传输基础知识
一、 传输基础概述
1、 电信网及其分类
电信网是为公众提供信息服务、完成信息传递和交换的通信网络。电信网所提供的信息服务就是通常所有的电信业务。
通常把电信网分为业务网、传输网和支撑网。业务网面向公众提供电信业务，传输网为业务网传送信号，支撑网支持业务网和传输网的正常运行，信令网、同步网和管理网并称电信三大支撑网络。
2、 传输的概念与地位
通信的目的就是把信息从一个地点传递到另一个地点，而传输就是两点之间的桥梁和纽带，传输有单向传输（例如广播）和双向传输（例如通话）之分。如果要在多点间进行通信，则需要建设多点对多点的复杂的传输网络，现代的传输网常称作信息高速公路，为各种业务网提供传送通道。
传输网是所有业务网的基础，投入大，建设期长，可靠、安全、稳定是传输网追求的目标，传输网的建设必须以业务需求为导向，在进行科学合理的预测、规划指导下，适当超前建设。
在我国，传输网尚未独立运营，通常无直接产出，但除直接服务于相关业务网外，可以通过置换、出租等方式创造利润。
传输网服务于业务网，因此要建设好传输网，需要对服务对象有足够的了解，掌握业务网的各种需求及发展趋势。传输网早期的建设方式通常是针对于某单一业务网，服务对象比较单一，业务目标清晰，网络比较简单，如：GSM网传输网、PSTN传输网等，不过，为了整合资源、提高网络利用率、节省管理维护成本等，现在的越来越趋向于建设多业务综合传输平台，对规划设计提出了更高的要求。
3、传输网的网络拓扑
传输网由传输节点和节点之间的连接关系组成，通常存在多个节点，传输网内各节点之间的连接关系形成网络拓扑。
传输网的基本网络拓扑形式有5种：线形、星性、树形、环形、网孔形，不过，树形也可以看作是星形互连而成。
传输网的网络拓扑选择一般要考虑下列因素：
（1） 网络容量：指网络能够吞吐的通信业务量的总和；
（2） 网络可靠性：指网络能够可靠地运行的程度，它跟网络故障的发生概率、影响范围和程度、网络的自愈能力以及网络对不可自愈故障的修复能力等有关；网络故障的发生概率一般取决于设备制造、网络安装和网络管理维护水平，而与网络拓扑关系不大，网络故障的影响则与拓扑有直接关系。网络的自愈能力是指网络故障发生后，网络所具有的隔离故障、恢复通信业务以及故障修复后的恢复能力。网络对不可自愈故障的修复能力主要取决于网络维修人员的能力；
（3） 网络经济性：指构建网络的费用，与所使用的设备及数量、网络的可靠性设计、工程施工费用等有关。
3.1、线形网
线形网是用一条首尾不相接的线段将各个节点连接起来形成的网络。线形网的路由设置一般分为两种情况：有中心节点和无中心节点，中心节点可位于任一节点，有中心节点的线形网路由设置将物理上的线形网转变成了逻辑上的星形网。线形网一般采用1+1主备保护方式，对传输系统的发送器和接收器提供保护，线形网对线路和节点设备故障起不到保护作用。
线形网通常适用于各节点在地理位置上呈长条状分布的场合。
3.2、星形网
在构成星形网的多个节点中，有一个中心节点，其他节点和中心节点间以线段相连，而与其他节点之间没有直接的连接关系。星形网对传输系统也是实行主备保护方式。星形网的线路故障和外围节点失效都只影响一个外围节点，影响面较小，但中心节点失效会造成全网瘫痪。
线形网适用于要求有中心节点的多个节点组网。
3.3、环形网
用一条首尾相接的线段将各个节点连接起来，就形成一个环形网，可分为单向环和双向环，单向环任意两个节点之间的通信都要利用整个环的资源，而双向环的任一段弧线都可提供双向通信（通常，为了节省资源，选择短线）。单向环路上任一点故障都会导致全网瘫痪，一般采用备用环路方式（方向相反）。双向环路上某处故障只会造成部分通信中断，路由不经过该处的通信仍可照常进行。双向环的保护可采用环路备用和容量备用方式。
