现代通信技术概论

现代通信技术概论赵宏波卜益民陈凤娟编著第1讲教学大纲：二、课程性质、目的与任务现代通信技术概论是计算机专业开设的一门专业选修课。目的是使学生对通信技术的体系框架有一个清晰的认识，对各种常用现代通信技术的基本概念、基本原理、系统构成和技术发展趋势有较全面的理解和掌握。本课程的主要内容有：数字通信技术、程控交换技术、光纤通信、数字微波、卫星通信、移动通信、电话网、支撑网、数据通信与数据网等技术及其新的发展参考文献：赵宏波．现代通信技术概论．北京：北京邮电大学出版社李文海，现代通信技术， 北京：人民邮电出版社严晓华，现代通信技术基础，

北京：清华大学出版社答疑：jiping@目录第1章绪论第2章数字通信技术第3章

程控交换技术第4章

信息传输技术与系统第5章

通信网第6章

数据通信与数据网第7章ISDN与ATM技术第8章

宽带IP技术第9章

接入网与接入技术第1章绪论1.1基本概念1.2

通信发展趋势1.1基本概念1.1.1通信系统图1.1通信模型示意图

通信系统有多种分类形式，如：可从通信内容上、传输信号的性质上、信道上等进行划分。

(1)根据通信内容可分为：

语音通信(电话)数据通信系统图像通信多媒体通信(2)根据传输信号的性质可分为：

模拟通信系统数字通信系统

1.通信系统的分类(3)根据信道的不同可分为：有线通信:有线电通信:双绞线、同轴电缆光纤通信无线通信:短波通信微波通信卫星通信:同步卫星、中低轨道卫星红外线通信2.通信系统的质量要求

（1）有效性

①符号速率又叫信号速率，记为N。它表示单位时间内(每秒)信道上实际传输的符号个数或脉冲个数(可以是多进制)。符号速率的单位是波特，即每秒的符号个数。②信息传输速率，简称传信率，通常记为R。它表示单位时间内系统传输(或信源发出)的信息量，即二进制码元数。（2）频带利用率用单位频带内的符号速率描述系统的传输效率，即每赫的波特数，符号速率用η表示。（3）可靠性可靠性可用差错率来表示。常用的差错率指标有平均误码率、平均误字率、平均误码组率等。1.1.2通信信号

1.模拟信号

模拟信号是指代表消息的电信号及其参数（幅度、频率或相位）随消息连续变化的信号。其特点是幅度连续变化，而在时间上可以连续，也可以不连续；前者是连续的模拟信号，后者是离散的模拟信号，如图1.2所示。图1.2模拟信号2.数字信号数字信号是一系列的电脉冲，时间上是离散的，信号参数（幅度）也不连续变化，如图1.3所示。数字信号是指在时间上和幅度上均取有限离散数值的电信号，这类电信号常用电压或电流的脉冲代表。数字信号与模拟信号的不同点在于数字信号不直接与消息对应。图1.3数字信号3.数字信号的基本形式最简单的数字信号是二元码(或称二进制码)，这种码的幅度只取两种不同的瞬时值。这种二进制码分为单极性、双极性和归零、不归零四种不同的基本形式。

图1.4二元码的四种基本形式在二进制数字通信系统中，每个码元或每个符号只能是“1”和“0”两个状态之一。实际通信中也可以有多信号电平系统即对应多进制码。进制越高，级差越小，抗干扰能力越差。但是进制越高，每个符号所代表的信息量越大。在信息论中对符号所载荷的信息量有严格定义。在二进制数字传输中，若数字序列里1和0的概率各占1／2，并且前后码元是相互独立的，序列中每个二进制码元所载荷的信息量就是1比特；而多进制每个符号所含的信息量将要增加，四电平的符号包含log24=2bit的信息量，八电平的符号包含log28=3bit的信息量。

4.数字信号码型基带信号的码型有如下几种：

（1）二元码：采用两个电平编出来的码型。主要有单极性不归零码、单极性归零码、双极性归零码、双极性非归零码、差分编码、双相脉冲编码等。

（2）三元码：信号的幅度取值为+1、0、-1。如：传号交替反转码、HDBn码等。

（3）伪双极性码。

（4）mBnB码（分组码）：把输入的信息码流按m个比特为一组然后变换为n个比特。且n＞m。如在光纤通信中常用的5B6B码。由于传输信道中有许多电感、电容原件，因其直流截止特性，对线路传输码型的要求如下：

频谱中不存在直流成分； 尽量减少码型频谱中的高频分量； 具有一定的抗干扰能力；

便于时钟信号的提取；具有较好的传输效率； 码型变换设备简单，易于实现。1.1.3通信信道1.通信媒体(1）明线：(2）双绞线(twistedpair)(3）同轴电缆(coaxialcable)(4）光纤(5）微波通信(6）卫星通信2.通信方式(1）单工通信：信息只能单向传送或某一时间内只能使用发信机或收信机。其工作原理如图1.9所示。(2）半双工通信：可以双向传送数据，但两个方向只能轮流分时发送，不能同时传送。或只有其中一方可同时使用收、发信机。其工作原理如图1.10所示。图1.9单工通信方式图1.10半双工通信方式(3）全双工通信：信息可同时双向传送。通信双方的收、发信机均可同时工作。其工作原理如图1.11所示。图1.11全双工通信方式传输制式3.传输方式按照传输信号在通信信道中的时空顺序分类，通信的传输方式可分为串行传输和并行传输。(1）串行传输：信号在一个信道上以按位依次传输的方式传输。(2）并行传输：指信号数据以成组的方式在多条并行信道上同时传输。4.同步方式

(1）异步传输(2）同步传输5.复用方式(1）频分复用：在频率上把要传输的几路信息合在一起，形成一个合成的信号后进行传输。(2）时分复用：采用分时技术，每路分配一个时隙起始位校验位停止位空闲位数据位低位高位字符0/10/10/10/110111…~~~~同步字符数据数据数据校验字符1.1.4通信网1.通信网的组成通信网组成的基本要素（硬件）是：终端设备、传输链路、转接交换设备。2.通信网的拓扑结构(1）星形网：每一个终端均通过单一的传输链路与中心交换节点相连，如图1.12（a）所示。(2）树形网：是一种分层结构，适用于分级控制的系统，如图1.12（b）所示。第2讲(3）网状网：点点相连，安全性高，链路数多，如图1.12（c）所示。(4）环形网：三个以上的节点用闭合环路形式组成，如图1.12（d）所示。(5）总线型网：总线把各节点连接起来，从而形成一条共享信道。结构简单、方便。如图1.12（e）所示。(6）复合型网：该网络结构是现实中最常见的一种形式。其特点是将网状网和星形网结合。图1.12电信网的基本结构3.通信网的分层结构（1）纵向分层的观点图1.13垂直观点的网络结构（2）水平描述水平描述是基于通信网实际的物理连接来划分的，可分为核心网、接入网和用户驻地网。1.1.5

