1、2 广域网数据传输方法广域网数据传输方法2.1 2.1 分组交换网分组交换网2.2 2.2 数字数据网数字数据网(DDN)(DDN)2.3 2.3 帧中继网帧中继网2.4 2.4 光纤通信网光纤通信网2.4 光纤通信网光纤通信网2.4.1 2.4.1 光纤通信网的概述光纤通信网的概述2.4.2 SDH2.4.2 SDH网网2.4.3 HFC2.4.3 HFC数据通信网数据通信网2.4.1 概述概述1 1、光纤光纤与光纤通信与光纤通信光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。光纤是传光的纤维波导或光导纤维的简称。光纤通信以光波为载波，光纤为媒质的信息传输方式。光纤通信以光波为载波，光纤为媒质的信息传
2、输方式。2 2、光纤通信的四个发展阶段、光纤通信的四个发展阶段(1)(1)第一代：第一代：1966-1979(1966-1979(从基础研究到商业应用的开发从基础研究到商业应用的开发时期时期)激光器激光器(GaAsGaAs)，波长，波长0.80.8m m，多模光纤，最大中继距离，多模光纤，最大中继距离10 km(10 km(当时的同轴电缆系统中继距离为当时的同轴电缆系统中继距离为1km)1km)，比特率，比特率为为10-100Mb/s10-100Mb/s。多模色散和损耗是限制中继距离的关键。多模色散和损耗是限制中继距离的关键。2.4.1 概述概述(2)(2)第二代：上世纪第二代：上世纪8080
3、年代早期年代早期 (减小了光纤色散减小了光纤色散)激光器激光器(InGaAsInGaAs)，波长，波长1.31.3m m，单模光纤，最大中继距，单模光纤，最大中继距离离50km50km，比特率为，比特率为2.0Gb/s2.0Gb/s。光纤的损耗。光纤的损耗(0.5 dB/km)(0.5 dB/km)限限制了中继距离。制了中继距离。(3)(3)第三代：上世纪第三代：上世纪8080年代后期初年代后期初9090年代初年代初 (降低了光降低了光纤损耗纤损耗)激光器激光器(InGaAsPInGaAsP)，波长，波长1.551.55m m，单模，单模(色散位移色散位移)光纤，光纤，比特率为比特率为2.5-
4、10Gb/s2.5-10Gb/s，最大中继距离，最大中继距离100km100km。这个阶段。这个阶段的缺点是采用电的方式中继。的缺点是采用电的方式中继。2.4.1 概述概述(4)(4)第四代：上世纪第四代：上世纪9090年代之后年代之后 (引入了引入了WDMWDM波分复用技波分复用技术和全光放大技术术和全光放大技术)激光器激光器(InGaAsPInGaAsP)，波长，波长1.551.55m m，单模光纤，采用波分，单模光纤，采用波分复用技术和光放大技术，单波长信道比特率为复用技术和光放大技术，单波长信道比特率为2.5-2.5-10Gb/s10Gb/s，传输距离，传输距离14000 km1400
5、0 km，并提出光通信智能化的概，并提出光通信智能化的概念念2.4.1 概述概述3 3、光纤通信的主要特性、光纤通信的主要特性优点：优点：(1)(1)极低的传输损耗极低的传输损耗,超长的传输距离：超长的传输距离：石英光纤在石英光纤在1.55 1.55 m m波长区的损耗可低到波长区的损耗可低到0.18 dB/km0.18 dB/km；同轴电缆通信的中继距离只有几公里，最长的微波通信同轴电缆通信的中继距离只有几公里，最长的微波通信是是5050公里左右，光纤通信系统的最长中继距离已达数千公里左右，光纤通信系统的最长中继距离已达数千公里，环形的传输实验系统距离甚至已经达到公里，环形的传输实验系统距离
6、甚至已经达到100100万公万公里。里。(2)(2)抗干扰能力强抗干扰能力强:光纤属绝缘体，不怕雷电和高压；光纤属绝缘体，不怕雷电和高压；电磁源干扰不了频率比它们高得多的光；电磁源干扰不了频率比它们高得多的光；杰出的抗核辐射能力。杰出的抗核辐射能力。2.4.1 概述概述(3)(3)保密性强、数据通信安全性高：保密性强、数据通信安全性高：电缆通信电缆通信-只要在电缆附近只要在电缆附近 (甚至几公里以外甚至几公里以外)设置一设置一个特别的接收装置，就可以获取明线或电缆中传送的信个特别的接收装置，就可以获取明线或电缆中传送的信息。息。无线通信方式无线通信方式-无线电波在大气中传播，甚至充斥全球，无线
