第五章-通信傳輸系統(tǒng)

1、 第五章 傳輸系統(tǒng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 傳輸系統(tǒng)的目標(biāo)是建成一個(gè)大容量、高生存能力、高靈活性、高傳輸質(zhì)量、有智能功能、可集中管理的網(wǎng)絡(luò)，它相對(duì)獨(dú)立于各種業(yè)務(wù)網(wǎng)，是能滿足各種業(yè)務(wù)和信號(hào)傳輸?shù)慕y(tǒng)一平臺(tái)。能夠有效地支持現(xiàn)有各種業(yè)務(wù)網(wǎng)、支撐網(wǎng)和未來(lái)的綜合信息網(wǎng)。未來(lái)的傳輸系統(tǒng)仍然是以光纖通信為基本傳輸網(wǎng)，其他介質(zhì)的傳輸網(wǎng)絡(luò)也會(huì)有較大的發(fā)展。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 第一節(jié) 傳輸系統(tǒng)概述 從時(shí)間上講：1個(gè)復(fù)幀為2ms；1幀占125s；而一個(gè)時(shí)隙占3.9s。每時(shí)隙8位比特碼，即每比特位占488ns。 從碼率上講：由此抽樣重復(fù)頻率為8000Hz，也就是每秒種傳送8000幀，每幀有32x8=25

2、6bit，因此總碼率為256比特/幀*8000幀/秒=2048kbit/s。對(duì)于每個(gè)話路來(lái)說(shuō)，每秒種8000個(gè)時(shí)隙，每時(shí)隙8bit，所以可得8x8000=64kbit/s。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 在時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)中，高次群是由若干個(gè)低次群通過(guò)數(shù)字復(fù)用設(shè)備匯總而成的。對(duì)于32路PCM系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其基群的速率為2.048kbit/s。其二次群則由4個(gè)基群匯總而成。速率為8448kbit/s，話路數(shù)為4x30=120話路。對(duì)于速率更高、路數(shù)更多的三次群以上的系統(tǒng)，目前在國(guó)際上尚無(wú)統(tǒng)一的建議標(biāo)準(zhǔn)。2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 傳輸系統(tǒng)所使

3、用的傳輸介質(zhì)和傳輸速率有關(guān),如：基群PCM的傳輸介質(zhì)一般采用市話對(duì)稱電纜、市郊長(zhǎng)途電纜及光纖等；二次群速率較高，需采用對(duì)稱平衡電纜，低電容電纜或微型同軸電纜及光纖等；三次群以上的傳輸需采用同軸電纜或毫米波導(dǎo)及光纖等。 目前傳輸媒介向毫米波導(dǎo)發(fā)展，其頻率可高達(dá)30300GHz。例如地下波導(dǎo)線路傳輸，速率可達(dá)幾十吉比特/秒（Gbit/s），可開(kāi)通30萬(wàn)路PCM話路。采用光纜、衛(wèi)星通信則可以得到更高的群。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 第二節(jié) 光纖通信 光纖通信是以光波為載頻、光導(dǎo)纖維（簡(jiǎn)稱光纖）為傳輸媒介的一種通信方式。光纖通信系統(tǒng)通常采用的是數(shù)字編碼、強(qiáng)度調(diào)制、直接檢

4、波方式。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 光發(fā)送端機(jī)：是將電端機(jī)輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并將光信號(hào)最大限度地注入偶合到光纖或光纜中傳輸，是完成電/光轉(zhuǎn)換的光端機(jī)，它主要由光源、驅(qū)動(dòng)器和調(diào)制器組成。 光接收端機(jī)：是將光纖或光纜傳輸來(lái)的光信號(hào)，經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后再將電信號(hào)經(jīng)放大到足夠的電平，送入接收電端機(jī)，是完成光/電轉(zhuǎn)換的光端機(jī)。它主要由光檢測(cè)器、解調(diào)器和放大電路組成。 光纖或光纜：是傳送光信號(hào)的光纖傳輸線。 光中繼器：是起補(bǔ)償光衰減和矯正波形失真的作用。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 第三節(jié) SDH SDH是由一些光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)單元（NE）組成的，

