第2章 传送网络技术

第2章传送网络技术2.1光纤通信技术2.2PCM原理2.3PDH通信系统2.4SDH通信系统2.5DWDM通信系统2.6全光网络技术2.7微波传送网络技术2.8卫星传送网技术2.1光纤通信技术2.1.1光纤通信的基本概念1．光纤通信的定义 光纤通信是指以光波为载波，用光导纤维作为传输媒介的一种通信方式。由于主要传输和处理的是数字信号，因此又称为数字光纤通信系统。2．光纤通信的主要优点 光纤通信有以下主要优点：（1）传输频带宽，通信容量大；（2）传输损耗小，通信距离长；（3）抗电磁干扰能力强；（4）线径细、重量轻；（5）资源丰富。3．光纤通信与电通信的区别 光纤通信与电通信的区别主要有两点：一是传输信号的区别，二是传输媒介的区别。区别如表2-1所示。4．实现光纤通信的关键技术 实现光纤通信必须解决光源和光纤技术。2.1.2光纤通信原理1．光纤通信系统组成 目前主要采用的光纤通信系统多为数字编码、强度调制和直接检波的光纤通信系统，如图2-2所示。图2-2光纤通信系统组成原理图 表2-2示出光纤通信系统常用的分类方法和特点。2．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3．光发射机4．光接收机5．光中继器2.2PCM原理2.2.1概述 大部分信源产生的信息是模拟信号的形式，而把模拟信号数字化的基本技术是脉冲编码调制（PCM）技术。1．数字通信系统 数字通信系统组成的基本模型如图2-11所示。图2-11数字通信系统模型2．数字通信的特点 （1）抗干扰能力强，通信质量高。 （2）便于加密处理，保密性能好。 （3）设备便于集成化、微型化和智能化，易于计算机联网。 （4）便于构成数字化的综合通信网。 （5）占用信道频带宽。3．数字通信系统的主要性能指标 数字通信系统的主要性能指标是指有效性和可靠性，但这两种指标是矛盾的，只能求得相对的统一。（1）有效性指标 表征数字通信系统有效性的指标有3种：信息传输速率、符号传输速率和频带利用率。（2）可靠性指标 衡量数字通信系统可靠性的主要指标是误码率。2.2.2PCM原理 脉冲编码调制（PCM）简称脉码调制，是实现模拟信号数字化的最基本、最常用的一种方法。它的任务是把时间连续、取值连续的模拟信号转换成为时间、取值均离散的数字信号，并按一定规律编码，形成PCM信号序列。1．模拟信号和数字信号的特点2．脉冲编码调制技术 采用基带传输的PCM通信系统如图2-13所示图2-13脉冲编码调制基带通信系统的组成方框图3．压缩编码技术2.2.3PCM通信系统 PCM通信系统是采用PCM技术将模拟信号变换成数字信号后，再进行时分多路复用，在信道中传送PCM信号的通信系统。1．时分多路复用通信概念 时分制通信的特点是通过各路信号在信道上占有不同的时间间隙来进行通信。2．PCM30/32系统帧结构3．实现PCM通信的相关技术（1）定时技术（2）帧同步技术（3）信道传输码型（4）再生中继2.3PDH通信系统 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。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。2.3.1PDH数字复接系列1．PDH数字复接系列 CCITT推荐两种数码率系列和数字复接等级，如表2-4所示。2．零次群复接2.3.2PDH复接1．PDH数字复接方式2．码速调整方式2.3.3PDH复用原理 PDH电端机复用原理如图2-28所示。图2-28PDH电端机复用原理图2.4SDH通信系统 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。2.4.1概述1．SDH提出背景2．SDH技术特点3．SDH标准速率模块（1）网络节点接口（2）SDH同步传送模块2.4.2SDH帧结构和复用映射结构1．SDH帧结构 SDH帧结构采用一种与PDH条形帧结构完全不同的矩形块状结构，以字节为单位排列，在媒介中由左至右、由上至下串行向前传送。2．SDH的复用结构2.4.3SDH传送网络技术1．SDH网元类型、网络结构和网络分层2．SDH自愈功能和网络保护3．SDH网的同步技术SDH网同步方式有3种。伪同步方式是指网络中各网元均与本同步区内的基准时钟同步，但每个同步区的基准时钟仍存在微小差别，使两网边界的网元设备并不是处于真正同步状态。这种方式在SDH的指针调整下仍能正常工作，所以也属于工作方式。准同步方式是指当外部时钟链路出现故障时，网元时钟只能利用本设备的时钟源工作，或记录时钟链路出现故障时刻的时钟，这种保持模式不能维持很久。在这种方式下，时钟偏差的影响将导致SDH网元频繁地进行指针调整操作，只要能正常传输业务，就不可中断业务，但这是一种暂时的非正常工作方式。