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1、第四章 传输技术,4.1 光纤通信4.2 SDH传输技术4.3 光波分复用技术4.4 微波通信系统4.5 卫星通信系统,4.1 光纤通信,什么是光纤通信？光纤通信（Optical Fiber Communications）是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，已成为现代通信的主要支柱之一，在现代电信网中起着举足轻重的作用。,4.1 光纤通信,光电话：1880年贝尔(通信距离213m)光源：激光（Laser）器 梅曼(1960)传光介质：光纤 光纤通信之父高锟(1966)美国贝尔公司 半导体激光器(1970)美国康宁公司（Corning Glass Works）低
2、损耗（20dB/km）光纤(1970)第一条光纤通信系统（44.7Mbit/s）：1976年，在美国亚特兰大的地下管道中诞生。,4.1.1 光通信历史,4.1 光纤通信,4.1.1 光通信历史,第一代：1980年，使用波长800nm（nanometer）的砷化镓激光作为光源，传输的速率达到45Mbps，每10公里需要一个中继器增强信号。第二代：1980年代，使用波长1300nm的磷砷化镓铟(InGaAsP)激光，存在色散问题。1981年单模光纤（single-mode fiber）克服了这个问题。到了1987年时，一个商用光纤通信系统的传输速率已经高达1.7Gbps。第三代：改用波长1550n
3、m的激光做光源，而且信号的衰减已经低至0.2dB/km，色散几乎为零，传输速率达到2.5Gbps，而且中继器的间隔可达到100公里远。第四代、第五代,4.1.1 光通信历史,商用光纤通信系统发展,4.1.1 光通信历史,商用光纤通信系统发展,4.1.2 光纤,1.光纤的结构,图4-4 光纤剖面结构图,图4-3 光纤结构图,光纤导光的条件是什么？,结构组成：纤芯：直径5m75m，主要材料是SiO2（石英）掺杂微量的掺杂剂提高纤芯的折射率（n1）；包层：直径100m150m，通常是纯SiO2，或掺杂微量的B2O3或F等，降低折射率（n2）；（为什么？）涂覆层：保护光纤，增强机械强度，厚度为30m1
4、50m,未经涂覆和套塑时称为裸光纤。一次涂敷层是为了保护裸纤而在其表面涂上的聚氨基甲酸乙脂或硅酮树脂层，厚度一般为30um 150um。套层又称二次涂覆或被覆层，多采用聚乙烯塑料或聚丙烯塑料、尼龙等材料。经过二次涂敷的裸光纤称为光纤芯线。,4.1.2 光纤,1.光纤的结构,4.1.2 光纤,2.光纤的分类,4.1.2 光纤,2.光纤的分类,4.1.2 光纤,2.光纤的分类,（1）按光纤横截面上折射率分布不同来分类 按照截面上折射率分布的不同可以将光纤分为阶跃型光纤和渐变型光纤，其折射率分布分别如下图所示。,4.1.2 光纤,2.光纤的分类,4.1.2 光纤,2.光纤的分类,(2)按传输模式的数
5、量分类,4.1.2 光纤,2.光纤的分类,多模光纤就是允许多个模式在其中传输的光纤，或者说在多模光纤中允许存在多个分离的传导模。单模光纤就是只能传输一种模式的光纤。,什么是传输模式？,光波属于电磁波范畴，紫外线、可见光、红外线都属于光波，光纤通信系统工作在近红外区。波长范围：近红外区，波长0.8m1.8m 三个低损耗窗口：0.85m 1.31m 1.55m,4.1.2 光纤,3.光纤通信的工作波长（理想工作窗口）,4.1.2 光纤,光缆依靠其中的缆芯中的光纤（缆芯是由若干根光纤通过一定的结构组合在一起而形成）来完成光信号的传送任务，加强件和外护层起抗拉和外保护作用。,4.1.2 光纤,光缆由三
