现代通信技术基础

null现代通信技术基础现代通信技术基础《电信概要》课程内容简介课程内容简介第一章 通信网络概述 第二章 接入网技术 第三章 交换技术 第四章 传输技术 第五章 支撑网 第六章 网际互连 第七章 通信新技术课程特点课程特点 知识面广、知识点多 内容难度较低，以了解为主课程要求课程要求 掌握通信基本概念及知识点 了解接入网、交换网、支撑网、传输网的基本网络结构及工作情况 建立全程全网的概念课程学习方法与目标课程学习方法与目标自学、上网查找 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 开阔眼界 扎实基础 把握原理 提升素质课程评价方法课程评价方法 平时作业——20％ 期中测试——20% 期末考试——60％第一章 通信网络概述第一章 通信网络概述1.1 通信发展概述 1.2 通信基本概念 1.3 全程全网概念 1.4 固定电话通信过程 1.5 移动电话通话过程 1.6 数据通信过程第一章 通信网络概述第一章 通信网络概述本章内容 1. 通信的发展历史 2. 目前的通信技术 3. 基本的通信技术概念 4. 通信系统中全程全网的概念和组成 5. 固定电话、移动电话、数据通信中通信 的过程1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 自从人类存在开始，通信就已经存在，通信的目的一直 没有发生过改变，变化的只是通信的方式。 一. 通信的概念 所谓通信是指通过某种媒质进行的信息传递。 什么是信息？对于信息的定义非常多，在中国国家标 准GB4894-85中关于信息的定义是：信息是物质存在的 一种方式、形态或运动状态，也是事物的一种普遍属性， 一般指数据、消息中所包含的意义， 可以使消息中所描述 事件的不定性减少。1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 什么是媒质？媒质即“介质”，当一种物质存在于另一种 物质内部时，后者就是前者的介质。在通信中所指的媒质 是能传输信息的渠道。如有线介质、无线介质。其中铜介 质、光纤介质等属于有线介质，而空气则属于无线介质。 1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述二. 通信发展历史 人类的通信从远古时代就已经开始。人与人之间的语 言、肢体交流就是最早出现的通信。 通信的发展历史则可以分为古代通信和近现代通信。 在中国古代，飞鸽传书，烽火传信，利用驿站的邮驿 系统等都是属于常见的通信方式。1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 信鸽 玉门关烽火台遗址 1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 苏州横塘千年古驿站 驿使壁画 1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 国外古代常见的通信方式包括灯塔、通信塔、旗语等。 【灯塔】 灯塔起源于古埃及的信号烽火。世界上最早的灯塔建 于公元前7世纪，位于达尼尔海峡的巴巴角上。公元前280 年，古埃及人在埃及亚历山大城对面的法罗斯岛上修筑灯 塔，高达85米，日夜燃烧木材，以火焰和烟柱作为助航的 标志。法罗斯灯塔被誉为古代世界七大奇观之一。 1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 【通信塔】 18世纪，法国工程师克劳德.查佩成功地研制出一个加 快信息传递速度的实用通信系统。该系统由建立在巴黎和 里尔230千米间的若干个通信塔组成。在这些塔顶上竖起 一根木柱，木柱上安装一根水平横杆，人们可以使木杆转 动，并能在绳索的操作下摆动形成各种角度。在水平横杆 的两端安有两个垂直臂，也可以转动。这样，每个塔通过 木杆可以构成192种不同的构形，附近的塔用望远镜就可 以看到表示192种含义的信息。这样依次传下去，在230 千米的距离内仅用2分钟便可完成一次信息传递。1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 【旗语】 1777年，英国的美洲舰队司令豪上将印了一本信号手 册，成为第一个编写信号书的人。后来海军上将波帕姆爵 士用一些旗子作"速记"字母，创立了一套完整的旗语字母。 1817年，英国海军马利埃特上校编出第一本国际承认 的信号码。舫海信号旗共有40面，包括26面字母旗，10 面数字旗，3面代用旗和1面回答旗。旗的形状各异：有燕 尾形、长方形、梯形、三角形等。旗的颜色和图案也各不 相同。1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述法罗斯灯塔复原图 旗语1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 近现代的通信发展历史，大致可以分为两个阶段。第 一阶段是电通信阶段，第二阶段是电子信息通信阶段。 第一阶段的通信技术包括1876年贝尔发明电话机， 1937年莫尔斯发明电报机，并设计莫尔斯电报码。1895 年，马可尼和波波夫发明无线电设备，从而开创了无线电 通信发展的道路。1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 电话 电报1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 第二阶段是电子信息通信阶段。主要的通信技术有移动通信技术， 程控交换技术，传输技术，数据通信与数据网技术，接入网与接入技 术。 【移动通信发展历史】 1928 年，美国普渡大学学生发明了工作于2MHz 的超外差式无线 电接收机，并很快在底特律的警察局投入使用，这是世界上第一种可 以有效工作的移动通信系统。 上世纪40年代中期至60年代初期。公用移动通信业务开始问世。 1946年，根据美国联邦通信委员会(FCC)的计划，贝尔系统在圣路易 斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网，称为“城市系统”。 PS：联邦通讯委员会（FCC）负责授权和管理除联邦政府使用之外的 射频传输装置和设备。