5、在光纖或通過(guò)其他媒介上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用和交叉連接的網(wǎng)絡(luò)。2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) SDH與PDH的比較 PDH: 逐級(jí)復(fù)用；開(kāi)銷比特少；系列兼容差;支路信號(hào)也需調(diào)整。 SDH: 幀結(jié)構(gòu)中包含了足夠的開(kāi)銷比特，并對(duì)網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行了必要的規(guī)范，因而SDH系統(tǒng)具有強(qiáng)大的網(wǎng)管功能，并有可能形成統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)N=1、4、16、64時(shí)的線路碼速和通路容量:第一級(jí)為STM-1， 線路碼速為 155.520Mbit/s 第二級(jí)為STM-4， 線路碼速為 622.080Mbit/s 第三級(jí)為STM-16 線路碼速為2

6、488.320Mbit/s 第四級(jí)為STM-64 線路碼速為9953.280Mbit/s 如N=1時(shí)，為STM-1，則幀長(zhǎng)=270*9=2430B，一幀的比特?cái)?shù)=2430*8=19440bit，一幀時(shí)間的長(zhǎng)度為125sgu , 即速率為155.520Mbit/s。2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)STM-N凈負(fù)荷（Pay Load）區(qū)域 是存放待傳送信息碼地地方，并包含POH。POH是用于通道性能監(jiān)視、管理和控制的通道開(kāi)銷字節(jié)。2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)段開(kāi)銷（SOH ）區(qū)域 SDH幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的開(kāi)銷比特。這些開(kāi)銷比特包括了段開(kāi)銷（SOH）和通道開(kāi)銷（PDH），因而網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行、維護(hù)和管理（O

7、AM）能力大大加強(qiáng)。SOH主要提供網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理和維護(hù)使用的字節(jié)段，SOH分為再生段開(kāi)銷(RSOH)和復(fù)用段開(kāi)銷（MSOH）兩部分，其中RSOH在幀中位于19*N列、13行；MSOH在幀中的19*N列、59行。2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) STM-1 SOH字節(jié)安排，其中：A1、A2是幀定位字節(jié)，收端通過(guò)定位每個(gè)STM-1的起點(diǎn)，來(lái)區(qū)別不同的STM-1幀；J0為再生蹤跡字節(jié)，用來(lái)重復(fù)地發(fā)送段接入標(biāo)識(shí)符，以便使接收端確認(rèn)發(fā)送端是否處于持續(xù)接入狀態(tài)；D0D12表示數(shù)據(jù)通路（DCC）, 提供所有SDH網(wǎng)元的通用數(shù)據(jù)通路，構(gòu)成SDH管理網(wǎng)的傳輸鏈路，以完成業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)配、告

8、警故障定位、查詢等功能； 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) E1、E2為公務(wù)聯(lián)絡(luò)字節(jié)，提供公務(wù)聯(lián)絡(luò)語(yǔ)音通路；F1為使用者（一般指網(wǎng)絡(luò)提供者）通路字節(jié)，為使用者專用；B1為比特間插偶校驗(yàn)8位碼（BIT-8）字節(jié)；B2為比特間插奇校驗(yàn)24位碼（BIT-24）字節(jié)；K1、K2為自動(dòng)保護(hù)倒換（APS）通路，如在光纖主用/備用倒換時(shí)，傳輸有關(guān)ASP信令，另K2還有一部分比特位用于復(fù)用段遠(yuǎn)端失效指示（MS-AIS）；S1為同步狀態(tài)字節(jié)，表示時(shí)鐘質(zhì)量的級(jí)別；M1為復(fù)用遠(yuǎn)端誤碼指示（MS-REI）字節(jié)，是收端傳給發(fā)端的告警信息。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)管理單元指針區(qū)域 管理單元指針（AU-PTR）在幀結(jié)構(gòu)中

9、位于19*N列、4行，用來(lái)指示信息凈負(fù)荷的第一字節(jié)在幀內(nèi)的準(zhǔn)確位置，由于低速的支路信號(hào)在高速SDH幀中的位置是有規(guī)律的，接收端可根據(jù)指針的指示找到信息凈負(fù)荷第一字節(jié)的位置并將其正確地分離出來(lái)。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 低階的SDH信號(hào)復(fù)用成高階的SDH信號(hào)，是通過(guò)字節(jié)間插入同步復(fù)用方式來(lái)完成的，在復(fù)用的過(guò)程中，保持幀頻不變（8000幀/秒）。這就意味著高一級(jí)的STM-N信號(hào)是低一級(jí)的STM-N信號(hào)速率的4倍。SDH網(wǎng)要求SDH的復(fù)用方式即能滿足異步復(fù)用，（如將PDH信號(hào)復(fù)用進(jìn)STM-N）。又能滿足同步復(fù)用（如STM-1同步復(fù)用STM-4）。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11

