第7章数字信号传输课件

,数字通信原理,数字信号传输基本概念,数字信号传输方式,1,数字信号波形与功率谱,2,主 要 内 容,2,数字信号传输基本概念,1,、数字信号传输方式,基带传输,频带传输,（,1,）基带传输,基带传输的概念,基带传输就是编码处理后的数字信号（此信号叫基带数字信号）直接在信道中传输，基带传输的信道是电缆信道。,3,数字信号传输基本概念,基带传输的优点,基带传输的实现方便容易,;,基带传输的缺点,传输距离及速率均受到一定限制。,基带传输目前只是在近距离的情况下使用。,（,2,）频带传输,频带传输是将基带信号的频带搬移到适合于光纤、无线信道传输的频带上再进行传输。,频带传输的信道是光纤或微波、卫星等无线信道。,4,2,、数字信号波形与功率谱,数字信号传输基本概念,研究数字信号波形与功率谱目的：,数字信号传输所要研究的主要问题是信号的功率谱特性、信道的传输特性以及数字信号经信道传输后的波形，所以我们要对数字信号的波形与功率谱有所了解。,（,1,）数字信号的波形,二进制数字信号序列的基本波形如下图所示。,5,数字信号传输基本概念,6,（,2,）数字信号序列的功率谱,确知信号,随机信号,数字序列,傅氏变换,频谱,复杂的变换,功率谱（密度）,数字信号传输基本概念,物理意义：某点的值代表对应频率处单位频带的平均功率（只有正值）。,7,连续谱,离散谱,8,数字信号序列功率谱的特点：,单极性码,既有连续谱，也有离散谱,双极性码,只有连续谱，没有离散谱,不归零码,连续谱第一个零点为,归零码,连续谱第一个零点为,数字信号传输基本概念,不归零码：,归零码：,9,数字通信原理,传输码型,单极性码,11,11,对基带传输码型的要求,1,单极性不归零码,2,单极性归零码,3,主 要 内 容,传输码型,单极性码,1,、对基带传输码型的要求,传输码型的功率谱中应不含直流分量，同时低频分量要尽量少；,传输码型的功率谱中高频分量应尽量少；,便于定时时钟的提取；,传输码型应具有一定的检测误码能力；,对信源统计依赖性最小；,要求码型变换设备简单、易于实现。,12,常见的传输码型：,单极性不归零码（即,NRZ,码）,单极性归零码（即,RZ,码）,AMI,码,HDB3,码,CMI,码,传输码型,单极性码,13,2,、单极性不归零码（,NRZ,码）（全占空,）,传输码型,单极性码,编码器直接编成这种最原始的码型输出。,14,单极性不归零码的缺点：,(1),有直流成分，且信号能量大部分集中在低频。,(2),提取时钟困难。,(3),无检测误码能力，因传输码型无规律。,（,4),对信源统计有依赖性。,结论：单极性不归零码不符合对基带传输码型的要求，不适合作为基带传输的码型。,传输码型,单极性码,15,3,、单极性归零码（,RZ,码）（半占空,）,传输码型,单极性码,16,RZ,码的优点,有时钟成分，便于定时时钟提取。,RZ,码与,NRZ,码相比，其他缺点仍然存在。,结论：单极性归零码不符合对基带传输码型的要求，不适合作为基带传输的码型。,传输码型,单极性码,17,数字通信原理,传输码型,HDB3,码,传输码型,HDB3,码,常见的传输码型：,单极性不归零码（即,NRZ,码）,单极性归零码（即,RZ,码）,AMI,码,HDB3,码,CMI,码,不,适合基,带传输,19,二进码序列：,0000,先用,000,V,（,取代节）,B00V,后用,V V+ (+1) B B+ (+1),V- (-1) B- (-1),传输码型,HDB3,码,HDB3,码,20,当上述两个要求能同时满足时，用000,V(,000,V+,或000,V-）；,否则改用,B00V（B+00V+,或,B-00V-）,。,HDB3,码序列中的传号码（包括原始传号码“,1,”码、,V,码和,B,码）除,V,码外要满足极性交替出现的原则。,HDB3,码编码规则：,取代节的安排顺序是：先用000,V，,当它不能用时，再用,B00V。,传输码型,HDB3,码,000V,取代节的安排要满足两个要求：,各取代节之间的,V,码要极性交替出现。（先满足）,V,码要与前一个传号码的极性相同。（后满足）,21,传输码型,HDB3,码,1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1,二进码序列,:,HDB3,码,:V+,-1,0 0 0 V-,+1,-1,B+ 0 0 V+,-1,0 0 0 V-,B+ 0 0 V+,0,-1,例：,22,HDB3,码码型反变换的原则：,传输码型,HDB3,码,接收端当遇到连着,3,个“,0”,前后“,1”,码极性相同时，后边的“,1”,码（实际是,V,码）还原成“,0”,；,当遇到连着,2,个“,0”,前、后“,1”,码极性相同时，前、后,2,个“,1”,（前边的“,1”,是,B,码，后边的“,1”,是,V,码）均还原成“,0”,；,其他的,1,一律还原为,+1,，其他的“,0”,不变。,23,例：,传输的,HDB3,码：,-1000-1+1-1+100+1 -1000-1+1 0 0+10-1,恢复的二进码序列,： 1000,0,1 1,0,0 0,0,100 0,0,0,0 0,0,0 1,传输码型,HDB3,码,24,数字通信原理,传输码型特性的分析比较,常见的传输码型：,单极性不归零码（即,NRZ,码）,单极性归零码（即,RZ,码）,AMI,码,HDB3,码,CMI,码,不适合基,带传输,基本符合要求，适合基带传输。,传输码型特性的分析比较,26,1,、传输码型的误码增殖,（,1,）误码增殖的概念,数字信号在线路中传输时，由于信道不理想和噪声干扰，接收端会出现误码，当线路传输码中出现,n,个数字码错误时，在码型反变换后的数字码中出现,n,个以上的数字码错误的现象称为误码增殖。