北方电信网络运维应知应会-综合基础知识分册.doc

北方电信网络运维北方电信网络运维 应知应会培训教材应知应会培训教材 综合基础分册综合基础分册 北方电信事业部北方电信事业部 二二 0000 四年十月四年十月 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 目录 1电话交换一般知识 1 1 1程控交换机的控制方式 1 1 1 1分布控制 2 1 1 2分级控制 3 1 2交换机的复原控制方式 5 1 3交换机数字网络的两种基本类型 5 1 4交换机的新业务 16 2数字通信的基本原理 20 2 1脉冲编码调制的基本概念及构成原理 20 2 2PCM30 32 路帧结构及常用的传输码型 21 2 3数字通信原理 22 2 4PCM30 32 制式结构 24 2 5抽样 量化 编码的过程 25 2 6PDH 各种信号速率 码型 28 2 7PDH 码型编码规律 29 3光纤通信 31 3 1常用光通信器件 31 3 1 1概述 31 3 1 2光发送机模型 32 3 2光收器件 33 3 2 1概述 33 3 2 2光接收机模型 34 3 3光纤分类和特点 35 3 3 1ITU T 定义的光纤 35 3 3 2非色散位移光纤 G 652 光纤 35 3 3 3色散位移光纤 G 653 光纤 36 3 3 4非零色散位移光纤 G 655 光纤 37 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 4数据通信 40 4 1DDN 业务 40 4 1 1概述 40 4 1 2DDN 网络结构 41 4 1 3用户接入方式 42 4 1 4DDN 网提供的业务 44 4 2分组交换业务 45 4 2 1简介 45 4 2 2分组交换网提供的基本业务和功能 46 4 2 3用户接入方式 50 4 3帧中继业务 51 4 3 1简介 51 4 3 2用户接入方式 51 4 4ATM 业务 52 4 4 1简介 52 4 4 2ATM 业务 52 4 5无线局域网业务 53 4 5 1简介 53 4 5 2网络结构 54 4 5 3用户接入方式 55 4 5 4应用举例 55 5电学基础知识 56 5 1 1简单直流电路计算 欧姆定律 电阻串并联 电容串并联 56 5 1 2欧姆定律 56 5 1 3电阻串并联 56 5 1 4电容的串并联 57 5 2电的基本概念 电压 电流 电阻 功率 57 5 3简单交流电路的基本概念及计算 57 5 4变压器 发电机基本原理及结构 58 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 5 5二极管 三极管及可控硅的基本原理 58 5 6交流电基本概念 58 5 7单相整流电路原理及计算 59 6英语基础知识 59 6 1计算机英语基础词汇 59 6 2通信英文词汇表 63 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 1 1 1 电话交换一般知识电话交换一般知识 1 11 1 程控交换机的控制方式程控交换机的控制方式 程控交换机的控制系统主要由处理机和存储器组成 处理机执行交换机软 件程序指挥硬件 软件协调动作 储存器用来存放软件程序及相关数据 控制系统的主要作用是实现交换机的控制功能 概括而言 控制功能可分 为呼叫处理功能和运行维护功能两部分 呼叫处理功能包括对从建立呼叫到释 放呼叫整个呼叫过程的控制处理 例如 收集处理各个外围接口电路状态变化 分析处理所接收到的各种信号 控制交换网络的选路与接续 以及调度管理各 种硬件和软件资源 运行维护功能则包括对用户数据 系统数据的设定以及对 故障的诊断处理等 控制系统的结构与程控交换机的控制方式密切相关 控制方式不同 控制 系统结构也有所不同 控制方式一般可以分为集中控制和分散控制 在程控数 字交换机上基本上采用分散控制方式 集中控制和分散控制是相对于系统资源和控制功能而言的 简而言之 在 程控交换机中 如果任何一台处理机都可以实现交换机的全部控制功能 管理 交换机的全部硬件和软件资源 则这种方式就叫做集中控制功能 反之如果任 何一台处理机都只能执行部分控制功能 管理交换机的部分硬件和软件资源 则是分散控制 集中控制的优点是 处理机能掌握 了解整个系统的运行状态 使用 管 理系统的全部资源 不会出现争抢资源的冲突 此外在集中控制中 各种控制 功能之间的接口都是程序之间的软件接口 任何功能的变更和增删都只涉及到 软件 从而使其实现较为方便 容易 然而 由于控制高度集中 使得这种系统比较脆弱 一旦控制部件出现故 障 就可能引起整个系统瘫痪 为了解决这个问题 集中控制系统一般采用双 机理机或多处理机的冗余配置方式 但是集中控制系统的软件要包括各种不同 特性的功能 规模庞大 过于集中 不便管理 且易于受到破坏 正是由于软 件上的这种致命弱点 使得集中控制方式得不到发展 目前已很少使用 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 2 分散控制克服了集中控制的主要缺点 是目前普遍采用的一种控制方式 分散控制系统是一个多处理机系统 根据处理机的自主控制能力 分散控 制可以分为分布控制和分级控制 1 1 11 1 1分布控制分布控制 