1、2.1 传传 输输 介介 质质2.1.1 基本概念基本概念 (1) 什么是传输介质 所谓传输介质，是指传输信号的物理通信线路。任何数据在实际传输时都会被转换成电信号或光信号的形式在传输介质中传输，数据能否成功传输则依赖于两个因素：被传输信号本身的质量和传输介质的特性。 （2）什么是信道带宽 所谓信道，就是信号传输的通道；一般的通信系统包括了信源编码、信道编码、调制解调、物理信道；从信源编码到信源解码这一系列过程都可以认为是广广义信道义信道；狭义的信道狭义的信道仅仅指物理信道，即传输介质和媒介；物理信道的带宽由传输介质决定；广义信道带宽（即系统带宽，通信理论中通常所指的信道带宽）指进入物理信道前
2、允许的最大信号基带频谱宽度（最大信号带宽），这是由系统所决定的。 （3 3）什么是信号带宽）什么是信号带宽 信号包含的频率成分的范围称为频谱，信号包含的频率成分的范围称为频谱，而信号的带宽就是频谱的绝对宽度。由于信而信号的带宽就是频谱的绝对宽度。由于信号所携带的能量并不是在其频谱上均匀分布号所携带的能量并不是在其频谱上均匀分布的，因此又引入了有效带宽的概念，它指包的，因此又引入了有效带宽的概念，它指包含信号主要能量的那一部分带宽。如不加说含信号主要能量的那一部分带宽。如不加说明，带宽通常均指有效带宽。明，带宽通常均指有效带宽。（4 4）什么是信道速率）什么是信道速率 传输速率和带宽的关系可以由
3、香农传输速率和带宽的关系可以由香农公式和公式和NyquistNyquist准则确定。准则确定。 在通信理论研究中多用第一种解释，在通信理论研究中多用第一种解释，在计算机网络中信道带宽常常指传输速在计算机网络中信道带宽常常指传输速率率 。 （5 5）传输介质的特性）传输介质的特性 物理特性：对传输介质物理结构的描物理特性：对传输介质物理结构的描述述 传输特性：传输介质允许传送数字或传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号，以及调制技术、传送容量与传送模拟信号，以及调制技术、传送容量与传送的频率范围等的频率范围等 连通特性：允许点点或多点连接连通特性：允许点点或多点连接 地理范围：传送介质的最大传
4、输距离地理范围：传送介质的最大传输距离 抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力干扰对传输数据影响的能力 相对价格：包括器件费用、安装与维相对价格：包括器件费用、安装与维护护（6 6）传输介质的选择）传输介质的选择 可以用传输介质的可以用传输介质的有效传输距离有效传输距离和和带宽带宽来衡量其质量，其中传输距离与带宽成反比，来衡量其质量，其中传输距离与带宽成反比，同时带宽越宽，成本越高。而在数字传输中，同时带宽越宽，成本越高。而在数字传输中，具有一定带宽的传输介质的最大传输速率与具有一定带宽的传输介质的最大传输速率与信号的调制方式也紧密相关。另一方
5、面，不信号的调制方式也紧密相关。另一方面，不同的传输介质都有自己独特的传输特性，因同的传输介质都有自己独特的传输特性，因此传输介质的选择，应从性能、成本、适用此传输介质的选择，应从性能、成本、适用场合等方面综合考虑。场合等方面综合考虑。(7)(7)基带传输基带传输基带信号(Baseband Signal)(Baseband Signal)：是指信源发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号。基带信号（包括模拟基带信号和数字基带基带信号（包括模拟基带信号和数字基带信号）的传输方法有信号）的传输方法有基带传输和频带传输基带传输和频带传输（又称载波传输、调制传输）两种。（又称载波传输、调制
6、传输）两种。u基带传输基带传输: :将基带信号直接送往信道中传将基带信号直接送往信道中传输的传输方式；输的传输方式；如在某些有线信道中，特别是传输距离不太远如在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，可以让基带信号直接进行传输。的情况下，可以让基带信号直接进行传输。基带传输是一种最基本的数据传输方式。线路基带传输是一种最基本的数据传输方式。线路设备简单，信道利用率低。设备简单，信道利用率低。u频带传输频带传输:将基带信号对载波进行调制后，以将基带信号对载波进行调制后，以载波传输的传输方式。载波传输的传输方式。比如在无线信道和光信道中，基带信号则必须比如在无线信道和光信道中，基带信号则必须