,传输码型特性的分析比较,27,（,2,）误码增殖分析,AMI,码误码增殖分析：,传输码型特性的分析比较,AMI,码无误码增殖。,28,HDB3,码,误码增殖分析：,传输码型特性的分析比较,HDB3,码有误码增殖。,29,CMI,码误码增殖分析：,传输码型特性的分析比较,CMI,码无误码增殖。,30,2,、传输码型特性的分析比较,传输码型特性的分析比较,比较方面,AMI,码,HDB3,码,CMI,码,最大连,“,0,”,数,未限,3,个,3,个,定时钟提取,不利,有利,有利,检测误码能力,具有,具有,具有,误码增殖,无,有,无,码型变换电路,简单,较复杂,简单,31,结论：,选择,HDB3码作为基带传输的主要码型，当然AMI,码也是,CCITT,建议采用的基带传输码型。,HDB3码作为PCM,一、二、三次群的接口码型，,CMI,码则作为,PCM,四次群的接口码型。,传输码型特性的分析比较,32,数字信号的基带传输,数字通信原理,复习,34,数字信号的传输方式：,基带传输,编码处理后的数字信号（基带数字信号）直接在信道中传输。,频带传输,对基带数字信号进行调制，将其频带搬移到光波频段或微波频段上，利用光纤、微波、卫星等信道传输数字信号。,基带传输信道的特性,35,信道的等效模型：,把信道特性等效成为一个传输网络，则信号通过信道的传输可用下图所示模型来表示。,经信道传输后，数字信号波形会发生变化，下面分析数字信号波形产生的失真。,基带传输信道的特性,36,1.,只考虑信道本身的特性,以常用的矩形脉冲为例，经信道传输后，波形产生失真，主要反映在：,接收到的信号波形幅度变小。,波峰延后。,脉冲宽度大大增加。,波形失真最严重的后果是产生拖尾，这种拖尾失真将会造成数字信号序列的码间干扰。,基带传输信道的特性,37,2.,考虑噪声干扰,再生中继系统的作用,38,再生中继系统的目的：,当波形失真的不是很严重时，对其及时进行识别判决（识别出是,“,1,”,码还是,“,0,”,码），只要不发生误判，经过再生中继后的输出会完全恢复为原数字信号序列。,再生中继器的组成,39,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（均衡波形）。,定时钟提取,从接收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。,抽样判决与码形成一一对均衡波形进行抽样判决，并进行脉冲整形，形成与发端一样的脉冲形状。,再生中继系统的特点,40,（,1,）无噪声积累,经再生判决后去掉噪声干扰，理想的再生中继系统是不存在噪声积累的。,（,2,）有误码率的累积,信息码在中继器再生判决过程中因存在各种干扰（码间干扰、噪声干扰等），会导致判决电路的错误判决，此误码现象无法消除，反而随通信距离增长而积累。,具有,m,个再生中继段的误码率为：,思考,41,再生中继系统为什么有误码率的累积？,一般而言，当误码率,P,ei,很小时，在前一个再生中继段所产生的误码传输到后一个再生中继段时，因后一个再生中继段的误判，而将前一个再生中继段的误码纠正过来的概率是非常小的。,所以，可近似认为各再生中继段的误码是互不相关的，再生中继系统全程有误码率的累积。,数字信号的频带传输,数字通信原理,复习,43,数字信号的传输方式：,基带传输,编码处理后的数字信号（基带数字信号）直接在信道中传输。,频带传输,对基带数字信号进行调制，将其频带搬移到光波频段或微波频段上，利用光纤、微波、卫星等信道传输数字信号。,频带传输系统的基本结构,44,频带传输,对基带数字信号进行调制，将其频带搬移到光波频段或微波频段上，利用光纤、微波、卫星等信道传输数字信号。,数字调制的概念和分类,45,数字调制,：,对基带数字信号进行调制称为数字调制。,数字调制是利用基带数字信号控制载波（正弦波）的幅度、相位、频率变化，有三种基本数字调制方法：,数字调幅（,ASK,）,数字调相（,PSK,）,数字调频（,FSK,）,数字调幅的概念,46,利用基带数字信号控制载波幅度变化。,已调信号：,其功率谱：,数字调幅波形示意,47,利用基带数字信号控制载波幅度变化。,已调信号：,数字调幅的分类,48,数字调幅可分为：,双边带调制,单边带调制,残余边带调制,正交双边带调制,其中正交双边带调制在实际中应用较为广泛，常见的有,4QAM,、,16QAM,、,64QAM,和,256QAM,。,正交双边带调制（,QAM,）,49,数字调相的概念,50,以基带数字信号控制载波的相位，称为数字调相，又称相移键控，简写为,PSK,。,二相调相、二相相对调相（,2PSK,、,2DPSK,）,多相调相、多相相对调相（,MPSK,、,MDPSK,）,2PSK,信号的产生与解调,数字调相的波形示意,51,数字调频的概念,52,用基带数字信号控制载波的频率，称为数字调频，又称频移键控（,FSK,） 。,2FSK:,“,1,”,“,0,”,2FSK,根据前后码元载波相位是否连续，可分为：相位连续的,2FSK,，相位不连续的,2FSK,。,数字调频的波形示意,53,数字信号的频带传输系统,54,主要有：,光纤数字传输系统,数字微波传输系统,数字卫星传输系统,光纤数字传输系统,55,对数字信号进行光调制将其转换为光信号，然后在光纤中传输的系统。,电端机：,其作用是为光端机提供各种标准速率等级的数字信号源和接口。,光端机：,光端机把电端机送来的数字信号进行适当处理后变成光脉冲送入光纤线路进行传输，接收端则完成相反的变换。