分布控制也称全分散控制 其主要特点是 系统中每一个处理机都有完全 的自主控制能力不受其他处理机的控制 这也就是说 系统中所有的处理机都 在同一级平面上工作 在控制上彼此独立 这种系统也称为单级分散控制系统 在分散控制系统中 每台处理机所完成的工作可按容量分担或功能分担方 式进行分配 容量分担即每台处理机只对系统的部分容量执行全部控制功能 包括呼叫处理功能及运行维护功能 这也就是说 在容量分担方式中 资源的 使用是分散的 每台处理机只能使用预先分配的固定数量的资源 而控制功能 的实现是集中的 每台处理机都能对立实现全部控制功能 因此 在容量分担 方式中 每台处理机的工作都一样 各处理机中的驻留软件也相同 只是各自 的服务对象不同而已 容量分担方式中 确定每个模块容量的大小是一个两难选择 模块容量太 小 则同等容量系统的模块数量多 各个模块通信频繁 影响工作效率 模块 容量过大 则会产生集中控制方式中的问题 实际上 按容量分担可以看成是由多个小容量的集中控制式交换机互连而 成的一个专网系统 因此在大容量的程控交换机中 这种方式并不具备什么优 势 它一般只用于中等容量的用户交换机中 每个模块的容量一般在 1000 线以 下 功能分担则是把交换机的接口 交换 控制功能按不同类别分散在不同的 处理机中去执行 即有的执行接口功能 有的执行交换功能 有的执行控制功 能 例如 在 S1240 程控交换机中 整个系统被划分将进 20 个模块 每个模块 都有一个处理机 每个处理机尽管硬件结构相同 但驻留软件不同 实现的功 能也不同 在这种功能分担方式中 资源的使用是集中的 即每个处理机可使 用所有的公共资源 而控制功能的实现则是分散的 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 3 从上述讨论中可以看到 容量分担具有资源分散 功能集中的特点 而功 能分担则具有资源集中 功能分散的特点 之所以如此 是因为在容量或功能 分担中都是采用静态分配的方法 就是说 在容量分担方式中 分配给处理机 的服务对象固定不变 在功能分担方式中 分配给处理机实现的功能固定不变 静态分配的优点是使分散控制能比较容易地实现 但它不能真正实现全分散控 制 因此 无论是容量分担还是功能分摊 都或多或少地带有 集中 的特性 若要实现真正的全分散控制 需要对容量和功能都采用动态分配方式 在动态 分配方式中 每台处理机都可以使用全部资源和功能的最佳分配 动态分配是 一种较为理想的分配方式 但是这种方式需要极为复杂的逻辑控制 目前 它 还是只有一个有待解决的基础研究课题 1 1 21 1 2分级控制分级控制 分级控制是介于集中控制和分布控制之间的一种控制方式 它兼顾有这两 种控制方式的特点 在分级控制方式中 有些资源和功能分散有不同的处理机 使用和实现 有些资源和功能集中有一台处理机进行处理 分级控制是当前用 得最为普遍的一种控制方式 国内外大多数机型都采用这种控制方式 分级控制方式来源于对控制功能的分级 根据处理的复杂性和程序执行的 实时性 交换系统控制功能可以从逻辑上分为以下 3 级 第一级为呼叫处理的低层功能 主要任务是检测各种外围接口电路的状态 和接收各种外来输入信号 其特点是工作繁忙 处理简单 实时性强 第二级为呼叫处理的高层功能 其主要任务是分析处理从第一级接收来的 所有信息 调度管理整个系统的公共资源 如选择交换网络通路 选择中继线 路由 分配信号接收器等 这一级的工作没有第一级繁忙 实时性要求也没有 第一级严格 但分析处理程序要比第一级复杂 第三级的任务是实现运行维护功能 这一级的程序最复杂 而且程序量大 越占整个软件程序的三分之二 但程序执行的频次很低 仅在系统出现障碍或 需要进行人机对话时才执行这一级程序 而且实时性要求也不高 参照这三级结构模式 可以为每一级配置不同档次的处理机 这些处理机 通常称之为外围处理机中央处理机和运行维护处理机 如图 2 1 所示 外围处 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 4 理机一般为 8 位或 16 位的处理机 出于费用上的考虑 在大多数程控交换机中 运行维护只是虚拟的 其功能可以合并到第二级 由中央处理机上执行 如果 运行维护级有实际的处理机存在 该处理机也是为了不在同一地点的多台处理 机共用 这也是远端集中维护方式 目前关于远端集中维护的接口标准已经形 成 在此标准基础上 许多国家正在发展电话管理网络 TMN 以改变传统 的交换机运行维护方式 图 1 1 分级控制系统是容量分担与功能分担相结合 在 3 级之间体现了功能分担 而在各个外围处理机之间则是按容量分担 每个外围处理机可处理 256 512 或 1024 端口 之所以选择这几种容量 主要原因 一是受限于外围处理机的处 理能力 因为外围处理机一般用抵档的 8 位机或 16 位机 另一个原因是在每个 外围模块中一般都有一级由单 T 芯片构成的交换网络 而单 T 芯片的容量一般 也就是这三种容量 从上述几种分散控制方式的介绍中可以看到 分散控制有助于整个系统硬 件 软件模块化 同时提高了系统的可靠性 并使得系统软件结构清晰 修改 方便 编写也相对容易 此外硬件 软件的高度模块化使得分散控制系统能适 应未来通信业务发展的需要 因此分散控制系统代表了交换机的发展方向 