1.5　初识传送网

1.5.1　传送网是干啥的

不管通信逻辑层面多么复杂，最终还是要落到最底层——物理层，就像人与人之间要沟通，不管要谈的事情有多么高层次，最终肯定要明确几点钟去哪里谈、怎么去、谈什么，这些都是最终不得不面临的最基本的问题。

GSM网中Abis和A接口都使用E1接口，可是电缆的传输距离一般就在100米左右，那么我们必须得考虑一个问题：我们知道基站分布在城市、道路、乡村的每一个有人类足迹的角落，而BSC和MSC位于中心局，这BTS和BSC之间相距几公里至几百公里的Abis接口如何连接呢？同样，对于A接口，如果小一点的本地网可能就是一个核心节点，BSC和MSC都放在一起还好办，如果中心局是两个以上，BSC和MSC可能又不在同一局址，A接口又如何连接呢？这几公里至几百公里的距离，用电缆直接连接显然是不可能的，只能通过其他的方式去实现。

这里插一句，中心局（核心节点、核心机房）就是安装在整个本地通信网的所有网络的最高层的设备，是容纳各种核心设备的机房，也就是本地网的最高指挥中心，就像一个司令部，里面驻扎着所有部队的司令员，一般它就在电信运营商分公司的办公大楼中。

接着说，当业务网的接口距离较远的时候到底如何实现呢？千呼万唤始出来，终于等到了我们的主角——传送网闪亮登场，此处应该有掌声。

BTS要去找距离很远的BSC，距离已经超出了步行可以到达的半径（电缆有效传输距离），那就必须得搭车，不管是乘坐什么交通工具，都要交给传送网去解决，这是传送网的范畴。

传送网是什么？这个问题并没有标准答案，不同的人会有不同的解读，但作为一个刚刚进入这个领域的人，脑子里需要有个相对靠谱的理解。如果把信息比作货物，传送网就是一张物流网，物流网承载的是各个企业、个人之间包裹的往来，传送网承载的是各个业务网内部和它们之间的信息交互，我们可以理解传送网就是一张比特（信息）物流网。物流网在各个公司业务往来中扮演着最底层的角色，只是负责货物的运输，而对于业务本身并不关心，运输的货物是什么也都毫不知情，传送网也是整个通信网的最底层，负责所有异地信息的传送，而对于传送的信息本身不闻不问。

这里姑且给传送网下一个非官方的定义，在笔者看来，传送网就是远距离传送信息的可靠的网络。

固话、移动、宽带、数据、软交换、大客户等都是靠传送网实现网元间的信息交互的，也就是说，我们之所以可以远距离地打电话、发短信、上网聊天、看IP电视等，都是基于这张庞大而又复杂的传送网。传送网将遍布全球的业务层面的孤岛连成了固定电话网、移动通信网、宽带互联网，套用一句熟悉的广告词来描述这一现象：我们不生产信息，我们只是通信系统的信息搬运工。

图1-28　不同的视角看传送网

很多人玩过网络游戏，传送网就像游戏里面的传送门或者瞬移卷轴，想要去哪里一下就过去了。对于业务网来说，这个过程像过一扇传送门一样简单，可是对于传送网自身，信息不是说传就传过去了，还是有一些技术含量在里面的，如图1-28所示。这是一个多层次、多种技术并存的复杂的网络，下面一点一点地讲解。

为什么说远距离呢，你要给你办公室的同事或者邻居一个东西，就没必要叫快递公司。同样，信息的传递也不是处处都需要传送网，一般机房内的各种设备互联就可以直接对接，有的设备配置单模光模块也可以传十几甚至几十公里，但是几百公里甚至几千公里呢？业务网鞭长莫及的，就要交给传送网了。说白了一句话，通信网内不管是谁，只要你传不过去了，交给传送网，我们自有办法。

