通信技术基础知识-第7章
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什么是光纤通信？
光纤通信技术从光通信中脱颖而出；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。光纤通信作为一门新兴技术；其近年来发展速度之快、应用面之广是通信史上罕见的；也是世界新技术革命的重要标志和未来信息社会中各种信息的主要传送工具。
光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体；以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看；构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外；在应用中；光纤常按用途进行分类；可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种；而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤；并常以某种功能器件的形式出现。光纤通信之所以发展迅猛；主要缘于它具有以下特点：
（1）通信容量大、传输距离远；
（2）信号串扰小、保密性能好；
（3）抗电磁干扰、传输质量佳；
（4）光纤尺寸小、重量轻；便于敷设和运输；
（5）材料来源丰富；环境保护好；
（6）无辐射；难于窃听；
（7）光缆适应性强；寿命长。
什么是SDH？
同步光纤网常称SONET （Synchronous Optical Network）；是美国Bellcore公司首先于20世纪80年代提出的。美国国家标准协会（ANSI）通过一系列有关SONET标准；尔后国际电报电话咨询委员会（CCITT）于1988年接受SONET概念；并重新定名为同步数字系列；使之成为不仅适于光纤也适于微波和卫星传输的通用技术体制。同步数字系列常称SDH （Synchronous Digital Hierarchy ）；与SONET （Synchronous Optical Network）；即同步光纤网相当。通常SDH/SONET；称为光同步数字传输网；是宽带综合数字网B…ISDN的基础之一。它是对沿袭应用的准同步数字系列PDH（Plesiochronous Digital Hierarchy）的一次革命。
传统的数字通信制式是异步（或称准同步）数字系列（PDH）。所谓异步是指各级比特率相对其标称值有一个规定容限的偏差；而且是不同源的。在数字通信发展初期；异步数字系列起到很大作用；使数字复用设备能先于数字交换设备得到开发。但在数字网技术迅速发展的今天；这种基于点对点的体制正暴露出一些固有的弱点。SDH的问世之所以被称为是通信传输体制上的重大变革；皆因其具有许多PDH所不及的优点。
（1）SDH拥有全世界统一的网络节点接口（NNI）；是真正的数字传输体制上的国际性标准。长期以来；世界各国数字通信设备基本上都采用准同步数字系列（PDH）；但由于PCM基群复用设备所采用的编码律及复用路数不同；故形成了两种不同的地区性数字体制标准：一种是俄罗斯和欧洲系列（中国亦采用此系列）；以2Mbit/s为基础；另一种是北美和日本系列；以1。5sMbit/S为基础。由于这两种系列具有不同的比特率；因此；各个国家的设备只有通过光/电转换变成标准电接口才能互通；在光路上则无法实现互相调配。由于两大系列难以兼容；限制了联网应用的灵活性；增加了网络运营成本；故给国际间互通联网带来了困难；而且向更高层次发展在技术上也有更大难度。由于SDH有一套开放的标准化光接口；因而使现有准同步两大数字系列得以兼容；可以很方便地在光路上实现不同厂家新产品的互通；使信号传输、复用和交换过程得到简化；从而降低联网成本。
（2）SDH拥有一套标准化的信息结构等级；称为同步传送模块（STM）；并采用步复用方式；使得利用软件就可以从高速复用信号中一次分出（插入）低速支路信号；不仅简化了上下话路的业务；也使交叉连接得以方便实现。
（3）SDH拥有丰富的开销比特（约占信号的5％）；以用于网络的运行、维护和管理。SDH具有自愈保护功能；可大大提高网络的通信质量和应付紧急的能力。SDH网结构有很强的适应性；现有的准同步数字体系、同步数字体系和宽带综合业务数字网（B…ISDN）均可进入其帧结构。
什么是光纤接入技术？