通信协议1.协议概念和层次结构协议是指系统间互换数据的一组规则，主要是关于相互交换信息的格式、涵义、节拍等。协议分层总括起来有以下好处：(1)各层之间是独立的，任何一层不需知道下面一层是如何实现的，只需知道下一层所提供的服务和本层向上一层所提供的服务；(2)灵活性好，任何一层发生变化，只要接口关系保持不变，其他各层均不受影响；(3)结构上可以隔开，各层都可采用最合适的技术来实现；(4)易于实现和维护。2.开放系统互连(OSI)参考模型图1.14OSI分层结构(1）分层原则

①网络中的各个节点具有相同的层次，而相同的层次具有相同的功能。②各个层次间的差别要明显，层间交互作用尽可能少。③低层对高层要具有透明性。④在需要的地方可以设置子层，在不需要某层时允许数据穿越子层。⑤同一节点相邻层间设置接口通信，不同节点的对等层间的通信采用相同的协议。⑥层次不能太多。

(2）

OSI/RM中各层的主要功能:①物理层(physicallayer)物理层处于OSI参考模型的最低层。物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路提供物理连接，以透明地传送比特流。②数据链路层(datalinklayer)在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，通过差错控制、流量控制等方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。③网络层（networklayer）网络层的主要任务是通过执行路由选择算法，为报文分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层具有路径选择、拥挤控制与网络互连等功能，它是OSI参考模型中最复杂的一层。④传输层（transportlayer）传输层的目的是向用户提供可靠的端到端（endtoend）服务，透明地传送报文。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最关键的一层。⑤会话层（sessionlayer）会话层的主要目的是组织和同步两个会话服务用户之间的对话，并管理数据的交换。⑥表示层（presentationlayer）表示层主要用于处理两个通信系统间信息交换的表示方式。它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。⑦应用层（applicationlayer）应用层是OSI参考模型的最高层。主要提供OSI用户服务，如文件传送、电子邮件、EDI等。1.2通信发展趋势1.2.1通信发展的技术基础1.微电子和微光学技术2.计算机技术3.信号与信息处理技术1.2.2通信业务发展趋势1.业务宽带化2.业务IP化3.业务智能化4.业务移动化５.业务个人化IPv4地址即将告罄--全球加速进入IPv6时代

2011-01-25

来源：作者：⊙记者温婷○编辑王晓华阮奇

随着全球IPv4地址即将在“未来几个星期内”用尽，业内普遍认为，IPv4地址的提前告罄将加速IPv6的发展，IPv6是目前唯一能解决IP地址短缺的可行途径。

从去年开始，电信运营商中国电信和中国移动已经启动了IPv6的试点工作。“互联网之父”文顿·瑟夫目前是美国谷歌公司副总裁兼首席互联网顾问，他在1977年创建互联网通信协议“IPv4”，让全球电脑可以互相连线。而IP地址是分配给每台电脑、网站或其他联网设备的一系列号码，每个IP地址都是独一无二的。此前，互联网名称与数字地址分配机构(ICANN)曾预计，IPv4地址会在2011年8月耗尽。对此有专家认为，如今世界各国对于物联网发展的强调，以及各种智能终端的普及是IPv4地址加速枯竭的重要原因，而唯一的解决途径是更换新一代IP协议：IPv6。

上海证券分析师张涛表示，以目前国内的电脑和手机用户保有量来看，IPv4还可以支撑，但随着物联网对于网络要求的提高，IPv4地址显然已经不够，发展IPv6也可以认为是为未来物联网的发展进行必要的网络准备。而世界范围内由IPv4向IPv6的协议转型已经启动。据悉，自格林尼治时间2011年6月8日零时1分开始的24小时将是IPv6协议系统的第一个试用日。届时，网络搜索引擎谷歌公司和社交网站“脸谱”（Facebook）等网站将率先启动IPv6协议系统，为用户及工程师提供测试和分析平台。而自去年，中国电信和中国移动已经开始个别地区的IPv6试点工作，包括IPv6协议互通、基地建设及网络管理等方面的测试。华创证券分析师刘洪军表示，从目前趋势来看，IP地址提前枯竭将加速IPv4向IPv6协议的转换，进而加速电信运营商、企业和政府局域网将现有的路由器和以太网交换机，替换成支持IPv6的新品。目前国内上市公司中兴通讯和星网锐捷有提供相关设备。返回

1.2.3通信技术发展趋势1.从电路交换向分组交换的转变2.窄带业务接入技术从铜线接入向移动接入转变3.传送技术从点到点通信向光联网转变4.有线无线接入都将完成从窄带向宽带的转变电路交换在数据通信网发展初期，人们根据电话交换原理，发展了电路交换方式。当用户要发信息时，由源交换机根据信息要到达的目的地址，把线路接到那个目的交换机。分组交换分组交换与报文交换都是采用存储转发交换方式，即首先把来自用户的信息文电暂存于存储装置中，并划分为多个一定长度的分组，每个分组的前边都加上固定格式的分组标题，用于指明该分组的发端地址、收端地址及分组序号等。以分组作为存储转发的单位，分组在各交换节点之间传送比较灵活，交换节点不必等待整个报文的其他分组到齐，一个分组、一个分组地转发。这样可以大大压缩节点所需的存储容量，也缩短了网络时延。另外，较短的分组比长的报文可大大减少差错的产生，提高了传输的可靠性。图

分组交换的概念示意图

1.2.4通信网络发展趋势1.融合将成为未来网络技术发展的主旋律2.向新一代的全业务电信网方向发展电信网广播电视网互联网三网融合启动国务院总理温家宝2010年1月１３日主持召开国务院常务会议，决定加快推进电信网、广播电视网和互联网三网融合。会议提出了推进三网融合的阶段性目标。２０１０年至２０１２年重点开展广电和电信业务双向进入试点，探索形成保障三网融合规范有序开展的政策体系和体制机制。２０１３年至２０１５年，总结推广试点经验，全面实现三网融合发展，普及应用融合业务，基本形成适度竞争的网络产业格局，基本建立适应三网融合的体制机制和职责清晰、协调顺畅、决策科学、管理高效的新型监管体系。三网融合试点方案或5月实施将制定双向进入目录时间：2010-03-0521:47来源：证券时报网友评论

工业和信息化部部长李毅中今天在列席十一届全国人大三次会议间隙时表示，三网融合试点方案有望于今年五月通过并付诸实施。他说，从目前开始到2012年，都是试点阶段。李毅中表示，目前工信部与广电总局正在就三网融合制定试点方案。方案中，将制定具有操作性的双向进入目录，即明确电信企业如何进入广电网络，以及广电机构如何进入电信网络。他称，目前各地对于三网融合表现得都很积极，试点期间，将先选择试点地区，再选择试点企业，最后确定相关试点细则。■背景资料

三网融合是一种广义的、社会化的说法，在现阶段它并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合。对于用户来说，则意味着只要拉一条线、接入一张网，甚至可能完全通过无线接入的方式就能搞定通信、电视、上网等各种应用需求，实现全数字化生活。而电视、手机、电脑等终端的用途也将多样化，用手机看电视、用电视打电话都将成为可能；甚至会有更符合受众需要的创新型消费终端的诞生。我国关于“三网融合”的讨论始于1998年，但直到今年才取得最终突破。“三网融合”取得实质性推进