6、部分构成：缆芯、加强件和外护层。,4.1.2 光纤,4.光缆的结构,一个基本的光纤通信系统由三大部分构成：光发射设备、光传输通道、光接收设备。光传输通道又可细分为光纤、中继，以及光纤连接器、耦合器等无源器件。如图4-8。1.光发信机 光发信机是实现电/光转换的光端机，它由光源、驱动器和调制器组成，其功能是将来自于电子通信设备的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。2.光收信机 光收信机是实现光/电转换的光端机，它由光检测器和光放大器组成，其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电
7、平，送到接收端的电子通信设备。,4.1.3 光纤通信系统,3.光纤或光缆 光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。,4.1.3 光纤通信系统,4.中继器 中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个：一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲进行修正。5.光纤连接器、耦合器等无源器件 由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制,且光纤的拉制长度也是有限度的（如1Km)。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连
8、接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。,图4-8 光纤通信系统,4.1.3 光纤通信系统,光纤信号传输实现过程：在发送端：通过调制完成电/光变换的功能；由光源输出的光信号直接耦合到传输光纤中；在接收端，光电检测器对输入的光信号进行直接检波，完成光/电变换的功能，再经过放大恢复等电处理过程，弥补线路传输过程中带来的信号损伤，最后输出和原始输入信号相一致的电信号，从而完成整个传输过程。,4.2 SDH传输技术,在数字通信系统中，传送的信号都是数字化的脉冲序列。这些数字信号流在数字交换设备之间传输时，其速率必须完全保持一致，才能保证信息传送的准确无误,这就叫做“同步”。在数字传
9、输系统中，有两种数字传输系列，一种叫“准同步数字系列”，简称PDH；另一种叫“同步数字系列”，简称SDH。,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,准同步数字序列(PDH)的三种体系 原CCITT推荐了两类准同步数字复接系列。北美和日本等国采用PCM 24路系统，即以1.544Mbit/s作为一次群（基群）的数字速率系列；欧洲和中国等国家采用PCM 30/32路系统，即以2.048Mbit/s作为一次群的数字速率系列。如图4-9。,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,PDH传输系统的局限性：(1)PDH是逐级复用的
10、，当要在传输节点从高速数字流中分出支路信号时，需配备背对背的各级复分接器，分支插入电路不灵活。(2)PDH各级信号的帧中预留的开销比特很少，不利于传送操作管理和维护（OAM）信息，不适应电信管理网（TMN）的需要。(3)PDH中1.5Mbps与2Mbps两大系列难以兼容互通。(4)更高次群如继续采用PDH将难以实现。,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,为什么要用SDH？鉴于PDH的缺点和SDH的优点，当然选择SDH。,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,(1)可以使三种地区性的PDH在SDH网中实现统一；(2
