現(xiàn)代通信系統(tǒng)概論課件 第3章

第三章通信系統(tǒng)的典型應(yīng)用3.1無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用3.2光纖通信系統(tǒng)的典型應(yīng)用

3.1無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1.1微波中繼通信1.微波及其通信1）微波及其傳播特性所謂微波，是指一種具有極高頻率、極短波長的電磁波。微波通信則是指利用微波攜帶信息，通過電波空間進(jìn)行傳輸?shù)囊环N通信方式。若攜帶的信息是模擬信號，則稱它為模擬微波通信；若攜帶的信息是數(shù)字信號，則稱它為數(shù)字微波通信。

⑴似光性

在電磁波頻譜中，微波以上的電磁波為光波，而光是直線傳播的，因此微波也具有了類似光的直線傳播特性。

⑵極化特性

電磁波在傳播過程中，電場和磁場在同一地點(diǎn)隨時(shí)間t的變化存在著某種規(guī)律，其中描述電場強(qiáng)度矢量方向規(guī)律的稱之為極化特性。我們規(guī)定電場矢量E的方向?yàn)闃O化方向。

當(dāng)電場矢量E的端點(diǎn)隨時(shí)間t的變化軌跡處于一條直線上時(shí)，稱這種極化為線極化，如圖3-1（a）所示；若變化軌跡為圓或橢圓時(shí)，則分別稱為圓極化或橢圓極化，如圖3-1（b）所示。線極化中將電場矢量E的端點(diǎn)隨時(shí)間t變化的軌跡與地面水平的叫水平極化，與地面垂直的叫垂直極化，如圖3-1（c）所示。圓極化中將電場矢量E旋轉(zhuǎn)變化方向?yàn)轫槙r(shí)針的叫左旋極化，反之稱為右旋極化。垂直與水平極化或左旋與右旋極化是彼此互相正交的兩個(gè)函數(shù)。

圖3-1微波的極化特性（a）電場的變化規(guī)律；（b）圓極化；（c）線極化

2）地面微波中繼通信

由于微波具有光一樣的傳播特性，因此微波在自由空間只能沿直線傳播，其繞射能力很弱，且在傳播過程中遇到不均勻的介質(zhì)時(shí)，將產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象。正因如此，在一定

天線高度的情況下，為了克服地球的凸起而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信就必須采用中繼接力的方式，如圖3-2所示。否則A站發(fā)射出的微波射線將遠(yuǎn)離地面而根本不能被C站所接收。

圖3-2中繼接力方式示意圖

3）數(shù)字微波中繼通信的特點(diǎn)

（1）數(shù)字微波通信與其他無線通信的比較

在無線通信方式中，微波通信的頻率最高，僅次于微波通信的無線通信方式為特高頻通信。目前特高頻通信的應(yīng)用相當(dāng)普遍。微波通信與特高頻通信相比較主要有以下特點(diǎn)：

①抗干擾能力強(qiáng)。

②傳輸容量大。

③受惡劣氣象條件的影響較小。

④發(fā)射功率低。

⑤保密性較高。

⑥設(shè)備技術(shù)復(fù)雜、維護(hù)要求高。

（2）數(shù)字微波通信與有線通信的比較

有線通信的種類有許多，如明線通信、銅軸電纜通信、電力線載波通信、光纜通信等。這里將與光纜通信進(jìn)行比較：

①受地形因素的影響較小。

②受城、鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村的發(fā)展建設(shè)的影響較小。

③投資小。

④維護(hù)量小。

⑤性能、容量及組網(wǎng)等不及光纜通信。

2.微波中繼通信系統(tǒng)的組成

1）系統(tǒng)的組成

圖3-3所示為一條微波中繼通信線路的典型組成結(jié)構(gòu)。圖3-3一條微波中繼通信線路的組成結(jié)構(gòu)

圖中組成微波通信線路的各微波站的功能如下：

終端站——一條微波線路中兩端的兩個(gè)站，它的任務(wù)是將數(shù)字終端設(shè)備送來的PCM信號經(jīng)中頻調(diào)制后再上變頻成微波信號，向另一端發(fā)射；同時(shí)接收該方向傳來的微波信號，將其下變頻成中頻信號并解調(diào)還原成PCM信號，送往數(shù)字終端設(shè)備。

中間站——只完成微波信號的放大和轉(zhuǎn)發(fā)。

再生中繼站——具有對接收信號進(jìn)行解調(diào)再生功能的中繼站。

樞紐站——兩個(gè)以上方向收發(fā)信號的微波站稱為樞紐站。

2）波道及其頻率配置

（1）波道的設(shè)置

為了使一條微波通信系統(tǒng)的可用帶寬得到充分利用，通常的做法是將微波系統(tǒng)的可用帶寬劃分成若干個(gè)頻率小段，并在每一個(gè)頻率小段上設(shè)置一套微波收、發(fā)信機(jī)，構(gòu)成一條

