通信与广电工程专业技术笔记

通信与广电工程专业技术笔记全光网络指信号只是在进出网络时才进行电/光和光/电变换，而在网络中传输和交换的过程中始终以光的形势存在。特点透明性好具备可扩展性能提供巨大的带宽兼容性好、容易升级具备可重构性可靠性高组网灵活性高全光网络结构由核心网、城域网和接入网三层组成。有星形网、总线网和树形网3种基本类型。光纤通信系统以光波作为载频、以光纤作为传输媒介，遵循相应的技术体制的一种通信方式。采用的技术：数字编码、强度调制、直接检波。光传输媒质损耗和色散是光纤最重要的两个传输特性。损耗包括吸收损耗和散射损耗。吸收损耗是光波在传输中有部分光能转化为热能。散射损耗是因为材料的折射率不均匀或有缺陷、光纤表面畸变或粗糙造成的，包括瑞利散射损耗、非线性损耗和波导效应散射损耗。色散是光脉冲信号在光纤中传输，到达输出端时发生的时间上的展宽。产生原因是光脉冲信号的不同频率成分、不同模式在传输时因速度不同，到达终点所用的时间不同而引起的波形畸变。准同步数字体系（PDH）的弱点没有世界性标准没有世界性的标准光接口规范复用结构复杂网络运行、管理和维护（OAM）主要靠人工的数字信号交叉连接和停业务测试数字通道设备的利用率很低同步数字体系（SDH）的特点实现了数字传输体制上的世界性标准网络结构简化安排了丰富的开销比特，使网络的OAM能力大大加强有标准光接口信号和通信协议与现有网络完全兼容，还能容纳各种新的业务信号频带利用率较PDH有所降低宜选用可靠性较高的网络拓扑结构光波分复用（WDM）将不同规定波长的信号光载波在发送端通过光复用器合并起来送入一根光纤进行传播，在接收端再由一个光解复用器将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。可以充分利用单模光纤的巨大带宽资源（低损耗波段），在大容量长途传输时可以节约大量光纤。可以有多种网络应用形式。包括稀疏波分复用（CWDM，信道间隔20nm）和密集波分复用（DWDM，信道间隔0.2nm到1.2nm）。SDH的基本网络单元包括同步光缆线路系统、终端复用器（TM）、分插复用器（ADM）、再生中继器（REG）和同步数字交叉连接设备（SDXC）。终端复用器（TM）：将若干个PDH低速率支路信号复用成STM-1帧结构电（光）信号输出，或将若干个STM-n信号复用成STM-N光信号输出，并完成解复用的过程。分插复用器（ADM）：其时隙保护功能可以使电路的安全可靠性大大提高。再生中继器（REG）：将经过长距离传输后受到较大衰减和色散的光脉冲信号转换成电信号后，经放大、整形、再定时、再生成为规范的电脉冲信号，调制成光信号后送入光纤继续传输，以延长通信距离。同步数字交叉连接设备（SDXC）：实现SDH设备内支路间、群路间、支路与群路间、群路与群路间的交叉连接，还兼有复用、解复用、配线、光电互转、保护恢复、监控和电路资料管理等多种功能。网络节点接口（NNI）表示网络节点之间的接口。网络拓扑结构线形星形环形树形网孔形网络分层：再生段、复用段、数字段再生段：再生中继器与终端复用器、再生中继器与分插复用器或再生中继器与再生中继器之间的段落。复用段：终端复用器与分插复用器之间以及分插复用器与分插复用器之间的段落。数字段：终端数字复用器之间以及跨越两个以上的分插复用器之间或分插复用器与终端复用器之间的段落。DWDM工作方式按传输方式可分为双纤单向传输系统和单纤双向传输系统。按系统兼容性可分为集成式系统和开放式系统。DWDM主要网元光合波器（OMU）：将不同波长的光信号耦合在一起光分波器（ODU）：将耦合在一起的光信号按波长分开，并发送到相应的低端设备。光波长转换器（OTU）：转换波长光纤放大器（OA）：不需要经过光/电/光变换直接对光信号进行放大的有源器件。光分插复用器（OADM）：将需要上下业务的波道采用分插复用技术终端至附属的OUT设备。光交叉连接器（OXC）：在光域上实现信号的交叉连接功能，把输入端任一光纤可控地连接到输出端的任一光纤。在传送网中，SDH和DWDM之间是客户层与服务层的关系。SDH、ATM和IP信号都只是DWDM系统所承载的业务信号。DWDM系统更接近于物理媒质层-光纤，并在SDH通道层下构成光通道层网络。微波通信：波长在1mm-1m（频率在300MHz-300GHz）频段：L波段（1.0-2.0GHz）、S波段（2.0-4.0GHz）、C波段（4.0-8.0GHz）、X波段（8.0-12.4GHz）、Ku波段（12.4-18GHz）、K波段（18-26.5GHz）视距传播，绕射能力弱，遇到不均匀介质时将产生折射或反射。