,光纤数字传输系统,56,光中继机：,其作用是将光纤长距离传输后受到较大衰减及色散畸变的光脉冲信号转换成电信号后进行放大整形、再定时、再生为规则的电脉冲信号，再调制光源变换为光脉冲信号送入光纤继续传输（全光通信中只有放大功能），以延长传输距离。,光纤线路：,系统中信号的传输媒介是光纤。,数字微波传输系统,57,数字微波通信是以微波作为载体传送数字信号的一种通信手段。,SDH,数字微波传输系统,数字卫星传输系统,58,数字卫星传输系统利用人造卫星作中继站，在地球上的无线电通信站之间传送数字信号。,数字通信原理,SDH,传输网的结构,SDH,传输网的拓扑结构,1,SDH,传输网的分层结构,2,主 要 内 容,60,1,、,SDH,传输网的拓扑结构,网络的物理拓扑泛指网络的形状，即网络节点和传输线路的几何排列，它反映了物理上的连接性。,SDH,传输网常用的几种基本拓扑结构,:,SDH,传输网的结构,61,TM,ADM,DXC,TM,ADM,DXC,DXC,TM,ADM,SDH,传输网的结构,62,拓扑结构,设备配置,特点,线形,两端节点上,配备,TM,，,而在中间节点上,配备,ADM,。,其间所有点都应具有完成连接的,功能,。,星形,枢纽点（中心节点）,配置,DXC,以,提供多方向的互联，其它节点上,配置,TM,。,经济性,好,，,但,可靠性,较差（存在着枢纽点的安全,保障问题和潜在瓶颈问题）。,树形,连接三个以上方向的节点应设置,DXC,，其它节点可设置,TM,或,ADM,。,可用于广播式业务，但它不利于提供双向通信业务，且存在瓶颈问题等。,环形,节点一般,选用,ADM,。,具有很强的,生存性,。,网,孔,形,节点上均需设置,DXC,。,可,为两点间通信提供多种路由可选功能、可靠性,高，,但结构复杂、成本也,高,。,63,2,、,SDH,传输网的分层结构,我国的,SDH,网络结构分为四个层面,如下图所示。,SDH,传输网的结构,64,65,SDXC,的配置类型通常用,SDXC X/Y,来表示,其中：,X,表示接入端口数据流的最高等级,Y,表示参与交叉连接的最低级别,SDH,传输网的结构,数字,1,2,3,4,5,6,等级,PCM1,次群,VC-12,、,VC-3,PCM2,次群,PCM3,次群,PCM4,次群,STM-1,或,VC-4,STM-4,STM-16,例如,SDXC4/1,表示接入端口的最高速率为,140Mbit/s,或,155Mbit/s,，而交叉连接的最低级别为,VC-12,（,2Mbit/s,）,66,目前,实际应用的,SDXC,设备主要有三种基本的配置类型：类型,1,提供高阶,VC,（,VC-4,）的交叉连接（,SDXC4/4,属此类设备）；,类型,2,提供低阶,VC,（,VC-12,，,VC-3,的交叉连接（,SDXC4/1,属此类设备）；,类型,3,提供低阶和高阶两种交叉连接（,SDXC4/3/1,和,SDXC4/4/1,属此类设备）。,SDH,传输网的结构,67,SDH,网络结构四个层面的具体情况：,SDH,传输网的结构,68,一级干线网（最高层面）,主要省会城市及业务量较大的汇接节点城市装有,DXC4,4,，形成一个大容量、高可靠的网孔形国家骨干网结构，并辅以少量线形网。采用,DXC,选路加系统保护的恢复方式。,二级干线网第二层面）,主要汇接节点装有,DXC4,4,或,DXC4,1,，形成省内网状或环形骨干网结构，并辅以少量线形网结构。此层面采用,DXC,选路、自愈环保护的方式。,SDH,传输网的结构,69,70,SDH,传输网的结构,中继网（第三层面）,中继网是长途端局与市局之间以及市话局之间的部分，可以按区域划分为若干个环。该层面采用自愈环或,DXC,选路（必要时）的恢复方式。,用户接入网（最低层面）,用户接入网网络结构采用环形和星形，环形网中的,ADM,设备兼有,OLT,和,ONU,功能。该层面采用自愈环或无保护的恢复方式。,SDH,传输网的结构,71,我国,SDH,网络结构的发展趋势,网络扁平化。,将四个层面逐渐简化为两个层面：,一级和二级干线网融为一体，组成长途网；,中继网和接入网融为一体，组成本地网。,SDH,传输网的结构,我国的,SDH,网络结构的特点：,具有四个相对独立而又综合一体的层面；,简化了网络规划设计；,适应现行行政管理体制；,各个层面可独立实现最佳化；,具有体制和规划的统一性、完整性和先进性。,72,数字通信原理,SDH,自愈网的基本概念,自愈网的概念及实现手段,1,线路保护倒换,2,主 要 内 容,DXC,保护,3,74,1,、自愈网的概念及实现手段,（,1,）自愈网的概念,所谓自愈网就是无需人为干预，网络就能在极短时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出了故障。,SDH,自愈网的基本概念,其基本原理就是使网络具备备用（替代）路由，并重新确立通信能力。,75,76,线路保护倒换,线形网采用的保护倒换方式,环形网保护,采用环形网实现自愈的方式,DXC,保护,指利用,DXC,设备在网孔形网络中进行保护的方式,混合保护,采用环形网保护和,DXC,保护相结合的方式,（,2,）自愈网的实现手段,SDH,自愈网的基本概念,2,、线路保护倒换,（,1,）线路保护倒换方式,1+1,方式,采用并发优收，即工作段和保护段在发送端永久地连在一起，信号同时发往工作段（主用光纤）和保护段（备用光纤），在接收端择优选择接收性能良好的信号。,SDH,自愈网的基本概念,1,：,1,方式,正常情况下，信号只发往工作段（主用,光纤,），保护段（备用,光纤,）空闲。工作段,出现故障时，信号可倒至保护段。,77,1,：,1,方式是,1,：,n,方式的一个特例。