1、第 7 章 电波传输新技术 7.1 7.1 数字微波传输系统数字微波传输系统 7.2 7.2 卫星传输通信系统卫星传输通信系统 7.3 7.3 宽带传输技术宽带传输技术7.4 光纤传输通信光纤传输通信 7.1 数字微波传输系统数字微波传输系统 所谓微波，是指频率大于1 GHz的电磁波。使用一定发射功率(约1 W)的发射机，配合定向高增益微波天线，再隔一定距离设置一个接收设备，就可以架构起微波通信系统。数字微波设备所接收与传送的是数字信号，数字微波通常采用正交调幅(QAM)或移相键控(PSK)等调制方式，传送语音、数据或是影像等数字信号。图 7-1 数字微波通信系统的组成框图 数字微波通信的优点
2、有以下三个方面：(1)伸缩性大。(2)架构容易。(3)运用灵活。数字微波通信系统的主要应用场合有以下几个方面：(1)干线光纤传输的备份及补充。(2)农村、海岛等边远地区和专用通信网中为用户提供基本业务的场合。(3)城市内的短距离支线连接。(4)未来的宽带业务接入(如LMDS)。(5)数字微波由于频带宽广，窃听侵入不易，因此保密性高，再加上架设又简便，所以军事应用价值相当高。目前，数字微波通信技术的主要发展方向有：(1)提高QAM调制级数及严格限带。为了提高频谱利用率，一般多采用多电平QAM调制技术，目前已达到256和512 QAM，很快就可实现1024/2048QAM。与此同时，对信道滤波器的
3、设计提出了极为严格的要求：在某些情况下，其余弦滚降系数应低至0.1。现已做到0.2左右。(2)编码调制及维特比检测技术。为了降低系统误码率，必须采用复杂的纠错编码技术，但由此会导致频带利用率的下降。为了解决这个问题，可采用网格编码调制(TCM)技术。采用TCM技术需利用维特比算法解码。在高速数字信号传输中，应用这种解码算法难度较大。(3)自适应时域均衡技术。使用高性能、全数字化二维时域均衡技术可减少码间干扰、正交干扰及多径衰落的影响。(4)多载波并联传输。多载波并联传输可显著降低发信码元的速率，减少传播色散的影响。运用双载波并联传输可使误码率降低到原来的1/10。(5)其他技术。如多重空间分集
4、接收、发信功放非线性预校正、自适应正交极化干扰消除电路等。7.2 卫星传输通信系统卫星传输通信系统 1.卫星通信的特点卫星通信的特点卫星通信利用卫星中的转发器作为中继站，转发无线电波，实现两个或多个地球站之间的通信。卫星通信是现代通信技术与航天技术结合，并用计算机实现其控制的先进通信方式。卫星通信具有无缝覆盖，覆盖面广，通信距离长，通信线路稳定，通信频带宽，通信容量大等特点。卫星通信的缺点是时延较大，静止轨道卫星传输时延可达270 ms，中、低轨道卫星的传输时延较小些，小于100 ms。卫星通信可作为陆地移动通信的扩展、延伸、补充和备用，尤其适用于边远地区、农村、山区、海岛、灾区以及远洋舰队和
5、远航飞机等陆地通信不易覆盖的地区。卫星通信的地面站安装简单、快捷，更便于卫星通信的应用。卫星通信一般由以下三部分组成：(1)空间段：通常由一颗或多颗卫星组成，并配有系统控制中心和系统运行中心，用于控制整个系统的运行和卫星资源的管理。(2)地面段：由若干个关口站组成。关口站用于卫星网与地面移动网、地面公共交换电话网(PSTN)之间的接口，完成协议转换、流量控制、寻址、路由选择、分组打包和拆包、计费、网管等功能。(3)终端：包括手持机、车(船、飞机)载便携式终端和固定终端等。2.2.卫星通信的种类卫星通信的种类1)1)同步卫星通信系统同步卫星通信系统同步卫星通信系统(GEO)的终端在移动，卫星是静
6、止的(由于卫星绕地球的运行周期与地球自转同步，因而相对于地球是静止的)，所以又可称为静止轨道卫星系统。GEO的卫星距地约36 000 km，通常约需三颗卫星即可以覆盖全球。移动站与卫星间的移动卫星链路使用L频段，卫星地面站与卫星间的无线馈线链路使用C频段(见图7-2)。目前较普遍采用的VSAT(小站卫星系统)也属于这类系统。VSAT由主站、小站和卫星组成(见图7-3)。主站使用大型天线，用于Ku波段的天线直径为3.58 m，用于C波段的天线直径为713 m；小站天线的直径为0.32.4 m。图 7-2 同步卫星通信系统示意图 图 7-3 VSAT通信系统示意图 2)非同步卫星通信系统非同步卫星