7、经过调制，以载波传输的方式在信道中传输。经过调制，以载波传输的方式在信道中传输。宽带传输 将信道分成多个子信道，分别传送音频、将信道分成多个子信道，分别传送音频、视频和数字信号，称为宽带传输。宽带是比音视频和数字信号，称为宽带传输。宽带是比音频带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱。频带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱。使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输系使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输系统。其通过借助频带传输，可以将链路容量分统。其通过借助频带传输，可以将链路容量分解成两个或更多的信道，每个信道可以携带不解成两个或更多的信道，每个信道可以携带不同的信号，这就是宽带传输。如同的信
8、号，这就是宽带传输。如CATVCATV 传输介质分为有线介质和无线介质两大类，无论何种传输介质分为有线介质和无线介质两大类，无论何种情况，信号都是以电磁波的形式传输的。情况，信号都是以电磁波的形式传输的。在有线介质中，电磁波信号会沿着有形的固体介质传在有线介质中，电磁波信号会沿着有形的固体介质传输，有线介质目前常用的有双绞线、同轴电缆和光纤；输，有线介质目前常用的有双绞线、同轴电缆和光纤；在无线介质中，电磁波信号通过地球外部的大气或外在无线介质中，电磁波信号通过地球外部的大气或外层空间进行传输，大气或外层空间并不对信号本身进行制层空间进行传输，大气或外层空间并不对信号本身进行制导。无线传输常用
9、的电磁波段主要有无线电、微波、红外导。无线传输常用的电磁波段主要有无线电、微波、红外线等。线等。2.1.2 2.1.2 传输介质传输介质有线介质有线介质无线介质无线介质双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光光 纤纤无线电无线电微微 波波红外线红外线传传输输介介质质 1双绞线双绞线 双绞线是指由一对绝缘的铜导线扭绞在一起组成的一条物理通信链路。采用双线扭绞的形式主要是为减少线间的低频干扰，扭绞得越紧密抗干扰能力越好。图2.1 双绞线的物理结构扭距传输特性：传输特性：（）串音会随频率的升高而增加，抗干扰能力差，通常用作电话用户线和局域网传输介质，在局域网范围内传输速率可达100 Mb/s，但其很难用于宽带
10、通信和长途传输线路。（）模拟信号和数字信号均可传图2.2 双绞线的构成铜线绝缘层外屏蔽层外部保护层（a ） 屏蔽双绞线（a ） 屏蔽双绞线铜线绝缘层外部保护层（b ） 非屏蔽双绞线（b ） 非屏蔽双绞线双绞线主要分成两类：双绞线主要分成两类：非屏蔽非屏蔽(UTP：Unshielded Twisted Pair)和屏蔽和屏蔽(STP：Shielded Twisted Pair )。屏蔽双绞线除了应用在。屏蔽双绞线除了应用在IBM的令的令牌环网中以外，其他领域并无太多应用。目前电话用户线牌环网中以外，其他领域并无太多应用。目前电话用户线和局域网中都使用非屏蔽双绞线，例如普通电话线多采用和局域网中都
11、使用非屏蔽双绞线，例如普通电话线多采用24号号UTP。常用。常用UTP的性能如表的性能如表2.1所示。所示。表表2.1 常用常用UTP的性能的性能10带宽带宽base数字基带传输数字基带传输T双绞线双绞线5类和类和3类类都可以都可以,3类更合适类更合适T1和和E1是物理连接技术，是物理连接技术，T1是美是美国标准，国标准，1.544M，E1是欧洲标准，是欧洲标准，2.048M，我国的专线一般都是，我国的专线一般都是E1，然后根据用户的需要再划信道分配然后根据用户的需要再划信道分配（以（以64K为单位）。比如为单位）。比如PPP的的DDN线路以及线路以及frame-relay的线路的线路等都可以
12、使用他们等都可以使用他们类别类别 规格规格AWG 性能性能 典型应用典型应用 三类三类 22和和24 16 MHz E1/T1 、令牌环网、令牌环网、10 Base - T网等网等 四类四类 各种各种 20 MHz 4/16 Mb/s令牌环网令牌环网 五类五类 各种各种 100 MHz 4/16 Mb/ s令牌环网、令牌环网、 1 0/100 Base - T网等网等 2.2.同轴电缆：同轴电缆：同轴电缆由一根实心的铜质线作为内导体、一个空心的铜质圆形薄皮作为外导体，内外导体之间由塑料绝缘材料隔离，外导体之外再被覆聚氯乙烯或其它绝缘材料，外导体以内导体为同心轴，所以称为同轴电缆。u特点：抗干扰