7、电波在大气中传播，甚至充斥全球，很容易被人窃听。很容易被人窃听。光纤通信光纤通信-光在光纤中传输时不会跑出光纤和向外辐射光在光纤中传输时不会跑出光纤和向外辐射电磁波。即使在拐弯非常厉害的地方，漏出包层的光微电磁波。即使在拐弯非常厉害的地方，漏出包层的光微乎其微。乎其微。2.4.1 概述概述(4)(4)极小的器件尺寸，极轻的重量：极小的器件尺寸，极轻的重量：1 1千克高纯度石英玻璃千克高纯度石英玻璃成千上万公里光纤；成千上万公里光纤；120120吨铜和吨铜和 500 500 吨铅吨铅10001000公里的公里的 8 8 管同轴电缆；管同轴电缆；1818管同轴电缆每米重管同轴电缆每米重1111千克
8、，而同等容量的光缆每米重千克，而同等容量的光缆每米重9090克，普通光纤加涂覆层以后直径克，普通光纤加涂覆层以后直径250250微米，裸光纤微米，裸光纤27g/km27g/km；光纤体积小、重量轻、柔软易弯曲、铺设非常方便。光纤体积小、重量轻、柔软易弯曲、铺设非常方便。2.4.1 概述概述(5)(5)非常低的成本和资源消耗：非常低的成本和资源消耗：光纤的成分主要是光纤的成分主要是SiO2,SiO2,材料来源丰富，可节约大量有材料来源丰富，可节约大量有色金属如铜、铅等。地壳中铜、铅等有色金属，预计只色金属如铜、铅等。地壳中铜、铅等有色金属，预计只够使用够使用5050年左右；普通的石英砂年左右；普
9、通的石英砂(SiO2)(SiO2)，它在地壳的化，它在地壳的化学成分中占了一半以上，可以说是取之不尽、用之不竭。学成分中占了一半以上，可以说是取之不尽、用之不竭。2.4.1 概述概述(6)(6)光纤抗高温和耐腐蚀，可以抵御恶劣的工作环境：光纤抗高温和耐腐蚀，可以抵御恶劣的工作环境：光纤的工作环境为：光纤的工作环境为：-65-200-65-200度度缺点：缺点：(1)(1)容易折断容易折断 (比如经常被挖断、地震等比如经常被挖断、地震等)(2)(2)光纤连接困难光纤连接困难 (断面是否垂直、焊接点是否有气泡断面是否垂直、焊接点是否有气泡等等)(3)(3)光纤通信过程中怕水、怕冰光纤通信过程中怕水
10、、怕冰 (增大损耗增大损耗)(4)(4)光纤怕弯曲光纤怕弯曲 (导致损耗增加导致损耗增加)2.4.1 概述概述4 4、光纤通信系统的应用、光纤通信系统的应用(1)(1)通信网络：通信网络：公用电信网：核心网、城域网光纤接入网无线通信网海底光缆及洲际通信网2.4.1 概述概述(2)(2)电力、煤炭系统的监视、控制和管理电力、煤炭系统的监视、控制和管理:抗干扰能力强无源传感、宽带传输2.4.1 概述概述(3)(3)铁路、地铁和高速公路通信及监控网络系统铁路、地铁和高速公路通信及监控网络系统:铁路通信网特点：铁路通信网特点：节点多，分支、插入话路频繁节点多，分支、插入话路频繁通信量大小不一，需求不同
11、通信量大小不一，需求不同(传输电话、数据、图像传输电话、数据、图像)要求有强抗电磁干扰能力要求有强抗电磁干扰能力除了光纤通信，没有哪一种通信方式能满足这些要求除了光纤通信，没有哪一种通信方式能满足这些要求2.4.1 概述概述(4)(4)军事应用：军事应用：光纤制导武器：光纤制导导弹、光纤制导鱼雷，需要获光纤制导武器：光纤制导导弹、光纤制导鱼雷，需要获得实时的目标图像同时要求控制线轻巧得实时的目标图像同时要求控制线轻巧雷达：要求保证雷达室与作战情报中心之间信息传输的雷达：要求保证雷达室与作战情报中心之间信息传输的抗干扰能力和保密性，要能保证作战情报中心的安全抗干扰能力和保密性，要能保证作战情报中
12、心的安全(长途控制长途控制)2.4.1 概述概述(5)(5)医疗领域应用：医疗领域应用：内窥镜激光手术中，有时需要手术的部位在人体腔道内，这就要求激光能拐弯。目前大多数医疗激光可以通过石英光纤来实现拐弯，因此激光手术刀又叫光纤手术刀。激光手术刀2.4.2 SDH网网1 1、SDHSDH概述概述SDHSDH全称叫做同步数字传输体制，由此可见全称叫做同步数字传输体制，由此可见SDHSDH是一种传是一种传输的体制协议，就象输的体制协议，就象PDHPDH准同步数字传输体制一样，准同步数字传输体制一样，SDHSDH这种传输体制规范了数字信号的帧结构，复用方式，传这种传输体制规范了数字信号的帧结构，复用方
13、式，传输速率等级，接口码型等特性。与传统的输速率等级，接口码型等特性。与传统的PDHPDH体制不同，体制不同，按按SDHSDH组建的网是一个高度统一的标准化的、智能化的组建的网是一个高度统一的标准化的、智能化的网络，它采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的网络，它采用全球统一的接口以实现设备多厂家环境的兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操兼容，在全程全网范围实现高效的协调一致的管理和操作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，作，实现灵活的组网与业务调度，实现网络自愈功能，提高网络资源利用率。提高网络资源利用率。2.4.2 SDH网网2 2、SDHSDH的特点的特点优点：优