7、通信系统主要有中轨道卫星系统、椭圆轨道卫星系统及低轨道卫星系统等。该系统适用于以个人手持机为主的移动通信。中、低轨道卫星以几千米每秒的速度快速移动，相对于步行速度(2040 km每小时)和车辆速度(80200 km每小时)的移动终端，可以认为移动终端相对静止，而卫星在移动，也就是系统的卫星群在绕地球转动。移动终端与卫星间的移动链路使用L频段。固定关口站与卫星站间的无线馈线链路使用Ka频段或C频段。(1)中轨道卫星通信系统。中轨道卫星(ICO和MEO)离地球高度约10 000 km左右。中轨道卫星星座中卫星数量较少，约为十至十几颗，卫星重量为吨级。中轨道卫星采用网状星座，卫星为倾斜轨道。美国19
8、91年发射的中轨道Odyssey系统，有12颗卫星，分布在3个轨道平面，每一轨道平面有4颗卫星，卫星轨道高度为10 371 km。(2)椭圆轨道卫星系统。高倾斜椭圆轨道(HEO)离地最远点为39 50050 600 km，最近点为100021 000 km。例如1956年前苏联发射成功的Molniya(闪电)卫星就属于椭圆轨道卫星系统。(3)低轨道卫星通信系统。低轨道卫星通信系统(LEO)同样也适用于个人手持机，可提供话音及数据业务。LEO工作在L频段，卫星与地面距离约7001500 km。低轨道卫星星座中的卫星数量较多，约为几十颗，卫星重量小，小LEO重量仅几十千克，大LEO约几百千克。低轨
9、道卫星多采用极轨星状星座，也有网状星座的。星状星座100%覆盖全球，网状星座覆盖全球的绝大部分。其移动链路使用L频段，网关站链路中使用K和Ka频段。LEO已推出的有“铱”系统，有66颗卫星，高度为785 km。Globalstar系统有48颗卫星，高度为1400 km。表表 7-1 卫星通信系统频段的划分卫星通信系统频段的划分 3.3.卫星通信的应用卫星通信的应用1)卫星在电视广播上的应用(1)DVB(Digital Video Broadcasting)。DVB将影音压缩编码技术建立在MPEG2标准上。实际上，DVB依不同的传输方式分为DVBS(Digital Video Broadcast
10、ing over Satellite)、DVBT(Digital Video Broadcasting over Terrestrial)及DVBC(Digital Video Broadcasting over Cable)。一般DVBS的应用如图7-4所示。电视台的影音信号透过地面专线送至上载站，再由上载站将影音信号按DVBS的标准进行数字压缩及编码处理后传输至卫星，在卫星涵盖范围之下的专业用户及个人用户都可将卫星信号利用IRD接收还原成原来的影音信号；转播车或转播站也可作为小型化的上载站，可将现场实时影音回传至电视台播放。在卫星涵盖范围下，电视广播的发射与接收可以在不同的国家。同样地，广
11、播电台的声音信号也可以透过相同的处理方式传送至不同国家。(2)DTH(Direct to Home)或Direct TV。DTH也是DVBS的应用方式之一，只是接收对象不同而已。一般家庭都装设小的卫星接收天线及机顶盒，来接收卫星电视信号，影音品质较一般电缆到户清晰。(3)DVB/IP与远程教学。事实上，DVB/IP与卫星应用的远程教学皆为利用DVBS变化的应用。DVB/IP是将数字影音及Internet(或者是Intranet)连接使用，也就是使用者除了可以接收从卫星来的影音数据外，同时也可以使用从卫星来的因特网，或者是企业内部网络，可以接收档案或者带IP的任何资料，利用计算机播放影音数据完成
12、教育训练。图 7-4 一般DVB-S的应用 2)卫星的因特网连网卫星的因特网连网的连接方式主要分成两种，一种是点对点的连接方式，另一种是多点对多点的连接方式。点对点的连接方式用于跨国ISP联机，或偏远地区及多岛屿地区的因特网连网干线。多点对多点的连接方式，一般是以VSAT(Very Small Aperture Terminal)系统为主，此种系统是最能利用卫星优点的通信方式，因为它主要使用TDMA(Time Division Multiple Access)及DAMA(Demand Assigned Multiple Access)通信技术，可以让卫星频宽资源充分得以利用。3)跨国企业的内部
