通信技术与系统c2v1课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,通信技术与系统,2010,年,2,月,成都信息工程学院,1,第,2,章 现代传输技术,1,、光纤通信与数字传输系统,2,、微波通信,3,、卫星通信,2,CPN,CPN,用户网络,用户网络,接入网,接入网,交换网,交换网,传输网,（传送网）,分配网,分配网,分支网,分支网,核心网,交换设备,-,网络的节点（,node,）,传输设备,-,网络的链路（,link,）,终端设备,-,网络的终端,.,通信系统结构,3,Transport,network,话音交换,ATM,交换,IP,路由器,AN,接入网,视讯系统,话音,数据,图象,通信基础网又可称为传送网。通信基础网是一个以光纤、微波接力和卫星传输为主的传输网络。,在传送网基础上，根据业务节点设备类型的不同，可以构建成不同类型的业务网。,传输网功能,4,1.,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。,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。,模拟信号,通信信号,数字信号,5,x,(,t,),x,S,(,nT,S,),x,q,(,nT,S,),x,(,n,),采样,/,保持,量化,编码,信号模,/,数转换过程,t,x,(,t,),t,x,S,(,nT,S,),t,x,q,(,nT,S,),x,(,n,),n,001,011,100,010,010,011,q,2q,3q,4q,T,S,2T,S,3T,S,T,S,2T,S,3T,S,从模拟到数字,存在量化误差，引入量化噪声,6,t,t,x(t),x(t),K,Ts,(t),x,S,(nT,S,),x,S,(nT,S,),T,S,T,S,2T,S,3T,S,采样定理,采样定理,：对一个频率在,0,fc,内的连续信号进行采样，当采样频率为,fs,2,fc,时，由采样信号能无失真地恢复为原来信号。,7,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。,二元码的四种基本形式,数字信号的基本形式,8,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,log,2,4=2 bit,的信息量，八电平的符号包含,log,2,8=3 bit,的信息量。,数字信号的基本形式,9,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。,基带信号的码型有：,（,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、,mBnB,码等。,（,2,）三元码：,信号的幅度取值为,+1,、,0,、,-1,，幅度,1,表示,1,码，幅度,0,表示,0,码。如：传号交替反转码（,AMI,）（,一种双极性码）、,HDBn,码（,n,阶高密度双极性码）等。,数字基带码型,10,1.1,光纤通信,传输的基本概念,传输介质：导向介质,/,自由介质,节点关系 ：点到点,/,点到多点,工作方式：单工,/,双工,传输有效性：数据率（,bps,）,/,频带（,Hz,）,传输可靠性：误码率,？,56kbps,的,MODEM,是如何实现的？,11,传输介质特点与分类,1,特点,带宽,传输延时,失真,衰减,2,分类,双绞线,同轴电缆,光纤,无线电,红外,导向介质,非导向介质,12,双绞线,100 5MHz,距离,5km,1.544Mbps,同轴电缆,屏蔽性能好，带宽大，,衰减小。,光纤,高带宽,损耗特别低,抗电磁干扰能力强,体积小、重量轻,三种常用的导向介质：,13,光纤的传输特性：,100,50,10,5,1,0.5,0.1,0.05,0.01,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,波长,(,m),损耗,(dB/km),红外吸收,瑞利散射,OH,吸收,OH,吸收,0.85,m,1.3,m,1.55,m,1530-1560nm,DWDM,14,传输介质特点与分类,1.,单模（阶跃型）,2.,多模,阶跃型,渐变型,15,密集波分复用系统组成,DWDM,技术原理,l,N,l,2,l,1,l,N,l,2,l,1,OLA,OADM,OPA,OBA,OTU,光终端设备,光终端设备,OMU,OLA,OADM,OPA,OBA,OTU,光中继设备,ODU,ODU,OMU,16,TDM,系统,RX,EDFA,TX,TX,TX,TX,TX,TX,TX,TX,RX,RX,RX,RX,RX,RX,RX,120 km,120 km,120 km,DWDM,系统,EDFA,TX,RX,Reg,Reg,TX,RX,Reg,Reg,TX,RX,Reg,Reg,TX,RX,Reg,Reg,TX,RX,Reg,Reg,TX,RX,Reg,Reg,TX,RX,Reg,Reg,TX,RX,Reg,Reg,120 km,120 km,120 km,DWDM,技术是系统扩容升级的主要手段,掺铒光纤放大器,17,1.2,数字传输系统,多路复用：,允许多个信号在一条数据链路上同时传输的技术,多路复用的分类,：,FDM/TDM,同步,/,异步,光纤：,WDM,18,TDM,复用,19,(a)FDM,信道划分；,(b)FDM,系统示意图,FDM,复用,20,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。