11、)可使网络节点设备功能模块化、系列化；(3)可根据电信网络中心的规模大小和功能要求灵活进行网络配置，从而使网络结构更加简单、高效和灵活，并在将来需要扩展时具有很强的适应能力。(4)具有国际标准化的接口速率和信号的帧结构。,SDH的优点,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,SDH的速率,4.2 SDH传输技术,4.2.1 PDH和SDH,SDH最基本、最重要的数据块为同步传输模块STM-1.更高级别的STM-N（N1，4，16，64，）信号则是将STM-1按同步复用，经字节间插后形成的。STM-N信号的帧采用矩形结构，以字节（8bit）为基础，由9行和270N列组成，帧周期为12
12、5s。（同步时分复用系统中，数字信号的传输是以帧为单位进行的，一帧的时间叫帧周期。）帧结构由3个主要区域组成：段开销、信息净负荷和管理单元指针。,4.2.2 SDH的帧结构,1.帧结构,(1)同步传输模块STM1的帧结构,SDH最基本的数据块为同步传输模块STM1，其帧结构由 9行、270列字节组成，每列列宽为一个字节8比特。如下图：,4.2.2 SDH的帧结构,1.帧结构,STM1帧结构示意图,STM-1帧结构由9行、270列组成。每列宽一个字节即8比特，开始9列为开销所用，其余261列则为有效负荷即数据存放地。整个帧容量为（261+9）9=2430字节，相当于2430819440比特。帧传
13、输速率为8000帧秒，即125s为一帧，因而STM-1传输速率为194408000=155.520Mbps。STM-1帧结构字节的传送是从左到右，从上到下按行进行，首先传送帧结构左上角第一个8比特字节，依次传递，直到9270个字节都送完，再转入下一帧。,4.2.2 SDH的帧结构,1.帧结构,(2)STMN的帧结构,图4-10 STMN的帧结构示意图,STMN帧结构则是由9行、270N 列字节组成。,4.2.2 SDH的帧结构,1.帧结构,（payload）是在STM-N帧结构中安排存放各种信息码元的地方，占有2344个字节，其中内也存放少量用于通道性能监视、管理、控制的通道开销（POH）。P
14、OH通常作为信息净负荷的一部分与信息码元一起在网中传送。,4.2.2 SDH的帧结构,2.信息净负荷,4.2.2 SDH的帧结构,2.信息净负荷,4.2.2 SDH的帧结构,信息净负荷区相当于STM-N这辆运货车的车箱，车箱内装载的货物就是经过打包的低速信号待运输的货物。为了实时监测货物（打包的低速信号）在传输过程中是否有损坏，在将低速信号打包的过程中，加入了监控开销字节通道开销（POH）字节作为净负荷的一部分与信息码元一起装载在STM-N这辆货车上在SDH网中传送，它负责对打包的货物（低速信号）进行通道性能监视管理和控制。,2.信息净负荷,4.2.2 SDH的帧结构,注意：在SDH中信息净负
15、荷并不等于有效负荷，因为信息净负荷中存放的是经过打包的低速信号，即在低速信号中加上了相应的POH。,2.信息净负荷,4.2.2 SDH的帧结构,2.信息净负荷,4.2.2 SDH的帧结构,是为了保证信息净负荷正常灵活传送所必须附加的供网络运行、管理和维护使用的字节。例如段开销可进行对STM-N这辆运货车中的所有货物在运输中是否有损坏进行监控，而POH的作用是当车上有货物损坏时，通过它来判定具体是哪一件货物出现损坏。也就是说SOH完成对货物整体的监控，POH是完成对某一件特定的货物进行监控，此外，SOH和POH还有一些管理功能。,3.段开销（SOH）,4.2.2 SDH的帧结构,3.段开销（SO
16、H）,4.2.2 SDH的帧结构,段开销（SOH）中98矩阵提供网络运行、维护和管理所需的附加字节。对STM-1而言，每帧有8972个字节（576bit）用于段开销，所占比例几乎为3%，可见段开销是相当丰富的，这是SDH的重要特点之一。SOH又分为再生段开销（RSOH）和复用段开销(MSOH)。在SDH中，13行分给RSOH，59行分给MSOH。,3.段开销（SOH）,4.2.2 SDH的帧结构,3.段开销（SOH）,4.2.2 SDH的帧结构,管理单元指针位于STM-N帧中第4行的9N列共9 N个字节，AU-PTR起什么作用呢？用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置；利用指
