现代通信网络技术(2)

第2章 传送网络技术

2.1 光纤通信技术

学习要求：

1．掌握光纤通信的含义和优点

2．了解光纤通信系统组成及工作原理

3．熟悉光纤的基本特点

一．光纤通信的基本概念

1．定义

以光波为载波，用光导纤维作为传输媒介的一种通信方式。

2．工作范围

光波属于电磁波范畴，由紫外线、可见光、红外线组成。

光纤通信工作波段在0.8～1.8µm，属于近红处区。

有三个常用工作波长窗口：0.85µm、1.31µm、1.55µm

3．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

4．光纤通信与电通信的区别

(1)传输信号不同„„电/光

(2)传输媒介不同„„金属线、无线/光纤

5．关键技术

光源技术、光纤技术、光电检测技术、光放大技术、光信号复用技术、无源光器件

二．光纤通信原理

1.光纤通信系统组成

目前采用的光纤通信系统多为数字编码、强度调制一直接检波的光纤通信系统。

光发送:包括调制器、光源

完成电光转换，并把光信号耦合送入光纤传输。

光传输：包括光纤、光中继器

传输光载波信号。

光接收：包括光电检测器、放大再生

完成光电转换

2.光纤通信系统分类

见表2-6

3.光纤

(1)光纤的组成

主要成份是(SiO2)石英玻璃，由纤芯和包层两部分组成的同心圆柱体。

纤芯完成光信号的传输，包层是将光信号封闭在纤芯中并保护纤芯。为使光信号能包在纤芯中，纤芯的折射率n1应大于包层的折射率n2。

(2)光纤的分类

①根据光纤横截面上折射率分布不同，分为阶跃型光纤和渐变型光纤； ②根据光纤中传输模式数量的多少，分为单模光纤和多模光纤。

模式指的是电磁场的分布形式。

(3)优点

通信频带宽且通信容量非常大；光纤的损耗低，所以传输距离长；不受电磁干扰；保密性能好；通信质量高。

(4)光纤传输特性

①损耗特性

光脉冲信号经光纤传输后，幅度下降的现象称为损耗。

光纤自身的损耗:吸收损耗和散射损耗，光源与光纤的耦合损耗，光纤之间的接续损耗和弯曲损耗等。

②色散特性

光脉冲信号经光纤传输后，光脉冲展宽的现象称为色散。

原因：光脉冲信号中的不同频率成份，不同模式，在光纤中传输时，因速度不同而产生的群时延差所引起。

色散会随着传输距离的增长导致传输频带变窄信号发生畸变，严重时会造成码间干扰，影响着光纤数字通信系统的传输容量和传输距离。

光纤的色散包含：材料色散、波导色散和模式色散。

单模光纤中无模式色散，只有材料色散和波导色散，且两者合成在1.31μm处有一零色散点。

3.光发射机

(1)作用：将电信号进行电/光变换并将光信号送入光纤传送。

输入接口：解决阻抗匹配，码型变换，接口电平速率等问题。

线路编码：将数字信号转换成适应光纤中传输的码型，并同时具有误码监测等功能。

调制电路和光源：将电信号变成利于驱动光源的调制电流并使光源按照调制电流的规律发光，形成光脉冲输出进入光纤。

控制电路：由自动温度控制（ATC）和自动光功率控制（APC）电路组成，防止由于环境温度变化和器件老化，影响输出光功率的稳定而采取的措施。

(2)数字光纤通信的线路码型

对光纤线路的要求：①要避免信号系统中出现长连“0”或长连“1”码；②能进行不中断业务的误码监测；③尽量减小信码流中直流分量的起伏。④只能采用单极性归零码或单极性非归零码。

目前，常用的光纤线路码型有mBnB码，插入比特码和加扰码。

mBnB码，又叫分组码，是把输入的信息码流以m比特（mB）分为一组，再按一定规则变换成n比特（nB）一组的码输出。要求n＞m。

插入比特码是把输入的信息码流按m比特为一组分组，再在每组的m位

之后插入一个比特，组成线路码。

根据插入码的功能不同，可分为：mB1P码，P为奇偶校验码；mB1C码，C是m比特最后一位码的反码，常利用C码规律，进行误码监测；mB1H码，H为混合码，除具有P、C码功能外，还可以用做辅助信号，区间通信等。

4.光接收机

作用：把经过光纤传输后，脉冲幅度被衰减、宽度被展宽的微弱信号转变成电信号，并放大再生，恢复出原信号。

光电检波器作用：把激光信号转换成电信号。常用器件为光电二极管PIN和雪崩光电二极管APD。

前置放大器是与光电检波器紧相连的由于光电检波器输出的光电流十分微弱，所以要求前置放大器具有低噪声高增益和足够的带宽特性，以便获得较大的信噪比。

主放大器增益：受AGC控制的可变增益放大器。

其功能：将光电流进一步放大以便判决，另外利用增益可调功能，使输出信号幅度不受输入信号大小的影响，使输出信号稳定。

均衡器形成利于判决的波形。

AGC电路称为自动增益控制电路，根据主放大器输出信号幅度的大小来改变主放大器增益，使主放输出稳定；另外光电检波器采用APD管时，可以调节APD管的雪崩倍增系数，以改变光电流输出的大小，从而使主放输出稳定。

线路解码是线路编码的反过程。输出接口与输入接口功能类似，解决光端机与电端机的接口问题。

5.光中继器

为延长通信距离，补偿光信号能量的衰减，恢复失真的波形，使光脉冲得到再生，在长途光纤通信系统中，一般每隔一定距离（约50km左右）要设置一个光中继器。

类型：

①光—电—光中继器：将光信号转换成电信号放大、整形后再转换成光信号进行传送。

②光—光中继器，利用光放大器直接对光信号进行放大处理。

目前，SDH光纤通信系统中多采用光—电—光形式的中继器，DWDM光纤通信系统中采用光——光形式的中继器。

6．光纤通信系统设计

光纤通信系统设计主要是根据光纤的损耗特性和色散特性来设计通信系统传输的最大中继距离。根据侧重点不同，光纤通信系统分为损耗限制系统和色散限制系统。

损耗限制系统是在传输速率不高、光纤带宽足够宽，不需考虑色散问题，只由损耗来确定光纤通信系统的最大中继距离。

即：光发射机功率=接收机灵敏度+L公里光纤的损耗+光纤接头损耗+富余量

色散限制系统是指传输速率大于140Mbit/s时，如果中继距离过长，由色散影响造成光脉冲过大的展宽，引起码间干扰，而降低接收机灵敏度 。色散限制系统脉冲展宽的程度用核算脉冲的上升时间来描述。利用估算和试凑法求出最大中继距离，然后再与损耗限制系统计算出的中继距离进行比较，选出距离短的作为设计中继距离，并适当加以修正。

②光—光中继器，利用光放大器直接对光信号进行放大处理。

目前，SDH光纤通信系统中多采用光—电—光形式的中继器，DWDM光纤通信系统中采用光——光形式的中继器。

6．光纤通信系统设计

光纤通信系统设计主要是根据光纤的损耗特性和色散特性来设计通信系统传输的最大中继距离。根据侧重点不同，光纤通信系统分为损耗限制系统和色散限制系统。

损耗限制系统是在传输速率不高、光纤带宽足够宽，不需考虑色散问题，只由损耗来确定光纤通信系统的最大中继距离。

即：光发射机功率=接收机灵敏度+L公里光纤的损耗+光纤接头损耗+富余量

色散限制系统是指传输速率大于140Mbit/s时，如果中继距离过长，由色散影响造成光脉冲过大的展宽，引起码间干扰，而降低接收机灵敏度 。色散限制系统脉冲展宽的程度用核算脉冲的上升时间来描述。利用估算和试凑法求出最大中继距离，然后再与损耗限制系统计算出的中继距离进行比较，选出距离短的作为设计中继距离，并适当加以修正。