13、性能很强。l50的同轴电缆：局域网基带传输。传输带宽为120M 传输距离11.2kml75的同轴电缆：闭路电视系统（CATV）。频分多路复用50个信道。支持的带宽：300450MHz。距离：100km 支持点到点和多点通信；支持点到点和多点通信； 传输距离几传输距离几km到几十千米；到几十千米； 目前主要应用于目前主要应用于CATV和光纤同轴混合接入网和光纤同轴混合接入网 ；2.2.同轴电缆同轴电缆 3光纤光纤 外 套包 层纤 芯小 于 临 界 角 的 光 线 将 被 外套 吸 收入 射 角反 射 角图2.4 光纤的物理结构光纤是一种同轴性结构，由纤芯、包层和外套三个同轴部分组成，其中纤芯、包
14、层由两种折射率不同的玻璃材料制成，利用光的全全反射反射可以使光信号在纤芯中传输, 包层的折射率略小于纤芯，以形成光波导效应，防止光信号外溢。石英光纤石英光纤玻璃光纤玻璃光纤塑料光纤塑料光纤石英光纤石英光纤最为实用最为实用 光纤系统的工作频率分布在10141015Hz范围内，属于近红外区，其潜在带宽是巨大的。目前10 Tb/s/100 km的实验系统已试验成功，通过密集波分复用(DWDM)在一根光纤上实现40 Gb/s/200 km传输的实际系统已经在电信网上广泛使用。 体积小、重量轻。低衰减、抗干扰能力强。传输范围达到6-8km 光纤分为多模光纤光纤分为多模光纤(MMF)和单模光纤和单模光纤(
15、SMF)两种基本类两种基本类型。多模光纤主要用于短距低速传输，比如接入网和局域网，型。多模光纤主要用于短距低速传输，比如接入网和局域网，一般传输距离应小于一般传输距离应小于2 km。 单模光纤的纤芯直径非常小，通常为单模光纤的纤芯直径非常小，通常为410 m, 在任何在任何时候，单模光纤只允许光信号以一种模式通过纤芯。目前长时候，单模光纤只允许光信号以一种模式通过纤芯。目前长途传输主要采用单模光纤。在途传输主要采用单模光纤。在ITU-T的最新建议的最新建议G.652、G.653、G654、G.655中对单模光纤进行了详细的定义和规范。中对单模光纤进行了详细的定义和规范。单模光纤多模光纤 在光脉
16、冲信号传输的过程中，所使用的波长与传输速在光脉冲信号传输的过程中，所使用的波长与传输速率、信号衰减之间有着密切的关系。率、信号衰减之间有着密切的关系。通常采用的光脉冲信通常采用的光脉冲信号的波长集中在某些波长范围附近，这些波长范围习惯上号的波长集中在某些波长范围附近，这些波长范围习惯上又称为窗口又称为窗口，目前常用的有，目前常用的有850 nm、1310 nm和和1550 nm为为中心的三个低损耗窗口，在这三个窗口中，信号具有最优中心的三个低损耗窗口，在这三个窗口中，信号具有最优的传输特性。在局域网中较常采用的传输特性。在局域网中较常采用850 nm，而在长距离和，而在长距离和高速率的传输条件
17、下的城域网和长途网中均采用高速率的传输条件下的城域网和长途网中均采用1550 nm波波长。长。 4无线介质无线介质u何谓无线电通信何谓无线电通信通信就是在一点准确或近似地再现另一点所选择通信就是在一点准确或近似地再现另一点所选择的消息的消息香农。香农。l这个再现的过程包括一个最重要的环节：即这个再现的过程包括一个最重要的环节：即承载信息的载波。承载信息的载波。无线电通信是指利用无线电波作载波传递各种消无线电通信是指利用无线电波作载波传递各种消息的各种通信方式的总称。息的各种通信方式的总称。100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 102
18、2 1024104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波 调幅无线电 调频无线电 海事无线电光纤电视(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHFUHFSHF EHFTHF波段 移动无线电 图图2.4 电磁波频谱及其在通信中的应用电磁波频谱及其在通信中的应用1) 无线电 无线电又称广播频率无线电又称广播频率(RF: Radio Frequency), 其工作频率其工作频率范围在几十兆赫兹到范围在几十兆赫兹到200兆赫兹左右。兆赫兹左右。优点优点:易于产生，能够长距离
