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1、第四章 传输技术,4.1 光纤通信4.2 SDH传输技术4.3 光波分复用技术4.4 微波通信系统4.5 卫星通信系统,4.1 光纤通信,什么是光纤通信？ 光纤通信（Optical Fiber Communications）是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。,4.1 光纤通信,光电话：1880年贝尔(通信距离213m) 光源：激光（Laser）器 梅曼(1960) 传光介质：光纤 光纤通信之父高锟(1966) 美国贝尔公司 半导体激光器(1970) 美国康宁公司（Corning Glass Wo
2、rks）低损耗（20dB/km）光纤 (1970) 第一条光纤通信系统（44.7Mbit/s）：1976年，在美国亚特兰大的地下管道中诞生。,4.1.1 光通信历史,4.1 光纤通信,4.1.1 光通信历史,第一代：1980年，使用波长800nm（nanometer）的砷化镓激光作为光源，传输的速率达到45Mbps，每10公里需要一个中继器增强信号。第二代：1980年代，使用波长1300nm的磷砷化镓铟(InGaAsP)激光，存在色散问题。1981年单模光纤（single-mode fiber）克服了这个问题。到了1987年时，一个商用光纤通信系统的传输速率已经高达1.7Gbps。第三代：改用
3、波长1550nm的激光做光源，而且信号的衰减已经低至0.2dB/km，色散几乎为零，传输速率达到2.5Gbps，而且中继器的间隔可达到100公里远。 第四代、第五代,4.1.1 光通信历史,商用光纤通信系统发展,4.1.1 光通信历史,商用光纤通信系统发展,4.1.2 光纤,1.光纤的结构,图4-4 光纤剖面结构图,图4-3 光纤结构图,光纤导光的条件是什么？,结构组成： 纤芯：直径5m75m，主要材料是SiO2（石英）掺杂微量的掺杂剂提高纤芯的折射率（n1）； 包层：直径100m150m，通常是纯SiO2，或掺杂微量的B2O3或F等，降低折射率（n2）；（为什么？） 涂覆层：保护光纤，增强机
4、械强度，厚度为30m150m,未经涂覆和套塑时称为裸光纤。一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为30um 150um。套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯线。,4.1.2 光纤,1.光纤的结构,4.1.2 光纤,2.光纤的分类,4.1.2 光纤,2.光纤的分类,4.1.2 光纤,2.光纤的分类,（1）按光纤横截面上折射率分布不同来分类 按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤，其折射率分布分别如下图所示。,4.1.2 光纤,2.光纤的分类,4.1.2 光纤,2.光纤的分类
5、,(2)按传输模式的数量分类,4.1.2 光纤,2.光纤的分类,多模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤中允许存在多个分离的传导模。 单模光纤就是只能传输一种模式的光纤。,什么是传输模式？,光波属于电磁波范畴，紫外线、可见光、红外线都属于光波，光纤通信系统工作在近红外区。 波长范围：近红外区，波长0.8m1.8m 三个低损耗窗口： 0.85m 1.31m 1.55m,4.1.2 光纤,3.光纤通信的工作波长（理想工作窗口）,4.1.2 光纤,光缆依靠其中的缆芯中的光纤（缆芯是由若干根光纤通过一定的结构组合在一起而形成）来完成光信号的传送任务，加强件和外护层起抗拉和外保护作用。
6、,4.1.2 光纤,光缆由三部分构成：缆芯、加强件和外护层。,4.1.2 光纤,4.光缆的结构,一个基本的光纤通信系统由三大部分构成：光发射设备、光传输通道、光接收设备。光传输通道又可细分为光纤、中继，以及光纤连接器、耦合器等无源器件。如图4-8。 1.光发信机 光发信机是实现电/光转换的光端机，它由光源、驱动器和调制器组成，其功能是将来自于电子通信设备的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。 2.光收信机 光收信机是实现光/电转换的光端机，它由光检测器和光放大器组成，其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后再将这微弱
7、的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电子通信设备。,4.1.3 光纤通信系统,3.光纤或光缆 光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。,4.1.3 光纤通信系统,4.中继器 中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行修正。5.光纤连接器、耦合器等无源器件 由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制,且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是
8、，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。,图4-8 光纤通信系统,4.1.3 光纤通信系统,光纤信号传输实现过程： 在发送端：通过调制完成电/光变换的功能；由光源输出的光信号直接耦合到传输光纤中； 在接收端，光电检测器对输入的光信号进行直接检波，完成光/电变换的功能，再经过放大恢复等电处理过程，弥补线路传输过程中带来的信号损伤，最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从而完成整个传输过程。,4.2 SDH传输技术,在数字通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲序列。这些数字信号流在数字交换设备之间传输时，其速率必须完全保持一致，才能保证信息传送的
