第8章 通信網中的傳輸介質與傳輸網

第8章

通信網中的傳輸介質與傳輸網

拓撲結構：比如星形結構不適合選用同軸電纜，可選擇雙絞線等方式；容量：介質提供的傳輸速率、可靠性和差錯率應該能夠滿足要求。在可能的情況下，盡量選擇可靠性高的介質；應用環(huán)境：包括傳輸距離、環(huán)境惡劣程度、信號強度等；投資：要考慮已有投資，節(jié)省資源。如何選擇傳送介質？通過頻率：物理介質能夠通過的電磁波的頻率范圍頻率越高，相同時間內傳送的信息越多，比如100bit/s，和1000bit/s。但是通過頻率高的物理介質，傳送帶寬并非更寬，只是將信號從基帶信號調制到頻帶信號，使信號更容易在線路中傳送而已。從頻譜到帶寬思考：物理介質為什么能傳送各種頻率、各種帶寬的信號呢？帶寬：在通信中具有兩方面的含義：一個是頻率范圍（單位是Hz），一個是數(shù)據(jù)流的頻率（單位是bit/s，每秒鐘的位數(shù)）。從頻譜到帶寬注意：標稱帶寬和實際帶寬占用量不同。標稱帶寬為我們日常所描述的線路帶寬的數(shù)值。如10/100M以太網，指這根網線的標稱帶寬為10/100Mbit/s。傳輸介質及網絡傳輸介質包括有線傳輸介質與無線傳輸介質；有線傳輸介質光纖同軸電纜雙絞線無線傳輸介質為空間無線電磁波有線網絡技術PDHSDHWDMASON無線網絡技術微波通信擴頻Wi-Fi藍牙衛(wèi)星通信通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)有線通信系統(tǒng)有線載波通信光通信架空明線對稱電纜同軸電纜空間光通信光纖通信無線通信系統(tǒng)微波中繼通信衛(wèi)星通信移動通信微波散射通信流星余跡通信光纖要解決的幾個問題：1.光纖是如何傳送信號的？2.海底光纜是如何埋下去的？3.我國的光纖網絡建設情況如何？光纖：光導纖維的簡稱，是一種能利用光的全反射作用來傳導光線的透明度極高的(玻璃)纖維。光纖

光纖的基本結構一般是雙層或多層的同心圓柱體。其中心部分是纖芯，纖芯外面的部分是包層，纖芯的折射率高于包層的折射率，從而形成一種光波導效應，使大部分的光被束縛在纖芯中傳輸，實現(xiàn)光信號的長距離傳輸。光纖光纖的基本結構光傳播的基本知識n1n2n1>n2n1n2臨界角900臨界角n1n2全反射入射角=反射角θ1θ2產生全反射的條件：n1>n290o>θ>臨界角

光纖：全反射條件當θ2=90o，θc=θ1=sin-1n2/n1θc就是臨界角光纖的傳光原理(全反射)纖芯(Core)62.55mm125mm包層(Clad)Core8mm125mmClad85μm