17、针调整技术可以解决网络节点之间的定时偏差。,4.管理单元指针（AU-PTR）,4.2.2 SDH的帧结构,4.2.4 SDH网元和拓扑,SDH传输网是由不同类型的网元通过光缆线路的连接组成的，通过不同的网元完成SDH网的传送功能，SDH网中有四种标准网元，分别是终端复用器、分插复用器、再生中继器和数字交叉连接设备，如下：,1.SDH网元,(1)终端复用器（TM，Terminal Multiplexer）功能:将低速支路信号或STM-1的电(或光)信号纳入STM-N帧,并转换为STM-N的光信号，或相反处理。,注意：它的线路端口输出/输入一路STM-N信号，而支路端口却可以输出/输入多路支路信号
18、。,4.2.4 SDH网元和拓扑,1.SDH网元,(2)分插复用器（ADM，Add and Drop Multiplexer）ADM是一种特殊的复用器，可以在线路信号之间、支路信号与线路信号之间进行交叉连接。它利用分接功能将输入信号所承载的信息分成两部分：一部分直接转发,一部分支路信号卸下给本地用户然后信息又通过复接功能将转发部分和本地支路信号的上送部分合成输出。,图4-14 ADM结构,1.SDH网元,4.2.4 SDH网元和拓扑,1.SDH网元,4.2.4 SDH网元和拓扑,1.SDH网元,4.2.4 SDH网元和拓扑,1.SDH网元,4.2.4 SDH网元和拓扑,3.再生中继器（REG，
19、Regenerator）再生器设在中心局段，用于延长传输距离；电再生中继器和电缆中的中继器类似。,图4-15 REG结构,1.SDH网元,4.2.4 SDH网元和拓扑,电再生中继器REG是一根双端口器件，只有两个线路端口W、E，如图4-15。,4.2.4 SDH网元和拓扑,1.SDH网元,4.2.4 SDH网元和拓扑,1.SDH网元,4.2.4 SDH网元和拓扑,(4)数字交叉连接设备(DXC，Digital Cross Connect Equipment）,图4-16 DXC结构,1.SDH网元,4.2.4 SDH网元和拓扑,DXC类似于交换机，完成的主要是STM-N信号的交叉连接功能。是一
20、个多端口器件，实际上相当于一个交叉矩阵,完成各个信号之间的交叉连接。,4.2.4 SDH网元和拓扑,1.SDH网元,4.2.4 SDH网元和拓扑,SDH网络是由SDH网元设备通过光缆互联而成，网络节点(网元)和传输线路的几何排列就构成网络的拓扑结构。网络拓扑的基本结构有链状网、星状网、树状网、环状物和网孔状网。,2.SDH网络拓扑,4.2.4 SDH网元和拓扑,(1)链状网 网络中的所有节点一一相连，并且首尾开放，结构简单、经济。,图4-17(a)链状网,4.2.4 SDH网元和拓扑,2.SDH网络拓扑,4.2.4 SDH网元和拓扑,(2)树状网 该拓扑从总线拓扑演变而来，形状像一棵倒置的树，
21、顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带子分支。优点：易于扩展；故障隔离较容易。缺点：各个节点对根的依赖性太大。,2.SDH网络拓扑,4.2.4 SDH网元和拓扑,图4-17(b)树状网,2.SDH网络拓扑,4.2.4 SDH网元和拓扑,(3)环状网 所谓环形网，就是把链状网的首尾相接,从而使任何一点都不对外开放。环形网结构在SDH传送网中应用非常广泛，因它具有自愈能力，使网络具有很强的生存性。,2.SDH网络拓扑,4.2.4 SDH网元和拓扑,图4-17(c)环状网,2.SDH网络拓扑,4.2.4 SDH网元和拓扑,(4)星状网 星状网将网中一网元作为中央节点，其他节点通过点到点通信链路