13、连网一般跨国企业所需的内部连网因需确保通信品质及能达成快速沟通的要求，皆以专线式的连接方式居多。当然，跨国的通信路径可以选择海缆或卫星，其通信的连接方式同卫星的因特网连接方式一样，有点对点的连接方式及多点对多点的连接方式。4)军事或紧急救灾系统的应用事实上，卫星的特点就是不受地形地物的限制，因此在军事通信应用上，卫星通信无疑是最佳的选择，其应用有侦查、定位、导航及通信等，通信方式从低轨卫星到固定卫星都有。至于卫星通信在紧急救灾系统的应用更是无人能及，当大地震及火灾发生时，惟一能提供紧急通信服务的只有卫星通信。卫星通信的优点在于建制时间短、无地形限制，能快速提供通信服务。如果再配合移动式通信车，
14、则紧急救灾系统可更加完善。紧急救灾系统的应用示意图如图7-5所示。图 7-5 紧急救灾系统的应用示意图 5)移动通信应用要将移动通信应用在目前的固定卫星通信上有着极大的挑战。一般通信站都是固定在定点，即就是移动式通信车也是将车辆开至定点固定后再进行通信作业，但目前此种运用方式越来越不能满足现代通信的需求。固定卫星通信较其他无线通信方式的优点在于涵盖范围广，缺点就是无法像其他无线通信一样有着移动通信的功能，所以不论是在一般商业应用还是在军事及紧急通信运用上总有一些遗憾，故国外一些厂商针对陆、海及空的实际情况发展了一些可以在移动中应用的载具，以提供通信服务。6)卫星导航的定位应用由美国和前苏联开发
15、的全球导航卫星系统(GNSS)已经使用了一段时间，与之相应的全球定位系统(GPS)和Glonass已为全球的军事设施提供了安全可靠的服务。卫星导航是确定地球上位置、速率和精确时间的有效工具，它是无线电导航的一种形式。从几个卫星发送的信号由接收器接收后，可计算位置、速率和时间。用户的导航接收器采用“无源测距”技术，测量用户设备到卫星的距离。距离是通过导航信号从卫星到接收器的时间来推算的。三向定位至少需要三个不同卫星的信号。但为了使用户不用再配置精确的原子钟，通常再采用一颗卫星。7)卫星导航在运输上的应用不久的未来，一种基于卫星导航和定位技术，并与移动数据通信相结合的交通管理系统将出现。该交通管理
16、系统使用户可以收到最新的交通和天气状况信息，利用这些动态信息和数据库信息，用户可以及时地选择最佳的路线和速度。这种基于卫星的交通控制管理还可以根据用户类型、车辆种类和行驶时间，限制某些车辆进入某些地区，成为减少城市交通阻塞的一种有效手段。车队调度者利用该系统可监测车辆运行的情况，动态地调度管理。卫星导航还可用于火车、船舶、飞机着陆等方面。8)卫星导航在非运输上的应用这类应用也很多。如当发生人为的或自然的事故时，可进行准确的定位救援服务。卫星导航技术可用于农业的精耕细作、近海勘探、渔业作业、测绘探测以及发现水坝的变形，其精确度随着技术的发展可达到毫米级。卫星导航与移动电话结合，可以为用户在城市寻
17、找路由及目标。卫星导航不仅可以提供定位信号，而且还是一个全球的定时参考钟，可用于通信系统的同步及作为电厂的频率标准。9)卫星无线电Alcatel空间公司于1995年与美国WorldSpace公司合作开始开发卫星无线电。该项目包括三颗(AfriStar、AsiaStar、AmeriStar)静止轨道卫星(GEO)和地面设施，预计可供全球4 5 亿 听 众 采 用 新 一 代 的 接 收 器 直 接 收 听 卫 星 节 目。WorldSpace公司的主要目标是个人用户。XM公司的主要对象是汽车和家庭用户。卫星无线电为客户提供了更多的娱乐和节目选择。10)卫星遥感业务卫星遥感沿轨道卫星收集地面的各种
18、特性数据。卫星遥感有两种系统，即“有源”和“无源”系统。“无源”系统通常包括一系列的小型传感器和检测器，记录地球表面反射和发射的电磁波辐射量。多频谱扫描仪就是一种“无源”系统。“有源”系统传输它自己的电磁波辐射信号，并测量其返回信号的强度。7.3 宽带传输技术宽带传输技术宽带，顾名思义就是信号的频带范围比较宽。宽带是一个相对概念。传统的电话线，一般被人们称之为“窄带”，它的最大极限传输速率为56 kb/s。一般把用户接口上的最大接入速率超过2 Mb/s的信息通道称为宽带。我们平时所说的宽带，一般是指宽带互联网。宽带互联网可分为宽带骨干网和接入网两部分。骨干网又被称为核心网络，它由所有用户共享，