作业：

1．光纤通信是指（ ）。

2．光波属于（ ）的范畴，它由（ ）（ ）（ ）组成。

3．光纤通信工作波段在（ ），属于（ ）。工作光波长主要有（ ）（ ）（ ）。

4．光纤通信与电通信的区别主要有两点：一是（ ），二是（ ）。

5．光纤由（ ）和（ ）两部分组成。

各部分的作用是（ ）。

6．根据横截面上的折射率分布不同，光纤可分为（ ）和（ ）

7．根据光纤中传输模式数量的多少，光纤可分为（ ）和（ ）

8．影响光信号在光纤中传输质量的主要光纤特性有（ ）和（ ）

9．光纤的损耗是指（ ）

10．光纤的色散是指（ ）

11．光纤通信的主要优点有哪些？

12．光纤通信系统中为什么要加光中继器？

2.2 PCM通信系统

学习要点

1．掌握数字信号与模拟信号的区别

2．熟悉数字通信的特点和主要性能指标

3．了解PCM通信原理及实现的关键技术

一．概述

1.模拟信号和数字信号的特点

表征信号波形特征的物理量：时间和幅度。

模拟信号与数字信号的区别是看幅度是否连续；

连续信号和离散信号的区别是看时间是否连续。

处理和传送模拟信号的通信系统称为模拟通信系统；

处理和传送数字信号的通信系统则称为数字通信系统。

2.数字通信系统

①基本模型如图2-1所示。

②各部分作用----略

3.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、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。

4.数字通信系统主要性能指标

(1)有效性指标

信息传输速率、符号传输速率、频带利用率。

信息传输速率R：是指每秒传送的信息量，单位：比特/秒（bit/s）。 符号传输速率N：是指单位时间内传输码元数，单位：波特（Bd）。

信息传输速率与符号传输速率的关系是：R=N㏒2M ， M为符号进制数。

频带利用率η：是指单位频带内传送信息或符号的速率。

(2)可靠性指标

误码率：在传输过程中某个时段内发生误码的码元个数与传输的总码元数之比。

二．PCM原理

1.脉冲编码调制技术（PCM）

采用基带传输的PCM通信系统如图2-3所示

发送端：实现模拟信号的数字化（A/D转换）；

接收端功能是数字信号恢复成模拟信号（D/A转换）。

(1)抽样

任务：每隔一定时间将连续模拟信号抽取一个瞬时值（样值）。

由电子开实现。

抽样后信号的频谱成份，包含有原始信号的频谱和ωs各次谐波左右的上、下边带。即：ｎωs±ωm频谱。

奈奎斯特抽样定理：一个频带限于fm赫兹以下的连续信号，可以唯一地用时间上每隔Ts≤1/2fm秒的抽样值序列来确定，即抽样频率fs≥2fm。

话音信号的最高频率限制在3400Hz，满足抽样定理的最低抽样频率应为fsmin=2×3400=6800Hz，为了留有一定的保护带，CCITT规定话音信号的抽样频率fs=8000Hz。

(2)量化

将PAM信号的幅度离散化。

量化方法是将样值的幅度变化范围划分成若干个小间隔，每一个小间隔称为量化级；间隔数量称为量化级数；信号的幅度范围被限制在-U～+U之间，-U～+U称为量化区，小于-U或大于+U的区域称为过载区。量化值取样值所在量化间隔的中间值。

量化误差e(t)=量化值-样值。---量化噪声---用量化信噪比衡量。

量化有两种：均匀量化和非均匀量化。

均匀量化：每一个量化间隔都是相等的，即Δ=2U/N，其中N为量化级数。量化误差在量化区为emax(t)≤Δ/2，在过载区e(t)>Δ/2。采用均匀量

化时，由于每一量化间隔的量化误差是相同的，所以，随着量化信号幅度的减小，其量化信噪比也下降。即大信号量化信噪比大；小信号量化信噪比小。解决这一间题的有效方法是采用非均匀量化。

非均匀量化的特点是：信号幅度小时，量化分级间隔小，量化误差也小；信号幅度大时，量化分级间隔大，量化误差也大。这样，就可做到在一定的信号动态范围内，使量化信噪比与信号大小无关，从而提高了小信号量化信噪比。

(3)编码

将抽样量化后的量化值用一组二进制码元来表示。一般为8位码。

(4)解码和低通滤波

解码是将PCM信号还原为量化的PAM信号。低通滤波是从解码后的PAM信号频谱中恢复原始信号。

2．压缩编码技术

人们把低于64kbit/s数码率的话音编码方法称为话音压缩编码技术。 目的：提高信道利用率

压缩编码常用的是差值编码技术，它是利用话音信号的相邻样值之间存在很大的相关性，即话音信号相邻样值之间的关系比较密切，相邻样值之差值一般不会很大。因此，样值差值的动态范围要比样值本身的动态范围要小，可以采用对样值的差值进行编码，以减少码字位数，降低数码率，提高信道的通信容量。

对差值编1位码，称为DM或ΔM增量调制；

对差值编多位码（一般少于4位）称为DPCM编码调制；

利用差值前后的相关性进行预测，调整编码位数（1～4位间变化）称为ADPCM自适应差值编码调制。利用这种编码技术可以用32kbit/s的速率达到64kbit/s速率的话音质量，从而加大信道容量，提高了信道利用率。

三．PCM通信系统

在信道中传送PCM信号的通信系统。

1．多路复用通信概念

为提高信道利用率，在信道传送信号时采用多路复用方式，即在同一信道中同时传送多路信号而又互不干扰。

目前多路复用的方法有：频分多路复用和时分多路复用。

频分多路复用一般用于模拟信号通信系统。特点：各路信号在信道上占有不同的频段来进行通信。利用频带搬移和滤波来实现。

时分多路复用一般用于数字通信系统。特点：各路信号在信道上占有不同的时间间隙来进行通信。发端利用抽样门完成抽样、收端利用分路门完成分路作用。

时分多路复用要求：同步„„同频同相。

2.PCM30/32系统帧结构

帧结构就是在一个取样周期TS内各路的时分复用情况。如图2-12所示。

其中：TS1～TS15时隙，TS17～TS31时隙用于放话音信号，分别放置CH1～CH15 路和CH16～CH30路话音。

TS16时隙用于放置信令信息。F0帧的TS16时隙的前4位码用于放置复帧同

步码，后4位码用于放置帧对告码，F1～F15帧的前4位码依次放置CH1～CH15路的信令信息，后4位码依次放置CH16～CH30路的信令信息，为传送信令码共

设置 了F0～F15共16帧，这16帧为一复帧。

偶帧的TS0时隙为帧同步码，奇帧为帧失步对告码。

参数：

话音的抽样频率：fS=8000Hz

帧周期：TS=l/fS =125µs。

每个时隙：tC= TS /n=125/32=3.9/µS。

位时隙：tB=tC/l=3.91/8=0.488µS。

数码率为： fB=1/tB=nl/TS=n·l·fS=32×8×8000=2048kbit/s。

3.实现PCM通信的相关技术

(1)定时技术

为了保证整个系统能正常按时工作，必须设置一个定时系统，用来产生各种时钟脉冲。

发端定时为主动式。由时钟脉冲发生器、位脉冲发生器和复帧脉冲发生器组成。

收端定时为从属式，即从接收到的PCM信码流中提取时钟，以便与发端时钟同步。采用从接收到的PCM信码流中提取时钟方式来实现。

(2)帧同步技术

对帧同步系统的要求：

一是建立同步时间越快越好。二是同步的稳定特性要好。

采取的措施：前方保护和后方保护。

前方保护是为了防止假失步，当系统出现帧失步时，不是一发现就进入捕捉调整状态，而是连续发现m次以后，才进入捕捉态，这样就防止了因信道误码产生假失步而产生误调整情况。

