《现代电信网》-1

《现代电信网》----唐纯贞第1章传输技术基础1.1传输的基本概念1.2数字传输的主要性能指标1.3PCM脉冲编码调制1.430/32PCM的帧结构1.5准同步数字系列（PDH）1.1传输的基本概念1．传输线路2．模拟传输与数字传输3．基带传输与频带传输数据通讯基础一、基本概念1.信号分类基带(baseband)信号将数字1或0直接用不同信号表示，送到线路传输。宽带(broadband)信号将基带信号进行调制后形成的多路复用模拟信号。2.信道分类：信号传输方向和时间的关系，可分：单工：单向通信。半双工：双向交替通信。全双工：双向同时通信。4.同步(synchronous)通信和异步(asynchronous)通信在计算机网络中，“同步”的意思很广泛，它没有一个简单的定义。在很多地方都用到“同步”的概念。例如在协议的定义中，协议的三个要素之一就是“同步”。在网络通信编程中常提到的“同步”，则主要指某函数的执行方式，即函数调用者需等待函数执行完成后才能进到下一步。数据通信中的同步通信与异步通信的目的：都是为了收发同步，不出现差错；但实现方式有很大区别。1)同步通信指通信双方必须先建立同步，即双方时钟要调整到同一频率，收发双方不停地发送和接收连续的同步比特流。有两种不同的同步方式。一是使用全网同步，用一个非常精确的主时钟对全网所有结点上的时钟进行同步。另一种是使用准同步，各结点时钟之间允许有微小误差，然后采用其他措施实现同步传输。同步通信中也有帧同步的概念(如PCM中帧同步)，其实现方式与异步通信中帧同步的概念不同。两种通信方式的共同之处在于：使接受方能正确接受发送方发出的数据(以字符或帧为单位进行处理)。2)比特同步、帧同步、字符同步数据通信中最基本同步方式是“比特同步(位同步)”。比特是数据传输最小单位。比特同步是指接收端时钟已经调整到和发送端时钟完全一样，接收端收到比特流后，就能够在每一个比特的中间位置进行判决(如下图)。比特同步的目的是为了将发送端发送的每一个比特都正确地接收下来。这就要求接受方在正确时刻对收到的电平根据事先已约定好的规则进行判决。接收端时钟调整到和发送端时钟完全一样判决时刻t接收到的比特流但仅有比特同步还不够。因为数据要以帧为单位进行发送。若某个帧有差错，以后就重传这个出错的帧。因此一个帧应当有明确的界限，也就是说要有帧定界符。接收端在收到比特流后，必须能够正确地找出帧定界符，以便知道哪些比特构成一个帧。接收端找到帧定界符并确定帧准确位置，就完成了“帧同步”(framesynchronization)。字符同步：在以字符为单位的异步通信中，由于每一个字符只有8个比特，因此只要收发双方的时钟频率相差不太大，在开始位的触发下，这8个比特的比特同步很容易做到，因此不需要采取其他措施来实现比特同步。3)异步通信异步通信是一种很常用的通信方式。异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的。当然接收端必须时刻做好接收的准备。发送端可以在任意时刻开始发送字符，因此必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。异步通信的好处是通信设备简单、便宜，但传输效率较低(因为开始位和停止位的开销所占比例较大)。异步通信也可以帧作为发送单位。接收端随时准备接收帧。这时帧首部必须设有一些特殊的比特组合，使得接收端能够找出一帧的开始，称为帧定界。帧定界还包含确定帧的结束位置。有两种方法：在帧的尾部设有某种特殊的比特组合来标志帧的结束，或者在帧首部中设有帧长度的字段。注意：在异步发送帧时，并不是说发送端对帧中的每一个字符都必须加上开始位和停止位后再发送出去，而是说发送端可以在任意时间发送一个帧，而帧与帧之间的时间间隔也可以是任意的。一帧中的所有比特是连续发送的。发送端不需要在发送一帧之前和接收端进行协调(即不需要先进行比特同步)。每个字符开始发送的时间可以是任意的t00110110起始位结束位t每个帧开始发送的时间可以是任意的以字符为单位发送（字符同步）（字符同步）以帧为单位发送（帧同步）（帧同步）帧开始帧结束异步通信示例：要点：字符或帧发送时间任意，时间间隔任意。传输线路传输线路对称电缆同轴电缆光纤光缆中波短波超短波微波有线无线传输介质传输介质并不是物理层。但和传输介质密切相关。传输介质在物理层的下面。由于物理层是体系结构的第一层，因此有时称传输介质为0层。在传输介质中传输的是信号，传输介质并不知道所传输的信号代表什么意思。但物理层由于规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流。传输媒体物理层物理层物理层物理层第一层0层100110101100比特流信号一、有线传输介质1、双绞线屏蔽双绞线STP(ShilededTwistedPair)非屏蔽双绞线UTP(UnshilededTwistedPair)3类：规定为16MHz（频率带宽）4类：规定为20MHz5类/5E类：规定为100MHz6类：规定为250MHz7类：规定为600MHz外层非屏蔽双绞线外层屏蔽层屏蔽双绞线双绞线应用：IEEE双绞线组网标准：10BASE-T：采用三类非屏蔽双绞线UTP容量10Mbps衰减限制距离100米，采用曼彻斯特编码。100BASE-T：采用五类非屏蔽双绞线UTP容量100Mbps衰减限制距离100米，采用4B/5B编码。1000BASE-T：采用超五类非屏蔽双绞线四对，容量1000Mbps衰减限制距离25米。采用8B/10B编码。采用六类双绞线的以太网标准，容量1000Mbps距离将达到100米。EIA/TIA568B线序：１２３４５６７８橙白橙绿白蓝蓝白绿棕白棕EIA/TIA568A线序：１２３４５６７８绿白绿橙白蓝蓝白橙棕白棕RJ-45(水晶头)制作：两种标准：对不同用途的网线，每端的水晶头按不同标准制作。规则如下表：在实际施工过程中，双绞线的制作要遵守上述的EIA/TIA568B或EIA/TIA568A标准。