第一讲 通信概述
1 信息与通信
人们通过听觉、视觉、嗅觉、触觉等感官，感知现实世界而获取信息，并通过通信来传递信息。过去的通信由于受技术与需求所限，仅限于话音。随着信息社会的到来，人们对信息的需求将日益丰富与多样化，而现代通信的发展又为此提供了条件。现代通信意义上所指的信息已不再局限于电话、电报、传真等单一媒体信息，而是将声音、图像、文字、数据等合为一体的多媒体信息。总之人的各种感官或通过仪器、仪表对现实世界的感觉，以及古往今来的各种书籍、档案、新闻、旧有记录等都含有信息，信息通过通信来进行传递，换句话说是通信使人们的感官得到了延伸。
2 通信的分类
按信息的特征不同以及对信息传递的需求不同，通信可以分为多种类型。
单媒体通信：如电话、传真等；
多媒体通信：如电视、可视电话、会议电视、远程教学等。
实时通信：如电话、电视等； 非实时通信：如电报、传真、数据通信等。
单向传输：如广播、电视等； 交互传输：如电话、点播电视（ＶＯＤ）等。
窄带通信：如电话、电报、低速数据等；
宽带通信：如点播电视、会议电视、远程教学、远程医疗、高速数据等。
3 现代通信网的组成
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，这些支撑网可以为通信网的某一层或多层服务。
第二讲：通信基础网
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；
第二层：传输系统；
第三层：传送网节点设备。
1 传输媒介
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介。传输媒介目前主要有以下几种。
（1）电缆：双绞线电缆、同轴电缆等。
（2）地面微波接力通信：一般将波长为1ｍｍ～1ｍ的无线电波称为微波，微波按直线传播，若要进行远程通信，则需在高山、铁塔或高层建筑物顶上安装微波转发设备进行转发。
（3）通信卫星
卫星通信也工作在微波波段，与地面的微波接力通信类似，卫星通信则利用高空卫星进行接力通信。
ａ）高轨道通信卫星：运行在赤道上空约36000 ｋｍ的同步卫星。位于印度洋、大西洋、太平洋上空的3颗同步卫星，基本可覆盖全球。但因卫星的高度太高，故要求地面站发射机有强大的发射功率，接收机灵敏度要高，天线增益要高。
ｂ）低轨道通信卫星：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网。若能做到在世界任何地方的上空都能看到其中一颗星，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（ＧＰＳ）。
（4）光纤
光纤是光导纤维的简称。光纤通信是以光波为载波以光纤为传输媒介的一种通信方式。光波的波长为微米级，紫外线、可见光、红外线均属光波范围。目前光纤通信使用波长为近红外区内，即波长为0.8～1μｍ。80年代初的多模光纤通信应用850ｎｍ窗口；90年代初的ＰＤＨ系统应用1310ｎｍ窗口；1993年开始的ＳＤＨ逐步转向1550ｎｍ窗口。光纤是一种光波导介质，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的波导结构，它由直径大约为0.1ｍｍ的高纯度玻璃丝构成。光纤具有如下特点：
ａ）传输频带宽、通信容量大；
ｂ）损耗低：实用光纤均为ＳｉＯ2（石英）光纤，减小光纤损耗的主要办法是提高玻璃纤维的纯度，目前1550ｎｍ窗口商用光纤的衰耗为0.19～0.25ｄＢ／ｋｍ；
ｃ）不受外界电磁波的干扰；
ｄ）线径细、重量轻、光纤材料资源丰富。
光纤的质地脆，机械强度低。在实际应用中需要将多根光纤外加护套组成光缆。
2 传输系统
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，例如光、电等信号。传输设备主要有微波收发信机、卫星地面站收发信机和光端机等。
