《現(xiàn)代電信網(wǎng)》-1

1、第1章 傳輸技術(shù)基礎(chǔ) 1.1 傳輸?shù)幕靖拍?1.2 數(shù)字傳輸?shù)闹饕阅苤笜?biāo) 1.3 PCM脈沖編碼調(diào)制 1.4 30/32 PCM的幀結(jié)構(gòu) 1.5 準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH） 1.1 傳輸?shù)幕靖拍?1傳輸線路2模擬傳輸與數(shù)字傳輸3基帶傳輸與頻帶傳輸 數(shù)據(jù)通訊基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通訊基礎(chǔ) 將數(shù)字1或0直接用不同信號(hào)表示，送到線路傳輸。 將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成的多路復(fù)用模擬信號(hào)。 單工：?jiǎn)蜗蛲ㄐ拧?半雙工：雙向交替通信。 全雙工：雙向同時(shí)通信。 . 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，“同步”的意思很廣泛，它沒(méi)有一個(gè)簡(jiǎn)單的定義。在很多地方都用到“”的概念。 例如在協(xié)議的定義中，協(xié)議的三個(gè)要素之一就是“同步”。在網(wǎng)絡(luò)通信編程中

2、常提到的“同步”，則主要指某函數(shù)的執(zhí)行方式，即函數(shù)調(diào)用者需等待函數(shù)執(zhí)行完成后才能進(jìn)到下一步。 數(shù)據(jù)通信中的與有很大區(qū)別。通信，收發(fā)雙方發(fā)送和接收連續(xù)的同步比特流。 有兩種不同的同步方式。一是使用，用一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘對(duì)全網(wǎng)所有結(jié)點(diǎn)上的時(shí)鐘進(jìn)行同步。另一種是使用，各結(jié)點(diǎn)時(shí)鐘之間允許有微小誤差，然后采用其他措施實(shí)現(xiàn)同步傳輸。 數(shù)據(jù)通信中最基本同步方式是 。比特是數(shù)據(jù)傳輸最小單位。比特同步是指接收端時(shí)鐘已經(jīng)調(diào)整到和發(fā)送端時(shí)鐘完全一樣，接收端收到比特流后，就能夠在每一個(gè)比特的中間位置進(jìn)行判決(如下圖)。 的目的是為了將發(fā)送端發(fā)送的每一個(gè)比特都正確地接收下來(lái)。這就要求接受方在正確時(shí)刻對(duì)收到的電平根據(jù)事

3、先已約定好的規(guī)則進(jìn)行判決。 但僅有比特同步還不夠。因?yàn)閿?shù)據(jù)要以幀為單位進(jìn)行發(fā)送。若某個(gè)幀有差錯(cuò)，以后就重傳這個(gè)出錯(cuò)的幀。因此一個(gè)幀應(yīng)當(dāng)有明確的界限，也就是說(shuō)要有幀定界符。接收端在收到比特流后，必須能夠正確地找出幀定界符，以便知道哪些比特構(gòu)成一個(gè)幀。接收端找到幀定界符并確定幀準(zhǔn)確位置，就完成了 在以字符為單位的異步通信中，由于每一個(gè)字符只有8個(gè)比特，因此只要收發(fā)雙方的時(shí)鐘頻率相差不太大，在開(kāi)始位的觸發(fā)下，這8個(gè)比特的比特同步很容易做到，因此不需要采取其他措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。是一種很常用的通信方式。異步通信在發(fā)送字符時(shí)，所發(fā)送的字符之間的時(shí)間間隔可以是任意的。當(dāng)然接收端必須時(shí)刻做好接收的準(zhǔn)備。，。 異步通

4、信的好處是通信設(shè)備簡(jiǎn)單、便宜，但傳輸效率較低(因?yàn)殚_(kāi)始位和停止位的開(kāi)銷所占比例較大)。 也可以幀作為發(fā)送單位。接收端隨時(shí)準(zhǔn)備接收幀。這時(shí)幀首部必須設(shè)有一些特殊的，使得接收端能夠找出一幀的開(kāi)始，稱為。 還包含確定幀的結(jié)束位置。有兩種方法：在幀的尾部設(shè)有某種特殊的比特組合來(lái)標(biāo)志幀的結(jié)束，或者在幀首部中設(shè)有幀長(zhǎng)度的字段。 在時(shí)，并不是說(shuō)發(fā)送端對(duì)幀中的每一個(gè)字符都必須加上開(kāi)始位和停止位后再發(fā)送出去，而是說(shuō)。一幀中的所有比特是連續(xù)發(fā)送的。發(fā)送端不需要在發(fā)送一幀之前和接收端進(jìn)行協(xié)調(diào)(即不需要先進(jìn)行比特同步)。異步通信示例：異步通信示例：字符或幀發(fā)送時(shí)間任意，時(shí)間間隔任意。傳輸線路 傳輸線路 對(duì)稱電纜 同軸