,1,：,n,方式,保护段由,n,个工作段共用，当其中任意一个出现故障时，均可倒换至保护段。（,n14,）,SDH,自愈网的基本概念,78,（,2,）线路保护倒换的特点,业务恢复时间很快，可短于,50ms,。,若工作段和保护段属同缆复用（即主用和备用光纤在同一缆芯内），则有可能导致工作段（主用）和保护段（备用）同时因意外故障而被切断，此时这种保护方式就失去作用了。,解决的办法,采用地理上的路由备用（即主用和备用光纤走不同的路由）。但该方案至少需要双份的光缆和设备，成本较高。,SDH,自愈网的基本概念,79,3,、,DXC,保护,DXC,保护的概念,是指利用,DXC,设备在网孔形网络中进行保护的方式。,保护原理,在业务量集中的长途网中，在节点处采用,DXC4/4,设备,彼此之间构成互连的网孔形拓扑。一旦某处光缆被切断时，利用,DXC4/4,的快速交叉连接特性，可以很快地找出替代路由，并且恢复通信。,SDH,自愈网的基本概念,80,SDH,自愈网的基本概念,81,DXC,保护方式是这样进行保护的：,例如，上图假设从,A,到,D,节点，本有,12,个单位的业务量（比如为,12155Mbit/s,），当,AD,间的光缆被切断后，,DXC,可以从网络中发现图中所示的,3,条替代路由来共同承担这几个单位的业务量。从,A,经,E,到,D,分担,6,个单位，从,A,经,B,和,E,到,D,为,2,个单位，从,A,经,B,，,C,和,F,到,D,为,4,个单位。,SDH,自愈网的基本概念,82,数字通信原理,SDH,自愈环,-,复用段倒换环,1,、自愈环基本概念,自愈的概念,所谓自愈就是无需人为干预，网络就能在极短时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出了故障。,自愈环,采用环形网保护。,SDH,自愈环,其基本原理就是使网络具备备用（替代）路由，并重新确立通信能力。,84,SDH,自愈环,保护倒换基本方式：,1,1,方式,采用并发优收，即工作段和保护段在发送端永久地连在一起，信号同时发往工作段（主用）和保护段（备用），在接收端择优选择接收性能良好的信号。,1,：,1,方式,正常情况下，信号只发往工作段（主用），保护段（备用）空闲。工作段,出现故障时，信号可倒至保护段。,85,分类方法,类别,含义,按环中每个节点插入支路信号在环中流动的方向来分,单向环,所有业务信号按同一方向在环中传输,。,双向环,入环的支路信号按同一个方向传输，而由该支路信号分路节点返回的支路信号按相反的方向传输。,按保护倒换的层次来分,通道倒换环,业务量的保护是以通道为基础的,复用段倒换环,业务量的保护是以复用段为基础的,按环中每一对节点间所用光纤的最小数量来分,二纤环,节点之间有,2,根光纤,四纤环,节点之间有,4,根光纤,自愈环的分类方法：,86,SDH,自愈环,自愈环种类：,二纤单向通道倒换环,二纤双向通道倒换环,二纤单向复用段倒换环,二纤双向复用段倒换环,四纤双向复用段倒换环,87,采用1：1方式；,采用,APS,协议,2,、二纤单向复用段倒换环,SDH,自愈环,正常情况下，信号仅仅在,S1,光纤中传输，而,P1,光纤是空闲的。例如，从,A,到,C,信号经,S1,过,B,到,C,而从,C,到,A,的信号,CA,也经,S1,过,D,到达,A,。,88,假设,BC,节点间光缆被切断时，则,B,C,两个与光缆切断点相连的节点利用,APS,协议执行环回功能。此时，从,A,到,C,的信号,AC,则先经,S1,到,B,，在,B,节点经倒换开关倒换到,P1,，再经,P1,过,A,、,D,到达,C,并经,C,节点倒换开关环回到,S1,光纤并落地分路。而信号,CA,则仍经,S1,传输。故障排除后，倒换开关再返回原来位置。,SDH,自愈环,89,SDH,自愈环,3,、二纤双向复用段倒换环,采用,1,：,1,方式；,使用,APS,协议,90,SDH,自愈环,二纤双向复用段倒换环基本原理：,二纤双向复用段倒换环采用了时隙交换技术，使,S1,光纤和,P2,光纤上的信号都置于一根光纤（称,S1/P2,光纤），利用,S1/P2,光纤的一半时隙（例如时隙,1,到,M,）传,S1,光纤的业务信号，另一半时隙（时隙,M,1,到,N,，其中,M,N/2,）传,P2,光纤的保护信号。同样,S2,光纤和,P1,光纤上的信号也利用时隙交换技术置于一根光纤（称,S2/P1,光纤）上。,91,SDH,自愈环,当,BC,节点间光缆被切断，与切断点相邻的,B,节点和,C,节点中的倒换开关将,S1/P2,光纤与,S2/P1,光纤沟通。利用时隙交换技术，通过节点,B,的倒换，将,S1/P2,光纤上的业务信号时隙（,1,到,M,）移到,S2/P1,光纤上的保护信号时隙（,M,1,到,N,）；通过节点,C,的倒换，将,S2/P1,光纤上的业务信号时隙（,1,至,M,）移到,S1/P2,光纤上的保护信号时隙（,M,1,到,N,）。当故障排除后，倒换开关将返回到原来的位置。,92,例：二纤双向复用段倒换环如下图所示，当,A,、,B,两节点间光缆断裂，画出二纤双向复用段倒换环倒换后的示意图。并写出,A-C,和,C-A,的信号传输途径。,SDH,自愈环,93,SDH,自愈环,A-C,的信号传输途径：信号在节点,A,由,S1,倒换到,P1,，沿,P1,由,A,经,D,，,C,到,B,，在节点,B,由,P1,倒换回,S1,，沿,S1,由,B,到,C,然后落地接收。,94,SDH,自愈环,C-A,的信号传输途径：信号在节点,C,沿,S2,到,B,，在节点,B,由,S2,倒换到,P2,，沿,P2,经,C,，,D,到,A,，在节点,A,由,P2,倒换回,S2,然后落地接收。