后方保护是为了防止伪同步，当系统在捕捉状态时，不是捕捉到一次同步码就认为同步，而是连续捕捉到n次同步码后才认为系统同步进入同步状态。

(3)信道传输码型

信道对线路码型的要求：

①传输码型中没有直流分量，低频分量也要少；

②码型中的高频分量也要少；

③传输码型中含有时钟频率成份，以便于收端的时钟提取。

④传输码型具有误码检测能力。

常用的传输码型：HDB3码

特点：无直流成份；高低频成份少；码型频谱中不含fB成份但含fB /2成份丰富，收端可采用全波整流方法提取时钟；具有一定的检错能力。 帧同步技术是为了解决在接收端能正确解码和正确分路。

编码规则：

①找连“0”个数≥4的位置，从第一个连“0”起，连续4个为一组； ②当连“0”数为4个时，用000V或B00V取代节代替。

替代原则是：相邻的两个V间“1”的个数为奇数时用000V取代节；

相邻的两个V间“1”的个数为偶数时用B00V取代节；

③除V外所有传号极性交替；V码极性交替，且V码与前一个传号码极性相同。

例：二进码序列 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 HDB3码（V_）+1 0-1+1 0 0 0 V+B+ 0 0 V+ 0+1 0-1+1-1 B+0 0 V+0 0 0-1

(4)再生中继

数字信号在信道中传送时会产生失真

原因：①噪声的干扰；②电缆信道随着频率增加，传输衰减增大。 失真的表现：波形幅度变小，波峰延后，脉冲宽度加大且有拖尾的波形失真。随着距离的加长更加严重，其后果造成码间干扰，出现误码。

再生中继器的作用：放大衰减的信号，恢复失真的波形，使脉冲信号得到再生。加再生中继器的目的是延长通信距离。

再生中继器的组成：

①均衡放大：将接收的失真信号均衡放大成宜于抽样判决的波形； ②定时提取：从接收的信码流中提取定时钟频率成份，以获得再生判决电路的定时脉冲；

③抽样判决与码形成：对均衡波形进行抽样判决，并进行整形，恢复与发端一样的脉冲波形。

数字再生中继器可以去掉干扰在信号上的噪声，恢复原波形。但当线路的干扰过于严重时，就有可能将“0”判成“1”或“1”判成“0”，这种现象叫误码。随着数字通信系统再生中继站的增多， 噪声干扰可以经过每站去掉，但误码是无法改善的。所以说，数字通信系统无噪声积累，有误码积累。

作业：

13．数字通信的特点有哪些？

14．数字通信系统的主要性能指标有（ ）和（ ）。

15．数字通信系统有效性指标有（ ）（ ）（ ）

16．模拟信号与数字信号的区别是（ ）。连续信号和离散信号的区别是（ ）。

17．PCM通信系统发送端的功能是（ ）。主要步骤有（ ） （ ）（ ）。

18．PCM通信系统接收端的功能是（ ）。主要步骤有（ ） （ ）。

19．模拟语音信号的抽样频率为（ ）HZ。

20．量化有（ ）和（ ）两种。

21．多路复用是指（ ） 多路复用的目的是（ ）。

22．多路复用的方法有（ ）（ ）

23．在30/32路PCM系统当中，一个复帧由（ ）帧组成，且一个复帧传送对应的时间长度为（ ）。

24．在30/32路PCM系统当中，一个帧由（ ）时隙组成，且一个帧传送对应的时间长度为（ ）。话路时隙通常为（ ），信令时隙为（ ）。

2.3 PDH通信系统

学习要求：

1．掌握数字复接的基本概念

2．了解PDH复接系统

一．数字复接

1．数字复接目的：

提高信道利用率和传送能力。

2．数字复接含义：

将两个或两个以上的支路数字信号按时分复用方法汇接成一个单一的复合数字信号。

3．数字复接系列

准同步复接系列：PDH„„表2-2

同步复接系列：SDH„„P34表2-5

二．PDH复接

1.数字复接方法

按码字安排情况分:按位复接、按字复接和按帧复接。

①按位复接也叫比特复接：复接时每次对各支路信号复接一个比特。 优点：简单易行，设备简单，存储容量小；

缺点：码字不完整，不利于信号交换。

②按字复接：以字为单位，复接时对各支路一个字节依次轮流复接。 优点：保持了样值的完整性，有利于信号交换；

缺点：要求存储单位容量大，并存在一定的复接抖动。

③按帧复接：一次复接一个支路的一个帧。

这种方法要求很大的存储容量，目前很少用。

PDH数字复接方式多采用按位复接方法，这样便于插入控制比特、帧同步比特和用于速率调整的插入比特。

2. 数字复接系统

由数字复接器和数字分接器所组成。

数字复接器：把两个或两个以上的支路信号按时分复用方式合并成一个高次群的数字信号的设备。

数字分接器是把已经合路的高次群数字信号分接成低次群信号。

根据各支路速率是否相同，复接器分成三种。

(1)同步复接器是指输入复接器的各支路信号是相同的，且与本机的定时信号同步，这种方式称为同步复接方式。

(2)异步复接器是指输入复接器的各支路信号不相同，且与本机定时也不同步，调整单元要对各支路信号实施频率和相位的调整，同步后才能进行复接，这种方式称为异步复接方式。

(3)准同步复接器是指输入复接器的各支路信号与复接器定时不是同一时钟源产生的，但码速率是在一定的容许差值范围内，这时两个信号是准同步状态，这种复接方式称为准同步复接方式。

3．码速调整方式

码速调整是利用另外一个时钟，将各支路速率调整一致后，再进行复接。 码速调整方法：正码速调整，正/负码速调整和正/零/负码速调整。 一般在低次群复接成高次群的同时，还要插入帧同步码、告警码和业务联络信号码等，所以在码速调整时多采用正码速调整。

三．PDH通信系统

PDH数字复接系列随着复接群次的增大，码速率越高，为了有效保证传送质量，一般低次群在电缆中传送，而高次群则在光纤中传送。

PDH电端机设备主要是由大量的复接和分接设备组成。如由2/8、8/34、34/140复用分接盘组成。

在光纤线路上传送PCM信号时，还需将PDH端机与光端机相接，进行电信号与光信号的互相转换，变成光信号后在光纤线路上传送。为了减小电缆对信号的衰减，缩短电缆连线，一般光电端机是合二为一的。

2.3 SDH通信系统

学习要点与要求：

1．熟悉SDH的优点

2．掌握SDH的速率和帧结构

3．了解SDH的关键技术

一．概述

1.PDH不足

(1)PDH的三种不同系列彼此互不兼容，不利于国际通信的发展；

(2)PDH系统采用准同步复用技术,不适于高速发展的需要；

(3)无统一规范的光接口标准,互连互通困难；

(4)开销比特很少,限制了向智能化发展；

(5)网络缺乏灵活性；

(6)采用异步复接，上、下电路信号困难。

2.SDH特点

优点:

(1)有世界统一的数字传输体制和网络节点接口(光、电接口)，国际、国内的电信网可以互联互通；

(2)采用同步复用方式和灵活的复用映射结构，上、下电路灵活方便；

(3)采用分插复用器和数字交叉连接等设备，组网灵活，可靠性高；

(4)开销比特多；

(5)有标准光接口；

(6)容纳各种新的业务信号。

缺点:

(1)采用指针调整技术，使信号产生的抖动较大；

(2)大量使用软件控制，如一旦出现故障，将造成全网瘫痪；

(3)大量的开销，使线路利用率下降。

3.SDH标准速率模块

(1)网络节点接口(NNI)

表示网络节点之间的接口。NNI具有国际标准化的接口速率和信号帧结构。使它不受限于特定的传输媒质，不受限于网络节点所完成的功能，同时对局间通信或局内通信的应用场合也不加以限定。

(2)SDH同步传送模块

SDH传送网所传输的信号由不同等级的同步传送模块STM-N信号所组成，最基本的同步传送模块是STM-1，速率为155.52Mbit/s。其它等级之间是相差4倍的关系，按字节间插同步复用获得。