19、负责传输骨干数据流。骨干网通常是基于光纤的，能实现大范围(在城市之间和国家之间)的数据流传送。这些网络通常采用高速传输网络(如SONET/SDH)传输数据，高速包交换设备(如ATM和基于IP的交换)提供网络路由。1.1.宽带传输分类宽带传输分类宽带传输在实际的社会信息和通信技术的应用中，分为三个不同需求宽带传输系统：(1)基于大容量国际、省际之间的宽带传输网。(2)基于本地交换机与用户端各种设备之间的宽带接入网。(3)基于连接宽带网络结点的宽带传输交换系统。2.2.宽带传输宽带传输宽带传输系统按传输媒质的不同，又可分为有线宽带传输和无线宽带传输。(1)有线宽带传输又可分为三类：双绞线宽带传输、
20、光纤宽带传输和混合光纤同轴电缆宽带传输。双绞线属于双线传输线。在双绞线宽带传输中，线路对增容系统、高速数字用户环路(HDSL)系统和非对称数字用户环路(ADSL)系统是基于ISDN技术发展起来的三种线路增容系统。ISDN技术可以扩大双绞线接入网的传输容量，可在一对双绞线上提供全双工2B+D信道。HDSL系统可在2或3对普通双绞线上提供30B+D或2 Mb/s租用线业务。ADSL系统可以提供上行速率为576 kb/s，下行速率可达1.56.2 Mb/s的非对称业务。光纤宽带传输泛指利用光纤通信作为传输媒介，在本地交换机或远端模块与用户之间进行通信。它可以提供双向的高速率信号通道，在本地交换机或远
21、端模块与用户之间，用户均为155 Mb/s的信号信道。根据光纤向用户延伸的距离，光纤宽带接入网又有多种应用形式，其中，最主要的三种是光纤到路边(FTTC)、光纤到大楼(FTTB)和光纤到家或办公室(FTTH或FTTO)。混合光纤同轴电缆(HFC)宽带接入网是指利用光纤将电话信号和多路有线电视信号传输到住宅区附近，再用同轴电缆分别传送到各用户。由于有线电视是模拟调制，而视频点播等为数字信号，因此HFC设备可以同时接入模拟和数字视频信号。HFC具有860MHz的频谱，通常上行信号频带为542 MHz，用于传输数字化的语音和数据；下行信号频带为48/54860 MHz。其中，600 MHz以下分配给
22、模拟有线电视，600860 MHz用于传输约30路数字视频信号。(2)无线宽带传输又可分为固定无线宽带传输和移动无线宽带传输。固定宽带接入网可以是微波固定接入网和卫星固定接入网，许多实际系统是专门为固定接入而设计的，也有一些系统是由蜂窝系统或无绳系统简化而来的。相对于“有线本地环路”而言，“固定无线接入网”一般又称为“无线本地环路WLL(Wireless Local Loop)”。移动无线接入网主要有蜂窝方式、数字无绳方式、个人通信方式和卫星方式等。3.3.宽带交换宽带交换电路交换和分组交换均不适合于宽带交换。只有ATM交换才能实现宽带交换。电路交换是一种传统的交换方式，不论双方是否传送信息，
23、此信道一直被双方独占直至双方拆除信道为止，这属于同步转移模式STM(Synchronous Transfer Mode)，其通信时延小，处理速度快。因为其网络资源利用率低，接入速率不可变，又不具备对传送的信息进行检错和纠错的能力，所以，电路交换技术不适合数据通信业务。在简单电路交换的基础上，也出现了改进型的交换方式：多速率电路交换和快速电路交换等，但因设计和控制复杂未能大量应用。分组交换技术克服了电路交换的缺点，可用不同速率传送信息，它把所传送的信息打成“包”，并且具有检错和纠错能力，因而适合数据传送。因为分组交换技术协议复杂、通信时延长，所以它不适合实时性要求高的话音和图像传送。在分组交换技
24、术基础上发展起来的帧中继，虽然在协议上有所简化，速率上有所提高，但也不能满足高速数据业务传送的需要。1987年，ITU-T在I.121中建立采用ATM作为宽带交换的新技术。ATM以固定长度的信元方式在网络中统一传输与交换各类业务的信息，提供面向连接的、高速的和综合的异步信元传送服务。ATM交换具有如下特点：(1)ATM采用固定短长度(53字节)的信元传送信息，简化了网络中交换节点信息存储管理的复杂性，加快了交换处理速度，同时也降低了对交换节点内部缓冲存储区容量的要求，减少了信元在缓冲区中排队的时延和时延抖动，有利于信息传送的时间透明性。(2)ATM交换节点采用信息转移处理协议，主要完成信元的选