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 5 1 21 2 交换机的复原控制方式 交换机的复原控制方式 交换机复原控制方式是指 呼叫结束时释放呼叫的方法 主要有互不控制 主叫控制 被叫控制 双方控制四种类型 在每次呼叫结束后非控制一方需要 等待控制一方挂机或者业务超时后才能结束本次呼叫 释放电路 1 31 3 交换机数字网络的两种基本类型交换机数字网络的两种基本类型 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 6 图 1 2 图 1 2 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 7 图 1 2a 图 1 2b 图 1 3 图 1 3 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 8 图 1 3 图 1 4 图 1 4 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 9 图图 1 51 5 可用图 1 5 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 10 图 1 5 图 1 5 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 11 图 1 6 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 12 图 1 6 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 13 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 14 图 1 7 图 1 7 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 15 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 16 1 41 4 交换机的新业务交换机的新业务 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 17 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 18 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 19 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 20 2 数字通信的基本原理数字通信的基本原理 2 12 1 脉冲编码调制的基本概念及构成原理脉冲编码调制的基本概念及构成原理 脉冲编码调制就是把连续变化的模拟信号通过抽样 量化和编码变成数字 信号的过程 构成原理如图 2 1 所示 发送端 信道 接收端 图 2 1 抽 样 量 化 编 码 再 生 中 继 解 码 低 通 再 生 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 21 2 22 2 PCM30 32PCM30 32 路帧结构及常用的传输码型路帧结构及常用的传输码型 常用的传输码型常用的传输码型 交换机内部 NRZ 外线上 AMI HDB3 6B4T 要求不含直流分量 允 许少量的低频分量 AMI 不能传输时钟信号 100100001010001 的 AMI 编码是 100 1000010 10001 HDB3 能传输时钟信号 100100001010001 的 HDB3 编码 是 100 1000 110 10001 PCM30 32PCM30 32 路的帧结构路的帧结构 ITU T 规定传输信号的速率恒为 8000 帧 秒 所以 PCM 系统 30 32 的帧 周期 T 1 8000 125 s 32TS 将其平均分成 32 个时隙 每个时隙的时间间 隔为 1TS 1CH 125 s 32 3 9 s 每个时隙传送 8bit 则每个码的时间间隔 为 1bit 3 9 s 8 488 ns 每帧共传送 32 8bit 256bit 码字 码率为 8000 32 8 2048Kbit s 在 30 32 路系统中 帧结构的第一时隙 TS0 用于传 送帧同步信号 TS16 用于传送话路信令 故只有 30 路时隙用于传送语音信号 所以只能提供 30 路话路 当采用共路信令传送方式时 必须将 16 个帧再构成 一个大帧 称为复帧 复帧的频率为 8000 帧 16 500HZ 故一个复帧的帧周期 为 1 复帧 16 帧 16 125 s 2 ms 帧结构如图 2 2 所示 图 2 2 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 22 2 32 3 数字通信原理数字通信原理 数字通信就是在信号的传输过程中传送是数字信号 数字通信系统除了包 括调制器和解调器外 还包括信源编码器 信道编码器 信道译码器 信源译 码器和同步系统等 数字通信系统组成图如图数字通信系统组成图如图 2 2 3 3 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 