[工学]NGI-第2章 宽带传输技术.ppt

þ第1章 NGI概述þ第2章 NGI主要传输技术 þ第3章 宽带网络交换技术 þ第4章 IPv6协议 þ第5章 高层网络协议 þ第6章 无线网络技术þ第7章 宽带接入技术 主要内容更快更快更大更大更及时更及时更安全更安全更好用更好用2.1 下一代互联网骨干网络参考模型2.2 宽带骨干网主要传输媒体 2.3 宽带骨干网主要传输技术 ●IP over ATM ●IP over SDH/SONET ●IP over WDM/DWDM●无线传输技术－扩频技术第2章 NGI主要传输技术 更快更快更大更大更及时更及时更安全更安全更好用更好用2.1 NGI骨干网络参考模型WDMWDMSDHSDH无线传输无线传输DWDMDWDMl l网络层数据链路层物理层无线或金金属线帧中继PPPHDLCLAPSCWDM/DWDMSDHMPLS其他ATMIP1.体系结构和参考模型 2.1 NGI骨干网络参考模型WDMWDMSDHSDH无线传输无线传输DWDMDWDMl l1.体系结构和参考模型 ●物理层以光纤传输为主，微波、卫星为补充，金属线传 输和无线传输技术也在物理层 ●数据链路层实现数据组帧、包交换、容错等功能，集中了诸 多的骨干网协议，如帧中继、ATM、SDH的组帧和检 错等协议及无线网络应用协议等。

SDH通过PPP等简 单协议对HDLC帧格式的改造，实现了与IP层的直接 连结，提高了效率 ●网络互连层IP协议，实现IPv6的数据分组端到端可靠交换， 由支持高速宽带路由或交换的设备完成CERNET2：领跑全球下一代互联网更快更快更大更大更及时更及时更安全更安全更好用更好用2.1 NGI骨干网络参考模型国际公认的最有发展前途三大传输手段：光纤、微波、卫星●高带宽、高可靠、大范围，主要以光纤通信为主；●卫星、微波中继作补充●无线、金属线主要用于城域网或局域网2.2 NGI宽带骨干网主要传输媒体微波微波光纤光纤金属线金属线卫星卫星无线传输无线传输1．概念●光波是频率极高的电磁波，频率：0.3THz(1 THz=1012 Hz)到30 PHz(1PHz=1015Hz)之间，紫外光，可见光 、红外光目前，光纤通信使用的红外光波，频率： 1×1014～4×1014 Hz●波长是电磁波在空间变化一周所经历的长度 ，波长取决于电磁波的频率和光速：λ=C/fλ为波长(m)，C为光速（3×108 m/s)，f为电磁波 的频率(Hz)●对于光波，波长常用微米(μm)或纳米(nm) 来表示(1μm=1×10-6 m，1 nm=1×10-9 m)。

2.2.1 NGI主要传输媒体——光纤波长波长光纤光纤纳米纳米微米微米红外红外2．通信原理一个简单的光收发系统如图所示：2.2.1 NGI主要传输媒体——光纤●发送端光源：发光二极管(或半导体注入型激光管)作电光转换；●光纤放大器：掺铒光纤放大器，光信号在中继站直接放大例如：全光网络中13000km的距离内，单模光纤的传输速率已达20Gb/s特别是基于掺铒光纤放大器EDFA的1550nm窗口采用密集波分复用（DWDM）系统实验室速率目前已达Tb／s量级3．光纤分类光纤按传输模式可分为，单模光纤和多模光纤●单模光纤(SMF)的光纤直径很细，细到只允许一个波长而非多个波长的光线像波导那样沿直线向前传播●多模光纤(MMF)可同时以反射、折射等多种模式传输多条不同入射角的光线2.2.1 NGI主要传输媒体——光纤2.2.1 NGI主要传输媒体——光纤三种 光纤 纤芯 包层 折射 率 分布4. 常用的三种通信光纤常用的三种光纤为单模阶跃光纤(a)、多模阶跃光纤(b)和多模渐变光纤(c)3. 常用的三种通信光纤（续）(1) 单模阶跃光纤如图3.2(a)所示(图中n0、n1 、n2分别为空气、纤芯和包层的折射率)。