多模單模人的頭發(fā)光纖單模光纖一般承載1310nm或者1550nm波長的光波；多模光纖一般承載850nm或者1310nm波長的光波。單模和多模光纖按芯數(shù)分為單芯、雙芯、多芯。按結構分為層絞式、骨架式、帶狀等。按敷設場合分為架空、直埋、管道、移動、室內、水下、海底等。按用途分為通信用光纜和非通信用光纜。光纜(a)層絞式(b)單位式(c)骨架式(d)帶狀式光纖光纖光纖光纖帶加強構件單位塑料骨架加強構件綜合護套防熱層2.海底光纜是如何埋下去的？——有專門的鋪設海底光纜的船，船上裝有大量設施用于鋪設海纜，船在海上邊行駛邊拉線?！＠|直接鋪設在海床上，光纜很粗很重，外皮有很強的耐腐蝕性，不用在上面埋泥沙之類的覆蓋物，可以最少地觸動周圍的海底生態(tài)環(huán)境，并且增加海底生物的遮掩和附著物面積，有利于海洋生態(tài)環(huán)境。——海底光纜的設計要考慮海底壓力、船錨和海洋生物的傷害、漁船拖網，還要考慮鋪設與回收時的張力，還要具備遠供電回路。其維護也非常復雜。光纖——起步于20世紀70年代，目前光纖光纜產業(yè)已雄踞世界前列。——目前我國長途傳輸網的光纖化比重已經超過90%，國內已建成“八縱八橫”的主干光纖網，覆蓋全國85%以上的縣市。光纖3.我國的光纖網絡建設情況如何？同軸電纜金屬的導電能力強；而銅金屬因為蘊含豐富，物理特性好，電子特性優(yōu)異而被首選為通信電纜的原材料。金屬電纜在通信網的應用中，以同軸電纜和雙絞線最為廣泛。應用：E1/T1接口線纜、廣電網絡、有線電視，共用天線系統(tǒng)以及射頻監(jiān)視器等雙絞線每對雙絞線由絞合在一起的相互絕緣的兩根銅線組成，每根銅線直徑在1mm左右。絞合是為了抗干擾。很多線對組成“大對數(shù)電纜”，鋪設方便應用：電話線，局域網。局域網中的雙絞線有屏蔽和非屏蔽之分。屏蔽雙絞線STP抗干擾性好，性能高，最大傳送距離可達十幾千米，成本高。應用廣泛的非屏蔽雙絞線UTP傳輸距離一般為100m。有1，2，3，4，5共5類。常用為5類。接頭有RJ45或者RJ11水晶頭。雙絞線以太網延伸工具

——光纖收發(fā)器（光貓）作用：用光纖延續(xù)LAN的信號，將接收來的以太網電信號轉化為光信號，并在光纖上傳送，到達目的地后再通過另外一臺光纖收發(fā)器將信號接收后轉化為電信號，送入路由或者交換設備或者終端上的電接口。作為以太網長距離延伸的工具。有線傳輸設備和網絡線路本身的物理特性決定其傳輸?shù)娜菹藓吞卣鳌＞€路不能交換和路由，只能傳輸。線路的傳送帶寬取決于兩邊鏈接設備的時鐘頻率。線纜兩端連接著設備，它們的作用是接收外部信號并進行有效的信號調整，以保證信號在接下來的線路上穩(wěn)定傳送，或者將調整后的信號通過某種方式呈現(xiàn)出來。同步技術在數(shù)字通信系統(tǒng)中，傳送的信號都是數(shù)字化的脈沖序列。這些數(shù)字信號流在數(shù)字交換設備之間傳輸時，其速率必須完全保持一致，才能保證信息傳送的準確無誤，這就叫做“同步”。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，有兩種數(shù)字傳輸系列:準同步數(shù)字系列PDH

（PlesiochronousDigitalHierarchy）；同步數(shù)字系列SDH

（SynchronousDigitalHierarchy）。PDH技術在光纖兩端提供時鐘和速率的較早設備之一，只能用作點對點的情況，無法呈環(huán)狀布局；最經典設備“小八兆”。注：光纖收發(fā)器用來傳送IP數(shù)據(jù)包，PDH用來傳送TDM信號。目前已經基本被SDH，DWDM等所取代，但是在點對點網絡中，還是被廣泛應用著。SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步數(shù)字體系）是一種將復接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由統(tǒng)一網管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網絡。SDH技術SDH/SONET稱為“光同步數(shù)字傳輸網”，是通信網中“傳輸網”的代名詞。1.SDH擁有一套標準化的信息結構等級STM，并采用同步復用方式，使得利用軟件就可以從高速復用信號中一次分出，插入低速支路信號，簡化了上下話路的業(yè)務，方便實現(xiàn)交叉連接；SDH技術特點2.SDH有豐富的開銷比特，用于網絡的運行，維護，并實現(xiàn)了遠程管理；4.SDH網結構具有很強的適應性，可以裝載多種類型的信號，如PDH，ATM，IP等。3.SDH有自愈保護功能，可大大提高網絡的通信質量和應付緊急狀況的能力；SDH分插復用ADM