,95,数字通信原理,SDH,自愈环,-,通道倒换环,自愈环,分类方法,类别,含义,按环中每个节点插入支路信号在环中流动的方向来分,单向环,所有业务信号按同一方向在环中传输,双向环,入环的支路信号按同一个方向传输，而由该支路信号分路节点返回的支路信号按相反的方向传输。,按保护倒换的层次来分,通道倒换环,业务量的保护是以通道为基础的,复用段倒换环,业务量的保护是以复用段为基础的,按环中每一对节点间所用光纤的最小数量来分,二纤环,节点之间有,2,根光纤,四纤环,节点之间有,4,根光纤,复习：,97,自愈环种类：,二纤单向通道倒换环,二纤双向通道倒换环,二纤单向复用段倒换环,四纤双向复用段倒换环,二纤双向复用段倒换环,SDH,自愈环,-,通道倒换环,98,自愈环,保护倒换方式,：,1+1,方式,1,：,1,方式,SDH,自愈环,-,通道倒换环,99,1,、二纤单向通道倒换环,SDH,自愈环,-,通道倒换环,100,当,BC,节点间的光缆被切断时，,A,到,C,的传输：在节点,C,开关由,S1,光纤倒换到,P1,光纤，接收由,P1,光纤传来的信号。,SDH,自愈环,-,通道倒换环,101,102,SDH,自愈环,-,通道倒换环,当,BC,节点间的光缆被切断时，,C,到,A,的传输没受影响。,103,讨论：,通道倒换环保护倒换技巧：,正常情况下，接收端开关接到主用光纤上。当某一段光缆断裂，,需要的话，,接收端要将开关由主用光纤改接到备用光纤。,SDH,自愈环,-,通道倒换环,104,例：二纤单向通道倒换环如下图所示，当,A,、,D,两节点间光缆断裂，画出二纤单向通道倒换环倒换后的示意图。,SDH,自愈环,-,通道倒换环,105,SDH,自愈环,-,通道倒换环,当,A,、,D,两节点间光缆断裂，,A,到,C,的传输没受影响；,C,到,A,的传输：在节点,A,开关由,S1,光纤倒换到,P1,光纤，接收由,P1,光纤传来的信号，如下图所示。,2,、二纤双向通道倒换环,保护方式有两种：,1+1,方式,1,：,1,方式,SDH,自愈环,-,通道倒换环,106,（,1,）,1+1,方式的二纤双向通道倒换环,SDH,自愈环,-,通道倒换环,107,SDH,自愈环,-,通道倒换环,当,BC,节点间的光缆被切断时，,A,到,C,的传输：在节点,C,开关由,S1,光纤倒换到,P1,光纤，接收由,P1,光纤传来的信号。,108,SDH,自愈环,-,通道倒换环,当,BC,节点间的光缆被切断时，,C,到,A,的传输：在节点,A,开关由,S2,光纤倒换到,P2,光纤，接收由,P2,光纤传来的信号,109,（,2,）,1,：,1,方式的二纤双向通道倒换环,在保护通道中可传额外业务量，只在故障出现时，才从工作通道转向保护通道。,当工作方式为,1,：,1,方式，保护倒换时要遵循,APS,协议。,优点,虽然需要采用,APS,协议，但可传额外业务量，可选较短路由，易于查找故障等。,缺点,需由网管系统进行管理，保护恢复时间大大增加。,SDH,自愈环,-,通道倒换环,110,111,线路保护倒换,线形网采用的保护倒换方式,环形网保护,采用环形网实现自愈的方式，称为自愈环,DXC,保护,指利用,DXC,设备在网孔形网络中进行保护的方式,混合保护,采用环形网保护和,DXC,保护相结合的方式,自愈网的实现手段,自愈网总结,数字通信原理,SDH,传输网的网同步,网同步的基本概念,1,SDH,网同步结构,2,主 要 内 容,SDH,定时的保护,3,SDH,网同步的工作方式,4,113,114,1,、网同步的基本概念,(1),网同步的概念,所有数字网都要实现网同步。所谓网同步是使网中所有节点和数字设备的时钟频率和相位保持一致，以便使网内各节点的全部数字流实现正确有效的传输和交换。,SDH,传输网的网同步,115,（,2,）网同步的必要性,SDH,传输网的网同步,从接收信码中提取时钟做为本节点写入脉冲,本节点时钟做为读出脉冲,116,若上一节点的时钟频率大于本节点的时钟频率（即写入速率大于读出速率）,SDH,传输网的网同步,造成某些比特丢失，即漏读。,117,若上一节点的时钟频率小于本节点的时钟频率（写入速率小于读出速率）,SDH,传输网的网同步,造成某些比特被读出两次，即重复读出（重读）。,118,SDH,传输网的网同步,结论：若各节点的时钟频率不同，造成漏读或重读，产生帧错位，使接收的信息流出现滑动。,网同步的必要性,在数字网中为了防止滑动，必须使全网各节点的时钟频率保持一致，即要网同步。,119,（,3,）网同步的方式,准同步方式,互同步方式,主从同步方式,SDH,传输网的网同步,一般采用主从同步方式,120,主从同步方式的概念,在网内某一主交换局设置高精度高稳定度的时钟源（称为基准时钟），并以其为基准通过树状结构的时钟分配网传送到网内其他各交换局，各交换局采用锁相环技术将本局时钟频率和相位锁定在基准主时钟上，使全网各交换节点时钟都与基准主时钟同步。,SDH,传输网的网同步,121,锁相环工作原理示意图：,122,等级结构的主从同步方式,主从同步方式一般采用等级结构。,SDH,传输网的网同步,123,主从同步方式一般采用等级制，目前,ITU-T,将时钟划分为四级：,4,1,2,3,级端局从时钟，由,G.812,规范。,SDH,网元时钟，由,G.813,规范。,基准时钟，由,G.811,规范。,2,级转接局从时钟，由,G.812,规范。,3,时钟等级,SDH,传输网的网同步,124,主从同步方式的优缺点,优点：,稳定性较好，组网灵活，适于树形结构和星形结构；,对从节点时钟的频率精度要求较低，控制简单；,网络的滑动性能也较好。