第3章：现代传输技术课件.pptx

1、现代通信技术与网络应用主讲：张宝富第3章 现代传输技术本章内容33.1光纤通信3.2移动通信3.3微波通信3.4卫星通信3.1光纤通信一、光纤通信的特点二、光纤及其传输特性三、光发送机与光接收机四、光放大器与中继器五、光纤链路设计六、WDM系统光纤通信 为了信息交流的目的，利用光波来携带信息在光纤中进行传输的通信方式称为光纤通信。5光纤通信的特点优点：传输频带很宽，通信容量大；中继距离长；不怕电磁干扰；保密性好、无串话干扰；节约有色金属和原材料；线径细、重量轻；抗化学腐蚀、柔软可绕。缺点：强度不如金属线；连接比较困难；分路、耦合不方便；弯曲半径不宜太小。一、光纤通信的特点光纤（光导纤维）光纤的

2、类型 光纤是圆柱形波导，由高折射率的纤芯和低折射率的包层构成。6光纤按制作的材料分为：塑料纤芯和塑料包层光纤、玻璃纤芯和塑料包层光纤、玻璃纤芯和玻璃包层光纤按光纤端面的折射率分布分为：阶跃光纤、梯度（渐变）光纤 按光纤中传播的模式分为：单模光纤SMF、多模光纤MMF二、光纤及其传输特性光纤的类型常用的三种通信光纤 单模阶跃光纤(a)、多模阶跃光纤(b)和多模渐变光纤(c)7二、光纤及其传输特性光纤的数值孔径 从空气入射到光纤纤芯端面上的光线被光纤捕获成为束缚光线的最大入射角max为临界光锥的半角，称其为光纤的数值孔径(Numerical Aperture)，记为NA二、光纤及其传输特性8光纤的

3、截止波长 定义为可在波导内传播的最大波长。换句话说，只有工作频率对应的波长小于截止波长的电磁波才能在波导内传播。二、光纤及其传输特性c 为光纤的截止波长；a：光纤纤芯的半径；n1 :纤芯的折射率；：纤芯与包层的相对折射率差9光纤的传输特性：损耗与色散 损耗特性（损耗系数：dB/km）二、光纤及其传输特性三个低损耗窗口中心波长分别位于0.85 m、1.30 m和1.55 m10光纤的传输特性：损耗与色散二、光纤及其传输特性多模光纤模式色散（多径效应）与带宽距离积（BL）1/2判据法则11光纤的传输特性：损耗与色散二、光纤及其传输特性单模光纤色度（波长）色散与色散系数D：PS/(nm.km)121

4、3光发送机组成 三、光发送机与光接收机接口电路：接口电平转换、码型变换辅助电路：ATC和APC电路发射光源：LD与LED光源驱动电路：V-I电压到电流转换电路14光发送机组成 三、光发送机与光接收机发射光源：LD与LED光源是光发送电路的核心器件，主要完成电信号到光信号的转换。光纤通信系统的发光器通常有以下两种：发光二极管(LED)和激光二极管(LD)。这两种二极管是由半导体材料制成的PN结。15光发送机组成 三、光发送机与光接收机LD与LED比较LD的优点如下：LD产生的激光，方向性很强，易于光纤的耦合。LD的输出光功率大于LED，使系统具有更长的通信距离。LD适用于更高的调制速率。LD的缺

5、点如下：LD比LED约贵10倍。由于LD辐射功率较高，因而寿命比LED短。LD对温度的变化更敏感。16光发送机组成 三、光发送机与光接收机光源驱动电路光源驱动电路就是给光源提供恒定偏置电流和调制信号的电路，因此也可叫作光源的调制电路。一般说来，光源驱动电路是一种电流开关电路，最常用的是差分电流开关电路。在对LD进行高速脉冲调制时，驱动电路既要有快的开关速度，又要保持有良好的电流脉冲波形。17光发送机组成 三、光发送机与光接收机接口电路接口电路在数字光纤传输系统设备的总体设计中，为了方便光发送机对其输入脉冲信号码型的选择，统一电路接口，简化设备的电路结构，一般输入到光发送机的脉冲信号都采用NRZ