光纤接入技术是面向未来的光纤到路边（HTTC）和光纤到户（HTTH）的宽带网络接入技术。光纤接入网（OAN）是目前电信网中发展最为快速的接入网技术；除了重点解决电话等窄带业务的有效接入问题外；还可以同时解决高速数据业务、多媒体图像等宽带业务的接入问题。OAN泛指从交换机到用户之间的馈线段、配线段及引入线段的部分或全部以光纤实现接入的系统。除了HFC外；光纤接入的方法还有以下几种：
（1） 光纤数字环路载波系统l
DLC系统以光纤传输方式代替馈线、配线；然后再以双绞线连接到用户。以传送窄带业务为主时采用PDH准同步时分复用技术体制；以传送宽带业务为主时可采用异步转移模式（ATM）加SDH同步时分复用技术体制。网络结构以点到点、链型或环型网结构为常见。传输速率34Mbps…155Mbps不等。传输距离可由几千米到上百千米。采用DLC技术可以将光纤到路边（FTTC）和光纤到户（FTTH）分期实现。该系统技术成熟；可靠性高；易于推广应用。国内已有多家厂商推出成熟产品；网上实际应用也最多。
（2）基于ATM的无源光网络
无源光网络（PON）是采用光纤分支的方法实现点对多点通信的接入技术；可以支持iSDN基群或同等速率的各类业务。每个光网络单元（ONU）一般可以连接几个到几十个用户。APON是采用ATM信元传送方式的PON；可以是上、下行速率相等的对称系统；也可以是上、下行速率不相等的非对称系统；支持iSDN及B一iSDN业务的带宽需求；可以满足各类电信业务和全业务网（FSN）的共同要求。APON代表了宽带接入技术的最新发展方向；目前在英国、德国等已有实际应用；被认为是实现FTTC和FTTH的一种较好方法。APON的优点是可以节省光纤和光设备的费用；并可以实现宽带数据业务与CATV业务的共网传送。缺点是成本较高；如何经济地实现双向高质量传输仍是一个有待研究的问题。
（2） 交换式数字视像技术
SDV是在CATV网上采用波分复用（WDM）或分光纤技术共享光缆线路的网络接入技术。SDV技术与HFC技术比较；SDV是采用数字传输技术的系统；HFC是采用模拟技术体制的系统。因此；SDV具有较好的传输质量；便于升级；具有长远的发展前景。SDV采用光纤接入系统和ATM技术；采用分层面的方式提供电话、数据和视像信号的传输。第一个层面采用传统的光纤接入系统传输电话和数据业务。第二个层面采用基于SDH的ATM信元方式；支持交互式的数字视像等宽带业务。
什么是波分复用技术？
在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息；称为光波分复用技术；简称WDM。光波分复用包括频分复用和波分复用。光频分复用（FDM）技术和光波分复用（WDM）技术无明显区别；因为光波是电磁波的一部分；光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解；光频分复用指光频率的细分；光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分；光倍道相隔较远；甚至处于光纤不同窗口。
光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器（也称合波/分波器）分别置于光纤两端；实现不同光波的耦合与分离。这两个器件的原理是相同的。光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型；介质膜型；光栅型和平面型四种。其主要特性指标为插入损耗和隔离度。通常；由于光链路中使用波分复用设备后；光链路损耗的增加量称为波分复用的插入损耗。当波长11；l2通过同一光纤传送时；在与分波器中输入端l2的功率与11输出端光纤中混入的功率之间的差值称为隔离度。光波分复用的技术特点与优势如下：
（1）充分利用光纤的低损耗波段；增加光纤的传输容量；使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍。目前我们只是利用了光纤低损耗谱（1310nm…1550nm）极少一部分；波分复用可以充分利用单模光纤的巨大带宽约25THz；传输带宽充足。
（2）具有在同一根光纤中；传送2个或数个非同步信号的能力；有利于数字信号和模拟信号的兼容；与数据速率和调制方式无关；在线路中间可以灵活取出或加入信道。