23 数字通信的特点 数字通信的特点 数字通信的优点 1 抗干扰能力强 2 保密性强 3 无噪声积累 4 易实现检错和纠错 5 建立 ISDN 的基础 6 容易集成化 微型化 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 24 数字通信的缺点 数字通信的缺点 占用频带比较宽 2 42 4 PCM30 32PCM30 32 制式结构制式结构 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 25 2 52 5 抽样 量化 编码的过程抽样 量化 编码的过程 如图 2 4 图 2 4 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 26 如图 2 4 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 27 图 2 5 图 2 5 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 28 2 62 6 PDHPDH 各种信号速率 码型各种信号速率 码型 PDH 只有地区性的电接口规范 不存在世界性标准 现有的 PDH 数字信 号序列有三种信号速率等级 欧洲系列 北美系列和日本系列 各种信 号系列的电接口速率等级以及信号的帧结构 复用方式均不相同 这种 局面造成了国际互通的困难 不适应当前随时随地便捷通信的发展趋势 三种信号系列的电接口速率等级如图 2 6 所示 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 29 565Mbit s 139Mbit s 34Mbit s 8Mbit s 2Mbit s 1 6Gbit s 400Mbit s 100Mbit s 6 3Mbit s 1 5Mbit s 274Mbit s 45Mbit s 6 3Mbit s 4 4 4 4 4 4 4 4 6 7 3 5 32Mbit s 图2 6 电接口速率等级图 PDH 没有世界性标准的光接口规范 为了完成设备对光路上的传输性能 进行监控 各厂家各自采用自行开发的线路码型 典型的例子是 mBnB 码 其中 mB 为信息码 nB 是冗余码 冗余码的作用是实现设备对线路 传输性能的监控功能 由于冗余码的接入使同一速率等级上光接口的信 号速率大于电接口的标准信号速率 不仅增加了发光器的光功率代价 而且由于各厂家在进行线路编码时 为完成不同的线路监控功能 在信 息码后加上不同的冗余码 导致不同厂家同一速率等级的光接口码型和 速率也不一样 致使不同厂家的设备无法实现横向兼容 这样在同一传 输路线两端必须采用同一厂家的设备 给组网 管理及网络互通带来困 难 2 72 7 PDHPDH 码型编码规律码型编码规律 现在的 PDH 体制中 只有 1 5Mbit s 和 2Mbit s 速率的信号 包括日本系 列 6 3Mbit s 速率的信号 是同步的 其他速率的信号都是异步的 需要通过 码速的调整来匹配和容纳时钟的差异 由于 PDH 采用异步复用方式 那么就导 致当低速信号复用到高速信号时 其在高速信号的帧结构中的位置没规律性和 固定性 也就是说在高速信号中不能确认低速信号的位置 而这一点正是能否 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 30 从高速信号中直接分 插出低速信号的关键所在 正如你在一堆人中寻找一个没 见过的人时 若这一堆人排成整齐的队列 那么你只要知道所要找的人站在这 堆人中的第几排和第几列 就可以将他找了出来 若这一堆人杂乱无章的站在 一起 若要找到你想找的人 就只能一个一个的按照片去寻找了 既然 PDH 采用异步复用方式 那么从 PDH 的高速信号中就不能直接的分 插出低速信号 例如 不能从 140Mbit s 的信号中直接分 插出 2Mbit s 的信号 这就会引起两个问题 1 从高速信号中分 插出低速信事情要一级一级的进行 例如从 140Mbit s 的信号中分 插出 2Mbit s 低速信号要经过如下过程 如图 2 7 所 示 2Mbit s 140Mbit s 34Mbit s 8Mbit s 8Mbit s 34Mbit s 140Mbit s 图2 7 从140Mbit s信号分 插出2Mbit s信号示意图 从图中看出 在将 140Mbit s 信号分 插出 2Mbit s 信号过程中 使用了 大量的 背靠背 设备 通过三级解复用设备从 140Mbit s 的信号中分出 2Mbit s 低速信号 再通过三级复用设备将 2Mbit s 的低速信号复用到 140Mbit s 信号中 一个 140Mbit s 信号可复用进 64 个 2Mbit s 信号 若在此 处仅仅从 140Mbit s 信号中上下一个 2Mbit s 的信号 也需要全套的三级复用 和解复用设备 这样不仅增加了设备的体积 成本 功耗 还增加了设备的复 杂性 降低了设备的可靠性 2 由于低速信号分 插到高速信号要通过层层的复用和解复用过程 这样 就会使信号在复用 解复用过程中产生的损伤加大 使传输性能劣化 在大容量 传输时 此种缺点是不能容忍的 这也就是为什么 PDH 