2011-03-01

来源：上海证券报

作者：⊙记者梁敏○编辑阮奇

⊙记者梁敏○编辑阮奇国家广电总局副局长张海涛昨日表示，目前12个试点城市已经基本完成了IPTV集成播控平台的建设，“三网融合”已经取得实质性的推进。为推进三网融合工作，去年国家确定了12个试点城市，包括北京、上海、哈尔滨、武汉、杭州、南京、深圳、青岛、厦门、大连、绵阳和湖南长沙-湘潭城市群。张海涛指出，目前各项工作进展顺利，特别是12个试点城市和地区已经基本完成了IPTV集成播控平台的建设，并与中央总平台实现对接，为开展“三网融合”的试点工作奠定了良好的基础。第1章作业Page24：2、5、11、12第2章数字通信技术2.1

模拟信号数字化2.2

时分多路复用及PCM30/32路系统2.3

数字复接技术传输数字信号的通信称为数字通信。数字通信以其抗干扰能力强、便于存储、处理和交换等特点，已经成为现代通信网中的最主要的通信技术基础，广泛应用于现代通信网的各种通信系统。数字通信系统的框图如图2.1所示。图2.1数字通信系统模型2.1

模拟信号数字化2.1.1模拟信号和数字信号1.模拟信号信号波形模拟着信息的变化而变化，如图2.2所示的信号称为模拟信号。其特点是幅度连续(连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值)。图2.2模拟信号2.数字信号图2.３是数字信号，其特点是幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的而是离散的。称这种幅度离散的信号为数字信号。图2.3数字信号2.1.2数字通信的特点(1)抗干扰能力强、无噪声积累。(2)便于加密处理。(3)便于存储、处理和交换。(4)设备便于集成化、微型化。(5)便于构成综合数字网和综合业务数字网。(6)占用信道频带较宽。图2.4两类通信方式抗干扰性能比较2.1.3脉冲编码调制（PCM）技术脉冲编码调制（PulseCodeModulation，简称PCM）是先对信号进行抽样，并对每个样值独立地加以量化，然后通过编码转换为数字信号。如图2.5所示。图2.5PCM系统结构图1.抽样信源发出的话音信号是模拟信号，它不仅在幅度取值上是连续的，而且在时间上也是连续的。要使话音信号数字化并实现时分多路复用，首先要在时间上对话音信号进行离散化处理，这一过程叫抽样。理论和实践证明，只要抽样脉冲的间隔T＜1/2fm(fm是话音信号的最高频率)，则抽样后的样值序列可不失真地还原成原来的话音信号。这也称作抽样定律。图2.6模拟信号与其对应的样值序列2.量化抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，但脉冲的幅度仍然是连续的，还必须进行离散化处理，才能最终用数字来表示。这就要对幅值进行舍零取整的处理，这个过程称为量化。（1）均匀量化均匀量化采用相等的量化间隔对采样得到的信号作量化，这种量化也称线性量化。图2.7均匀量化（2）非均匀量化如果使小信号时量化级间宽度小些，而大信号时量化级间宽度大些，就可以使小信号时和大信号时的信噪比趋于一致，这种非均匀量化级的安排称为非均匀量化或非线性量化。图2.8非均匀量化框图与压缩扩张特性曲线我国规定采用A律13折线压扩特性。A律13折线是A律(A=87.6)函数量化曲线的折线逼近,也称A87.6/13折线量化。图2.9A律13折线压缩特性3.编码和解码（1）编码抽样、量化后的信号还不是数字信号，需要把它转换成数字编码脉冲，这一过程称为编码。最简单的编码方式是二进制编码。

13折线A律采用8位编码：

﹛a1a2a3a4a5a6a7a8﹜a1:极性码

样值为正时，a1

=1

样值为负时，a1

=0a2a3a4：段落码，表示8个折线段之一a5a6a7a8：段内码，表示折线段内16个均分小段的值第3讲表2.213折线A律电平范围及段落码量化段落码电平范围（△）段落码段落起始电平（△）量化间隔△i（△）段内码权值(△)a2a3a4a5～a810～1600001216～32001161332～64010322464～1280116445128～25610012886256～512101256167512～10241105123281024～2048111102464a5a6a7a8100002000130010400115010060101701108011191000101001111010121011131100141101151110161111例：某抽样量化后的样值信号Is=445△

，按A律13折线编为8位二进制码极性码

a1:因抽样值Is=445△为正，故a1

=1

段落码a2a3a4：因256△﹤Is=445△﹤

512△

，即信号在第六段，故a2a3a4=101段内码a5a6a7a8：

第六段的起始电平为256△

， 极差△

6=16△因Is=445△﹥

Ig=Ib6+8△6=256+8X16=384△

故信号在第六段的上8等分因Is=445△﹤

Ig=Ib6+（8△6）a5+4△6=256+8X16X1+4X16=448△

故信号在第六段的上8等分的下4等分因Is=445△﹥

Ig=Ib6+（8△6）a5+2△6=256+8X16X1+2X16=416△

故信号在第六段的上8等分的下4等分的上2等分因Is=445△﹥

Ig=Ib6+（8△6）a5+2△6+△6

=256+8X16X1+2X16+16=432△

故信号在第六段的上8等分的下4等分的上2等分的上1等分(第12等分)

故a5a6a7a8

=1011幅度编码为：﹛1011011﹜，表示信号在第六段的第12等分信号Is=445△的最终编码为：

﹛11011011﹜除了上述的自然二进制码，还有其他形式的二进制码，如格雷码和折叠二进制码等，表2.1示出了这三种二进制码。这三种码各有优缺点：①自然二进制码和二进制数一一对应，简单易行，它是权重码，每一位都有确定的大小，从最高位到最低位依次排序，可以直接进行大小比较和算术运算。②格雷码则没有这一缺点，它在相邻电平间转换时，只有一位发生变化。③折叠二进制码沿中心电平上下对称，适于表示正负对称的双极性信号。它的最高位用来区分信号幅值的正负。折叠码的抗误码能力强。2）解码解码是编码的逆过程，是把数字信号变为模拟信号的过程，即把一个8位码字恢复为一个样值信号的过程。幅度码电平可由下式算出：