二.SDH帧结构和复用映射结构。

1.SDH帧结构

SDH帧结构是采用矩形块状结构,以字节为单位排列。

一个STM-N帧共有9行，270×N列，帧周期为125μs，即每秒传送8000帧，每个字节8比特。

STM-N传输速率fB=(9×270×N×8)×8000=155.52×N Mbit/s。

每个字节的速率为8×8000=64Kbit/s，相当一个话路。

①信息净荷:所要传输的信息。以STM-1为例，净荷每帧共有261列×9行个字节，其速率级为150Mbit/s， 约占总速率的96.6%。

②段开销SOH:提供帧同步字节和用于网络运行、管理和维护用的字节。 分为:

再生段开销RSOH:用于对再生段信息传送的操作维护管理；

复用段开销MSOH:用于对复用段信息传送的操作维护和管理。

以STM-1为例，段开销共占用8×9=72字节。其速率为4.608Mbit/s。约占总速率的3%。

③管理单元指针AU-PTR:用来指示净荷中信息的起始字节在帧结构中的位置。以便接收端可以灵活、准确地进行分接。

以STM-1为例，AU-PTR每帧共为9个字节。速率为0.756Mbit/s。约占

总速率的0.4%。

2.SDH复用结构

复用结构:由一系列的基本复用单元和若干中间步骤组成。通过映射、定位和复用三个步骤将不同信号装入SDH帧结构的净荷区。

我国主要采用 2Mbit/s 和140Mbit/s 支路接口。如图2-22所示。

三.SDH传送网络技术

1.SDH网元类型、网络结构和网络分层

(1)SDH网元类型

终端复用器TM：置于通信系统的终端站。负责所有信号的复用和解复用。即将低速支路信号和155Mbit/s电信号纳入STM-N并转换成光信号，或相反变换。

分插复用器ADM：置于通信系统的中间站，负责从主流信码中分出一部分信号上下；另一部分信号的直通。

再生中继器REG：置于通信系统的再生中继站，不能上、下电路，只对信号进行再生、放大。

数字交叉连接设备DXC：置于通信系统枢钮节点，负责来自至少三个以上方向的线路信号的交叉连接。

(2)网络拓朴结构

线形:网络结构简单，一次性投资小，可利用线路保护进行业务保护。 星形:在业务量集中点设置枢钮中心配置DXC，负责多方向的互联互通。网络可靠性不高，一旦DXC出问题全网瘫痪。

树形:是星形和线形结合，也存网络可靠性不高的缺点。

环形:结构简单，任意两节点间均有一条以上的传输路径，具有自愈功能，网络的生存能力强。

网孔:在业务密度较大的网络中采用，该结构具有高度的可靠性和生存能力，但一次性投资较大。

(3)SDH网络分层

复用段:涉及复用终端（TM、ADM、DXC）之间的端到端信息传送。主要功能是MSOH产生与终结，通道的同步与复用。

再生段:涉及再生中继器（REG）之间或再生中继器与复用段终端之间的信息传送。再生段终端（REG、TM、ADM、DXC）用以完成再生段功能，如RSOH的产生与终结、帧定位、扰码等。

通道:由一个或多个复用段组成，为电路提供透明的传输路径。通道终端(VC之间)主要完成对净荷的复接与分接以及通道开销POH的终结与产生。

(4)SDH传送网分层

电路层:面向公用交换业务，直接为用户提供通信业务。

通道层:为电路层业务提供透明的通道。VC为通道的基本传送单位。 传输媒质层：与传输媒质有关，支持一个或多个通道层网络，为通道层网络节点间提供合适的通道容量。

传输媒质层又分为段层和物理层。段层又分成复用段层和再生段层，物理层完成光电信号的转换和光或电信号的发送接收。物理媒质可以是光纤传送方式，也可以是无线传送方式。

2.SDH自愈功能和网络保护

(1)自愈：是指网络具有在极短时间内，对其局部所出现的故障无需人为进行干预就能自动选择替代传输路由，重新配置业务，并重新建立通信能力。

自愈环：具有自愈功能的环形网络。

(2)自愈环分类：

按环中节点间光纤数分：二纤环和四纤环；

接环中信号流向分：单向环和双向环；

按保护层次分：通道保护和复用段保护。

因此自愈环保护主要有四种：二纤单向通道保护、二纤单向复用段保护、二纤双向复用段保护和四纤双向复用段保护。

网络保护的另一种方式是利用DXC的快速交叉连接特性，可以迅速找到替代路由并恢复业务。

无论通道保护还是复用段保护，网上都要留有相应的冗余容量，以便出

故障影响的业务占用。为了优化网络资源，一般采用动态路由的保护方式，即重点业务采用1：1备用，其它业务采用N：1备用。

3.SDH网的同步技术

网络同步是数字网的一个特有问题。实现网络同步就是通过一定的手段和机制，使网络的所有设备的时钟频率和相位的偏差都控制在允许的范围之内，以保证通信网内的数字信号正常复用、交换与传送。

SDH同步网络的结构分:局内应用和局间应用。

局内应用:指在一个传输枢纽局中有许多个网元设备，这些设备所需的时钟，是由一个时钟供给设备所提供的。

局间应用则是指时钟信号从一个局的设备传给另外局的设备。局间同步时钟是采用树形结构，逐级向网络末端传送，使SDH网终的所有网元均能与更高级或同级时钟同步，从而实现整个SDH网络的同步。

同步方式:指从时钟都能跟踪到网络基准时钟的工作方式。

SDH网同步方式有：

伪同步方式: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，称为伪同步方式；

准同步方式: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，受时钟偏差的影响将导致SDH网元频繁的进行指针调整操作，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。

网元设备的定时，可以由外部时钟供给或从线路和支路中提取时钟，但应注意不能从TU中传送的2.048Mbit/s信号中提取，因TU中的信号经指针调整引起的抖动和漂移很大。

2.5 DWDM通信系统

学习要点和要求：

1．掌握DWDM的含义、特点

2．熟悉DWDM的系统组成

3．了解DWDM的关键技术

一.概述

1.DWDM定义

在发送端将不同波长的光信号组合起来，耦合送到同一根光纤中传输，在接收端将组合波长的光信号分开，恢复出原信号后送入不同的终端。

光波长与光频率的对应关系为：f×λ=C

在WDM通信系统中，在1550nm波长区段选用每波道相差1.6nm、0.8nm、0.5nm甚至更小间隔，相当频率间隔相差200GHZ、100GHZ或频带间隔更窄的

多波道复用。由于频率过高不便表示，所以采用波长来代表每一信道。我们称在一个波长窗口下的多波道复用为密集型波分复用（DWDM）。

2.特点

(1)充分利用光纤的巨大带宽资源

光纤在1530～1565nm范围内传输容量理论上约为4Tbit/s，实际中利用还不到1Tbit/s。

(2)可以同时传输多种不同类型的信号，便于引入新业务和扩容。 DWDM技术中各波长是相互独立的，每个波道对数据格式是透明的。

(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.基本形式

(1)双线单向传输：收发各占用一根光纤，光信号在一根光纤中沿同一方向传送。收发采用同一波长工作。

(2)单纤双向传输：收发占用同一根光纤，收、发光信号在同一根光纤中沿相反方向传送。收、发采用不同波长工作。

二.DWDM通信系统

1．组成和基本原理

由光发射机、光中继放大、光接收机、光监控信道和网络管理系统组成。

(1)光发射机:将来自终端设备输出的非特定波长光信号，在光转器OTU处转换成具有稳定的特定波长的光信号，然后利用合波器将各路合成为一个波长的多通路光信号，再通过光功率放大器放大后输出多通路光信号。

