华为产品维护资料汇编：信号与通信系统教程——通信技术概论

华为产品维护资料汇编 TELLIN智能网维护资料 通信技术概论 其他相关技术入门 第1章信号与通信系统 1.52基带传输 信息或消息包含在信号幅度随时间的变化和变化的快慢等波形特征中,因此 信号有一定的幅值范围和基本带宽。信号的传输可分为基带传输和调制传输 (或载波传输)两大类 直接在信道上传输信号称为基带传输,它是一种波形传输。犹如徙步行军难 抗日晒雨淋和易被山川险途所阻一样,基带传输简单,方便,但效率低,抗 干扰性差,传输距离不长。来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种 数字代码和数字电话终端的脉冲编码信号以及PDH基群信号等都是数字基带 在收信端,将收到的数字基带信号经滤波器滤除信号带宽以外的噪声干扰, 再通过由同步时钟控制的判决器依序对逐个码元进行判读,并再生出相应的 码元,从而恢复数字基带信号。显然,再生的数字码流,除可能因判读有误 而出现误码,和因信道中传输时延的随机变化以及收、发信时钟间的误差而 使码元在时间轴上的位置偏离标准位置(这种随机偏离称为抖动)外,不再 含有其它噪声成份。 1.53键控调制 把信号“骑在”(over)载波上经信道传输称为调制传输(或载波传输) 也可称为频带(或通带)传输。它好比乘交通工具旅行,不怕风吹浪打,大 地任遨游,甚至上太空。调制传输较复杂,但效率高,抗干扰性好,能长途 传输。 载波是比信号基带带宽高得多的高频正弦波,并可用幅度、频率和相位三个 参数来表征。使这些参数之一模拟基带信号波形和其变化的方式称为调制。 因此,相应这三个参数分别有幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制 (PM)三种调制方式。 数字或数据(基带)信号是一种码流。N进码只有N个独立的码元。因此, 上述三种调制的被调制参数也相应地仅取N个值。这种由码元控制被调制的 载波参数在有限个规定值间游移取值的调制技术称之为键控。因此,相应地 有幅移键控调制、频移键控调制和相移键控调制三种键控调制方式。 在收信端,将收到的键控调制信号进行解调制,解调的基带数字信号经滤波 器滤除信号带宽以外的噪声干扰,再通过由同步时钟控制的判决器依序对逐 个码元进行判读,并再生出相应的码元,从而恢复数字基带信号。显然,再 生的数字码流,除可能有误码和抖动外,不再含有其它噪声成份

华为产品维护资料汇编 TELLIN 智能网维护资料 其他相关技术入门 通信技术概论 第 1 章 信号与通信系统 15 1.5.2 基带传输 信息或消息包含在信号幅度随时间的变化和变化的快慢等波形特征中，因此， 信号有一定的幅值范围和基本带宽。信号的传输可分为基带传输和调制传输 （或载波传输）两大类。 直接在信道上传输信号称为基带传输，它是一种波形传输。犹如徙步行军难 抗日晒雨淋和易被山川险途所阻一样，基带传输简单，方便，但效率低，抗 干扰性差，传输距离不长。来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种 数字代码和数字电话终端的脉冲编码信号以及 PDH 基群信号等都是数字基带 信号。 在收信端，将收到的数字基带信号经滤波器滤除信号带宽以外的噪声干扰， 再通过由同步时钟控制的判决器依序对逐个码元进行判读，并再生出相应的 码元，从而恢复数字基带信号。显然，再生的数字码流，除可能因判读有误 而出现误码，和因信道中传输时延的随机变化以及收、发信时钟间的误差而 使码元在时间轴上的位置偏离标准位置（这种随机偏离称为抖动）外，不再 含有其它噪声成份。 