22、接到中央节点。优点：控制简单；故障诊断和隔离容易；方便服务。缺点：中心节点的负担较重，形成瓶颈；一旦该节点故障，全网无法运转。,图4-17(d)星状网,2.SDH网络拓扑,4.2.4 SDH网元和拓扑,(5)网孔状网 网络中的任何二个节点都能直接相连。它能为二点间的通信提供多种路由可选，因而网络的可靠性高；但结构复杂、成本较高。主要用于长途网中，以提供高可靠性。,2.SDH网络拓扑,4.2.4 SDH网元和拓扑,图4-17(e)网孔形网,网络生存性泛指网络经受各种故障，特别是灾难性大故障后仍能维持可接受的业务质量的能力。为了满足网络生存性的需求，自愈网的概念应运而生。所谓自愈网就是无需人为的干
23、预，网络就能在极短的时间内从失效故障中自动恢复业务传输能力，而用户感觉不到网络已出现故障。自愈是网络生存性最突出的特点。SDH环形网就是SDH网络中最常用的自愈网之一。自愈环的分类可按保护的业务级别、环上业务的方向、网元结点间的光纤数来划分。,4.2.5 SDH自愈网,按环上业务的方向可将自愈环分为单向环和双向环两大类；按网元结点间的光纤数可将自愈环分为双纤环（一对收/发光纤）和四纤环（两对收/发光纤）；按保护的业务级别可将自愈环结构划分为通道保护环和复用段保护环两大类。自愈环的复用段保护环可分为二纤环与四纤环。二纤环：如图4-18所示，环网由两根光纤组成。根据业务传送方向又可分单向保护环与双
24、向保护环。四纤环：如图4-19所示环网由四根光纤组成，二根主用光纤与二根备用光纤，备用光纤为主用光纤提供反方向保护；备用光纤可传送额外业务。,4.2.5 SDH自愈网,图4-19 四纤环,4.2.5 SDH自愈网,四纤环环网由四根光纤组成，两根主用光纤，两根备用光纤，备用光纤为主用光纤提供反方向保护或传送额外业务.,A,B,A,B,A,对于通道倒换环：业务的保护是以通道为基础的，倒换与否按环上的每一个通道信号质量的优劣而定；而对于复用段倒换环：业务的保护是以复用段为基础的，倒换与否按每一对节点间的复用段信号质量优劣而定。当复用段出问题时，整个节点间的复用段业务信号都转向保护环。通道倒换环与复用
25、段倒换环的一个重要区别是：前者往往使用专用保护，即正常情况下保护段也在传业务信号；后者使用公用保护，即正常情况下保护段是空闲的。,4.2.5 SDH自愈网,SDH网络在实际应用中提供了丰富的保护功能机制，包括二纤单向通道段倒换环、二纤双向通道段倒换环、二纤单向复用段倒换环、四纤双向复用段倒换环、二纤双向复用段倒换环等五种结构。,4.2.5 SDH自愈网,下面简单介绍二纤单向通道段倒换(保护)环的工作原理。,通道保护环：业务保护以通道为基础(通道信号质量优劣)，通道保护一般采用1+1方式。通道环一般由二纤组成，根据业务传送方向又可分单向通道环与双向通道环。双纤单向通道保护环：其中一根纤用于传送业
26、务信号，另一根用于传输相同的信号进行保护。,4.2.5 SDH自愈网,图4-20 二纤单向通道倒换环的双环结构,主环S1和备环P1两环的业务相同且流向相反。在正常情况下，网元支路板选收主环S1下支路的业务，如下图：,4.2.5 SDH自愈网,图4-21 网元A的支路板由S1倒换到P1,当BC光缆段被截断时，网元C的支路板不进行保护倒换，而网元A的支路板将进行由S1到P1的保护倒换，以使C A的业务得到恢复。如下图：,二纤单向通道段倒换环,4.2.5 SDH自愈网,二纤单向通道段倒换环,4.2.5 SDH自愈网,4.3 光波分复用技术,波分复用（WDM，Wavelength Division M
