通信网理论与应用-第2章

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1、1,第2章 传送与交换,现代通信网的硬件组成从功能角度可分为三部分：终端设备、交换设备和传输系统。对应技术：传输技术、交换技术及接入网技术。,2,本章学习要求,掌握现代通信网的传输、交换和接入技术等方面的基本概念、原理及技术特点等。了解它们在实际网络中的具体应用。,3,第2章 传送与交换,2.1 传输技术 2.2 交换技术 2.3 接入网技术,4,2.1 传输技术,2.1.1 概述2.1.2 传输信道2.1.3 传输系统2.1.4 传输方式2.1.5 信道访问方式,5,2.1.1 概述,传送、传输 传送（Transport）是从信息传递的功能过程角度来讲的，是逻辑功能的实现。 传输（Trans

2、mission）是从信息信号通过具体物理媒质进行信息传递的物理过程角度来讲的，是具体的物理实现。传送网、传输网 传送网是指在不同地点的各节点之间完成信息传递功能的网络，是网络逻辑功能的集合。 传输网是具体实际设备组成的网络。,6,2.1.1 概述,传输网的组成 由传输媒质和传输系统组成的。 传输媒质和传输系统在终端设备与交换节点之间及交换节点相互之间链接起来而形成网络，以完成信号传输。传输系统的组成 传输系统：传输设备（接收设备和发送设备） 传输复用设备 传输系统有：光纤传输系统 数字微波系统 无线传输系统 卫星传输系统等等,7,2.1.1 概述,传输信道的构成 传输媒质 传输收发设备信道复用

3、 信道通常采用复用技术，以提高信道效率；传输信道一般用带宽和速率等性质来描述。接入、接入网接入：是指将用户终端接入到网络（核心网）接入网：就是用户终端到核心网之间的通信设施所构成的网络。,8,2.1.1 概述,从物理实现的角度来讲，接入与传输技术包括：传输信道（传输媒质、信道复用技术）传输系统（及传输节点设备）传输方式接入设备和接入技术传输质量标准,9,2.1.1 概述,传输技术的要求（从通信质量和通信容量两方面考虑）：要尽量扩大传输距离，同时尽可能减小衰减，降低噪声；采用多路复用技术，以提高传输线路的利用率；要扩大传输带宽，提高传输容量；高速数据率，即在尽可能小的带宽内以尽可能高的数据率进行

4、传输。,10,2.1.1 概述,通信网的三种主要传输方式： 光纤通信 卫星通信 移动通信,11,2.1 传输技术,2.1.1 概述2.1.2 传输信道2.1.3 传输系统2.1.4 传输方式2.1.5 信道访问方式,12,2.1.2 传输信道,信道：就是信息的传输通道，包含具体的传输媒质、发送设备和接收设备。 传输信道的分类 模拟信道和数字信道（信号形式） 专用线路和交换网线路（有无交换） 频分、时分或码分信道（复用技术） 有线信道和无线信道（传输媒质）,13,2.1.2 传输信道,1传输媒质分类 传输媒质就是通信线路，可分为有线和无线两大类。有线传输是指电磁信号或光信号在某种有形传输媒质（传

5、输线）上传输。包括电缆和光纤。现广泛使用的电缆主要有双绞线电缆和同轴电缆。有线通信技术的典型代表是光纤通信。,14,2.1.2 传输信道,无线传输是指电磁信号在自由空间（大气层、对流层、电离层等）内传输。通信容量与电磁波频率成正比地增大。无线通信技术的典型代表是： 移动通信 微波通信 卫星通信,15,2.1.2 传输信道,图2.1 传输媒质分类,16,2.1.2 传输信道,2有线传输媒质（1）对称电缆：也称平衡电缆、双绞线电缆。对称电缆是由若干条扭绞成对（双绞线）或扭绞成组的绝缘芯线构成缆心，外面再包上护层组成的。导电材料通常用铜。双绞线为两根线径各为0.320.8 mm的铜线，经绝缘等工艺处