,缺点：,对基准主时钟和同步分配链路的故障很敏感，一旦基准主时钟发生故障会造成全网的问题。基准主时钟应采用多重备份以提高可靠性，同步分配链路也尽可能有备用。,SDH,传输网的网同步,125,时钟同步于输入的基准时钟信号。,当所有定时基准丢失后，从时钟利用记忆的定时基准而工作。,从时钟既丢失所有外部定时基准，也失去了定时基准记忆或根本没有保持模式。,正常工作模式,自由运行模式,保持模式,（,4,）从时钟工作模式,SDH,传输网的网同步,126,2,、,SDH,网同步结构,SDH,网同步通常采用主从同步方式。,（,1,）局间应用,局间同步时钟分配采用树形结构，使,SDH,网内所有节点都能同步。需要注意的是低等级的时钟只能接收更高等级或同一等级时钟的定时，这样做的目的是防止形成定时环路。,SDH,传输网的网同步,（,2,）局内应用,局内同步分配一般采用逻辑上的星形拓扑。所有网元时钟都直接从本局内最高质量的时钟,综合定时供给系统（,BITS,）获取。,127,3,、,SDH,定时的保护,在网络内设置主用和备用两条定时基准传送链路，当一个网元所跟踪的某路定时基准发生丢失的时候，要求它能自动地倒换到另一路定时基准上。注意要避免形成定时环路。,SDH,传输网的网同步,A,C,B,网关,定时基准,（,b,）倒换后,A,C,B,网关,定时基准,（,a,）故障前,主用,备用,128,4,、,SDH,网同步的工作方式,SDH,网同步有,4,种工作方式。,同步方式,伪同步方式,准同步方式,异步方式,（,1,）同步方式,同步方式指在网中的所有时钟都能最终跟踪到同一个网络的基准主时钟。,SDH,传输网的网同步,129,（,2,）伪同步方式,伪同步方式是在网中有几个都遵守,G.811,建议要求的基准主时钟，它们具有相同的标称频率，但实际频率仍略有差别。这样，网中的从时钟可能跟踪于不同的基准主时钟，形成几个不同的同步网。,伪同步方式是在不同网络边界以及国际网接口处的正常工作方式。,SDH,传输网的网同步,130,（,3,）准同步方式,准同步方式是同步网中有一个或多个时钟的同步路径或替代路径出现故障时，失去所有外同步链路的节点时钟，进入保持模式或自由运行模式工作。,SDH,传输网的网同步,（,4,）异步方式,异步方式是网络中出现很大的频率偏差（即异步的含义），当时钟精度达不到,ITU-T G.81S,所规定的数值时，,SDH,网不再维持业务而将发送,AIS,告警信号。,数字通信原理,数字信号传输,-,总结,132,数字信号传输基本理论,1,基带传输的线路码型,2,数字信号的基带传输,3,数字信号传输,数字信号的频带传输,4,SDH,传输网,5,132,数字信号传输方式,:,基带传输,基带传输就是编码处理后的基带数字信号直接在信道中传输，基带传输的信道是电缆信道。,频带传输,频带传输是将基带信号的频带搬到适合于光纤、无线信道传输的频带上再进行传输。,数字信号传输基本理论,133,1,、对基带传输码型的要求,（,1,）传输码型的功率谱中应不含直流分量，同时低频分量要尽量少；,（,2,）传输码型的功率谱中高频分量应尽量少；,（,3,）便于定时时钟的提取；,（,3,）传输码型应具有一定的检测误码能力 ；,（,5,）对信源统计依赖性最小；,（,6,）要求码型变换设备简单、易于实现 。,基带传输的线路码型,134,2,、,常见的传输码型,单极性不归零码（,NRZ,码）,单极性归零码（,RZ,码）,AMI,码,HDB3,码,CMI,码,基带传输的线路码型,135,（,1,）,AMI,码,AMI,码与二进码序列的关系：,二进码序列中的,“,0,”,码仍编为,“,0,”,码,二进码序列中的,“,1,”,码交替地变为,“,+1,”,及,“,-1,”,码,例：二进码序列：1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1,AMI,码序列：,+,1-10 +1 0 0-1 0 0 0+1-1,基带传输的线路码型,AMI,码基本符合对基带传输码型的要求，适合作为基带传输码型。,136,（,2,）,HDB3,码,二进码序列：,0000,000,V,（,取代节）,先用,B00V,后用,V V+ (+1) B B+ (+1),V- (-1) B- (-1),基带传输的线路码型,AMI,码的缺点,AMI,码中如果长连,“,0,”,过多，对定时钟提取不利。,解决的办法,采用,HDB3,码,137,当上述两个要求能同时满足时，用000,V(,000,V+,或000,V-）；,当上述两个要求不能同时满足时，则改用,B00V（B+00V+,或,B-00V-）,HDB3,码序列中的传号码（包括原始传号码“,1,”码、,V,码和,B,码）除,V,码外要满足极性交替出现的原则。,HDB3,码编码规则：,取代节的安排顺序是：先用000,V，,当它不能用时，再用,B00V。,000V,取代节的安排要满足以下两个要求：,各取代节之间的,V,码要极性交替出现。（先满足）,V,码要与前一个传号码的极性相同。（后满足）,基带传输的线路码型,138,例：,二进码序列：,1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1,HDB3,码序列：,V+,-1000V-+1-1B+00V+-1000 V-B+00V+0-1,基带传输的线路码型,139,HDB3,码码型反变换的原则,接收端当遇到连着,3,个“,0”,前后“,1”,码极性相同时，后边的“,1”,码（实际是,V,码）还原成“,0”,；,当遇到连着,2,个“,0”,前、后“,1”,码极性相同时，前、后,2,个“,1”,（前边的“,1”,是,B,码，后边的“,1”,是,V,码）均还原成“,0”,。