1.5.3 键控调制 把信号“骑在”（Over）载波上经信道传输称为调制传输（或载波传输）， 也可称为频带（或通带）传输。它好比乘交通工具旅行，不怕风吹浪打，大 地任遨游，甚至上太空。调制传输较复杂，但效率高，抗干扰性好，能长途 传输。 载波是比信号基带带宽高得多的高频正弦波，并可用幅度、频率和相位三个 参数来表征。使这些参数之一模拟基带信号波形和其变化的方式称为调制。 因此，相应这三个参数分别有幅度调制（AM）、频率调制（FM）和相位调制 （PM）三种调制方式。 数字或数据（基带）信号是一种码流。N 进码只有 N 个独立的码元。因此， 上述三种调制的被调制参数也相应地仅取 N 个值。这种由码元控制被调制的 载波参数在有限个规定值间游移取值的调制技术称之为键控。因此，相应地 有幅移键控调制、频移键控调制和相移键控调制三种键控调制方式。 在收信端，将收到的键控调制信号进行解调制，解调的基带数字信号经滤波 器滤除信号带宽以外的噪声干扰，再通过由同步时钟控制的判决器依序对逐 个码元进行判读，并再生出相应的码元，从而恢复数字基带信号。显然，再 生的数字码流，除可能有误码和抖动外，不再含有其它噪声成份

华为产品维护资料汇编 TELLIN智能网维护资料 通信技术概论 其他相关技术入门 第1章信号与通信系统 对于长距离传输,中途可设置差不多由收、发信设备背靠背组成的再生中继 器,使微弱,失真且混入噪声的数字信号再生后又继续传输下去。 1.54数据通信系统 数据通信是计算机和通信相结合的一种通信方式。由于它是人通过数据终端 与计算机或计算机与计算机间的通信,很多通信过程应自动化,并能对传输 差错做自动校正 数据通信系统的基本结构如图1-12所示。这是一个远端的数据终端设备 (DTE)通过一条由传输信道和其两端的数据电路终接设备(DCE)组成的 数据电路,与一个计算机系统相连的系统。如果传输信道是通过交换网提供 的,则通信开始前必须有一个呼叫和建立连接的过程,并在通信结束时及时 拆除连接。如果传输信道是固定连接的专用线路,则无需这两个过程。 数据终端设备 计算机系统 接口 接口 数据 传输控制器 数据 电路 电路 通信控制器 信[央 输出口控 终接 传输信道终接 设备 设备 (DTE) (DTE) 数据电路 数据链路 图1-12数据通信系统的基本结构 在数据电路建立后,为有效地进行数据通信,还必须按一定规程对传输过程 进行控制,以保证通信双方协调地和可靠地工作。包括在数据终端设备中的 传输控制器就是按双方事先约定的传输控制规程(协议)实施控制的单元。 数据电路和其两端的传输控制器一起组成的通路称为数据链路。 以因特网为代表的数据通信技术和业务应用正迅猛发展,通信网、计算机网 和有线电视网正朝逐步融合成统一的宽带数据网(“三网合一”)方向发展。 但是应当指出,数据通信的发展不能脱离现有的通信网,而应充分利用现有 的通信设施。特别是数据通信系统中的传输信道在相当长的时期内还离不开 现在的通信网,4800bit/s以下低速数据的接入也依赖于PSTN

华为产品维护资料汇编 TELLIN 智能网维护资料 其他相关技术入门 通信技术概论 第 1 章 信号与通信系统 16 对于长距离传输，中途可设置差不多由收、发信设备背靠背组成的再生中继 器，使微弱，失真且混入噪声的数字信号再生后又继续传输下去。 1.5.4 数据通信系统 数据通信是计算机和通信相结合的一种通信方式。由于它是人通过数据终端 与计算机或计算机与计算机间的通信，很多通信过程应自动化，并能对传输 差错做自动校正。 数据通信系统的基本结构如图 1-12所示。