5、電纜 光纖光纜 中波 短波 超短波 微波 有線 無(wú)線 和傳輸介質(zhì)密切相關(guān)。 傳輸介質(zhì)在物理層的下面。由于物理層是體系結(jié)構(gòu)的第一層，因此有時(shí)稱傳輸介質(zhì)為0層。在傳輸介質(zhì)中傳輸?shù)氖切盘?hào)信號(hào)，傳輸介質(zhì)并不知道所傳輸?shù)男盘?hào)代表什么意思。但物理層由于規(guī)定了電氣特性，因此能夠識(shí)別所傳送的比特流。一、有線傳輸介質(zhì)一、有線傳輸介質(zhì)1、雙絞線雙絞線 屏蔽雙絞線STP(Shileded Twisted Pair) 非屏蔽雙絞線UTP (Unshileded Twisted Pair)3類：規(guī)定為16MHz （頻率帶寬） 4類：規(guī)定為20MHz5類/5E類：規(guī)定為100MHz 6類：規(guī)定為250MHz7類：規(guī)定為6

6、00MHz外層非屏蔽雙絞線外層屏蔽層屏蔽雙絞線 雙絞線應(yīng)用：雙絞線應(yīng)用： IEEE雙絞線組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：雙絞線組網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)： 10BASE-T：采用三類非屏蔽雙絞線UTP容量10Mbps衰減限制距離100米，采用曼徹斯特編碼。100BASE-T：采用五類非屏蔽雙絞線UTP容量100Mbps衰減限制距離100米，采用4B/5B編碼。1000BASE-T：采用超五類非屏蔽雙絞線四對(duì)，容量1000Mbps衰減限制距離25米。采用8B/10B編碼。采用六類雙絞線的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，容量1000Mbps距離將達(dá)到100米。EIA/TIA 568B線序：線序： 橙白橙綠白橙白橙綠白 藍(lán)藍(lán)白綠棕白棕藍(lán)藍(lán)白綠棕白棕 EIA/

7、TIA 568A線序：線序： 綠白綠白 綠綠 橙白藍(lán)橙白藍(lán) 藍(lán)白藍(lán)白 橙棕白棕橙棕白棕RJ-45(水晶頭)制作制作：兩種標(biāo)準(zhǔn)：兩種標(biāo)準(zhǔn)： 對(duì)不同用途的網(wǎng)線，每端的水晶頭按不同標(biāo)準(zhǔn)制作。規(guī)則如下表： 在實(shí)際施工過(guò)程中，雙絞線的制作要遵守上述的EIA/TIA 568B或EIA/TIA 568A標(biāo)準(zhǔn)。在一個(gè)工程中選用同一種標(biāo)準(zhǔn)，這不僅僅是為了施工者自己及以后的網(wǎng)絡(luò)管理人員維護(hù)方便，更重要的是這樣制作的網(wǎng)線，才符合性能指標(biāo) 。2、同軸電纜同軸電纜50同軸電纜同軸電纜(粗、細(xì))基帶同軸電纜，傳送基帶數(shù)字信號(hào)。10Mb/s速率可傳送1km.75同軸電纜同軸電纜寬帶同軸電纜，是有線電視CATV的傳輸電纜，主

8、要用于傳輸模擬信號(hào)。頻率可達(dá)300450MHz，傳輸距離可達(dá)100km。塑料保護(hù)層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層內(nèi)導(dǎo)體銅芯線 雙纜系統(tǒng)雙纜系統(tǒng)兩條并排鋪設(shè)的電纜，電纜1用于發(fā)送，電纜2用于接收。 單纜系統(tǒng)單纜系統(tǒng)使用不同頻段。雙向放大器頂端器放大器放大器放大器終端終端終端終端終端下行上行Head-end* 50同軸電纜使用：同軸電纜使用： 50 細(xì)同軸電纜連接：細(xì)同軸電纜連接：50 粗同軸電纜連接：粗同軸電纜連接：3、光纖光纖光纖優(yōu)點(diǎn)：光纖優(yōu)點(diǎn)： 傳輸頻帶非常寬(或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)率非常高)； 傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)； 抗雷電和電磁干擾性能好； 無(wú)串音干擾，保密性好； 體積小，重量輕。傳輸特點(diǎn)傳輸特點(diǎn)： 單模光