异步方式是指网络内的网元间出现很大的时钟偏差，网络已经无法依靠指针调整来维护业务信号的正常传输。这种方式属于故障状态。2.5DWDM通信系统2.5.1概述1．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。2．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3．DWDM系统的基本形式 DWDM系统的基本结构形式主要有两种。（1）双纤单向传输（2）单纤双向传输2.5.2DWDM通信系统1．DWDM通信系统组成和基本原理 如图2-42所示，DWDM通信系统主要由5部分组成：光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道发送/接收器和网络管理系统。图2-42DWDM通信系统组成结构示意图（单向）2．DWDM网络结构和分层模型3．DWDM两种通信系统 DWDM系统可以分成集成式DWDM系统和开放式DWDM系统两大类。4．DWDM系统的波长选择和信道分配2.5.3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2.6全光网络技术1．什么是全光网络 全光网络（AON）是指信息从源节点到目的节点的传输完全在光域进行，即以光节点取代现有网络的电节点，全部采用光波技术完成信息的传输和交换的宽带网络。它包括光传输、光放大、光再生、光选路、光交换、光存储以及光信息处理等先进的全光技术。2．全光网络的分层结构3．全光网络的优点2.6.2实现全光网络的关键器件和关键技术1．路由选择技术2．光波复用方式3．光传送网络节点设备4．可变波长激光器5．全光再生器6．网管技术2.6.3光传送网络今后的发展趋势1．目前不同的网络运营商采用的网络层次和技术2．今后传送网的发展趋势2.7微波传送网络技术2.7.1数字微波中继通信概述1．微波中继通信的概念和特点 微波中继通信是利用微波频段的波长范围为1m～1mm、频率范围为300MHz～300GHz的无线电波沿地面进行中继传输的无线通信。微波中继通信主要用来传送长途电话信号、宽频带电视信号、数据信号和移动通信信号等。微波中继通信有以下特点。（1）通信频段的频带宽，通信容量大，利于宽频带信号的传输。（2）由于工作频率高，受外界干扰的影响小。（一般干扰在100MHz以下。）（3）通信灵活性较大，采用中继方式可以实现地面上远距离通信，并可以跨越沼泽、江河、湖泊和高山等特殊地理环境，特别是在遭受如地震、洪水等灾害时，通信的建立、撤收及转移都较容易。（4）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的平方成反比。由于微波中继通信的工作波长短，因而容易制造高增益天线，降低发信机的输出功率。另外微波天线具有很强的方向性，可以把电磁波聚集成很窄的波束，减少通信中的相互干扰。（5）投资少，建设快。（6）数字微波通信除具有上述微波通信的共同特点外，还具有数字通信的特点。2．微波中继系统的组成3．微波中间站的转接方式 微波中继通信系统中间站的转接方式一般是按照收发信机转接信号时的接口频带划分的，分为基带转接方式、中频转接方式和微波转接方式三种。2.7.2数字微波的收发信原理1．数字微波发信设备 数字微波发信设备通常有两种组成方案。（1）微波直接调制发射机（2）中频调制发射机2．数字微波收信设备 数字微波收信一般都采用超外差接收方式。它由射频系统、中频系统和解调系统三大部分组成，将来自接收天线的微弱的微波信号经过馈线、微波滤波器、低噪声放大器后和本振信号进行混频，变成中频信号，再经过中频放大器放大，滤波后送解调单元实现信码解调和再生。3．天线馈线系统 微波通信系统中，对天线馈线的基本要求是：足够的天线增益，良好的天线方向性；低传输损耗的馈线系统、极小的电压驻波比；整个天、馈线系统应有较高的极化去耦度和足够的机械强度。4．射频波道的频率配置（1）单波道频率配置（2）多波道频率配置（3）射频波道的频率再用5．微波传播特性 微波中继通信的电磁波主要是在靠近地表的大气空间传播，因而地形地物对微波电磁波会产生折射、反射、散射、绕射和吸收现象。2.8卫星传送网技术2.8.1卫星通信概述1．卫星通信的基本概念 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。如图2-77所示，设在空间用于中继转发的人造卫星称为通信卫星。图2-77卫星通信系统示意图2．通信卫星类型3．卫星通信的特点和使用频率 （1）卫星通信特点 （2）卫星通信工作频段的选择是一个十分重要的问题，它直接影响整个系统的传输容量、质量、可靠性和设备的复杂性，以及成本的高低，并还将影响与其他通信系统的协调。如表2-9所示。2.8.2卫星通信系统组成 卫星通信系