,另外，其他的,1,一律还原为,+1,，其他的“,0”,不变。,基带传输的线路码型,例：,传输的,HDB3,码：,-1000-1+1-1+100+1 -1000-1+1 0 0+10-1,恢复的二进码序列,： 1000,0,1 1,0,0 0,0,100 0,0,0,0 0,0,0 1,140,（,3,）,CMI,码,码型变换规则：,基带传输的线路码型,例：,二进码序列： 1 0 1 1 0 0 1,CMI,码： 00 01 11 00 01 01 11,输入二元码,CMI,码,0,1,01,00,与,11,交替出现,141,3,、传输码型的误码增殖,概念,当线路传输码中出现,n,个数字码错误时，在码,型反变换后的数字码中出现,n,个以上的数字码错误的现,象称为误码增殖。,结论：,AMI,、,CMI,码无误码增殖,HDB3,码有误码增殖,基带传输的线路码型,142,4,、传输码型特性的分析比较,基带传输的线路码型,比较方面,AMI,码,HDB3,码,CMI,码,最大连,“,0,”,数,未限,3,个,3,个,定时钟提取,不利,有利,有利,检测误码能力,具有,具有,具有,误码增殖,无,有,无,码型变换电路,简单,较复杂,简单,143,结论：,选择,HDB3,码作为基带传输的主要码型（主要从对定时钟提取有利方面考虑），当然,AMI,码也是,CCITT,建议采用的基带传输码型。, CMI,码则作为,PCM,四次群的接口码型。,基带传输的线路码型,144,1,、基带传输信道特性,由于数字信号序列经过电缆信道传输后会产生波形失真，而且传输距离越长，波形失真越严重。当传输距离增加到某一长度时，接收到的信号将很难识别。为此，,PCM,信号传输距离将受到限制。,为了延长通信距离，在传输通路的适当距离应设置再生中继装置，即每隔一定的距离加一个再生中继器，使已失真的信号经过整形后再向更远的距离传送。,数字信号的基带传输,145,2,、基带传输的再生中继系统,（,1,）再生中继系统的构成,数字信号的基带传输,（,2,）再生中继系统的特点,无噪声积累,有误码率的累积,146,1,、频带传输的概念,所谓数字信号的频带传输是对基带数字信号进行调制，将其频带搬移到光波频段或微波频段上，利用光纤、微波、卫星等信道传输数字信号。,2,、数字信号的频带传输系统,光纤数字传输系统,数字微波传输系统,数字卫星传输系统,数字信号的频带传输,147,TM,ADM,DXC,TM,ADM,DXC,SDH,传输网,1,、,SDH,传输网的拓扑结构,DXC,TM,ADM,148,2,、,SDH,自愈网,自愈的概念,就是无需人为干预，网络就能在极短时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出了故障。,自愈网的实现手段：,线路保护倒换,环形网保护,DXC,保护,混合保护,其基本原理就是使网络具备备用（替代）路由，并重新确立通信能力。,SDH,传输网,149,（,1,）线路保护倒换,两种保护倒换方式：,1,1,方式,SDH,传输网,1,：,n,方式,1,：,1,方式是,1,：,n,方式的一个特例。,（,2,）自愈环,自愈环的概念,采用环形网保护。,自愈环的分类：可以从三个方面分类。,150,分类方法,类别,含义,按环中每个节点插入支路信号在环中流动的方向来分,单向环,所有业务信号按同一方向在环中传输,。,双向环,入环的支路信号按同一个方向传输，而由该支路信号分路节点返回的支路信号按相反的方向传输。,按保护倒换的层次来分,通道倒换环,业务量的保护是以通道为基础的，倒换与否按离开环的每一个别通道的信号质量的优劣而定。,复用段倒换环,业务量的保护是以复用段为基础的，倒换与否按每一对节点间的复用段信号质量的优劣而定。,按环中每一对节点间所用光纤的最小数量来分,二纤环,节点之间有,2,根光纤,四纤环,节点之间有,4,根光纤,151,自愈环种类及,保护方式：,二纤单向通道倒换环,采用,1+1,方式,二纤双向通道倒换环,采用,1+1,方式和,1,：,1,方式,二纤单向复用段倒换环,采用,1,：,1,方式,四纤双向复用段倒换环,采用,1,：,1,方式,二纤双向复用段倒换环,采用,1,：,1,方式,SDH,传输网,采用,1,：,1,方式的自愈环保护倒换时要遵照,APS,协议。,152,数字通信原理,数字信号传输,-,总结,154,数字信号传输基本理论,1,基带传输的线路码型,2,数字信号的基带传输,3,数字信号传输,数字信号的频带传输,4,SDH,传输网,5,154,数字信号传输方式,:,基带传输,基带传输就是编码处理后的基带数字信号直接在信道中传输，基带传输的信道是电缆信道。,频带传输,频带传输是将基带信号的频带搬到适合于光纤、无线信道传输的频带上再进行传输。,数字信号传输基本理论,155,1,、对基带传输码型的要求,（,1,）传输码型的功率谱中应不含直流分量，同时低频分量要尽量少；,（,2,）传输码型的功率谱中高频分量应尽量少；,（,3,）便于定时时钟的提取；,（,3,）传输码型应具有一定的检测误码能力 ；,（,5,）对信源统计依赖性最小；,（,6,）要求码型变换设备简单、易于实现 。,基带传输的线路码型,156,2,、,常见的传输码型,单极性不归零码（,NRZ,码）,单极性归零码（,RZ,码）,AMI,码,HDB3,码,CMI,码,基带传输的线路码型,157,（,1,）,AMI,码,AMI,码与二进码序列的关系：,二进码序列中的,“,0,”,码仍编为,“,0,”,码,二进码序列中的,“,1,”,码交替地变为,“,+1,”,及,“,-1,”,码,例：二进码序列：1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1,AMI,码序列：,+,1-10 +1 0 0-1 0 0 0+1-1,基带传输的线路码型,AMI,码基本符合对基带传输码型的要求，适合作为基带传输码型。