微波中繼通信的傳輸通道。這樣在一條微波系統(tǒng)中可以容納若干套微波收、發(fā)信機(jī)同時(shí)工作，亦即在一條微波系統(tǒng)中構(gòu)成了若干條微波中繼通信的傳輸通道。這時(shí)我們把每個(gè)微波傳輸通道稱之為波道。

（2）射頻頻率配置

由于一條微波線路上允許有多套微波收、發(fā)信機(jī)同時(shí)工作，這就必須對各波道的微波頻率進(jìn)行分配。頻率的分配應(yīng)盡可能地做到：在給定的可用頻率范圍內(nèi)盡可能多地安排波道數(shù)量，這樣可以在這條微波線路上增加通信容量；應(yīng)盡可能地減少各波道間的干擾，以提高通信質(zhì)量；還應(yīng)盡可能地有利于通信設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。

一個(gè)波道的頻率配置目前主要有兩種方案：

二頻制——一個(gè)波道的收發(fā)只使用兩個(gè)不同的微波頻率，如圖3-4所示。圖3-4二頻制頻率分配

四頻制——每個(gè)中繼站兩個(gè)方向收、發(fā)共使用四個(gè)不同的頻率，間隔一站頻率又重復(fù)使用，如圖3-5所示。圖3-5四二頻制頻率分配

無論是二頻制還是四頻制，它們都存在越站干擾。解決越站干擾的有效措施之一是：在設(shè)計(jì)微波站的路由時(shí)，使相鄰第4個(gè)微波站的站址不要選擇在第1、2兩微波站址的延長

線上，如圖3-6所示。圖3-6（a）和圖3-6（b）中的第4個(gè)站在1、2兩站的延長線上，因此存在越站干擾；而圖3-6（c）中第4個(gè)站不在1、2兩站的延長線上，因此不存在越站干擾。

圖3-6越站干擾的解決方法

多個(gè)波道的頻率配置一般有兩種排列方式，一是收、發(fā)頻率相間排列；二是收、發(fā)頻率集中排列。圖3-7為一微波中繼通信系統(tǒng)中6個(gè)波道收、發(fā)頻率相間排列方案，若每個(gè)波道采用二頻制，其中收信頻率為f1～f6，發(fā)信頻率為f'1～f'6。這種方案的收、發(fā)頻率間距較小，導(dǎo)致收、發(fā)往往要分開使用天線，這就帶來了使用天線數(shù)量過多的問題，因此這

種方案一般不多采用。

圖3-7二頻制相間排列方案

圖3-8為一中繼站上6個(gè)波道收、發(fā)頻率集中排列方案，每個(gè)波道采用二頻制，收信頻率為f1～f6，發(fā)信頻率為f'1～f'6。這種方案中的收、發(fā)頻率間隔大，發(fā)信對收信的影響很小，因此收、發(fā)信可以共用一副天線，也就是說只需用兩副天線分別對著兩個(gè)方向收、發(fā)即可。目前的微波通信大多采用這種方案。

圖3-8二頻制集中排列方案

3）天饋線的共用

由前面所述的波道頻率配置我們知道，在微波通信中，各波道的頻率是不同的，且每一波道的收、發(fā)頻率也是不同的。那么每一頻率如果都要用一副天線來進(jìn)行發(fā)送或接收，則對于一個(gè)方向，每個(gè)波道就需使用兩副天線，6個(gè)波道則需12副天線。如果該微波站是樞紐站，則天線就需要更多，這顯然是不現(xiàn)實(shí)的。

3.數(shù)字微波中繼通信設(shè)備的組成

一條微波線路中主要有三種類型的微波站：終端站、中間站和再生中繼站。這三種類型微波站中的收發(fā)信設(shè)備因功能不同而在具體組成上存在各種差異。再生中繼站因分插信

號，故其設(shè)備組成較終端站（上下全部話路）和中間站齊全。

1）發(fā)信設(shè)備

微波發(fā)信通道的組成框圖如圖3-9所示。

圖3-9微波發(fā)信通道組成框圖

2）收信設(shè)備

目前的數(shù)字微波通信中的收信設(shè)備大都采用超外差式接收方式，其設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。圖3-10收信設(shè)備的組成框圖