10、現(xiàn)代通信網(wǎng)容器（C） 容器是一種信息結(jié)構(gòu)，主要完成速率適配功能，容器是用來(lái)裝載PDH信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)信息結(jié)構(gòu)，容器的主要作用是進(jìn)行速率調(diào)整。讓那些最常用的PDH信號(hào)能夠裝載進(jìn)有限數(shù)目的標(biāo)準(zhǔn)容器。原CCITT建議G.709根據(jù)PDH速率系列規(guī)定了C-11. C-12. C-2. C-3. C-4五種標(biāo)準(zhǔn)容器。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)虛容器（VC） 虛容器是支持SDH通道層連接的信息結(jié)構(gòu)。VC由信息凈負(fù)荷（C的輸出）和通道開(kāi)銷（POH）組成。VC的輸出為TU或AU的信息凈負(fù)荷。VC是SDH中重要的一種信息結(jié)構(gòu)。VC的包封速率與SDH網(wǎng)絡(luò)同步，因而不同VC的包封相互同步，而包封內(nèi)部卻允許裝載各種不同

11、容量的準(zhǔn)同步支路信號(hào)。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)支路單元、支路單元組（TU、TUG） 支路單元提供低階通道層和高階通道層之間適配的信息結(jié)構(gòu)。支路單元由一個(gè)相應(yīng)的VC和一個(gè)相應(yīng)的支路單元指針（TU、PTR）組成。一個(gè)或多個(gè)在高階VC凈負(fù)荷中占有固定位置的TU組成支路單元組（TUG）2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)管理單元、管理單元組（AU、AUG） AU是為高階通道層和復(fù)用段層提供適配功能的信息結(jié)構(gòu)。AU由一個(gè)相應(yīng)的高階VC和一個(gè)相應(yīng)的管理單元指針（AU 、PTR）組成。一個(gè)或多個(gè)在STM幀中占有固定位置的AU組成管理單元組(AUG)。指針的作用就是定位，定位是將幀偏移信息收進(jìn)支路單元或管理單元

12、的過(guò)程。2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)通過(guò)PCM四次群組成STM-1進(jìn)行說(shuō)明 : 映射是使各支路信號(hào)與相應(yīng)的虛容器（VC）容量同步，以便使VC成為可以獨(dú)立進(jìn)行傳送、復(fù)用和交叉連接的實(shí)體。圖5.9所示的是139.264Mbit/s支路信號(hào)異步映射結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，PDH的139.264Mbit/s信號(hào)采用正碼速調(diào)整異步裝入C-4，再在C-4的九行之前加上VC-4的通道開(kāi)銷VC-4 POH，就構(gòu)成了VC-4,完成了四次群向VC-4的映射，這就是一個(gè)映射過(guò)程。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)映射和同步復(fù)用原理139.264Mbit/s支路信號(hào)異步映射結(jié)構(gòu)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) VC-4由（1列

13、9行）的POH和（260列9行）的凈負(fù)荷組成。其中每1行分為20個(gè)字節(jié)塊。每1 字節(jié)塊由13字節(jié)組成。而字節(jié)塊的第一個(gè)字節(jié)都是由W、Y、X、Z字節(jié)組成，如圖5.10所示。W字節(jié)表示8個(gè)信息比特碼(I)；Y字節(jié)表示8個(gè)固定塞入比特（R）；X字節(jié)內(nèi)含有1個(gè)調(diào)整控制比特（C碼），每一行有5個(gè)X字節(jié)，即每一行共有5個(gè)C碼；Z字節(jié)內(nèi)含有1個(gè)調(diào)整機(jī)會(huì)比特（S碼），每一行只有1個(gè)Z字節(jié)，即每一行有1個(gè)S碼。2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) VC-4的行結(jié)構(gòu)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) C碼用來(lái)控制S碼，確定S碼是信息比特I還是調(diào)整比特R，接收端對(duì)R不予理睬。在發(fā)送端，CCCCC=00000時(shí)，S=I； CCCC