这是一个远端的数据终端设备 （DTE）通过一条由传输信道和其两端的数据电路终接设备（DCE）组成的 数据电路，与一个计算机系统相连的系统。如果传输信道是通过交换网提供 的，则通信开始前必须有一个呼叫和建立连接的过程，并在通信结束时及时 拆除连接。如果传输信道是固定连接的专用线路，则无需这两个过程。 数数 电电 终终 设设 (DCE) 数数 电电 终终 设设 (DCE) 传输信信 中 央 处 非 机 通 信 控 制 压 数数 输输 输输 设设 传 输 控 制 压 （ （ DTE （ （ DTE 数数终数设设 计计机计计 终接 终接 数数数电 数数电电 图1-12 数据通信系统的基本结构 在数据电路建立后，为有效地进行数据通信，还必须按一定规程对传输过程 进行控制，以保证通信双方协调地和可靠地工作。包括在数据终端设备中的 传输控制器就是按双方事先约定的传输控制规程（协议）实施控制的单元。 数据电路和其两端的传输控制器一起组成的通路称为数据链路。 以因特网为代表的数据通信技术和业务应用正迅猛发展，通信网、计算机网 和有线电视网正朝逐步融合成统一的宽带数据网（“三网合一”）方向发展。 但是应当指出，数据通信的发展不能脱离现有的通信网，而应充分利用现有 的通信设施。特别是数据通信系统中的传输信道在相当长的时期内还离不开 现在的通信网，4800bit/s 以下低速数据的接入也依赖于 PSTN

华为产品维护资料汇编 TELLIN智能网维护资料 通信技术概论 其他相关技术入门 第1章信号与通信系统 1.5.5数字通信系统和数据通信系统的统一性 数字通信系统是实现数字信号交换和传输的系统。当前,数字通信系统的主 要特征是电路交换和高速率宽带大容量实时传输 数据通信系统是实现数据信号交换和传输的系统。当前,数据通信系统的主 要特征是高速分组交换和宽带传输。 数据通信系统的非实时性因传输信道容量和带宽的极大丰富而显著改善,从 而能在 Internet网上成功运营P电话 现在,数字通信系统可以承载数据信号,数字信号也可以在数据通信系统中 传送。而且它们都能传输话音、图象和数据以及各种综合业务。 随着“三网合一”的实施,数字网和数据网将统一为P网。 16光纤的特性和带宽资源 从传输的角度来看,信号的一个主要特征是信号的带宽(δf)。通常,信号 由频率为f的载波承载,在带宽为ΔF的媒介上传输。一个显而易见的传输条 件是 (δ所f)<1:△F>8f 为了提高一个载波的传输带宽,应提高载波的频率,而为提高媒介的传输总 容量,则要求一种能提供丰富带宽资源(ΔF大),容纳众多载频低损耗传输 的媒介。采用光波和导光媒介是一个发展方向。 以光波为载波,光纤为传输介质的光纤通信系统以其丰富的带宽资源成为通 信网数字化的基石。可以说没有光纤通信的广泛应用,就没有通信网的数字 161光纤的结构 目前使用的通信光纤是石英(二氧化硅SO2)光纤,如图1-13所示。细如发 丝(直径约125um)的裸光纤由纤芯和包层所组成,由于纤芯的折射率n1 大于包层的折射率n2,射进光纤的光可利用光在纤芯与包层界面上的全反射 条件而在纤芯中曲折迂回传播

华为产品维护资料汇编 TELLIN 智能网维护资料 其他相关技术入门 通信技术概论 第 1 章 信号与通信系统 17 1.5.5 数字通信系统和数据通信系统的统一性 数字通信系统是实现数字信号交换和传输的系统。当前，数字通信系统的主 要特征是电路交换和高速率宽带大容量实时传输。 数据通信系统是实现数据信号交换和传输的系统。当前，数据通信系统的主 要特征是高速分组交换和宽带传输。 数据通信系统的非实时性因传输信道容量和带宽的极大丰富而显著改善，从 而能在 Internet 网上成功运营 IP 电话。 