由圖3-10可以看出，數(shù)字微波通信的收信設(shè)備主要由以下部分組成：

①收信帶通，其主要作用是取出本波道的有用信號，濾除無用信號以防止其他波道信號對本波道信號產(chǎn)生干擾。

②低噪聲放大，其作用是對接收到的微弱微波信號進(jìn)行低噪聲放大，以提高整機(jī)的接收靈敏度和降低后級電路對噪聲系數(shù)方面的要求。

③鏡頻濾波器，主要用于抑制鏡像頻率，以防止該信號經(jīng)混頻后變?yōu)橹蓄l信號，對有用信號產(chǎn)生干擾。

④混頻，將接收到的微波信號與本振信號進(jìn)行混頻以得到中頻信號輸出，完成下變頻的作用。

⑤前置中放，它和主中放是整個(gè)收信機(jī)放大電路的核心部分，幾乎承擔(dān)了整個(gè)放大任務(wù)，此外它們還決定整個(gè)收信機(jī)的通頻帶和頻率響應(yīng)特性。

⑥自適應(yīng)均衡。多徑傳播將導(dǎo)致選擇性衰落，而選擇性衰落結(jié)果將引起傳播特性的變壞，且這種影響是隨機(jī)的，即在不斷變化。

⑦主中放及自動增益控制（AGC）。

⑧解調(diào)，其任務(wù)是將中頻信號還原成數(shù)字基帶信號。

分解，其作用是將解調(diào)出的基帶信號中所附加的數(shù)字電話信號和數(shù)字勤務(wù)電話、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信號與主信號分離，并分別送往各自的電路。

⑩線路接口，其作用是將主數(shù)字信號進(jìn)行碼型轉(zhuǎn)換，使其由單極性的非歸零碼（NRZ）轉(zhuǎn)換成雙極性的HDB3碼，并將信號的電平調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)電平送往終端設(shè)備。

3.1.2衛(wèi)星通信

1.衛(wèi)星通信的概念

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。它是在微波通信和航天技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的無線通信技術(shù)，所使用的無線

電波頻率為微波頻段（300MHz～300GHz，即波段1m～1mm）。這種利用人造地球衛(wèi)星在地球站之間進(jìn)行通信的系統(tǒng)，稱為衛(wèi)星通信系統(tǒng)，而把用于實(shí)現(xiàn)通信目的的人造衛(wèi)星稱為通信衛(wèi)星，其作用相當(dāng)于離地面很高的中繼站。

1）衛(wèi)星通信的實(shí)現(xiàn)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星端、地面端、用戶端三部分組成。衛(wèi)星端在空中起中繼站的作用，即把地面站發(fā)上來的電磁波放大后再返送回另一地面站。衛(wèi)星星體包括兩大子系統(tǒng)：

星載設(shè)備和衛(wèi)星母體。地面端則是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口，地面用戶也可以通過地面端出入衛(wèi)星系統(tǒng)形成鏈路，地面端還包括地面衛(wèi)星控制中心及其跟蹤、遙測和指令站。

用戶端即各種用戶終端。衛(wèi)星通信的實(shí)現(xiàn)如圖3-11所示。

圖3-11衛(wèi)星通信示意圖

2）衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

（1）衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

①通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離無關(guān)；

②通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋的范圍均可進(jìn)行通信，可進(jìn)行多址通信；

③通信頻帶寬，傳輸容量大；

④機(jī)動靈活，可用于車載、船載、機(jī)載等移動通信；

⑤通信鏈路穩(wěn)定可靠，傳輸質(zhì)量高；

⑥不易受陸地災(zāi)害影響；

⑦建設(shè)速度快；

⑧電路和話務(wù)量可靈活調(diào)整；

⑨同一信通可用于不同方向和不同區(qū)域。

（2）衛(wèi)星通信的局限性

①通信衛(wèi)星使用壽命短；

②存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象；

③電波的傳輸時(shí)延較大且存在回波干擾，天線易受太陽噪聲的影響；

④衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜；

⑤靜止衛(wèi)星通信在地球高緯度地區(qū)通信效果不好，并且兩極地區(qū)為通信盲區(qū)；

⑥由于兩地球站向電磁波傳播距離有72000km，因而信號到達(dá)有延遲；

⑦10GHz以上頻帶會受雨雪的影響。

3）衛(wèi)星通信使用的頻率

衛(wèi)星通信使用的頻率應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：電波應(yīng)能穿過電離層，傳輸損耗和外部附加噪聲應(yīng)盡可能小；有較寬的可用頻帶，盡可能增大通信容量；較合理地使用無線電頻譜，防止各宇宙通信業(yè)務(wù)之間及與其他地面通信業(yè)務(wù)之間產(chǎn)生相互干擾；通信采用微波頻段（300MHz～300GHz）