Ic=Ibi+（8a5+4a6+2a7+a8

)△

i例中的幅度码为：﹛1011011﹜，由上式得：Ic=256△+（8X1+4X0+2X1+1)X16△

=432△2.2时分多路复用及PCM30/32路系统

2.2.1时分多路复用的基本概念时分多路复用通信，是各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。图2.10时分多路复用模型2.2.2时分复用中的同步技术时分复用通信中的同步技术包括位同步(时钟同步)和帧同步，这是数字通信的又一个重要特点。位同步是最基本的同步，是实现帧同步的前提。位同步的基本含义是收、发两端机的时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。为了达到收、发端频率同频、同相，在设计传输码型时，一般要考虑传输的码型中应含有发送端的时钟频率成分。这样，接收端从接收到PCM码中提取发端时钟频率来控制收端时钟，就可做到位同步。帧同步是为了保证收、发各对应的话路在时间上保持一致，这样接收端就能正确接收发送端送来的每一个话路信号，当然这必须是在位同步的前提下实现。为了建立收、发系统的帧同步，需要在每一帧(或几帧)中的固定位置插入具有特定码型的帧同步码。这样，收端只要能正确识别出这些帧同步码，就能正确辨别出每一帧的首尾，从而正确区分出发端送来的各路信号。2.2.3PCM30/32路系统的帧结构图2.11PCM30/32路系统的帧结构2.2.4PCM30/32路系统介绍图2.12PCM30/32路系统方框图完成数字通信全过程，除对各个话路进行编、解码外，还必须有定时、同步等措施。在数字通信系统中，各种信号都是严格按时间关系进行的。这种严格的时间关系称为帧结构。现以PCM30/32路系统为例，说明时分复用的帧结构，这样形成的PCM信号称为PCM一次群信号2.3

数字复接技术2.3.1数字复接的概念数字复接技术就是把两个或两个以上分支数字信号按时分复用方式汇接成为单一的复合数字信号。用于扩大传输容量和提高传输效率。图2.13数字复接系统的功能单元两类数字速率系列一次群二次群三次群四次群第一类数码率Mbit/s1.5446.31232.06497.728话路数2424x4=9696x5=480480x3=1440第二类数码率Mbit/s2.0488.44834.368139.264话路数3030x4=120120x4=480480x4=19202.3.2

数字信号的复接方法数字复接的方法主要有按位复接、按字复接和按帧复接三种。按帧复接是每次复接一个支路的一个帧(一帧含有256个比特)，这种方法的优点是复接时不破坏原来的帧结构，有利于交换，但要求更大的存储容量。图2.15按位复接与按字复接示意图2.3.3数字复接中的码速变换图2.16不同支路数字码复接将几个低次群复接成高次群时，必须采取适当的措施，以调整各低次群系统的数码率使其同步，这种同步是系统与系统之间的同步，称为系统同步。系统同步的方法有两种，即同步复接和异步复接。不论同步复接或异步复接，都需要码速变换。码速调整后的速率高于调整前的速率，称正码速调整。正码速调整方框图如图2.17所示。每一个参与复接的数码流都必须经过一个码速调整装置，将瞬时数码率不同的数码流调整到相同的、较高的数码率，然后再进行复接。图2.17正码速调整方框图图2.18脉冲插入方式码速调整示意图2.4同步数字系列（SDH）2.4.1SDH的概念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，而SDH网络则是由一些基本的网络单元（NE）组成的，在传输介质上（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，它具有全世界统一的网络节点接口（NNI）。SDH采用一套标准化的信息结构等级，称之为同步传送模块STM-N（N=1,4,16,64…），其中最基本、最重要的模块为STM-1，其传输速率为155520kbit/s2.4.2SDH的特点SDH最为核心的三大特点是同步复用、强大的网络管理能力和统一的光接口及复用标准，并由此带来了许多优良的性能。（1）采用同步复用方式和灵活的复用映射结构，使低阶信号和高阶信号的复用/解复用一次到位，大大简化了设备的处理过程，省去了大量的有关电路单元、跳线电缆和电接口数量，从而简化了运营与维护，改善了网络的业务透明性。（2）帧结构中安排了丰富的开销比特，使网络的运行、管理、维护与配置能力大大加强，通过软件下载方式，可实现对各网络单元的分布式管理，同时也便于新功能和新特性的及时开发与升级，促进了先进的网络管理系统和智能化设备的发展。（3）提出了一系列较为完整的标准，使各生产单位和应用单位均有章可循，同时也使各厂家的产品可以直接互通，使电信网最终工作于多厂家的产品环境中。另外也便于国际互通。2.4.3SDH的帧结构SDH技术中采用块状帧结构，并以字节为基础。它由纵向9行和横向270×N列字节组成，传输时由左到右、由上而下顺序排成串形码流依次传输，传输一帧的时间为125μs，每秒传8000帧，对STM-1而言，传输速率为8×9×270×8000=155520kbit/s。图2.20STM-N帧结构（1）段开销（SOH）区域所谓SOH是指为保证信息正常、灵活、有效地传送所必须附加的字节，它主要用于网络的运行、管理、维护及配置（OAM&P）。（2）STM-N的净负荷（payload）区域所谓信息净负荷指的是可真正用于电信业务的比特。另外在该区域内还存放了少量可用于通道维护管理的通道开销（POH）字节（3）管理单元指针（AU-PTR）区域AU-PTR位于帧结构左边的第4行，为一组特定的编码，其作用是用来指示净负荷区域内的信息首字节在STM-N帧内的准确位置，以便接收时能正确分离净负荷。开销类型为实现SDH网络的运行、管理、维护和配置，SDH帧结构中设置了段开销（SOH）和通道开销（POH），段开销中又包含有再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH），通道开销中包含有低阶通道开销（LPOH）和高阶通道开销（HPOH）。帧结构中的这些开销字节主要解决：同步问题，包括帧定位和同步状态；通信问题，包括音频和数据通信；性能监视问题，包括误码特性等；国际与地区使用分区问题等。图2.21STM-1SOH字节的安排2.4.4SDH的复用原理图2.22SDH复用映射结构图2.22所说明的问题实际上是如何将PDH的标准速率信号、ATM信元及其他新业务信号复用成符合SDH帧结构标准的信号。图中所涉及的各单元的名称及定义介绍如下。（1）容器容器（C）是一种用来装载各种速率业务信号的信息结构。容器的基本功能是完成适配，即码速调整。（2）虚容器虚容器（VC）是用来支持SDH通道层连接的信息结构。它是SDH通道的信息终端，由安排在重复周期为125μs或500μs的块状帧结构中的信息净负荷（容器的输出）和POH组成，即VC-n=C-n+VC-nPOH（3）支路单元支路单元（TU）是一种提供低阶通道层和高阶通道层之间适配功能的信息结构，可表示为TU-n(n=11,12,2,3)，TU-n由一个相应的低阶VC-n和一个相应的支路单元指针（TU-nPTR）组成，即TU-n=VC-n+TU-nPTR式中，TU-nPTR是指VC-n净负荷帧起点相对于高阶VC帧起点间的偏移量。（4）支路单元组支路单元组（TUG）是由一个或多个在高阶VC净负荷中占据固定的、确定位置的支路单元组成。实现时可把一些不同大小的TU组合成一个TUG，从而增加传送网络的灵活性。（5）管理单元管理单元（AU）是提供高阶通道层和复用段层之间适配功能的信息结构，可表示为AU-n(n=3,4)，它是由一个相应的高阶VC-n和一个相应的管理单元指针（AU-nPTR）组成，即AU-n=VC-n+AU-nPTR式中，AU-nPTR是指VC-n净负荷起点相对于复用段帧起点间的偏移，而其自身相对于STM-N帧的位置总是固定的。（6）管理单元组管理单元组（AUG）由一个或多个在STM-N净负荷中占据固定的、确定位置的管理单元组成。1个AUG是由1个AU-4或3个AU-3按字节间插组合而成。（7）同步传送模块同步传送模块（STM-N）的帧结构如前所述，基本模块STM-1的信号速率为155520kbit/s，更高阶的STM-N模块（N=4，16，64，…）由N个STM-1信号以同步复用方式构成。基本复用映射步骤（1）映射（mapping）映射是一种在SDH网络边界处，把支路信号适配装入相应虚容器的过程。例如将各种速率的PDH信号先分别经过码速调整装入相应的标准容器，再加进低阶或高阶通道开销，以形成标准的虚容器。（2）定位（alignment）定位是一种当支路单元或管理单元适配到支持层的帧结构时，帧偏移信息随之转移的过程。它依靠TU-PTR和AU-PTR功能加以实现。这里所说的指针（Pointer，PTR）是一种指示符，其值定义为虚容器相对于支持它的传送实体的帧参考点的帧偏移。（3）复用(multiplex)复用是一种使多个低阶通道层信号适配进高阶通道或将多个高阶通道层信号适配进复用段层的过程，其基本方法是字节间插。我国采用的复用映射结构图2.23我国SDH的复用结构2.4.5SDH网络一般来说，SDH规范下的设备（网元）可划分为三大类，即交换设备、传送设备和接入设备。交换设备包括配有SDH标准光接口和电接口的交换机或ATM设备；传送设备包括终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）和数字交叉连接设备（DXC）及再生器（REG）；接入设备包括数字环路载波（DLC）、光纤环路系统（OLC）、宽带综合业务数字网（BISDN）、光纤分布式数据接口（FDDI）、分布式排队双总线（DQDB）业务接入单元等。利用以上这些设备，并根据适宜的拓扑结构即可构成SDH网络。下面将重点讲述SDH光传送设备中的分插复用器（Add/DropMultiplexer，ADM）。第2章作业Page54：2、5、6、8第3章程控交换技术3.1