19、传输，能轻易地穿越建筑物，并易于产生，能够长距离传输，能轻易地穿越建筑物，并且其传播是全向的，非常适合于广播通信。且其传播是全向的，非常适合于广播通信。缺点缺点:是其传输特性与频率相关：低频信号穿越障碍能力强，是其传输特性与频率相关：低频信号穿越障碍能力强，但传输衰耗大；高频信号趋向于沿直线传输，但容易在障碍但传输衰耗大；高频信号趋向于沿直线传输，但容易在障碍物处形成反射，并且天气对高频信号的影响大于低频信号。物处形成反射，并且天气对高频信号的影响大于低频信号。高频无线电波传播途径 2) 微波 微波指频段范围在微波指频段范围在300 MHz30 GHz的电磁波，因为其波的电磁波，因为其波长在毫
20、米范围内，所以产生了微波这一术语。长在毫米范围内，所以产生了微波这一术语。 微波信号的主要特征是在空间沿直线传播，因而它只能在微波信号的主要特征是在空间沿直线传播，因而它只能在视距范围内实现点对点通信，通常微波中继距离应在视距范围内实现点对点通信，通常微波中继距离应在80 km范范围内。微波的主要缺点是信号易受环境的影响围内。微波的主要缺点是信号易受环境的影响(如降雨、薄雾、如降雨、薄雾、烟雾、灰尘等烟雾、灰尘等)，频率越高影响越大，另外高频信号也很容易，频率越高影响越大，另外高频信号也很容易衰减。衰减。卫星通信卫星通信可认为是微波通信的一种特殊形式。可认为是微波通信的一种特殊形式。 地面微波
21、接力地面微波接力两个地面站之间传送距离：两个地面站之间传送距离：50 -100 km地球同步卫星地球同步卫星(对地静止对地静止) 与地面站位置相对固定与地面站位置相对固定 使用使用3个卫星可覆盖全球个卫星可覆盖全球 一个卫星使用一个卫星使用1220个转发器，个转发器，每个转发器频宽每个转发器频宽3650MHz 地面站大量使用甚小孔径地球地面站大量使用甚小孔径地球 站站VSAT 传输延迟时间长传输延迟时间长(270ms) 3) 红外线红外线 红外线指红外线指10121014Hz范围的电磁波信号。与微波相范围的电磁波信号。与微波相比，红外线最大的缺点是不能穿越固体物质，因而它主要比，红外线最大的缺
22、点是不能穿越固体物质，因而它主要用于短距离、小范围内的设备之间的通信。用于短距离、小范围内的设备之间的通信。 红外线通信目前主要用于家电产品的远程遥控，便携红外线通信目前主要用于家电产品的远程遥控，便携式计算机通信接口等。式计算机通信接口等。电信领域使用的电磁波的频谱电信领域使用的电磁波的频谱各种常用传输媒体的比较小结（本节重点）小结（本节重点）u双绞线(UTP和STP)、同轴电缆、光纤的使用特点u单模光纤和多模光纤的使用特点u无线通信常用的传输介质与使用特点2.2 多多 路路 复复 用用什么是多路复用（Multiplexing） DEMUX复用器复用器解复用器解复用器共享信道 MUX多路复用
23、技术多路复用技术u 多路复用技术就是将多路信号组合在一条物理多路复用技术就是将多路信号组合在一条物理 信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将 各路信号分离开来。这样使一条物理信道资源各路信号分离开来。这样使一条物理信道资源 被多路信号共享。被多路信号共享。u多路复用技术包括多路复用技术包括: : 频分多路复用频分多路复用(FDM) (FDM) 时分多路复用时分多路复用(TDM)(TDM) 波分多路复用波分多路复用(WDM)(WDM) 按信号在传输介质上的复用方式不同，传输系统分为：按信号在传输介质上的复用方式不同，传输系统分为：基带传输系统、频分复用传
24、输系统、时分复用传输系统、波基带传输系统、频分复用传输系统、时分复用传输系统、波分复用传输系统分复用传输系统2.2.1 2.2.1 基带传输系统基带传输系统在传输介质上直接传输基带信号的系统。在传输介质上直接传输基带信号的系统。如：计算机局域网如：计算机局域网(1) FDM的基本原理 FDM是利用传输介质的带宽高于单路信号的带宽这一特点，将多路信号经过高频载波信号调制后在同一介质上传输的复用技术。为防止各路信号之间相互干扰，要求每路信号要调制到不同的载波频段上，而且各频段之间要保持一定的间隔,这样各路信号通过占用同一介质不同的频带实现了复用。2.2.2 2.2.2 频分复用传输系统频分复用传输
25、系统频分多路复用带宽分配示例AFDM 多路复用过程示例FDM 解多路复用过程示例FDM 中的移频与叠加（频谱）带通滤波器 f1s1解调器 f1m1带通滤波器 f2s2解调器 f2m2带通滤波器 fnsn解调器 fnmns1m1s2m2snmn调制器 f1调制器 f2调制器 fn信道 1信道 2信道 n时间频率f1f2fnfFDM 信号(b)(a)图2.5 FDM原理示意图(a) FDM信道划分；(b) FDM系统示意图 ITU-T标准的话音信号频分多路复用的策略如下：为每路话音信号提供4 kHz的信道带宽，其中3 kHz用于话音，两个500 Hz用于防卫频带，12路基带话音信号经调制后每路占用
