通信基础入门知识.doc
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1、-_第一章第一章概概 述述通信的目的是为了信息的传递。携带信息的信号可分为模拟信号(如话音)和数字信 号(计算机输出的信号) 。信息的传递由通信系统来完成。1.1通信系统的组成通信系统的组成通信系统由硬件和软件组成。硬件包括终端、传输和交换三大部分。 终端:包括普通电话、移动电话、计算机、数据终端、可视电话、会议电视终端 等。 传输系统:信息传递的通道,一般叫信道。 交换系统:完成接入交换节点链路的汇集、转接和分配。 通信系统软件:为能更好完成信息的传递和转接交换所必须的一整套协议、标准, 包括网络结构、网内信令、协议和借口以及技术体制、接口标准等。注释注释1.2通信系统的分类通信系统的分类按
2、照系统所传输的信号来分类,则系统可分为模拟通信系统和数字通信系统。 模拟通信系统模拟通信系统:用模拟信号传递消息的系统。 数字通信系统数字通信系统:用数字信号传递消息的系统。 由于光纤通信的普及和集成工艺的发展,数字通信系统具有抗干扰能力强,数字信号 可再生,可综合各种业务,便于和计算机系统连接,易于集成等优点,所以逐渐取代了模 拟通信系统。1.3 标准化组织标准化组织标准可以被看作是将不同厂商制造的硬件和软件连接起来以便协调工作的“粘接剂” 。 在美国和其他许多国家,全国的标准化组织定义了多种物理特性和操作特性的规范,以便 厂商生产与通信公司的线路设施及其他制造商的产品兼容的设备。在全球范围
3、内,标准化 组织颁布了一系列与通信有关的建议。这些建议虽不是强制性的,但在全球的通信设备和 设施的开发过程中具有很强的影响力,并已被数百个大型企业和通信公司采纳。下面介绍 几个重要的组织。1 1ITUITU ITUInternational Telecommunications Union 国际电信联盟。ITU 的前身是 CCITT(国际电报电话咨询委员会) ,1994 年更名,它由联合国的一个 机构主办,属政府间组织。总部设在日内瓦,直接负责制定数据通信标准,由 15 个工作 组组成。ITU-TITU-T 是其电信标准局是其电信标准局。区分交换和传输的概念,有助于我们对一些概念的理解。但随着
4、通信的发展,区分交换和传输的概念,有助于我们对一些概念的理解。但随着通信的发展, 它们之间的界限越来越不明显,很多新的标准已经把传输和交换融合到一起。它们之间的界限越来越不明显,很多新的标准已经把传输和交换融合到一起。-_2 2ISOISO ISOInternational Organization for Standardization 国际标准化组织。它是联合国经济和社会理事会下的咨询性非政府组织。3 3ANSIANSI ANSIAmerican National Standars Institute 美国国家标准化组织。它是美国最主要的标准制定机构,是非营利性非政府组织。4 4IEEEI
5、EEE IEEEInstitute of Electrical and Electronic Engineers 电气和电子工程师协会。它是美国的工程师社团组织。第二章第二章 传输基础知识传输基础知识2.1 传输基本概念传输基本概念传输的基本模型如图 1.2.1 所示。 1. 信道信道信道一般分为模拟信道和数字信道。 模拟信道传输模拟信号;数字信道传输数字信号。 模拟信号的传输 在模拟信道上的传输一般为实线传输或频分多路复用。模拟信号数字化为数字信号便 可以在数字信道上传输。 数字信号的传输 数字信号在这两种信道上传输,不同的传输信道采用不同的信号变换设备。对模拟信 道,变换设备为 MODEM
6、,把数字信号变为模拟信号再传输。对数字信道,信号变换器即 接口设备,其作用是实现信号码型与电平的转换等。 注释注释信源变换器信道反变换器信宿噪声源图图 1.2.1 传输模型传输模型数据传输是一种特殊的数字信号传输,它是计算机终端之间的通信。数据传输模型数据传输是一种特殊的数字信号传输,它是计算机终端之间的通信。数据传输模型 如图所示。如图所示。DTE 为数据终端设备,对数据进行处理。为数据终端设备,对数据进行处理。DCE 是数据通信设备,如是数据通信设备,如 MODEM 等。等。-_数据传输模型如图 1.2.2 所示。2. 数据传输方式数据传输方式 并行传输并行传输 数据的每一位在多条并行信道