概述3.2

程控数字交换的基本原理3.3

程控数字交换机的构成3.4

呼叫接续过程分析与控制原理3.1

概述3.1.1电话交换技术的发展历史电话交换机：人工、自动、电子1878：贝尔、格雷设计的第一台人工电话交换机投入使用。1891：美国，斯特罗申请了第一个自动电话交换机专利，是步进式自动交换系统。1919：瑞典，帕尔姆格伦、贝塔兰德发明“纵横制接线器”；1929，第一个大型纵横制电话局，3500用户。20世纪60年代：进入电子交换时代。晶体管代替电磁继电器。1965：第一部开通使用的程控电话交换机-----美国贝尔系统1号电子交换机。“空分”1970：法国开通了第一部程控数字交换机，采用时分复用技术。进入80年代，开始普及。3.1.2程控交换机的特点

程控电话交换机就是由电子计算机控制的电话交换机。它是利用电子计算机技术，用预先编好的程序来控制电话的接续工作。程控交换机的主要特点有：（1）灵活性强，适应性强（2）能方便地向用户提供众多的服务功能和新业务（3）易于实现维护自动化与集中化（4）便于采用公共信道信令（5）便于向综合业务数字网方向发展（6）体积小、重量轻、功耗低3.1.3交换技术的发展趋势随着电信业务从以话音为主向以数据为主转移，交换技术也相应地从传统的电路交换技术逐步转向基于分组（或信元）的数据交换和宽带交换，以及适应下一代网络基于IP的业务综合特点的软交换方向发展。下面简单介绍一下几种新的交换技术。1.分组交换技术2.ATM交换技术3.光交换技术4.软交换技术3.2

程控数字交换的基本原理3.2.1数字交换的原理1.时隙交换在PCM传输系统中加入数字交换网，相当于将时分复用线（PCM线）分成输入侧和输出侧，如图3.1所示。其中，输入复用线和输出复用线各具有32个时隙，如果输入复用线上任一时隙的内容可以在输出复用线上任一个时隙输出，这就称为时隙交换。第4讲图3.1时隙交换的概念2.复用线之间交换（空分交换）在一个数字交换网上，为加大交换容量，输入复用线和输出复用线都不止一条，如图3.2所示。这就必然出现任一输入线与任一输出线之间的交换，这就是复用线之间交换的概念，而各复用线在空间是分割开的，因而常称为空分交换。图3.2复用线交换3.2.2

接线器1.时分接线器时分接线器又称T型接线器，用来实现时隙交换。图3.3时分接线器时分接线器的工作方式有两种：一种是时钟写入、控制读出；一种是控制写入、时钟读出。(1)时钟写入，控制读出这种工作方式是在各输入时隙到达时，把信息依次写入话音存储器的各相应的存储单元中，而其读出的顺序受控制存储器的控制。(2)控制写入，时钟读出在这种工作方式下，输入信息的写入是受到控制存储器控制的，而不再像前一方式那样按时隙的顺序依次写入，输入信息的写入内容由控制存储器的内容决定，其存储单元中的内容即为话音存储器中的地址。2.空分接线器空分接线器又称为S型接线器，用来实现复用线之间的交换图3.4空分接线器结构3.2.3

数字交换网络图3.5T-S-T交换网络工作原理3.3

程控数字交换机的构成3.3.1程控数字交换机的硬件结构图3.6程控数字交换机的一般结构第5讲1.话路设备程控数字交换机话路设备的基本功能部件是：用户线、中继线的接口、提供连通通路的数字交换网络以及信号设备，此外，还有话务台、测量台等一些外围设备。

①用户电路七大功能：向用户话机馈电、过压保护、振铃、监视用户线变化、编译码和滤波、二/四线转换、用户线与用户电路的测试。将其代表字母组合起来，就称之为BORSCHT功能。②用户集线器它的主要功能是完成话务量集中的任务。用户电路和用户集线器统称为程控数字交换机的数字用户级。（1）用户电路与用户集线器（2）数字用户电路为了对数字信号进行可靠的发送与接收，数字电路要具有以下功能：①码型变换将数字终端发来的不适宜传输的码型变成适宜在线路上做长距离传输的码型。②回波消除为了在普通的一对用户线上进行数字双向传输，需要采用传输控制技术，如时间压缩复用法和回波消除等。③均衡实际的传输信道不可能具有理想的频率特性，因此可能引起传输信号的码间干扰而影响信号的正确接收。解决这个问题的最好思路是对信道进行频率特性补偿，其补偿的方法称之为均衡。④信令的插入及提取信令的插入及提取为数字用户终端和交换机之间的控制信号提供了传送接口⑤多路复用与分路交换网络所接的信道是64kbit/s的数字信道，而环线的传输速率则依据终端的特性有所不同。因此，在交换网络与接口之间就存在需要进行速率匹配的问题。（3）中继接口

