傳輸基礎知識一、 傳輸基礎概述1、電信網及其分類電信網是為公眾提供信息服務、完成信息傳遞和交換的通信網絡。電信網所提供的信息服務就是通常所有的電信業務。通常把電信網分為業務網、傳輸網和支撐網。業務網面向公眾提供電信業務，傳輸網為業務網傳送信號，支撐網支持業務網和傳輸網的正常運行，信令網、同步網和管理網并稱電信三大支撐網絡。2、傳輸的概念與地位通信的目的就是把信息從一個地點傳遞到另一個地點，而傳輸就是兩點之間的橋梁和紐帶，傳輸有單向傳輸（例如廣播）和雙向傳輸（例如通話）之分。如果要在多點間進行通信，則需要建設多點對多點的復雜的傳輸網絡，現代的傳輸網常稱作信息高速公路，為各種業務網提供傳送通道。傳輸網是所有業務網的基礎，投入大，建設期長，可靠、安全、穩定是傳輸網追求的目標，傳輸網的建設必須以業務需求為導向，在進行科學合理的預測、規劃指導下，適當超前建設。在我國，傳輸網尚未獨立運營，通常無直接產出，但除直接服務于相關業務網外，可以通過置換、出租等方式創造利潤。傳輸網服務于業務網，因此要建設好傳輸網，需要對服務對象有足夠的了解，掌握業務網的各種需求及發展趨勢。傳輸網早期的建設方式通常是針對于某單一業務網，服務對象比較單一，業務目標清晰，網絡比較簡單，如：GSM網傳輸網、PSTN傳輸網等，不過，為了整合資源、提高網絡利用率、節省管理維護成本等，現在的越來越趨向于建設多業務綜合傳輸平臺，對規劃設計提出了更高的要求。3、傳輸網的網絡拓撲傳輸網由傳輸節點和節點之間的連接關系組成，通常存在多個節點，傳輸網內各節點之間的連接關系形成網絡拓撲。傳輸網的基本網絡拓撲形式有5種：線形、星性、樹形、環形、網孔形，不過，樹形也可以看作是星形互連而成。 傳輸網的網絡拓撲選擇一般要考慮下列因素：（1） 網絡容量：指網絡能夠吞吐的通信業務量的總和；（2） 網絡可靠性：指網絡能夠可靠地運行的程度，它跟網絡故障的發生概率、影響范圍和程度、網絡的自愈能力以及網絡對不可自愈故障的修復能力等有關；網絡故障的發生概率一般取決于設備制造、網絡安裝和網絡管理維護水平，而與網絡拓撲關系不大，網絡故障的影響則與拓撲有直接關系。網絡的自愈能力是指網絡故障發生后，網絡所具有的隔離故障、恢復通信業務以及故障修復后的恢復能力。網絡對不可自愈故障的修復能力主要取決于網絡維修人員的能力；（3） 網絡經濟性：指構建網絡的費用，與所使用的設備及數量、網絡的可靠性設計、工程施工費用等有關。3.1、線形網線形網是用一條首尾不相接的線段將各個節點連接起來形成的網絡。線形網的路由設置一般分為兩種情況：有中心節點和無中心節點，中心節點可位于任一節點，有中心節點的線形網路由設置將物理上的線形網轉變成了邏輯上的星形網。線形網一般采用1+1主備保護方式，對傳輸系統的發送器和接收器提供保護，線形網對線路和節點設備故障起不到保護作用。線形網通常適用于各節點在地理位置上呈長條狀分布的場合。3.2、星形網在構成星形網的多個節點中，有一個中心節點，其他節點和中心節點間以線段相連，而與其他節點之間沒有直接的連接關系。星形網對傳輸系統也是實行主備保護方式。星形網的線路故障和外圍節點失效都只影響一個外圍節點，影響面較小，但中心節點失效會造成全網癱瘓。線形網適用于要求有中心節點的多個節點組網。3.3、環形網用一條首尾相接的線段將各個節點連接起來，就形成一個環形網，可分為單向環和雙向環，單向環任意兩個節點之間的通信都要利用整個環的資源，而雙向環的任一段弧線都可提供雙向通信（通常，為了節省資源，選擇短線）。