华北电力大学通信第二篇传送网.ppt

第二篇 传 送 网1、传输介质2、多路复用3、SDH传送网4、光传送网,传输介质概念：传输信号的物理通信线路。任何数据在实际传输时都会被转换成电信号或光信号的形式在传输介质中传输，数据成功传输的因素：被传输信号本身的质量传输介质的特性。,传 输 介 质,传 输 介 质,特点 带宽,传输距离 传输延时 失真 衰减,分类 双绞线,同轴电缆 光纤 无线介质,导向介质,为什么要进行扭绞？为了提高抗干扰性能。绞度越大，抗干扰性能越好。类型：非屏蔽双绞线(UTP)、屏蔽双绞线(STP)规格：美国标准(AWG)19-28号，常用的是24号线。,双绞线,特点：,带宽：1 MHz范围之内；传输距离：约为24 km,优点：便宜、易于安装使用,缺点：串音会随频率的升高而增加使抗干扰能力差、复用度不高。,应用：,UTP通常用作电话用户线和局域网传输介质，很难用于宽带通信和长途传输线路。电话线（普通电话、ISDN、ADSL）：24号UTPLAN：10BASE-T、100BASE-TSTP主要应用于IBM的令牌环网。,LAN使用的UTP,构成：,由内、外导体和中间的绝缘层组成，内导体是比双绞线更粗的铜导线，外导体外部还有一层护套。,同轴电缆,特点：带宽：500750MHz 优点：屏蔽性能好，带宽大，衰减小,缺点：成本高，不易安装埋设应用：有线电视 700 850 1000 MHz宽带 电缆调制解调器Cable Modem 光纤同轴混合接入网,光,纤,外套,包层,纤芯,小于临界角的光线将被外套吸收,入射角,反射角,材质：用玻璃、塑料或高纯度的合成硅制成的一种很细的可传送光信号的有线介质，多为石英光纤，以纯净的二氧化硅材料为主，为改变折射率，中间掺有锗、磷、硼、氟等。结构：同轴性结构，由纤芯、包层和外套三个同轴部分组成。纤芯、包层由两种折射率不同的玻璃材料制成，利用光的全反射可以使光信号在纤芯中传输,包层的折射率略小于纤芯，以形成光波导效应，防止光信号外溢。外套一般由塑料制成，用于防止湿气、磨损和其他环境破坏。,光 纤,波长：波长与传输速率、信号衰减之间有着密切的关系。窗口：通常采用的光脉冲信号的波长集中在某些波长范围附近，这些波长范围称为窗口。目前常用的有850 nm、1310 nm和1550 nm为中心的三个低损耗窗口，在这三个窗口中，信号具有最优的传输特性。在局域网中较常采用850 nm，而在长距离和高速率的传输条件下的城域网和长途网中均采用1550 nm波长。,光纤的特点与应用 特点巨大的带宽 损耗特别低（1310 nm：0.35dB/km，1550 nm：0.25 dB/km）抗电磁干扰能力强（不受外部电磁场的干扰，本身也不向外部辐射能量，信号传输很稳定，安全保密性很好）应用骨干网LAN-FDDI,光纤基本类型：多模光纤(MMF)、单模光纤(SMF)单模光纤：纤芯直径：410 m,特点：只允许光信号以一种模式通过纤芯。与多模光纤相比，它可以提供非常出色的传输特性，为信号的传输提供更大的带宽，更远的距离。应用：目前长途传输主要采用单模光纤。,多模光纤：纤芯直径：50 m或62.5 m特点：允许多个光传导模式同时通过光纤，因而光信号进入光纤时会沿多个角度反射，产生模式色散，影响传输速率和距离。应用：主要用于短距低速传输，如接入网和局域网，距离应小于2km。,无线介质1、无线电 应用蜂窝移动通信WLAN卫星通信2、红外 应用：笔记本电脑的红外联接IrDA,无线电,即无线电波。指不用人工波导而在自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波。无线电频谱（radio spectrum）是指一个有限频带范围内发射无线电波的无线电频率的总称。,上限频率：300GHz（波长大于1mm）下限频率：不统一,常见的有三种：,3KHz300GHz（ITU国际电信联盟规定）9KHz300GHz,10KHz300GHz。,作为传输载体的无线电波都具有一定的频率和波长，即位于无线电频谱中的一定位置，并占据一定的宽度。使用：各国政府对无线频段的使用都由相关的管理机构进行频段使,用的分配管理。