27、ultiplexing）是指在一根光纤中同时传送不同波长的多个光载波信号的技术。原理：在发送端将来自不同发送机的不同波长的光信号通过光合波器复合起来，并耦合到光缆线路上的同一根光纤内进行传输；在接收端，又将已复合的光信号通过光分波器解复用开来，进入各自相应的接收机中做进一步的处理。如图4-22所示。,4.3.1 波分复用技术的概念,4.3 光波分复用技术,4.3.1 波分复用技术的概念,图4-22 波分复用示意图,4.3.1 波分复用技术的概念,通信系统的设计不同，每个波长之间的间隔宽度也有不同。按照通道间隔的不同，WDM可以细分为CWDM（稀疏波分复用）和DWDM（密集波分复用）。CWDM的
28、信道间隔为20nm，而DWDM的信道间隔从0.2nm 到1.2nm，所以相对于DWDM，CWDM称为稀疏波分复用技术。WDM和DWDM的区别主要有二点：一是CWDM载波通道间距较宽，因此，同一根光纤上只能复用5到6个左右波长的光波，“稀疏”与“密集”称谓的差别就由此而来；二是CWDM调制激光采用非冷却激光，而DWDM采用的是冷却激光。,4.3.1 波分复用技术的概念,1.WDM技术的优点 传输容量大，可节约宝贵的光纤资源。对各类业务信号“透明”，可以传输不同类型的信号，并能对其进行合成和分解。WDM技术是理想的扩容手段。网络扩容时不需要敷设更多的光纤，只需要换光端机和增加一个附加光波长就可以引
29、入新业务或扩充容量。组建动态可重构的光网络。在网络节点使用光分插复用器（OADM）或者使用光交叉连接设备（OXC），可以组成具有高度灵活性、高可靠性、高生存性的全光网络。,4.3.2 波分复用技术的特点,以WDM技术为基础的具有分插复用功能和交叉连接功能的光传输网具有易于重构、良好的扩展性等巨大优势，已成为未来高速传输网的发展方向，但在真正实现之前，还必须解决下列问题。(1)网管问题：不成熟；(2)互联互通：标准制定较粗；(3)光器件：重要光器件的不成熟。,4.3.2 波分复用技术的特点,2.波分复用技术目前存在问题,4.4 微波通信系统,概念：微波通信（Microwave Communica
30、tion），是使用频率在300MHz300GHz的电磁波（对应波长为1mm1m）微波进行的通信。不需要固体介质,当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。目前利用微波的通信系统主要有地面微波中继通信系统、微波宽带通信系统、卫星通信系统。图4-23所示为一个微波中继站。,4.4 微波通信系统,(1)微波能穿透高空电离层，这一特点又可被用来进行卫星通信和宇航通信。但另一方面，也正是由于微波不能为电离层所反射，所以利用微波的地面通信只限于天线的视距范围之内，远距离微波通信需用中继站接力。,4.4.1 微波通信系统简介,(2)微波的波长比一般宏观物体如建筑物、船舰、飞机、导弹等的尺寸短得多，因此当
31、微波波束照射到这些物体上时将产生显著的反射。(3)由于微波的频带较宽，信息容量较大，故需要传送较大信息量的通信都可以用其作为载波。利用微波中继接力可以传送电视和进行通信。,1.微波主要特性,4.4.1 微波通信系统简介,综上所述，微波中继通信是利用微波作为载波并采用中继（接力）方式在地面上进行的无线电通信。A、B两地间的远距离地面微波中继通信系统的如图4-23所示。,图4-23 微波中继通信示意图,1.微波主要特性,微波需要中继的原因：（1）因为微波波长短，接近于光波，使直线传播具有视距传播特性，而地球表面是个曲面，因此，当通信距离超过一定数值时，电磁波传播将受到地面的阻挡，需要在通信两地之间
32、设立若干中继站，进行电磁波转接；（2）因为微波传播有损耗，随着通信距离的增加信号衰减，有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大后发送给下一段，延长通信距离。,4.4.1 微波通信系统简介,1.微波主要特性,2.微波中继的应用场合：长途电话信号、宽频带信号（如电视信号）、数据信号、移动通信系统基地站与移动业务交换中心之间的信号等，还可用于山区、湖泊、岛屿等特殊地形的通信。,4.4.1 微波通信系统简介,LMDS(本地多点分配系统)是一种微波宽带系统，它工作在微波频率的高端(1040GHz)，使用的带宽可以达到1GHz以上。LMDS可以在较近的距离(310km)传输，可以实现用户远端到骨干网的宽带无