6、理后，绞合而成。通常将多对双绞线形成缆，就构成了对称电缆。 双绞线分为：非屏蔽双绞线（UTP：Unshielded Twisted Pair）屏蔽双绞线（STP：Shielded Twisted Pair）,17,2.1.2 传输信道,特性：对称电缆幅频特性是低通型（0几百千赫兹）缺点：串音随频率升高而增加，因而复用程度不高。用途：用在市话用户线路和局域网中，传送话音和数据。,18,2.1.2 传输信道,（2）同轴电缆 同轴电缆是由若干个同轴对和护层组成，同轴对由内、外导体及中间绝缘介质组成。导电材料采用铜。特性：同轴对的幅频特性呈带通型，在带内随频率升高而上升缓慢；同轴对间串音较小，且随频率

7、升高而下降，适合于高频传输。优点：同轴电缆是不对称结构，无发射损耗，亦少受外界干扰影响，有很好的传输质量和可靠性。传输带宽较大，传输容量也较大。缺点：同轴回路的特性阻抗不均匀，影响传输质量。同轴电缆耗铜量大，施工复杂，建设周期长。用途：主要用于有线电视系统和移动通信系统的天面馈线。,19,2.1.2 传输信道,（3）光缆 光缆主要由缆芯、加强构件和护层组成。光缆中传送信号的是光纤，若干根光纤按照一定的方式组成缆芯。光纤由纤芯和包层组成，纤芯和包层的折射率不同，利用光的全反射使光能在纤芯中传播。特性：光纤传播是一种波导式传播，用特种玻璃纤维构成介质波导，光波沿玻璃丝传播。由于各层的介电系数不同，

8、传播时，光波基本不外漏。光波是一种频率在1014Hz左右的电磁波，波长范围在近红外区内。,20,2.1.2 传输信道,优点：传输频带宽，传输速度高（可高达1014b/s以上），误码性能好（误码率优于10-9），通信容量大；损耗低，尤其是1.55m附近，衰耗值可低至0.2dB/km，中继距离可达50km；光纤是非金属材料，不受电磁干扰，无串音。线径细、重量轻、资源丰富、成本低。,21,2.1.2 传输信道,应用：是大容量、长距离数字信号传输的最佳信道。相应的传输系统：光纤通信系统。光缆时分数字传输系统普遍采用SDH方式光波分复用（WDM：Wavelength Division Multiplex

9、er）方式,22,表2.1 双绞线、同轴电缆、光缆的性能比较,2.1.2 传输信道,23,2.1.2 传输信道,（4）均衡器、再生器 传输信道的衰耗随频率的增加而加大。因而，在传输过程中，会引起信号的幅频和相频失真。为此，常在前端附加校正网络均衡器，用以均衡不同频率的衰耗，并分别称之为幅度均衡和相位均衡。应用：一般情况下，电话无需均衡。数字传输则必须进行幅度特性和相位特性的校正，否则误码将很严重。进行图象传输时，相位均衡十分重要。,24,2.1.2 传输信道,应用举例：均衡技术的应用 在数字移动通信中，信号的多径传播导致衰落和产生信号的时延，引起时间弥散。这种时延扩展将引起数字信号传输过程中的

10、符号间干扰（ISI：Intersymbol Interference），体现在频域就是频率选择性衰落，即信号在不同频率上受到的衰落是不同的。ISI是指在数字通信系统中，由于多径传播的影响，发送符号的各条路径分量产生叠加，对应的接收信号会发生混叠，前一个信号会落入后面的信号中。这种干扰不能采用滤波技术予以抑制。数字均衡技术可以补偿时分信道中的ISI。,25,2.1.2 传输信道,在FDMA（Frequency Division Multiple Access，频分多址）与TDMA（Time-Division Multiple Access，时分多址）（窄带）系统中，需要进行信道均衡（在TDMA系

11、统中为时域均衡）；在CDMA（Code Division Multiple Access，码分多址）（窄带）系统中，采用Rake接收机，克服多径引起的传播时延色散的影响。,26,2.1.2 传输信道,再生器当信道仅用以传输数字信号时，在长距离传输过程中，对数字信号进行限幅和再生，也就是对传输的波形信号限制幅度并进行位定时。实施该功能的设备统称为再生器。数字信号经再生后继续往信道上传输，可保持信号幅度和避免噪声积累。数字中继传输系统：又称为再生中继传输系统。组成： 传输媒质（光缆或电缆）； 两个端局的数字终端设备； 在两个端局之间的适当距离上加入的若干再 生中继器等；功能:均衡放大、定时提取和识

