光电缆及传输系统铁道信号与通信课件

光电缆及传输系统主讲人：徐晓冰《铁道信号与通信》光通信01.传输系统02.传输业务接口和数量配置03.城轨常用无线传输网络04.01光通信光通信城轨通信系统：不仅能提供各种专用通信以保证运输作业顺利实施，而且能提供公用通信来满足城轨的各种信息传送需要。光通信城轨通信是复杂的信息交互系统，需要多种光电缆设备参与完成各种通信信号的传输，如：光纤、同轴电缆、双绞线等。光通信光通信是一种以高频光波为载波，能实现信息高速传输的有线通信方式。带宽较宽；损耗低、中继距离长；抗电磁干扰；无串音；抗核辐射；重量轻、易携带；光通信的优点①光导纤维(细如头发的玻璃丝)；②塑料保护套管及；③塑料外皮组成；光通信

光缆：是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，利用置于包裹着护套的一根或多根光纤作为传输介质，可以单独或成组使用的通信线缆组件。光缆主要组成光通信光纤的保护外层：一般由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成。根据具体应用环境需要，光缆内还可有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。光纤中心部分为纤芯：一般由高纯度石英玻璃制成；包层的作用是将光封闭在光纤内沿着轴线方向进行全反射传播；涂覆套塑层起保护作用，以加强光纤的机械强度。光纤类似于我们熟悉的电线，是一种直径很细(微米级)的光传输介质。光纤：是光信号传输的载体，是玻璃或塑料经特定工艺加工而成的纤维。光通信光纤按传输模式可分为：多模光纤、单模光纤。所谓传输模式，是指光纤中的光波每个模式对应一种波形，不同的光传输模式有不同的特性参数。光通信多模光纤在一定的工作波长下，在光纤中可有多种传输模式的光纤，称为多模光纤。多模光纤的纤芯直径较大，一般约为50～75μm。由于多模光纤的纤芯直径较大，再加上传输模式多，所以这种光纤的传输衰耗大、带宽窄，但优点是价格便宜。多模光纤主要用于短距离通信。单模光纤单模光纤的纤芯直径很小，一般在10μm以下，理论上只传送一种模式。由于单模光纤只传送主模，从而避免了模式色散，所以这种光纤的传输频带宽、传输衰耗小，适用于大容量、长距离传输的光通信系统。单模光纤已成为通信网的主导光纤。02传输系统传输系统城轨传输系统的功能是迅速、准确、可靠地传送控制中心、车辆段和各车站之间的各种有关信息。这些信息包括音频、视频、数据等。

因此，传输系统必须是一个能承载多种业务的传输平台(MSTP)。传输系统——结构特点城轨传输系统按设备的功能可分为三层结构：第一层：传输媒介，如光纤、电缆、微波等；第二层：传输系统，如光/电传输设备、传输复用设备；第三层：传输网节点设备，如人工配线架、数字交叉连接设备。传输系统——发展早期，的城轨传输系统，音频、视频和电路数据等业务均通过SDH光传输网进行传送，业务范围仅限于TDM电路业务。近年来，随着IP电话、IPTV与IP多媒体技术的飞速发展，电路业务逐步衰退，城轨传输系统开始引入基于纯弹性分组环的MSTP技术。MSTP/RPR传输系统：以传送分组数据业务为主，电路业务为辅。此后，为了适应逐步增长的分组数据业务的需要，城轨传输系统引入了基于SDH的多业务传送平台技术。MSTP/SDH传输系统以传送TDM电路业务为主，分组数据业务为辅。未来，的城轨传输系统或会演进成为一个全IP传输的网络。传输系统——调制技术

解调制：是调制的逆过程。调制的一个复杂体现就是每当传输介质发生变换，调制解调技术就要变换一次。基带信号信号源需要传送的信号，它往往不能作为传输信号进行远距离通信。载波信号承载基带信号的特定高频信号。信号调制的方法和种类很多，城轨通信系统常用的基本调制方式有：调幅（AM）、调频（FM）、调相（PM）、脉冲调制。已调信号调制后适于在介质中传播的信号。