(2)光中继放大器:对光信号进行补偿放大，延长通信距离。

要求光中继放大器对不同波长信号具有相同的放大增益。目前使用最多的是掺铒光纤放大器（EDFA）。

(3)光接收机:首先利用前置放大器放大经传输而衰减的主信号，然后利用分波器从主信号中分出各特定波长的各个光信道，再经OTU转换成原终端设备所具有的特定波长的光信号。

(4)光监控信道:在发送端插入本节点产生的波长λs（1510nm）的光监控信号，与主信道的光信号合波输出。在接收端，从主信号中分离出λs（1510nm）波长的光监控信号。帧同步字节、公务字节和网管所用的开销字节等都是通过光监控信道来传递的。由于λs是利用EDFA工作波长段（1550nm）以外的波长，所以λs不能通过EDFA。

(5)网络管理系统:通过光监控信道物理层，传送开销字节到其他节点或接收来自其他节点的开销字节对DWDM系统进行管理，实现配置管理、故障管理、性能管理和安全管理等功能，并与上层管理系统相连。

2.网络结构和分层模型

SDH和DWDM之间是客户层与服务层的关系。

相对于DWDM而言，SDH、PDH、ATM信号都只是DWDM所承载的业务信号。

从层次上看，DWDM系统更接近于物理媒质层光纤，并在SDH通道层下面构成“光通道”层网络。

DWM系统分为光通道层、光复用段层和光传输段层。

光通道层：为各种业务信息提供光通道上端到端的透明传送；

光复用段层：为多波长信号提供联网功能；

光传输段层：为光信号提供在各种类型的光纤上传输的功能。

3.系统分类

(1)集成式DWDM系统：SDH终端必须具有满足G.692的光接口，包括标准光波长和满足长距离传输的光源。

优点：DWDM设备较简单，无光波长转换器OUT；

缺点：对SDH的要求较高，每个光源发出的波长是特定波长；且SDH与DWDM是配套设备，只能是同一厂家的产品，不利于扩容，不利于与其它系统联网。

(2)开放式DWDM系统：要设置光波长转换器OTU，在不改变光信号数据格式的情况下，把光波长按照DWDM的要求转换成特定的标准波长。

优点：对SDH设备没有要求，可以使用不同厂家的SDH系统，有利于扩容和与其它系统的联网。

缺点：系统复杂。

4.波长选择和信道分配

对系统波长选择的要求：

(1)至少应该提供16个波长的复用；

(2)波长的复用数量不能太多，以免造成监控系统过于庞大和复杂；

(3)所有波长都应位于EDFA增益曲线相对比较平坦的部分；

(4)所选工作波长应该与放大器的泵浦波长无关；

(5)所有通路在这个范围内均应保持均匀间隔。

(6)为保证不同DWDM系统横向兼容，每个通路对应的中心波长要标准化。 目前规定DWDM系统的工作波长区选为1530nm～1565nm。通路频率基于参考频率=193.1THz，最小间隔为100GHz的频率间隔系列。

三．关键技术

1.光源技术

对光源的要求：必须工作在一个标准波长上，并且有很好的稳定性。 ITU-TG.692建议，光间隔为1.6nm（200GHz）系统的中心波长偏差不能大于±20GHz。在实际系统中波长偏差要严格控制在±0.2nm以内。

采取的措施：

(1)采用间接调制方式

(2)配置波长监测与稳定的反馈控制技术。

2.光波长转换技术（OTU）

(1)作用：

发送端：将非标准波长转换为标准波长。

接收端：将标准波长还原为SDH设备所具有的特定光波长。

(2)工作原理：

先用检波器将光信号转换为电信号，并经再生放大后，再用该电信号对标准波长的激光器重新进行调制，从而得到新的符合要求的标准光波长信号。

3.滤光器和合波/分波技术

(1)滤光器

只允许特定波长(频率)的光顺利通过的器件。如果所通过的波长可以改变，则称为波长可调谐滤光器。

(2)合波/分波器

实现光波的复用和解复用功能。是DWDM系统中实现超高速、大容量波分复用系统中关键器件，其性能的优劣对系统的传输质量有决定性影响。

4.掺铒光纤放大器（EDFA）

在石英光纤的纤芯层之中，掺入三价锡土金属元素铒形成一种特殊光纤，这种光纤在泵浦光的激励下可放大光信号，故称为光纤放大器。

(1)组成和原理

EDFA主要由掺铒光纤（EDF）、泵浦光源、耦合器，隔离器等组成。 光隔离器的作用:抑制反射光，以保证EDF的工作稳定。

光耦合器的作用:将信号光(λs)和泵浦光(λp)合在一起送入EDF。

光滤波器的作用:消除EDF放大过程中产生的噪声。

泵浦光源的作用:利用λp对EDF的低能级上粒子的激发，使它变成高能级的粒子，在信号光λs的激发下产生光的放大。

(2)基本结构

同向泵浦：泵浦光与信号光同方向进入EDF。

反向泵浦：泵浦光与信号光从两个不同方向进入EDF。

双向泵浦：泵浦光从两个不同方向进入EDF。

双向泵浦效率最高，其次是反向泵浦，同向泵浦的EDFA输出效率最低。

(4)DWDM系统对EDFA的要求

①具有足够的带宽，以便能复用更多的波道；

②增益平坦，对每个波道的波长增益相同；

③低噪声系数和高输出功率；

④增益可调，以适应不同数量波道的复用，防止输出功率过大，引起光纤的非线性效应；

⑤应有自动光功率关闭和重新启动功能，出现故障时能马上关闭信号，以防对维护人员的损伤，故障恢复后能重新启动继续工作。

5.光纤传输技术

(1)非零色散移位光纤——即G.655光纤。

单模光纤，工作波长点为1550nm，零色散点移至1570nm或1510～1520nm附近，在1550nm处具有一定的色散值，但色散系数已经很小。

(2)色散补偿光纤

在采用G.652 1310nm单模光纤传送线路中，每隔一定距离插入一段色散补偿光纤，使整个传输线路的总色散为零，从而增大传输距离。

(3)色散平坦光纤——大有效面积光纤

零色散点位于1510nm处，在整个复用波长段内能承受较大的光功率，具损耗低，色散低，又能克服光纤非线性的产生。

(4)色散管理技术

控制系统工作波长范围，使其尽量在零色散波长附近，设法对色散进行

补偿，使光色散值减小；积极利用色散，以抵消非线性的影响。

6.DWDM系统的监控

对组成DWDM系统的相关部件和线路运行情况如故障告警、故障定位、运行质量进行监控。

监控技术有：

(1)带外波长监控技术，利用λs信号对光路进行监控。

λs=1510nm位于EDFA增益带宽之外，不能通过EDFA，必须在EDFA后插入，在EDFA之前取出，监控信道速率一般取2.048Mbit/s。

(2)带内波长监控技术，选用位于EDFA增益带宽内的1532±4nm波长，其优点可利用EDFA的增益，监控信道速率可提高至155Mbit/s。

(3)带外、带内结合波长监控技术，在光通路层采用带内方式，在光复用段层和光放大段层采用带外方式。

(4)为防光缆切断时，造成光监控信息同时被中断，还需通过数据通信网建立传输监控信息，达到保护OSC的目的。

2.6 全光网络

学习要点和要求：

1．掌握全光网络的含义、特点

2．了解全光网络的关键技术和器件

3．了解全光网络的发展趋势

一.全光网络概述

1．含义

全部采用光波技术完成信息的传输和交换的宽带网络。

全光技术包括光传输、光放大、光再生、光选路、光交换、光存储、光信息处理等。

2.分层结构

(1)全光网络的横向分层

目的:便于网络的开发、利用、管理、维护和升级。

分为：骨干核心网、城域/本地网和接入网。

骨干核心网采用网状网结构；城域/本地网采用环形网结构；接入网采用环形网和星形网结合的复用结构。

(2)全光网络的纵向分层

分为：客户层、光通道层、光复用段层、光传送段层和物理层。两个相邻层之间构成客户/服务关系。

光信道层：负责选择路由和分配波长；提供端到端的连接，处理光通道开销，提供光通道层的检测和管理功能。在故障发生时，通过重新选路或直接把工作业务切换到预定的保护路由来实现保护倒换和网络恢复。