25、路控制工作，不进行逐段的差错控制和流量控制，因此，信元的交换速率非常快，有利于信息传送的时间透明性。(3)ATM采用面向连接交换方式，避免了复杂的信元顺序控制工作，加上用户接入时的流量控制和合理的业务质量与网络资源控制，可以使信元丢失率降低到任何业务都可以接受的程度，满足各类业务的语义透明性。(4)ATM以信元方式的信息传送与业务的特性、速率无关，只要将各类业务的信息在入网时转化为统一格式的信元就可以在网络中进行传输与交换。(5)在ATM交换方式下，辅之以必要的信令处理与连接控制功能，可以使其具有支持多方连接和多连接呼叫控制的能力，适合多媒体业务的应用。由ATM交换特点可以看出，ATM技术综合
26、了电路交换和分组交换技术的优点，不仅适合宽带交换，而且适合各种不同速率业务的需求。目前，ATM交换产品的接口速率为155 Mb/s和622 Mb/s，交换容量从几十吉比特每秒至几百吉比特每秒。值得一提的是，随着全光通信技术的发展，将出现基于光交换技术的新一代光ATM交换机，这将是宽带交换技术的革命性飞跃，它可以避免光/电转换和电/光转换带来的种种不便。4.4.宽带传输技术宽带传输技术1)XDSL技术DSL(Digital Subscriber Line，数字用户环路)技术是基于普通电话线的宽带接入技术，它在同一根铜线上分别传送数据和语音信号。由于历史原因，传统的电话用户线(双绞线)接入网构成了
27、整个通信的重要部分。它分布面广、所占比重大，充分利用这部分资源开发新的宽带业务，是近期接入网的重要任务。而XDSL就是一种充分利用铜线的有效宽带接入技术。XDSL中的“X”代表了各种数字用户环路技术，包括ADSL、RADSL、HDSL和VDSL等。ADSL(数字用户线环路技术)是一种非对称的DSL技术。所谓非对称，是指用户线的上行速率与下行速率不同，上行速率低，下行速率高，特别适合传输多媒体信息业务，如视频点播(VOD)、多媒体信息检索和其他交互式业务。ADSL在一对铜线上的上行速率为512 kb/s1 Mb/s，下行速率为15 Mb/s，有效传输距离为35 km。HDSL(高速数字用户环路技
28、术)是一种对称的DSL技术，它利用现有电话线中的两对或三对双绞线来提供全双工的速率为1.544 Mb/s的数据交换。VDSL是XDSL技术中最快的一种，它采用DMT线路码，在一对铜质双绞电话线上的下行速率为1352 Mb/s，上行速率为1.52.3 Mb/s。但VDSL的传输距离较短，一般只有几百米。2)HomePNA技术HomePNA技术为对称式数据传输，其双向传输带宽均为1 kb/s(HomePNA VI.0标准)或10 Mb/s(HomePNAV 2.0标准)，其传输距离一般为100300 m。该项技术运用现有电话线，高速接入互联网而不需改变原有电话设置，而且上网速度快，上网时间也没有限
29、制，具有良好的性价比。它支持电话线上语音与数据的同时传输。提供RJ-11的以太网接口形式，可用电话线构建网络，方便地组建1 Mb/s/10 Mb/s的局域网连接。3)Cable接入技术Cable接入技术可以使有线电视网络公司利用现有的HFC(光纤同轴混合网)网络提供宽带业务。HFC在一个500户左右的光节点覆盖区可以提供60路模拟广播电视和每户至少2路电话、速率至少高达10 Mb/s的数据业务。将来利用其550750 MHz频谱还可以提供至少200路MPEG2的点播电视业务以及其他双向电信业务。4)光纤传输技术光纤用户网是指局端与用户之间完全以光纤作为传输媒体的接入网。用户网光纤化有很多方案，
30、有光纤到路边(FTTC)、光纤到小区(FTTZ)、光纤到办公室(FTTO)、光纤到楼面(FTTB)、光纤到家庭(FTTH)等。光纤用户网具有带宽大、传输速度快、传输距离远、抗干扰能力强等特点，适合于多种综合数据业务的传输，是未来宽带网络的发展方向。它采用的主要技术是光波传输技术。目前常用的光纤传输的复用技术有时分复用(TDM)、波分复用(WDM)、频分复用(FDM)、码分复用(CDM)等。在主干宽带网中，随着大规模光纤通信技术的应用，基于点对点传输的准同步数字系列PDH(Plesiochronous Digital Hierarchy)制约了宽带传输的进一步发展，而同步数字系列SDH适合于宽带