中继接口是在数字交换网络和局间中继线之间所设的接口电路。根据中继线的类型，分为模拟中继和数字中继两类。①模拟中继器②数字中继器图3.7模拟中继器功能框图图3.8数字中继器功能框图（4）信号设备信号设备是指多频信号收发器、信号音发生器和共路信号部件等的总和。2.控制系统（1）控制系统的分级结构一般交换机厂家的控制系统可以分为三级，即用户处理级、呼叫处理级和测试维护处理级。①用户处理级：主要处理一些比较简单的但需频繁执行的工作，与中央处理机配合，完成对用户的控制，检测用户发出的呼叫请求。②呼叫处理级：用于控制它所属的数字交换单元的交换业务处理，如呼叫处理、寻找空闲时间时隙、填写控制存储器、登记通话时间、定期对话路状态进行导通测试以及完成信令转换等等。③测试维护级：这是最高级的管理控制，负责整个系统的资源管理、运行和维护等方面的功能（2）控制系统的控制方式①集中控制方式所谓集中控制是用一台中央处理机负责对整个系统的运行工作进行直接控制，并执行交换系统的全部功能。②分散控制方式分散控制就是采用多个处理机以一定的分工方式来完成整个交换机的控制功能，所以又称为多机系统。图3.9集中控制方式3.3.2

程控数字交换机的软件组成1.程序交换机的程序有系统程序和应用程序之分，它是程控交换机运行时所必需的程序。（1）系统程序系统程序主要是指操作系统，它的内容主要包括进程管理、作业管理、存储管理、文件管理和输入/输出设备管理等，同时要解决进程间的通信和系统的故障诊断。（2）应用程序应用程序关系到交换处理与维护等工作，是直接面向用户、为用户服务的程序。它主要由以下几部分组成。

①呼叫处理程序②维护与管理程序2.数据（1）局用数据一般只限于在本局应用，并以表格形式存放在存储器的数据区，反映了交换局在交换网中的地位和级别或本交换局与其他交换局的中继关系，包括硬件配置、编号方式、中继线信号方式等，内容常随不同交换局而异。（2）用户数据指交换局中用户类别、用户设备号码等数据，它描述了全部用户的信息，并为每一个用户所特有。（3）交换系统数据其内容来源于厂家，主要根据交换局设备数量、交换网络组成、存储器地址分配、交换局的各种信号和编号等有关数据，在产品出厂前由厂家编写。3.4

呼叫接续过程分析与控制原理3.4.1呼叫接续的一般过程在电话交换中，分析用户打电话的过程，可用主叫摘机、拨被叫号码、被叫应答、开始通话、话毕挂机这样五个阶段来描述一次成功的通话概括地说，不外乎有以下的几个步骤：(1)呼出接续①检测主叫摘机呼出②查明主叫类别③选择空闲的收号器④送拨号音⑤分配存储区(2)接收拨号(3)号码分析处理机在接收完全部被叫号码后将进行内部分析处理(4)为被叫用户选择连接通路在主叫与被叫之间选择一条空闲通路，该通路包括中继线和交换网络路由，同时通过驱动命令使硬件动作(5)向被叫振铃交换机在测到被叫为空闲后，找到一空闲振铃中继器、回铃音中继器，然后向被叫用户振铃，向主叫用户回送回铃音，同时监视主被叫用户的状态变化。(6)应答监视①应答识别；②切断铃流及回铃音；③启动计费系统开始计费；④通话接续；⑤监测挂机信号(7)话毕释放主被叫任何一方话毕挂机，线路的状态都会有所改变，交换机检测到其变化后即送出拆线信息，释放通话通路，并停止计费3.4.2

呼叫接续过程中的状态迁移为了更好地对呼叫接续的控制原理进行分析，有必要引入事件、状态和状态迁移的概念。所谓事件，是指交换机外部的一些变化状态则是指在一次接续过程中，交换机的所有动作可以被划分为若干较长时间的稳定状况，而每一个稳定不变时态就叫做稳定状态状态迁移是指交换机由一个稳定状态变化到另一个稳定状态的过程三者之间的关系是，交换机从一个稳定状态向另一个稳定状态变化就产生了状态迁移，而事件正是引起状态迁移的激励，没有事件的产生，就不会有新状态的出现，交换机在不断接收激励事件、处理状态迁移的过程中，就完成了接续的任务，因此可以说，交换系统的工作过程是以状态和状态之间的转移为基础的。

3.4.3

呼叫接续程序的结构与特点1.呼叫接续程序的结构图3.10呼叫接续程序结构框图2.呼叫接续程序的特点(1)及时收集用户输入信息。(2)实时地处理呼叫接续中每一个阶段，包括输入、内部处理和输出。(3)协调多个呼叫的建立过程。3.用状态迁移图表示呼叫接续过程

从一个呼叫处理过程可以看出，整个呼叫处理分成若干阶段，每个阶段就是一个稳定状态，某一稳定状态只有在输入信息的激励下，才能由该稳定状态向另一个稳定状态迁移。呼叫处理过程的各个阶段对应的程序及状态转移的情况可以用图3.11来描述。图3.11用状态迁移图表示呼叫处理过程3.4.4呼叫接续程序的控制原理1.输入处理

输入处理是用来及时识别话路系统中新的处理请求，并分别送到各种队列或相应的存储区，以便由内部分析处理程序进行分析。输入处理一般是通过各种扫描程序来进行的。（1）用户扫描（识别主叫用户摘机）第6讲图3.12主叫摘机识别原理（2）接收号盘话机的拨号号码图3.13脉冲前沿识别原理①拨号脉冲的识别脉冲前沿的识别公式应为：（SCN⊕LL）∧LL∧ACT=1②拨号脉冲的计数图3.14脉冲计数原理（3）按钮话机拨号的接收图3.15按钮话机号盘示意图图3.16按钮收号器收号原理图2.分析处理分析处理就是对产生的事件进行分析，以决定接续过程的流向，按照要分析的信息，分析处理可分为去话分析、号码分析、来话分析和状态分析等几类。(1)去话分析去话分析就是根据发起呼叫的用户的信息进行分析，以确定接续过程的流向。图3.17去话分析流程图(2)号码分析号码分析是对用户所拨的号码进行分析处理的过程。图3.18号码分析流程图(3)来话分析来话分析是根据号码分析的结果对被叫用户进行进一步处理。(4)状态分析状态分析的数据来源是稳定状态和输入信息。图3.19状态分析流程图3.任务执行通过执行分析处理，就明确了所需执行的任务，任务执行阶段就是具体地执行这些任务。4.输出处理输出处理主要是完成命令的输出工作第3章作业Page81：3、4、5、

10、111、下列哪一类介质不属于有线通信（）。A、双绞线

B、同轴电缆C、红外线 D、光纤2、在PCM30/32路系统中，一复帧有（）帧，一帧有（）路时隙，其中话路时隙有（）路。A、30 B、32 C、18 D、16CDAB3．电话网采用的是（）交换方式。A．电路 B．报文C．分组 D．信元4．在程控数字交换机的话路设备中（）用来产生数字化的信号音，如拨号音等。A．用户电路 B．用户集线器C．数字用户电路 D．信号设备DA5．模拟信号是指代表