14、点：(1)(1)电接口方面：电接口方面：SDHSDH体制对网络节点接口体制对网络节点接口NNINNI作了统一作了统一的规范。规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复的规范。规范的内容有数字信号速率等级、帧结构、复接方法、线路接口、监控管理等。于是这就使接方法、线路接口、监控管理等。于是这就使SDHSDH设备设备容易实现多厂家互连，也就是说在同一传输线路上可以容易实现多厂家互连，也就是说在同一传输线路上可以安装不同厂家的设备，体现了横向兼容性。安装不同厂家的设备，体现了横向兼容性。(2)(2)光接口方面：光接口方面：SDHSDH信号的线路编码仅对信号进行扰码，信号的线路编码仅对信号进行扰码，不再
15、进行冗余码的插入。扰码的标准是世界统一的，这不再进行冗余码的插入。扰码的标准是世界统一的，这样对端设备仅需通过标准的解码器就可与不同厂家样对端设备仅需通过标准的解码器就可与不同厂家SDHSDH设备进行光口互连。扰码的目的是抑制线路码中的长连设备进行光口互连。扰码的目的是抑制线路码中的长连0 0 和长连和长连1 1，便于从线路信号中提取时钟信号。，便于从线路信号中提取时钟信号。2.4.2 SDH网网由于线路信号仅通过扰码，所以由于线路信号仅通过扰码，所以SDHSDH的线路信号速率与的线路信号速率与SDHSDH电口标准信号速率相一致，这样就不会增加发端激电口标准信号速率相一致，这样就不会增加发端激
16、光器的光功率代价。光器的光功率代价。(3)(3)复用方式方面：由于低速复用方式方面：由于低速SDHSDH信号是以信号是以字节间插方式字节间插方式复用进高速复用进高速SDHSDH信号的帧结构中的，这样就使低速信号的帧结构中的，这样就使低速SDHSDH信信号在高速号在高速SDHSDH信号的帧中的位置是固定的、有规律性的，信号的帧中的位置是固定的、有规律性的，也就是说是可预见的，这样就能从高速也就是说是可预见的，这样就能从高速SDHSDH信号例如信号例如2.5Gbit/s2.5Gbit/s（STM-16STM-16）中直接分）中直接分/插出低速插出低速SDHSDH信号，例信号，例如如155Mbit/
17、s155Mbit/s（STM-1STM-1）这样就简化了信号的复接和分接，）这样就简化了信号的复接和分接，使使SDHSDH体制特别适合于高速大容量的光纤通信系统。这体制特别适合于高速大容量的光纤通信系统。这种复用方式使网络具有了很强的种复用方式使网络具有了很强的网络自愈功能网络自愈功能，便于用，便于用户按需动态组网，实时灵活的业务调配。户按需动态组网，实时灵活的业务调配。2.4.2 SDH网网(4)(4)运行维护方面：运行维护方面：SDHSDH信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护信号的帧结构中安排了丰富的用于运行维护OAM OAM 功功能的开销字节，使网络的监控功能大大加强，也就是说能的开销
18、字节，使网络的监控功能大大加强，也就是说维护的自动化程度大大加强。维护的自动化程度大大加强。PDHPDH的信号中开销字节不的信号中开销字节不多，以致于在对线路进行性能监控时，还要通过在线路多，以致于在对线路进行性能监控时，还要通过在线路编码时加入冗余比特来完成。编码时加入冗余比特来完成。(5)(5)兼容性方面：兼容性方面：SDHSDH有很强的兼容性。这也就意味着当组建有很强的兼容性。这也就意味着当组建SDHSDH传输网时，传输网时，原有的原有的PDHPDH传输网不会作废，两种传输网可以共同存在，传输网不会作废，两种传输网可以共同存在，也就是说可以用也就是说可以用SDHSDH网传送网传送PDHP
19、DH业务。另外异步转移模式业务。另外异步转移模式的信号的信号ATMATM、FDDIFDDI信号等其他体制的信号也可用信号等其他体制的信号也可用SDHSDH网网来传输。来传输。2.4.2 SDH网网字节间插方式字节间插方式:我们以一个例子来说明。有三个信号帧结构我们以一个例子来说明。有三个信号帧结构A A、B B、C C，各为每帧各为每帧3 3个字节，若将这三个信号通过字节间插复用个字节，若将这三个信号通过字节间插复用方式复用成信号方式复用成信号D D，那那D D就应该是这样一种帧结构，帧就应该是这样一种帧结构，帧中有中有9 9个字节，且这个字节，且这9 9个字节的排放次序如下图个字节的排放次序