31、传输。SDH是一个将复接、线路传输及交换功能结合在一起，并由统一网管系统进行管理操作的综合网，是宽带通信网中传输部分的核心。SDH实现了数字网的国际互通，产生了一种新的同步数字系列，在155 Mb/s、622 Mb/s、2.5 Gb/s和10 Gb/s 的速率上，以统一的帧结构，将北美、欧洲和日本的三种数字系列统一起来，实现了互相兼容。其主要优点为：(1)SDH具有统一的世界性的网络节点接口UNI规范，该规范包括数字速率等级、帧结构、复接方法、线路接口和监控管理等，容纳了现有的数字系列。这种UNI接口也能与用户网络接口UNI互通，从技术上支持ATM。(2)SDH的基本速率是155 Mb/s基本
32、的同步传输模块STM-1可以PDH速率信号，使新的SDH能支持现有的PDH，这样便于通信系统的扩容和升级。(3)SDH同步系列设备可通过功能块的自由组合，实现各种层次和大小的网络结构，十分灵活和经济，使SDH网综合了传输和部分交换的功能。(4)SDH可以提供标准速率等级：STM-1(155 Mb/s)、STM-4(622 Mb/s)、STM-16JP(25 Gb/s)和STM-64(10 Gb/s)等，网络规模便于迅速扩大。5)WiMax宽带无线接入WiMax(World Interoperability for Microwave Access,全球微波接入互操作性)是一项基于IEEE 80
33、2.16标准的宽带无线接入城域网技术。WiMax亦常被称为IEEE Wireless MAN(Metropolitan Area Network)，其基本目标是提供一种在城域网一点对多点的多厂商环境下，有效地进行互操作的宽带无线接入手段。WiMax的技术优势可以简要概括为以下几点：(1)传输距离远。WiMax的无线信号传输距离最远可达50 km，是无线局域网所不能比拟的，其网络覆盖面积是3 G(3rd Generation)基站的10倍。(2)接入速度高。WiMax所能提供的最高接入速度是70 M，这个速度是3 G所能提供的宽带速度的30倍。(3)无“最后一公里”瓶颈限制。作为一种无线城域网技
34、术，它可以将Wi-Fi节点连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。(4)可提供广泛的多媒体通信服务。由于WiMax较之Wi-Fi具有更好的可扩展性和安全性，从而能够实现电信级的多媒体通信服务。6)超宽带技术UWB(Ultra Wideband)早期主要用于雷达技术领域，通过发射只有10-9 s的脉冲信号，接收并分析反射脉冲的位置，就可以得到检测对象的信息。目前，UWB技术在通信领域的应用也得到了极大发展。UWB系统被定义为相对带宽(信号带宽与中心频率的比)大于20%或带宽大于500 MHz的信号系统。带宽越大，所能传送的脉冲就越多，不仅可以提高速度，而且
35、还能有效地降低耗电量(由于加电时间极短，因此平均耗电量很低)。对于通信系统，UWB系统的可用频谱宽度是从3.110.6 GHz的7.5 GHz。但实际上并不存在如此宽的空闲频带。所以，无论怎么做，总是要出现与现有无线技术所使用的频带相互重叠的部分。可以说，UWB不是一项频带分配技术，而是以共享其他无线技术使用的频带为前提的无线技术。UWB的低耗电量和面向10 m左右的点对点通信的特点与蓝牙技术相同，二者的主要应用范围也相同，但在通信速度方面，UWB要比蓝牙快10倍以上。如果在共用条件中没有严格的限制，那么在10 m左右的距离上UWB实现最大100 Mb/s的通信速率。7.4 光纤传输通信光纤传
