数字新媒体概论：数字通信网技术

3.3.1　数字通信网技术

通信网的目的是使一个用户能在任何时间，以任何方式，与任何地点的任何人，实现任何形式的信息交流。通信网是数字媒体传播的主要平台之一，通信网业务已从传统的电话，发展到集声音、影视、图文和数据为一体的各种综合信息服务。

1.通信网的组成

通信网是由用户终端设备、传输系统、交换系统组成的。终端设备主要将所需要传递的信息转换为电信号。传输系统主要是用来传输带有信息的信号，基本上可以分为用户传输系统和中继传输系统。交换系统是通信网的中枢，用以实现信号的交换。通信网的交换方式可分为三类:电路交换、报文交换和分组交换。电话网中采用的交换方式就是电路交换，而数据网和计算机网中则往往采用分组交换方式。

通信网中传递的信息包括了所有的数字媒体形式，所以通信网中开放的业务也都是在此基础上扩展的。通信网势必向数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化方向发展，其中宽带综合业务数字网、智能网、信息高速公路、个人通信和移动通信以及与之相关的光纤通信、卫星通信等的发展就是力证。众多的信息传递方式和网络在数字传播网络内将合为一体。

具有代表性的现代通信网络包括:公众电话交换网(PSTN)、分组交换远程网(Packet Switch)、以太网(Ethernet and Switch)、光纤分布式数据接口(FDDI)、综合业务数字网(ISDN)、宽带综合业务数字网(B-ISDN)、异步转移模式(ATM)、同步数字序列(SDH)、卫星通信、无线和移动通信网等。

2.通信网的相关技术

(1)差错控制技术

由于通信系统中始终有噪声存在，就会使有用消息传递出现差错。差错控制编码的基本思想就是在被传送的信息中附加一些监督码元，在收和发之间建立某种校验关系，当这种校验关系因传输错误而受到破坏时，可以被发现甚至纠正错误，这种检错与纠错能力是用信息量的冗余度来换取的。

差错控制方式基本上分为反馈纠错(ARQ)和前向纠错(FEC)两类。在这两类基础上又派生出混合纠错(HEC)。反馈纠错是发信端采用某种能发现一定程度传输差错的简单编码方法对所传信息进行编码，加入少量监督码元，接收端收到后若检测发现传输错误，则反馈给发送端，发送端予以重新传送一次，直至接收端认为已经正确后为止。常用的检错重发系统有三种，即停发等候重发、返回重发和选择重发。前向纠错是发信端采用某种在解码时能纠正一定程度传输差错的较复杂的编码方法，接收端译码后不仅可以发现错误码，且可以判断错误码的位置并予以自动纠正。此方式需要附加较多的冗余码元，影响数据传输效率，编译码设备比较复杂，但实时性较好。混合纠错是前向纠错方式和检错重发方式的结合;少量纠错在接收端自动纠正，差错较严重，超出自行纠正能力时，就向发信端发出询问信号，要求重发。混合纠错方式在实时性和译码复杂性方面是前向纠错和检错重发方式的折中。在实际应用中，这几种差错控制方式应根据具体情况合理选用。反馈纠错可用于双向数据通信，前向纠错则用于单向数字信号的传输，例如数字广播电视系统等。

(2)数字信号的时分复用

为了提高信道利用率，使多个信号沿同一信道传输而互相不干扰，称为多路复用。目前采用较多的是频分多路复用和时分多路复用。实现时分复用的技术有准同步数字系列和同步数字系列。

准同步数字系列(PDH)是采用PCM编码复接方式实现多路传输，多级复接形成各次群信号的速率系列。北美、日本等采用以PCM话音数字信号复接为一个基本群体(基群)，速率为1 554 Kbps的制式，称为T制;我国与欧洲采用PCM30/32路话音数字信号为基群，速率为2 048 Kbps的制式，称为E制。这三种复接体制互不兼容，国际互联时必须进行转换。PDH逐级地码速调整和比特间插使各高次群的帧结构不一致，等级速率间不规整，无倍乘关系，且无世界性统一规范和光接口标准，维护和网管功能差等缺点，已不适应通信网的发展需要。因此，同步数字系列已成为数字传输系统的主流。

同步数字系列(SDH)网主要特点是同步复用、标准光接口和强大的网管功能，克服了PDH系列存在的缺陷，具有很高的灵活性和可扩展性。SDH的基本传输信号是同步传送模块(STM)。STM-1为第一级同步传送模块，传送速率为155 520 Kbps; STM-N称为第N级同步传送模块，传送速率为N×155 520 Kbps，N被规范为4的整数次幂。SDH极大地提高了传输带宽，已经成为宽带综合业务数字网的基础传输网络。SDH是不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。