6、码型。而在光发送机中可以采用NRZ码型，也可采用RZ码型。辅助电路辅助电路LD对环境温度敏感以及自身老化特性等原因，其发光功率会发生改变，因而除了以上主要电路之外还应有ATC（自动温度控制）和APC（自动功率控制）电路。18光接收机组成 三、光发送机与光接收机主放大器：进一步放大信号以满足后续电路要求判决电路：数字再生恢复信号译码器：码型反变换。光电变换：PIN与PD前置放大器：低噪声放大器19光接收机组成 三、光发送机与光接收机PIN特点如下：PIN二极管是一种耗尽层光电二极管，中间夹了一层掺杂浓度非常低的(近似于纯的或本征)半导体。本征材料的耗尽层很宽，足以使大多数入射到光电二极管的光子都

7、被耗尽层吸收，即大多数光子被其中的价带电子吸收，使其具有较高的能量生成载流子，形成电流。20光接收机组成 三、光发送机与光接收机APD特点如下：APD是一种PIPN组成的四层结构。光入射到二极管并被较薄的、重掺杂的N层吸收，使IPN结的电场强度增强。在强反向电场的作用下，PN结内部产生雪崩式的碰撞电离作用。当一个载流子获得足够能量后就再去碰撞其他束缚电子，而这些被电离的载流子又会继续去碰撞，产生更多的电离子。这个过程持续不断就像雪崩一样，实际上它就相当于内部增益或载流子放大。21光接收机组成 三、光发送机与光接收机 光电检测器性能参数有以下几点：响应度。响应度是光电检测器转换效率的度量，是光电

8、二极管输出电流与输入光功率之比，单位是安培/瓦特(A/W)。响应度一般是针对特定的波长或频率给定的。暗电流。暗电流是指在没有入射光的情况下光电二极管的漏电流，它是由二极管热生载流子引起的。渡越时间。渡越时间是指光产生的载流子通过耗尽区所需要的时间，这一参数决定了光电二极管的最大比特率。光谱响应。光谱响应用来确定对于给定光电二极管的波长响应范围。一般光谱响应可在图表上表示为波长或频率的函数。短距离光纤通信系统长距离光纤通信系统四、光放大器与中继器光放大器补偿损耗再生器补偿损耗与信号整形22目的：对光发送机与光接收机之间的光纤链路 进行功率预算典型光纤链路损耗如下：四、光纤链路设计光缆损耗。取决于

9、光缆长度及损耗系数（dB/km）。光源与光缆接口损耗。活动连接器损耗。光缆与光检测器接口损耗。活动连接器损耗。熔接损耗。远距离通信要求很多节光缆，光缆之间可通 过熔合连接在一起。光缆弯折。如果光缆弯折的角度过大，光缆中的信号不再 以全反射形式传播，在纤芯与包层分界面的折射光会进 入包层，造成损耗。23概念：若干光发送机分别工作于各自的载波(i)，借助WDM耦合器复用为多路信号进入同一根光纤，传输至接收端，再借助一个解复用器将复用信号分离后，分别送到各自的接收机。波分复用光纤链路（EDFA：直接放大光信号）四、WDM系统243.2移动通信一、移动通信的特点二、移动通信系统三、移动通信中的电波传播

10、四、移动通信组网技术一、移动通信的特点概念移动通信是指通信的双方或一方在移动中（或暂时停留在某一非预定位置上）进行的信息传递方式。特点移动通信的电波传播环境复杂。多径效应和多普勒频移。干扰问题比较严重。互调、邻道、同频道、多址等干扰。移动通信可利用的频谱资源非常有限。采用节省频率资源、提高频率利用率的新技术、新体制。移动通信系统交换控制、网络管理复杂。用户的登记和定位以及用户过境切换和漫游的控制等。移动台可靠性及工作条件要求较高。26二、移动通信系统分类移动通信系统主要有蜂窝系统，集群系统，AdHoc网络系统，卫星通信系统，分组无线网，无绳电话系统，无线电传呼系统等。蜂窝AdHoc卫星集群27