26、60108 kHz带宽中的一个4 kHz的子信道。这样12路信号构成的一个单元称为一个群。在电话通信的FDM体制中，五个群又可以构成一个超群Supergroup，还可以构成复用度更高的主群Mastergroup。FDM 分层多路复用分层多路复用（2）FDM的特点 优点：容易实现，技术成熟，能较充分地利用信道带宽。 缺点：传输的是模拟信号，需要模拟的调制解调设备，成本高且体积大，由于难以集成，因此工作的稳定度也不高。目前FDM技术主要用于电话和电缆电视系统，在光纤介质上该方式更习惯被称为波分复用。（1） TDM的原理 TDM将模拟信号经过PCM(Pulse Code Modulation)调制后
27、变为数字信号，然后进行时分多路复用的技术。它是一种数字复用技术，TDM中多路信号以时分的方式共享一条传输介质，每路信号在属于自己的时间片中占用传输介质的全部带宽。国际上主要的TDM标准有北美地区使用的T载波方式，一次群信号T1每帧24时隙，速率为1.544 Mb/s；国际电联标准E载波方式，一次群信号E1每帧32时隙, 速率为2.048 Mb/s，两者相同之处在于都采用8000 Hz频率对话音信号进行采样，因此每帧时长都是125 s。脉冲编码调制：脉冲编码调制：模拟信号数字化模拟信号数字化的一种方法的一种方法2.2.3 2.2.3 时分复用传输系统时分复用传输系统TDM多适用于数字信号传输多适
28、用于数字信号传输TDM工作原理示例工作原理示例图2.6 TDM原理示意图(a) TDM信道划分；(b) TDM系统示意图s1m1s2m2snmnPCM 编码时间(b)(a)PCM 编码PCM 编码复用s1m1s2m2snmnPCM 解码PCM 解码PCM 解码分路1 2nm 帧1 2nm1 帧信道1信道2信道n时隙TDM 信道信号频率（2）TDM的特点的特点 相对于频分复用传输系统，时分复用传输系统相对于频分复用传输系统，时分复用传输系统可以利用数字技术的全部优点：差错率低，安全性可以利用数字技术的全部优点：差错率低，安全性好，数字电路的高集成度，以及更高的带宽利用率。好，数字电路的高集成度，
29、以及更高的带宽利用率。它已成为传输系统的主流技术，目前主要有两种时它已成为传输系统的主流技术，目前主要有两种时分数字传输体制：准同步数字体系分数字传输体制：准同步数字体系PDH和同步数字和同步数字体系体系SDH。其主要缺点是：通信双方时隙必须严格。其主要缺点是：通信双方时隙必须严格保持同步。保持同步。T1 信道信道 广泛用于北美和日本的电话系统中。广泛用于北美和日本的电话系统中。每秒每秒 8000 8000 次采样次采样( (帧帧) )，一共，一共2424路信号，路信号，每路信号每路信号8 8位位( (含含1 1比特控制比特控制),),每帧还有每帧还有1 1同步比特。同步比特。数据传输率：数据
30、传输率：193 193 * * 8000 = 1.544 Mbps 8000 = 1.544 MbpsT1 信道传输速率信道传输速率1.544 MbpsTDM 分层多路复用分层多路复用 (T1,T2,T3,T4)E1E1信道信道 用于北美和日本以外地区，包括中国。用于北美和日本以外地区，包括中国。每秒每秒80008000次采样次采样( (帧帧) )，一共，一共3232路信号路信号( (其其中中2 2路作信令同步路作信令同步) )，每路信号，每路信号8 8位位, ,每帧还每帧还有有1 1同步比特。速率为：同步比特。速率为：8 8 * * 32 32 * * 8000 = 8000 = 2.048
31、 Mbps2.048 Mbps0121631帧同步帧同步信令信道信令信道30 路话音数据信道 + 2 路控制信道（1）WDM的原理 目前一根单模光纤的传输速率可达到目前一根单模光纤的传输速率可达到 2.5Gb/s，如能采用色散补偿技术解决光纤传输中的色散问题如能采用色散补偿技术解决光纤传输中的色散问题 (指光脉冲中由于不同频率分量传输速率不同导致信指光脉冲中由于不同频率分量传输速率不同导致信号失真产生误码的现象号失真产生误码的现象)，则一根单模光纤的传输速，则一根单模光纤的传输速率可达到率可达到10Gb/s，这已是当前单个光载波信号传输，这已是当前单个光载波信号传输的极限值。的极限值。2.2.