36、输通信 图 7-6 光通信系统框图 1.1.数字光纤通信系统数字光纤通信系统光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比较，数字通信有很多的优点，如灵敏度高，传输质量好。因此，大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。光发射端机的主要任务是实现PCM编码和信号的多路复用。在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM(Pulse Code Modulation)，即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。多路复用技术包括时分多
37、路复用(TDM)、频分多路复用(FDM)、波分多路复用(WDM)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。(1)时分多路复用是指当信道达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以将使用信道的时间分成一个个的时间片(时隙)，并按一定的规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内独占信道来进行传输，所以信号之间不会互相干扰。(2)频分多路复用是指当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可以将信道分割成若干个子信道，每个子信道用来传输一路信号。或者说是将频率划分成不同的频率段，不同路的信号在不同的频段内传送，各个频段之间不会相互影响，所以不同路的信号可以同时传送。(3)波分多
38、路复用是FDM应用于光纤信道的一个例子。(4)码分多址多用于移动通信，不同的移动台(或手机)可以使用同一个频率，但是每个移动台(或手机)都被分配有一个独特的“码序列”，这个码序列与所有别的码序列都不相同，所以各个用户相互之间也没有干扰。因为是靠不同的码序列来区分不同的移动台(或手机)的，所以也叫“码分多址”(CDMA)技术。(5)空分多址利用空间分割构成不同的信道。举例来说，在一颗卫星上使用多个天线，各个天线的波束射向地球表面的不同区域，地面上不同地区的地球站，在同一时间即使使用相同的频率进行工作，它们之间也不会形成干扰。(6)空分多址是一种信道增容的方式，可以实现频率的重复使用，充分利用频率
39、资源。空分多址还可以和其他多址方式相互兼容，从而实现组合的多址技术，例如空分-码分多址(SD-CDMA)。2.光发射端机光发射端机 图 7-7 光发射端机的组成框图 从PCM设备(电端机)送来的电信号是适合PCM传输的码型，为HDB3码或CMI码。信号进入光发送机后，首先进入输入接口电路，进行信道编码，变成由“0”和“1”码组成的不归零码(NRZ)。然后在码型变换电路中进行码型变换，变换成适合于光线路传输的mBnB码或插入码，再送入光发送电路，将电信号变换成光信号，送入光纤传输。线路编码：又称信道编码，其作用是消除或减少数字电信号中的直流和低频分量，以便于在光纤中传输、接收及监测。它大体上可归
40、纳为三类：扰码二进制、字变换码和插入型码。调制方式：模拟通信可采用调幅、调频和调相等多种调制方式，采用数字调制时，相应地称为幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。光发射机包括的参数有：发送光功率(dBm)、光谱特性、最大均方根宽度、最大20 dB跌落宽度及最小边模抑制比(SMSR)。目前，实用的光纤数字通信系统都是用二进制PCM信号对光源进行直接强度调制的。光发射机输出的经过强度调制的光脉冲信号通过光纤传输到接收端。由于受发送光功率、接收机灵敏度、光纤线路损耗甚至色散等因素的影响及限制，光端机之间的最大传输距离是有限的。例如，在1.31 m工作区，34 Mb/s光端机的最
41、大传输距离一般为5070 km，140 Mb/s光端机的最大传输距离一般为4060 km。如果要超过这个最大传输距离，通常需要考虑增加光中继器，以放大和处理经衰减和变形了的光脉冲。目前的光中继器常采用光电再生中继器，即光-电-光中继器，这相当于光纤传输的接力站。这样就可以把传输距离大大延长。3.3.光接收机光接收机从光纤传来的光信号进入光接收电路，将光信号变成电信号并放大后，进行定时再生，又恢复成数字信号。由于发送端有码型变换，因此，在接收端要进行码型反变换，然后将信号送入输出接口电路，变成适合PCM传输的HDB3码或CMI码，送给PCM。在数字通信系统中，光接收机的性能用误码率来衡量。接收机