9、纖(8.3m芯/125m外層)注入式激光二極管ILD(Injection Laser Diode) 多模光纖(62.5m芯/125m外層)發(fā)光二極管LED(Light Emitting Diode） 纖芯用來(lái)傳導(dǎo)光波，包層有較低的折射率。 當(dāng)光線從高折射率的介質(zhì)射向低折射率的介質(zhì)時(shí)，其折射角大于入射角，若折射角夠大，就會(huì)出現(xiàn)全反射。 若光纖直徑減少到一個(gè)光的波長(zhǎng)，則光纖就像一根波導(dǎo)一樣，光線直線傳播，這就是只傳輸基模)?？蓚鬏敻唠A模。玻璃內(nèi)包層外護(hù)套光導(dǎo)纖維芯折射角入射角室內(nèi)光纖室內(nèi)光纖 室外光纖室外光纖 光纖光纖類型：類型：光纖接插器件：光纖接插器件：ST,SC接口接口二、無(wú)線傳輸介質(zhì)二、無(wú)

10、線傳輸介質(zhì) 采用擴(kuò)頻方式通信 有902M、928M和2.4GHz()三個(gè)頻段。容量26Mbps，通信距離可達(dá)幾十到幾百公里。WiMax(IEEE802.16)工作頻段目前已基本確定，即2.5G/3.5G許可頻段和5G免許可頻段。5G頻段由于其免許可，難以保證傳輸質(zhì)量，不是特別適合運(yùn)營(yíng)，但非常適合行業(yè)和集團(tuán)用戶來(lái)構(gòu)建自己的WiMax網(wǎng)絡(luò) 。有兩個(gè)頻段：46GHz和2123GHz，容量為1Mbps10Mbps，距離為幾十上百公里。同步衛(wèi)星距地面距離3600公里，通信容量為19.2 K到幾Mbps。Very甚甚 Ultra特特 Super超超 Extremly極極 Tremely無(wú)線電微波紅外線可見(jiàn)

11、光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波 調(diào)幅無(wú)線電 調(diào)頻無(wú)線電 海事無(wú)線電光纖電視(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動(dòng)無(wú)線電 電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜模擬傳輸與數(shù)字傳輸 信息按表達(dá)形式不同可以分為模擬的和數(shù)字的，當(dāng)然不同形式的信號(hào)傳輸通路也不同。 信息可以以電信號(hào)的形式表示，任何電信號(hào)的波形都可以用幅度和時(shí)間兩個(gè)參

12、量來(lái)描述。幅度是離散（即幅度的取值被限制在有限個(gè)內(nèi)）的信號(hào)稱為數(shù)字信號(hào)；相反，幅度是連續(xù)（即幅度可以取無(wú)窮多值）的信號(hào)稱為模擬信號(hào)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都可以通過(guò)適當(dāng)?shù)奶幚韺?shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。 數(shù)字信號(hào)的波形模擬信號(hào) CodecCodecCodecCodec端局 第三節(jié)第三節(jié) 模擬傳輸與數(shù)字傳輸模擬傳輸與數(shù)字傳輸Modem調(diào)制解調(diào)器 Codec編碼解碼器模擬本地回路數(shù)字終端數(shù)字終端Modem客戶端設(shè)備長(zhǎng)途數(shù)字信道模擬本地回路數(shù)字終端數(shù)字終端Modem客戶端設(shè)備端局調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制是對(duì)信號(hào)源的編碼信息進(jìn)行處理，使其變?yōu)檫m合傳輸?shù)男问降倪^(guò)程。即是把基帶信號(hào)（信源）轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)相對(duì)基帶頻率而言頻率非常高的帶通

13、信號(hào)。帶通信號(hào)叫做已調(diào)信號(hào)，而基帶信號(hào)叫做調(diào)制信號(hào)。調(diào)制可以通過(guò)使高頻載波隨信號(hào)幅度的變化而改變載波的幅度，相位或者頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)。解調(diào)則是將基帶信號(hào)從載波中提取出來(lái)以便預(yù)定的接收者（信宿）處理和理解的過(guò)程。基帶傳輸與頻帶傳輸 為了適應(yīng)信道傳輸頻帶的要求，需要將待傳的信需要將待傳的信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制搬移到某一高頻范圍內(nèi)，號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制搬移到某一高頻范圍內(nèi)，再送上信道傳輸，這種傳輸方式稱為頻帶傳輸；而未經(jīng)調(diào)制，直接將待傳信號(hào)送上信道傳輸?shù)膫鬏敺绞椒Q為基帶傳輸。除電纜可以直接傳輸基帶信號(hào)外，其他各種傳輸介質(zhì)都工作在較高的頻段上，只能以頻帶的方式傳輸信號(hào)（電纜上也可以實(shí)現(xiàn)頻帶傳輸）。 一、數(shù)字調(diào)制技術(shù)一、數(shù)字調(diào)制