,按位复接与按字复接示意图,21,PCM 30/32,：将一帧分为,32,个时隙，每个时隙,8,比特，其中的,TS0,和,TS16,分别用作帧同步和信令传输，共计,328=256,比特。帧频率为,8000Hz,，帧数据速率为,256 8 k=2.048 Mbps,。,PCM 30/32,的帧结构,22,欧洲体制复用原则,以,字节,为单位（,8bit),进行,30,个支路信息同步交错复接；,二次群以上的高次群是以,比特,为单位进行,4,个支路信息的异步比特交错复接。,欧洲体制（,2M,体系）,E1,：,2048Kbit/s,E2,：,4xE1 8448Kbit/s,E3,：,4,x,E2 34368Kbit/s,E4,：,4,x,E3 139264Kbit/s,欧洲,:2M-8M-34M-140M,北美,体制（,1.5M,体系）,北美,:1.5M-6.3M-45M,日本,:1.5M-6.3M-32M-100M,数字系列,-,异步数字系列,PDH,23,PDH,的缺点：,只有地区性的数字信号速率和帧结构，不存在世界性的标准。,没有世界性的标准光接口规范，导致各个厂商自行开发专用光接口而互不兼容。,采用逐级复用,/,解复用，上下业务设备复杂，费用高，数字交叉连接功能的实现比较困难。,网管通信通道带宽不足，难以建立集中式传输网管。,传输网网络拓扑缺乏灵活性。,通信需求向多样化、宽带化迅速发展，准同步已不能满足现代通信的要求。,数字系列,-,异步数字系列,PDH,24,SDH,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。,（,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。,（,3,）完整的世界性标准。,（,4,）强大的自愈功能,（,S,ynchronous,D,igital,H,ierarchy,）,25,MSOH,RSOH,传输方向,1,帧,9,270,N,字节,13459,9 N,261 N,传输方向,270 N,段开销,SOH,是指,STM,帧结构中为保证信息净负荷正常灵活传送所附加的字节，主要供网络运行、管理和维护使用。由再生段开销,RSOH,和复用段开销,MSOH,组成。,再生段开销,RSOH,负责管理再生段。,RSOH,可在再生段接入，也可在终端设备接入,。,管理指针,AU PTR,是一种指示符，用来指示信息净负荷的第,1,个字节在,STM-N,帧内的准确位置，以便在接收端正确地分解。,复用段开销,MSOH,负责管理由若干个再生段组成的复用段。,MSOH,透明地通过每个再生段，只能在管理单元组,AUG,进行组合或分解的地方才能接入或终结。,信息净负荷区域是帧结构中存放各种信息容量的地方。,净负荷中包含通道开销（,POH,）。,RSOH,MSOH,STM-1,帧由,9,行、,270,列共,2430,个字节组成。传送时按由左到右、由上至下的顺序进行，直到整个帧传送完毕。每秒传送,8000,帧。因此其传输速率为：,270,9,8,8000=155.520Mbit/s,STM-N,信息净负荷,（含少量,POH,）,STM-N,信息净负荷,（含少量,POH,）,AU PTR,AU PTR,RSOH,MSOH,STM-N,帧结构,26,端到端的连接,T M,A D M,灵活的电路调配,R E G,强大的再生力量,分插复用器,终端复用器,再生中继器,SDH,的网元类型,27,终端复用器,TM,STM-N(,光,),1.5/2Mb/s,34/45Mb/s,140/155Mb/s,155/622Mb/s,电,电,电,光,终端复用器将终结所有通过它的信号，而没有直通的信号。,TM,终端复用器,28,STM-N(,光,),1.5/2,34/45,分插复用器,ADM,140/155,155/622,电,电,光,STM-N(,光,),电,分插复用器既可以上下支路，也可以直通支路，直通支路无损伤穿透，上下支路接口符合各种接口规范。,ADM,分插复用器,29,R,T,东方向,西方向,R,T,西方向,东方向,2#OL,1#OL,REG,再生中继器,30,基本网络单元在SDH网,作用,31,SDH传送网的分层模型,一般用,STM-N,表示传输介质层的标准容量,32,SDH,具有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块,STM-1,、,STM-4,和,STM-16,，,并具有页（块）状帧结构。,STM:Synchronous Transport Module,SDH,的速率等级,33,网络生存性的重要意义,现代社会对通信的依赖性越来越大,可见通信网络的生存性已成为至关紧要的设计考虑，也成为市场开放环境下网络运营者或业务提供者之间的重要竞争焦点。,新技术的引入加剧了网络故障的危害性和影响面。,34,网络保护与恢复的区别,保护：,适用线形或环形拓扑,在网元内以分布形式实施的保护机制，,以缺陷作触发，无须外部网管系统介入,保护时间短,(100ms,内,),需较大备用容量，不能应付节点失效和多点失效故障。