32、4 2.2.4 波分复用传输系统波分复用传输系统波分波分多路复用多路复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是光的频分复用。不同的信源使用不同波长的光波来传输是光的频分复用。不同的信源使用不同波长的光波来传输数据，各路光波经过一个棱镜（或衍射光栅）合成一个光数据，各路光波经过一个棱镜（或衍射光栅）合成一个光束在光纤干道上传输，在接收端利用相同的设备将各路光束在光纤干道上传输，在接收端利用相同的设备将各路光波分开。这样复用后，可以使光纤的传输能力成几倍几十波分开。这样复用后，可以使光纤的传输能力成几倍几十倍的提高。倍的提高。图2.7 DWDM传输系统结构1
33、TX12TX2TXnOEOnMUX OA光放大器1， 2， n1RX12RX2RXnDMUXnTX光发射器；RX光接收器；OEO波长变换器DWDM 传输（常用在干线上传输） 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km8 8 路路 2.5Gb/s
34、 2.5Gb/s 的光载波的光载波( (波长波长1310nm)1310nm)，经，经光的调制后，分别将波长变换到光的调制后，分别将波长变换到155015501557nm1557nm，经光复用器后在一根光纤中传输，传输总速率可经光复用器后在一根光纤中传输，传输总速率可达达20Gb/s20Gb/s，经一段距离传输后光信号衰减，使用，经一段距离传输后光信号衰减，使用掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器EDFAEDFA放大放大( (这种光放大器不需光这种光放大器不需光电转换，能直接对光信号放大电转换，能直接对光信号放大) )，两放大器间距，两放大器间距120km120km，复用器分用器间无光电转换距离可，复用
35、器分用器间无光电转换距离可600km600km。若光缆中有几十根这样的光纤，总数据率可达若光缆中有几十根这样的光纤，总数据率可达 Tb/s Tb/s 级。级。 导致导致DWDM得以商用化的一个关键技术是得以商用化的一个关键技术是1550nm窗口窗口EDFA光放大器光放大器(Erbium Doped Optical Amplifier)的商用化。的商用化。EDFA是通过在光纤是通过在光纤中掺入少量稀有金属来制成的，使用中掺入少量稀有金属来制成的，使用EDFA后，多后，多路光信号可以共享一个路光信号可以共享一个EDFA，EDFA可以直接在可以直接在光域对它们同时进行放大，而无需像以前那样将光域对它
36、们同时进行放大，而无需像以前那样将每一路光信号先转换回电信号，再进行放大。每一路光信号先转换回电信号，再进行放大。 按照信号在一根光纤中的传送方向来分，目前的按照信号在一根光纤中的传送方向来分，目前的DWDM系统分为两类：双纤单向传输系统和单纤双系统分为两类：双纤单向传输系统和单纤双向传输系统。双纤单向指使用两根光纤实现两个方向向传输系统。双纤单向指使用两根光纤实现两个方向的全双工通信。单纤双向指将两个方向的信号分别安的全双工通信。单纤双向指将两个方向的信号分别安排在一根光纤的不同波长上传输。排在一根光纤的不同波长上传输。 根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不根据波分复用器的不同，可以复
37、用的波长数也不同，从两个至几十个不等，现在商用化的一般是同，从两个至几十个不等，现在商用化的一般是8波波长、长、16波长、波长、40波长系统，每波长速率为波长系统，每波长速率为2.5 Gb/s或或10 Gb/s。目前实验系统中已实现了。目前实验系统中已实现了256波长，每信道波长，每信道40 Gb/s，传输距离，传输距离100 km的的DWDM系统。系统。a) 使一根光纤的传输容量比单波长传输增加了几倍至几十使一根光纤的传输容量比单波长传输增加了几倍至几十倍，降低了长途传输的成本；倍，降低了长途传输的成本；b) WDM对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方对数据格式是透明的，即与信号速率及
