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第一章 通信系统及通信网 第一章 通信系统及通信网 1.1 通信系统概述 1.2 通信系统的定义及其组成 1.3 通信系统的分类 1.4 通信网概述 1.5 通信网的结构及组成 1.6 现代通信网分类 1.7 现代通信网的发展 习 题 第一章 通信系统及通信网 1.1 通信系统概述 自从有了人类活动, 就产生了通信。 当今世界已进入“信息时代”。 信息已经成为现代 社会, 特别是21世纪最重要的战略资源。 信息技术是当今社会乃至未来社会生产力的基本 要素, 是发展最活跃、 应用最广泛的领域。 信息产业已成为国民经济的支柱产业, 在国民经济 生产总值中占有越来越大的比例。 第一章 通信系统及通信网 进入20世纪90年代, 许多发达国家为保持其在21世 纪科技、 经济上的领先地位, 在当时基础上大力发展 信息技术和信息产业。 第一章 通信系统及通信网 1.2 通信系统的定义及其组成 1.2.1 通信系统的定义 1. 模拟通信系统和数字通信系统 人类的社会活动离不开信息的传递和交换。 随着 生产力的飞速发展, 人们对获取信息的要求越来越高。 第一章 通信系统及通信网 2. 数字通信的优点 与模拟通信相比, 数字通信系统更能适应人类对通 信的更高要求。 (1) 数字信号便于存储、 处理。 (2) 数字通信的抗干扰能力强。 (3) 数字信号便于交换和传输。 (4) 可靠性高, 传输过程中的差错可以设法控制。 (5) 数字信号易于加密且保密性强。 (6) 通用性和灵活性好。 第一章 通信系统及通信网 3. 数字通信的缺点 事物总是一分为二的, 数字通信的许多优点都是用 比模拟通信占据更宽的系统频带换得的。 1.2.2 通信系统的组成 构成通信系统的最基本的模型如图1-1所示, 其基本 组成包括: 信源、 变换器、 信道、 噪声源、 反变换 器及信宿几个部分。图1-1 所示的系统是单向的传输 系统。 广播、 无线寻呼系统等都是单向的通信系统 。 第一章 通信系统及通信网 图 1-1 通信系统构成模型 第一章 通信系统及通信网 1.2.3 数字通信基本质量指标 设计或评价一个通信系统时将涉及到通信系统的 质量指标。 通信系统最重要的质量指标是有效性和可 靠性。 1. 传输速率 传输速率是衡量通信系统传输能力的质量指标, 它 反映了系统的有效性， 常用的有以下三种指标: (1) 信号速率rs。 (2) 信息速率rb。 (3) 消息速率rm。 第一章 通信系统及通信网 2. 传输差错率 传输差错率是指衡量通信系统传输质量的一种主 要指标, 通常有两种定义: (1) 码元差错率PeB定义为发生差错的码元数与传输 码元总数之比, 有时简称误码率。 (2) 比特差错率Peb定义为传错的比特数与总比特数 之比, 简称误比特率。 用二元码传输时PeBPeb; 而用 M元码传输时, 两者不等。 第一章 通信系统及通信网 1.3 通信系统的分类 1. 按传输信号的特征来分类 以信道上传送的是数字信号还是模拟信号, 可将通信 分为数字通信系统和模拟通信系统。 2. 按照传输媒介和系统组成特点分类 实用的通信系统有以下5类: (1) 短波通信系统。 (2) 微波中继通信系统。 (3) 卫星通信系统。 (4) 光纤通信。 (5) 移动通信系统。 第一章 通信系统及通信网 1.4 通信网概述 1. 通信网的概念 物理结构上的网可以看成是线的集合, 在自然界经 常看到的蜘蛛网、 鱼网、 网兜都是用线编织而成的 。 在日常生活中, 亲身经历过的运输网、 交通网和铁 路网、 航空网、 公路网以及邮政运输网等， 它们都 可以分解为线的集合。 通信网的定义可以描述为是由一定数量的节点(包 括终端设备和交换设备)相互有机地组合在一起, 以实 现两个或多个规定节点间信息传输的通信体系。 第一章 通信系统及通信网 2. 