常用工作頻段如表3-1所示。

C波段與Ku波段的比較如表3-2所示，其頻率已接近用滿。圖3-12和圖3-13為目前C波段和Ku波段在軌衛(wèi)星圖。

圖3-12C波段在軌衛(wèi)星圖

圖3-13Ku波段在軌衛(wèi)星圖

4）多址方式

在微波頻帶，整個(gè)通信衛(wèi)星的工作頻帶約有500MHz寬度，為了便于放大和發(fā)射及減少變調(diào)干擾，一般在星上設(shè)置若干個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器被分配一定的工作頻帶。目前的

衛(wèi)星通信多采用頻分多址（FDMA）技術(shù)，不同的地球站占用不同的頻率，即采用不同的載波，比較適用于點(diǎn)對點(diǎn)大容量的通信。

5）衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類

（1）按照工作軌道區(qū)分

按照工作軌道，衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般分為低軌道、中軌道和高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)（LEO）距地面500～2000km，傳輸時(shí)延和功耗都比較小，但每顆星的覆蓋范圍也比較小，典型系統(tǒng)有Motorola的銥星系統(tǒng)。低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于衛(wèi)星軌道低，信號傳播時(shí)延短，所以可支持多跳通信；其鏈路損耗小，可以降低對衛(wèi)星和用戶終端的要求，可以采用微型/小型衛(wèi)星和手持用戶終端。

中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)（MEO）距地面2000～20000km，傳輸時(shí)延要大于低軌道衛(wèi)星，但覆蓋范圍也更大，典型系統(tǒng)是國際海事衛(wèi)星系統(tǒng)。中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以說是同步衛(wèi)星系統(tǒng)和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的折中，中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)兼有這兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又在一定程度上克服了這兩種方案的不足之處。中軌道衛(wèi)星的鏈路損耗和傳播時(shí)延都比較小，仍然可采用簡單的小型衛(wèi)星。

高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)（GEO）距地面35800km，即同步靜止軌道。

（2）按照通信范圍區(qū)分

按照通信范圍，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為國際通信衛(wèi)星、區(qū)域性通信衛(wèi)星、國內(nèi)通信衛(wèi)星。

（3）按照用途區(qū)分

按照用途，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為綜合業(yè)務(wù)通信衛(wèi)星、軍事通信衛(wèi)星、海事通信衛(wèi)星、電視直播通信衛(wèi)星等。

（4）按照轉(zhuǎn)發(fā)能力區(qū)分

按照轉(zhuǎn)發(fā)能力，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為無星上處理能力衛(wèi)星、有星上處理能力衛(wèi)星。

6）衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有以下發(fā)展趨勢：

①地球同步軌道通信衛(wèi)星向多波束、大容量、智能化發(fā)展；

②低軌衛(wèi)星群與蜂窩通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全球個(gè)人通信；

③小型衛(wèi)星通信地面站將得到廣泛應(yīng)用；

④通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)承載數(shù)字視頻直播（DvB）和數(shù)字音頻廣播（DAB）；

⑤衛(wèi)星通信系統(tǒng)將與IP技術(shù)結(jié)合，用于提供多媒體通信和因特網(wǎng)接入，既包括用于國際、國內(nèi)的骨干網(wǎng)絡(luò)，也包括用于提供用戶直接接入的網(wǎng)絡(luò)；

⑥小衛(wèi)星和納衛(wèi)星將廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)通信以及星間組網(wǎng)通信。

2.衛(wèi)星通信組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星通信系統(tǒng)空間站和衛(wèi)星通信系統(tǒng)地球站兩大部分構(gòu)成。空間站指空間的衛(wèi)星，地球站指地面上與衛(wèi)星進(jìn)行通信的相關(guān)設(shè)備。衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成如圖3-14所示。

圖3-14衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成

1）衛(wèi)星通信系統(tǒng)空間站的組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)空間站的組成如圖3-15所示，包括天線分系統(tǒng)，通信分系統(tǒng)，跟蹤、遙測指令分系統(tǒng)，控制分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)。

圖3-15衛(wèi)星通信系統(tǒng)空間站的組成

（1）天線分系統(tǒng)

天線分系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)定向發(fā)射和接收無線電信號，包括遙測、指令和信標(biāo)天線和通信天線。

（2）通信分系統(tǒng)（通常所說的轉(zhuǎn)發(fā)器）

轉(zhuǎn)發(fā)器的主要功能是在通信衛(wèi)星中直接起中繼站作用，完成接收、處理、發(fā)射信號的工作。

（3）跟蹤、遙測指令分系統(tǒng)