,恢复：,主要适用网状拓朴,集中控制方式，需要外部网管系统介入，时间较慢，恢复响应不确知,恢复机制以告警作触发，导致检测时间达数秒量级,业务恢复时间可能长达数秒至分钟量级,35,目前在实际的,SDH,网中，采用较多的线路保护方式是自愈网。,所谓自愈网是指无需人为干涉，网络能在极短的时间内从失效的故障状态中自动恢复所携带,的业务，使用户感觉不到网络已出现了故障。,SDH,传输系统的自愈功能,AC,CA AC,A,B,C,D,CA AC,A,B,C,D,倒换,CA,W1,W1,P1,P1,W1,P1,P1,W1,CA AC,36,点对点,链型,环型,树型,星型,网孔型,原则：尽量采用以环型为主的网络拓扑,SDH,的组网方式,以上各种拓扑类型的综合,37,4/4,4/4,4/4,4/4,NxSTM-16/64,网状网,自愈环,4/1,NxSTM-4/16,4/1,4/1,自愈环,自愈环,网状网,4/1,4/1,自愈环,4/1,4/1,自愈环,交换机,ADM,ADM,ADM,TM,TM,TM,ADM,ADM,环形,星形,总线,第,1,层,:,省际干线,第,2,层,:,省内干线,第,3,层,:,中继网,第,4,层,:,接入网,光纤传送网的分层结构,38,微波,f=300M300GHz,米波：,300M3000M,厘米波：,3G30G,l,=,1m 1mm,毫米波：,30G300G,亚毫米波：,300G3000G,1.2,微波通信,数字微波中继通信与光纤通信、卫星通信一起被称为现代通信传输的三大主要手段。,39,地球,地面站之间的直视线路,微波传送塔,地面微波接力,在物理线路昂贵或地理条件不允许的情况下适用；,通过地球表面的大气传播；,两个地面站之间传送，距离为,50-100 km,；,中继方式可分为基带转接、中频转接和微波转接三种,。,40,数字微波中继通信系统结构,SDH,的应用很广泛,它不仅可用于光纤通信系统,而且在微波传输中也被大量采用,从而成为数字微波中继通信的主要方式。,优点：,1,：频带宽,2,：天线增益高,3,：外界干扰小,4,：投资效益比铜缆高,5,：建设快,41,数字微波中继通信线路,622M:,4xSTM-1,4x63x2M,光口,STM-4,ADM,OAMP,中频处理,调制解调,CH1,中频处理,调制解调,CH2,发信机,CH1,CH2,收信机,CH1,CH2,发信天线,收信天线,数字,SDH,微波终端站示意图,40M,微波通道,IF:140M,512QAM,512QAM,40MHZ,42,微波,短程支线传输,此外，微波宽带业务接入是未来发展趋势,43,微波通信的特点,通信容量很大。,微波通信受外界干扰相对较小，传输质量较高。,与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建设投资少，见效快。,微波接力通信也存在如下的一些缺点：,相邻站之间必须直视，不能有障碍物（”视距通信”）。有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线，因而造成失真。,微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。,与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。,对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。,44,1.3,卫星通信,45,1.3,卫星通信,地球同步卫星,46,卫星通信系统构成,地面站分系统包括中央站和普通站。,1.,位置控制,2.,姿态控制,空间分系统,卫星通信性能检测（功率、带宽、方向,）,47,卫星通信网络结构,星型组网,网状组网,48,VSAT,系统简介,VSAT,(,V,ery,S,mall,A,perture,T,erminal,),，甚小口径（天线）终端,，,是一种具有甚小口径天线的智能化的卫星通信地球站,。,49,卫星通信的多址方式,频分多址,(FDMA),：,时分多址,(TDMA),：,码分多址,(CDMA),：,空分多址,(SDMA),：,50,卫星移动通信系统,卫星移动通信是指利用卫星转接的，移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信。,Iradium,系统,66,颗卫星，,1998,正式商用，,2000.3.17,宣布破产保护,GlobalStar,系统,CDMA,技术，地面关口站转接，,48,颗卫星，纬度,70,度以内的覆盖,BGAN,系统，已实现的全球移动卫星宽带数据和语音通信系统,51,卫星移动通信系统的结构,空间段,地面段,52,“铱”系统总体结构图,53,“铱”系统的星座图,“铱”系统星座图,66+6,54,“全球星”系统组成,“全球星”系统,55,“全球星”系统星座图,“全球星”系统星座图,48,56,“全球星”系统星座图,“,BGAN”,宽带移动卫星通信系统,B,roadband,G,lobal,A,rea,N,etwork,57,思考题,PCM 30/32,的帧结构？,常见的数字复接技术有几种？,SDH,的速率等级？,SDH,的优点？,简述,SDH,的自愈功能？,卫星通信的多址方式有哪几种？,58,