1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 1978年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统 (AMPS)，建成了蜂窝状移动通信网，20 世纪80 年代中 期，欧洲和日本也纷纷建立了自己的蜂窝移动通信网络， 主要包括英国的ETACS 系统、北欧的NMT-450 系统、日 本的NTT/JTACS/NTACS 系统等。这些系统被称为第一 代蜂窝移动通信系统或1G 系统。 1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 1992 年，欧洲开始铺设全球第一个数字蜂窝移动通信 网络——GSM（Global System Mobile），由于其优良 的性能，GSM 在全球范围内迅速扩张，GSM 用户数一度 超过全球蜂窝系统用户总数的70%。此后，美国的 DAMPS 和日本的JDC 等2G 系统也相继投入使用。1993 年，美国推出了IS-95 CDMA系统。 1995年ITU 将第三代移动通信系统或3G 系统命名为 国际移动电信2000（IMT-2000）。具体3G技术包括 WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三种系统，2008年 中国正式颁发3G运营牌照。1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 【程控交换技术发展历史】 1878年就出现了人工交换机，它是借助话务员进行话务接续。 1893年步进制的交换机问世，它标志着交换技术从人工时代迈 入机电交换时代。这种交换机属于“直接控制”方式，即用户可以通 过话机拨号脉冲直接控制步进接续器做升降和旋转动作。从而自动 完成用户间的接续。 1938年纵横制(cross bar)交换机被发明，相对于步进制交换 机，提高了可靠性和接续速度；提高了灵活性和控制效率,加快了 速度。由于纵横制交换机具有一系列优点,因而它在电话交换发展 上占有重要的地位,得到了广泛的应用。1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 人工交换机 步进制交换机 纵横制交换机1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 美国贝尔公司于1965年生产了世界上第一台商用存储 程序控制的电子交换机(No.1 ESS),这一成果标志着电话 交换机从机电时代跃入电子时代。 法国于1970年在拉尼翁(Lanion)开通了世界上第一个 程控数字交换系统E10，它标志着交换技术从传统的模拟 交换进入数字交换时代。 1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 【光纤通信发展历史】 1880年，贝尔发明了一种利用光波作载波传递话音信息的“光 电话”，它证明了利用光波作载波传递信息的可能性，是光通信历 史上的第一步。 1960年，美国科学家梅曼(Meiman)发明了第一个红宝石激光 器。激光(LASER)与 普通光相比，谱线很窄，方向性极好，是一 种频率和相位都一致的相干光，特性与无线电波相似，是一种理想 的光载波。因此，激光器的出现使光波通信进入了一个崭新的阶段。 1966年,英籍华人高锟K.C.Kao博士首次利用无线电波导通信 原理,提出了低损耗的光导纤维(简称光纤)概念。 1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 1970年,美国康宁公司首次研制成功损耗为 20db/公里(光波沿光纤传输１公里后, 光损耗为原有的1%)的石英光纤，它是一种理想的传输介质。 同年，贝尔实验室研制成功室温下连续振荡的半导体激光器(LD)。从此，开始了光 纤通信迅速发展的时代，因此人们把1970年称为光纤通信的元年。 1974年,贝尔实验室发明了制造低损耗光纤的方法,光纤损耗下降到1db/公里。 1976年，日本电报电话公司（NTT）研制出更低损耗光纤，损耗下降到 0.5db/公里 。 1979年，日本电报电话公司研制出 0.2db/公里的极低损耗石英光纤(1.5微米). 1984年，实现了中继距离50公里,速率为1.7Gbit/s的实用化光纤传输系统. 90年代以来，第四代光纤通信系统已经实现了在 2.5Gb/s速率上传输 4500 公里 和 10Gb/s的速率上传输1500公里。 NTT：日本电信电话株式会社，为日本最大的电信服务公司。1.1 通信发展概述1.1 通信发展概述 光电话 红宝石激光器 光纤1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念一. 信号类型 通信是通过某种媒质进行信息传递。 “信号”是信息的 表现形式，“信息”则是信号的具体内容。通信的实质是信 号通过某种媒质进行传递。 信号分为模拟信号与数字信号两类。 1．模拟信号 模拟信号是指幅值连续、时间上也是连续的信号。其 特点是幅度连续 （连续的含义是在某一取值范围内可以取 无限多个数值）。如常见的正弦波信号。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念2. 数字信号 数字信号是指幅值和时间两个方面都离散的信号。其 特点是幅值离散（离散的含义是在某一取值范围内可以取 有限多个数值）。如常见的脉冲信号 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念二. 脉冲编码调制（PCM） 目前在我们的实际生活中，数字信号的使用频率要大大多余模拟信 号的使用。因为数字信号在性能方面优于模拟信号，但是很多原始信 号产生时是模拟信号，所以需要将模拟信号转换成数字信号。最常见 的模数信号转换方法就是脉冲编码调制技术（PCM）。 PCM一共三个步骤：抽样、量化、编码。 1. 抽样 所谓抽样就是每隔一定的时间间隔Ｔ抽取模拟信号的一个瞬时幅度 值（样值）。抽样是由抽样门来完成的，在抽样脉冲ST(t)的控制下， 抽样门闭合或断开，抽样频率fs不是越高越好，fs太高时，将会降低信 道的利用率 。