遙測設(shè)備用各種傳感器和敏感元件等器件不斷測得有關(guān)衛(wèi)星姿態(tài)及星內(nèi)各部分工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度等。

（4）控制分系統(tǒng)

控制分系統(tǒng)的主要功能是在跟蹤、遙測指令系統(tǒng)的指令控制下完成對衛(wèi)星的各種控制，包括對衛(wèi)星的位置控制、姿態(tài)控制、溫度控制、各種設(shè)備的工作狀態(tài)控制及主備用設(shè)備切換等。

（5）電源分系統(tǒng)

電源分系統(tǒng)的主要功能是給衛(wèi)星上的各種電子設(shè)備提供電能，因此電源分系統(tǒng)必須具有體積小、重量輕、效率高的特點(diǎn)，且應(yīng)在衛(wèi)星壽命期間內(nèi)保持輸出足夠的電能。

2）衛(wèi)星通信系統(tǒng)地球站的組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)地球站由天線分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、終端分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)組成，如圖3-16所示。

圖3-16衛(wèi)星通信系統(tǒng)地球站的組成

（1）天線分系統(tǒng)

天線分系統(tǒng)用于完成發(fā)送信號、接收信號和跟蹤衛(wèi)星的任務(wù)，即將發(fā)射系統(tǒng)送來的大功率微波信號對準(zhǔn)衛(wèi)星輻射出去；同時(shí)接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來的微波信號并送到接收系統(tǒng)。

（2）發(fā)射分系統(tǒng)

發(fā)射分系統(tǒng)將終端分系統(tǒng)送來的基帶信號調(diào)制為載波為中頻的（如載波為70MHz）頻帶信號，然后對該中頻已調(diào)載波進(jìn)行上變頻變換成射頻信號，并把這一信號的功率放大到一定值后輸送給天線分系統(tǒng)向衛(wèi)星發(fā)射。

（3）接收分系統(tǒng)

接收分系統(tǒng)將天線分系統(tǒng)送來衛(wèi)星發(fā)回的射頻信號進(jìn)行低噪聲放大、分離、下變頻為中頻信號（載波一般為70MHz），再解調(diào)成基帶信號，然后輸送給終端分系統(tǒng)。

（4）終端分系統(tǒng)

終端分系統(tǒng)把一切經(jīng)由地球站上行或下行的信號（電報(bào)、電話、傳真、電視、數(shù)據(jù)等）進(jìn)行加工、處理。

（5）控制分系統(tǒng)

控制分系統(tǒng)用于監(jiān)視地球站的總體工作狀態(tài)、通信業(yè)務(wù)、各種設(shè)備的工作情況以及現(xiàn)用與備用設(shè)備的情況；對地球站的通信設(shè)備進(jìn)行遙測、遙控，對現(xiàn)用、備用設(shè)備進(jìn)行自動轉(zhuǎn)換，對各部分電路進(jìn)行測試等。

（6）電源分系統(tǒng)

電源分系統(tǒng)供應(yīng)地球站內(nèi)全部設(shè)備所需的電能，通常設(shè)有應(yīng)急電源設(shè)備和交流不間斷電源設(shè)備。

3.2光纖通信系統(tǒng)的典型應(yīng)用

3.2.1SDH光纖通信系統(tǒng)SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步數(shù)字體系）是在PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy，準(zhǔn)同步數(shù)字體系）的基礎(chǔ)上，為滿足信息化和網(wǎng)絡(luò)化的要求發(fā)展而來的。

1.PDH存在的主要問題

所謂準(zhǔn)同步，是指在數(shù)字通信網(wǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都分別設(shè)置高精度的時(shí)鐘，這些時(shí)鐘的信號都具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)速率。盡管每個(gè)時(shí)鐘的精度都很高，但總還是有一些微小的差別。

為了保證通信的質(zhì)量，要求這些時(shí)鐘的差別不能超過規(guī)定的范圍。因此，這種同步方式嚴(yán)格來說不是真正的同步，所以叫做“準(zhǔn)同步”。

PDH最早為數(shù)字電話通信提出的一種數(shù)字時(shí)分復(fù)用系列。當(dāng)它由低次群向高次群復(fù)用時(shí)，由于各數(shù)字支路信號的速率存在偏差，因此在復(fù)接前需對各支路進(jìn)行碼速調(diào)整，準(zhǔn)同步復(fù)接過程如圖3-17所示。