11、三、移动通信中的电波传播三种电波传播方式直射波、反射波和绕射波。直射波：发射电波经直线传播直接到达接收机反射波：经反射后到达接收机绕射波：绕至阻挡物的背面到达接收机28三、移动通信中的电波传播电波传播特征多径效应与瑞利衰落、多普勒频移和多径时延展宽。随着移动用户的移动，多径传播的传播环境也就不断变化，从而引起多径传播的路径、多径条数、多径时延、各条路径信号强度等均不断变化，其结果造成多径信号合成的接收信号电平在大范围内快速随机地变化(起伏)，这种现象称为“衰落”29三、移动通信中的电波传播电波传播特征多普勒频移30三、移动通信中的电波传播电波传播特征多径时延展宽不同路径信号到达接收点的时间不同

12、会形成时延散布发送宽度为T的脉冲信号展宽成宽度为T+的信号31移动通信的工作方式：单工/半双工/全双工四、移动通信组网技术单工通信半双工通信全双工通信32制式：大区制/小区制四、移动通信组网技术大区制小区制33区域覆盖：服务区/小区形状/区群、中心与顶点激励四、移动通信组网技术大区制小区制34区域覆盖：服务区/小区形状/区群、中心与顶点激励四、移动通信组网技术正三角形正方形正六边形35区域覆盖：服务区/小区形状/区群、中心与顶点激励四、移动通信组网技术7小区无线区群4小区无线区群36区域覆盖：服务区/小区形状/区群、中心与顶点激励四、移动通信组网技术中心激励顶点激励37小区干扰与分裂：定向小区

13、/微蜂窝四、移动通信组网技术定向小区干扰小区分裂：微蜂窝383.3微波通信一、微波通信的特点二、微波通信系统三、微波信道电波传播四、SDH数字微波一、微波通信的特点微波是指波长为1 m1 mm（频率为300 MHz300 GHz）范围内的电磁波。微波波段还可以细分为“分米波”(波长为1m10 cm)、“厘米波”(波长为10 cm1 cm)和“毫米波”(波长为1cm1 mm)。微波通信是指用微波波段的电磁波进行的通信。概念40一、微波通信的特点特点中继传输 微波按直线传播，考虑到地球表面的弯曲和空间传输损耗，通信距离一般只有几十千米，即常说的视距。远距离通信时，采用中继(接力)传输方式。微波波段

14、的频带宽，通信容量大，适于传输宽频带信号天线增益高、方向性强，外界干扰较小 微波天线把电磁波聚集成很窄的波束，得到方向性很强的天线。随着频率的升高，外部干扰和噪声会逐渐下降。通信灵活性大，投资少、建设快 不需要架电缆或光缆，它在抵御水灾、台风、地震等自然灾害及跨越高山、水域等复杂地理环境方面具有较大的灵活性。41二、微波通信系统系统构成：发送机、中继站和接收机。中继站的三种接力方式：再生转接、中频转接和微波直接转接。42损耗、失真、衰落43三、微波信道电波传播损耗、失真、衰落44三、微波信道电波传播自由空间损耗与中继距离45三、微波信道电波传播LbS=92.44+20 lgd+20 lgf d

15、B d：收发两地之间的距离，单位为km；f：工作频率，单位为GHz；PT/PR：发射/接收功率。自由空间损耗与中继距离46三、微波信道电波传播GR(dB)、GT(dB)：分别为收发天线增益，LFR(dB)、LFT(dB)：分别为收发两端馈线系统损耗，LBR(dB)、LBT(dB)：分别为收发两端分路系统损耗Lbs：为微波在自由空间的传播损耗。数字微波系统组成天馈系统：天馈线、分路系统收发信机：发信机和收信机调解器：调制器和解调器基带处理：编译码、多路复用、基带信号处理47四、SDH数字微波SDH数字微波系统SDH复用设备微波设备48四、SDH数字微波3.4卫星通信一、卫星通信概述二、卫星通信系