现在，数字通信系统可以承载数据信号，数字信号也可以在数据通信系统中 传送。而且它们都能传输话音、图象和数据以及各种综合业务。 随着 “三网合一”的实施，数字网和数据网将统一为 IP 网。 1.6 光纤的特性和带宽资源 从传输的角度来看，信号的一个主要特征是信号的带宽（δf）。通常，信号 由频率为 f 的载波承载，在带宽为ΔF 的媒介上传输。一个显而易见的传输条 件是 （δf/f）＜ 1；ΔF ＞δf 为了提高一个载波的传输带宽，应提高载波的频率，而为提高媒介的传输总 容量，则要求一种能提供丰富带宽资源（ΔF 大），容纳众多载频低损耗传输 的媒介。采用光波和导光媒介是一个发展方向。 以光波为载波，光纤为传输介质的光纤通信系统以其丰富的带宽资源成为通 信网数字化的基石。可以说没有光纤通信的广泛应用，就没有通信网的数字 化。 1.6.1 光纤的结构 目前使用的通信光纤是石英（二氧化硅 SiO2）光纤，如图 1-13 所示。细如发 丝（直径约 125μm）的裸光纤由纤芯和包层所组成，由于纤芯的折射率 n1 大于包层的折射率 n2，射进光纤的光可利用光在纤芯与包层界面上的全反射 条件而在纤芯中曲折迂回传播

华为产品维护资料汇编 TELLIN智能网维护资料 通信技术概论 其他相关技术入门 第1章信号与通信系统 纤芯 包层 2b O 涂覆层 套塑 图1-13光纤芯线的剖面结构示意图 为了保护光纤表面,提高抗拉强度,成品光纤在裸光纤外还包有硅酮树脂或 聚氨基甲酸乙脂涂敷层和尼龙、聚乙烯或聚丙烯等材料的套塑层,直径达1mm 以上。 16.2损耗和色散 石英光纤本身的光传输损耗或衰减来自金属杂质离子和OH根的吸收损耗及 石英材料不均匀或缺陷的散射损耗,且随波长的增加而下降。但是,位于 1385m和1245nm的OH根吸收峰(水吸收峰)改变了单调下降的光纤损耗 特性曲线的形状,在光纤通信用800nm~1800nm的波长范围内,形成了损 耗相对较平坦的三个工作波长窗口。第一、二、三窗口的中心波长分别是 850nm、1310nm和1550nm,它们的典型损耗分别为2dBkm、0.35dBkm 和020dBkm。 现代光纤通信最初采用损耗次低的1310m窗口,而现在主要采用损耗最低 的1550nm窗口。由于光纤制造技术的进步,长波长端可增加中心波长为 1600m的第四个窗口(1565nm-1620nm),而大大降低甚至消除的1385nm 水吸收峰,又可开辟中心波长为1400nm的第五个窗口(1350m-1450m)。 光纤是色散媒质。光纤的色散是指光脉冲信号的宽度会在传输中逐渐展宽的 现象。脉冲展宽严重时会使相邻码元的脉冲发生部分重叠而造成码间干扰 为降低码间干扰,势必限制传输距离以减少色散或増加码间间距,即降低传 输码速 进入光纤的光束有一定的发散角,随着光纤相对于光源波长之纤芯半径的变 化,能满足全反射条件在光纤中传输的(光)射线数目,即光传导模的数目 会有所不同。有多个传导模的光纤称为多模光纤,而只有一个传导模的光纤 称之为单模光纤。 多模光纤中光脉冲承载在不同传输速度的传导模上而产生的脉冲展宽称为模 间色散,而单模光纤中光脉冲不同谱线分量传输速度不同而产生的脉冲展宽