7、上同时传输,传输速率较高,但并行信道实现较为困难, 不适合远距离传输。 串行传输串行传输 数据流以串行方式在一条信道上传输,为了在收方识别发方信息,需要保持发、收方 信号同步。这种方式易于实现,经济适用。所以大部分采用串行通信。 3. 数据同步方式数据同步方式 同步系统是数字通信系统的重要主成部分,同步是将通信系统的发送端和接收端的收 发信息的时间统一在规定的时间节拍内,使收发系统步调一致。 异步传输异步传输 以字符为单位实现同步,也称位同步。该种方式需要在每个字符前后加起止位,故不 要求双方时钟严格同步,但开销大,效率低。 同步传输同步传输 以固定的时钟节拍发送数据信号。数据发送以帧为单位。
8、同步传输开销小,传输效率 高,但实现复杂,必须有收发定时信号。4. 数据传输速率与带宽数据传输速率与带宽 数据传输速率是衡量传输系统传输能力的主要指标。主要有比特速率和码元速率。 比特率:比特率:在单位时间内传送的比特数,单位是 bit/sbit/s。 码元速率:码元速率:在单位时间内传送的码元(波形)数,单位是 bandband(波特(波特) 。 通常,我们也用传输速率表示信道的通信能力带宽带宽。5. 数据传输差错率数据传输差错率 一般用误码率表示。 误码率=接收出现的差错比特(字符、码元)数/总的发送比特(字符、码元)数100%6. 基带与频带传输基带与频带传输 基带传输基带传输 没有经过
9、调制的信号称为基带信号,这种信号在某些有线信道上可直接传输,这种传 输叫做基带传输。 频带传输频带传输 在很多时候,基带信号必须经过调制,将信号频谱搬移到高频率处,才能在信道中传 输。这种称为载波传输或频带传输。频带传输又分为调频、调幅和调相调频、调幅和调相。2.2传输介质传输介质传输系统按传输介质的不同可分为有线传输系统和无线传输系统。有线传输的介质主DTEDCE信道DCEDTE噪声源图图 1.2.2 数据传输模型数据传输模型-_要有双绞线、同轴电缆和光纤等。无线传输的主要介质有长波、短波、超短波、地面微波 和卫星等。1. 双绞线双绞线 双绞线属于平衡电缆,主要用于基带传输。电话用户线一般用
10、一对;数字电话(ISDN 电话)用 14 对;以太网 10BASE-T 用 2 对。2. 同轴电缆同轴电缆 同轴电缆属于不平衡电缆,它的两种基本形式是基带基带和宽带宽带。基带用于以太网的连接, 宽带用于 CATV 系统,正逐渐被光纤所取代。光纤和卫星传输系统我们将在后面有关章节做详细介绍。2.3复用技术复用技术复用技术一般有: 频分多路复用频分多路复用 FDMFDM 时分多路复用时分多路复用 TDMTDM 统计时分复用统计时分复用1. 频分多路复用频分多路复用 一般多适用于模拟通信,它把信道频带划分成若干逻辑信道,每个用户独占某些频段。2. 时分多路复用时分多路复用 在时分复用系统中,各路信号
11、共用一个信道,轮流在不同的时刻进行传输。其特点是 各路信号在时间上互不重叠,但将占据全部带宽。3. 统计时分多路复用统计时分多路复用 动态地分配集合信道的时隙,只给那些确实要传输信息的终端分配线路,大大提高了 线路利用率。 时分复用多用于数字通信中。2.42.4脉冲编码调制脉冲编码调制 PCMPCMPCM 是实现模拟信号数字化的最常用的一种方法。将时间连续、取值连续的模拟信号 转换成为时间离散、取值离散的数字信号,并按一定规律组合编码,形成 PCM 信号序列。 它的基本过程是抽样、量化和编码。 抽样抽样:以一定频率的取样信号将信号在时间上进行离散。取样频率应大于 2 倍的信 号带宽。 量化量化
12、:将信号在幅度上离散。 编码:编码:把量化后的取值用一定位数的二进制码来表示。 常用传输码型:常用传输码型:在基带传输中,主要的码型有传号反转码(CMI 码) 、传号极性交 替码(AMI 码) 、三阶高密度双极性码(HDB3码) 。 以语音信号为例,声音信号从 300Hz3.3kHz,带宽为 3kHz,取样频率为 8kHz,每个 抽样的编码为 8bit。因此每秒 8000 个抽样将产生 64kbit 的数据流,即抽样后的话路速率 为 64kbit/s。-_2.5 时分复用系统时分复用系统帧帧(Frame):一个取样周期定为一帧,用 F 表示。对同一信号相邻两次抽样的时间间 隔为帧长帧长。每个样