目前最常见的抽样频率是每秒8000次。抽取的样值为 8000个抽样值/S 。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念2. 量化 量化的意思是将时间域上幅度连续的样值序列变换为时间域上幅度 离散的样值序列信号(即量化值）。量化分为均匀量化和非均匀量化两 种。目前非均匀量化中的直接非均匀编解码法使用较多。量化级别共 256个。 3. 编码 这里的编码指的是根据A律13折线非均匀量化间隔的划分直接对样 值编码，称为非均匀编码，接收端再进行非均匀解码，即直接非均匀 编解码法。每个量化级别可编码为8个二进制数字信号，即8bit。 一路模拟信号在经过抽样、量化、编码以后所形成的PCM数字信号＝8000个抽样值/S×8bit/每个抽样值＝ 64K bit/S1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念多路复用技术 多路复用技术是通信系统常用的技术，通常在有线通 信中使用。 1. 概念 为了提高信道利用率，使多路信号沿同一信道传输而 互不干扰，称多路复用。 最常用的多路复用技术是频分多路复用和时分多路复 用，另外还有统计时分多路复用和波分多路复用技术。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念2. 频分多路复用（FDM） 定义：FDM是把线路的通频带资源分成多个子频带，分别分配 给用户形成数据传输子通路，每个用户终端的数据通过专门分 配给它的子通路传输，当该用户没有数据传输时，别的用户不 能使用，此通路保持空闲状态 FDM主要适用于传输模拟信号的频分制信道，主要用于电话、 电报和电缆电视（CATV）。在数据通信中，需和调制解调技术 结合使用。 优点：多个用户共享一条传输线路资源。 缺点：给每个用户预分配好子频带，各用户独占子频带，使 得线路的传输能力不能充分利用。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念3. 时分复用（TDM） 定义：TDM采用固定时隙分配方式，即一条物理信道按时间分成若干 个时间片，轮流地分配给多个信号使用，使得它们在时间上不重叠。 每一时间片由复用的一个信号占有，利用每个信号在时间上的交叉， 在一条物理信道上传输多个数字信号。 通过时分多路复用技术，多路低速数字信号可复用到一条高速数据 速率的信道。 PCM30/32路系统就是TDM的一个典型例子。 优点：多路低速数字信号可共享一条传输线路资源。 缺点：时隙是预先分配的，且是固定的，每个用户独占时隙，时隙 的利用率较低，线路的传输能力不能充分利用。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念4. 统计时分多路复用（STDM） 定义： STDM根据用户实际需要动态地分配线路资源，因此也 叫动态时分多路复用或异步时分多路复用。也就是当某一路用 户有数据要传输时才给它分配资源，若用户暂停发送数据时， 就不给其分配线路资源，线路的传输能力可用于为其他用户传 输更多的数据，从而提高了线路利用率。这种根据用户的实际 需要分配线路资源的方法称为统计时分多路复用。 优点：线路传输的利用率高。 这种方式特别适合于计算机通信中突发性或断续性的数据传输。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念TDM与STDM复用原理的基本差别示意图1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念5. 波分复用（WDM） 定义：WDM是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的一项技术。其 基本原理是在发送端将不同波长的信号组合起来（复用），送入到光 缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号 分开（解复用），恢复出原信号后送入不同的终端。 分类：WDM系统按工作波长的波段不同可以分为两类：一类是在整个 长波长波段内信道间隔较大的复用，称为粗波分复用（CWDM）；另 一类是在1 550nm波段的密集波分复用（DWDM）。 构成形式：WDM系统基本构成主要有两种形式：即双纤单向传输和单纤双向传输。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念单纤双向传输示意图1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念WDM技术的主要特点如下： （1）充分利用了光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍。 （2）各波长相互独立，可传输特性不同的信号，完成各种业务信号的综合和分离，实现多媒体信号的混合传输。 （3）WDM技术使N个波长复用起来在单根光纤中传输，并且可以实现单根光纤的双向传输，以节省大量的线路投资。 （4）WDM技术可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时又可实现大容量传输。 （5）充分利用成熟的TDM技术，且对光纤色散无过高要求。 （6）WDM的信道对数据格式是透明的，是理想的扩容手段。 （7）可实现组网的灵活性、经济性和可靠性，并可组成全光网1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念PCM30/32路系统 实际PCM的使用中，往往将PCM技术与TDM技术混和 使用，这样可以在一条信道中混和传输多路PCM信号而相 互不干扰，从而提高了传输效率。 CCITT建议以两种PCM 系统为基础，一种是PCM30/32系统，可供传输30个话 路，传输速率是2.048Mbit/s，欧洲和我国都采用该系统。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念 在具体介绍PCM 30/32路系统前先了解几个基本概念： 1.时隙：很小的时间片断，在PCM 30/32路系统中每个时隙长度为3.9 微秒，每个时隙中可以传输8个bit。 2. 