华为产品维护资料汇编 TELLIN 智能网维护资料 其他相关技术入门 通信技术概论 第 1 章 信号与通信系统 18 2a n1 n2 2b 纤芯 包层 涂覆层 套塑 图1-13 光纤芯线的剖面结构示意图 为了保护光纤表面，提高抗拉强度，成品光纤在裸光纤外还包有硅酮树脂或 聚氨基甲酸乙脂涂敷层和尼龙、聚乙烯或聚丙烯等材料的套塑层，直径达 1mm 以上。 1.6.2 损耗和色散 石英光纤本身的光传输损耗或衰减来自金属杂质离子和 OH 根的吸收损耗及 石英材料不均匀或缺陷的散射损耗，且随波长的增加而下降。但是，位于 1385nm 和 1245nm 的 OH 根吸收峰（水吸收峰）改变了单调下降的光纤损耗 特性曲线的形状，在光纤通信用 800nm～1800nm 的波长范围内，形成了损 耗相对较平坦的三个工作波长窗口。第一、二、三窗口的中心波长分别是 850nm、1310nm 和 1550nm，它们的典型损耗分别为 2dB/km、0.35dB/km 和 0.20dB/km。 现代光纤通信最初采用损耗次低的 1310nm 窗口，而现在主要采用损耗最低 的 1550nm 窗口。由于光纤制造技术的进步，长波长端可增加中心波长为 1600nm 的第四个窗口（1565nm-1620nm），而大大降低甚至消除的 1385nm 水吸收峰，又可开辟中心波长为 1400nm 的第五个窗口（1350nm-1450nm）。 光纤是色散媒质。光纤的色散是指光脉冲信号的宽度会在传输中逐渐展宽的 现象。脉冲展宽严重时会使相邻码元的脉冲发生部分重叠而造成码间干扰。 为降低码间干扰，势必限制传输距离以减少色散或增加码间间距，即降低传 输码速。 进入光纤的光束有一定的发散角，随着光纤相对于光源波长之纤芯半径的变 化，能满足全反射条件在光纤中传输的（光）射线数目，即光传导模的数目 会有所不同。有多个传导模的光纤称为多模光纤，而只有一个传导模的光纤 称之为单模光纤。 多模光纤中光脉冲承载在不同传输速度的传导模上而产生的脉冲展宽称为模 间色散，而单模光纤中光脉冲不同谱线分量传输速度不同而产生的脉冲展宽

华为产品维护资料汇编 TELLIN智能网维护资料 通信技术概论 其他相关技术入门 第1章信号与通信系统 称为频率(或波长)色散。模间色散比频率色散大得多,因此,现代高速通 信中只用单模光纤而不用多模光纤。 理想园单模光纤中的一个传导模是一种线偏振波,即它的电场方向在传输中 始终处于光纤的一个轴平面内。如果光纤有一定的不园度,则这种线偏波会 分解成速度略异的水平和垂直两个偏振波,从而产生偏振模色散(PMD 偏振模色散虽然很小,但会在10Gb/s量级上限制单模光纤的传输速率。 163通信光纤的种类和应用 光纤种类较多,当前最常用的通信光纤是符合TUTG652A建议的标准单模 光纤(SMF)。它的零色散波长在1310nm左右,而损耗最小点在1550nm 波长附近。因此,G.652A光纤有两个工作波长窗口: (1)波长范围为1300-1324nm、最大零色散斜率为0093psm2:km 最大色散系数<35ps/(m·km)、典型衰减系数为03-04dB/k (2)波长范围为1525~1575nm、最大色散系数<20ps/(m·km)、典型衰 减系数为015~025dB/km G.652.A光纤在1550mm窗口传输损耗小,色散也不大,适合高速率,长中 继距离(50km以上)传输。当前,其单一波长的传输速率已达25Gb/s,而 实际上,该窗口还可安排数十个工作波长的密集波分复用(DWDM)。但是 它的偏振模色散(PMD)限制了单波长时分复用(TDM)的速率难超过10Gb/s 而其非线性效应也限制了密集波分复用的波数。 G.652B光纤通过改善光纤的圆整度和/或采用“旋转”光纤的方法降低了偏 振模色散,使STM-64系统(10Gb/s)的传输距离可以达到400km,并可把工 作波长延伸到1600nm区。 另外,G.652C低水峰单模光纤也适合于密集波分复用。目前在我国已有少量 的使用 G.652A、G652B和G652C光纤习惯统称为G.652光纤,它们价格低,其 中,G652A在我国已大量应用。