光复用段层：保证相邻两个波长复用传输设备间多波长复用光信号的完整传输，为多波长信号提供网络功能。包括：为灵活多波长网络选路重新安排光复用段功能；为保证多波长光复用段适配信息的完整性处理光复用段开销；为网络的运行和维护提供复用段的检测和管理功能。

光传输段层：为光信号在不同类型的光传输媒质上提供传输功能，实现

对光放大器或中继器的检测和控制功能。通常涉及功率均衡问题，EDFA增益控制问题和色散的积累和补偿问题。

3．全光网络的优点

(1)充分利用光纤的带宽资源，采用WDM技术进行光域组网，减少了电光、光电变换，突破了电子瓶颈，减少了信息传输的拥塞。

(2)全光网具有开放性，对不同的速率、协议、调制频率和制式的信号同时兼容，各种信号在光网络中完全透明传送。

(3)易于实现网络的动态重构，可为大业务量的节点建立直通的光通道。 利用光分插复用器可实现在不同节点灵活地上、下波长，利用光交叉连接实现波长路由选择、动态重构，网间互连，自愈功能。

(4)光节点取代电节点，大大提高了传送效率。克服了原有电子交换节点的时钟偏移、漂移、串话，响应速度慢等缺点。

(5)采用虚波长通道技术，解决网络的可扩展性，节约网络资源。

(6)网络结构简化，可靠性高，吞吐量大，是今后通信网发展的趋势。

二．关键技术及器件

1.路由选择技术

路由„„光通道，即两节点之间的传输通道。

在一根光纤中任何两路信号不能使用相同波长。一个光通道只能对应一个波长，因此全光网中的路由选择实质是波长选择。

波长选路与可用波长数、波长分配方案、网络结构、节点业务要求、网络自愈、服务质量等因素有关。

光节点的波长路由算法选择有两种：波长通道（WP）和虚波长通道（VWP）。

(1)波长通道：属于集中控制式路由算法。每次呼叫由网控中心将路由表送到所有节点，然后以同一波长建立一个光通道。这时OXC没有波长转换功能，对于一个通信不同节点之间的路由链路使用同一波长实现链接。

优点：节点内不需要进行波长变换，使节点结构简单，造价低。 缺点：如有一个波长复用段没有对应的空闲波长，呼叫建立就失败。

(2)虚波长通道:属分布式路由算法，在节点内利用OXC的波长转换功能，使光通道在不同的波长复用段可以占有不同的波长，从而有效地利用各波长复用段的空闲波长来创建波长通道，提高波长利用率。

优点：降低了光通道层的路由选择复杂性和选路需要时间；实现动态流量配置，网络重构和故障恢复，降低波长的阻塞。

缺点:网络节点的成本提高。

2.光波复用技术

光波复用方式有:DWDM技术、光时分复用OTDM和光码分复用OCDMA技术。 光时分复用技术：多个光通道的低速率光数字信息以时间分割的方式插入到同一光纤中传送，实现在时域的光波复用和解复用。

OTDM分为比特间插复用和分组间插复用，利用帧脉冲信号将不同的数据或分组区别开进行光脉冲信息的解复用。

光码分复用技术：不同用户的信号用互成正交的不同码序列来填充，并调制在同一光载波上在光纤中传送，接收时用与发方相同的码序列进行相关接收，即可恢复原用户信息。

3.光传送网节点设备

(1) 光分插复用器设备OADM

通常用在环型光传送网中，在节点处实现下、上路功能。

(2)光交叉连接设备OXC

主要设置在业务量集中交换量大的网络节点上。完成两个功能光通道的交叉连接功能和本地上下路功能。

光通道交叉连接功能是指根据路由算法选择的不同，进行光波长选择或光波长的变换，以实现相同波长或不同波长通道的交叉连接。

4.可变波长激光器

激光器的发射波长可按需要进行调谐发送，具有光谱性能优越、输出功率高、稳定性和可靠性高等优点

5．全光再生器

对光信号直接进行再生定时、再生整形和再生放大，与系统的工作波长、

比特率及协议无关。

6．网管技术

全光网网管（OMN）是电信网网管（TMN）的子集。

全光网的管理信息通道：

(1)基本消息通道:支持构成网管信息的数据通信网络，

(2)辅助信息通道：支持话音和话带数据的辅助信息来实现公务电话和维护人员间的低速数据通信。

全光网各层的管理信息通道一般是利用开销传送。实现方案有随路方式和共路方式。

随路方式的开销和通路信息一起传送，可以采用时分复用在通路中加进开销或采用副载波调制技术加上开销。

共路方式的开销与相应的通路信息不在一起传送，而是将所有通路的共同开销用一个单独的光监控信息OSC通道传送，共路方式根据采用波长的不同又分带内方式和带外方式。

三．光传送网的发展趋势

1．目前采用的网络层次和技术

中国电信经营：话音、数据、图像和Internet业务。网络层次复杂。传输技术以SDH/WDM为主。

Internet运营商：以经营Internet业务为主，拥有IP优化网络，网络层次简单，以光网络技术和IP技术为主。

一些新的运营商：经营话音、视频和Internet业务。以ATM为业务综合平台，网络层次简单。

2．发展趋势

光传送网的发展趋势是：全光网络

2.7 微波传送网络技术

学习要点及要求：

1．了解数字微波通信的含义

2．熟悉微波中继通信的概念和特点

3．了解微波通信原理

数字微波通信是用微波作为载体传送数字信息的一种手段。它兼有数字通信和微波通信两者的优点。微波具有在空间直线传播的特点。

一．数字微波中继通信概述

1.微波中继通信概念和特点

利用微波沿地面进行中继传输的无线通信。

微波的波长范围为1m～1mm，频率范围为300MHz～300GHz。

对于远距离微波通信，采用中继方式的原因：

①微波传播具有视距传播特性，即电磁波沿直线传播，而地球表面是个曲面，电磁波传播将受到地面阻档，为延长通信距离，需要在两地之间设立若干中继站进行电磁波转接。

②微波传播有损耗，在远距离通信时要采用中继方式对信号进行放大。 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、移动通信信号等。

特点：

(1)通信频带宽，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)灵活性较大，可以在特殊环境中实现通信，建立撤收及转移都较容易。

(4)天线增益高，方向性强。

(5)投资少，建设快。

2.微波中继系统的组成

在线路末端设置微波端站、在线路中间每隔一定距离设置微波中继站和

微波分路站。微波中继通信线路如图2-59所示，其主干线可长达几百公里甚至几千公里，支线可以有多条。

3.微波中间站的转接方式

按照收发信机转接信号时的接口频带划分：

(1)基带转接方式（再生转接）

信号从中间站的某一中继机的收信转接到另一中继机的发信机时，接口频带为基带信号，所以称为基带转接。

基带转接方式可以直接上、下话路，是微波分路站和枢纽站必须采用的转接方式。

(2)中频转接方式

将接收的载频为f1信号进行低噪声放大后，经混频变成中频信号放大，再转接到该站的另一中继机的发信机进行中放，上变频功放后，以载频为f2的微波信号输出。由于接口频带为中频，所以称为中频转接。

中频转换不能上、下话路，不能消除噪声积累，对于不需上、下话路的中继站可采用该方式。

(3)微波转接方式

转接接口是微波接口，为了使同一中间站的发射信号不干扰接收信号，转信载频f1′相对收信载频f1需要移频，移频振荡器的频率等于f1′与f1之差。为了克服传播衰落引起的电平波动，还需在微波放大时采取自动增益控制措施。微波转接电路技术实现起来比中频转接困难，但微波转接方案简单，设备体积小，功耗低，对于不需要上、下话路的中继站可采用这种方式。