（Add/DropMultiplexer）設備SDHADM設備串接在SDH鏈路中，可從過路的SDH信號中，分插沿途局所需的支路信號。因為ADM插入SDH鏈路工作，故ADM設備具有兩個線路側，每一線路側接有一對光纖；一個支路側用于沿途上下PDH和/或SDH支路信號光波分復用（WDM：WavelengthDivisionMultiplexing）技術是在一根光纖中同時傳輸多波長光信號的一項技術。其實質是在光纖上進行光頻分復用(OFDM)。在同一窗口中信道間隔較小的波分復用稱為密集波分復用DWDM（DenseWavelengthDivisionMultiplexing）。波長密度較低的WDM系統(tǒng)，稱為粗波分復用CWDM。波分復用WDM波分復用就是光的頻分復用82.5Gb/s1310nm1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm20Gb/s復用器分用器EDFA120km波分復用WDM光發(fā)射機1光發(fā)射機2光發(fā)射機N合波器光發(fā)射機1光發(fā)射機2光發(fā)射機N光功率放大（BA）光線路放大（OA）光線路放大（OA）分波器光前置放大（PA）12N12N12N…..…..…..發(fā)送端接收端波分復用WDMASON自動光交換網絡ASON定義：AutomaticSwitchedOpticalNetwork，在信令網控制下，完成光傳送網內光絡自動交換功能的新型網絡。ASON自動光交換網絡ASON用于核心骨干網絡，可以采用環(huán)狀，網狀組網，保證骨干網光路自由倒換，最大限度地支撐骨干網的安全性。目前處于初步研討和試驗網階段。無線傳輸技術我們生活在電磁波的世界我們生活在

電磁波的世界雷電無線廣播移動通信移動電視電視廣播雷達輻射衛(wèi)星廣播微波爐電磁環(huán)境地波：沿著地球表面?zhèn)鞑サ碾姶挪?。天波：經電離層或大氣層折射返回地面的電磁波。直射波：在視距內直線傳播的電磁波。直射波——長波——短波——微波自由空間中電磁波的傳播電磁波的傳播銅線、電纜、波導的使用已越來越少（僅限于功率信號傳送）。大量使用光纖。電磁波與通信的關系微波通信微波通信（MicrowaveCommunication），是使用波長在0.1毫米至1米之間的電磁波——微波進行的通信。微波通信不需要固體介質，當兩點間直線距離內無障礙時就可以使用微波傳送。利用微波進行通信具有容量大、質量好并可傳至很遠的距離的優(yōu)點，因此是國家通信網的一種重要通信手段，也普遍適用于各種專用通信網。中繼站終端站目前地面微波中繼通信干線己被光纖取代。微波中繼通信：多工作在3000MHz以上頻段，通過中繼站接力傳輸。60,70年代曾是通信干線的主要方式之一。微波通信微波散射通信與流星余跡通信：軍用微波對流層散射通信車微波散射通信：利用對流層不均勻對電波產生散射而進行甲、乙兩站的通信。優(yōu)點：保密性好，通信距離遠（150km以上），不怕核輻射。常用為軍用。缺點：要求大功率。流星余跡通信：利用流星使大氣產生電離反射電波而進行通信。多工作于短波、超短波波段。常用于軍事。微波通信

