光纤通信基础知识

光纤通信基础知识

2 光纤通信基础

光纤通信是以光波为信号载体，以光导玻璃纤维为传输媒质的一种通信方式，在现代通信网中起着举足轻重的作用。

光纤与以往的铜导线相比，具有损耗低、频带宽、无电磁感应等传输特点，因此，人们希望将光纤作为灵活性强且经济的优质传输介质，广泛地应用于数字传输方式和图像通信方式中。这两种通信方式在今后电话业务的发展中是不可缺少的。

光纤和以往的铜导线相比有本质的区别，因此，在传输理论、制造技术、连接方法、测试方法等方面，基本上都不能采用铜质电缆的理论和方法。

光纤通信具有一系列优异的特性，因此，光纤通信技术在80年代初投入商

3 用以来发展速度之快，应用面之广是通信史上罕见的。可以说这种新兴技术，是世界新技术革命的重要标志，又是未来信息社会中各种信息网的主要传输工具。

第一节 现代通信网络

一、 通信系统的基本组成

通信的基本形式是在信源与信宿之间建立一个传输(转移)信息的通道(信道)，实现信息的传输。通信系统可以概括为一个统一的模型，如图 1-1 所示。这一模型包括有：信源、变换器、信道、噪声源、反变换器和信宿6个部分。模型中各部分的功能如下：

(1)信源：是指发出信息的信息源，或者说是信息的发出者。

(2)变换器：变换器的功能是把信源

4 发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。

(3)信道：信道是信号传输媒介的总称。

(4)反变换器：反变换器是变换器的逆变换。

(5)信宿：是指信息传送的终点，也就是信息接收者。

(6)噪声源：噪声源并不是一个人为实现的实体，但在实际通信系统中又是客观存在的。

以上所述的通信系统只能实现两个用户间的单向通信，要实现双向通信还需要另外一个通信系统完成相反方向的信息传递工作。而要实现多个用户间的通信，则需要将多个通信系统有机地组成一个整体，使它们能协同工作，即形成通信网。

5 信源变换器信道噪声源反变换器信宿

图 1-1 通信系统基本构成模型

二、 通信系统的一般结构

实际通信系统的一般结构如图

1-2。图中的话机、移动台等是用户终端设备。它的作用是将话音信号转换成电信号，或者进行反变换。交换设备的作用除了实现局内用户间的信号交换，还能同其它局的用户实现连接或转接。多路复用设备的作用是实现多路信号的汇接(复用)，可采用频分、时分、码分多址形式的复用，用以提高信道的传输容量。传输终端设备(如地球站、微波设备、终端增音设备等)的主要作用是将待传输的信号转换成适合信道传输的信号，或进行反变换等。电缆、光缆、微波、

6 卫星是不同形式的传输媒质或信号载体。当通信系统采用电缆作传输媒质时，此时传输终端设备为电缆传输终端设备，相应的通信系统为电缆通信系统。若采用光缆作传输媒质时，此时的传输终端设备就为光端机，相应的通信系统就称为光纤通信系统，或称为光缆传输系统。若采用微波作载体，用微波中继站作信号转接，此时传输终端设备就是微波端站，相应的通信系统就称为微波通信系统。若仍采用微波作载体，用卫星作中继站，此时传输终端设备是卫星地面站(地球站)，相应的通信系统就称为卫星通信系统。

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图 1-2 实际通信系统的一般结构

由此可见，无论是电缆通信系统、光纤 (缆)通信系统，还是微波通信系统、卫星通信系统，它们的基本结构形式都很类似。不同通信系统之间的差异仅在于电信号载体、传输媒质和传输终端设备不同。

三、 通信网的构成和分类

通信网是由一定数量的节点(Node)和连接节点的传输链路(Link)组成，以实现两个或多个规定点之间信息传输的

8 通信体系。

1.通信网的构成

一个完整的通信网包括硬件和软件。通信网的硬件通常是由用户终端设备、传输系统、交换系统三大部分组成。如 图1-3所示。为了使全网协调合理地工作，还要有各种规定，如信令方案、各种协议、网路结构、路由方案、编号方案、资费制度与质量标准等，这些均属于软件。

图1-3 通信网构成示意图

2.通信网的分类

按电信业务的种类分为：电话网、数据通信网、图像通 信网、有线电视网

9 等。

按服务区域范围分为：本地电信网、长途电信网、移动通信网、国际电信网等。

按传输媒介种类分为：架空明线网、电缆通信网、光缆通信网、卫星通信网、用户光纤网、等。

按交换方式分为：电路交换网、分组交换网等。

按结构形式分为：网状网、星形网、环形网、栅格网、总线网等。

按信息信号形式分为：模拟通信网、数字通信网、数字/模拟混合网等。

按信息传递方式分为：同步转移模式(STM)的综合业务数字网(ISDN)和异步转移模式(ATM) 的宽带综合业务数字网(B-ISDN)等。

四、 通信网的基本拓扑结构

通信网的基本拓扑结构，有的称物

10 理结构，基本可分为三类：星形、总线形和环形。如图 1-4 所示。

1.星型网 其形状似星因此而得名，也可以看作是中心向四周辐射，又称辐射形。中心局(站)到四周各局(站)都有直达路由，电路利用率高，但周围各局(站)之间没有直达路，必须经过中心站转接，若中心站故障，有可能引起整个网通信中断。同时业务量大时，无法迅速疏导。