体制传输信号的速率没 有更进一步提高的原因 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 31 3 光纤通信光纤通信 3 13 1 常用光通信器件常用光通信器件 3 1 13 1 1概述概述 所谓光纤通信就是用低衰耗光纤来传输携带通信信息的光波 但并非所有 的光都能用于光纤通信 人们希望用相于性好的激光作为携带通信信息的载体 因为它具有频率一致性好 相位差恒定 方向性强等优点 所以找到合适的光 源显得尤为重要 光纤通信对光源器件的要求是 发射光波长适中 光源器件发射光波的波长 必须落在光纤呈现低衰耗的 0 85 m 1 31 m 和 1 55 m 附近 发射光功率足够大 光源器件一定要能在室温下连续工作 而且其入纤光功率足够大 最少也 应有数百微瓦 当然达到一毫瓦以上 odBm 更好 在这里我们强调的是入纤光 功率而不指单纯的发光功率 因为只有进入光纤后的光功率才有实际意义 由 于光纤的几何尺寸极小 单模光纤的芯径不足 10 微米 所以要求光源器件要 具有与光纤较高的耦合效率 温度特性好 光源器件的输出特性如发光波长与发射光功率大小等 一般来讲随温度变 化而变化 尤其是在较高温度下其性能容易劣化 在光纤通信的初期与中期 经常需要对半导体激光器加致冷器和自动温控电路 而目前一些性能优良的激 光器可以不需要任何温度保护措施 发光谱宽窄 光源器件发射出来的光的谱线宽度应该越窄越好 因为若其谱线过宽 会 增大光纤的色散 减少了光纤的传输容量与传输距离 色散受限制时 例如对 于长距离 大容量的光纤通信系统 其光源的谱线宽度 应该小于 2nm 工作寿命长 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 32 光纤通信要求其光源器件长期连续工作 因此光源器件的工作寿命越长越 好 光源器件寿命的终结并不是我们所想象的完全损坏 而是其发光功率降低 到初始值的一半或者其阈值电流增大到其初始值的二倍以上 目前工作寿命近百万小时 约 100 年 的半导体激光器已经商用化 体积小重量轻 光源器件要安装在光发送机或光中继器内 为使这些设备小型化 光源器 件必须体积小 重量轻 目前 光纤通信中经常使用的光源器件可以分为二大类 即发光二极管 LED 和激光二极管 LD 当然 LD 又可以包括异质结激光二极管 分布反馈 型激光二极管和多量子阱式激光二极管等 就结构而言 从器件性能上讲有多 纵模激光器 单纵模激光器与动态单纵模激光器等 3 1 23 1 2光发送机模型光发送机模型 发送机是光纤通信系统的重要组成部分之一 另外组成部分是光接收机与 光纤光缆 典型的光发送机的方框图 3 1 所示 光发送机方框图 光发送机的作用就是把数字化的通信信息 如 PCM 话路信号 转换成光信 号发送到光纤当中进行传输 为此需要用数字电信号对光波进行调制 我们知道 调制方法有多种多样 如频移键控 FSK 相移键控 PSK 等 但鉴于目前的技术水平所限 现在大 都采用最简单的强度调制 IM 方式 即数字电信号为 1 的瞬间 光发送机 发送一个 传号 光脉冲 数字电信号为 0 的瞬间 光发送机不发光即 空 号 实际上发极微弱的光 输入接器码型变换予处理驱动电路 光源组件 告 警APCATC 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 33 3 23 2 光收器件光收器件 3 2 13 2 1概述概述 与光源器件一样 光检测器件在光纤通信中起着十分重要的作用 光检测 器件的作用就是把信号 通信信息 从光波中分离 检测 出来 即进行光 电 转换 光检测器件质量的优劣在很大程度上决定了光接收机灵敏度的高低 而 光接收机的灵敏度和光源器件的发光功率 光纤的衰耗三者一起便决定了光纤 通信的中继距离 在系统受衰耗限制而不是受色散限制时 光纤通信对光检测器件有如下要求 响应度高 所谓响应度是指单位光功率信号所产生的电流值 因为从光纤传输来的光 功率信号十分微弱 仅有毫微瓦 nw 数量级 要想从这么微弱的光信中 检测出通信信息 光检测器必须具有很高的响应度 即必须具有很高的光 电转换量子效率 噪声低 光检测器在工作时会产生一些附加噪声如暗电流噪声 倍增噪声等 这些 噪声如果比较大 就会附加在只有毫微瓦数量级的微弱光信号上 降低了 光接收机的灵敏度 工作电压低 与光源器件不同 光检测器是工作在反向偏置状态 有一类光检测器件 APD 必须处在反向击穿状态才能很好的工作 因此需要较高的工作电压 100 伏以上 工作电压过高 会给使用者带来不便 体积小 重量轻 寿命长 需要指出的是 由于光检测器件的光敏面 接收光的面积 一般都可以做 到大于光纤的纤芯 所以从光纤传输来的光信号基本上可以全部被光检测 器件接收 故不存在它们与光纤的耦合效率问题 这一点与光源器件不同 在光纤通信中使用的光检测器件有二大类 即 PIN 光二极管与 APD 雪崩光 二极管 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 34 3 2 23 2 2光接收机模型光接收机模型 光接收机是光纤通信系统的三大组成部分之一 其作用就是把数字 电信号 通信信息 从微弱的光信号中检测出来 并经过放大 均 衡后再生出波形整齐的脉冲信号流 光接收机方框图 