16、统与网络结构三、VSAT（甚小孔径口径终端）卫星通信概念利用人造地球卫星作为中继站转发微波信号，在地球上(包括地面、水面和低层大气中)的两个或多个地球站之间进行的通信，称为卫星通信。中继站称为通信卫星，地球站就是无线通信站50一、卫星通信概述同步通信卫星当卫星轨道为圆形且在赤道平面上时，其飞行方向与地球的自转方向相同时，绕地球一周的时间与地球自转周期相等，这时从地面上任何一点看去，卫星均处于静止状态，这种卫星称为地球同步卫星。51一、卫星通信概述 通信距离远，且建站费用与通信距离几乎无关。卫星通信覆盖面积大，便于实现多址通信。工作频带宽，通信容量大，适用于多种业务传输。通信线路稳定可靠，传输质

17、量高。机动灵活。卫星通信不仅能作为大型固定地球站之间的远距离干线通信，而且可以在车载、船载、机载等移动地球站间进行通信，甚至还可以为个人终端提供通信服务。卫星通信需要高度可靠和长寿命的通信卫星。卫星通信要求地球站有大功率发射机和高灵敏度接收机。卫星通信信号延迟较大。通信安全性还有待加强。52一、卫星通信概述卫星通信特点 工作频段53一、卫星通信概述卫星通信电波传播频段频段 L波波段段 C波波段段 X波波段段 Ku波波段段Ka波波段段频率频率1.6/1.5GHz1.6/1.5GHz6.0/4.0GHz6.0/4.0GHz8.0/7.0GHz8.0/7.0GHz14.0/12.0GHz14.0/1

18、2.0GHz14.0/11.0GHz14.0/11.0GHz30/20GHz30/20GHz 卫星通信的无线电波，主要在大气层以外的自由空间内传播，传输损耗主要取决于自由空间传播损耗，故卫星通信的电波传播信道是稳定的，可以看成是恒参信道。日凌中断与多普勒频移54一、卫星通信概述卫星通信电波传播卫星通信系统组成空间分系统（通信卫星）、地球站分系统、跟踪遥控指令分系统和监控管理分系统等。55二、卫星通信系统与网络结构卫星通信系统组成通信卫星上的通信系统（卫星转发器）56二、卫星通信系统与网络结构二种透明转发器（一次变频和二次变频）卫星通信系统组成通信卫星上的通信系统（卫星转发器）57二、卫星通信系

19、统与网络结构处理转发器卫星通信系统组成地球站分系统：发射系统和接收系统58二、卫星通信系统与网络结构卫星通信系统网络结构59二、卫星通信系统与网络结构(a)星状网；(b)网状网卫星通信系统工作方式60二、卫星通信系统与网络结构双跳通信线路 （a)不同区之间通信共视中继站 (b)同一区内通过中央站中继单跳通信线路VSAT概念及特点61三、VSAT（甚小孔径口径终端）VSAT 是 Very Small Aperture Terminal 的缩字，直译为甚小口径卫星终端站。所以也称为卫星小数据站（小站）或个人地球站（PES），这里的“小”字指的是VSAT卫星通信系统中小站设备的天线口径小，通常为0.

20、3-1.4M。VSAT概念及特点62三、VSAT（甚小孔径口径终端）VSAT系统具有灵活性强，可靠性高，成本低，使用方便以及小站可直接装在用户端等特点。该系统由288颗近地轨道构成，每颗星上由路由器通过光通信与相邻卫星连接构成空中互联网。地面服务商接入网关站（双向64Mbps）和一般移动用户（下行64Mbps，上行2Mbps）直接与卫星连接接入。VSAT概念及特点63三、VSAT（甚小孔径口径终端）VSAT系统由一个主站及众多分散设置在各个用户所在地的远端VSAT组成，可不借助任何地面线路，不受地形、距离和地面通信条件限制，主站和VSAT间可直接进行高达2Mbps的数据通信。特别适用于有较大信息量和所辖边远分支机构较多的部门使用。VSAT系统可提供电话、传真、计算机信息等多种通信业务。VSAT组网方式与多址协议64三、VSAT（甚小孔径口径终端）早期VSAT无例外地采用了频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等多址方式。随着技术的进步，分组数据传输的大规模地兴起，VSAT系统又增添了不少新型多址连接方式，例如随机多址连接RA（时隙ALOHA/预约-ALOHA/自适应时隙）和按需分配的多址方式（DAMA）等。星状网络65感感 谢谢谢谢，精品课件资料搜集