圖3-17PDH二次群復(fù)接方框圖

正是因?yàn)檫@種原因，使得應(yīng)用過程中存在諸多不便。歸納起來，PDH主要存在以下問題：

①兩大體系，3種地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)，使國際間的互通存在困難。北美和日本采用以1.544Mb/s為基群速率的PCM24路系列，但略有不同，中國采用以2.048Mb/s為基群速率的PCM30/32路系列，如表3-3所示。

②無統(tǒng)一的光接口，無法實(shí)現(xiàn)橫向兼容。

③準(zhǔn)同步復(fù)用方式，上下電路不便。

④網(wǎng)絡(luò)管理能力弱，建立集中式電信管理網(wǎng)困難。

⑤網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)缺乏靈活性。

2.SDH的概念

所謂SDH，是一套可進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號的結(jié)構(gòu)等級。

1）SDH的速率

SDH采用的信息結(jié)構(gòu)等級稱為同步傳送模塊STM-N（SynchronousTransportMode，N=1，4，16，64），最基本的模塊為STM-1，四個(gè)STM-1同步復(fù)用構(gòu)成STM-4，16個(gè)STM-1或四個(gè)STM-4同步復(fù)用構(gòu)成STM-16，四個(gè)STM-16同步復(fù)用構(gòu)成STM-64，甚至四個(gè)STM-64同步復(fù)用構(gòu)成STM-256。SDH的復(fù)用系列如表3-4所示。

2）SDH的幀結(jié)構(gòu)

SDH幀結(jié)構(gòu)是一種以字節(jié)為基本單元的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)，其由9行和270×N列字節(jié)組成，如圖3-18所示。圖3-18SDH幀結(jié)構(gòu)

段開銷（SOH），是指SDH幀結(jié)構(gòu)中為了保證信息凈負(fù)荷正常、靈活、有效地傳送所必須附加的字節(jié)，主要用于網(wǎng)絡(luò)的OAM功能。段開銷分為再生段開銷（RSOH）和復(fù)用段

開銷（MSOH）

再生段開銷用于對STM-N整體信號進(jìn)行監(jiān)控，復(fù)用段開銷用于對STM-N中的凈荷進(jìn)行監(jiān)控。再生段開銷和復(fù)用段開銷的作用域如圖3-19所示。

圖3-19再生段開銷和復(fù)用段開銷的作用域

3）SDH的映射與復(fù)用

同步復(fù)用和映射方法是SDH最有特色的內(nèi)容之一，它使數(shù)字復(fù)用由PDH僵硬的大量硬件配置轉(zhuǎn)變?yōu)殪`活的軟件配置，也可將PDH兩大體系的絕大多數(shù)速率信號都復(fù)用進(jìn)STM-N幀結(jié)構(gòu)中。

SDH的通用復(fù)用映射結(jié)構(gòu)如圖3-20所示。將各種信號裝入SDH幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷區(qū)，需要經(jīng)過映射、定位校準(zhǔn)和復(fù)用三個(gè)步驟。我國的SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)如圖3-21所示。

圖3-20SDH通用復(fù)用映射結(jié)構(gòu)

圖3-21我國的SDH通用復(fù)用映射結(jié)構(gòu)

（1）容器（C）

容器是一種用來裝載各種速率業(yè)務(wù)信號的信息結(jié)構(gòu)，其基本功能是完成PDH信號與VC之間的適配（即碼速調(diào)整）。

（2）虛容器（VC）

虛容器是用來支持SDH通道層連接的信息結(jié)構(gòu)，由信息凈負(fù)荷（容器的輸出）和通道開銷（POH）組成，即

（3）支路單元（TU）

支路單元是一種提供低階通道層和高階通道層之間適配功能的信息結(jié)構(gòu)，是傳送低階VC的實(shí)體，可表示為TU-n（n＝11，12，2，3）。TU-n由低階VC-n和相應(yīng)的支路單元指針（TU-nPTR）組成，即

（4）支路單元組（TUG）

支路單元組是由一個(gè)或多個(gè)在高階VC凈負(fù)荷中占據(jù)固定的、確定位置的支路單元組成的。有TUG-3和TUG-2兩種支路單元組。

（5）管理單元（AU）

管理單元是一種提供高階通道層和復(fù)用段層之間適配功能的信息結(jié)構(gòu)，是傳送高階VC的實(shí)體，可表示為AU-n（n=3，4）。它是由一個(gè)高階VC-n和一個(gè)相應(yīng)的管理單元指針（AU-nPTR）組成的：

（6）管理單元組（AUG）

管理單元組是由一個(gè)或多個(gè)在STM-N凈負(fù)荷中占據(jù)固定的、確定位置的管理單元組成的。

（7）同步傳送模塊（STM-N）

N個(gè)AUG信號按字節(jié)間插同步復(fù)用后再加上SOH就構(gòu)成了STM-N信號（N=4，16，64，…），即N×AUG+SOH=STM-N。