單向環路上任一點故障都會導致全網癱瘓，一般采用備用環路方式（方向相反）。雙向環路上某處故障只會造成部分通信中斷，路由不經過該處的通信仍可照常進行。雙向環的保護可采用環路備用和容量備用方式。環形網的可靠性比線形網和星形網高，它不但可以保護收發信機故障，也可以保護線路故障和節點失效，是一種較為理想的網絡保護方式。3.4、網孔形網用直線段將各個節點之間相互連接起來就形成網孔形網，理想的網孔形網中，每兩個節點之間都有連接，一般的網孔形網中，各節點只與附近節點有連接關系，與遠距離節點之間的通信通過其他節點轉接。網孔形網結構復雜，成本高，但網絡容量大，一般采用容量備用方式，環形網一般要有一半的容量備用，而網孔形網一般有15%25%的容量備用就可以了。一旦網中發生故障造成某傳輸通道通信中斷，網絡管理系統可重新尋找一條路由替代原來的路由，重新恢復通信，動態尋找路由的方法一般有兩種：集中控制法和分散控制法。另一種簡單的路由重選方法是預置替代路由法。4、傳輸基本概念傳輸網由各種傳輸線路和傳輸設備組成，其中傳輸線路完成信號的傳遞，傳輸設備完成信號的處理。通常按傳輸媒介將傳輸劃分為：l有線傳輸：包括電纜（對稱電纜、同軸電纜）、光纖光纜等；l無線傳輸：包括電磁波（長波、中波、短波、超短波和微波）、FSO等（1） 對稱電纜：對稱電纜由若干條紐絞成對或紐絞成組的絕緣導線構成纜芯，外面再包上護層組成，導線材料通常用銅，兩根線相互絞合的稱為對絞線或雙絞線對，四根相互絞合的稱為星絞線對。一般用于傳輸較窄頻帶的模擬信號或較低速率的數字信號，但隨著數字處理技術的發展，高質量的對稱電纜傳輸速率可達幾Mb/s甚至幾十Mb/s。在對稱電纜中相對稱的兩根線電流方向相反，產生的磁場相互抵消（磁力線方向），并且由于絞合不停地變換兩根線的位置，這樣，對于周圍任意一點的場強，兩根線所受的影響可以看成一致的，基于這種模式的電路稱為平衡傳輸。如：RS485/422通信、音頻對稱電纜通信等。（2） 同軸電纜：同軸電纜主要由若干個同軸對和護層組成，同軸對由內、外導體和中間的絕緣介質組成，導線材料通常用銅。由于同軸電纜外導體的屏蔽作用，當工作頻率較高時，可以認為同軸電纜內的電磁場是封閉的，基本不引入外部噪聲、干擾和串音，也沒有輻射損耗，因此同軸電纜適用于高頻信號的傳輸。但同軸回路的特性阻抗的不均勻影響傳輸質量，另外耗銅量大、施工復雜，建設期長。（3） 光纖光纜：光纜主要由纜芯、加強構件和護層組成。光纜中傳送信號的是光纖，若干根光纖按照一定的方式組成纜芯。光纖由纖芯和包層組成，光纖和包層是折射率不同的光導纖維，利用光的全反射原理使光能夠在纖芯中傳播。全反射是當光射到兩種介質界面，只產生反射而不產生折射的現象。當光由光密介質射向光疏介質時，折射角將大于入射角。當入射角增大到某一數值時，折射角將達到90，這時在光疏介質中將不出現折射光線，只要入射角大于上述數值（臨界角）時，均不再存在折射現象，這就是全反射。所以產生全反射的條件是：光必須由光密介質射向光疏介質；入射角必須大于臨界角。光纖光纜的主要優點有：頻帶寬、傳輸速率高；傳輸距離長；重量輕、體積小、成本低；低衰減、低誤碼率；無電磁影響（4） 無線傳輸：無線傳輸是利用地球上層空間作為信號的傳輸信道，信號通過這個空間信道以電磁波方式傳播。根據所利用電磁波的波長（或頻率）的不同，無線傳輸信號可分為光（激光）和電（無線電）兩種形式來傳播，電信網主要利用無線電傳輸信號。無線電波根據波長可以細分為長波、中波、短波、超短波和微波（1m1mm；300MHz300GHz）等波段。