,无线电频带无线电按波长和频率分,长波：波长1000M，频率3000Hz-30 KHz中波:波长100M-1000M,频率300 KHz-3000 KHz短波:波长100M-10M，频率3MHz30MHz超短波:波长1M-10M，频率30MHz-300MHz,亦称甚高频（VHF）波、米波微波:波长1M-1MM,频率300MHz-300KMHz,无线电波的特点 长于1M的无线电波的特点：优点：易于产生，能够长距离传输，能轻易地穿越建筑物，并且其传播是全向的，非常适合于广播通信。缺点：1）低频信号穿越障碍能力强，但传输衰耗大；2）高频信号趋向于沿直线传输，但容易在障碍物处形成反射，并且对天气影响敏感。3）所有的无线电波易受外界电磁场的干扰。4）由于其传播距离远，不同用户之间的干扰也是一个问题，,微波的特点微波频段：300 MHz30 GHz的电磁波（其波长在毫米范围内，故名微波）主要特征：在空间沿直线传播，只能在视距范围内实现点对点通信，通常微波中继距离应在80 km范围内，具体由地理条件、气候等外部环境决定。主要问题：信号易受环境的影响(如降雨、薄雾、烟雾、灰尘等)，频率越高影响越大，另外高频信号也很容易衰减。应用：适合于地形复杂和特殊应用需求的环境，目前主要的应用有专用网络、应急通信系统、无线接入网、陆地蜂窝移动通信系统，卫星通信也可归入为微波通信的一种特殊形式。,红外线红外线频率：Hz缺点：不能穿越固体物质，优点：由于红外线无法穿越障碍物，也不会产生微波通信中的干扰和安全性等问题，因此使用红外传输，无需向专门机构进行频率分配申请。应用：主要用于短距离、小范围内的设备之间的通信。如：家电产品的远程遥控，便携式计算机通信接口等。,传统无线电频谱之外的通信频段,极低频,3KHz 海底对潜通信,太赫兹波段,又称THz波、T射线，指频率在0.110 THz(1 THz=1024 GHz)范围内的电磁辐射,在电磁波谱上位于微波和红外线之间。太赫兹波段位于电子学与光子学的交界处,用传统的电子学和光学方法均难以产生和检测，人们对THz波段的特性知之甚少,以致于该波段被称为电磁波谱中的“THz空隙”。20世纪90年代以后,激光技术、量子阱技术和化合物半导体等技术的发展,为太赫兹辐射提供了稳定、可靠的激发光源。由超快激光技术发展出来的太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)为太赫兹波的研究提供了有效的手段,因此20世纪末对于太赫兹波段的研究取得了很大的进展。尽管目前太赫兹波科学技术还远未成熟,但是其重要的理论研究价值和广泛的应用前景已经引起了学术界的普遍关注和极大兴趣,对于该波段的研究已成为21世纪科学研究最前沿的领域之一。,多 路 复 用1.单路传输：基带/频带传输系统2.多路复用的概念3.频分多路复用：FDM4.时分多路复用：TDM5.波分多路复用：WDM6.PDH介绍,1、单路传输：基带传输/频带传输系统基带传输系统：短距离内直接在传输介质上传输基带信号的系统,基带信号：通常指频谱从直流到不超过兆赫的有限值的信号。（如话音信号(3003400 Hz)、电脉冲信号等）优点：线路设备简单；缺点：传输媒介的带宽利用率不高，不适于在长途线路上使用。频带传输系统：信号被调制到发射频率后在传输介质上传输的系统,2、多路复用(Multiplexing)的概念复用：允许多个信号在一条物理链路上同时传输的技术。,3、频分复用(FDM)频分复用：在一条链路上多路信号分别调制在不同的载波上同时传输的技术。,带通滤波器 f1,s1,解调器 f1,m1,带通滤波器 f2带通滤波器 fn,s2sn,解调器 f2解调器 fn,m2mn,s1,m1,s2sn,m2mn,调制器 f1,调制器 f2调制器 fn,信道 1,信道 2,信道 n,时间,频率,f1,f2,fn,f,FDM 信号,(b),(a),FDM,FDM,Time Domain,缺点：传输的是模拟信号，需要模拟的调制解调设备，成本高,且体积大，难以集成，工作稳定度不高。另外由于计算机难以,直接处理模拟信号，导致在传输链路和节点之间过多的模数转,换，从而影响传输质量。