例如，一個(gè)2.048Mb/s和一個(gè)139.264Mb/s信號的映射復(fù)用過程如下：

4）SDH的特點(diǎn)

SDH之所以能夠快速發(fā)展，與它自身的特點(diǎn)是分不開的，其具體特點(diǎn)如下：

①SDH傳輸系統(tǒng)在國際上有統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu)數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)速率和標(biāo)準(zhǔn)的光路接口，使網(wǎng)管系統(tǒng)互通，因此有很好的橫向兼容性，它能與現(xiàn)有的PDH完全兼容，并容納各種新的業(yè)務(wù)信號，形成了全球統(tǒng)一的數(shù)字傳輸體制標(biāo)準(zhǔn)，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

②SDH接入系統(tǒng)的不同等級的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷區(qū)內(nèi)的排列非常有規(guī)律，而凈負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)是同步的，它利用軟件能將高速信號一次直接分插出低速支路信號，實(shí)現(xiàn)了一次復(fù)用的特性，去除了PDH準(zhǔn)同步復(fù)用方式對全部高速信號進(jìn)行逐級分解然后再生復(fù)用的過程，由于大大簡化了DXC，減少了背靠背的接口復(fù)用設(shè)備，改善了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)傳送透明性。

③由于采用了較先進(jìn)的分插復(fù)用器（ADM），數(shù)字交叉連接（DXC）、網(wǎng)絡(luò)的自愈功能和重組功能就顯得非常強(qiáng)大，具有較強(qiáng)的生存率。因SDH幀結(jié)構(gòu)中安排了信號的5%開銷比特，它的網(wǎng)管功能顯得特別強(qiáng)大，并能統(tǒng)一形成網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，為提升網(wǎng)絡(luò)的自動化、智能化、信道的利用率，降低網(wǎng)絡(luò)的維管費(fèi)和加強(qiáng)生存能力起到了積極作用。

④由于SDH有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它所組成的網(wǎng)絡(luò)非常靈活，它能增強(qiáng)網(wǎng)監(jiān)，具有運(yùn)行管理和自動配置功能，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能，同時(shí)也使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行靈活、安全、可靠，使網(wǎng)

絡(luò)的功能非常齊全和多樣化。

⑤SDH有傳輸和交換的性能，它的系列設(shè)備的構(gòu)成能通過功能塊的自由組合，實(shí)現(xiàn)不同層次和各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，十分靈活。

⑥SDH并不專屬于某種傳輸介質(zhì)，它可用于雙絞線、同軸電纜，但SDH用于傳輸高數(shù)據(jù)率則需用光纖。這一特點(diǎn)表明，SDH既適合用作干線通道，也可用作支線通道。例

如，我國的國家與省級有線電視干線網(wǎng)采用的就是SDH，而且它也便于與光纖電纜混合網(wǎng)（HFC）相兼容。

從OSI模型的觀點(diǎn)來看，SDH屬于其最底層的物理層，并未對其高層有嚴(yán)格的限制，因而便于在SDH上采用各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持ATM或IP傳輸。

⑧SDH是嚴(yán)格同步的，保證了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定可靠，誤碼少，且便于復(fù)用和調(diào)整。

⑨標(biāo)準(zhǔn)的開放型光接口可以在基本光纜段上實(shí)現(xiàn)橫向兼容，降低了聯(lián)網(wǎng)成本。

SDH也存在一些不足：

①有效性和可靠性是一對矛盾，增加了有效性必將降低可靠性，增加可靠性也會相應(yīng)地使有效性降低。

②指針調(diào)整機(jī)理復(fù)雜。SDH體制可從高速信號中直接分解出低速信號，省去了多級復(fù)用/解復(fù)用過程。而這種功能的實(shí)現(xiàn)是通過指針機(jī)理來完成的，指針的作用就是時(shí)刻指

示低速信號的位置，以便在“拆包”時(shí)能正確地拆分出所需的低速信號，保證了SDH從高速信號中直接分解出低速信號的功能的實(shí)現(xiàn)。

③軟件的大量使用對系統(tǒng)安全性產(chǎn)生了不利的影響。SDH的一大特點(diǎn)是OAM的自動化程度高，這也意味著軟件在系統(tǒng)中占用相當(dāng)大的比重，這就使系統(tǒng)很容易受到計(jì)算機(jī)病毒的侵害，特別是在計(jì)算機(jī)病毒無處不在的今天。另外，在網(wǎng)絡(luò)層上人為的錯(cuò)誤操作、軟件故障，對系統(tǒng)的影響也是致命的。這樣系統(tǒng)的安全性就成了很重要的一個(gè)方面。所以設(shè)備的維護(hù)人員必須熟悉軟件，選用可靠性較高的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