光接收机的方框图如图 3 2 所示 前置放大器 前置放大器作用就是把光检测器产生的微弱光电流进行予放大 前置放大 器的设计是至关重要的 其噪声性能对光接收机灵敏度的影响甚大 以后 我们将专门进行讨论 主放大器 其作用是把信号进一步放大 其增益一般在 50dB 以上 主放大器的输出 脉冲幅度一般在 1 3 伏 峰一峰值 以满足判决再生电路的要求 均衡器 把主放大器输出的脉冲进行均衡 以形成码间干扰最小 能量集中即最有 利于进行判决的升余弦波形 判决再生电路 对均衡器输出的脉冲流逐个进行判决 并再生成波形整齐的脉冲码流 时钟提取电路 其作用是提取时钟 以保证收发同步 自动增益控制 AGC 其作用是控制前置放大器与主放大器的增益 并使光接收机有一个规定的 APD 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 35 动态范围 偏压电路 它向 APD 光二极管提供反向偏压 实际上它是一个直流变换器 把设备工 作电压 如 5 伏 变换成适合于 APD 使用的高压 如 100 200 伏 它 受 AGC 控制 能自动调节 APD 的反向偏压 3 33 3 光纤分类和特点光纤分类和特点 3 3 13 3 1ITU TITU T 定义的光纤 定义的光纤 多模渐变折射率光纤 ITU T G 651 光纤 非色散位移单模光纤 ITU T G 652 光纤 色散位移单模光纤 ITU T G 653 光纤 1550nm 波长位移单模光纤 ITU T G 654 光纤 非零色散位移单模光纤 ITU T G 655 光纤 3 3 23 3 2非色散位移光纤 非色散位移光纤 G 652G 652 光纤 光纤 定义 非色散位移光纤 NDSF 又称标准单模光纤 SMF 是指色散零点 即色 散为零的波长 在 1310nm 附近的光纤 主要指标 1 衰减 1310nm 波段 0 5dB km 目前一般在 0 3 0 4dB km 典型值 0 35dB km 1550nm 波段 0 4dB km 目前一般在 0 17 0 25dB km 典型值 0 20dB km 2 色散 非色散位移光纤的色散特性如下 零色散波长 l0 的允许范围是 1300nm 到 1324nm 在 1550nm 窗口的色散系数是正的 在波长 1550nm 处 色散系数 的典型值是 17ps nm km 最大值一般不超过 20ps nm km 1260 1360nm 波 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 36 长范围内的色散系数 由下式计算 D S 1 0 4 3 4 0 max min D S 2 0 4 3 4 0 max max 使用上式中的 D1 l 估算 1550nm 区域的最大色散系数 对于大容量或长距离系统 需要指定较窄的 l0min l0max 范围 在可能 情况下 选择 S0max 较小的光纤 3 色散斜率 G 652 光纤最大的零色散斜率 S0 是 0 093ps nm2 km 典型值是 0 085ps nm2 km 在 1550nm 波段 色散斜率小于该值 4 PMD ITU T 建议规定 G 652 光纤的 PMD 系数是 0 5ps km1 2 即 400km 光纤 的 PMD 是 10ps 由于目前光纤制作工艺的不断发展成熟 实际 PMD 系数一 般小于 0 2ps km1 2 即 2500km 的 PMD 是 10ps 但是 早期铺设的光纤 由于受当时的工艺条件限制 PMD 系数有可能较大 5 模场直径 1310nm 处的模场直径是 8 6 9 5um 最大偏差不能超过 10 在 1550nm 处 ITU T 建议没有规定模场直径 但一般大于 10 3um 3 3 33 3 3色散位移光纤 色散位移光纤 G 653G 653 光纤 光纤 定义 色散位移光纤 DSF 是指色散零点在 1550nm 附近的光纤 它相对于标准 单模光纤 色散零点发生了移动 所以叫色散位移光纤 色散位移光纤的零色散波长 l0 在 1550nm 附近 满足 1550 朹 l0max l0 1550 l0max 其中 l0max 是最大允许的零色散波长偏离 1550nm 数值 标准的色散位移光纤的 l0 在 1557 5 12 5nm 范围内 因此 在 1530nm 附近 色散系数是负值 在 1560nm 附近色散系数有可能是正值 也有可能是负值 由于在 1550nm 窗口 色散位移光纤的色散系数太小或 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 37 可能为零 对于 DWDM 系统很容易 引起四波混频效应 因此 DWDM 系统一 般尽量不使用色散位移光纤 主要指标 1 衰减 1310nm 波段 0 55dB km 目前没有掌握典型值数据 1550nm 波段 0 35dB km 目前一般在 0 19 0 25dB km 2 色散 色散位移光纤的零色散波长 l0 在 1550nm 附近 满足 1550 朹 l0max l0 1550 l0max l0max 50nm 其中 l0max 是最大允许的零色散波 长偏离 1550nm 数值 在 1525 1575nm 范围内 最大色散系数是 3 5ps nm km 目前 一般的色散位移光纤的 l0 一般在 1557 5 12 