另一方面就是容量，业务侧通过光纤直连在一定距离内固然可以实现，但是这么多业务都光纤直连，势必要消耗大量的光缆纤芯，付出的建设成本会很高。这就好比大家都不通过快递公司，而是自己开车、坐火车或飞机去送货，十几块钱不一定能搞定。而传送网可以达到一对纤芯承载8T甚至更高的业务，传送效率越高就意味着单比特的传送成本越低，正所谓“因为专注，所以专业”。

再者就是可靠，你把货物交给快递肯定不希望弄丢了，传送网也必须要保证信息传递的可靠性和准确性，需要提供各种故障检测、保护倒换作为可靠性的保障。

其实传送网各种技术发展了几十年至今，无非就是这几个关键点：大容量、长距离和高可靠。

1.5.2　千呼万唤始出来

GSM移动网通过E1接口，将语音业务信号交给了传送网，接下来传送网就要行使它的职责——传送。怎么传呢？既然说了用电缆传电信号行不通，就只能用光传了，光信号传播速度快、损耗小、带宽大、抗干扰性好，乃是我大传送网的定海神针，优势极为明显，这在现在看来是一个水到渠成的逻辑。

从20世纪30年代有人提出光纤通信的设想，到现在光纤通信技术已经非常成熟，光纤通信成为目前全世界使用的绝对主流的传送网技术。激光技术和原子能、半导体、电子计算机并称人类现代的四大发明，而光纤通信是激光技术的一个重要的应用，我们也站在巨人的肩膀上风光了一回。

然而这期间不停地尝试、研究、改进直至大规模应用，这个道路并不是一帆风顺的，一路走来伴随的是数不清的坎坷。

从光通信的设想开始，人类从未放弃过对理想光传输介质的寻找，功夫不负有心人，人们终于发现了透明度很高的石英玻璃丝，这种玻璃丝叫作光学纤维，简称“光纤”。1953年，荷兰人范赫尔把一种折射率为1.47的塑料涂在玻璃纤维上，形成折射率较低的套层，得到了单根光学纤维，这就是光纤的雏形。光纤利用的是全反射原理，这个我们物理课都学过，当外层折射率低于内层时，满足一定入射角度范围的入射光就会在内外层交界处发生全反射，光信号就这样不停地在光纤内碰壁、反弹，直到对端接收。但由于当时制造工艺太差，损耗过高，光纤只能是一种实验室的研究成果，无法大规模应用。

1960年7月8日，美国科学家梅曼发明了世界上第一台激光器——红宝石激光器，从此人们便可获得频率稳定的光源，从而解决了光源的问题，但这种激光器无法在常温下连续工作。1961年9月，中国科学院长春光学精密机械研究所成功研制了中国第一台红宝石激光器。

可是当时，最好的玻璃纤维的衰减损耗仍在1000dB/km以上，这是什么概念？就是经过1千米的光纤传输，信号的强度就是只剩下1/10100。这种损耗是毁灭性的，就更别说用于通信了。因此，当时有很多科学家和发明家认为用玻璃纤维通信希望渺茫，失去了信心，放弃了对光纤通信的研究。

就在这种情况下，出生于上海的英藉华人高锟（K.C.Kao）博士在大量研究的基础上，在1966年7月就光纤传输的前景发表了具有重大历史意义的论文，他认为光沿着光纤的长距离传输一定可以实现，分析了玻璃纤维损耗大的主要原因，并大胆地预言，只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从1000dB/km降低到20dB/km，从而有可能用于通信，这篇论文使许多科学家受到鼓舞，加强了为实现低损耗光纤而努力的信心。概括地说，高锟认为，光纤通信不是梦，说到底就是个光纤制造工艺的问题，所以同志们仍需努力，不要懈怠！