由于地球曲面的影响及空间传输的损耗，每隔50km左右，需要设置中继站，这种方式也称为微波中继通信。SDH数字微波中继通信系统由终端站、枢纽站、分路站、中继站组成。一条SDH数字微波通信系统的波道配置一般由一个或一个以上的主用波道和一个备用波道组成，简称N+1。终端站：处于微波传输链路两端或分支传输链路终点。基本任务：发信时，将基带信号通过调制器变为中频信号送往发信机进行上变频使之成为微波信号，再通过天线发射给对方站；收信时相反。可上、下全部话路，具有波道导换功能。分路站：处在微波传输链路中间。任务：接受或发送相邻两个站的微波信号并进行下变频或上变频，既要完成信号转发任务，又要分出或插入一部分话路。枢纽站：处在微波传输链路中部，具有两个以上方向数字微波电路汇接点。可以上、下话路，具有波道倒换功能。中继站：处在微波传输链路中部。任务：对收到的已调信号解调、判决、再生，转发至下一方向的调制器。经过它可以去掉传输中引入的噪声、干扰和失真。数字微波站的基本组成：天线、馈线及分路系统、收发信机设备、调制解调设备、复用设备、基础电源及自动控制设备。天馈线和分路系统一般微波站内采用收发共用天线和多波道共用天线，常用的天线类型为卡塞格林天线。从天线至分路系统之间的连接部分成为馈线系统。微波天线的基本参数为：天线增益、半功率角、极化去藕、驻波比。由于微波天线大部分采用抛物面式天线，所以还应具有一定的抗风强度和防冰雪的措施。馈线有同轴电缆型和波导型两种形式。在分米波段（2GHz）采用同轴电缆馈线，在厘米波段（4GHz级以上）采用波导馈线。波导馈线又分为圆波导馈线系统、椭圆软波导馈线系统和矩形波导馈线系统。调制解调器：多采用64QAM、128QAM、256QAM、512QAM的调制方式。基础电源：为浮充制式蓄电池直流供电，标称电压为-48V，正极接地。蓄电池应是密封防爆式的。柴油发电机组和开关电源应具备自动启动和倒换性能，并具有远端遥测、遥信和遥控功能。微波信号的衰落：收信电平随时间起伏变化。微波信号衰落的分类大气吸收衰落：共振吸收。对于频率较低的电磁波站距在50km以上，大气的衰耗和自由空间衰耗相比可以忽略不计。雨雾引起的散射衰落：10GHz以上频段，中继站之间的距离主要受到降雨衰耗的限制。闪烁衰落：快衰落，持续时间短，电平变化小，一般不足以造成通信中断。K型衰落：又叫多径衰落，微波线路经过海面、湖泊或平滑地面时特别严重，甚至会造成通信中断。波导型衰落：由于各种气象条件（如夜间地面冷却、早晨被太阳晒热，平静的海面及高气压地区）形成大气层中不均匀结构，当电磁波通过对流层中这些不均匀大气层时将产生折射现象。这种衰落发生时往往造成通信中断。电磁波衰落对微波辐射的影响平衰落：在信号的有用频段内，信号电平各频率分量的衰落深度相同。频率选择性衰落：信号电平各频率分量的衰落深度不同。克服电磁波衰落的方法利用地形地物削弱反射波的影响将反射点设在反射系数较小的地面（如从水面移至森林或凹凸不平的地面）利用天线的方向性（调整天线角度，减小反射波进入接收端的成分）用无缘反射板克服绕射衰落分集接收（采用不同的接收方法接收同一信号，频率分集和空间分集）卫星通信及VSAT通信系统的网络结构和工作特点卫星通信系统卫星通信系统由通信卫星、地球站、跟踪遥测指令系统和监控管理系统组成。卫星通信线路由发端地球站、上行传播路径、卫星转发器、下行传播路径和收端地球站组成。在卫星通信中，上行信号和下行信号频率不同（避免产生同频率干扰）卫星通信系统的分类静止轨道卫星（GEO）：距地35780km，卫星运行周期24h，相对地面静止。中地球轨道卫星（MEO）：距地2000-20000km，卫星运行周期4-12h，相对地面移动。低地球轨道卫星（LEO）：距地500-2000km，卫星运行周期2-4h，相对地面移动。卫星通信的特点优点：通信距离远组网灵活，便于多址连接机动性好通信线路质量稳定可靠通信频带宽，传输容量大，适合多种业务传输可以自发自收进行监测缺点：保密性差电波的传播时延较大，存在回波干扰存在日凌中断和星蚀现象日凌中断：春分和秋分前后数日，太阳、卫星和地球在同一直线上，地球站天线对准卫星的同时也对准了太阳，太阳的强大噪声干扰，每天会造成几分钟通信中断。星蚀：卫星进入地球的阴影区，会造成卫星的日蚀。卫星通信的网络结构：星形、网格形、混合形。卫星系统的工作过程：单跳或双跳 双工或单工静止卫星通信系统大多是单跳双跳：经过两次卫星转发后才被对方接收双工：两条共用一个卫星但方向相反地单工线路的组合卫星通信系统的最大特点是多址工作方式。