(3)多址接入技术

在无线通信环境的电波覆盖区内，如何建立用户之间的无线信道的连接，是多址接入方式问题。常用的多址接入技术可分为有冲突的随机接入和无冲突的多址接入。在无冲突多址接入中，当以传输信号的载波频率的不同划分来建立多址接入时，称为频分多址方式(FDMA);当以传输信号存在的时间不同划分来建立多址接入时，称为时分多址方式(TDMA);当以传输信号的码型不同划分来建立多址接入时，称为码分多址方式(CDMA)。FDMA实现起来相对简单，适合大量连续非突发性数据的接入，单纯采用FDMA作为多址接入方式已经很少见，以往的模拟通信系统一律采用的是FDMA。TDMA的优点是频谱利用率高，适合支持多个突发性或低速率数据用户的接入。CDMA与FDMA、TDMA的最大不同点在于它能统计复用无线资源，即所有CDMA用户动态共享频率、时间和功率资源，而仅依靠特征码来区分各用户。CDMA代表着当代多址接入技术的发展方向。(www.xing528.com)

(4)ATM技术与ATM网络

异步转移模式(ATM)宽带交换技术是电路交换和分组交换技术的结合，能最大限度地发挥电路交换与分组交换的优点。ATM采用与分组交换中分组包相类似的信元，但避开了分组包长度长且不固定的缺点，把信元定长为53个字节，以适应各种速率的业务，并以硬件进行协议处理和变换，由网络和终端共同分担协议处理功能，让网络基本上不承担繁杂的协议处理，而主要着眼于信息传递，实现快速交换。

ATM网络分为公用ATM网、专用ATM网和ATM接入网三部分。公用ATM网络属于电信公用网，可以连接各种专用ATM网和ATM用户终端，作为骨干网络使用。专用ATM网是指一个单位或部门范围内的ATM网，通常用于一幢大厦或校园范围内。接入ATM网也是宽带综合业务数字网中一个非常重要的部分，主要指在各种接入网中使用ATM技术传送ATM信元，如基于ATM的无源光纤网络(PON)、混合光纤同轴(HFC)、非对称数字环路(ADSL)以及利用ATM技术的无线接入技术等。

3.光纤通信网与接入网技术

(1)光纤通信技术

光纤通信系统主要由电端机、光端机和光中继(或电中继)组成。电端机对用户的各种业务信号进行复用/去复用处理，并发送/接收高速数字电信号;光端机把电端机的信号变换成适合光纤传输的和能携带定时的线路码，并进行电/光和光/电变换等。光中继器通常采用掺铒光纤放大器以补偿光纤线路的损耗，也可以采用背靠背的光收、发信端机，并在其间配置数字信号再生单元组成的再生器代替光中继器，并简称为电中继。

同步数字系列(SDH)光纤系统是传输网的主流技术。SDH光缆线路系统是在光缆上以SDH规范的速率实现数字线路段的手段，它由线路终端、光缆线路段和再生器(如果需要)组成。SDH的速率系列为155 M、622 M、2.5 G、10 G和40 G等等。SDH传输速率高，容量大，必须充分重视生存性问题。解决这个问题的办法是对设备重要单元，光纤线路采用1+1或1∶n备份保护和对网络路由进行保护倒换。自愈(self-healing)是生存性网络最突出的要求。所谓自愈，是指网络对于某些局部失效具有无需人为干预就能自动倒换到替代路由，重新配置业务，保持通信的能力。

全光网络(OTN)是光纤通信网络的发展方向。在光交换方面，在全光网络的初期，可采用基于电路交换为基础的光交换，再向光标记交换发展，提高光数据包的转发速度，以解决光器件响应速度低的困难。在光传输方面，光时分复用(OTDM)技术的研究与发展可实现更大容量的光传输。

(2)接入网技术

通信需求已从话音向多媒体和宽带数据迅速转移，通信网到用户的“最后一公里”成了全网数字化和宽带化的瓶颈，突破这一瓶颈的解决方案是采用新的接入技术。接入网主要分为有线和无线接入两类，有线接入又有铜缆接入、混合接入、光缆接入等多种方式。

铜缆接入是利用已有的铜缆用户线实现较高速率的业务接入主要有高速数字用户环路(HSDL)技术和非对称数字用户环路(ADSL)技术。这些接入技术的带宽是有限的，其中，ADSL应用比较广泛。

光纤接入是指从光接入节点至业务提供点全部采用光纤传输系统，主要有灵活接入系统(FAS)、无源光网络(PON)、SDH接入系统等。就光接入节点的位置来分，又有光纤到户(FTTH)、光纤到路边(FTTC)、光纤到小区(FTTZ)、光纤到大楼(FTTB)、光纤到办公室(FTTO)等多种类型。SDH接入系统能提供极宽的带宽，而且与中继传输网和骨干传输网能密切配合，特别适合于大集团用户的专线接入。其他几种光纤接入的带宽虽然比SDH窄些，但组网灵活，易扩大覆盖面，适合多种用户和带宽要求多样化的小区接入等。

混合接入是一种利用光纤到路边或大楼，以同轴线或ADSL接入用户的接入方式，即混合光纤/同轴网(HFC)或混合光纤/非对称数字用户线(ADSL)方式。

无线接入是在接入网的某一部分或全部引入无线传输媒介，向用户提供固定和移动终端业务的接入方式，有固定无线接入和移动无线接入两种。

接入网将沿光纤化、SDH化、分组化、宽带化、广覆盖、增加业务透明性的方向发展。