通信系统和通信网 从以上通信系统和通信网的描述中, 已经明显地突 出了两种概念及它们之间的密切关系。 第一章 通信系统及通信网 1.5 通信网的结构及组成 1.5.1 通信网的构成要素 1. 终端设备 终端设备的功能有三个: （1）将待传送的信息和在传输链路上传送的信号 进行相互转换。 (2) 将信号与传输链路相匹配, 这将由信号处理设 备完成。 (3) 信令的产生和识别, 即用来产生和识别网内所 需的信令, 以完成一系列控制作用。 第一章 通信系统及通信网 2. 传输链路 传输链路是信息的传输通道, 是连接网络节点的媒 介。 它一般包括图1-1中的信道与变换器、 反变换器 的一部分。 信道有狭义信道和广义信道之分, 狭义信道是单纯 的传输媒介(比如一条电缆); 广义信道除了传输媒介以 外, 还包括相应的变换设备。 第一章 通信系统及通信网 3. 交换设备 交换设备是构成通信网的核心要素。 它的基本功 能是完成接入交换节点链路的汇集、 转接接续和分配 , 实现一个呼叫终端(用户)和它所要求的另一个或多个 用户终端之间的路由选择的连接。 交换设备的交换方式可以分为两大类: 电路交换方 式和存储转发交换方式。 第一章 通信系统及通信网 1.5.2 通信网的物理拓扑结构 图1-2是一个由两级交换中心组成的通信网硬件示 意图, 端局至汇接局的传输设备一般称为中继电路。 第一章 通信系统及通信网 图 1-2 通信网的基本形式 第一章 通信系统及通信网 1. 网形网 节点数较多时需要的传输链路数将很大。 网形网 是一种经济性较差的网络结构, 但这种网络的冗余度 较大, 如图1-3所示 。 第一章 通信系统及通信网 图 1-3 网形网 第一章 通信系统及通信网 2. 星形网 星形网如图1-4所示。 第一章 通信系统及通信网 图 1-4 星形网 第一章 通信系统及通信网 3. 环形网 它的特点是结构简单, 实现容易， 而且由于可以采 用自愈环对网络进行自动保护, 因此其稳定性比较高, 其形状如图1-5所示。 另外, 还有一种叫线形网的网络结构, 如图1-6所示 ， 它与环形网不同的是首尾不相连。 第一章 通信系统及通信网 图 1-5 环形网 第一章 通信系统及通信网 图 1-6 线形网 第一章 通信系统及通信网 4. 总线形网 总线形网是所有节点都连接在一个公共传输通道 总线上的网络结构, 形状如图1-7 所示。 第一章 通信系统及通信网 图 1-7 总线形网 第一章 通信系统及通信网 5. 复合形网 复合形网是由以上网组合而成的, 如网形网和星形 网复合而成的市话网。 这种以星形网为基础并在通信 量较大区间构成的网形网结构兼取了上述两种网络的 优点, 比较经济合理且有一定的可靠性， 其形状如图1 -8所示。 第一章 通信系统及通信网 图 1-8 复合形网 第一章 通信系统及通信网 1.5.3 现代通信网的构成 一个完整的现代通信网除了有传递各种用户信息 的业务网之外, 还需要有若干支撑网, 以使网络更好地 运行。 现代通信网的构成示意图如图1-9所示。 第一章 通信系统及通信网 图 1-9 现代通信网的构成示意图 第一章 通信系统及通信网 1. 业务网 业务网也就是用户信息网, 它是现代通信网的主体, 是向用户提供诸如电话、 电报、 传真、 数据、 图像 等各种电信业务的网络。 业务网按其功能又可分为用户接入网、 交换网和 传输网三个部分。 业务网位置关系如图1-10所示。 第一章 通信系统及通信网 图 1-10 业务网结构 第一章 通信系统及通信网 2. 支撑网 (1) 信令网。 (2) 同步网。 (3) 管理网。 1.5.4 通信网的质量要求 1. 接通的任意性与快速性 接通的任意性与快速性 是指网内的一个用户应能快速地接通网内任一其他用 户。 第一章 通信系统及通信网 2. 信号传输的透明性与传输质量的一致性 透明性是指在规定业务范围内的信息都可以在网内 传输, 对用户不加任何限制。 