(4)微波直放转接方式和无源转接方式

微波直放转接方式是以微波宽带低噪声放大器，宽带线性功放和分路滤波器等器件为基础，进行有源、双向、无频率变换的微波信号直接放大。

优点是设备结构简化，功耗低，设备可直接安装在天线支架上，不需建机房。但由于转信与收信是在同一载频上，为防止越站干扰和本站干扰，合理选址和采用高增益，方向性强、旁瓣低、前背比高的天线。

无源转接方式利用金属反射板改变微波波束方向，这种转接方式简单，

主要用于克服山河等地形障碍，但对反射板的抗风能力要求高，且造价较高。

二．数字微波的收发信原理

1.数字微波发信设备

(1)微波直接调制发射机

来自数字终端机的数字信码经过码型变换后直接对微波载频进行调制。然后，经过微波功放和微波滤波器馈送到天线振子，由天线发射出去。

优点:结构简单

缺点:当发射频率处在较高频率时，微波功放比中频调制发射机的中频功放设备制作难度大。

(2)中频调制发射机

来自数字终端机的信码经过码型变换后，在中频调制器对中频载波进行调制。获得中频调制信号后，经过功率中放，把这个已调信号放大到上变频器要求的功率电平，上变频器再变换为微波调制信号，经微波功率放大器放大到输出所需功率电平，最后经微波滤波器输出馈送到天线振子，由发送天线将此信号送出。

2.数字微波收信设备

一般都采用超外差接收方式。

由射频系统，中频系统和解调系统三大部分组成。

工作原理：将来自接收天线微弱的微波信号经过馈线、微波滤波器、低噪声放大器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。

微波滤波器：用来选择工作频道的频率，同时抑制邻近信道的干扰。 微波低噪声放大器：为了提高接收灵敏度，特殊情况下也可不用，而采用直接混频将微波信号变换为中频信号。

中频放大器：放大信号，并具有自动增益控制功能，以保证到达解调系统的信号电平比较稳定。

数字调制信号的解调有相干解调与非相干解调两种方式。相干解调具有较好的抗误码性能，在数字微波中继通信中一般均采用相干解调。

相干解调的关键是载波的提取，即要求接收端产生一个和发信端调制用的载频同频、同相的相干载波信号，这种解调又叫作相干同步解调。另外，还有一种差分相干解调，也叫延迟解调，是利用相邻两个码元载波的相位进行解调，故只适用于差分调相，其抗误码性能较差。

3.天线馈线系统

(1)基本要求：

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；

有较高的极化去耦度和足够的机械强度。

(2)天线的功能

发送和接收无线电波，使电波具有良好的方向性和高的收、发信增益。

(3)常用天线„„卡塞格林天线

一种具有双反射器的抛物面天线。

主要反射面呈抛物面状，似一口大锅，抛物面中心(锅底)置初级辐射器，抛物面正方的焦点处有一双曲面状的金属副反射器，当电波由初级圆锥型喇叭辐射器射出后，其射线经副反射器反射到主反射面(抛物面)再经它的聚焦作用，便成为平面波发射出去。

(4)馈线

有同轴电缆型和波导型两种。

一般在分米波段(2GHz)采用同轴电缆馈线，在厘米波波段(4GHz以上频段)因同轴电缆损耗较大，故采用波导馈线。

功能:将微波收发信机与天线连接起来，起阻抗匹配、极化分离等作用。

4.射频波道的频率配置

一套微波机传输信号的容量有限，为了增加线路的传输容量，每个微波站上可以设置多套微波机同时工作，但为避免相互之间的干扰，每套微波机需采用不同的工作频率，这样，每套微波机就构成一条独立的数字微波通道。

射频波道的频率配置:指各波道收、发信机的射频频率的分配。

(1)单波道频率配置：

在一条微波线路只有一个波道工作时，其频率分配多采用二频制方案，即线路的一个双向波道，使用两个不同的微波频率，在此频率分配方案中，中继站的两部接收机工作同一频率，两部发射机也工作于同一频率，为了减少相互干扰，对天线的前背比必须有较高的要求。

(2)多波道频率配置

在一条微波线路上有若干个波道同时工作时，必须很好地解决波道的频率配置，使在给定的微波波段内，尽可能多地安排波道数目，以增加通信容量，但应注意要使波道的干扰尽可能小。

目前常用的是收发频率分割制。在这种分配方案中，每站各个波道的收、发频率分别相对集中，接收频率集中在低频段；发信频率集中在高频段；在下一站则反过来，这样安排使收发频率间隔较远，容易达到收发隔离的要求。

(3)射频波道的频率再用

利用电波的水平极化和垂直极化分割特性，采用相同射频或邻近射频电波的不同极化，对射频波道实行频率再用，以提高频谱利用率，减少波道间干扰。

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，引起信号衰弱。

为解决微波中继通信系统中多径衰落问题，提高通信系统的可靠性，采用分集接收技术是抗多径衰落的有效措施。

分集接收，就是设法取得衰落信道传输中两个或两个以上彼此衰落概率不同的信号，在接收端以一定方式将其合并，保证一定的接收电平，克服或改善衰落的影响。

分集接收技术有：频率分集，空间分集和混合分集三种。

频率分集：在发信端将一个信号利用两个间隔较大的发信频率同时发射，在收信端同时接收这两个射频信号后合成。

优点：有较好的系统性能，收、发信使用一副天线馈线系统。

缺点：需二套发信机和收信机，多占用了一倍的频带。

空间分集：在收信端利用空间位置相距足够远的两副天线，同时接收同一个发射天线发出的信号。因为接收天线的高度不同，这样可使无线电波经过不同的传输途径，它们的行程差也不一样，因此，当某一副天线收到电波产生衰落时，另一副天线收到的电波不一定，同时发生衰落，即彼此衰落是无关的，从而保证接收信号的可靠性。

混合分集：是频率分集和空间分集结合，以保持两种分集的优点。 信号合成的方法常采用：①优选开关法根据信噪比最大或误码率最低原则，在两路信号中选择其中一路作为输出。②线性合成法，将两路信号经校相后进行线性相加。③非线性合成法，是前两种方法的综合，即当两路信号衰落不太严重时，采用线性合成法；当某路信号发生深衰落时，采用优选开关法。

小结：

1．微波中继通信的特点

2．微波中继通信收发信原理

2.8 卫星传送网技术

学习要点及要求

1．了解卫星通信的含义、特点及卫星的类型

2．熟悉卫星通信系统组成

3．了解卫星通信系统的多址方式

一．卫星通信概述

1.基本概念

卫星通信：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。设在空间用于中继转发的人造卫星称为通信卫星。

2.通信卫星类型

(1)按轨道平面与赤道平面的夹角不同可分为：赤道轨道卫星、极轨道卫星和倾斜轨道卫星。

(2)按卫星离地面最大高度不同可分为：低高度卫星，h＜5000km；中高度卫星，5000km＜h＜20000km；高高度卫星h＞20000km。

(3)按卫星的运转周期以及卫星与地球上任一点的相对位置关系不同可分为：同步卫星（又称静止同步卫星）和非同步卫星（又称移动卫星）。

静止卫星距地面高达35800km，一颗卫星的覆盖区可达地球总面积的40%左右，通信卫星的轨道与地面最远跨距达18000km。只需3颗卫星适当配置，就可建立除两极地区以外的全球通信。