帧：由若干个时隙所组成的结构，在PCM 30/32路系统中每个帧的 时间长度是125微秒，每帧中由32个时 隙。 3. 抽样频率：在PCM中每秒抽样次数。在PCM 30/32路系统中抽样频 率为8000次/S，每次抽样间隔为125微秒。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念PCM 30/32路系统工作图 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念 图1－22 是PCM30／32路系统（称为基群，也叫一次群）的帧结 构图。 话音信号根据原CCITT建议采用8kHz抽样，抽样周期为125μs， 所以一帧的时间（即帧周期）T＝125μs。每一帧由32个路时隙组成 （每个时隙对应一个样值，一个样值编8位码）， 其中：① 30个话路时隙(TS1～TS15，TS17～TS31)，② 帧同 步时隙(TS0)，③ 信令与复帧同步时隙(TS16)。 PCM 30/32系统的传输速率＝ 8bit/时隙× 32时隙/帧× 8000帧/S＝2.048 Mbit/S 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念图1－22 PCM30／32路帧结构1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念五. 数字复接技术 1. 概念 数字复接就是指将两个或多个低速数字流合并成一个高速率 数字流的过程、方法或技术。它是提高线路利用率的一种有效 方法， 也是实现现代数字通信网的基础 比如对30路电话进行PCM复用（采用8位编码）后， 通信 系统的信息传输速率为8000×8×32＝2.048 Mb/s， 即 形成速率2048 kb/s的数字流（比特流）。 现在要对 120 路 电话进行时分复用， 即把4个这样的2048 kb/s的数字流合成 为一个高速数字流， 就必须采用数字复接技术才能完成。 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念 国际上主要有两大系列的准同步数字体系，都经原 CCITT推荐，即PCM 24路系列和PCM 30／32路系列。北美和日本采用1.544Mbit／s作为第一级速率（即一 次群）的PCM 24路数字系列，但两家又略有不同 欧洲和中国则采用2.048Mbit／s作为第一级速率（即 一次群）的PCM30／32路数字系列。 为了扩大数字通信容量，将若干个一次群形成二次群及 以上的高次群，我们采用数字复接技术。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念数字复接的原理示意图 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念2. 数字复接分类 数字复接技术分为两类：按位复接和按字复接。 按位复接是每次复接各低次群（也称为支路） 的一位码形成高次群。 按字复接是每次复接各低次群（支路）的一个 码字形成高次群 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念 按位和按字复接示意图 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念复接系统构成 数字复接系统主要由数字复接器和数字分接器两部分组成。 数字复接器的功能是把四个支路（低次群）合成一个高次群。它是由定时、码速调 整（或变换）和复接等单元组成的。定时单元给设备提供统一的基准时钟（它备有内部 时钟，也可以由外部时钟推动）。码速调整（同步复接时是码速变换）单元的作用是把 各输入支路的数字信号的速率进行必要的调整（或变换），使它们获得同步。这里需要 指出的是四个支路分别有各自的码速调整（或变换）单元，即四个支路分别进行码速调 整（或变换）。复接单元将几个低次群合成高次群。 数字分接器的功能是把高次群分解成原来的低次群，它是由定时、同步、分接和恢 复等单元组成。分接器的定时单元是由接收信号序列中提取的时钟来推动的。借助于同 步单元的控制使得分接器的基准时钟与复接器的基准时钟保持正确的相位关系，即保持 同步。分接单元的作用是把合路的高次群分离成同步支路信号，然后通过恢复单元把它 们恢复成原来的低次群信号。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念数字复接系统构成 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念4. PCM高次群速率 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念六. 多址技术 多址技术是在无线通信中常用的技术，目的是区分用户信号。 1. 概念 发端：给用户信息赋予不同的特征，然后向空中发射，自然合路 收端：根据不同的特征，从空中提取自己的信号 多址技术适用于无线传输，可以提高频率利用率。多址技术根据特征的不同可以分为 FDMA（频率区分）、TDMA（时间区分）、CDMA（编码区分）、SDMA（空间方向区分）。不同类型可组合使用 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念2. FDMA 概念：以频率区分不同的用户信号 每个用户占用一个频道传输信息 区别于 FDD（频分双工） FDM（频分复用） 原理： 发端：每个用户的信息调制到不同载频上传输 收端：接收解调获取自己的信息 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念特点： 频率利用率低，系统容量有限 每个频道一对频率，只可送一路话音 信息连续传输。 FDMA不需要复杂的成帧、同步和突发脉冲序列的传输，MS设备相对简单。