由于只容许 光以一条路径沿光纤传播，因而纤芯是极小的，光束沿 光纤轴向传播，进入光纤的光几乎是以相同的时间通过 相同的距离2) 多模阶跃型光纤如图3.2(b)所示，除了纤芯较粗外，其结构与单模光纤相同这种光纤的数值孔 径(光纤接收入射光线能力大小的物理量)较大，因此允 许更多的光线进入光沿着不同路径传播，因而通过相 同长度的光纤就需要不同的传输时间2.2.1 NGI主要传输媒体——光纤单模单模 光纤光纤阶跃阶跃 型型多模多模渐变型渐变型3. 常用的三种通信光纤（续） (3) 多模渐变型光纤如图3.2(c)所示，特点是纤芯的折射率呈现非均匀分布，中心最大，沿截面 半径向外逐渐减小，光在其中通过折射传播由于折 射率随轴向距离的增大而减小，而速度与折射率成反 比，故远离轴线处的光传播速度大于靠近轴线处的光传播速度 2.2.1 NGI主要传输媒体——光纤单模单模 光纤光纤阶跃阶跃 型型多模多模渐变型渐变型5．存在问题光信号在光纤会因其损耗特性和频带特性（色散特性）而影响传输质量● 损耗特性：是光信号在光纤中传播时单位长度的衰减，通常用dB/km来表示；光纤的损耗会影响传输的中继距离常用窗口0.85/1.3/1.55微米● 频带特性（色散特性）：则是不同波长的光信号到达接收端的时延差，造成光脉冲展宽（色散），它会影响传输码率(即传输带宽)。

光纤的频带特性以兆赫千米(MHz·km)来表示2.2.1 NGI主要传输媒体——光纤单模单模 光纤光纤损耗损耗多模多模色散色散光纤损耗与波长的关系 5．存在问题（续）2.2.1 NGI主要传输媒体——光纤损耗损耗光纤光纤1.31.30.850.851.551.55总之，与电通信相比，光纤通信有以下优缺 点：优点：① 带宽宽，容量大； ② 中继距离长；③ 不怕电磁干扰； ④ 保密、无串扰 ；⑤ 节约金属和原材料；⑥ 线细而轻；⑦ 抗腐蚀、柔软可绕缺点：①强度不如金属线；②连接比较困难；③分路耦合不方便；④弯曲半径不宜太小 光纤通信的三个缺点都已克服，不影响光纤 通信的实用2.2.1 NGI主要传输媒体——光纤单模单模 光纤光纤芯径芯径多模多模折射率折射率1．简介微波通信技术是20世纪50年代开始实用化的一项先进通信技术有两种主要方式：地面微波 通信和卫星通信1）含义： 微波通信是利用波长1m～1mm或频率300MHz～300GHz)的电磁波在对流层的视距范 围内进行信息传输的一种通信方式2）微波波段:可细分为“分米波”(波长为1m～10 cm)、“厘米波”(波长为10 cm～1 cm)和 “毫米波”(波长为1cm～1 mm)。

2.2.2 NGI传输媒体——微波通信射频射频 微波微波厘米波厘米波分米波分米波毫米波毫米波2.2.2 NGI传输媒体——微波通信1．简介（续）射频微波频段使用频率范围是2GHz～40GHz，两站 直接距离：一般在40km～60km远距离通信，采用中 继方式 微波有三项工作、五个优点、三项缺点●三项基本工作：√多路复用：√射频工作√中继接力射频射频 微波微波厘米波厘米波分米波分米波毫米波毫米波2.2.2 NGI传输媒体——微波通信1．简介（续）●五个优点：1)工作频带宽、通信容量大频带宽是无线电波的103倍可传输、电报、数据和图形等信息2)受外界干扰小微波频段的电磁波传播受昼夜、季节的影响较小，大电干扰、工业干扰及太阳黑子变化基本上不起作用，因此微波通信的可靠性和稳定性好3)通信效果较好定向、高增益的天线比无方向性天线的发射功率提高了104倍4)具有较大的灵活性点—点通信，比电缆光缆灵活性大5)投资省、见效快容量相同时，建设费用只有电缆线路的1/3～1/2宽大宽大 微波微波效果好效果好干扰小干扰小见效快见效快2.2.2 NGI传输媒体——微波通信1．简介（续）●主要缺点1)中继站定点复杂，选址、施工、维护带来不便；2)受自然环境(地形、对流层和气候条件等)的影响；3)保密性差，易被窃听。