14、技術(shù) 調(diào)幅調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。例如0對(duì)應(yīng)于無(wú)載波輸出，1對(duì)應(yīng)于有載波輸出。 調(diào)頻調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。例如0對(duì)應(yīng)于頻率f1，1對(duì)應(yīng)于頻率f2。 調(diào)相調(diào)相(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。例如0對(duì)應(yīng)于相位0o，1對(duì)應(yīng)于相位180o。 調(diào)相有可分為相對(duì)相移相對(duì)相移和絕對(duì)相移絕對(duì)相移。幾種調(diào)制方法：幾種調(diào)制方法： 基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相000011 二、二、傳統(tǒng)傳統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器分類：調(diào)制解調(diào)器分類： 低速：小于600b/s 中速：600b/s 9600b/s 高速：大于9600b/sITU-T的V.34：33.6kb/sITU-T的V.90：

15、56kb/s ITU-T的V.92：56kb/s AD/AV.34調(diào)制解調(diào)器A/D2/4交換機(jī)數(shù)字信號(hào)4/2D/A交換機(jī)A/DV.34調(diào)制解調(diào)器B1、對(duì)稱、對(duì)稱Modem2、非對(duì)稱非對(duì)稱Modem 指的是：用戶Modem是模擬式設(shè)備，而局端Modem是數(shù)字式設(shè)備，即用戶與局端是非對(duì)等設(shè)備，并且數(shù)據(jù)的上傳和下載速率也不相同。 PCM通信系統(tǒng)的構(gòu)成三、數(shù)字傳輸系統(tǒng)三、數(shù)字傳輸系統(tǒng)(1)PCM (Pulse Code Modulation) 脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制 (PCM編碼)語(yǔ)音信號(hào)最高頻率為3.4kHz，由采樣定理采樣定理，常取8kHz。(a)模擬電話信號(hào)(取樣)(b)取樣后脈沖信號(hào)(量化)(c)編

16、碼后數(shù)字信號(hào)(編碼)(d)解碼后的脈沖信號(hào) (e)恢復(fù)后的模擬電話信號(hào)30/32 PCM的幀結(jié)構(gòu) ： 為了減少折疊噪聲，采樣頻率比2f稍大一些，為8kHz，采樣周期為125us 我國(guó)PCM采用8位編碼(一個(gè)碼元7+1bit)可知：量化級(jí)別為27=128個(gè)， 8kHz8b 64kbps 即一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)話路的PCM信號(hào)速率為64kbps 隨著話音編碼技術(shù)的不斷發(fā)展，可用更低的速率傳送同樣質(zhì)量的語(yǔ)音信號(hào)，如32kbps、16kpbs、8kbps ；但目前非國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，故目前仍用64kbps。三、數(shù)字傳輸系統(tǒng)三、數(shù)字傳輸系統(tǒng)(2)1E1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)(歐洲、中國(guó)) E1有32個(gè)時(shí)隙(CH0CH31)，CH0用作幀

17、同步用，CH16用來(lái)傳送信令，其余的30個(gè)傳話路。 8kHz8b 32 = 2.048Mbps 利用PCM技術(shù)同時(shí)傳輸多個(gè)話路，以提高線路利用率。國(guó)際上有兩類標(biāo)準(zhǔn)，E1、T1。通常將多個(gè)話路的PCM信號(hào)用時(shí)分復(fù)用的方法組裝成幀(Frame)()，然后在線路上一幀接一幀地傳輸。時(shí)隙概念(時(shí)分復(fù)用后面講)E1的時(shí)分復(fù)用幀結(jié)構(gòu)的時(shí)分復(fù)用幀結(jié)構(gòu) ：2T1標(biāo)準(zhǔn)(北美)共有24個(gè)標(biāo)準(zhǔn)PCM話路，每個(gè)話路：7bit編碼1bit信令幀同步：24路編碼后1bit速率：(24*8+1)b*8kHz=193b*8kHz1.544Mbps數(shù)字復(fù)用和復(fù)接的概念 “數(shù)字復(fù)用”是將多個(gè)單路信號(hào)合為一個(gè)多路信號(hào)，而“數(shù)字復(fù)接