42、的主要性能参数有：接收灵敏度、光接收机的动态范围。为了使光接收机正常工作，接收信号不能太弱，否则会造成过大的误码。但接收信号也不能太强，否则会使接收机放大器过载，而造成失真。因此，光接收机正常工作时，接收光信号的强度应该有一个范围。在保证一定的误比特率条件下，把光接收机所能接收的最大光功率与最小光功率之差，称作光接收机的动态范围。一般希望光接收机的动态范围越大越好，实际中一般为1620 dB。4.4.备用系统与辅助设备备用系统与辅助设备为了确保系统的畅通，通常设置备用系统。正常情况下只有主系统工作，一旦主要系统出现故障，就可以立即切换到备用系统，这样就可以保障通信的正确无误。辅助设备是对系统的
43、完善，它包括监控管理系统、公务通信系统、自动倒换系统、告警处理系统、电源供给系统等。其中，监控管理系统可对组成光纤传输系统的各种设备自动进行性能和工作状态的监测，发生故障时会自动告警并予以处理，对保护倒换系统实行自动控制。对于设有多个中继站的长途通信线路及装有通达多方向、多系统的线路维护中心局来说，集中监控是必须采用的维护手段。公务电话为各中继站与终端站之间提供业务联络。“输入分配”和“输出倒换”组成了自动保护倒换装置。它是为提高线路的可靠性和可利用率而准备的热备用系统。主用系统出现故障时，会自动切换到备用系统工作。备用的方式是多种多样的，可以是一个主系统配备一个备用系统，也可以是多个主系统共
44、用一个备用系统。是采用一主一备还是多主一备系统工作，要根据使用要求和使用条件而定。我国省内通信和本地网中采用一主一备方式的较多，这主要是因为前期建设的系统数较少，又要设保护系统的缘故。而长途干线中主要采用多主一备系统，以提高机线设备的利用率。5.5.光纤数字通信指标光纤数字通信指标误码是指在数字通信系统中，当发送端发送“1”码时，接收端收到的却是“0”码；而当发送端发送“0”码时，接收端却接收到了“1”码。这种接收码与发送码不一致的情况就叫做误码。产生误码的主要原因是传输系统的噪声和脉冲抖动。在数字光纤通信系统中，误码性能用误比特率BER来衡量：BER=错误比特数/总的传输比特数对于数字光通信
45、系统来说，一般要求系统的误比特率小于10-9。抖动又称为相位抖动，是指数字脉冲信号的相位摆动或时间上的前后摆动。6.6.光纤数字通信系统的应用光纤数字通信系统的应用光纤数字通信系统适合于远距离、大容量通信。在长距离传输中，需要使用中继器来放大经过长距离传输而减弱了的信号。在通信系统中，中继距离越长，中继站数目越少，系统的成本就越低，可靠性也越高。光纤传输系统的最大中继距离由以下四个因素决定：(1)发送机输出耦合进光纤的平均光功率。耦合进光纤的功率越大，中继距离越长。(2)光纤的色散。若光纤的色散大，则经过一定距离传输后出现的波形失真就严重。传输的距离越长，波形失真就越严重。在数字通信系统中，波
46、形失真将引起码间干扰，使光接收灵敏度降低，影响系统的中继距离。(3)光纤的损耗。光纤线路的损耗包括光纤的活动连接器损耗和光纤的熔接损耗，当然主要是光纤的每公里损耗。如果光纤每公里损耗越小，则信号光功率在光纤上的损失就越小，光信号在光纤中的传输距离就越远。(4)满足一定误比特率要求的光接收机灵敏度。接收灵敏度越高，即满足系统误比特率要求的最低接收光功率越小，中继距离就越长。在数字通信发展的初期，为了适应点到点通信的需要，大量的数字传输系统都是准同步数字体系(PDH)。准同步是指各级的比特率相对于其标准值有一个规定的容量偏差，而且定时用的时钟信号并不是由一个标准时钟发出来的。通常采用正码速调整法实现准同步复用。现在，SDH已经成为国际上公认的传输网体制。在电信网中所运载的种类繁多的信息首先必须规范化，然后再纳入数字序列的某一级的一种速率信号之中，即成为电信网所传输的异步或同步数字序列信号的内容。SDH的最低分级是155.520 Mb/s,称为基本传送模块，用STM-1表示。STM-N则表示速率为N155.520 Mb/s的传送模块，其中，N一般取1、4、16、64、256。