33、线接入，能够实现从64kbps2Mbps，甚至高达155Mbps的用户接入速率。LDMS具有“无线光纤”的美称，可以实现点对多点双向传输话音、视频和图像信号等多种宽带交互式数据及多媒体业务，也可作为Internet的接入网，支持ATM、TCP/IP和MPEG-2等标准。,4.4.1 微波通信系统简介,3.LMDS,4.4.2 数字微波通信系统的组成,数字微波通信系统的组成可以是一条主干线，中间有若干支线，其主干线可以长达几百公里甚至几千公里，除了在线路末端设置微波终端站外，还在线路中间每隔一定距离设置若干微波中继站和微波分路站，如图4-25。,图4-25 微波通信系统,图4-25 微波通信系统
34、,广义地说，数字微波通信系统设备由用户终端、交换机、终端复用设备、微波站等组成。狭义地说，数字微波通信系统设备仅仅指微波站设备。,图4-26 数字微波通信系统设备组成,4.4.2 数字微波通信系统的组成,1.微波通信系统的基本设备,无线部分,有线部分,用户终端是逻辑上最靠近用户的输入输出设备，如电话机、传真机等。用户终端主要通过交换机集中在微波终端站或微波分路站。交换机的作用是实现本地用户终端之间的业务互通，又可通过微波中继通信线路实现本地用户终端与远地（对端交换机所辖范围）用户终端之间的业务互通。终端复用设备的基本功能是将交换机送来的多路信号或群路信号适当变换，送到微波终端站或微波分路站的发
35、信机；或进行相反的变换。,4.4.2 数字微波通信系统的组成,1.微波通信系统的基本设备,微波站的基本功能是传输来自终端复用设备的群路信号.根据具体功能上的差异,微波站分为终端站、分路站、枢纽站和中继站。,4.4.2 数字微波通信系统的组成,1.微波通信系统的基本设备,甲地发端用户的电话信号，首先由用户所属的市话局送到该端的微波站（或长途电信局）。时分多路复用设备将多个用户电话信号组成基带信号，基带数字信号在调制一解调设备中对 70MHz 的中频信号进行调制。调制器输出的 70MHz 中频已调波送到微波发信机，经发信混频得到微波射频己调波，这时已将发端用户的数字电话信号载到微波频率上。经发端的
36、天线馈线系统，可将微波射频己调波发射出去，若甲、乙两地相距较远，需经若干个中继站对发端信号进行多次转发。,4.4.2 数字微波通信系统的组成,2.微波通信系统的简单工作过程,以电话通信为例来说明。,4.4.2 数字微波通信系统的组成,2.微波通信系统的简单工作过程,信号到达收端后，经收端的天线馈线系统馈送到收信机,经过收信混频后，将微波射频已调波变成 70MHz 中频己调波，再送到调制解调设备进行解调，即可解调出多个用户的数字电话信号（即基带信号）。再经收端的时分多路复用设备进行分路，将用户电话信号送到市话局，最后到收端的用户终端（电话机），送给乙地用户。,4.4.2 数字微波通信系统的组成,
37、2.微波通信系统的简单工作过程,3.微波站设备,数字微波站的主要设备包括微波发信设备、微波收信设备、微波天线设备、电源设备、监测控制设备等。各种微波站设备的功能和原理请自学教材。,4.5 卫星通信系统,卫星通信系统实际上是一种特殊的微波通信(为什么？),它以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信，卫星通信的主要目的是实现对地面的“无缝隙”覆盖，由于卫星工作于距地面几百、几千、甚至上万公里高度的轨道上，因此覆盖范围远大于一般的移动通信系统。但卫星通信要求地面设备具有较大的发射功率，因此不易普及使用。,4.5.1 卫星通信的概念和特点,卫星通信系统中的通信实体主要包括通信卫星和若干地球站