不同波段的無線電波的傳輸特性和傳輸容量不同，電信傳輸網通常利用微波來實現長距離、大容量的傳輸。（5） FSO：FSO（Free Space OpticalCommunication），即自由空間光通信，是光通信和無線通信結合的產物，是用小功率紅外激光束在大氣中傳送光信號的通信系統，也可以理解為是以大氣為介質的激光通信系統。 FSO有兩種工作波長：850納米和1550納米。850納米的設備相對便宜，一般應用在傳輸距離不太遠的場合。1550納米的設備價格要高一些，但在功率、傳輸距離和視覺安全方面有更好的表現。1550納米的紅外光波大部分都被角膜吸收，照射不到視網膜，因此，相關安全規定允許1550納米波長設備的功率可以比850納米的設備高2個等級。功率的增大，有利于增大傳輸距離和在一定程度上抵消惡劣氣候給傳輸帶來的影響。 FSO和光纖通信一樣，具有頻帶寬的優勢，能支持155Mbps10Gbps的傳輸速率，傳輸距離可達24公里，但通常在1公里有穩定的傳輸效果。 由于激光具有直線性和窄波束的特點，FSO主要用于點對點視距傳輸。使用時，要求通信兩點間必須無阻礙，任何對光束的遮擋都將對通信造成影響。同時，要求兩端設備對準且固定牢穩，以保證對光信號的直接有效接收。 由于采用激光通信，信號方向性強，能量集中，不向空中其它方向產生輻射，因此，FSO系統不會同頻干擾，即使鏈路交叉也不影響通信，因此，同一地點可以裝多套FSO設備。 FSO是物理層傳輸設備，以光為傳輸媒介，任何傳輸協議均可容易地疊加上去，對語音、數據、圖像等業務可以實現透明傳送。FSO的優點還有傳輸保密性好，因為它的波束很窄且不可見，很難在空中發現其業務鏈路。同時，這些波束定向性強，是對準某一接收機的，如想截接，就要用另一部接收機在視距內對準發射機，還要知道如何接收信號，這是很難做到的。即使被截接，必然引起用戶鏈路的中斷而被發現。因此，FSO比其它無線系統要安全得多。 它無須頻率資源申請，300GHz以上的電磁波頻段的應用在全球都不受管制，可以免費使用。FSO的頻段遠在300GHz之上。FSO設備的大小仿如一部保安攝像機，可以輕而易舉地安裝在屋頂、屋內窗后和室外窗戶邊。 FSO也存在一些技術特性所決定的弱點： 由于光信號裸露在大氣中進行傳輸，勢必會受到氣象條件的影響。風力和大氣溫度的梯度變化會產生氣穴，氣穴密度的變化將帶來光折射率的變化，這會造成光束強度的瞬時突變，即所謂的“閃光”，影響FSO的通信質量。為消除閃光的影響，FSO用位于幾個不同位置的激光發射器同時發送同樣的信息。幾臺激光發射器安裝在同一地點，彼此間相距200毫米。由于氣穴體積非常小，因此幾束平行的激光在行進當中不可能遇到完全相同的氣穴，最后，總有一束激光束會被接收機正確收 到。把這種方法與在接收機中采用多個獨立大口徑透鏡的方法相結合，實際抵抗氣穴的效果會更好。 另一個嚴重降低FSO質量的因素是天氣。下雪、下雨、霧都會影響FSO的通信質量。其中，霧對FSO的影響最大，這是由于FSO的波長接近霧粒， 能量被吸收，同時，霧粒呈現出棱鏡的作用，使激光產生衍射的結果。為了消除天氣影響，一些公司研制了融合光和60GHz毫米波的無線通信系統HFR。 FSO易受到大霧的影響，而60GHz的毫米波在下雨時會出現衰減現象，HFR系統融FSO和60GHz毫米波于一體，采用“RLC”方法，使兩種技術互為補充、互為冗余、互相熱備份，實現全天候無線通信。 影響FSO性能指標的另外兩個因素是大風和地震。由于FSO系統的收發設