所谓调制，就是将信号源信息，经处理后（基带信号）加载到载波（载波信号）上，使其变换成为能在介质中远距离传送的信号（已调信号）的过程；传输系统——（无线通信）多址技术基础无线通信系统中，为了多用户能同时通过一个基站和其他用户进行通信，必须将不同用户和基站发出的信号赋予不同的技术特征，这些特征能使基站区分出不同的用户信号。这里的“址”，可以理解为无线通信的临时ID（IdentityDocument，身份标识号），相当于我们的临时身份证。传输系统——频分多址无线通信-多址技术共有四类：频分多址(FrequencyDivisionMultipleAccess)是把信道的频带资源分割成若干更窄的、互不相交的子频带，将每个子频带临时分给某一用户专用(称为地址)。频分多址传输系统——频分多址频分复用：是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的通信技术。频分复用时，多个用户可以共用某一物理信道，该过程即为频分多址复用。模拟FDMA每次只能将一个物理频道资源供一个用户独享，带宽资源不能得到充分利用。TDMA和CDMA作为后续的多址技术，也都结合FDMA技术进行应用。传输系统——时分多址添加标题单击此处输入您的文本内容，可根据需要适当地更改文字的颜色或者大小等属性。

时分多址（TimeDivisionMultipleAccess）：是把时间分割成互不重叠的时段(帧)，再将帧分割成互不重叠的时隙分给用户通信使用，TDMA依据不同的时隙区分用户信号，从而完成多址连接。传输系统——时分多址添加标题单击此处输入您的文本内容，可根据需要适当地更改文字的颜色或者大小等属性。

TDMA比较FDMA一般具有更高的通信质量、保密性更好、容量更大等优点，TDMA的技术关键是必须有精确的定时和同步来保证通信终端和基站间正常通信，技术上相对比较复杂。时分多址是把时间分割成周期性的帧，每个帧再分割成若干个更小的时隙与基站传送信号，在满足定时和同步的技术条件下，基站可以分别在不同时隙里接收终端的信号而不混扰。

同时，基站发向多个通信终端的信号也都按规定的顺序在预定的时隙中传输，各个通信终端只要在指定的时隙内接收，就能准确获得自己所需的信号。时间频率TDMA时多分址传输系统——码分多址

码分多址（CodeDivisionMultipleAccess）技术是将不同的用户通过不同的编码序列进行通信区分的。或者说，CDMA是依靠不同的信号波形来区分用户的。传输系统——码分多址CDMA抗干扰能力强，宽带传输信号，抗衰落能力强。CDMA信号采用宽带传输能降低通信功率，且不需预先频率规划。如果从频域或时域来观察信号，多个CDMA信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出自己要使用的预定码型信号，其它码型的信号会因为与接收机本地所产生的码型不同而不能被解调。时间频率码CDMA码分多址传输系统——空分多址SDMA采用智能天线技术，可对用户构成空间上的分割，配合电磁波的传播特征，可使同一地段、不同地域的用户，在同一时间使用同一频率实现互不干扰的通信。SDMA利用定向天线，可使电磁波按一定指向辐射，信号被局限在波束范围内，不同波束范围的用户可以使用相同的频率通信。无线通信中，SDMA技术通过有限的频谱资源实现了大容量的通信能力。空分多址（SpaceDivisionMultipleAccess）技术是利用不同的用户的空间特征对用户进行区分，从而实现多址的通信技术。传输系统——城轨通信传输技术：是指通过充分利用不同信道的传输能力，构建信息能可靠传输的完整传输系统的技术。传输技术性能的高低非常依赖其使用的信道传输特性，所以选择合适的信道是传输技术的关键问题之一。传输系统——城轨通信（SDH）添加标题单击此处输入您的文本内容，可根据需要适当地更改文字的颜色或者大小等属性。SynchronousDigitalHierarchy（SDH）一般被称作同步数字序列传输网络。由于PDH（准同步数字序列）早已广泛应用，故而SDH的出现有其技术上的必然性。相比PDH，SDH全网采用了统一同步时钟信号，当低次群复用成高次群时无需插入附加的位（bit），所以SDH较PDH具有更高的速率、更大的传输容量、高次群中可直接提取低次群信号、便于组网等优点。SDH正在替代PDH成为基础传输网络中最广泛采用的传输复用设备。传输系统——城轨通信（OTN）OTN网由中心控制设备、节点机和光纤组成，通过连接节点机的光纤构成环路。OTN传输的全透明特性可使多用户(设备)以不同速率同时传送，能避免数据访问时间过长，能实现实时性要求较高的系统数据传输。光传输网络(OpticalTransportNetwork)：是德国西门子公司开发的一种高速度、全透明、无阻塞的基于光传输的数字同步通信网络，特别适用于封闭式专用的传输网络。传输系统——城轨通信（OTN）OTN具备SDH的全部优点，并且还具备密集型光波复用(DWDM，DenseWavelengthDivisionMultiplexing)的带宽可扩展性优点，这使得OTN可以不断地根据业务发展情况，进行网络扩容。OTN具有极强的重新配置及保护、恢复特性。