12、别再生。,27,2.1.2 传输信道,3无线传输媒质无线传输媒质：即自由空间又称理想介质空间，相当于真空状态的理想空间。无线信道传输:无线电波在自由空间内传播，其传播速度等于光速，即3108 m/s。无线传输信道必须通过发射机系统、发射天线、接收天线、接收机系统才能传送信息。无线电波是一个广义的术语，从含义上，无线电波是全向传播，但微波段是定向传播。无线电波可按频率或波长分段命名，由于各波段的传播特性不同，无线电波的不同频段可用于不同的无线通信方式。,28,2.1.2 传输信道,表2.2 无线电波段的划分,29,2.1.2 传输信道,长波波段（ LF ：Low Frequency）300kHz

13、 以下，波长在1000m以上。带宽较窄，不宜传送大容量信息，波长与天线尺寸大小成正比，所使用的天线尺寸庞大，难于架设。应用：一般只用于航海和对潜通信系统。中波波段（MF：Medium Frequency）0.33 MHz，波长在100 1000m范围内。以地面波为主要传播方式，绕射能力比较强，传播损耗比长波稍大，传输距离比较远。应用：适合于广播和海上通信。,30,2.1.2 传输信道,短波波段（HF：High Frequency）330MHz，波长在10100m范围内，为高频段。应用：短波具有较强的电离层反射能力，适合于环球通信。如船舶、飞机、车辆、野战部队等仍广泛采用短波通信。超短波波段：3

14、0 3000MHz30 300MHz为甚高频（VHF：Very High Frequency）段，用于广播电视和FM广播；300 3000MHz为特高频（UHF：Ultra High Frequency）段。,31,2.1.2 传输信道,应用：这两段可用于数据通信。此频段的有效通信距离不超过100km，一般用于近距离通信，如GSM系统就是利用此频段来传送信息的。有时也把300 3000MHz划入微波波段。超短波和微波以直线传播为主，可用于视距或超视距中继通信。,32,2.1.2 传输信道,微波波段300 MHz 3000GHz。微波波段的划分并不十分确定。应用：主要用于远距离接力系统。 地面微

15、波信号在地球表面大气层的视距路径上传输。 通信卫星信号在地球站到卫星间的视距大气层间传输。,33,2.1.2 传输信道,从技术角度来看，利用自由空间作为传输媒质的无线通信技术有：移动通信微波通信卫星通信从功能角度来看，无线通信系统大致上可分为两类：信息传输系统：包括地面微波中继传输系统，卫星传输系统。接入系统：包括陆地移动通信系统（PLMN），卫星移动通信系统。,34,2.1.2 传输信道,（1）陆地移动通信 通信双方或至少一方是在运动中通过自由空间的电磁波和相关的陆地通信设施进行通信。工作波段：超短波波段，尤其是3003000MHz的特高频(UHF)频段的地面蜂窝小区移动通信网、无线市话（P

16、AS：Personal Access Phone System ）和无线本地环路,已是通信网必不可少的组成部分。主要的传播方式：空间直射波和地面反射波的合成，传播路径为多径和非视距居多。,35,2.1.2 传输信道,（2）地面微波中继通信点到点微波，也称微波中继，发展于20世纪40年代中期，是一种数字无线接力传输系统。工作频段：300MHz1000GHz频段，主要使用的频段为4GHz、6GHz、8GHz和11GHz。传播方式：在地球表面大气层的视距路径上传播（视距传播）。微波不能绕射，且需要补充能量，用于远程通信时，需在高山、铁塔或高层建筑物顶上安装微波转发设备，因视距限制，每3050km设一个中继站，将信号放大，变频发送，使用定向抛物面天线（蝶形天线），在某些情况下，使用喇叭天线来覆盖宽的频带。,