38、电调制方式无关。一个式无关。一个WDM系统可以承载多种格式的系统可以承载多种格式的“业务业务”信信号，如号，如ATM、IP或者将来有可能出现的信号。或者将来有可能出现的信号。c) 在网络扩充和发展中，在网络扩充和发展中，WDM是理想的扩容手段，也是是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务引入宽带新业务(如如CATV、HDTV和和B-ISDN等等)的方便手的方便手段，增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新段，增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量。容量。（2 2）WDMWDM的特点的特点光通信光通信u光通信光通信要解决两个最根本的问题：一要找到高强度的、可靠的光源。 二要有稳定的、低
39、损耗的传输媒质光通信光通信激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”，是它的英文名称LASER的音译，是取自英文Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大受激辐射的光放大”。u在在数字通信系统中，传送的中，传送的信号都是数字化都是数字化的脉冲的脉冲序列。这些数字信号流在数字交换设。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，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准确无误，这就叫做才能保证信息传送的准确无误，这就叫做“同步同步”。 u在数
40、字传输系统中，有两种数字传输系列，在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫一种叫“准同步数字系列准同步数字系列”（Psynchronous Digital HierarchyDigital Hierarchy，简称，简称PDHPDH）；另一种叫）；另一种叫“同步数字系列同步数字系列”（Synchronous Digital Synchronous Digital HierarchyHierarchy，简称，简称SDHSDH）。）。 1简介简介 PDH(Psynchronous Digital Hierarchy)是一种异步复用方式，多个PCM的一次群信号可逐步复用为二次群、三次群，最高可达
41、五次群信号。其主要缺点如下： (1) 标准不统一，存在三种标准，且互不兼容； (2) 面向点到点的传输，组网的灵活性不够； (3) 低阶支路信号上、下电路复杂，需要逐次复用、解复用； (4) 帧结构中缺乏足够的冗余信息用于传输网的监视、维护和管理。2.2.5 PDH2.2.5 PDH系统简介系统简介 2帧结构帧结构 在在PCM30/32系统中，一帧由系统中，一帧由32个时隙组成，每个用个时隙组成，每个用户占一个指定的时隙户占一个指定的时隙(TS：Time Slot)，通信时用户在自己，通信时用户在自己的时隙轮流传送的时隙轮流传送8位码组一次，重复周期为位码组一次，重复周期为125s(每秒每秒8
42、000次次), 因此一次群的传输速率为因此一次群的传输速率为3288000=2048 kb/s。帧结构动画演示帧结构动画演示小 结（本节重点）u理解理解FDMFDM、TDMTDM、WDMWDM的基本概念的基本概念u掌握掌握 T1 T1 信道和信道和 E1 E1 信道的基本参数信道的基本参数1.1 SDH产生的技术背景产生的技术背景 SDH是什么是什么同步数字传输体制。类似于同步数字传输体制。类似于PDH， 均为数字信号传输体制。均为数字信号传输体制。 产生的社会背景：产生的社会背景：1）信息社会要求：）信息社会要求： 通信网传输、交换、处理大量信息，向数字化、综通信网传输、交换、处理大量信息，
43、向数字化、综 合化、智能化、个人化发展。合化、智能化、个人化发展。2）作为通信网的承载体传输网要求：）作为通信网的承载体传输网要求： 宽带化宽带化信息高速公路信息高速公路 规范化规范化世界性统一的标准接口世界性统一的标准接口1.2 PDH的固有缺陷：的固有缺陷： 作为传统的数字传输体制，作为传统的数字传输体制，PDH具有以具有以 下固有的缺陷：下固有的缺陷：1、接口方面、接口方面 电接口电接口只有地区性的电接口规范，无只有地区性的电接口规范，无 世界标准。世界标准。 PDH有有3种速率等级：种速率等级：欧洲和中国欧洲和中国（2Mb/s）、日本、北美、日本、北美（1.5Mb/s）。 光接口光接口
44、无光接口规范，各厂家独自开无光接口规范，各厂家独自开 发。发。 设备间互连困难设备间互连困难 2、复用方式：、复用方式： 复用复用/解复用的方式，决定高速信号上解复用的方式，决定高速信号上/下低速下低速 信号的方便性。信号的方便性。 PDH采用采用异步复用异步复用方式：方式： 低速信号在高速信号中的位置无规律性，即无低速信号在高速信号中的位置无规律性，即无 预知性，即预知性，即不能从高速信号中直接分离低速信号不能从高速信号中直接分离低速信号。140Mb/s34Mb/s34Mb/s8Mb/s8Mb/s2Mb/s解解解复复复用用用复复复用用用140Mb/s从高速信号插从高速信号插/分低速信号要分低