OTN能提供丰富的接口，如；话音、数据、图像、以太网等接口。所有的带宽分配由网管设置完成，分配灵活。OTN网络修改简便，模块化的结构设计易于功能扩展。

OTN简化了网络层次和结构，大量使用了无源光器件，进而简化了网络管理和规划难度，提高了网络的可靠性，大幅度降低了网络建设和运营维护的成本。传输系统——城轨通信（RPR）RPR技术：又称弹性分组环，是一个高效的优化协议，可以在环网上传输IP数据业务，同时提供小于50ms的保护倒换。RPR将充分应用到城域网和广域网中，提供高速、可靠的园区网和数据中心的连接。RPR可以运行在SDH上。TDMVideoVideoIETFPWE3IETFPWE3MPLSRPR802.17MACSDH/光纤

RPR双环光纤自愈网络结构：双向环网的内环用1表示，逆时针传送数据；外环用0表示，顺时针传送数据。RPR节点采用48bit的IEEE802MAC地址进行寻址。

RPR节点采用48bit的IEEE802MAC地址进行寻址。RPR双环上具有RPRMAC层设备的网元称为RPR节点，每两个节点间的链路称为段，每段上的光纤连接称为链路，几个连续段的集合称为域。传输系统——城轨通信（RPR）03传输业务接口和数量配置某城轨系统的1、2号线以2.5GMSTP/SDH传输系统的组网传输业务接口和数量配置1号线包括：车站车辆段控制中心共28个站点2号线包括：车站车辆段控制中心共20个站点1号线和2号线的传输系统均应组成两个环网。传输业务接口和数量配置某城轨系统的1、2号线以2.5GMSTP/SDH传输系统的组网图中1号线左侧光环包括13个站点，右侧光环包括14个站点左右侧两个光环均采用双纤隔站连接组环。环中每个站点的传输节点设备均为ADM设备，通MSTP/SDH过主/备2条光纤与前、后站点相连接。两个光环均通过控制中心的一台大容量ADM设备，该ADM设备既是左环中的一个节点设备，又是右环中的一个节点设备，并通过其所包含的DXC模块完成左右两个环路互联互通。传输业务接口和数量配置某城轨系统的1、2号线以2.5GMSTP/SDH传输系统的组网2号线组网情况与1号线类似。图中可见，设置在控制中心的1号线ADM传输节点设备和2号线ADM传输节点设备通过一对主备622Mbps光纤互联。实质上1号线与2号线传输网是通过控制中心2台ADM设备中的DXC模块相连接，完成两个传输网之间的互联互通。图中，1号线实际上存在3个光环，左上与左环相联的还有一个由3个站点构成的小光环。左环与小光环的连接原理与前述1号线左右光环的连接原理相同。传输业务接口和数量配置上述1、2号线的2.5Gbps传输网，可通过增加ADM设备的10G光接口卡平滑升级为10Gbps传输网。区域控制器的功能原理——接口和数量城轨控制中心传输网络业务-接口和数量（举例）城轨MSTP/SDH传输网在控制中心所提供的业务接口和数量如下图所示。传输业务接口和数量配置无线集群网E1接口：控制中心无线集群交换机的E1(专用信令)接口，以点对点方式，通过传输网的PCM一次群链路连接远端车辆段和各车站的基站。公务电话网E1接口：控制中心公务电话交换机的E1/DSS1(E1/专网信令)接口，以点对点方式，通过传输网的PCM一次群链路连接远端车辆段和各车站用户交换机或远端模块。调度电话网E1接口：控制中心调度机的E1/DSS1接口，以点对点方式，通过传输网的PCM一次群链路连接远端车辆段和各车站的PCM接口架。由PCM接口架提供POTS和2B+D接口连接调度分机。也可在车站配置小容量调度机的建设模式，在该模式下，远端的各车站调度电话网以E1/DSS1链路连接车站调度机。传输业务接口和数量配置RS-422电路数据接口(点对点方式)：CCTV控制信道、消防无线控制信道。模拟广播接口：宽带广播发送、广播监听。RS-422/485电路数据接口(共线方式):时钟、广播控制/网管、CCTV网管、电源监测、无线通信系统网管等。无线4线E&M接口(点对点方式)：用于公安无线通信系统等。控制中心PCM接口架提供的接口：控制中心P