9、准确无误,这就叫做“同步”。 在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫“准同步数字系列”，简称PDH；另一种叫“同步数字系列”，简称SDH。,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,准同步数字序列(PDH)的三种体系 原CCITT推荐了两类准同步数字复接系列。北美和日本等国采用PCM 24路系统，即以1.544Mbit/s作为一次群（基群）的数字速率系列；欧洲和中国等国家采用PCM 30/32路系统，即以2.048Mbit/s作为一次群的数字速率系列。如图4-9。,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,PDH传输
10、系统的局限性： (1)PDH是逐级复用的，当要在传输节点从高速数字流中分出支路信号时，需配备背对背的各级复分接器，分支插入电路不灵活。 (2)PDH各级信号的帧中预留的开销比特很少，不利于传送操作管理和维护（OAM）信息，不适应电信管理网（TMN）的需要。 (3)PDH中1.5Mbps与2Mbps两大系列难以兼容互通。 (4)更高次群如继续采用PDH将难以实现。,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,为什么要用SDH？ 鉴于PDH的缺点和SDH的优点，当然选择SDH。,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,(1)可
11、以使三种地区性的PDH在SDH网中实现统一； (2)可使网络节点设备功能模块化、系列化； (3)可根据电信网络中心的规模大小和功能要求灵活进行网络配置，从而使网络结构更加简单、高效和灵活， 并在将来需要扩展时具有很强的适应能力。 (4)具有国际标准化的接口速率和信号的帧结构。,SDH的优点,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,SDH的速率,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,SDH最基本、最重要的数据块为同步传输模块STM-1.更高级别的STM-N（N1，4，16，64，）信号则是将STM-1按同步复用，经字节间插后形成的。 STM-N信号的帧采用矩形结构，以字
12、节（8bit）为基础，由9行和270N列组成，帧周期为125s。（同步时分复用系统中，数字信号的传输是以帧为单位进行的，一帧的时间叫帧周期。） 帧结构由3个主要区域组成：段开销、信息净负荷和管理单元指针。,4.2.2 SDH的帧结构,1.帧结构,(1)同步传输模块STM1的帧结构,SDH最基本的数据块为同步传输模块STM1，其帧结构由 9行、270列字节组成，每列列宽为一个字节8比特。如下图：,4.2.2 SDH的帧结构,1.帧结构,STM1帧结构示意图,STM-1帧结构由9行、270列组成。每列宽一个字节即8比特，开始9列为开销所用，其余261列则为有效负荷即数据存放地。整个帧容量为（261
13、+9）9=2430字节，相当于2430819440比特。帧传输速率为8000帧秒，即125s为一帧，因而STM-1传输速率为194408000=155.520Mbps。 STM-1帧结构字节的传送是从左到右，从上到下按行进行，首先传送帧结构左上角第一个8比特字节，依次传递，直到9270个字节都送完，再转入下一帧。,4.2.2 SDH的帧结构,1.帧结构,(2)STMN的帧结构,图4-10 STMN的帧结构示意图,STMN帧结构则是由9行、 270N 列字节组成。,4.2.2 SDH的帧结构,1.帧结构,（payload）是在STM-N帧结构中安排存放各种信息码元的地方，占有2344个字节，其中
14、内也存放少量用于通道性能监视、管理、控制的通道开销（POH）。POH通常作为信息净负荷的一部分与信息码元一起在网中传送。,4.2.2 SDH的帧结构,2.信息净负荷,4.2.2 SDH的帧结构,2.信息净负荷,4.2.2 SDH的帧结构,信息净负荷区相当于STM-N这辆运货车的车箱，车箱内装载的货物就是经过打包的低速信号待运输的货物。为了实时监测货物（打包的低速信号）在传输过程中是否有损坏，在将低速信号打包的过程中，加入了监控开销字节通道开销（POH） 字节作为净负荷的一部分与信息码元一起装载在STM-N这辆货车上在SDH网中传送，它负责对打包的货物（低速信号）进行通道性能监视管理和控制。,2
15、.信息净负荷,4.2.2 SDH的帧结构,注意：在SDH中信息净负荷并不等于有效负荷，因为信息净负荷中存放的是经过打包的低速信号，即在低速信号中加上了相应的POH。,2.信息净负荷,4.2.2 SDH的帧结构,2.信息净负荷,4.2.2 SDH的帧结构,是为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护使用的字节。例如段开销可进行对STM-N这辆运货车中的所有货物在运输中是否有损坏进行监控，而POH的作用是当车上有货物损坏时，通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏。也就是说SOH完成对货物整体的监控，POH是完成对某一件特定的货物进行监控，此外，SOH和POH还有一些管理功能。,
16、3.段开销（SOH）,4.2.2 SDH的帧结构,3.段开销（SOH）,4.2.2 SDH的帧结构,段开销（SOH）中98矩阵提供网络运行、维护和管理所需的附加字节。对STM-1而言，每帧有8972个字节（576bit）用于段开销，所占比例几乎为3%，可见段开销是相当丰富的，这是SDH的重要特点之一。 SOH又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销(MSOH)。在SDH中，13行分给RSOH，59行分给MSOH。,3.段开销（SOH）,4.2.2 SDH的帧结构,3.段开销（SOH）,4.2.2 SDH的帧结构,管理单元指针位于STM-N帧中第4行的9N列共9 N个字节，AU-PTR起什么作用呢？ 用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置； 利用指针调整技术可以解决网络节点之间的定时偏差。,