（3）对已建光纤系统；尤其早期铺设的芯数不多的光缆；只要原系统有功率余量；可进一步增容；实现多个单向信号或双向信号的传送而不用对原系统作大改动；具有较强的灵活性。
（4）由于大量减少了光纤的使用量；大大降低了建设成本、由于光纤数量少；当出现故障时；恢复起来也迅速方便。
（5）有源光设备的共享性；对多个信号的传送或新业务的增加降低了成本。
（6）系统中有源设备得到大幅减少；这样就提高了系统的可靠性。目前；由于多路载波的光波分复用对光发射机、光接收机等设备要求较高；技术实施有一定难度；同时多纤芯光缆的应用对于传统广播电视传输业务未出现特别紧缺的局面；因而WDM的实际应用还不多。但是；随着有线电视综合业务的开展；对网络带宽需求的日益增长；各类选择性服务的实施、网络升级改造经济费用的考虑等等；WDM的特点和优势在CATV传输系统中逐渐显现出来；表现出广阔的应用前景；甚至将影响CATV网络的发展格局。
什么是卫星通信？
卫星通信简单地说就是地球上（包括地面和低层大气中）的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点是：通信范围大；只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内；从任何两点之间都可进行通信；不易受陆地灾害的影响（可靠性高）；只要设置地球站电路即可开通（开通电路迅速）；同时可在多处接收；能经济地实现广播、多址通信（多址特点）；电路设置非常灵活；可随时分散过于集中的话务量；同一信道可用于不同方向或不同区间（多址联接）。
卫星在空中起中继站的作用；即把地球站发上来的电磁波放大后再反送回另一地球站。地球站则是卫星系统形成的链路。由于静止卫星在赤道上空3600千米；它绕地球一周时间恰好与地球自转一周（23小时56分4秒）一致；从地面看上去如同静止不动一样。三颗相距120度的卫星就能覆盖整个赤道圆周。故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。最适合卫星通信的频率是1一10GHz频段；即微波频段、为了满足越来越多的需求；已开始研究应用新的频段；如12GHz；14GHz；20GHz及30GHz。
在微波频带；整个通信卫星的工作频带约有50OMHz宽度；为了便于放大和发射及减少变调干扰；一般在卫星上设置若干个转发器。每个转发器的工作频带宽度为36MHz或72MHL目前的卫星通信多采用频分多址技术；不同的地球站占用不同的频率；即采用不同的载波。它对于点对点大容量的通信比较适合。近年来；已逐渐采用时分多址技术；即每一地球站占用同一频带；但占用不同的时隙；它比频分多址有一系列优点；如不会产生互调干扰；不需用上下变频把各地球站信号分开；适合数字通信；可根据业务量的变化按需分配；可采用数字话音插空等新技术；使容量增加5倍。另一种多址技术使码分多址（CDMA）；即不同的地球站占用同一频率和同一时间；但有不同的随机码来区分不同的地址。它采用了扩展频谱通信技术；具有抗干扰能力强；有较好的保密通信能力；可灵活调度话路等优点。其缺点使频谱利用率较低。它比较适合于容量小；分布广；有一定保密要求的系统使用。
近年来卫星通信新技术的发展层出不穷。例如甚小口径天线地球站（VSAT）系统；中低轨道的移动卫星通信系统等都受到了人们广泛的关注和应用。卫星通信也是未来全球信息高速公路的重要组成部分。它以其覆盖广、通信容量大。通信距离远、不受地理环境限制、质量优、经济效益高等优点；1972年在我国首次应用；并迅速发展；与光纤通信、数字微波通信一起；成为我国当代远距离通信的支柱。
什么是卫星移动通信系统？
卫星移动通信系统；其最大特点是利用卫星通信的多址传输方式；为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动、灵活的移动通信服务；是陆地蜂窝移动通信系统的扩展和延伸；在偏远的地区、山区、海岛、受灾区、远洋船只及远航飞机等通信方面更具独特的优越性。卫星移动通信系统；按所用轨道分；可分为静止轨道（GEO）和中轨道（MEO）、低轨道（LEO）卫星移动通信系统。GEO系统技术成熟、成本相对较低；目前可提供业务的GEO系统有INMARSAT系统、北美卫星移动系统MSAT、澳大利亚卫星移动通信系统Mobilesat系统；LEO系统具有传输时延短、路径损耗小、易实现全球覆盖�
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