5nm 范围内 因 此 在 1530nm 附近 色散系数是负值 在 1560nm 附近色散系数有可能是 正值 也有可能是负值 由于在 1550nm 窗口 色散位移光纤的色散系数 太小或可能为零 对于 DWDM 系统很容易 引起四波混频效应 因此 DWDM 系统一般尽量不使用色散位移光纤 3 色散斜率 G 653 光纤的最大零色散斜率 0 085ps nm2 km 4 PMD ITU T 建议规定 G 653 光纤的 PMD 系数是 0 5ps km1 2 即 400km 光纤 的 PMD 是 10ps 目前我没有 G 653 光纤的 PMD 典型数值 但是 PMD 数值主 要与光纤制作工艺相关 由于目前 G 655 光纤的 PMD 数值已经能够做到 0 2ps km1 2 估计 G 653 光纤也能达到此数值 5 模场直径 1550nm 处的模场直径是 7 8 8 5um 最大偏差不能超过 10 3 3 43 3 4非零色散位移光纤 非零色散位移光纤 G 655G 655 光纤 光纤 定义 上节提到 色散位移光纤由于色散零点在 1550nm 附近 DWDM 系统在零色 散波长处工作很容易引起四波混频效应 对系统性能造成严重影响 为了 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 38 避免该效应 将色散零点的位置从 1550nm 附近移开一定波长数 使色散 零点不在 1550nm 附近的 DWDM 工作波长范围内 这种光纤就是非零色散位 移光纤 NZDSF 非零色散位移光纤的色散系数 D 应当满足 当 lmin l lmax Dmin D l Dmax 为了满足 WDM 系统的需要 一般要求 0 1ps nm km Dmin Dmax 6 0 ps nm km 并且 1530nm lmin lmax 1565nm Dmin 不一定出现在 lmin Dmax 不一定出现在 lmax 对给定的光纤 在上述波长范围内 D 的符号不变 根据系统设计和传输类 型 指定 D 的符号是必要的 目前在陆地光纤系统一般采用正色散系数的 非零色散位移光纤 海缆一般采用负色散系数光纤 由于非零色散位移光 纤的色散系数小 同时在 1550 区域的色散系数不为零且符号相同 便于 10Gb s 以上速率 DWDM 系统的应用 主要指标 1 衰减 1310nm 波段 ITU T 无建议 1550nm 波段 0 35dB km 目前一般在 0 19 0 25dB km 2 色散 非零色散位移光纤的色散系数 D 应当满足 当 lmin l lmax Dmin D l Dmax 为了满足 WDM 系统的需要 一般要求 0 1ps nm km Dmin Dmax 6 0 ps nm km 并且 1530nm lmin lmax 1565nm Dmin 不一定出现在 lmin Dmax 不一定出现在 lmax 对给定的光纤 在上述波长范围内 D 的符号不变 根据系统设计和传输类 型 指定 D 的符号是必要的 目前在陆地光纤系统一般采用正色散系数的 非零色散位移光纤 海缆一般采用负色散系数光纤 由于非零色散位移光 纤的色散系数小 同时在 1550 区域的色散系数不为零且符号相同 便于 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 39 10Gb s 以上速率 DWDM 系统的应用 目前 还有非上述标准的非零色散位移光纤出现 被成为第三代非零色散 位移光纤 如 Alcatel 的特锐光纤 在 1550nm 处色散量是 8ps nm km 3 色散斜率 ITU T 建议 10 96 没有规定色散斜率 不同厂家的产品的差别较大 下 面是主要厂家 G 655 光纤的色散斜率 厂家 型号 康宁大有效面 积 Leaf 康宁海底 Leaf 康宁海底 SMF LS 朗讯真 波 朗讯全 波 色散 斜率 ps n m2 km 0 09 0 1 2 典型 值 0 11 0 095 典型 值 0 07 0 05 0 09 2 4 PMD ITU T 建议规定 G 655 光纤的 PMD 系数是 0 5ps km1 2 即 400km 光纤 的 PMD 是 10ps 由于目前光纤制作工艺的不断发展成熟 实际 PMD 系数一 般小于 0 2ps km1 2 甚至一些光纤的 PMD 典型值已经达到 0 08ps km1 2 但是 早期铺设的光纤由于受当时的工艺条件限制 PMD 系数有可能很大 5 模场直径 1550nm 处的模场直径是 8 11um 最大偏差不能超过 10 目前常用的朗 讯低色散斜率真波光纤的模场直径是 8 38um 有效面积 56um2 朗讯全 波光纤的模场直径是 10 5 1 0um 康宁大有效面积 Leaf 光纤的模场直径 是 9 2 10um 有效面积典型值是 72um2 康宁的海底 SMF LS 模场直径是 7 9 8 3um 有效面积典型值 54um2 康宁的海底 Leaf 模场直径是 9 0 9 6um 有效面积典型值 71um2 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 40 4 数据通信数据通信 4 14 1 DDNDDN 业务业务 4 1 14 1 1概述概述 数字数据网 DDN Digital Data Network 是利用光纤 