20、如下图:2.4.2 SDH网网网络自愈网络自愈:网络自愈是指当业务信道损坏，导致业务中断时网络会网络自愈是指当业务信道损坏，导致业务中断时网络会自动将业务切换到备用业务信道，使业务能在较短的时自动将业务切换到备用业务信道，使业务能在较短的时间（间（ITU-TITU-T规定为规定为50ms50ms）以内得以恢复正常传输。注意）以内得以恢复正常传输。注意这里仅是指业务得以恢复，而发生故障的设备和发生故这里仅是指业务得以恢复，而发生故障的设备和发生故障的信道则还是要人去修复。障的信道则还是要人去修复。2.4.2 SDH网网缺点：缺点：(1)(1)频带利用率低：频带利用率低：SDHSDH的一个很大的优
21、势是系统的可靠的一个很大的优势是系统的可靠性大大的增强了，运行维护的自动化程度高。这是由于性大大的增强了，运行维护的自动化程度高。这是由于在在SDHSDH的信号的信号STM-NSTM-N帧中加入了大量的用于帧中加入了大量的用于OAMOAM功能的开功能的开销字节，这样必然会使在传输同样多有效信息的情况下，销字节，这样必然会使在传输同样多有效信息的情况下，PDHPDH信号所占用的频带（传输速率）要比信号所占用的频带（传输速率）要比SDHSDH信号所占用信号所占用的频带（传输速率）窄，即的频带（传输速率）窄，即PDHPDH信号所用的速率低信号所用的速率低2.4.2 SDH网网(2)(2)指针调整机理
22、复杂：指针调整机理复杂：SDHSDH体制可从高速信号（例如体制可从高速信号（例如STM-1STM-1）中直接下低速信号例如）中直接下低速信号例如2Mbit/s2Mbit/s，省去了多级复，省去了多级复用用/解复用过程，而这种功能的实现是通过指针机理来解复用过程，而这种功能的实现是通过指针机理来完成的。指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以完成的。指针的作用就是时刻指示低速信号的位置，以便在拆包时能正确地拆分出所需的低速信号，保证了便在拆包时能正确地拆分出所需的低速信号，保证了SDHSDH从高速信号中直接下低速信号的功能的实现。可以从高速信号中直接下低速信号的功能的实现。可以说指针是说指针是S
23、DHSDH的一大特色，但是指针功能的实现增加了的一大特色，但是指针功能的实现增加了系统的复杂性，最重要的是使系统产生系统的复杂性，最重要的是使系统产生SDHSDH的一种特有的一种特有抖动抖动-由指针调整引起的结合抖动，这种抖动多发于网由指针调整引起的结合抖动，这种抖动多发于网络边界处（络边界处（SDH/PDHSDH/PDH）其频率低，幅度大，会导致低速其频率低，幅度大，会导致低速信号在拆出后性能劣化。这种抖动的滤除会相当困难。信号在拆出后性能劣化。这种抖动的滤除会相当困难。2.4.2 SDH网网3 3、SDHSDH信号的帧结构信号的帧结构2.4.2 SDH网网从图中看出从图中看出STM-NST
24、M-N的帧结构由的帧结构由3 3部分组成：段开销，包括部分组成：段开销，包括再生段开销再生段开销RSOH RSOH 和复用段开销和复用段开销MSOHMSOH、管理单元指针管理单元指针AU-PTRAU-PTR、信息净负荷信息净负荷payloadpayload。(1)(1)信息净负荷信息净负荷payloadpayload：是在：是在STM-NSTM-N帧结构中存放将由帧结构中存放将由STM-NSTM-N传送的各种信息码块的地方。信息净负荷并不等传送的各种信息码块的地方。信息净负荷并不等于有效负荷，而是在有效负荷的基础上加了相应的通道于有效负荷，而是在有效负荷的基础上加了相应的通道开销开销POHPO
25、H字节，它负责对打包的低速信号进行通道性能字节，它负责对打包的低速信号进行通道性能监视管理和控制。监视管理和控制。(2)(2)段开销段开销SOHSOH：是为了保证信息净负荷正常灵活传送所：是为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须附加的，供网络运行、管理和维护必须附加的，供网络运行、管理和维护OAM OAM 使用的字节，使用的字节，段开销又分为再生段开销段开销又分为再生段开销RSOH RSOH 和复用段开销和复用段开销MSOHMSOH，分，分别对相应的段层进行监控。别对相应的段层进行监控。2.4.2 SDH网网(3)(3)管理单元指针管理单元指针AU-PTRAU-PTR：指针：指针AU-PTRAU