,应用：目前FDM技术主要用于微波链路和铜线介质上，在光纤,介质上该方式更习惯被称为波分复用（WDM）。,4、时分复用(TDM)时分复用：在一条数据链路上多路信号分别在不同的时隙上同时传输的技术。,s1,m1,s2,m2,sn,mn,PCM 编码,时间,(b),(a),PCM 编码,PCM 编码,复用,m1,s1,s2,m2,mn,sn,PCM 解码,PCM 解码,PCM 解码,分路,1 2,n,m 帧,1 2,n,m1 帧,信,道1,信,道2,信,道n,时隙,TDM 信道信号,频率,数字化,TDM(Synchronous TDM),TDM,Multiplexing,特点：可以利用数字技术的全部优点：差错率低，安全性好，数字电路的高,集成度，以及更高的带宽利用率。,应用：目前传输系统的主流技术，目前主要有两种时分数字传输体制：准同,步数字体系PDH和同步数字体系SDH。,WDM Wavelength Division Multiplexing：波分复用（传输系统）,WDM本质：光域上的频分复用(FDM)技术。,WDM原理：将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，每一信道占用不同的光波频率(或波长)，由于不同波长的光载波信号可以看作是互相独立的(不考虑光纤非线性时)，在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。在发送端采用波分复用器(合波器)将不同波长的光载波信号合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端，再由一波分复用器(分波器)将这些由不同波长光载波信号组成的光信号分离开来。,5、波分复用(WDM),1,TX1,2,TX2,TXn,OEOn,MUX,OA,光放大器,1，2，n,1,RX1,2,RX2,RXn,DMUX,n,TX光发射器；RX光接收器；OEO波长变换器,WDM系统分类：按工作波段分：粗波分复用(Coarse WDM)和密集波分复用(Dense WDM)。粗波分复用：波长之间间隔很大(通常在几十纳米以上)。一路光载波信号占用一个波长窗口。密集波分复用：一个窗口传送多路光载波信号，波长间隔窄。按纤中的信号传送方向分：双纤单向传输系统和单纤双向传输系统。,WDM优点：（常用DWDM）,(1)充分利用光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加了几倍至几十倍，降低了长途传输的成本；(2)WDM对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关。一个WDM系统可以承载多种格式的业务信号，如ATM、IP或者将来有可能出现的信号。WDM系统完成的是透明传输，对于业务层信号来说，WDM的每个波长与一条物理光纤没有分别。(3)在网络扩充和发展中，WDM是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务(如CATV、HDTV和B-ISDN等)的方便手段，增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量。,6、PDH系统简介PDH(Psynchronous Digital Hierarchy)：是一种异步复用方式，多个PCM的一次群信号可逐步复用为二次群、三次群，最高可达五次群信号。铜导线干线传输的主要方式。PCM一次群信号：北美地区使用T载波方式：一次群信号T1每帧24时隙，速率为1.544 Mb/s；国际电联标准E载波方式：一次群信号E1每帧32时隙,速率为2.048 Mb/s，两者相同之处在于都采用8000 Hz频率对话音信号进行采样，因此每帧时长都是125 s。,ITU-T一次群信号PCM 30/32的帧结构PCM 30/32：将一帧分为32个时隙，每个时隙8比特，其中的TS0和TS16分别用作帧同步和信令传输，共计328=256比特，帧速率为256 8 k=2.048 Mbps。