的电信号及其参数（幅度、频率或相位）随消息

变化的信号。其特点是

连续变化，而在

上可以连续，也可以不连续。6．脉冲编码调制（PulseCodeModulation，简称PCM）是先对信号进行

，并对每个样值独立地加以

，然后通过

转换为数字信号。

消息

时间

幅度

编码

连续

抽样

量化

7．根据某抽样量化的样值信号IS=-434△，按A律l3折线将其变为8位二进制码。

抽样值为负值，故a1＝0IS=434△＞128△,故a2＝１IS=434△﹤512△,故a3＝0IS=434△＞256△,故a4＝１IS=434△＞Ib6+8△6=256+8*16=384△,故a5＝１IS=434△﹤Ib6+(8△6)a5+4△6=256+8*16*1+4*16=448△,故a6＝0IS=434△＞Ib6+(8△6)a5+(4△6)*a6+2△6=256+8*16*1+4*16*0+2*16=416△,故a7＝1IS=434△＞Ib6+(8△6)a5+(4△6)*a6+(2△6)*a7+△6=256+8*16*1+4*16*0+2*16*1+16=432△,故a8＝1信号IS=-434

△的最终编码为:01011011第4章信息传输技术与系统4.1光纤通信4.2数字微波中继通信4.3卫星通信4.4移动通信4.5图像通信4.1光纤通信4.1.1光纤通信概述图4.1电磁波谱1.光纤通信技术简史

（１）最初是光在大气中传播，由于受雨、雪、雾等气候影响，能量衰减大，传播极不可靠。（２）第二阶段是光通过一系列透镜在管道中传播，这样虽然克服了气候的影响，但也涉及到许多问题（３）第三阶段是利用玻璃纤维传输光。①２０世纪60年代中期以前，光导纤维的每公里衰减达1000dB以上。②1966年华裔科学家高锟(C.K.Kao)博士等人，经严格论证提出：从玻璃材料中去除杂质，可以制成衰减为20dB/km的光导纤维。③1970年美国康宁(Corning)玻璃公司根据高氏理论首先制造出衰减为20dB/km的光纤。高锟:2009年诺贝尔物理奖得主。1933年出生于上海的书香世家，父亲是国际法庭的律师；1957年获得英国伦敦大学理学士、1965年取得哲学博士；曾任职于英国国际电话电报公司，1970至1974年为香港中文大学电子学系教授及讲座教授，1987至1996年担任香港中文大学校长。高锟的成就为，1966年时，33岁的他任职于美国国际电话电报公司（ITT）的英国子公司标准电话与电报公司的标准通讯实验室时，以一根玻璃棒当作光学讯号的传输载体，提出“光纤每公里传输耗损率是二十分贝”的理论假设，在“英国电机工程师学会学报”上发表了重要的论文“介电波导管的光波传送”，从此开启了光纤网路的新纪元。

高锟的理论在4年后被美国康宁公司证实；1982年康宁还进一步改良耗损程度，把光纤通讯效率拉到极限，为讯号传递带来革命，高锟也因此被冠上“光纤之父”美名。高锟的发明对现代人类生活的影响已经随处可见，四通八达的网络、信息的高速传播、地球村的实现等都有赖于光纤的普及。“目前，没有其他物质可以代替光纤。我认为，如果有，起码要一千年之后。但是，请不要相信我说的话，因为我自己就从来都不相信什么专家的话。”④1973年美国贝尔研究所使用化学泛相沉积法(CVD法)，稳定生产出衰减为1dB/km的低损耗光纤。⑤1976年日本电报电话公司(NTT)制造出0.5dB/km(准确讲是0.47dB/km）的低损耗光纤。

⑥至今，利用高度精炼提纯的石英材料，人们先后开发使用在0.85μm、1.31μm和1.55μm三个波长段的光纤，其中0.85μｍ波长段的衰减为2dB/km、1.31μｍ波长段的衰减为0.35dB/km、1.55μｍ波长段的衰减为0.2dB/km，甚至更低，接近理论极限值。2.光纤通信的特点(1)频带宽，通信容量大。(2)损耗低，中继距离长。(3)具有抗电磁干扰能力。(4)线径细，重量轻。(5)其他优点。光纤本身也有缺点：如光纤质地脆，机械强度低；光纤的切断和接续需要一定的工具设备和技术；分路耦合不灵活方便；光纤光缆的弯曲半径不能过小；在偏僻地区存在供电困难。但总的来说，光纤技术比其他通信方式优越，大力发展光纤通信已成趋势。3．光纤通信系统的基本构成

光纤通信系统由三部分组成：光发送端机、光缆传输线、光接收端机。图4.2光纤通信系统构成（１）光发送端机：光发送部分是把从发送电端机来的电信号，经调制电路驱动光源，使电信号调制到光波上，把电信号电流变为光信号功率，即电／光转换。（２）光接收端机：主要由光检测器、放大器和均衡器等电路组成。光电检测器把光信号还原成电信号，即光／电转换。光纤通信依据传输信号形式分为数字方式和模拟方式。它们的调制解调均为IM/DD方式。IM/DD是目前实用的光纤通信系统，其光源大多采用半导体注入式激光器，调制方式采用强度调制(Intersity

Modulution，IM)方式图4.3光强度调制的概念4.1.2光纤和光缆（１）光纤的分类①按材料成分分类：石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层光纤、全塑料光纤②按制造方法分类：MCVD(改进的化学汽相沉积法)光纤、PCVD(等离子化学汽相沉积法)光纤、VAD(汽相轴向沉积法)光纤。③按折射率分布分类:

阶跃型、渐变型④按传输模式数量分:

多模光纤和单模光纤。⑤按工作波长分：短波长光纤（0.8～0.9μｍ）波段和长波长光纤（1.3～1.6μｍ）波段。⑥

ITU-T建议的通信光纤有五种（２）光纤的结构

目前通信用的光纤大多采用石英玻璃（SiO2）制成的横截面很小的双层同心圆柱体，未经涂覆和套塑时称为裸光纤，如图4.4所示。由于石英玻璃质地脆，易断裂，为保护不受损害，提高抗拉度，一般需在裸光纤外面进行两次涂覆。经涂覆后的光纤称为涂覆光纤或被覆光纤，也可称为光纤芯线。图4.4光纤的结构2.光在光纤中的传输（１）光纤中光波传输原理①光波在两介质交界面的反射和折射

②光的全反射当光波从光密(n值大的)介质入射到光疏(n值小的)介质时，且光线入射角θ1≥θＣ时，将发生全反射。图4.5光的折射与反射（２）光纤导波形成的概念

这里仅以阶跃型多模光纤为例进行说明。只要在光纤内，光射线与光纤轴线(或与纤芯包层界面)所形成的角度θＺ≤θＣＺ，就可以在纤芯和包层的交界面得到全反射(在光纤内又称全内反射)。图4.6阶跃型多模光纤中的两种射线3．光纤的传输特性光纤的传输特性主要包括损耗特性和色散特性。（１）光纤的损耗特性光纤损耗产生的原因有二:一是光纤本身的损耗；二是成缆、敷设以及作为系统传输线引起的附加损耗。主要包括:吸收损耗、瑞利散射损耗、弯曲损耗、微弯损耗、接续损耗。（２）光纤的色散特性色散就是因群速不同，输入信号到达终端有先有后，造成的脉冲展宽的现象。色散的大小用时延差表示，符号为Δτ。色散的单位是ｐｓ/（ｋm·ｎm），是指由单位长度（１?ｋｍ）的光纤和在光源的单位谱线宽度（１?ｎｍ）作用下所产生的群时延差。4．光缆结构与分类