地面微波通信當前的主要應用：2.一點對多點（PMP）局域網中微波數(shù)據(jù)傳輸組成：中心站，端站應用：不便敷設光纖或電纜的通信網絡干線系統(tǒng)。1.電視微波移動轉播車注：移動通信、衛(wèi)星通信、無線接入雖工作在微波頻段，但一般不劃歸于微波通信這一類?！拔⒉ㄍㄐ拧币话闶侵肝⒉ń恿νㄐ?。微波通信輻射計測量海冰輻射計測量雪的輻射特性散射計測量海洋風場微波遙感技術利用微波遙感器進行廣泛野外測量活動散射計測量小麥衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收天線航空遙感災害監(jiān)測系統(tǒng)衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收站利用遙感、通信等先進技術對自然災害進行實時監(jiān)測計算機圖像處理與傳輸天線實物圖移動定向天線MMDS-C型微波天線全向天線微波中繼天線拋物面天線八木天線天線實物圖：長波天線多種短波軍用、民用電臺擴頻與跳頻擴頻：利用與信息無關的偽隨機碼PN，以調制方法將已調制信號的頻譜寬度擴展得比原調制信號的帶寬寬得多的過程。例如：跳頻擴頻FHSS、直接序列擴頻DSSS。跳頻：用一定碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調制，使載波頻率不斷地跳變。跳頻擴頻就是使窄帶數(shù)字已調信號的載波頻率在一個很寬的頻率范圍內隨時間跳變，跳變的規(guī)律稱作跳頻圖案。優(yōu)點：有很強的抗干擾能力，安全性高。擴頻與跳頻擴頻與跳頻Wi-FiWi-Fi是一種可以將個人電腦、手持設備（如PDA、手機）等終端以無線方式互相連接的技術。Wi-Fi聯(lián)盟采用802.11b標準進行認證。只要有AP，安裝Wi-Fi的計算機就可以接入局域網。AccessPointWireless“Cell”Channel6WirelessClientsLANBackboneChannel1AccessPointWireless“Cell”WirelessClients藍牙技術藍牙，是一種支持設備短距離通信（一般10m內）的無線電技術。能在包括移動電話、PDA、無線耳機、筆記本電腦、相關外設等眾多設備之間進行無線信息交換。利用“藍牙”技術，能夠有效地簡化移動通信終端設備之間的通信，也能夠成功地簡化設備與因特網Internet之間的通信，從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效，為無線通信拓寬道路。無線光纖——MMDS和LMDS是利用激光作為載體傳輸數(shù)據(jù)，提供無線高速點對點或點對多點通信的一種方式，其傳播介質不是光纖而是空氣。10GHz以上的點到多點固定無線傳輸設備稱為本地多點分配系統(tǒng)（LMDS，LocalMultipointDistributionSystem）；3.5GHz頻率的設備稱為多通道微波分配系統(tǒng)（MMDS，MultichannelMicrowaveDistributionSystem）；MMDS的帶寬為雙向幾十兆比特/秒，LMDS帶寬一百多兆比特/秒。WAPIWAPI

WLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure無線局域網鑒別與保密基礎結構。WAPI是我國首個在計算機寬帶無線網絡通信領域自主創(chuàng)新并擁有知識產權的安全接入技術標準。其他無線通信技術超寬帶UWB；ZigBee技術；Z-Wave技術；RFID技術；無線Mesh網。衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信的定義：利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉發(fā)或反射無線電波，在兩個或多個地球站之間進行通信的技術。衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖優(yōu)點:通信距離遠，覆蓋面大，不受地形條件限制，可達海洋、沙漠、高山。主要應用：衛(wèi)星電視、數(shù)據(jù)傳輸、衛(wèi)星移動通信等。缺點：可靠性不及光纖、微波中繼通信。衛(wèi)星衛(wèi)星通信優(yōu)點便于實現(xiàn)多址聯(lián)接

通信距離遠，覆蓋范圍大

頻帶寬、容量大，業(yè)務類型多

機動靈活，不受地理條件限制可自發(fā)自收，利于監(jiān)測

線路較穩(wěn)定、通信質量好

1.衛(wèi)星通信的優(yōu)點（一）衛(wèi)星通信概述衛(wèi)星通信

2.衛(wèi)星通信的缺點完全依賴于衛(wèi)星的高可靠、長壽命

靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術比較復雜

地球高緯度地區(qū)通信效果不好，且兩極為通信盲區(qū)