技术成熟，易实现，但系统中多个频率信号易相互干扰，且保密性差 BS的共用设备成本高且数量大 每个信道需要一套收发信机 越区切换时，只能在话音信道中传输数字指令，要抹掉一部分话音而传输突发脉冲序列 独立应用于模拟系统1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念3. TDMA 概念：以传输时间区分不同的用户信号 每个用户占用一个频道的不同时间段传输信息 区别于TDD（时分双工） TDM（时分复用） 原理： 发端：每个用户的信息调制到 一个载频上在规定的时间段传输 收端：在规定的时间段接收 解调获取自己的信息1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念特点 少量发射机可避免多发射机同时工作而产生互调干扰，抗干扰能力强，保密性好 不存在频率分配问题，对时隙的管理和分配简单而经济。对时隙动态分配，有利于提高容量，系统容量较FDMA大 空闲时隙可用来检测信号强度或控制信息，有利于加强网络的控制功能和保证MS的越区切换 需要严格定时与同步，以免信号重叠或混淆 因为信道时延不固定 可提高频谱利用率，减少BS工作频道数，从而降低BS造价，方便非话业务的传输 GSM中采用FDMA/TDMA方式1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念4. CDMA 概念：以不同编码特征区分不同的用户信号 每个用户、信息、基站用不同的编码调制 （地址调制） 原理： 发端：不同用户信息用不同的地址码调制后传输 收端：用与发送端相同的地址码 解调获取自己的信息 系统容量： CDMA>TDMA>FDMA1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念 概念：以不同空间方向性区分不同的用户信号 每个用户占用不同的空间波束 原理： 根据来波方向角估算确定定向发射方向 自适应阵列天线 一般不单独使用 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念七. 通信模型 具体通信系统中涉及大量具体设备，但所有通信系统可 以抽象为一个通信模型，其涵盖了所有痛惜系统的特征。 通信模型由信源、信宿、变换器、反变换器、信道组成 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念信源：发信息端，将各类消息转换成信号。 信宿：收信息端，将接收到的信号还原成消息。 信道：信息传输通路，不完全等同与传输介质。 变换器：将信源产生的信号变换成适合在信道传输的信号。 反变换器：完成信号的反变换，将信号还原成信宿能接收 的信号。 噪声：噪声不是通信模型中的一部分，但通信模型中传输 的信号会被噪声所干扰，从而产生误码。噪声分为 自然噪声和认为噪声。 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念八. 通信网络结构 1. 通信网的组成 通信网是由若干用户终端A，B，C，…，并通过传输 系统链接起来。用户终端之间通过一个或多个节点链接， 在节点处提供交换、处理网络管理等功能。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念 网络结构包括用户终端设备、传输线路、交换系统三个部分。 （1）用户终端设备 用户终端设备是通信网中的源点和终点，它除对应于信源和信宿 之外还包括了一部分变换和反变换装置。如：电话机、传真机、计算 机等。 （2）传输线路 传输线路是交换设备之间的通信路径，承载用户信息和网络控制 信息。 （3）交换系统 交换系统用于把点对点通信系统连接成通信网，完成网内选录功 能，从而实现网内任意用户之间都能相互交换信息。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念2. 通信网的结构 通信网络结构的拓扑图常见的有总线型、星型、环型、网状型、复 合型。 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念九. 传输介质 通信系统的中的传输介质是用来传递信号的某种介质。常见的传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输等。 1. 双绞线电缆(TP) 将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中，为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，也因此把它称为双绞线。 双绞线分为分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。 目前市面上出售的UTP分为3类，4类，5类和超5类、六类等。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念3类:传输速率支持10Mbps，外层保护胶皮较薄，皮上注有"cat3" 4类:网络中不常用 5类(超5类):传输速率支持100Mbps或10Mbps，外层保护胶皮较厚，皮上注有"cat5" 超5类双绞线在传送信号时比普通5类双绞线的衰减更小，抗干扰能力更强，在100M网络中，受干扰程度只有普通5类线的1/4。 STP分为3类和5类两种，STP的内部与UTP相同，外包铝箔，抗干扰能力强、传输速率高但价格昂贵。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念 UTP STP1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念2. 同轴电缆 由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线 组成，内导线和圆柱导体及外界之间用绝缘材料隔开。按 直径的不同，可分为粗缆和细缆两种。同轴电缆传输带宽 较大，大量用于有线电视网 。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念3. 光纤 由一组光导纤维组成的用来传播光束的、细小而柔韧的 传输介质。应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信 号变为光信号，再把光信号导入光纤，在另一端由光接收 机接收光纤上传来的光信号，并把它变为电信号，经解码 后再处理。