38、两大部分。通信地球站是微波收、发信站，终端用户通过它接入卫星线路并进行相互通信。在卫星通信系统中广泛采用多种多址连接技术，包括FDMA、TDMA和CDMA。,4.5 卫星通信系统,4.5 卫星通信系统,图 频分多址方式的原理示意图,图 TDMA方式工作原理示意图,下行广播，覆盖范围广；工作频带宽；通信质量好；网络建设速度快、成本低；信号传输时延大；控制复杂。,4.5 卫星通信系统,4.5.1 卫星通信的概念和特点,卫星通信系统特点：,1.系统组成,4.5 卫星通信系统,卫星通信系统包括通信和保障通信的全部设备。一般由空间分系统、通信地球站、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等四部分组成。如图
39、4-30。,4.5.2 卫星通信系统,图4-30 卫星通信系统,4.5 卫星通信系统,4.5.2 卫星通信系统,（1）跟踪遥测及指令分系统跟踪遥测及指令分系统负责对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置。待卫星正常运行后，要定期对卫星进行轨道位置修正和姿态保持。（2）监控管理分系统监控管理分系统负责对定点的卫星在业务开通前、后进行通信性能的检测和控制，例如卫星转发器功率、卫星天线增益以及各地球站发射的功率、射频频率和带宽等基本通信参数进行监控，以保证正常通信。,4.5.2 卫星通信系统,1.系统组成（各组成部分的作用）,（3）空间分系统(通信卫星)通信卫星主要包括通信系统、遥测指
40、令装置、控制系统和电源装置(包括太阳能电池和蓄电池)等几个部分。通信系统是通信卫星上的主体，在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站，卫星星体又包括两大子系统：星载设备和卫星母体。（4）通信地球站 地球站是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路，地面站还包括地面卫星控制中心。,4.5.2 卫星通信系统（各组成部分的作用）,4.5.2 卫星通信系统,1.系统组成（各组成部分的作用）,4.5.2 卫星通信系统,1.系统组成（各组成部分的作用）,卫星通信系统是由空间部分通信卫星和地面部分通信地面站两大部分构成的。在这一系统中，通信卫星实
41、际上就是一个悬挂在空中的通信中继站。,4.5.2 卫星通信系统,2.通信过程,以右图为例来说明卫星通信工作的基本原理。从地球站1发出无线电信号，这个微弱的信号被卫星通信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大，变频和功率放大，最后再由卫星的通信天线把放大后的无线电波重新发向地球站2，从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。,4.5.2 卫星通信系统,2.通信过程,(1)按照工作轨道区分，卫星通信系统一般分为以下3类：,4.5.2 卫星通信系统,3.卫星通信系统的分类,低轨道卫星通信系统(LEO)中轨道卫星通信系统(MEO)高轨道卫星通信系统(GEO),(2)按照通信范围区分，卫星通信系统可以
42、分为国际通信卫星、区域性通信卫星、国内通信卫星。(3)按照用途区分，卫星通信系统可以分为综合业务通信卫星、军事通信卫星、海事通信卫星、电视直播卫星等。(4)按照转发能力区分，卫星通信系统可以分为无星上处理能力卫星、有星上处理能力卫星。,复习题,1、通信用光纤的结构和组成是怎样的？2、准同步数字体系存在的主要问题是什么？3、同步数字体系不同等级的STM-N信号的速率分别是多少？试计算STM-1的速率。4、图示说明SDH的帧结构。5、SDH传送网由哪几种基本网元组成？6、什么是波分复用技术？7、STM-1最多能接入几个2Mbit/s 信号？多少个34Mbit/s 信号？多少个140Mbit/s 信号？8、数字微波中继通信系统由哪几部分组成？9、什么是卫星通信？,