13、值编码所占的时间宽度叫时隙时隙 TSTS,各路时隙之和为一帧。1.1. 帧结构帧结构 根据时分多路复用的原理和各种传输媒介的特点,在数字通信系统中,常将多路信源 信号组合成具有不同数码率的群路信号,以适应各种传输条件和不同介质的传输。ITU-T 为了便于国际通信电路的发展,推荐了两类群路数码率系列和数字复接等级。并建议 24 路基础群(T1)为美国和日本采用。 30/32 路基础群(E1)为欧洲和中国等地区采用,其码率为 2048kbit/s,简称基 群或一次群。帧结构如表 1.2.1 所示。表 1.2.1 基本帧结构0 2 3 4 5 6 7 8 931 一共 32 个时隙,从 TS0TS3
14、1。每时隙 8bit,传送一路信号为 64Kbit/s 的 PCM 信号。 每帧 8bit32=256bit,抽样频率为 8kHz,所以速率为 256bit8kHz=2048kbit/s。 在基本帧中,TS0传送帧同步码,TS16 传送信令信号。 在话音传输中,有 CRC(循环冗余校验)复帧和信令复帧,一个复帧由 16 个基本帧组 成。2. 数字复接数字复接 在通信系统中,为扩大传输容量和提高传输效率,通常需要将若干个低速数字信号合 并成一个高速数字信号流,以便在高速信道中传输,数字复接就是解决 PCM 信号由低次 群到高次群的合成技术。 按时分复用方式将两个或两个以上的分支数字信号汇接成为单
15、一复合数字信号的过程 称为数字复接。 表 1.2.2 所示为不同制式的复接群速率。表 1.2.2 复接速率 速率速率北美、日本北美、日本欧洲、中国欧洲、中国 基群1.5Mbit/s2.048 Mbit/s 二次群6.312 Mbit/s8.448 Mbit/s 三次群32.064 Mbit/s34.368 Mbit/s2.6 光纤通信系统光纤通信系统1光纤通信的特点光纤通信的特点 用高频率的高频作为载频传输信号; 用光导纤维构成的光缆作为传输线路。 优点 传输频带宽,通信容量大; 损耗低,通信距离远。2光纤的种类光纤的种类-_光纤按传输的总模数来分可分为 单模光纤单模光纤 多模光纤多模光纤 所
16、谓模式模式,实际上是电磁场的一种分配形式,模式不同,分布也不同。 单模光纤单模光纤传输一种模式。单模光纤传输频带较宽,传输容量大。适用于大容量、长距 离的光纤通信,但是,费用较高。 多模光纤多模光纤是多个模式在光纤中传输。多模光纤带宽较窄,容量也较少,上限在 1G 以 下。3光纤通信系统光纤通信系统 光纤通信系统一般由电端机、光端机和光纤传输等组成。 主要技术是数字编码强度调制直接检波通信系统。 电端机指 PCM 多路复用设备。 光端机主要完成光电转换。 目前,很多是将光端机和电端机合为一体。2.7 PDH/SDH/SONET 数字体系数字体系数字复接方式一般有三种:同步复接方式、异步复接方式
17、和准同步复接方式。 同步复接同步复接如果复接器输入支路信号与本机定时信号是同步的,那么调整单元只 需调整相位,有时连相位也无需调整。 异步复接异步复接如果输入各支路信号与本机定时信号是非严格同步关系,那么调整单 元要对各支路信号实施频率和相位调整,使之成为同步数字信号。 准同步复接准同步复接如果输入各支路信号与复接器复接的各支路数字信号的时钟由不同 的时钟源提供,但码速率在一定容差范围内为标称相等情况。这时两个信号为准同 步信号。2.7.12.7.1 准同步数字系列准同步数字系列 PDHPDH PDH 是靠从外界添加帧同步码组的方法实现从低阶到高阶的同步复用,这种同步是不 完整的、不精确的,所
18、以叫做准同步。 在 2.5 节中所介绍的时分复用系统即为 PDH。 PDHPDH 的特点:的特点: 属异步复用; 上下电路需要一级级地对整个码流拆开并重组; 各厂家 PDH 设备的光接口标准不同,所以光信号无法直通。2.7.22.7.2 SONET/SDHSONET/SDH 随着光纤通信的发展,为了提供统一的光传输接口,全世界的标准化组织致力于形成 一套规范,使所有厂商的传输系统互连。于是同步光网络 SONET 和同步数字系列 SDH 标准 应运而生。 SONET 是为美国和加拿大规定的,SDH 是对欧洲和其他国家规定的,二者很接近,但不 完全一样,新的 SDH 正被世界范围内所接受。1.1.