为了在一定传输媒介中传输多路信息，需要有传输复用设备将多路信息进行复用与反复用。在本节中主要讲述传输复用设备。
2.1 传输复用设备的分类
传输复用设备目前可分为三大类。
（1）频分复用设备：多路信息调制在不同载频上进行复用。例如有线电视、无线电广播、光纤的波分复用、频分多址的ＴＡＣＳ制式模拟移动通信系统等。
（2）时分复用设备：多路信息占用不同时隙进行复用。例如脉冲编码调制复用（ＰＣＭ）设备、同步数字序列（ＳＤＨ）设备、时分多址的ＧＳＭ制式数字移动通信系统等。
（3）码分复用设备：多路信息调制在不同的码型上进行复用。例如码分多址（ＣＤＭＡ）数字移动通信系统等。
2.2 准同步数字序列（ＰＤＨ）
ＰＤＨ设备一般指基于时分复用的脉冲编码调制复用（ＰＣＭ）设备。ＰＣＭ一次群设备将30个话路时分复用为1个一次群，4个一次群复用为二次群，依次类推组成更高次群。因来自不同准同步时钟源的低次群速率上有差别，故低次群合成高次群时，需插入附加比特，以使各低次群速率一致。ＰＣＭ各次群速率、容量如表1所示。
2.3 同步数字序列（ＳＤＨ）
与ＰＤＨ不同，ＳＤＨ全网采用统一时钟，故低次群复用成高次群时，无需插入附加比特。ＳＤＨ具有速率高、容量大，可从高次群中直接提取低次群信号，便于组网等优点。目前正在替代ＰＤＨ成为基础网中最广泛采用的传输复用设备。
2.3.1 ＳＤＨ各次群速率
ＳＤＨ各次群速率如表2所示。
2.3.2 ＳＤＨ复用设备
（1）终端复用设备（ＴＭ）：具有复用、解复用功能。ＴＭ可将2Ｍｂｉｔ／ｓ、140Ｍｂｉｔ／ｓ的ＰＤＨ支路信号映射进入ＳＴＭ帧，亦可将低次群ＳＴＭ帧复用进入高次群，反之亦然。例如：ＳＴＭ－4 ＴＭ设备可对2Ｍｂｉｔ／ｓ、140Ｍｂｉｔ／ｓ、155Ｍｂｉｔ／ｓ支路进行复用与解复用，如图1所示。
（2）分插复用设备（ＡＤＭ）：分插复用设备大量用于ＳＤＨ光纤自愈环中，具有上下ＰＤＨ支路和ＳＤＨ低次群支路的功能，用于传输信号的分支，转接与落地。ＡＤＭ具有复用、解复用功能与数字交叉连接（ＤＸＣ）功能。例如：ＳＴＭ－4 ＡＤＭ设备可从过路的ＳＴＭ－4信号中上下2Ｍｂｉｔ／ｓ、140Ｍｂｉｔ／ｓ、155Ｍｂｉｔ／ｓ支路信号，如图2所示。
2.3.3 ＳＤＨ的优点
与ＰＤＨ相比较，ＳＤＨ具有如下优点：
（1）ＰＤＨ无世界统一的光接口，而ＳＤＨ具有世界统一的光接口，不同制造商生产的设备可以在光接口上互联。
（2）ＰＤＨ低次群在合成高次群过程中需插入附加比特，无法从高次群中直接提取低次群信号，而ＳＤＨ可从高次群中直接提取低次群信号。
（3）ＳＤＨ帧中安排了丰富的用于网络运行、管理、维护（ＯＡＭ）的比特，便于组网与网管。
（4）ＳＤＨ向下兼容，ＳＤＨ通路中可以直接上下ＰＤＨ信号。
2.4 光纤的波分复用（ＷＤＭ）
光纤传输速率在过去10年中提高了100倍左右，预计未来10年中仍将再提高100倍左右。单波长光通信系统速率已达40Ｇｂｉｔ／ｓ，再提高比较困难。目前充分挖掘光纤带宽潜力的最好办法是采用波分复用（ＷＤＭ）技术。
ＷＤＭ本质上是光域上的频分复用（ＦＤＭ）技术，因为在光域上一般用波长代替频率，故光的频分复用一般称为波分复用。ＷＤＭ在发送端采用合波器将不同波长的光载波合并起来送入一根光纤进行传输；在接收端再由分波器将不同波长的光载波分开，这样在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。
理论上，ＷＤＭ技术可利用的单模光纤带宽达可到200ｎｍ，即25ＴＨｚ带宽。即使按照波长间隔为0.8ｎｍ计算，一根光纤上可开通200多个波长的ＷＤＭ系统，故ＷＤＭ技术的出现，有可能充分利用光纤的带宽资源。光纤波分复用技术的出现，为通信基础网带宽的迅速展宽创造了条件。
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