微波或卫星提供 的传输信道 通过数字电路管理设备 构成一个传输速率高 质量好 网络时 延小 全透明 高流量的数据传输基本网络 它的主要作用是向用户提供永久 性和半永久性连接的数字数据传输信道 既可用于计算机之间的通信 也可用 于传送数字化传真 数字话音 数字图象信号或其他数字化信号 永久性连接 的数字数据传输信道是指用户建立固定连接 传输速率不变的独占带宽电路 半永久性连接的数字数据传输信道对用户来说是非交换性的 但用户可提出申 请 由网络管理人员对其提出的传输速率 传输数据的目的地和传输路由进行 修改 网络经营者向广大用户提供了灵活方便的数字电路出租业务 供各行业 构成自己的专用网 它具有以下特点 1传输速率高 在 DDN 网内的数字交叉连接复用设备能提供 2Mbps 或 N 1 31 速率的数字传输系统信道 2传输质量较高 数字中断大量采用光纤传输系统 用户之间专有固定连接 网络时延小 3协议简单 采用交叉连技术和时分复用技术 由智能化程度较高的用户端设 备来完成协议的转换 本身不受任何规程的约束 是全透明网 面向各类数据 用户 4灵活的连接方式 可以支持数据 语音 图像传输等多种业务 它不仅可 以和用户终端设备进行连接 也可以和用户网络连接 为用户提供灵活的 组网环境 5电路可靠性高 采用路由迂回和备用方式 使电路安全可靠 6网络运行管理简便 采用网管对网络业务进行调度监控和业务的迅速生成 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 41 4 1 24 1 2DDNDDN 网络结构网络结构 DDN 网是由数字传输电路和相应的数字交叉复用设备组成 其中 数字传 输主要以光缆传输电路为主 数字交叉连接复用设备对数字电路进行半固定交 叉连接和子速率的复用 1 DTE 数据终端设备 接入 DDN 网的用户端设备可以是局域网 通过路 由器连至对端 也可以是一般的异步终端或图像设备及传真机 电传机 电话 机等 DTE 和 DTE 之间是全透明传输 2 DSU 数据业务单元 可以是调制解调器或基带传输设备 以及时分复 用 语音 数字复用等设备 DTE 和 DSU 主要功能是业务的接入和接出 3 NMC 网管中心 可以方便地进行网络结构和业务的配置 实时地监视 网络运行情况 进行网络信息 网络节点告警 线路利用情况等收集 统计报 告 接照网络的基本功能 DDN 网可分为核心层 汇聚层 接入层 核心层 以 2M 电路构成骨干节点核心 执行网络业务的转接功能 包括帖 中断业务的转接功能 汇聚层 为 DDN 各类业务提供子速率复用和交叉连接 帖中断业务用户接 入和本地帖中继功能 以及压缩话音 G3 传真用户入网 接入层 为用户入网提供适配和转接功能 如小容量时分复用设备等 接网络的组建 运营 管理和维护的责任 DDN 网络结构又可分为国家级 DDN 省级 DDN 地级市 DDN 国家级 DDN 网 各大区骨干核心 主要功能是建 立省际业务之间的逻辑路由 提供长途 DDN 业务以及国际出口 省级 DDN 各 省 主要功能是建立本省内各市业务之间的逻辑路由 提供省内长途和出入省 的 DDN 业务 地市级 DDN 各级地方 主要是把各种低速率或高速率的用户复 用起来进行来务的接入和接出 并建立彼此之间的逻辑路由 这样 把国内 国外用户通过 DDN 专线互相传递信息 各级网管中心负责用户数据的生成 网 络的监控 调整 告警处理等维护工作 北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册北方电信网络运维应知应会培训教材综合基础知识分册 42 4 1 34 1 3用户接入方式用户接入方式 4 1 3 1用户终端接入方式用户终端接入方式 根据我国 DDN 技术体制的要求 用户入网的基本方式如下图 在这些基本 方式还可以以采用不同的组合方式 1 二线模拟传输方式 支持模式用户入网连接 在交换方式下 同时需要直流环路 PBX 中继线 E 信令传输 2 二线 或四线 频带 MODEM 传输方试 支持的用户速率由线路长度 调制解调器 MODEM 的型号而定 3 二线 或四线 基带传输方式 这种传输方式采用回波抵消技术和差分二相编码技术 其二线基带设备可 进行 19 2kbps 全双工传输 该基带传输设备还可以具有 TDM 复用功能 为多个用 户入网提供连接 复用的需留出部分容量为网管管理用 另外还可以二线或四线 速度达到 16 32 或 64Kbps 的基带传输设备 4 基带传输加 TDM 复用传输方式 这种传输方式实际上是在二线 或四线基带传输的基础上 再加上 TDM 复用设 备 为多个用户入网提供连接 5 话音 数据复用传输式 在现有的市话用户线上 采用频分或时分的方法实现电话 数据独立的数据 复用传输在 DOV 设备中 还可以加上 TDM 复用 为多个用户提供入网连接 6 2B D 速率的 DTU 传输方式 DTU 数据终端单元 采用 2B D 速率 二线全双工传输方式 为多个用户提供 入网连接 7 PCM 数字线路传输方式 这种方式是当用户直接用光缆或数字微波高次群设备时 可与其它业务合用 一套 PCM 设备 基中一路 2048Kbps 进入 DDN 8 DDN 节点通过 PCM 设备的传输方式 在用户业务量大的情况下 DDN 节点机可放在用户室内 将所传的数据信号复 北方电信网络运维应知应