,6、PDH系统简介主要缺点：(1)标准不统一，存在三种标准，且互不兼容；(2)面向点到点的传输，组网的灵活性不够；(3)低阶支路信号上、下电路复杂，需要逐次复用、解复用；(4)帧结构中缺乏足够的冗余信息用于传输网的监视、维护和管理。,SDH(Synchronous Digital Hierarchy)：,是ITU-T制定的，独立于设备制造商的NNI间的数字传输体制接口标准(光、电接口)。,SDH的内容：,传输速率、接口参数、复用方式和高速SDH传送网的OAM。,设计目标：,通过同步的、灵活的光传送体系来运载各种不同速率的数字信号。,实现方式：,通过字节间插(Byte-Interleaving)的复用方式来实现的，字节间插使复用和段到段的管理得以简化。,应用：主要用于光纤传输系统。,2.3 SDH传送网,SDH优点：,标准统一的光接口采用同步复用和灵活的复用映射结构强大的网管功能帧结构帧同步周期：125 s，基本传输速率：STM-1,155.520 Mb/s，STM-N=STM-1NSTM-1帧结构：9270（Byte）STM-N帧结构：9（270N）（Byte）,1、指针调整技术2、虚容器（VC）,STM-1帧结构示意图,9 列开销字节,-,261 列STM1净负荷(含 POH),行 1,行 2行 3行 4,行 5行 6,行 7行 8行 9,9 行,RSOHAU-PTR,MSOH,270 列,行 1,行 2,行 3,行 9,125 s,SDH的信号等级,基本网络单元,终端复用器TM,为传统接口的用户(如T1/E1、FDDI、Ethernet)提供到SDH网络的接入将多个PDH低阶支路信号复用成一个STM-1或STM-4,分插复用器ADM,负责在STM-N中插入或提取低阶支路信号，利用内部时隙交换功能实现两个 STM-N之间不同VC的连接。是目前SDH网中应用最广泛的网络单元。,数字交叉连接设备DXC（SDXC）,具有多个STM-N信号端口，通过内部软件控制的电子交叉开关网络，可以提供 任意两端口速率(包括子速率)之间的交叉连接，执行检测维护，网络故障恢复等功能。SDXC的交换功能(以VC为单位)主要为SDH网络的管理提供灵活性，而不是面向单个用户的业务需求。,支路,信号,SDHTM,再生段,REG,再生段,SDH DXC或ADM,复用段,支路,信号,SDHTM,再生段,REG,再生段,复用段,通道,SDH 传送网,电路层网络(IP、ATM、PSTN、租用线网络等)低 阶,通道层,VC-11,VC-3,VC-12,VC-2,VC-4,VC-3,高 阶,通道层,复用段再生段,段层,通道,层,传输介,质层光层,SDH与PDH的不同点在于 PDH是面向点到点传输的、而SDH是面向业务的 SDH利用ADM、DXC等设备，可以组建线性、星型、环型、网型等多种拓扑结构的传送网，SDH还提供了丰富的开销字段。这些都增强了SDH传送网的可靠性和OAM&P能力。,2.4 光 传 送 网出现背景：当前传送网技术SDH/SONet的特点优点：技术标准统一，提供对传送网的性能监视、故障隔离、保护切换，以及理论上无限的标准扩容方式。缺点：SDH/SONet的体系结构是面向话音业务优化设计的，采用严格的TDM技术方案，对于突发性很强的数据业务，带宽利用率不高。设计目标将类似SDH/SONet种的基于单波长的 OMAP功能引入到基于多波长复用技术的光网络中。,2.4 光 传 送 网光传送网（OTN：Optical Transport Network）以DWDM与光通道技术为核心的新型传送网结构由光分插复用、光交叉连接、光放大等网元设备组成具有超大容量、对承载信号语义透明及在光层面上实现保护和路由的功能。下一代网络（NGN:）基于DWDM技术的OTN面向数据，基于分组技术的,可以灵活地进行网络带宽的扩充、指配和管理的网络。,电层或非标准光层的各种业务信号OTN的分层结构,OTN与SDH/SONet传送网主要的差异 不同：复用技术（OTN使用模拟波分复用，而SDH传送网采用了时分复用）相似 都是面向连接的物理网络 网络上层的管理和生存性策略大同小异。,动态,网络,BIT杨杰,智能光网络光传输网络的变革静态网络,