26、-PTR是用来指示信息是用来指示信息净负荷的第一个字节在净负荷的第一个字节在STM-NSTM-N帧内的准确位置的指示符，帧内的准确位置的指示符，再根据字符间插复用技术的特点，以便收端能根据这个再根据字符间插复用技术的特点，以便收端能根据这个位置指示符的指针值正确分离信息净负荷，从而保证位置指示符的指针值正确分离信息净负荷，从而保证SDHSDH能够从高速信号中直接分能够从高速信号中直接分/插出低速支路信号。插出低速支路信号。2.4.2 SDH网网4 4、SDHSDH网络的常见网元网络的常见网元SDHSDH传输网是由不同类型的网元通过光缆线路的连接组传输网是由不同类型的网元通过光缆线路的连接组成的
27、，通过不同的网元完成成的，通过不同的网元完成SDHSDH网的传送功能。网的传送功能。TMTM终端复用器：终端复用器用在网络的终端站点上，终端复用器：终端复用器用在网络的终端站点上，例如一条链的两个端点，它是一个双端口器件，如图：例如一条链的两个端点，它是一个双端口器件，如图：2.4.2 SDH网网它的作用是将支路端口的低速信号复用到线路端口的高它的作用是将支路端口的低速信号复用到线路端口的高速信号速信号STM-NSTM-N中，或从中，或从STM-NSTM-N的信号中分出低速支路信号。的信号中分出低速支路信号。ADMADM分分/插复用器：用于插复用器：用于SDHSDH传输网络的转接站点处，传输网
28、络的转接站点处，例如链的中间结点或环上结点，它是一个三端口的器件，例如链的中间结点或环上结点，它是一个三端口的器件，如图：如图：2.4.2 SDH网网ADMADM有两个线路端口和一个支路端口。两个线路端口各有两个线路端口和一个支路端口。两个线路端口各接一侧的光缆，每侧收接一侧的光缆，每侧收/发共两根光纤。发共两根光纤。ADMADM的作用是将的作用是将低速支路信号交叉复用进东或西向线路上去，或从东或低速支路信号交叉复用进东或西向线路上去，或从东或西侧线路端口收的线路信号中拆分出低速支路信号。西侧线路端口收的线路信号中拆分出低速支路信号。REGREG再生中继器：光传输网的再生中继器有两种。一再生中
29、继器：光传输网的再生中继器有两种。一种是纯光的再生中继器，主要进行光功率放大，以延长种是纯光的再生中继器，主要进行光功率放大，以延长光传输距离，另一种是用于脉冲再生整形的电再生中继光传输距离，另一种是用于脉冲再生整形的电再生中继器，主要通过光器，主要通过光/电变换、电信号抽样、判决、再生整电变换、电信号抽样、判决、再生整形、电形、电/光变换，以达到不积累线路噪声，保证线路上光变换，以达到不积累线路噪声，保证线路上传送信号波形的完好性。传送信号波形的完好性。2.4.2 SDH网网DXCDXC数字交叉连接设备：数字交叉连接设备完成的主数字交叉连接设备：数字交叉连接设备完成的主要是要是STM-NST
30、M-N信号的交叉连接功能，它是一个多端口器件，信号的交叉连接功能，它是一个多端口器件，相当于一个交叉矩阵完成各个信号间的交叉连接。如图：相当于一个交叉矩阵完成各个信号间的交叉连接。如图：DXCDXC可将输入的可将输入的m m路信号交叉连接到输出的路信号交叉连接到输出的n n路信号上，路信号上，上图表示有上图表示有m m条入信号和条入信号和n n条出信号，条出信号，DXCDXC的核心是交叉的核心是交叉连接。连接。2.4.2 SDH网网5 5、SDHSDH网络拓扑结构网络拓扑结构SDHSDH网是由网是由SDHSDH网元设备通过光缆互连而成的，网元和传网元设备通过光缆互连而成的，网元和传输线路的几何
31、排列就构成了网络的拓扑结构。网络的有输线路的几何排列就构成了网络的拓扑结构。网络的有效性、可靠性和经济性在很大程度上与其拓扑结构有关。效性、可靠性和经济性在很大程度上与其拓扑结构有关。链形网：此种网络拓扑是将网中的所有节点一一串联，链形网：此种网络拓扑是将网中的所有节点一一串联，而首尾两端开放。这种拓扑的特点是较经济，在而首尾两端开放。这种拓扑的特点是较经济，在SDHSDH网网的早期用得较多。的早期用得较多。2.4.2 SDH网网星形网：此种网络拓扑是将网中一网元做为特殊节点，星形网：此种网络拓扑是将网中一网元做为特殊节点，与其他各网元节点相连，其他各网元节点互不相连，网与其他各网元节点相连，