45、速信号要一级一级一级一级进行，进行，层层的复用层层的复用/解复用增加了信号的解复用增加了信号的损伤损伤，不利于大容量传输。，不利于大容量传输。3、运行维护功能（、运行维护功能（OAM）：）： OAM决定设备维护成本，决定设备维护成本，与信号帧中开销（冗余）与信号帧中开销（冗余） 字节的数量有关；字节的数量有关； PDH信号帧中信号帧中用于用于OAM的的开销少，开销少，OAM功能弱，功能弱， 系统安全性差系统安全性差4、无统一的网管接口，无法形成统一的无统一的网管接口，无法形成统一的TMN因此，因此，PDH体制不适应大容量传输网的组建，体制不适应大容量传输网的组建，SDH体制体制应运而升。应运而
46、升。2.3 SDH传送网传送网 国际电信联盟国际电信联盟 ITU-T 以美国标准以美国标准 SONET 为基础，制订出国际标准为基础，制订出国际标准 - 同步数字系列同步数字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。与。与SONET的区别在较低的复用层。的区别在较低的复用层。同步光纤网SONETu 旧的数字传输系统存在着许多旧的数字传输系统存在着许多缺点缺点, ,主要有：主要有： 各国速率标准不统一各国速率标准不统一不是同步传输，各终端使用自己的时钟，使不是同步传输，各终端使用自己的时钟，使系统传输设备非常复杂系统传输设备非常复杂u 美国为此制订了同步光纤网
47、标准美国为此制订了同步光纤网标准 SONET SONET (Synchronous Optical Network) (Synchronous Optical Network) ，其各级时，其各级时钟都来自一个非常精确的主时钟；并且钟都来自一个非常精确的主时钟；并且SONETSONET标准中制订的速率兼容了北美、欧洲、日本等标准中制订的速率兼容了北美、欧洲、日本等各国的数字传输网的多种不同速率。各国的数字传输网的多种不同速率。 SONET 的体系结构线路SDH终端SDH终端复用器或分用器复用器或分用器转发器转发器段段段路径同步和同步和复用复用 传送传送 STS/OC-n 帧帧同步和同步和复用复
48、用处理路径端处理路径端接设备间的接设备间的业务的传输业务的传输处理路径端处理路径端接设备间的接设备间的业务的传输业务的传输SONET 结构图结构图STS : Synchronous Transport Signal，同步传输信号，同步传输信号MUX, Multiplexer: 多路复用器多路复用器同步光纤网同步光纤网 SONETu SONET SONET 第第1 1级同步传送信号级同步传送信号 STS-1 STS-1 ( Synchronous Transport Signal) ( Synchronous Transport Signal) 的传输速率为的传输速率为 51.84 Mb/s51
49、.84 Mb/s，第，第 3 3 级同步传送信号级同步传送信号 STS-3 STS-3 传输速传输速率是率是 STS-1 STS-1 的的3 3倍，为倍，为155.52 Mb/s155.52 Mb/s， ，等等，等等，依此类推。依此类推。 STSSTS幀为时分复用幀，幀为时分复用幀，80008000幀幀/ /秒，每幀秒，每幀125 S125 S u其对应的光信号则称为第其对应的光信号则称为第1 1级光载波级光载波 OC-1 (OCOC-1 (OC表示表示Optical Carrier)Optical Carrier)，第，第3 3级光载波级光载波 OC-3OC-3，等，等STS 幀幀STS 幀
50、幀STS 幀幀STS 幀幀 125 S125 S125 S125 SSONET STS-1 幀STS-1幀速率：幀速率： 9 x 90 字节字节/幀幀 x 8位位/字节字节 x 8000幀幀/秒秒 51,840,000 位位/秒秒 51.840 Mb/s 52 Mb/s注意：这里的注意：这里的STS幀是物理层时分多路复用的幀，不是数据链幀是物理层时分多路复用的幀，不是数据链路层中使用的幀。净荷中每个字节可以是一路话音路层中使用的幀。净荷中每个字节可以是一路话音(64kb/s)，或或53个字节为一个个字节为一个ATM信元等，净荷中可以承载多路数据。信元等，净荷中可以承载多路数据。STS 复用图复