3.SDH的網(wǎng)元設(shè)備

1）SDH網(wǎng)元的基本構(gòu)成

SDH傳輸網(wǎng)由各種網(wǎng)元構(gòu)成，網(wǎng)元的基本類型有終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器（ADM）、同步數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）等。TM、ADM和SDXC的主要功能框圖如圖

3-22所示。

圖3-22SDH網(wǎng)元的主要功能

2）終端復(fù)用器（TM）

TM的作用是將準(zhǔn)同步電信號（2Mb/s、34Mb/s或140Mb/s）復(fù)接成STM-N信號，并完成電光轉(zhuǎn)換；也可將準(zhǔn)同步支路信號和同步支路信號（電的或光的）或?qū)⑷舾蓚€(gè)同步支路信號（電的或光的）復(fù)接成STM-N信號，并完成電光轉(zhuǎn)換。在收端則完成相反的功能。

3）分插復(fù)用器（ADM）

ADM是一個(gè)三端口設(shè)備，有兩個(gè)線路（也稱群路）口和一個(gè)支路口，支路信號可以是各種準(zhǔn)同步信號，也可以是同步信號。ADM的作用是從主流信號中分出一些信號并接入另外一些信號。ADM設(shè)備具有支路—群路（上/下支路信號）、群路—群路（直通）的連接能力和支路—支路的連接功能（簡單的交叉連接）。ADM設(shè)備的連接能力如圖3-23所示。ADM設(shè)備常用于線性網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)。

圖3-23ADM設(shè)備的連接能力

4）數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）

DXC兼有復(fù)用、配線、保護(hù)/恢復(fù)、監(jiān)控和網(wǎng)管多項(xiàng)功能。DXC的核心是交叉連接。

數(shù)字交叉連接設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)如圖3-24所示。

5）再生中繼器（REG）

再生中繼器的功能是對經(jīng)傳輸衰減后的信號進(jìn)行放大、整形和判決再生，以延長傳輸距離。

圖3-24數(shù)字交叉連接設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)圖

4.SDH通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1）點(diǎn)到點(diǎn)鏈形結(jié)構(gòu)

鏈形網(wǎng)是SDH網(wǎng)絡(luò)中比較簡單、經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)，常用于中繼網(wǎng)和一些不是很重要的長途線路，如圖3-25所示。圖3-25鏈形結(jié)構(gòu)

2）星形結(jié)構(gòu)

通信中某一特殊點(diǎn)與其他各點(diǎn)直接相連，而其他各點(diǎn)間不能直接相連接，即星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，特殊點(diǎn)之外的兩點(diǎn)通信一般應(yīng)通過特殊點(diǎn)進(jìn)行，如圖3-26所示。圖3-26星形結(jié)構(gòu)

3）樹形結(jié)構(gòu)

將點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)鋯卧哪┒它c(diǎn)連接到幾個(gè)特殊點(diǎn)時(shí)就形成了樹形拓?fù)洹湫瓮負(fù)淇梢钥闯墒蔷€形拓?fù)浜托切瓮負(fù)涞慕Y(jié)合，如圖3-27所示。圖3-27樹形結(jié)構(gòu)

4）環(huán)形結(jié)構(gòu)

環(huán)形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)際上就是將線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的首尾之間相互連接，即為環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3-28所示。圖3-28環(huán)形結(jié)構(gòu)

5）網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)

當(dāng)涉及通信的許多點(diǎn)直接互相連接時(shí)就形成了網(wǎng)孔形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，若所有的點(diǎn)都彼此連接即稱為理想的網(wǎng)孔形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3-29所示。圖3-29網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)

各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有其優(yōu)點(diǎn)，在具體選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的生存性、網(wǎng)絡(luò)配置的容量，同時(shí)要考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)適合新業(yè)務(wù)的引進(jìn)等多種實(shí)際因素和具體情況。一般來說，

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合用戶接入網(wǎng)，環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合中繼網(wǎng)，樹形和網(wǎng)孔形相結(jié)合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合長途網(wǎng)。

3.2.2波分復(fù)用（WDM）光通信

1.波分復(fù)用系統(tǒng)的基本原理

所謂波分復(fù)用（WDM），就是采用波分復(fù)用器（合波器）在發(fā)送端將規(guī)定波長的信號光載波合并起來，并送入一根光纖中傳輸；在接收端，再由另一個(gè)波分復(fù)用器（分波器）將這些不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載