与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、 信号衰小、频带宽、传输速度快、传输距离大。主要用于 要求传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接。目前光 纤到户也已逐步开始。 4. 无线传输 无线传输包括卫星通信、微波通信和移动通信三类1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念十. 痛惜系统性能指标 通信系统的主要性能指标包括有效性、可靠性、适应性、 经济性、保密性、标准性、维护性等，其中最主要的性能 指标是有效性与可靠性。 可靠性指标用于衡量系统的传输质量。 有效性指标用于衡量系统的传输效率。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念1. 差错率 衡量数据通信系统可靠性的指标是传输的差错率。 常用的有误码（比特）率、误字符率和误码组率等。 定义如下： 误码率（Pe）＝接收出现差错的比特数（Ne）/总的发送比特数（N） 误字符（码组）率＝接收出现差错的字符（码组）数/总的发送字符(码组)数 差错率是一个统计平均值，因此在测试或统计时总的发 送比特（字符、码组）数应达到一定数量，否则得出的结 果将失去意义。1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念2. 有效性 衡量系统有效性的主要指标是频带利用率。 频带利用率是指单位频带内的调制速率或传信速率，即每赫兹的波特数（Bd/Hz）或每赫兹每秒的比特数（bit/s·Hz）。 用公式表示为： η＝系统的调制速率（NBd）/系统的频带宽度（Hz） （Bd/Hz） η ＝系统的传信速率（bit/s）/系统的频带宽度（Hz） （bit/s·Hz） 一般来说，数据传输系统所占的频带越宽，传输信号的能力就越大。 1.2 通信基本概念1.2 通信基本概念3. 两者关系 有效性与可靠性的关系：一对矛盾。有效性越 高，可靠性越差；可靠性越高，有效性越差。1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念一. 概念 信息在发起端通过终端接入设备、传输链路、交换设备 以及相应的信令系统、通信 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 和运行支撑系统的共同协 作，到达接受端，完成通信全过程，在此过程中所经过的 各个具体网络、设备、协议的总和被称为全程全网。 二．分类 在全程全网的概念中，根据网络具体位置与功能的不 同，大致分为接入网、传输网、交换网、支撑网四个部分。 1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念全程全网结构图1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念三. 接入网 作用：主要完成使用户接入到核心网的任务，起到承 上启下的作用，通过接入网将核心网的业务提供给 用户。 接入网是一种透明传输体系，本身不提供业务，由用户终 端与核心网配合提供各类业务。俗称“最后一公里” 接入网从物理上分可分为馈线段、配线段和引入线段。1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念接入网的一般物理结构 连接业务节点和局端设备之间的部分称为馈线段 连接局端设备和远端设备之间的部分称为配线段 引入线部分的传输媒质一般为铜线，也有的采用无线或其它传输媒质 1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念接入网分类： 1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念A. XDSL接入技术技术 DSL是“Digital Subscriber Line”的缩写，即所谓的数字用户线，DSL技术是基于普通电话线的宽带接入技术，它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机的负载，开发了铜线的带宽潜力。xDSL中的“x”代表了各种数字用户线技术，包括ADSL、RADSL、HDSL和VDSL等等。目前最常见的XDSL技术是ADSL技术 B.以太网接入技术 以太网技术是20世纪70年代出现的一种局域网技术，也是目前应用最广泛的一种局域网技术最常见的以太网接入方式是在居民小区或者居民楼中布置交换机，再利用双绞线接入用户家中。1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念C． 光接入技术 光接入网(Optical Access Network，OAN)，是指用光纤作为主要的传输媒质，实现接入网的信息传送功能。泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。 目前常用的光接入网络是无源光网络(PON)技术 D. 光纤同轴混和网（Hybrid Fiber Coaxial Cable） HFC采用光纤作传输干线同轴电缆作分配传输网传输数据的宽带接入技术，即在有线电视前端将CATV信号转换成光信号后用光纤传输到服务小区（光节点）的光接收机，由光接收机将其转换成电信号后再用同轴电缆传到用户家中 E． 无线接入网 宽带无线接入(Broadband Wireless Access，简BWA)技术一般是指把高效率的无线技术应用于宽带接入网络中，以无线方式向用户提供宽带接入的技术，最常见的形式是WLAN。1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念四．传输网 作用：在设备间进行数据传递 概况： 在传输技术中以前最常用的是准同步数字系列（Plesiochronous Digital Hierarchy），简称 PDH；而目前最常用的传输技术是“同步数字系列”（Synchronous Digital Hierarchy），简称SDH。 