18、”是將多個(gè)多路信號(hào)合為一個(gè)更多路的信號(hào)，兩個(gè)概念有所區(qū)別。但“數(shù)字復(fù)用”和“數(shù)字復(fù)接”的方式類似（都是以時(shí)分的方式合并信號(hào)），所以，有些書(shū)上對(duì)這兩個(gè)概念不分。為了與一些習(xí)慣說(shuō)法一致，本書(shū)以后對(duì)這兩個(gè)概念也不作嚴(yán)格的區(qū)分。復(fù)接的時(shí)分方式 1）按位復(fù)接是每次依次復(fù)接各支路（低次群）的一位脈沖，周而復(fù)始。按位復(fù)接要求復(fù)接電路存儲(chǔ)容量小，簡(jiǎn)單易行，準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）通常采用按位復(fù)接方式。但按位復(fù)接破壞了一個(gè)字節(jié)的完整性，不利于以字節(jié)為單位的信號(hào)處理和交換。2）按字復(fù)接是每次依次復(fù)接各支路（低次群）的一個(gè)字節(jié)（8bit），周而復(fù)始。按字復(fù)接要求復(fù)接電路有較大的存儲(chǔ)容量。但按字復(fù)接保證了一個(gè)字節(jié)的完

19、整性，便于以字節(jié)為單位的信號(hào)處理和交換。同步數(shù)字系列（SDH）采用按字復(fù)接方式。 復(fù)接的同步方式 1）“同步同步”方式復(fù)接，要求送來(lái)復(fù)接的各支路數(shù)字信號(hào)準(zhǔn)確同步（用的是同一時(shí)鐘）。同步數(shù)字系列（SDH）就是采用同步復(fù)接的方式。2）“準(zhǔn)同步準(zhǔn)同步”方式復(fù)用，是指送來(lái)復(fù)接的各支路數(shù)字信號(hào)接近同步（各支路數(shù)字信號(hào)有一標(biāo)稱碼速，并允許有一小范圍的差別）。在復(fù)接前先進(jìn)行碼速調(diào)整（達(dá)到同步），再進(jìn)行復(fù)接。準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）采用準(zhǔn)同步復(fù)接的方式。 三、數(shù)字傳輸系統(tǒng)三、數(shù)字傳輸系統(tǒng)(3)(3)四個(gè)一次群可構(gòu)成一個(gè)二次群，但速率要多些，因?yàn)閺?fù)用后需要一些同步的碼元；下表給出歐洲和北美的高次群的話路數(shù)和數(shù)據(jù)

20、率，日本的一次群用T1，但高次群標(biāo)準(zhǔn)不同；二次群三次群四次群五次群符號(hào)數(shù)E1E2E3E4E5話路數(shù)3012048019207680速率Mbps2.0488.44834.336139.264565.148符號(hào)數(shù)T1T2T3T4話路數(shù)2496672(7)4032(6)速率Bbps1.5446.31244.736274.176準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH） 國(guó)際上主要有兩種準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH），一種是以30路復(fù)用組成基群（一次群）的PCM 30/32路系列，另一種是以24路復(fù)用組成基群（一次群）的PCM 24路系列。我國(guó)采用PCM 30/32路系列。使用地區(qū)或國(guó)家一 次 群二 次 群三 次 群四 次

21、群北美、日本1.544Mbit/s（24路）6.312Mbit/s（96路=244）44.736Mbit/s（北美）（672路=967）274.176Mbit/s（北美）（4032=6726）32.064Mbit/s（日本）（480路=965）97.728Mbit/s（日本）（1440=4803）歐洲、中國(guó)2.048Mbit/s（30路）8.448Mbit/s（120路=304）34.368Mbit/s（480路=1204）139.264Mbit/s（1920路=4804）PDH復(fù)接系統(tǒng)示意圖 PDH在傳輸中上下支路過(guò)程示意圖 三、數(shù)字傳輸系統(tǒng)（三、數(shù)字傳輸系統(tǒng)（4 4）3PDH/SONET/

22、SDH(同步傳輸網(wǎng)絡(luò))同步光纖網(wǎng)SONET(美國(guó)標(biāo)準(zhǔn))Synchronous Optical NetworkSTS (Synchronous Transport Signal-1)：速率(STS-n)，其中STS-1為51.84Mbps STS系列標(biāo)準(zhǔn)是為數(shù)字電路的接口上(使用的是銅線)的電信號(hào)用的。而OC系列標(biāo)準(zhǔn)是為上的光信號(hào)用的。但OC-n的數(shù)據(jù)率和STS-n的數(shù)據(jù)率是一樣的。 同步數(shù)字系列SDH(ITU標(biāo)準(zhǔn)) Synchronous Digital HierarchySTM-1: 速率155.52mbps， STS-3，OC-3； STM-1:155Mpbs STS-12，OC-12； STM-4:622Mpbs STS-48，OC-48； STM-16:2.5Gpbs STS