2.总线形网 各局(站)都挂在中心局发出的总线上，这种结构的网便于管理适于广播式的分配业务，中心局之外的各站间通信比较困难。

3.环形网 中心局与各站串成环形，这种网的传输线路最短，生存能力强，但在各局业务量大时，需要的线路传输带宽(或传输速率)比星形网高得多。

11 总线形和环形网在计算机通信中应用较多，在这种网中一般传输速率较高。它要求各节点和总线终端节点有较强的信息识别和处理能力。

除了图1－4的基本拓扑结构外，还有链形拓扑和栅格拓扑等，如图1－5所示。在不同的应用条件下将选择合适的拓扑结构，并在上述拓扑结构的基础上组合、演变成新的拓扑结构。

中心局（b）总线型

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图1-4通信网的基本拓扑结构

13 图1-5通信网的其它拓扑结构

五、 现代通信网的构成及发展

传统通信系统由传输、交换、终端三大部分组成。其中传输与交换部分组成通信网络，传输部分为网络的链路(ｌｉｎｋ)，交换部分为网络的节点(ｎｏｄｅ)。随着通信技术的发展与用户需求日益多样化，现代通信网正处在变革与发展之中，网络类型及所提供的业务种类不断增加和更新，形成了复杂的通信网络体系。为了更清晰地描述现代通信网络结构，在此引入了网络分层的概念，现代通信网可以分为3层。

第一层：通信基础网

第二层：业务网

第三层：应用层

为了支持各层网络的有效运行和管理，还需要有支撑网(信令网、同步网、电信管理网)的介入，这些支撑网可以为

14 通信网的某一层或多层服务。

1.通信基础网又可称为传送网。为简化描述，我们可将通信基础网简单看成是一个以光纤、微波接力，卫星传输为主的传输网络。在这个传输网络的基础上，根据业务节点设备类型的不同，可以构建成不同类型的业务网。通信基础网的带宽正在不断拓宽，将逐步成为未来信息高速公路的传输平台。

对通信基础网的描述同样引入了网络分层概念，通信基础网也可以分为3层：

第一层：传输媒介：目前主要有电缆、微波、通信卫星、光纤等。

第二层：传输系统：包括传输设备和传输复用设备。携带信息的基带信号一般不能直接加到传输媒介上进行传输，需要有传输设备将它们转换为适合在传输媒介上进行传输的信号。

15 第三层：传送网节点设备：网络节点设备主要为配线架和数字交叉连接设备(ＤＸＣ)，其主要任务是实现基础网传输电路的电路调度、故障切换和分离业务。

２.业务网是向用户提供诸如电话、数据、图像等各种电信业务的网络。业务网包括电话网、数据网、智能网、移动通信网等。

３.支撑网是使业务网正常运转，增强网络功能，提高全网服务质量，以满足用户需求的网络。在各个支撑网中传送相应的控制、检测信号。支撑网包括信令网、同步网和电信管理网

现代通信网的未来发展趋势可概括为“六化”，即通信技术数字化、通信业务综合化、网络互通融合化、通信网络宽带化、网络管理智能化和通信服务个人化。

16 六、 现代通信传输技术

信息需要在一定的物理媒质中传播，我们将这种物理媒质称为传输媒质。传输媒质是传递信号的通道，提供两地之间的传输通路。传输从大的分类上来区分有两种，一种是电磁信号在自由空间中传输，这种传输方式叫做无线传输；另一种是电磁信号在某种传输线上传输，这种传输方式叫做有线传输。

常用的传输媒质目前主要有：

1.微波 微波通信技术问世已半个多世纪，它是在微波频段通过地面视距进行信息传播的一种无线通信手段。最初的微波通信系统都是模拟制式的，它与当时的同轴电缆载波传输系统同为通信网长途传输干线的重要传输手段，例如我国城市间的电视节目传输主要依靠的就是微波传输。微波通信的频率范围为 300MHz～1000GHz。微波按直线传

17 播，若要进行远程通信，则需要在高山、铁塔或高层建筑物顶上安装微波转发设备进行中继通信。微波中继通信是一种重要的传输手段，它具有通信频 带宽、抗干扰性强、通信灵活性较大、设备体积小、经济可靠等优点。其传输距离可达几千公里主要用于长途通信、移动通信系统基站(BS)与移动交换中心(MSC)之间的信号传输及特殊地形的传播。

2.卫星 卫星通信是在微波中继通信的基础上发展起来的。它是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而实现两个或多个地面站之间的通信。卫星通信具有传输距离远、覆盖面积大、通信容量大、用途广、通信质量好、抗破坏能力强等优点。一颗通信卫星总通信容量可实现上万路双向电话和十几路彩色电视的传输。高轨道通信卫星是运行在赤道上空约 36000km 的同

18 步卫星。位于印度洋、大西洋、太平洋上空的三颗同步卫星，基本可覆盖全球。低轨道通信卫星是运行在 500～1500km

上空的非同步卫星，一般采用多颗小型卫星组成一个星型网。若能做到在世界上任何地方的上空都能看到其中一颗卫星，则通过星际通信可覆盖全球。低轨道通信卫星主要用于移动通信和全球定位系统。

3.电缆 通信电缆主要包括双绞线电缆(对称电缆)同轴电缆等。对绞电缆(TwistedPairCable)是传统的话音通信媒质，使用最为广泛，是当前电信接入网的主体。在全球范围内，对绞电缆接入比例高达 94%，其通信业务正在向非话音业务方向发展。利用高速 Modem

上网，其速率可达 56kb/s，利用一线通

ISDN 方式上网，速率进一步上升到

128kb/s，而利用更新的 ADSL 方式，其