（１）光缆的基本结构①缆芯

紧套结构：(直接涂)在光纤与套管之间有一个缓冲层，其目的是为了减小外面压力对光纤的作用。缓冲层一般采用硅树脂，二次涂覆用尼龙。这种结构简单，使用方便。松套结构:将一次涂覆后的光纤放在一个塑料松套管中，管中填充油膏，形成松套结构。这种结构机械性能好，便于成缆，有较好的防水性能和温度性能。第7讲②强度元件

由于光纤材料比较脆，容易断裂，为了使光缆便于承受敷设安装时所加的外力等，因此在光缆内中心或四周要加一根或多根加强元件。③护套

光缆的护套主要是对形成缆的光纤芯线起保护作用，使之避免受外部机械力和环境损坏。（２）光缆的种类

图4.7光缆的基本结构4.1.3光发送机和光接收机1．光发送机光发送机将电端机产生的电脉冲信号变换成适于光纤传输的光脉冲信号，其组成原理框图如图4.8所示。图4.8光发送机组成原理框图2．光接收机光接收机的构成框图如图4.9所示。图4.9光接收机的构成框图4.1.4光纤通信系统

图4.10强-直光纤通信系统组成框图1.系统设备组成光纤通信系统中的光通信设备主要包括：

(1)光线路终端设备(OLT)，简称光端机。安装于光纤传输数字段终端站。(2)光线路再生中继器(O-REP)，简称光中继器。当光信号在传输中衰耗和失真超过限度时，在中间使用O-REP使光信号再生，继续传输，目前采用的是“光电光”再生方式。(3)线路保护倒换设备(L-SW)，可提高可靠性和可利用率(一主一备，1∶1)(4)监测与控制设备SV，简称监控设备。其作用是：性能工作状态监测、故障时的自动告警和处理。(5)公务联络设备(OW)，连接中继站—终端站，维护业务联络用公务电话。(6)光纤分配架(ODF)，通过光纤活动连接器，将光纤分配到中各光端机。在上述光通信设备中，光端机和光中继器为主要设备，其余为辅助设备。2.光中继器（１）中继器的作用光脉冲信号从光发送机输出经光纤传输若干距离以后，由于光纤损耗和色散的影响，光脉冲信号的幅度受到衰减，波形出现失真，这样就限制了光脉冲信号在光纤中作长距离的传输。为此就需要在光信号传输一定距离时，加设一个中继器，以放大衰减的信号，恢复失真的波形，使光脉冲得到再生。（２）中继器的构成目前采用的一般为光-电-光中继器。它是由能够完成光／电变换的光接收端机和能够完成电／光变换的发送端机组成，只不过在光接收机中没有码型变换部分，在光发送机中没均放和码型变换部分。（３）中继器的结构型式中继器有的是机架式的，设在机房中；有的是箱式或罐式的，直埋在地下或在架空光缆中架在杆上。3.光纤通信中线路码型（１）CMI码(编码信号反转码，伪双极性码)和DMI码（２）mBnB码（３）插入比特码①

mB1P码②

mB1C码③

mB1H码4.1.5光纤通信新技术1.光放大器光纤通信在进行长距离传输时，由于光纤中存在损耗和色散，使得光信号能量降低、光脉冲发生展宽。因此每隔一定距离就需设置一个中继器，以便对信号进行放大和再生，然后送入光纤继续传输。2.光波分复用技术光波分复用技术（WavelengthDivisionMultipexer，ＷＤＭ）是在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。3.光孤子通信技术光孤子（soliton）传输技术是利用光纤（负色散区）中“自相位调制”现象（亦称为非线性“克尔效应”）导致光脉冲脉宽收缩，当其恰好与光纤色散引起的脉冲展宽抵消时，可形成在传输中“保形”的光孤子波，实现无脉冲畸变的光传输。

图4.11光孤子通信系统组成框图4.2数字微波中继通信4.2.1概述微波中继通信是无线电通信手段中的一种。它适用于城市与城市之间、地区与地区之间、部门与部门之间信息的传输。通常根据传输信号的波形，微波中继通信系统可分为两大类。一类是模拟微波中继通信系统，最典型的系统为FDMFM制模拟微波中继通信系统，该类系统主要传输电话信号与电视信号。它较广泛地应用于除电信部门以外的电力、铁路、石油等系统，主要用来建立专线，供传输遥控、遥测及遥讯信号。

另一类是数字微波传输系统，其基带信号的幅度是离散的，并且只能取有限个数值。与模拟微波传输相比，数字微传输具有如下的特点：（１）数字信号可以“再生”，因此中继段上的噪声、干扰等引起的信号失真在再生时可以消除，线路噪声不会随中继站数的增加而积累。（２）由于数字微波传输的是数字信号，便于数字程控交换机连接，不需数/模、模/数转换设备，可组成传输与交换一体化的综合数字通信网。（３）数字微波的终端设备便于采用大规模集成电路，因而体积小、重量轻、功耗低、设计调整方便，价格也比模拟微波终端设备便宜。（４）保密性强，易于进行加密处理。（５）传输话音信号时，数字微波系统占用频带较宽。4.2.2微波中继通信的特点（１）微波波段的频带宽（２）适于传输宽频带信号（３）天线增益高、方向性强（４）外界干扰小（５）投资少、建设快、通信灵活性大（６）中继传输方式4.2.3数字微波中继通信系统的组成1.数字微波中继通信线路图4.12数字微波中继通信线路示意图图4.13数字微波中继通信系统组成2.数字微波发信设备

图4.14数字微波发信设备方框图3.数字微波收信设备图4.15数字微波收信设备的组成方框图4.中继站的转接方式图4.16中继站的转接方式4.2.4数字微波中常用的调制技术1．基本概念和模拟信号调制一样，数字信号调制也有三种基本方式：调幅、调相和调频。在数字微波通信系统中，目前较常用的是数字调相数字调相又称移相键空（PSK），这种调制方式具有频带利用率较高、抗干扰能力较强（优于ASK、FSK）等优点，因而在数字通信中得到广泛利用。移相键控是利用载波的相位变化来传递信息的，其数学表达式为Ｓ（ｔ）＝Ａ·ｃｏｓ［ω０＋φ（ｔ）］（4.5）其中φ（ｔ）是载波的相位，它随码元而变化。数字调相又分为绝对移相和相对移相两种。利用未调载波相位作为基准的调相，称为绝对移相；利用前后两个码元的载波相位的相对变化（即它们的差）来传送数字信息的调相称为相对移相。相对移相要求在发送端采用差分码，