3.卫星通信的特点和使用频率

(1)卫星通信特点

优点:①通信距离远，覆盖面积大；

②具有多址连接通信特点，灵活性大；

③可用频带宽，通信容量大；

④传输稳定可靠，通信质量高；

⑤通信费用与通信距离无关。

缺点：①通信卫星的使用寿命较短；②技术较复杂；③传输时延大。

(2)卫星通信工作频段选择在微波波段最合适。在一个卫星通信系统中，为了防止通信卫星的收发转发互相干扰，上行线路，采用频率为f1；下行线路，采用频率f2。

二．卫星通信系统组成

1．组成：

由通信卫星、地球站、跟踪遥测及指令系统和监控管理系统组成。

2．网络结构：

卫星通信网可有星形网和网状形网。

在星形网中外围各边远站仅与中心站直接发生联系，各边远站之间不能通过卫星直接相互通信，必须经中心站转接才能建立联系；

在网状形网中，所有各站均可经卫星直接沟通。

3.通信卫星

一个静止通信卫星主要由五个分系统组成：

(1)天线分系统

通信卫星天线有两类：一类是遥测、指令和信标天线，一般是全向天线，保证卫星在任意姿态可靠地接收指令和向地面发射遥测数据及信标；

另一类是通信天线，采用定向天线，通常按其波束覆盖区的大小分为覆球波束天线，点波束天线、赋形波束天线。

(2)控制分系统

当通信卫星进入静止轨道预定位置后，必须长期地对卫星进行各种控制，包括:位置、姿态、温度、各设备的工作状态及主备用切换等。

(3)跟踪遥测指令分系统

完成三项任务：

一是为各地球站发送信标信号，供地球站天线跟踪卫星用；

二是通过各种传感器件和敏感器件，不断测出卫星在轨位置、姿态、各分系统设备的工作状态等数据，经遥测发射设备发给地面的跟中遥测指令站；

三是接收地面遥测站发来的控制指令，处理后送给控制分系统执行。

(4)电源分系统：用来给卫星的各种电子设备提供电能。常用的电源是太阳能电池或化学电池。

(5)通信分系统（转发器）：直接转发各地球信号。

对转发器的要求是：附加噪声和失真小；有足够的工作带宽；足够大的总增益；频率稳定度和可靠性尽量高。

转发器通常分为透明转发器和处理转发器两大类。

透明转发器，指收到地面发来的信号后仅进行低噪声放大，变频和功率放大后发回地面，对信号不作任何其他处理的转发器，即单纯完成转发任务。

处理转发器：指除具有信号转发功能，还具有信号处理功能的转发器。

3.地球站

(1)天线分系统

完成发送信号、接收信号和跟踪卫星的任务。

包括天线，馈线和跟踪设备三个部分。

天线用于发送和接收信号。馈电设备用于馈送信号和分离信号；跟踪设备，主要是防止卫星漂移，而不断调整地球站天线方向，使其随卫星漂移，而始终对准卫星，以达到最佳接收。

(2)发射分系统：

将终端分系统送来的基带信号，对中频进行调制，再经上变频和功率放大后馈送给天线发住卫星。

(3)接收分系统：将天线分系统收到由卫星转发下来的微弱信号进行放大，下变频和解调，并将解调后的基带信号送至终端分系统。

要求是低噪声，宽频带，选择性好等。

(4)终端分系统：对经地面接口线路传来的各种用户信号分别用相应的终端设备对其进行转换，编排及其他基带处理，形成适合卫星信道传输的基带信号，另外将接收到的基带信号进行上述相反的处理。

(5)电源分系统：对所有通信设备和辅助设备供电。

(6)监控分系统：使操作人员随时掌握各种设备的运行状态，在设备出故障时能迅速处理，并有效地对设备进行维护管理。

三．卫星通信系统中的多址方式

指卫星通信系统中多个地球站共用一个卫星转发。分别同时建立相互之间的通信线路而实现多边通信。

1.频分多址(FDMA)卫星通信系统

在FDMA卫星通信系统中，不同的地球站所发射的射频信号频率不同，在卫星转发器的频率轴上频谱互不重叠，因而容易区分多个地球站的信号。

地球站的一个载波包含发给多个地球站的信号„„多址载波方式；

一个载波仅包含发给一个地球站的信号„„单址载波方式。

地球站同多个地球站通信时采用多址载波比单址载波好，可以减少转发器上载波的个数，降低互调对系统的影响。

2.时分多址(TDMA)卫星通信系统

不同的通信站在不同的时间段内发射信号，各个站发射的信号到达卫星转发器时在时间轴上互不重叠，由于不同的地球站占用转发器的不同时隙，因而可以区分出各站的信号。接受时地球站只要在特定的时隙内接收信号，即可以获得发给本站的信号。

3.码分多址(CDMA)卫星通信系统

不同的地球站有不同的地址码，各个地球站所发射的载波信号频率相同，且可同时发射信号，各个发射站的载波信号由该站基带数字信号和地址码调制；接收站只有使用与发射站相同的地址码才能解调出发射站的信号，其它接收站解调时由于采用地址码不同，因而不能解调出发给其他站的信号。

4.空分多址(SDMA)卫星通信系统

在该系统中，通信卫星具有多个点波束，这些波束覆盖不同的地球表面，只有位于某一波束覆盖范围内的地球站才能向该波束天线发射信号和由该波束范围内的地球站接收信号。为使不同波束覆盖的地球站能互相进行通信，在通信卫星上设置了交换设备，以完成不同波束覆盖地球站间的通信。

四．卫星通信应用系统

1.ALOHA系统

是利用卫星进行数据传输与分组交换的通信系统。

在这种系统中，一定数量的地球站共用一个卫星转发器的频段，各站随机发送各自的数据组，发送数据如果发生碰撞，则该数据需重新发送。当数据量小时，这种系统的信道利用率比TDMA方式要好，且具有一定抗干扰能力。而当数据分组业务繁忙时发生碰撞的概率增大，重发的分组信号也就增多，不断的循环会造成ALOHA系统的不稳定。

为解决上述问题：

①采用S-ALOHA方式，把信号进入卫星转发器的时间分成许多时隙，各地球站发射的数据分组信号必须进入某一时隙内，而不象纯ALOHA方式那样任意随机发射。

②R-ALOHA方式是解决长报文分组过多，使传输时延过长的弊病，在发送长报文时先预约申请，分配给一个适当的时间段，使其发送成批数据，而对于短报文，仍使用非预约的S-ALOHA方式，这样即解决长报文传输的延时问题，又保留了S-ALOHA传输短报文时信道利用率高的优点。

2.VSAT系统

由一个主站和数据、图象、话音或计算机终端设备连接，组成功能完整的传输网络，将各种业务传输到主站或任一个远程VSAT终端。

VSAT终端，通常是指天线口径小于2.5m，由主站应用管理软件高度监测和控制的小型地球站。

VSAT网提供的通信业务有：广播式的分发业务；数据采集和监控业务；双向交互业务。

VSAT网络主要技术特点：

以传输数据业务为主，承载各种高，低速数据业务；

网络利用率高；

VSAT终端设备简单、体积小、价格便宜、便于安装；

主站到远端小站的出站链路采用广播式点到多点传输；

小站到主站的入站链路业务量小，且都是突发性的；

为降低小站费用一般公用部件无冗余设备。

由于VSAT系统具有建站容易，使用灵活方便，且通信距离远的优势，便

将VSAT系统与其他电信网联合组网，形成和组建卫星广域通信网，以满足日益增长的计算机、数字终端与数据库的相互连接和通信。

3.移动卫星通信

指移动终端卫星通信系统，即无论在任何地方，用户都可以使用便携式的移动终端，通过同步通信卫星和地球站，并经由通信网中转，进行全球范围的电话、传真和数据传输。

4.低轨道卫星移动通信系统

低轨道卫星移动通信与地面峰窝式移动通信系统的通信原理基本相似，采用划分小区和重复使用频率的方法，利用低轨卫星作为移动通信的基站，并使用多颗这样的低轨卫星覆盖全球以实现全球的个人通信。

作业：

25．数字复接是指（ ）

26．PDH代表（ ），SDH代表（ ）

27．光波分复用是指（ ）

28．全光网络是指（

29．微波中继通信主要用来传送（

（ ）（

30．卫星通信是指（

31．卫星通信系统主要由（

32．微波中继通信的特点有哪些？

33．卫星通信的特点有哪些？

）（ ）（ ） ） ）。 ）两大部分组成。 ）