频分多址方式（FDMA）：把卫星转发器的可用射频频带分割成若干互不重叠的部分，分别分配给各地球站所要发送的各载波使用。时分多址方式（TDMA）：把卫星转发器的工作时间分割成周期性的互不重叠的时隙，分配给各站使用。空分多址方式（SDMA）：卫星天线有多个窄波束（又称电波束），他们分别指向不同的区域地球站，利用波束在空间指向的差异来区分不同地球站。码分多址方式（CDMA）：各站所发的信号在结构上各不相同，并且相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间、空间上都可能重叠。VSAT卫星通信网VSAT：小站（VerySmallApertureTerminal，甚小口径终端）VSAT卫星通信是指利用大量小口径天线的小型地球站与一个大型地球站协同工作组成的卫星通信网。VSAT系统可工作于C波段或Ku波段，终端天线口径小于2.5m。VSAT网络的主要特点：设备简单，体积小，耗电少，造价低，安装、维护和操作简单，集成化程度高，智能化功能强，可无人操作。组网灵活，接续方便，独立性强，一般作为专用网。通信效率高，性能质量好，可靠性高，通信容量可以自适应，适用于多种数据率和多种业务类型。可以建立直接面对用户的直达电路。VSAT站很多，但各站的业务量少。有一个较强的网管系统，互操作性好。VSAT网络结构由通信卫星、网络控制中心、主站和分布在各地的用户VSAT小站组成。通信卫星可以是专用卫星，但大多数都是租用INTELSAT或卫星转发器。网络控制中心是主站用来管理、监控VSAT专用长途卫星通信网的主要设备，主要由工作站、外置硬盘、磁带机等构成。主站主要由本地操作控制台（LOC）、TDMA终端、接口单元、射频设备、馈源及天线等构成。主要任务是对VSAT卫星通信网各小站设备的运行情况进行实时监控，对全网各小站的软件进行升级，对全网的各种业务电路进行分配与管理，完成各小站与局域网之间的数据传输交换。VSAT小站是用户终端设备，主要由天线、射频单元、调制解调器、基带处理单元、网络控制单元、接口单元等组成。主要结构有：星形网络：各VSAT仅与主站卫星直接联系，不能通过卫星互相通信，主站是中心。网形网络：各VSAT彼此之间可以通过卫星直接沟通，是无中心、分散的网络结构。各VSAT均具有双向传输功能。混合网络：在传输实时要求较高的业务时，采用网形结构；在传输实时性要求不高的业务时，采用星形结构；进行点对点通信时采用网形结构，在点对多点通信时采用星形结构。移动通信系统移动通信系统的构成移动通信是指通信双方或至少一方在移动中进行信息交换的通信方式，由无线和有线两部分组成。无线部分提供用户终端的接入；有线部分完成网络功能，包括交换、用户管理、漫游、鉴权等，构成公众陆地移动通信网（PLMN）。移动通信是有线和无线结合的通信方式；无线电波传播存在严重的多径衰落；具有在互调、邻频、同频干扰条件下工作的能力；具有多普勒效应；终端用户的移动性。移动通信的发展历程第一代：模拟系统。蜂窝组网技术，采用频分多址技术（FDMA）。第二代：数字蜂窝移动通信系统。TDMA（代表：欧洲的GSM系统）和CDMA（美国的IS-95系统）。第三代：IMT-2000支持的网络，将无线通信与互联网等多媒体通信相结合的新一代移动通信系统。支持高达2Mbit/s的传输速率。WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA。移动通信网络构成2G移动通信网络构成2G移动通信系统构成：移动交换子系统（NSS）、操作维护子系统（OSS）、基站子系统（BSS）、移动台（MS）。移动交换子系统NSS：由移动交换中心MSC、操作维护中心OMC和移动用户数据库组成，主要完成话务的交换功能，管理用户数据和移动性所需的数据库。操作维护子系统OSS：对整个网络进行管理和监控，实现对网内各种部件功能的监视、状态报告、故障诊断等功能。基站子系统BSS：可分为无线接口与移动台相连的基站收发信台（BTS）和与移动交换中心相连的基站控制器（BSC）两个部分。BTS负责无线传输，BSC负责控制与管理。移动台MS：移动用户设备，由移动终端和客户识别卡（SIM卡）组成。3G移动通信系统的网络构成和工作模式3G移动通信系统由用户设备（UE）、无线接入网（UTRAN）和核心网（CORENetwork）三部分组成。