19、 基本概念基本概念 SONETSONET SONET 标准以 51.84Mbit/s 作为新的复用系列的基本信号,称为第一级同步传送信号 STS-1。其在光纤线路传输的映射信号称为第 1 级光载波 OC-1。SONET 复用系列及其线速如 表 1.2.3 所示。-_表 1.2.3 SONET 复用系列及线速 光级号光级号电级号电级号速率速率 OC1STS-151.84 Mbit/s OC3STS-3155.52 Mbit/s OC12STS-12622.08 Mbit/s OC24STS-241.244Gbit/s OC48STS-482.488 Gbit/s OC192STS-1929.6
20、Gbit/sSDHSDH SDH 基本模块信号是 STM-1,速率为 155.520Mbit/s。高阶 STM-N 由 N 个 STM-1 信号经 同步复用而成。目前,N 只能取 4、16、64。详见表 1.2.4 SONET 和 SDH 的速率在 155.52Mbit/s 上得到统一。它们的优点也是相似的。2.2.SDHSDH 标准标准 ITU-T 对 SDH 的接口、速率和帧结构等做了一系列的建议,表 1.2.5 列出了部分关于 SDH 的建议。表 1.2.4 SDH 等级速率 SDHSDH 等级等级速率速率 STM-1155.52 Mbit/s STM-4622.08 Mbit/s ST
21、M-162488.32 Mbit/s STM-649953.28 Mbit/s表 1.2.5 ITU 关于 SDH 的建议 建议号建议号名称名称 G502数字系列比特率 G503数字系列接口的物理/电气特性 G505同步数字系列的比特率 G508用于同步数字系列的网络节点接口 NNI G509同步复用结构 G955同步数字系列的用户设备和系统的光接口3.3.优点优点 统一了速率和接口统一了速率和接口 把 E1 和 T1 两种数字传输体制融合在统一的标准之中,即在 STM-1 等级 (155.52Mbit/s)上得到统一。同时兼容 PDH 系统;并统一了光接口。 采用同步复用方式采用同步复用方式
22、 由于采用同步复用方式,使得复用/解复用一次到位,各支路信号能直接复 用到更高速率的 SDH 信号中,而不经过中间级别的复用,分插信号方便。图 1.2.3 为 PDH 系统上下电路图;图 1.2.4 为 SDH 上下电路图。-_统一的网络接口标准统一的网络接口标准 具有全世界统一的网络节点接口 NNI。 网管能力强网管能力强 SDH 帧结构中规定了丰富的网管字节,专门安 排了 5%的带宽分配用来支持网络管理和维护。具有强大的组网能力和网络自愈能力具有强大的组网能力和网络自愈能力 采用先进的分插复用器(ADM)和数字交叉连 接(DXC)等设备使组网能力和自愈能力大大 增强,同时也降低了网络的维护
23、管理费用。 4 4SDHSDH 网络设备网络设备 SDH 网络是由一些网络单元(复用器、数字交叉连接设备等)组成,在光纤(或微波) 网进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。 分插复用设备分插复用设备 ADMADM ADM 的主要任务是将各种 PDH 支路信号或 STM-1 信号分插到 STM-N 的光信号中。 同时具有内部交叉连接功能。 数字交叉设备数字交叉设备 DXCDXC DXC 是一种用软件控制的数字配线系统,它可以对各种端口速率进行可控制的连 接和再连接。主要功能是进行业务分流并提供路由。 终端复用设备终端复用设备 TMTM 将各种接口与速率的信号复用到 STM-N 上 。 网络管理
24、系统网络管理系统 进行网络配置、性能、安全、故障等管理。5.5.SDHSDH 的自愈混合环形网的自愈混合环形网自愈网就是无须人为的干预,网络就能从失效的故障中实时地自动恢复所携带的业 务。常见的自愈网是环形,即由首尾相接的 DXC 和 ADM 组成,如图 1.2.5 所示。正常工作 时,信息是同时沿顺时针和逆时针两个方向在环上传送。在接收节点,两个方向收到的信 号都是有效的,只需选择其一作为主信号,另一个作为备用信号即可。一旦光缆切断,上 述环形网就变成了线形网。既主备信号在光缆切断处两侧的节点中分插复用器 光接口光接口155Mbit/s155Mbit/s2Mbit/s图图 1.2.4 SDH
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