20世纪80年代中期，PDH大规模应用，但PDH存在着一些固有的缺陷， SDH是在PDH基础上发展起来的 我国的传送网分为四个层次：省际干线网、省内干线网、本地中继网和用户接入网 1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念五．交换网 作用： 交换即转接，是通信网实现数据传输的必不可少 的技术。交换即各个终端之间通过公共网（交换节点）传 输语言、文本、数据及图像等业务。任何一个主叫信息都 可通过交换节点发送给所需的一个或多个被叫用户。 常用的交换技术有电路交换、分组交换、帧交换及ATM交 换。 1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念1. 电路交换是最早实现的一种交换方式，这要求输入线与输出线建立一条物理通道，其原理是直接利用要切换的物理通信线路连接通信双方。 2. 报文交换又称存储转发交换。交换节点收到报文之后进行暂时存储，然后对报文进行分析，找出目的地址和选择路由，在选择的路由上排队，路由空闲时发到下一个交换节点，直到最后找到目的地址 。 3. 分组交换也采用存储转发方式，但与报文交换不同的 是，它将用户要传送的信息分成若干组，以减少存储时间，降低对存储器容量的要求。 1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念六．支撑网 作用：支撑网（supporting network）是现代电信网运行的支撑系统。一个完整的电信网除了传递电信业务为主的业务网之外，还需有若干个用来保障业务网正常运行、增强网路功能、提高网路服务质量的支撑网路。支撑网中传递相应的监测和控制信号。 支撑网主要包括信令网、同步网和电信管理网等。1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念1. 信令网 信令：通讯设备之间任何应用信息的传送总是伴随着一些控制信息 的传递,它们按照既定的通讯协议工作,将应用信息安全、可 靠、高效地传送到目的地。这些控制信息在电信网中叫做信 令(Signal)。目前最常用的信令是NO.7信令。 信令网：是用于传输信令信息的数据网络。 2. 同步网 同步是指信号之间的频率或相位保持某种严格的特定关系，即在相对应的有效瞬间内以同一平均速率出现数字同步网是一个由节点时钟设备和定时链路组成的实体网，它通过网同步技术为各种业务网的所有网元分配定时信号(频率或者时间信号)，以实现各种业务网的同步。 1.3 全程全网概念1.3 全程全网概念3. 电信管理网 电信管理网TMN是国际电联ITU-T借鉴0SI中有关系统 管理的思想及技术，为管理电信业务而定义的结构化网络 体系。 电信管理网的基本概念是提供一个有组织的网络结构，以取得各种类型的操作系统（OSs）之间、操作系统与电信设备之间的互连。 TMN体系结构的目的是支撑电信网和电信业务的规划、配置、安装、操作及组织 1.4 固定电话通信过程 1.4 固定电话通信过程 固定电话通信是一种最基本的通信方式，其它通信方式都是以此为基础发展的。下面以一次“打电话”来简要说明固定电话通信过程。1.4.1 电话接续过程1.4.1 电话接续过程主叫A摘机； 听拨号音； 拨被叫B的号码，如被叫B空，则主叫A听回铃音，被叫B话机响铃； 当被叫B摘机后，双方开始通话； 当其中一方挂机，另一方听忙音，提示本次通话结束，挂机恢复空闲，以备下次通话。1.4.2 电话通信所需设备1.4.2 电话通信所需设备电话通信网的基本组成设备： 终端设备：完成声电转换和信令功能，将人的话音信号转换为交变的话音电流信号，并完成简单的信令功能 传输设备：连接 交换设备：交换 电话通信网组成图 1.4.3 电话通信中的信号1.4.3 电话通信中的信号业务信号：用户之间交流的信息； 信令：在电话接续过程中需要一些控制信号来控制接续的有序进展，这些控制信号就称为信令。 按照传送区域分为：用户线信令和局间信令。1.4.3 电话通信中的信号1.4.3 电话通信中的信号1.用户线信令 用户线信令是交换网中在用户话机和交换机之间传送的信令，它包括用户状态信号、用户拨号所产生的数字信号以及铃流和信号音。 （1）用户状态信号 又称用户线监视信号，用于反映用户的摘机或挂机的状态，直流馈电电流规定为18～50mA 之间。用户摘机信号应该是从无直流电流到有上述直流电流的变化；相反，用户挂机信号应该是从有上述直流电流至无直流电流之间的变化。 1.4.3 电话通信中的信号1.4.3 电话通信中的信号（2） 数字信号 在使用号盘话机或直流脉冲（DP）按键话机的情况下，数字信号为直流脉冲；在使用双音多频（DTMF）按键话机的情况下，数字信号为双音频信号的组合。 1.4.3 电话通信中的信号1.4.3 电话通信中的信号（3）铃流和信号音 铃流和信号音都是由交换局向用户话机发送的信号。（信号音的含义及结构见P.26） 铃流是提示用户有电话呼入的信号，铃流源为25Hz、75V 正弦波，振铃为5s 断续，即1s 送，4s 断。 信号音信号音源为450Hz 或950Hz 正弦波，需要时还可以启用1400Hz 和1800Hz 信号音源。 1.4.3 电话通信中的信号1.4.3 电话通信中的信号2.局间信令 局间信令是在交换机与交换机之间的中继线上传送的信令，主要包括局间接续所需的占线、应答、拆线等监视信令及控制接续的选择信令和证实信令等。 按信令信道可分为随路信令和公共信道信令。公共信道信令是指在电话网中各交换局的处理机之间用一条专门的数据通路来传送信令信息的一种信令方式，我国目前使用的No.7信令就是公共信道信令。1.4.3 电话通信中的信号1.4.3 电话通信中的信号3.电话接续的信令流程电话接续过程信令流程图 1.4.3 电话通信中的信号1.4.3 电话通信中的信号4.电话通信中的信号转换 图中A用户、B用户为终端设备，用户线、局间中继线为传输设备，A交换局、B交换局则为交换设备。1.5 移动电话通信过程1.5 移动电话通信过程 移动通信网络是目前中国的第一大网络，拥有用户数超 过7亿。手机已经成为人们日常生活中不可或缺的工具。本 节主要介绍移动电话在整个通话过程中所使用的设备及数 据传输过程。移动电话通信过程1.5 移动电话通信过程1.5 移动电话通信过程移动通信中的设备 1.用户：表示用户所使用的手机。 2.BTS：表示与用户手机联系的基站收发器。是移动通信 与用户手机联系的直接设备，其主要功能是提供 与手机之间的无线传输数据和信令。 