UTRAN由NodeB和RNC构成，核心网由PS和CS构成，其中主要接口有Uu接口、Iub接口、IuCS接口、IuPS接口。用户设备UE：通过Uu接口与网络设备进行数据交换，为用户提供电路域和分组域内的各种业务功能。UE包括两个部分：ME提供应用和服务，USIM提供用户身份识别。无线接入网UTRAN：包括无线网络控制器RNC和一个或多个基站NodeB，NodeB和RNC通过Iub接口互联。核心网CORENetwork：位于网络子系统内，由PS和CS组成，核心网的主要作用是把A口上来的呼叫请求或数据请求，接续到不同的网络上。3G移动通信系统的工作模式频分数字双工（FDD）模式：上行和下行传输分别使用分离的两个对称频带的双工模式，需要成对的频率，通过频率区分上、下行。WCDMA和CDMA2000采用FDD方式。WCDMA即宽带CDMA技术，扩展码速率为3.84Mchip/s，载波带宽为5MHz。CDMA2000的扩频码速率为1.2288Mchip/s，载波带宽为1.25MHz。WCDMA和CDMA2000最主要的区别：WCDMA的基站间同步是可选的，CDMA2000基站间同步是必须的。TDD是上行和下行的传输使用同一频带的双工模式，根据时间来区分上、下行并进行切换，特别适用于非对称的分组交换数据业务（如互联网）。TD-SCDMA采用TDD、TDMA/CDMA多址工作方式，扩展码速率为1.28Mchip/s，载波带宽为1.6MHz，其基站间必须同步，适合非对称数据业务。CDMA和GSM网络特点GSM移动通信系统工作频段：我国GSM通信系统采用900MHz和1800MHz两个频段。900MHz频段：上行频带为890-915MHz，下行频带为935-960MHz，双工间隔为45MHz，工作带宽为25MHz。1800MHz频段：上行频带为1710-1785MHz，下行频带为1805-1880MHz，双工间隔为95MHz，工作带宽为75MHz。频率复用：指在不同间隔区域内，使用相同的频率进行覆盖。基本采用4X3频率复用方式（每4个基站为一群，每个基站分为6个三叶草形60度扇区或3个120度扇区，共需12组频率。GSM采用的多址技术频分多址技术（FDMA）和时分多址技术（TDMA）GSM信道分为物理信道和逻辑信道。一个物理信道就是频宽200KHz，时长为0.577ms的物理实体。逻辑信道又分为业务信道和控制信道两大类。业务信道（TCH）：用于传送编码后的语音或客户数据。在上行和下行信道上，点对点方式传播。控制信道：用于传送信令或同步数据。根据功能又分为广播、公共、专用三种控制信道。GSM通信系统的构成主要有移动交换子系统（NSS）、基站子系统（BSS）、移动台（MS）组成。其中NSS与BSS之间的接口为A接口，BSS与MS之间的接口为Um接口。A接口和Um接口是开放的接口。切换：处于通话状态的移动用户从一个BSS移动到另一个BSS时，保持移动用户已经建立的链路不被中断。切换包括BSS内部切换、BSS间切换、MSS间切换。CDMA通信系统CDMA工作频段：我国的CDMA采用900MHz频段，825-835MHz移动台发、基站收，870-880MHz基站发、移动台收。双工间隔为45MHz，工作带宽为10MHz，在频带宽为1.25MHz。CDMA多址方式给每一用户分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它来对承载信息的信号进行编码。根据扩频调制方式不同，可以分为直接序列扩频（DS）、跳频扩频（FH）、跳时扩频（TH）、复合式扩频。扩频通信系统具有抗干扰能力强、保密性好、可以实现码分多址、抗多址干扰、能精确地定时和测距等特点。CDMA信道主要有开销信道和业务信道量类。导频信道、寻呼信道、同步信道、接入信道统称为开销信道。导频信道、寻呼信道、同步信道、业务信道构成前向信道；接入信道、业务信道构成反向信道。CDMA通信系统的构成：移动键环子系统、基站子系统、移动台。CDMA切换：与GSM的硬切换相比，CDMA移动台在通信时可能发生同频软切换、同频同扇区间的更软切换以及不同载频间的硬切换。软切换：指移动台开始与一个新的基站联系时，并不立即中断与原基站间的通信，当与新的基站取得可靠通话后，再中断与原基站的通信。CDMA相对GSM在切换成功率方面大大提高。CDMA优点：系统容量大系统通信质量更佳频率规划灵活频带利用率高适用于多媒体通信系统CDMA手机的备用时间更长3G网络特点在室内、室外和行车环境中分别支持至少2Mbps、384kbps以及14