,158,（,2,）,HDB3,码,二进码序列：,0000,000,V,（,取代节）,先用,B00V,后用,V V+ (+1) B B+ (+1),V- (-1) B- (-1),基带传输的线路码型,AMI,码的缺点,AMI,码中如果长连,“,0,”,过多，对定时钟提取不利。,解决的办法,采用,HDB3,码,159,当上述两个要求能同时满足时，用000,V(,000,V+,或000,V-）；,当上述两个要求不能同时满足时，则改用,B00V（B+00V+,或,B-00V-）,HDB3,码序列中的传号码（包括原始传号码“,1,”码、,V,码和,B,码）除,V,码外要满足极性交替出现的原则。,HDB3,码编码规则：,取代节的安排顺序是：先用000,V，,当它不能用时，再用,B00V。,000V,取代节的安排要满足以下两个要求：,各取代节之间的,V,码要极性交替出现。（先满足）,V,码要与前一个传号码的极性相同。（后满足）,基带传输的线路码型,160,例：,二进码序列：,1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1,HDB3,码序列：,V+,-1000V-+1-1B+00V+-1000 V-B+00V+0-1,基带传输的线路码型,161,HDB3,码码型反变换的原则,接收端当遇到连着,3,个“,0”,前后“,1”,码极性相同时，后边的“,1”,码（实际是,V,码）还原成“,0”,；,当遇到连着,2,个“,0”,前、后“,1”,码极性相同时，前、后,2,个“,1”,（前边的“,1”,是,B,码，后边的“,1”,是,V,码）均还原成“,0”,。,另外，其他的,1,一律还原为,+1,，其他的“,0”,不变。,基带传输的线路码型,例：,传输的,HDB3,码：,-1000-1+1-1+100+1 -1000-1+1 0 0+10-1,恢复的二进码序列,： 1000,0,1 1,0,0 0,0,100 0,0,0,0 0,0,0 1,162,（,3,）,CMI,码,码型变换规则：,基带传输的线路码型,例：,二进码序列： 1 0 1 1 0 0 1,CMI,码： 00 01 11 00 01 01 11,输入二元码,CMI,码,0,1,01,00,与,11,交替出现,163,3,、传输码型的误码增殖,概念,当线路传输码中出现,n,个数字码错误时，在码,型反变换后的数字码中出现,n,个以上的数字码错误的现,象称为误码增殖。,结论：,AMI,、,CMI,码无误码增殖,HDB3,码有误码增殖,基带传输的线路码型,164,4,、传输码型特性的分析比较,基带传输的线路码型,比较方面,AMI,码,HDB3,码,CMI,码,最大连,“,0,”,数,未限,3,个,3,个,定时钟提取,不利,有利,有利,检测误码能力,具有,具有,具有,误码增殖,无,有,无,码型变换电路,简单,较复杂,简单,165,结论：,选择,HDB3,码作为基带传输的主要码型（主要从对定时钟提取有利方面考虑），当然,AMI,码也是,CCITT,建议采用的基带传输码型。, CMI,码则作为,PCM,四次群的接口码型。,基带传输的线路码型,166,1,、基带传输信道特性,由于数字信号序列经过电缆信道传输后会产生波形失真，而且传输距离越长，波形失真越严重。当传输距离增加到某一长度时，接收到的信号将很难识别。为此，,PCM,信号传输距离将受到限制。,为了延长通信距离，在传输通路的适当距离应设置再生中继装置，即每隔一定的距离加一个再生中继器，使已失真的信号经过整形后再向更远的距离传送。,数字信号的基带传输,167,2,、基带传输的再生中继系统,（,1,）再生中继系统的构成,数字信号的基带传输,（,2,）再生中继系统的特点,无噪声积累,有误码率的累积,168,1,、频带传输的概念,所谓数字信号的频带传输是对基带数字信号进行调制，将其频带搬移到光波频段或微波频段上，利用光纤、微波、卫星等信道传输数字信号。,2,、数字信号的频带传输系统,光纤数字传输系统,数字微波传输系统,数字卫星传输系统,数字信号的频带传输,169,TM,ADM,DXC,TM,ADM,DXC,SDH,传输网,1,、,SDH,传输网的拓扑结构,DXC,TM,ADM,170,2,、,SDH,自愈网,自愈的概念,就是无需人为干预，网络就能在极短时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出了故障。,自愈网的实现手段：,线路保护倒换,环形网保护,DXC,保护,混合保护,其基本原理就是使网络具备备用（替代）路由，并重新确立通信能力。,SDH,传输网,171,（,1,）线路保护倒换,两种保护倒换方式：,1,1,方式,SDH,传输网,1,：,n,方式,1,：,1,方式是,1,：,n,方式的一个特例。,（,2,）自愈环,自愈环的概念,采用环形网保护。,自愈环的分类：可以从三个方面分类。,172,分类方法,类别,含义,按环中每个节点插入支路信号在环中流动的方向来分,单向环,所有业务信号按同一方向在环中传输,。,双向环,入环的支路信号按同一个方向传输，而由该支路信号分路节点返回的支路信号按相反的方向传输。,按保护倒换的层次来分,通道倒换环,业务量的保护是以通道为基础的，倒换与否按离开环的每一个别通道的信号质量的优劣而定。,复用段倒换环,业务量的保护是以复用