衛(wèi)星通信的缺點存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象

電波的傳播時延較大并存在回波干擾

（一）衛(wèi)星通信概述衛(wèi)星通信3.衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史

1946年,人們就想利用某種天體的電話交換來轉播無線電信號,美國科學家提出用月球來充當電話交換器。1957年10月4日,蘇聯(lián)把第一顆人造地球衛(wèi)星“斯普特尼克-1號”送入了軌道1960年8月12日,美國發(fā)射了第一顆通信衛(wèi)星“回聲-1號”。無源通信衛(wèi)星。1962年7月10日，美國又發(fā)射了具有轉發(fā)和放大信號功能的民用通信衛(wèi)星“電星-1號”。低軌道運行衛(wèi)星1965年，美國發(fā)射了第一顆第二代通信衛(wèi)星-“晨鳥號”，開創(chuàng)了同步衛(wèi)星的新時代。之后若干年，這些國際通信衛(wèi)星擔負著大陸與大陸之間的一半電話和許多電視節(jié)目的轉播工作。

（一）衛(wèi)星通信概述衛(wèi)星通信4.國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)

INTELSAT系統(tǒng)：

INTELSAT(簡稱IS)是一全球性的商業(yè)衛(wèi)星通信組織，正式成立于1965年11月，總部設在美國的華盛頓。該組織負責全球的商用衛(wèi)星通信系統(tǒng)空間部分的設計、研究、建造和維護使用。自1965年4月發(fā)射第一代國際通信衛(wèi)星“IS-I”以來已歷經8代更新(IS-I～IS-VIII)，共發(fā)射了40多顆衛(wèi)星，構成了龐大的國際商業(yè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，承擔了大部分國際通信業(yè)務和全球性電視廣播業(yè)務。（一）衛(wèi)星通信概述國際海事衛(wèi)星電話（INMARSAT）：海事衛(wèi)星電話通過國際公用電話網和海事衛(wèi)星網連通實現(xiàn)。海事衛(wèi)星網絡由海事衛(wèi)星、海事衛(wèi)星地球站、船站以及終端設備組成。衛(wèi)星通信5.中國衛(wèi)星通信發(fā)展概況

發(fā)展歷程：

1970年4月24日我國成功地發(fā)射了第一顆自行研制的東方紅一號人造地球實驗衛(wèi)星。1972年初，在上海虹橋建立了第一個衛(wèi)星通信地球站，天線直徑為10米。之后,發(fā)射了東方紅二號、東方紅二號甲和東方紅三號，它們均為地球靜止軌道通信衛(wèi)星。

1973年后，在北京、上海等地建立了3個30米天線的標準地球站，并開展了國際衛(wèi)星通信業(yè)務。1975年建成我國自行設計制造的衛(wèi)星通信地球站。2008年10月30日，我國在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射了委內瑞拉一號通信衛(wèi)星，這是我國首次向拉丁美洲用戶提供整星出口和在軌交付服務。

（一）衛(wèi)星通信概述衛(wèi)星通信中國衛(wèi)星通信的應用：

在80年代中期，4顆東二甲同步通信衛(wèi)星的發(fā)射成功與交付使用，以及引進國外衛(wèi)星通信先進技術建立的單路單載波、國際海事衛(wèi)星A型站、VSAT（VerySmallApertureTerminal）數(shù)據(jù)站的生產線，為我國建立了公用衛(wèi)星通信網和專用網。在公用通信網方面，到1998年為止，已建立了37座大中型衛(wèi)星通信地球站，開通7萬條雙向電話線路。在專用衛(wèi)星通信網方面，近年來人民銀行、煤炭、電力、石油、人民日報、海關、民航、新華社、證券交易公司及許多部門和專用公司，建立了約80個低成本VSAT專用衛(wèi)星通信網，終端約1萬多個。在衛(wèi)星通信技術體制上，我國已研制生產了多種衛(wèi)星通信體制的設備，并用于各種不同的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中。目前，公用衛(wèi)星通信網大都應用中速數(shù)據(jù)率(IDR)和TDMA通信體制，專用通信網和移動通信網正由原有的單一體制向多種混合體制發(fā)展。

衛(wèi)星通信1.衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成:由空間衛(wèi)星、地球站、跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)等四大部分組成。（二）衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信2.通