在一个工程中选用同一种标准，这不仅仅是为了施工者自己及以后的网络管理人员维护方便，更重要的是这样制作的网线，才符合性能指标。2、同轴电缆50Ω同轴电缆(粗、细)基带同轴电缆，传送基带数字信号。10Mb/s速率可传送1km.75Ω同轴电缆宽带同轴电缆，是有线电视CATV的传输电缆，主要用于传输模拟信号。频率可达300－450MHz，传输距离可达100km。塑料保护层外导体屏蔽层绝缘层内导体铜芯线双缆系统两条并排铺设的电缆，电缆1用于发送，电缆2用于接收。单缆系统使用不同频段。双向放大器顶端器放大器放大器放大器终端终端终端终端终端下行上行Head-end*50Ω同轴电缆使用：50细同轴电缆连接：50粗同轴电缆连接：3、光纤光纤优点：传输频带非常宽(或传输的数据率非常高)；传输损耗小，中继距离长；抗雷电和电磁干扰性能好；无串音干扰，保密性好；体积小，重量轻。传输特点：单模光纤(8.3m芯/125m外层)注入式激光二极管ILD(InjectionLaserDiode)多模光纤(62.5m芯/125m外层)发光二极管LED(LightEmittingDiode）纤芯用来传导光波，包层有较低的折射率。当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射角大于入射角，若折射角够大，就会出现全反射。若光纤直径减少到一个光的波长，则光纤就像一根波导一样，光线直线传播，这就是单模光纤(只传输基模)。多模光纤可传输高阶模。玻璃内包层外护套光导纤维芯折射角入射角室内光纤室外光纤光纤类型：光纤接插器件：ST,SC接口二、无线传输介质1、无线电微波采用扩频方式通信有902M、928M和2.4GHz(ISM)三个频段。容量2～6Mbps，通信距离可达几十到几百公里。WiMax(IEEE802.16)工作频段目前已基本确定，即2.5G/3.5G许可频段和5G免许可频段。5G频段由于其免许可，难以保证传输质量，不是特别适合运营，但非常适合行业和集团用户来构建自己的WiMax网络。2、地面微波有两个频段：4～6GHz和21～23GHz，容量为1Mbps～10Mbps，距离为几十上百公里。3、卫星微波同步卫星距地面距离3600公里，通信容量为19.2K到几Mbps。Very甚Ultra特Super超Extremly极Tremely无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波调幅无线电调频无线电海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移动无线电电信领域使用的电磁波的频谱无线微波通信在数据通信中占有中重要地位，微波频率在300M-300GHz，但主要使用2-40GHz。模拟传输与数字传输信息按表达形式不同可以分为模拟的和数字的，当然不同形式的信号传输通路也不同。信息可以以电信号的形式表示，任何电信号的波形都可以用幅度和时间两个参量来描述。幅度是离散（即幅度的取值被限制在有限个内）的信号称为数字信号；相反，幅度是连续（即幅度可以取无穷多值）的信号称为模拟信号。模拟信号和数字信号都可以通过适当的处理实现相互转换。数字信号的波形模拟信号CodecCodec端局第三节模拟传输与数字传输Modem调制解调器Codec编码解码器模拟本地回路数字终端Modem客户端设备长途数字信道模拟本地回路数字终端Modem客户端设备端局调制与解调•调制是对信号源的编码信息进行处理，使其变为适合传输的形式的过程。即是把基带信号（信源）转变为一个相对基带频率而言频率非常高的带通信号。带通信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。调制可以通过使高频载波随信号幅度的变化而改变载波的幅度，相位或者频率来实现。解调则是将基带信号从载波中提取出来以便预定的接收者（信宿）处理和理解的过程。基带传输与频带传输为了适应信道传输频带的要求，需要将待传的信号经过调制搬移到某一高频范围内，再送上信道传输，这种传输方式称为频带传输；而未经调制，直接将待传信号送上信道传输的传输方式称为基带传输。除电缆可以直接传输基带信号外，其他各种传输介质都工作在较高的频段上，只能以频带的方式传输信号（电缆上也可以实现频带传输）。一、数字调制技术•调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。例如0对应于无载波输出，1对应于有载波输出。•调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。例如0对应于频率f1，1对应于频率f2。•调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如0对应于相位0o，1对应于相位180o。调相有可分为相对相移和绝对相移。几种调制方法：基带信号调幅调频调相000011二、传统调制解调器分类：低速：小于600b/s中速：600b/s～9600b/s高速：大于9600b/sITU-T的V.34：33.6kb/sITU-T的V.90：56kb/sITU-T的V.92：56kb/sAD/AV.34调制解调器A/D2/4交换机数字信号4/2D/A交换机A/DV.34调制解调器B1、对称Modem2、非对称Modem非对称Modem指的是：用户Modem是模拟式设备，而局端Modem是数字式设备，即用户与局端是非对等设备，并且数据的上传和下载速率也不相同。PCM通信系统的构成三、数字传输系统(1)PCM(PulseCodeModulation)脉码调制(PCM编码)语音信号最高频率为3.4kHz，由采样定理，常取8kHz。(a)模拟电话信号(取样)(b)取样后脉冲信号(量化)(c)编码后数字信号(编码)(d)解码后的脉冲信号(e)恢复后的模拟电话信号30/32PCM的帧结构PCM应用：为了减少折叠噪声，采样频率比2f稍大一些，为8kHz，采样周期为125us我国PCM采用