1970年，美国康宁玻璃公司的3名科研人员——马瑞尔、卡普隆、凯克成功地制成了传输损耗只有20dB/km的光纤。这是什么概念呢？这就意味着光纤的透明程度已经比普通玻璃高出了几百倍！康宁公司我们都很熟悉，我们现在很多的智能手机屏幕都是使用他们的大猩猩玻璃制成的，但这远远比不上他们20世纪制造低损光纤的成就。在当时，制成损耗如此之低的光纤是震惊世界的壮举，是一个划时代的伟大成就，这标志着光纤通信终于可以走出实验室，人们也可以憧憬有一天光纤能够进入我们寻常百姓家。

从此光纤通信引起了很多业内研究人员的重视，他们竞相进行研究和实验，光纤通信也接连取得了很多突破性的进展。1974年，美国贝尔研究所发明了低损耗光纤制作法，使光纤损耗降低到1dB/km；1977年，贝尔研究所和日本电报电话公司几乎同时成功研制寿命达100万小时的半导体激光器，从而有了真正实用的激光器；同年，世界上第一个光纤通信系统在美国投入商用。

进入实用阶段以后，光纤通信的应用进入飞速发展阶段，从多模光纤到单模光纤，光纤损耗从1dB/km到0.2dB/km以内，传输波长从850nm波段到1310nm、1550nm波段，单波长传输速率从8Mbit/s到10Gbit/s、40Gbit/s、100Gbit/s，技术的演进从PDH到SDH、DWDM、分组传送网，这些成就无一不蕴含着人类辛勤的汗水和无上的智慧。

1.5.3　“收发快递”和“运送快递”

再来简单总结一下前面的内容，业务网通过E1接口接入到传送网，委托我们去传送到远距离的另一个站点，站点间的传送要通过光接口去实现。

我们换一种说法，传送网通过支路接口接入了E1业务，再通过线路侧的光接口传送过去，这里的支路接口和线路接口业内人会经常听到，出现频率很高，这一节我们就来说说这两个概念。

业务侧和传送网对接的接口，我们称之为支路侧接口，而将信息传到远方站点的这个光接口，我们称之为线路侧接口（也叫群路侧接口），传送网的接口按照用途就分为这么两类接口，线路侧把站点之间连接起来，才能将传输设备变成一个网络。我们将传送网比作一个物流公司，那么支路接口就对应将包裹从发件人手中接收和将包裹交给收件人这两部分，而线路侧接口就是包裹在途中运输的过程，如图1-29所示。

图1-29　线路接口和支路接口

线路接口和支路接口是指接口的用途定位，而不是具体指哪种物理接口，比如同样是GE光接口，如果用于组成GE环或者GE链它就是线路接口；也可以用于接入一个LTE站点的业务，那它就是支路接口。线路还是支路与速率没有直接的关系，比如100Gbit/s速率已经是现在单波速率最高的接口，但对于波分来讲100Gbit/s也有可能是支路口。

但有一点是一定的，线路接口一定是光接口，因为只有光才能传到远处，电接口一定是支路接口。支路接口则可能是光或者电接口，为什么会用光接口呢？有时候一些大件货物我们也需要去物流园自提，这个距离虽然稍稍有些远，但我们也得开车去取；同样，有时传送网设备和业务侧设备距离也会有点远，电缆搞不定需要光口也是正常的。支路接口用电接口的比较多，因为光接口的价格要比电接口高，所以一般情况下如果能用电接口就不用光接口。前面介绍的E1是传送网的主要支路接口之一，其他的支路接口后面我们会接触到。

如果支路侧是E1电接口，而线路侧是某种光接口，我们就需要一个能够将电信号转换为光信号的器件，这就是光模块。现在万事俱备，我们在两个站点之间建设一条光缆，用光缆中的2芯（1芯收、1芯发）将两个站点的光模块连接起来，于是，一个最简单的传送网就这样建成了，如图1-30所示。

