制层。传输层的主要功能是建立、拆除和管理传送连接。报文报文报文报文分组帧比特系统OSI七层参考模型应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层协议数据单元7654321层次⑸会话层

是用户进网的接口，着重解决面向用户的功能，例如会话建立时，双方必须核实对方是否有权参加会话，由哪一方支付通信费用，在各种选择功能方面取得一致。报文报文报文报文分组帧比特系统OSI七层参考模型应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层协议数据单元7654321层次⑹表示层

主要解决用户信息的语法表示问题。表示层将数据从适合于某一用户的语法，变换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。报文报文报文报文分组帧比特系统OSI七层参考模型应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层协议数据单元7654321层次⑺应用层假定网络上有很多不同形式的终端，各种终端的屏幕格式都不同，应用层就要设法转换。报文报文报文报文分组帧比特系统OSI七层参考模型应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层协议数据单元7654321层次处理数据格式提供应用程序间通信建立，维护和管理会话端到端的连接寻址和路由选择介质访问，链路管理比特流传输1物理层2数据链路层4传输层3网络层5会话层7应用层6表示层应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层通信媒介报文报文报文报文分组帧比特网络层网络层链路层物理层链路层物理层系统A系统BOSI模型下的文件传输应用层表示层会话层传输层网络层链路层物理层协议数据单元7654321层次

上页图是两台计算机之间的通信过程。一个用户以它的文字处理程序向A计算机的应用层发布文件传送命令，应用层将其送到表示层，在这一层上对数据的格式进行修改，然后数据被送到会话层，在这里请求与目标进行连接，并将数据送到传输层。传输层为了便于数据的传输将整个文件分成若干个可管理的数据块并送到网络层。网络层选择数据的路由后数据被送到数据链路层。链路层要在数据上加一些额外的信息以便于接收端进行检错与纠错。最后，这些数据被送到物理层，物理层形成数据波形，通过物理信道发向目标计算机。

OSI模型的优点和目的OSI是一个描述性的模型。它超越了具体的物理实体或软件,从理论上讲解决了不同计算机及外设，不同的计算机网络中间的相互通信的问题，成为计算机网络通信标准。OSI模型的优点可以概括为以下几点:

●简化相关的网络操作

●提供即插既用的兼容性和不同厂商之间集成的标准化接口。

●使工程师们能专注于设计和优化不同的网络互连设备的互操作性。

●防止一个区域的网络变化影响另一个区域的网络，因此，每一个区域的网络都能单独快速地升级。

●把复杂的网络连接问题分解成小的简单的问题，易于学习的操作

TCP/IP协议模型TCP/IP协议模型是一种简单实用的网络标准，它现在广泛的应用于Internet中以及局域网中，一般的操作系统到支持这种协议。

TCP/IP协议可以把整个网络分成四层。应用层物理层

数据链路层网络层传输层会话层表示层OSI参考模型TCP/IP模型应用层

网络接口层网络层传输层TCP/IP协议的应用层应用层网络接口层网络层传输层超文本传输—HTTP文件传输—FTP电子邮件—SMTP远程登录—Telnet

网络管理—SNMP域名管理—DNS应用层

对应于OSI的上三层，包含面向网络用户的大量协议实现8.4.2计算机局域网计算机网络通俗地讲就是由多台计算机（或其它计算机网络设备）通过传输介质和软件物理（或逻辑）连接在一起组成的。计算机网络的组成基本上包括：计算机网络操作系统传输介质（可以是有形的，也可以是无形的，如无线网络的传输介质就是空气）应用软件计算机网络分类

从地理范围划分是一种大家都认可的通用网络划分标准。按这种标准可以把各种网络类型划分为局域网、城域网、广域网和互联网四种局域网（LAN，LocalAreaNetwork）在局部地区范围内的网络，它所覆盖的地区范围较小。特点是连接范围窄、用户数少、配置容易、连接速率高。地理距离上一般来说可以是几米至10公里以内。LAN有“中心控制”和“分布式控制”这样两个不同形式的控制方式。中心控制需要一个单个的设备来控制整个网络。

缺点：一旦控制器故障将会使整个网络瘫痪。

现行大多数LAN都采用分布式控制，接入网络的所有设备实际上管理着网络，无须中心设备。优点：分布式控制的一个优点是在增加新的用户时，只需安装接口卡和软件，并将PC机接到网络中而无须向中心处理器或控制器说明，因此网络的扩展很容易。缺点：分布式控制的主要缺点是如果一个设备故障，可能会导致整个网络无序。城域网（MAN，MetropolitanAreaNetwork）

这种网络一般来说是在一个城市，但不在同一地理小区范围内的计算机互联。这种网络的连接距离可以在10￣100公里。

城域网多采用ATM技术做骨干网。ATM是一个用于数据、语音、视频以及多媒体应用程序的高速网络传输方法。ATM包括一个接口和一个协议，该协议能够在一个常规的传输信道上，在比特率不变及变化的通信量之间进行切换。ATM也包括硬件、软件以及与ATM协议标准一致的介质。ATM提供一个可伸缩的主干基础设施，以便能够适应不同规模、速度以及寻址技术的网络。ATM的最大缺点就是成本太高。广域网（WAN，WideAreaNetwork）

这种网络也称为远程网，所覆盖的范围比城域网（MAN）更广，它一般是在不同城市之间的LAN或者MAN网络互联，地理范围可从几百公里到几千公里。因为距离较远，信息衰减比较严重，所以这种网络一般是要租用专线，通过IMP（接口信息处理）协议和线路连接起来，构成网状结构，解决循径问题。这种城域网因为所连接的用户多，总出口带宽有限，所以用户的终端连接速率一般较低互联网（Internet）

互联网又因其英文单词“Internet”的谐音，又称为“英特网”。无论从地理范围，还是从网络规模来讲它都是最大的一种网络，就是我们常说的“Web”、“WWW”和“万维网”等多种叫法。从地理范围来说，它可以是全球计算机的互联，这种网络的最大的特点就是不定性，整个网络