实际上,G.652光纤DWDM系统的容量可 达Tbit/s量级,中继放大站的跨距可达100km以上。以华为 OptiX BWS320G DWDM系统为例,它用一根G.652光纤能提供32波DWDM,每波10Gb/s 共320Gb/s的特宽带传输信道! G.653色散位移单模光纤(DSF)使零色散点上移到1550nm区,与最低衰 减系数区协调一致。 G.653光纤虽然可使光纤单波长TDM的容量有所增加,但是,零色散反而无 助于抑制DWDM应用中光纤非线性的四波混频(FWM)效应,成了采用波 分复用技术的障碍,故G653光纤已不被应用

华为产品维护资料汇编 TELLIN 智能网维护资料 其他相关技术入门 通信技术概论 第 1 章 信号与通信系统 19 称为频率（或波长）色散。模间色散比频率色散大得多，因此，现代高速通 信中只用单模光纤而不用多模光纤。 理想园单模光纤中的一个传导模是一种线偏振波， 即它的电场方向在传输中 始终处于光纤的一个轴平面内。如果光纤有一定的不园度，则这种线偏波会 分解成速度略异的水平和垂直两个偏振波，从而产生偏振模色散（PMD）。 偏振模色散虽然很小，但会在 10Gb/s 量级上限制单模光纤的传输速率。 1.6.3 通信光纤的种类和应用 光纤种类较多，当前最常用的通信光纤是符合 ITU-T G.652.A 建议的标准单模 光纤（SMF）。它的零色散波长在 1310nm 左右，而损耗最小点在 1550nm 波长附近。因此，G.652.A 光纤有两个工作波长窗口： (1) 波长范围为 1300~1324 nm、最大零色散斜率为 0.093 ps/(nm2 ·km)、 最大色散系数＜3.5 ps/(nm·km)、典型衰减系数为 0.3~0.4 dB/km； (2) 波长范围为 1525～1575 nm、最大色散系数＜20 ps/(nm·km)、典型衰 减系数为 0.15～0.25 dB/km 。 G.652．A 光纤在 1550 nm 窗口传输损耗小，色散也不大，适合高速率，长中 继距离（50km 以上）传输。当前，其单一波长的传输速率已达 2.5 Gb/s，而 实际上，该窗口还可安排数十个工作波长的密集波分复用（DWDM）。但是 它的偏振模色散（PMD）限制了单波长时分复用（TDM）的速率难超过 10Gb/s， 而其非线性效应也限制了密集波分复用的波数。 G.652.B 光纤通过改善光纤的圆整度和／或采用“旋转”光纤的方法降低了偏 振模色散，使 STM-64 系统（10Gb/s）的传输距离可以达到 400km,并可把工 作波长延伸到 1600nm 区。 另外，G.652.C 低水峰单模光纤也适合于密集波分复用。目前在我国已有少量 的使用。 G.652.A、G.652.B 和 G.652.C 光纤习惯统称为 G.652 光纤，它们价格低，其 中，G.652.A 在我国 巳大量应用。实际上，G.652 光纤 DWDM 系统的容量可 达 Tbit／s 量级，中继放大站的跨距可达 100km 以上。以华为 OptiX BWS320G DWDM 系统为例，它用一根 G.652 光纤能提供 32 波 DWDM，每波 10Gb/s， 共 320 Gb/s 的特宽带传输信道！ G.653 色散位移单模光纤（DSF）使零色散点上移到 1550nm 区，与最低衰 减系数区协调一致。 G.653 光纤虽然可使光纤单波长 TDM 的容量有所增加，但是，零色散反而无 助于抑制 DWDM 应用中光纤非线性的四波混频（FWM）效应，成了采用波 分复用技术的障碍，故 G.653 光纤已不被应用