图1-30　最简单的传送网

对于传送网的模型，业务网发出了质疑：光模块我们可以买到，光缆我们也可以建设，那么这张传送网有什么意义呢？难道就为了单独划分出一个专业？

没错，如果这样去搞传送网，一个E1业务需要两个芯光缆，两个光模块，业务网也可以将接口全部换成光模块，达到一样的效果，那么我们的优势在哪儿呢？我们不妨再去向物流网取取经，去看一下物流网是怎么做的。

1.5.4　资源要共享——复用

快递公司也是用飞机、火车、汽车等交通工具去运输，这些交通工具我们自己也可以使用，物流网的优势在哪儿呢？成本！一单快递收费只有十块钱左右，而我们自己去送，暂且不考虑时间因素，花费肯定比这个多得多，而物流公司收这十块钱肯定也是赚钱的。

道理很简单，关键就在于物流公司不可能每收一个货物就直接往目的地运输，一个车只送一个包裹，那样和我们自己开车去送没什么区别，物流网就失去了它的意义；快递公司一定会把货物集中到一起，按照目的地分别装到大的货车中去传送，成千上万个包裹被打包到一个车中运输，人家是走量的，这样高昂的运费分摊到每一个小包裹上就很少，成本就降下来了。

传送网也需要借鉴这个方法，在站点间建立一个可以传送多个支路业务信号的线路侧通道，比支路侧接口的带宽要大很多，我们就可以将很多路信号放到一个线路通道去传送，这个过程专业点讲叫作“复用”。复用就是若干路信号合并到一起传送的过程。

复用说通俗点其实就是共享，我们生活在同一片蓝天下，绝大多数的资源都是要共享的，我们走在同一条大街上，读同一所学校，去同一个公园、电影院、商场，呼吸着同一片空气。

复用的本质就是通信系统中多路业务对于同一个资源的共享，如果不复用大家都会去争抢这个资源，就会产生冲突。通信中的“时分复用”“空分复用”我们生活中也经常会碰到，我们很多人来到同一家饭店吃饭，你们坐1号桌我们坐2号桌，大家占用饭店中不同的地理位置，这就是空分复用；如果桌子坐满了，我们需要排队等号，上一桌走了我们可以在同一个桌上开始用餐，你们占用5点到7点，我们占用7点到9点，这就是时分复用，虽然桌子是同一个，但是占用的时间段不同。所以要么就得排座（空分复用），要么就得排号（时分复用）。

通信系统中的复用技术要稍微复杂一些，下面我们就来介绍一下通信系统中的几种复用方式：空分复用、时分复用、频分复用、码分复用。

我们打个比方，甲、乙、丙、丁4个人，甲和乙是一组要谈话，丙和丁是一组也要谈话，如果是在一个房间里他们互相之间会有影响，为了避免冲突，有以下几种办法可以解决。

1.空分复用

空分复用（SDM，Space Division Multiplexing）就是通过空间上的分离，让资源可以被共享。我们让4个人分到两个房间里去对话，空间分离了，自然干扰就消除了，你走你的阳关道，我过我的独木桥，如图1-31所示。现实中，我们去看电影、吃饭、坐车都要按号就坐，游泳池、健身房虽然没有号，但也要自己找地方不能跟人家抢，这些都是空分复用的例子。

对于移动通信，我们知道每个电信运营商的无线频谱资源是很宝贵的，频谱被划分为有限的一些频点，能够接入的用户数是很有限的，但是通过频率的合理规划，让频率可以在相隔一定距离以后重复使用，而不会出现同频干扰，这也是空分复用；对于传送网来说，不同的系统使用同一条光缆中的不同纤芯，也属于空分复用。

图1-31　空分复用

2.时分复用

时分复用（TDM，Tim e Division Multiplexing）就是通过对时间的分配，使资源可以共享。我们让两组轮流谈话，甲、乙说完了，丙、丁再说，这样两组虽然在同一房间里，但是时间上不会重叠，就像把时间切成一片片的分给大家使用，所以也不会互相干扰，如图1-32所示。生活中我们看电影要选场次，看医生、见客户要预约时间，这些都是时分复用的例子。