14、C=11111時(shí)，S=R。在接收端，根據(jù)多數(shù)判決的原則，當(dāng)全部或多數(shù)C為0時(shí)，判定S=I；當(dāng)全部或多數(shù)C為1時(shí)，判定S=R。一行中所含的信息比特?cái)?shù)為：信息比特（I）=（9620）+8+6=1934比特。2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 當(dāng)S全為I和全為R時(shí)，就可算出C-4容器納的信息速率IC的上、下限，即： IC=(1934+1)98000=139320 (kbit/s) IC=(1934+0)98000=139248 (kbit/s)四次群支路信號(hào)的速率范圍是139246+15ppm=(139261139266) (kbit/s),處于C-4能容納的負(fù)荷速率范圍之內(nèi)，故可以裝入C-4。2022/

15、7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) AU-4指針偏移編號(hào)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)AU-4 PTR定位是一個(gè)將幀偏移信息收進(jìn)支路單元或管理單元的過(guò)程。當(dāng)發(fā)生幀相位偏差，指針值隨VC-4幀第一個(gè)字節(jié)位的置浮動(dòng)而調(diào)整，以保證指針值準(zhǔn)確指示VC-4幀起點(diǎn)的位置，使接收端能正確地從STM-N中拆分出相應(yīng)的VC,進(jìn)而通過(guò)拆VC、C的包封分離出PDH低速信號(hào)。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) AU-4每3個(gè)字節(jié)為1個(gè)正調(diào)整單位，需配一個(gè)地址，則地址數(shù)為（261列9行）3字節(jié)=783，如圖5.11所示。從緊鄰H3的字節(jié)算起，依次給予從0782的偏移號(hào)。H1、H2、H3字節(jié)表示AU-4 PTR。其中，H1、H2構(gòu)成一個(gè)16

16、bit碼字，如圖5.12所示，在這16 bit碼字中14 bit（NNNN）為新數(shù)據(jù)標(biāo)志（NDF），5、6 bit(SS)表明AU、TU類別，（如，對(duì)于AU-4和TU-3, SS=10），716 bit攜帶具體指針值。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)AU-4 PTR編碼2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) SDH系統(tǒng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) SDH的基本網(wǎng)絡(luò)單元有同步光纜線路系統(tǒng)、同步復(fù)用器（SM）、終端復(fù)用器（TM）、數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）、光中繼器（REG）、分插復(fù)用器（ADM）和同步數(shù)字交差連接設(shè)備（SDXC）等等。雖然其功能各異，但都有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)光接口，能夠在基本光纜端上實(shí)現(xiàn)橫向兼容，即

17、允許不同廠家設(shè)備在光路上互通。 2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)系統(tǒng)單元示意圖2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) DXC等效結(jié)構(gòu)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)1+1保護(hù)示意圖2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 一行中所含的信息比特?cái)?shù)為： 信息比特（I）=96*20+8（W）+6（z）=1934bit S全為I和全為R時(shí)，C-4可容納的信息速率為： IC=（1934+1）*9*8000=139320kbit/s IC=（1934+0）*9*8000=139248kbit/s 則：四次群的速率范圍： 139264+15ppm=139261139266kb/s

18、可裝入C-42022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)系統(tǒng)單元示意圖2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 第四節(jié) WDM系統(tǒng) 在WDM平臺(tái)上組網(wǎng)克服了再生段、復(fù)用段等距離因素的限制，并且組網(wǎng)靈活、接口豐富、應(yīng)用方便。2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 第五節(jié) 微波通信 微波通信是用微波作載波傳送數(shù)字信號(hào)，需將基帶數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。微波因?yàn)樗赜械膫鬏斕匦远玫綇V泛的應(yīng)用。目前地面微波是廣播、電視及山區(qū)通信系統(tǒng)用來(lái)傳輸信號(hào)的重要工具。它具有傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng)2022/7/11現(xiàn)代通信網(wǎng) 第六節(jié) 衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信是利用地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行通信。衛(wèi)星軌道在赤道平面內(nèi)，它的運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，繞地球一周的時(shí)間與地球自轉(zhuǎn)周期相等，所以相對(duì)于地球處于靜止?fàn)顟B(tài)，以靜止衛(wèi)星作為中繼站構(gòu)成的通信系統(tǒng)稱為(靜止)衛(wèi)星通信系