32、其他各网元节点互不相连，网元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。这种网络拓元节点的业务都要经过这个特殊节点转接。这种网络拓扑的特点是可通过特殊节点来统一管理其它网络节点，扑的特点是可通过特殊节点来统一管理其它网络节点，利于分配带宽节约成本。但存在特殊节点的安全保障和利于分配带宽节约成本。但存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈问题。特殊节点的作用类似交换网处理能力的潜在瓶颈问题。特殊节点的作用类似交换网的汇接局，此种拓扑多用于本地网接入网和用户网。的汇接局，此种拓扑多用于本地网接入网和用户网。2.4.2 SDH网网树形网：此种网络拓扑可看成是链形拓扑和星形拓扑树形网：此种网络拓扑可看成是链
33、形拓扑和星形拓扑的结合，也存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在的结合，也存在特殊节点的安全保障和处理能力的潜在瓶颈。瓶颈。2.4.2 SDH网网环形网：环形拓扑实际上是指将链形拓扑首尾相连，环形网：环形拓扑实际上是指将链形拓扑首尾相连，从而使网上任何一个网元节点都不对外开放的网络拓扑从而使网上任何一个网元节点都不对外开放的网络拓扑形式，这是当前使用最多的网络拓扑形式，主要是因为形式，这是当前使用最多的网络拓扑形式，主要是因为它具有很强的生存性即自愈功能较强，环形网常用于本它具有很强的生存性即自愈功能较强，环形网常用于本地网接入网和用户网局间中继网。地网接入网和用户网局间中继网。2.4.2 S
34、DH网网网孔形网：将所有网元节点两两相连就形成了网孔形网孔形网：将所有网元节点两两相连就形成了网孔形网络拓扑，这种网络拓扑为两网元节点间提供多个传输网络拓扑，这种网络拓扑为两网元节点间提供多个传输路由，使网络的可靠更强，不存在瓶颈问题和失效问题，路由，使网络的可靠更强，不存在瓶颈问题和失效问题，但是由于系统的冗余度高必会使系统有效性降低，成本但是由于系统的冗余度高必会使系统有效性降低，成本高且结构复杂。网孔形网主要用于长途网中，以提供网高且结构复杂。网孔形网主要用于长途网中，以提供网络的高可靠性。络的高可靠性。2.4.3 HFC数据通信网数据通信网1 1、HFCHFC网络的概念网络的概念HFC
35、(HybirdHFC(Hybird Fiber Coax)Fiber Coax)，混合的光纤同轴网，指的就，混合的光纤同轴网，指的就是有线电视网络。光纤同轴混合网是这样一个网络：在是有线电视网络。光纤同轴混合网是这样一个网络：在局端有前端设备进行有线电视信号处理，把信号调制到局端有前端设备进行有线电视信号处理，把信号调制到指定的载波上，主干线路使用光纤或低损耗同轴电缆传指定的载波上，主干线路使用光纤或低损耗同轴电缆传输载波信号，在用户小区使用同轴分配网络分配下行载输载波信号，在用户小区使用同轴分配网络分配下行载波信号。以上的定义还只是单向业务的波信号。以上的定义还只是单向业务的HFCHFC网络
36、，目前网络，目前我们所指的我们所指的HFCHFC网络都是承载双向业务的网络，存在上网络都是承载双向业务的网络，存在上行和下行两种信号，下行信号指有线电视载波或行和下行两种信号，下行信号指有线电视载波或CMTSCMTS（头端）发送的数据载波，以广播的形式从前端传输到（头端）发送的数据载波，以广播的形式从前端传输到各用户家中。上行信号指各用户家中。上行信号指CMCM发送的数据载波，是点对点发送的数据载波，是点对点的形式从用户回传到局端。的形式从用户回传到局端。2.4.3 HFC数据通信网数据通信网2 2、HFCHFC网络的网络结构网络的网络结构2.4.3 HFC数据通信网数据通信网HFCHFC网络
37、一般由前端、干线和分配网络组成。网络一般由前端、干线和分配网络组成。(1)(1)前端：前端：原先对前端的定义是进行电视信号处理的机房，在前端，原先对前端的定义是进行电视信号处理的机房，在前端，设备完成有线电视信号的处理，从各种信号源（天线、设备完成有线电视信号的处理，从各种信号源（天线、地面卫星接收站、录象机、摄象机等）解调出视频和音地面卫星接收站、录象机、摄象机等）解调出视频和音频信号，然后将音频信号，然后将音/视频信号调制在某个特定的载波上，视频信号调制在某个特定的载波上，这个过程称为频道处理。被调制的载波占用这个过程称为频道处理。被调制的载波占用8MHz8MHz的带宽，的带宽，载波频率有