图1-32　时分复用

但是如果每组本来完成对话需要10s，现在要求我们必须在相同的时间内结束，这样两组人就得加快谈话的速度，就需要缩短为每组只有5s的时间，如果是4组人，那每组只有2.5s了。还记得讲E1的时候语音接口从64kbit/s到2Mbit/s吗？这就是通过时分复用实现的，接口的速率提高了32倍，64k接口发送一个比特的时间是1/64000s，而E1接口发送一个比特的时间是1/2048000s。

GSM移动网通过时分复用，将一个频点分为0～7共8个时隙，将时隙0用来管理，1～7号时隙就可以同时带7个用户，这样就提高了无线频率资源的使用效率。

传送网的速率升级就是提高时分复用的等级，等级越高就需要说话的速度越快，比如给你10s你可以读一个广告，但有些主持人可以读两三个，这就是时分复用的厉害。可是对于通信网来说，这样的速度还是远远不够的。从2Mbit/s到8Mbit/s，每个比特信号占有的时间窗口缩短到原来的1/4，也就是接口发射比特的速率要提高4倍，而从2Mbit/s到100Gbit/s呢？足足有5万倍，还能不能更高谁也说不好，因为人类在各种技术上总能不断地突破极限。

3.频分复用

频分复用（FDM，Frequency Division Multiplexing）就是通过对频率的分配，使资源可以共享。我们让两组分两个声部去谈话，就像女高音和男低音一同演唱那样，两组各自锁定收听各自的声部，由于声音之间差别较大易于分辨，也能达到消除干扰的效果，如图1-33所示。蝙蝠能够发出和收到超声波，而我们人类不能，所以蝙蝠之间交流对于我们人类的交流就没有影响。频分复用在生活中最典型的就是收音机，不同调频（FM）的节目都在空气中传播，我们通过调整收音机接收的频率去切换频道，只要频道之间的频率保持一定的间隔，就不会收到其他频道的节目。

GSM移动网的一个频点（载频）通过时分复用可以接入7个用户，这是远远不够的，所以在一个基站就必须要使用多个频率，多个频率之间是互不干涉的。我们传送网的波分复用的原理就是将信号调制成不同的波长在一根光纤中传送，物理课我们都学过波长和频率是成反比的，波长不同频率不同，这实际上也是光纤内的频分复用，但是我们称之为波分复用。

4.码分复用

码分复用（CDM，Code Division Multiplexing）在生活中例子比较少了，大家都有这样的经验，我们在聊天的时候，如果旁边有其他人说汉语，我们一定会觉得受打扰，但是如果旁边的人在说英语，而我们又不懂英语的话，旁边人说话对我们的干扰一定小很多，充其量是背景噪音，如图1-34所示。

图1-33　频分复用

图1-34　码分复用

码分复用就是利用这个原理，让两组人分别用汉语和法语说话，相同时间相同的频率，但是我说的什么你听不懂，这也是一种隔离。码分复用是利用正交码去对收到的信息进行计算，如果是其他的信源发出的信号我们也可以接收，只是接收之后通过正交码计算，得到的全是一片空白，跟没听见一样，只有和正交码匹配的信息，我们才能还原出来。

我们可以利用时分复用将第1.5.3节的传送网改造一下，在两个站点之间建立一个8Mbit/s的线路侧通道，可以容纳4个E1。也就是说，我们可以用一对光纤传送4路E1业务，光纤的利用率提高了，如图1-35所示。

图1-35　时分复用的传送网

这个简易的传送网模型就是PDH的二次群系统了，那么接下来还有很多需要解决的问题。线路侧可以采用哪些速率接口，支路侧接信号如何复用到线路接口中传送，等等。解决这些问题的方法需要一个完整的技术体系，比如我们第2章要说的PDH和SDH。