3.BSC：表示控制基站收发器的基站控制器。其主要功能 是控制基站收发器，完成数据的发送接收和无线 资源的管理。1.5 移动电话通信过程1.5 移动电话通信过程4.MSC：表示移动业务交换中心。是移动通信过程中最核心的设备。 其主要功能是电路交换，呼叫建立，路由选择，控制、终止 呼叫，交换区内切换，业 务提供，费用信息，信令及网络接 口。 5.TMSC：表示汇接MSC。负责汇接和转接移动本地网的端局间的业 务，可以独立设置，也可以综合设置在MSC设备中。 6.VMSC：表示被叫用户端的MSC。VMSC与MSC的设备及功能完全 相同，VMSC只是用来区分被叫方的MSC。1.5 移动电话通信过程1.5 移动电话通信过程二. 移动电话通信基本过程 1．用户在手机上拨号，拨号完毕后按下发射键。 2．手机自动将被叫方的号码，以及其他两组号码国际移动用户识别码IMSI（用于鉴别用户身份的合法性），国际移动设备识别码IMEI（用于鉴别用户手机的合法性）共三组号码发给基站收发器。 3．基站收发器将收到的三组号码发给BSC，BSC再收到后再转发给主叫用户所在地区的MSC。1.5 移动电话通信过程1.5 移动电话通信过程4．MSC在收到三组号码后，首先分析IMSI来判断用户身份的合法性，如果用户是合法用户；则继续分析IMEI来判断用户手机的合法性，如果用户手机是合法手机；则分析主叫用户所拨叫的号码，即被叫方号码。 5．MSC通过分析被叫方号码，判断出被叫用户所在大致区域。然后MSC将被叫号码传输给TMSC，进行数据汇接。 6．TMSC将号码发给被叫方所在的MSC，即VMSC。1.5 移动电话通信过程1.5 移动电话通信过程7．VMSC通过收到的号码分析被叫用户的合法性，如果被叫用户是合法用户则判断被叫用户的目前状态。 8．如果被叫用户处于状态忙或者是关机状态，则VMSC向主叫用户方发送相应提示信息。 9．如果被叫用户处于空闲状态，VMSC根据被叫用户目前所在位置，在整个位置区的所有基站发出呼叫，同时向主叫用户发送回铃音。 10.当被叫用户接通电话后，双方电路接通开始通话，通话结束后一方挂机，整个移动电话通话过程结束。 1.6 数据通信过程1.6 数据通信过程 数据通信的发展较晚，20世纪50年代末,数据通信随着电子计算机的发展和广泛应用而开发。 70年代中后期，X.25分组交换网进入了商用化时代。1.6.1 数据通信定义1.6.1 数据通信定义1、数据的概念 数据，人们几乎每天都要接触到它，例如各种实验数据、各类统计报表等。尽管人们经常处理数据，但对数据还没有统一的定义。通常意义上的“数据”是指在传输时可用离散的数字信号逐一准确地表示的，并赋予一定的意义，可以代表文字、符号和数码等。 在数据通信中所说的“数据”，可以认为是预先约定的、具有某种含义的任何一个数字或一个字母（符号）以及它们的组合，并能被计算机所接收的形式。因此，数据就是能被计算机处理的一种信息编码（或消息）形式。1.6.1 数据通信定义1.6.1 数据通信定义2、数据通信 数据通信是计算机和通信技术相结合的产物，通常它是指智能终端与计算机（或智能终端）间的通信或计算机与计算机的通信，即数据通信是以传送要计算机处理的信号或计算机已处理的信号为业务的通信。 显然，其通信的双方必定有一方是计算机。 数据通信通常包括数据的处理、存储、传输和交换。1.6.2 OSI参考模型1.6.2 OSI参考模型一、OSI/RM简介 在OSI出现之前，计算机网络中存在众多的体系结构，其中以IBM公司的SNA(系统网络体系结构)和DEC公司的DNA(Digital Network Architecture)数字网络体系结构最为著名。为了解决不同体系结构的网络的互联问题，国际标准化组织ISO于1983年发布了开放系统互连参考模型（Open System Interconnection Reference Model，OSI/RM）。1.6.2 OSI参考模型1.6.2 OSI参考模型二、OSI/RM分层原则 1、网络中各节点都有相同的层次； 2、不同节点相同层次具有相同的功能； 3、同一节点相邻层间通过接口通信； 4、每一层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务； 5、不同节点的同等层间通过协议来实现对等层间的通信。1.6.2 OSI参考模型1.6.2 OSI参考模型三、OSI/RM分层 OSI把网络协议从逻辑上分为物理层、数据链路层、网络层、传送层（运输层）、会话层、表示层和应用层。下面三层称为低层协议，提供网络服务，上面四层为高层协议，提供末端用户功能。1.6.2 OSI参考模型1.6.2 OSI参考模型OSI/RM分层1.6.2 OSI参考模型1.6.2 OSI参考模型四、OSI/RM各层功能 在了解OSI/RM各层功能之前，让我们来看看一个邮件收发过程是怎么来完成的。null将七层比喻为真实世界 收发信的两个老板 1.6.2 OSI参考模型1.6.2 OSI参考模型1.6.2 OSI参考模型1.6.2 OSI参考模型1、物理层（Physical Layer） 目的：保证原始数据比特流的无误传输。 任务：确定与物理媒体相关的电气特性、机械 特性、功能特性及规程特性。 功能：（1）为数据终端设备提供传送数据的通路；（2）传输数据（比特流）；（3）完成物理层的一些管理工作。1.6.2 OSI参考模型1.6.2 OSI参考模型物理层的主要设备有：中继器、集线器； 数据的单位为：比特（bit）； 定义的典型规范代表包括：EIA/TIA RS-232、EIA/TIA RS-449、V.35、RJ-45等。1.6.2 OSI参考模型1.6.2 OSI参考模型2、数据链路层（Data Link Layer） 目的：保证数据在物理链路上实现可靠的传输 任务：将接收到的数据封装成数据包(帧)再传送并检测帧传送是否正确 作用：物理地址寻址、数据的成帧、流量控制、数据的检错、重发等。 主要设备：二层交换机、网桥 数据的单位为：帧（frame） 协议的代表包括：SDLC、HDLC、PPP、STP、帧中继等。1.6.2 OSI参考模型1.6.2 OSI参考模型数据链路层由二个子层组成： MAC子层： 目的：完成发方占用信道的问题 任务： 将上层传下来的数据封装成帧进行发送（接收时进行相反的过程，将帧拆卸） 实