38、国家标准规定，一路电视信号就是一个频道。载波频率有国家标准规定，一路电视信号就是一个频道。在前端多个这样的不同频率的载波被混合，混合的目的在前端多个这样的不同频率的载波被混合，混合的目的是为了将各信号在同一个网络中复用（频分复用）。是为了将各信号在同一个网络中复用（频分复用）。开展数据业务后，前端设备中又加入了数据通信设备，开展数据业务后，前端设备中又加入了数据通信设备，如路由器、交换机等。如路由器、交换机等。2.4.3 HFC数据通信网数据通信网(2)(2)干线：干线：正向信号（有线电视信号载波和下行的数据载波）在前正向信号（有线电视信号载波和下行的数据载波）在前端混合后送往各小区，如果小区
39、离前端的距离很近，直端混合后送往各小区，如果小区离前端的距离很近，直接用同轴电缆就可以传送，在主干线路上的同轴电缆线接用同轴电缆就可以传送，在主干线路上的同轴电缆线路叫作干线。干线一般采用低损耗电缆，但一般路叫作干线。干线一般采用低损耗电缆，但一般300m300m左左右的距离就需要加入放大器。如果小区离前端较远，如右的距离就需要加入放大器。如果小区离前端较远，如5-30Km5-30Km，这样的距离传送就需要采用光传输系统。请注，这样的距离传送就需要采用光传输系统。请注意这里所讲的光传输系统不是指意这里所讲的光传输系统不是指PDHPDH或或SDHSDH，而是模拟的，而是模拟的光传输系统，模拟光传
40、输系统相对于数字传输系统，要光传输系统，模拟光传输系统相对于数字传输系统，要求光端机有较高的发射或接受功率，以保证长距离传输求光端机有较高的发射或接受功率，以保证长距离传输后仍能使信号具有较高的载噪比。光传输系统的作用是后仍能使信号具有较高的载噪比。光传输系统的作用是将射频信号（将射频信号（RFRF）调制到光信号上，在光缆上实现远距）调制到光信号上，在光缆上实现远距2.4.3 HFC数据通信网数据通信网离传输，在远端光节点上从光信号中还原出离传输，在远端光节点上从光信号中还原出RFRF信号。光信号。光传输系统中的光发射机一般放置在前端机房，光接收机传输系统中的光发射机一般放置在前端机房，光接收
41、机放置在小区。对于传输距离特别远的线路，可以在线路放置在小区。对于传输距离特别远的线路，可以在线路中加中继，将光放大后在续传。中加中继，将光放大后在续传。反向信号反向信号(上行的数据载波信号上行的数据载波信号)的传输路径与正向信号的传输路径与正向信号相反。各用户的上行数据载波信号在远端光节点上汇聚相反。各用户的上行数据载波信号在远端光节点上汇聚后，调制到反向光发射机，从远端光节点传送到前端机后，调制到反向光发射机，从远端光节点传送到前端机房，在前端机房从反向光接收机还原出房，在前端机房从反向光接收机还原出RFRF信号，送入信号，送入CMTSCMTS。正向信号和反向信号一般采用采用空分的形式在不
42、同的正向信号和反向信号一般采用采用空分的形式在不同的光纤上传送。反向光发射机与正向接收机可以构置在同光纤上传送。反向光发射机与正向接收机可以构置在同一个机壳中，称之为光站。一个机壳中，称之为光站。2.4.3 HFC数据通信网数据通信网(3)(3)小区分配网络：小区分配网络：用户分配网不仅完成正向信号的分配，还完成反向信号用户分配网不仅完成正向信号的分配，还完成反向信号的汇聚。的汇聚。正向信号从前端通过干线（光传输系统或同轴电缆）传正向信号从前端通过干线（光传输系统或同轴电缆）传送到小区后，需要进行分配，以便小区中各用户都能以送到小区后，需要进行分配，以便小区中各用户都能以合适的接收功率收看电视
43、，从干线末端放大器或光接收合适的接收功率收看电视，从干线末端放大器或光接收机到用户终端盒的网络就是用户分配网，用户分配网就机到用户终端盒的网络就是用户分配网，用户分配网就是一个由分支分配起串接起来的一个网络。是一个由分支分配起串接起来的一个网络。2.4.3 HFC数据通信网数据通信网3 3、HFCHFC频谱频谱(1)HFC(1)HFC频谱规划频谱规划:上行频段下行频段模拟电视和数字电视频段2.4.3 HFC数据通信网数据通信网(2)(2)模拟电视和数字电视频段：模拟电视和数字电视频段：在原来的有线电视网络上开展的业务只有电视，国家标在原来的有线电视网络上开展的业务只有电视，国家标准规定了各频道
44、的频率划分，如：准规定了各频道的频率划分，如：不同的电视信号被调制在不同频道的载波上，这些载波不同的电视信号被调制在不同频道的载波上，这些载波混合后以广播的形式送到各家各户。混合后以广播的形式送到各家各户。2.4.3 HFC数据通信网数据通信网(3)(3)下行频段：下行频段：数据下行载波频率规定在数据下行载波频率规定在750MHz750MHz以上。下行以上。下行RFRF信号频谱信号频谱如图。图中频谱由如图。图中频谱由2 2个模拟的电视信号频道和一个数据个模拟的电视信号频道和一个数据载波组成。每个模拟频道占载波组成。每个模拟频道占8MHz8MHz带宽。兰色是数据载波，带宽。兰色是数据载波，占占6