环形网的可靠性比线形网和星形网高，它不但可以保护收发信机故障，也可以保护线路故障和节点失效，是一种较为理想的网络保护方式。
3.4、网孔形网
用直线段将各个节点之间相互连接起来就形成网孔形网，理想的网孔形网中，每两个节点之间都有连接，一般的网孔形网中，各节点只与附近节点有连接关系，与远距离节点之间的通信通过其他节点转接。网孔形网结构复杂，成本高，但网络容量大，一般采用容量备用方式，环形网一般要有一半的容量备用，而网孔形网一般有15%～25%的容量备用就可以了。一旦网中发生故障造成某传输通道通信中断，网络管理系统可重新寻找一条路由替代原来的路由，重新恢复通信，动态寻找路由的方法一般有两种：集中控制法和分散控制法。另一种简单的路由重选方法是预置替代路由法。
4、传输基本概念
传输网由各种传输线路和传输设备组成，其中传输线路完成信号的传递，传输设备完成信号的处理。
通常按传输媒介将传输划分为：
l 有线传输：包括电缆（对称电缆、同轴电缆）、光纤光缆等；
l 无线传输：包括电磁波（长波、中波、短波、超短波和微波）、FSO等
（1） 对称电缆：
对称电缆由若干条纽绞成对或纽绞成组的绝缘导线构成缆芯，外面再包上护层组成，导线材料通常用铜，两根线相互绞合的称为对绞线或双绞线对，四根相互绞合的称为星绞线对。一般用于传输较窄频带的模拟信号或较低速率的数字信号，但随着数字处理技术的发展，高质量的对称电缆传输速率可达几Mb/s甚至几十Mb/s。
在对称电缆中相对称的两根线电流方向相反，产生的磁场相互抵消（磁力线方向），并且由于绞合不停地变换两根线的位置，这样，对于周围任意一点的场强，两根线所受的影响可以看成一致的，基于这种模式的电路称为平衡传输。如：RS485/422通信、音频对称电缆通信等。
（2） 同轴电缆：
同轴电缆主要由若干个同轴对和护层组成，同轴对由内、外导体和中间的绝缘介质组成，导线材料通常用铜。由于同轴电缆外导体的屏蔽作用，当工作频率较高时，可以认为同轴电缆内的电磁场是封闭的，基本不引入外部噪声、干扰和串音，也没有辐射损耗，因此同轴电缆适用于高频信号的传输。但同轴回路的特性阻抗的不均匀影响传输质量，另外耗铜量大、施工复杂，建设期长。
（3） 光纤光缆：
光缆主要由缆芯、加强构件和护层组成。光缆中传送信号的是光纤，若干根光纤按照一定的方式组成缆芯。光纤由纤芯和包层组成，光纤和包层是折射率不同的光导纤维，利用光的全反射原理使光能够在纤芯中传播。
全反射是当光射到两种介质界面，只产生反射而不产生折射的现象。当光由光密介质射向光疏介质时，折射角将大于入射角。当入射角增大到某一数值时，折射角将达到90°，这时在光疏介质中将不出现折射光线，只要入射角大于上述数值（临界角）时，均不再存在折射现象，这就是全反射。所以产生全反射的条件是：①光必须由光密介质射向光疏介质；②入射角必须大于临界角。
光纤光缆的主要优点有：
ü 频带宽、传输速率高；
ü 传输距离长；
ü 重量轻、体积小、成本低；
ü 低衰减、低误码率；
ü 无电磁影响
（4） 无线传输：
无线传输是利用地球上层空间作为信号的传输信道，信号通过这个空间信道以电磁波方式传播。
根据所利用电磁波的波长（或频率）的不同，无线传输信号可分为光（激光）和电（无线电）两种形式来传播，电信网主要利用无线电传输信号。无线电波根据波长可以细分为长波、中波、短波、超短波和微波（1m～1mm；300MHz～300GHz）等波段。不同波段的无线电波的传输特性和传输容量不同，电信传输网通常利用微波来实现长距离、大容量的传输。
（5） FSO：
FSO（Free Space OpticalCommunication），即自由空间光通信，是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。
FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。850纳米的设备相对便宜，一般应用在传输距离不太远的场合。1550纳米的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。1550纳米的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高2个等级。功率的增大，有利于增大传输距离和在一定程度上抵消恶劣气候给传输带来的影响。
FSO和光纤通信一样，具有频带宽的优势，能支持155Mbps－10Gbps的传输速率，传输距离可达2～4公里，但通常在1公里有稳定的传输效果。
由于激光具有直线性和窄波束的特点，FSO主要用于点对点视距传输。使用时，要求通信两点间必须无阻碍，任何对光束的遮挡都将对通信造成影响。同时，要求两端设备对准且固定牢稳，以保证对光信号的直接有效接收。
由于采用激光通信，信号方向性强，能量集中，不向空中其它方向产生辐射，因此，FSO系统不会同频干扰，即使链路交叉也不影响通信，因此，同一地点可以装多套FSO设备。
FSO是物理层传输设备，以光为传输媒介，任何传输协议均可容易地叠加上去，对语音、数据、图像等业务可以实现透明传送。FSO的优点还有传输保密性好，因为它的波束很窄且不可见，很难在空中发现其业务链路。同时，这些波束定向性强，是对准某一接收机的，如想截接，就要用另一部接收机在视距内对准发射机，还要知道如何接收信号，这是很难做到的。即使被截接，必然引起用户链路的中断而被发现。因此，FSO比其它无线系统要安全得多。
它无须频率资源申请，300GHz以上的电磁波频段的应用在全球都不受管制，可以免费使用。FSO的频段远在300GHz之上。FSO设备的大小仿如一部保安摄像机，可以轻而易举地安装在屋顶、屋内窗后和室外窗户边。
FSO也存在一些技术特性所决定的弱点：
由于光信号裸露在大气中进行传输，势必会受到气象条件的影响。风力和大气温度的梯度变化会产生气穴，气穴密度的变化将带来光折射率的变化，这会造成光束强度的瞬时突变，即所谓的“闪光”，影响FSO的通信质量。为消除闪光的影响，FSO用位于几个不同位置的激光发射器同时发送同样的信息。几台激光发射器安装在同一地点，彼此间相距200毫米。由于气穴体积非常小，因此几束平行的激光在行进当中不可能遇到完全相同的气穴，最后，总有一束激光束会被接收机正确收 到。把这种方法与在接收机中采用多个独立大口径透镜的方法相结合，实际抵抗气穴的效果会更好。
另一个严重降低FSO质量的因素是天气。下雪、下雨、雾都会影响FSO的通信质量。其中，雾对FSO的影响最大，这是由于FSO的波长接近雾粒， 能量被吸收，同时，雾粒呈现出棱镜的作用，使激光产生衍射的结果。为了消除天气影响，一些公司研制了融合光和60GHz毫米波的无线通信系统HFR。 FSO易受到大雾的影响，而60GHz的毫米波在下雨时会出现衰减现象，
HFR系统融FSO和60GHz毫米波于一体，采用“RLC”方法，使两种技术互为补充、互为冗余、互相热备份，实现全天候无线通信。
影响FSO性能指标的另外两个因素是大风和地震。由于FSO系统的收发设备一般都安装在高楼之上，因此，大风引起建筑物的晃动或地震都会造成光路的偏移。目前已有“偏光法”和“动态跟踪法”两种手段用以解决这一问题。
FSO技术早在20世纪80年代就开始用于军方，但近年才被重视和商用。在国内，电信、移动、网通和联通也都有少量的应用。
FSO在实际应用中可以用于快速业务开通、最后一公里宽带接入、临时业务提供、无线基站互联、城域网主干环路闭接、电路备份、主干网络中继等方面。
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