射频射频 微波微波厘米波厘米波分米波分米波毫米波毫米波2.2.2 NGI传输媒体——微波通信2．数字微波通信系统 发送发送 微波微波接收接收中继中继1. 概述卫星通信是在微波接力通信技术和航天技 术基础上发展起来的一门新 兴的通信技术简单地说， 是利用人造地球卫星作为中 继站转发微波信号，在地球 上(包括地面、水面和低层大 气中)的两个或多个地球站之 间进行的通信2.2.3 NGI传输媒体——卫星通信2.2.3 NGI传输媒体——卫星通信美国的“太空之路3”，68台KA转发器 ，按需分配带宽，提供直接点对点联网服 务，提供广泛的IP数据和宽带多媒体应用 的高速通信服务日本08年2月23日发射的超高速网络通 信实验卫星“纽带” ，可提供无线网络 、高清电视播放、远程医疗和远程授课等 项目数据传输速度每秒1.2GB，为世界 最快的大容量卫星中国的“东方红-4”卫星平台有38台C 频段转发器、16台KU频段转发器，寿命15 年有星上数据管理系统，可用于广播通 信、视频、音频直播、数据中继、区域移 动通信等卫星大部分技术指标全部达到 国际领先水平2.2.3 NGI传输媒体——卫星通信2．原理通信卫星分为低轨运动卫星和高轨静止卫星两类。

静止卫星置于地球赤道上空35860km处的对地静止的轨 道上，与地球同步卫星通信系统如图所示2.2.3 NGI传输媒体——卫星通信2．原理传输过程：地面至卫星卫星到卫星卫星返地面三颗可覆盖 全球国际通信卫星组 织(INTERSAT)负 责利用静止卫星 实现全球通信， 担负着大约80％ 的国际通信业务 和全部国际电视 转播业务3. 卫星通信的特点卫星通信与其他通信手段相比，具有以下5 个优点：(1) 通信距离远，且建站费用与通信距离 几乎无关2) 卫星通信覆盖面积大(3) 工作频带宽、容量大，适用于多种业 务传输4) 通信线路稳定可靠，传输质量高5) 机动灵活2.2.3 NGI传输媒体——卫星通信3. 卫星通信的特点卫星通信存在的不足：(1) 卫星通信需要高可靠、长寿命通信卫 星2) 卫星通信要求地球站有大功率发射机 和高灵敏度接收机3) 卫星通信信号延迟较大4) 通信安全性还有待加强2.2.3 NGI传输媒体——卫星通信卫星波束覆盖范围内的多址通信2.2.3 NGI传输媒体——卫星通信4. 卫星通信的主要工作频段波 段L波段C波段X段Ku波段Ka波 段频 率1.6/1.5 GHz6.0/4.0 GHz8.0/7. 0 GHz14.0/12.0 GHz l4.0/11.0 GHz30/20 GHz2.2.3 NGI传输媒体——卫星通信5．发展早期：宽带卫星系统使用Ku波段（11GHz）卫 星；现在：（三代系统）采用Ka波段（18－30GHz ）一颗Ka波段卫星提供的通信能力能够达到 一颗Ku卫星通信能力的4倍以上。

发展：第四代技术解决下行链路效率低问题 它可以采用统计复用动态地、自动地按需分配谁使用 的通信能力用户只在他们需要的时候按选择的质量 等级为所使用的业务付费星上处理核心：是一种快速数据分组交换机 用卫星上网需通过网络营运中心，用拨号或 其他方式，例如ISDN或者专线接入互联网，上行速度 可达24Mbps～54Mbps2.2.3 NGI传输媒体——卫星通信IP协议ATMATMWDMWDM无线传输无线传输SDHSDH2.3 NGI骨干网主要传输技术SDHSDHATMATMDWDMDWDMWDMWDM其它其它内容： ●数据帧的组织 ●信号复用方式 ●传输交换方式 ●物理接口 1.ATM的主要特点(1) 面向连接的传输方式 (2) 固定短信元为数据传输单位，有利于高速交换3) 信头用来根据虚电路标志识别虚连接4) ATM采用统计时分复用的方式来进行数据传输 (5) 能支持不同速率的各种业务 (6) 传输误码率低，且容量很大 更快更快更大更大更及时更及时更安全更安全更好用更好用2.3.1 ATM传输技术2. ATM网络的组。