45、MHz6MHz带宽。一般下行数据载波的电平要求比模拟电视带宽。一般下行数据载波的电平要求比模拟电视的图象载波电平低的图象载波电平低10dB10dB左右。左右。8.0MHz频率 MHz幅度 dBmV 010203040 508.0MHz6.0MHz HFC DS QAM DATA模拟电视载波下行数据载波 2.4.3 HFC数据通信网数据通信网(4)(4)上行频段：上行频段：目前在目前在HFCHFC网络上逐步开展起来的数据业务是交互式业网络上逐步开展起来的数据业务是交互式业务，不但有从前端送往用户的下行信号，还有从用户上务，不但有从前端送往用户的下行信号，还有从用户上传的上行信号。上行载波频率的选
46、择不固定，在传的上行信号。上行载波频率的选择不固定，在5-5-42/65MHz42/65MHz的频段内，各的频段内，各HFCHFC网络可任选一个固有噪声小、网络可任选一个固有噪声小、突发噪声少的频带作为上行载波。但一般选择在突发噪声少的频带作为上行载波。但一般选择在20MHz20MHz以上，因为以上，因为20MHz20MHz以下一般噪声较大。上行载波的频率以下一般噪声较大。上行载波的频率带宽有带宽有5 5种：种：200KHz200KHz、400KHz400KHz、800KHz800KHz、1600KHz1600KHz、3200 3200 KHzKHz，可根据噪声和速率要求选择，频率带宽越宽，速
47、，可根据噪声和速率要求选择，频率带宽越宽，速率会越大。率会越大。2.4.3 HFC数据通信网数据通信网4 4、HFCHFC网络中常见器件网络中常见器件(1)(1)放大器：放大器：放大器的作用是将放大器的作用是将RFRF信号进行放大，干线使用的放大器信号进行放大，干线使用的放大器质量较好，固有噪声小，输出功率较小，延长放大器置质量较好，固有噪声小，输出功率较小，延长放大器置于网络末端，输出功率较大，但质量较干放稍差。正向于网络末端，输出功率较大，但质量较干放稍差。正向放大器的增益一般在放大器的增益一般在28dB28dB左右，有左右，有2-32-3级放大电路，而级放大电路，而反向放大器一般只有反向
48、放大器一般只有1 1级放大电路，增益较小。这与上级放大电路，增益较小。这与上下行信号在电缆上的损耗相适用。正向放大器和反向放下行信号在电缆上的损耗相适用。正向放大器和反向放大器可以分别放置在线路上，但多数情况下两者都装置大器可以分别放置在线路上，但多数情况下两者都装置在同一个铝壳中，共用电源，在输入输出口用双工器进在同一个铝壳中，共用电源，在输入输出口用双工器进行信号分割。放大器置于同轴电缆线路上，它的供电一行信号分割。放大器置于同轴电缆线路上，它的供电一般采用般采用60V60V交流电源供电，电源从节点上引入，与交流电源供电，电源从节点上引入，与RFRF信信2.4.3 HFC数据通信网数据通信
49、网号共缆传输。号共缆传输。在同轴电缆上信号随频率变化损耗也变化，频率越高，在同轴电缆上信号随频率变化损耗也变化，频率越高，损耗越大。在放大器内一般还有均衡电路，对高低频信损耗越大。在放大器内一般还有均衡电路，对高低频信号进行均衡，使到达某个节点的信号从频率到高段都相号进行均衡，使到达某个节点的信号从频率到高段都相等。均衡的原理就是加大低频信号的损耗，以弥补信号等。均衡的原理就是加大低频信号的损耗，以弥补信号在电缆上的差异。在电缆上的差异。(2)(2)衰减器：衰减器：衰减器的作用与放大器相反，它是将信号进行衰减。衰减器的作用与放大器相反，它是将信号进行衰减。HFCHFC工程中存在多种形式的衰减器
50、，我们一般使用衰减工程中存在多种形式的衰减器，我们一般使用衰减棒，衰减棒的规格有棒，衰减棒的规格有6dB6dB、8 dB8 dB、10 dB10 dB、16 dB16 dB等。等。2.4.3 HFC数据通信网数据通信网(3)(3)分支分配器：分支分配器：分支分配器是定向藕合器，是将信号进行功率分配的器分支分配器是定向藕合器，是将信号进行功率分配的器件，将一路信号分成多路信号。按照输出功率异同，分件，将一路信号分成多路信号。按照输出功率异同，分为分配器和分支器。如果输出信号相等，称为分配器，为分配器和分支器。如果输出信号相等，称为分配器，常见的分配器有二分配器、三分配器、四分配器等。如常见的分配