3. 网络的可靠性与经济合理性 可靠性对通信网是至关重要的, 一个可靠性不高的网 会经常出现故障乃至中断通信, 这样的网是不能用的。 对电话通信网是从以下三个方面提出要求: (1) 接续质量。 (2) 传输质量。 (3) 稳定质量。 第一章 通信系统及通信网 1.6 现代通信网分类 1.6.1 通信网的分类 现代通信网的分类有很多种, 按照功能、 作用、 性质及其服务范围等, 可以分为各种不同的网络。 其 分类如表1-1所示。 第一章 通信系统及通信网 表1-1 通信网的分类 第一章 通信系统及通信网 (1) 按照通信网完成的功能可分为公用网、 专用网 、支撑网。 其中公用网又可划分为电话网、 数据网 、 图像网、 移动网等。 (2) 按照传输的信号可分为数字网和模拟网。 现在 的长途网、 市话网、 数据网都是数字网, 广播电视中 有线电视(CATV, Cable Television)与用户终端接入仍 是属于模拟通信的范畴。 (3) 按照组网的方式可以分为移动通信网、 卫星通 信网等。 第一章 通信系统及通信网 1.6.2 电话网 1. 本地通信网 局间连接多以网形网方式。 大城市需要设置汇接 局, 形成等级网, 汇接局与它所属的端局是星形连接, 而汇接局间采用网形网连接， 如图1-11所示。 第一章 通信系统及通信网 图 1-11 本地通信网的构成示意图 第一章 通信系统及通信网 2. 长途电话网 长途电话是由长途交换中心、 长途线路和长途中 继线构成的, 其功能是疏通本地网之间的电话业务。 四级长途网络如图1-12所示。 第一章 通信系统及通信网 图 1-12 长途电话三级网结构 第一章 通信系统及通信网 1.6.3 数据网 1. 数据通信网与计算机网络 数据通信通常是指计算机与计算机或计算机与终 端之间利用通信线路进行信息传输和交换的通信方式, 包括数据的传输和数据在传输前后的处理。 数据通信 是继电报、 电话通信之后发展起来的一种新的通信形 式, 是计算机与通信技术紧密结合的产物。 所谓数据 通信是指按照一定协议(或规程)完成由数字、 字母、 符号等表示的具有离散形式信息的传输与交换的一种 通信方式。 第一章 通信系统及通信网 2. 计算机网络的分类 1) 按网络的交换方式分类 计算机网络的类型很多, 从不同的角度出发, 有不 同的分类方法。 如按网络中是否有交换设备, 可以将 其分为交换型网络和广播型网络。 交换型数据网按网络中的数据交换方式, 又可以将 网络分为电路交换、 报文交换、 分组交换与混合交 换4种类型。 第一章 通信系统及通信网 2) 按网络的拓扑结构分类 按网络的拓扑结构通常可将计算机网络分为网形 网、 星形网等各种类型。 网络的拓扑结构在前面的 章节已经作了讲述, 这里就不再详述。 3) 按网络的覆盖范围分类 按网络的覆盖范围可将网络分为局域网、 城域网 和广域网等3种类型。 第一章 通信系统及通信网 3. 计算机网络体系结构及协议 1) 网络协议 计算机网络是各类终端通过通信线路连接起来的 一个复杂的系统。 在这个系统中, 由于计算机型号不 一、 终端类型各异, 并且连接方式、 同步方式、 通信 方式、 线路类型等都有可能不一样, 这就给网络通信 带来了一定的困难。 网络协议主要由三个要素组成: 语法、 语义和时 序。 第一章 通信系统及通信网 2) 网络体系结构及OSI参考模型 如前所述, 网络协议是由各层的协议共同组成的, 因此, 每层协议应与网络的具体层次相关。 把计算机 网络层次结构模型和各层协议的集合称为计算机网络 体系结构。 标准化委员会和各主要制造商制定了多个 被普遍接受的网络体系结构。 第一章 通信系统及通信网 OSI参考模型由七个层次组成, 如图1-13所示。 第一章 通信系统及通信网 图 1-13 OSI参考模型结构 第一章 通信系统及通信网 下面简单叙述一下OSI参考模型各层的功能。 (1) 物理层。 (2) 数据链路层。 (3) 网络层。 (4) 传输层。 (5) 会话层。 (6) 表示层。 (7) 应用层。 第一章 通信系统及通信网 1.6.4 有线电视网络 有线电视之所以发展迅速, 是因为它有以下一些优点: (1) 改善微弱信号的接收效果。 (2) 有效地抑制了干扰, 消除了重影， 可获得良好的收 视质量。 (3) 不占用空间频率资源, 节目容量大。 CATV信道带 宽达40 MHz, 可传几十路电视节目和其他数据, 可提供多 种服务。 (4) 进行双向传输, 便于对特定的用户提供特别的节目 以及特殊的信息服务。 第一章 通信系统及通信网 1. 广播式有线电视网络 CATV系统共由三部分组成: 前端放大器(信源)、 电缆分配网络(信道)和用户终端(信宿)。 前端放大器实际上是CATV网络的中心, 主要产生 各种电视节目信号, 有接收和转播来自无线、 微波或 卫星的电视信号, 有来自摄像机、录像机、 CD-ROM 或电影电视等自办的节目。 2. 双向有线电视网络 在双向有线电视系统中, 一般采用频率分割的方式 传送, 经同一电缆, 用不同的频段分别传送上、 下行信 号。 第一章 通信系统及通信网 通信控制首先是通过分配不同的信道来实现的, 但在 众多的终端共用一个频道时, 则需要以时分的方式进行 。 在时分通信中控制的方法有三种。 第一种是查询方式, 即中心按顺序对每个终端查询有 无数据送出。 第二种是载波侦听多路访问/冲突检测方 式(CSMA/CD, Carrier Sense Multi Access/Collision Detection), 即不断地检测线路上有无载波, 只有在线路空 闲状态下允许传送数据, 若检测到正在传送数据, 则待下 次检测出空闲再准予传输。 第三种为令牌控制方式， 在这种方式中, 中心巡回地把令牌分配于网络内各个终 端, 在同一时刻, 只允许拥有令牌的终端传送数据。 第一章 通信系统及通信网 3. 电视网和电信网络的融合 在电信网中, 目前长途干线网、 局间中继网大部分 已经采用了光纤数字传输体系, 如准同步数字系列 (PDH, Pseudo synchronous Digital Hierarchy)和同步数 字系列(SDH)。 1.6.5 接入网 1. 接入网的产生 图1-14给出了典型的用户环路结构, 各个线缆由不 同规格的铜线电缆组成, 其中馈线电缆(主干电缆)一般 为35 km(很少超过10km), 配线电缆一般为数百米, 引入线则只有数十米左右。 第一章 通信系统及通信网 图 1-14 传统电话网用户环路结构示例 第一章 通信系统及通信网 2. 接入网的定义与定界 接入网(AN)的定义是: 它由业务节点接口(SNI, Service Network Interface)和用户网络接口(UNI, Use Network Interface)间的一系列传送实体(如线路设备、 传输设备)构 成, 是为传送电信业务而提供所需传送承载能力的实施系 统, 也可以说它是业务节点(SN, Service Network)与用户网 络接口间的传送、 接入手段的总称。 图1-15是接入网的 物理模型, 图中CPN为用户驻地网, 比如是专用小交换机 、 局域网等, 但多数情况下, 它只是一个用户终端设备。 第一章 通信系统及通信网 图 1-15 接入网的物理模型 第一章 通信系统及通信网 在电信网中接入网的定界(划定接入网的范围)如图 1-16所示。 第一章 通信系统及通信网 图1-16 接入网的定界 第一章 通信系统及通信网 3. 接入网的接入技术及分类 接入网研究的重点是围绕用户对语音、 数据和视 频等多媒体业务需求的不断增长, 提供具有经济优势 和技术优势的接入技术, 满足用户需求。 就目前的技 术研究现状而言, 接入网主要分为有线接入网和无线 接入网, 有线接入网包括铜线接入网、 光纤接入网和 混合光纤/同轴电缆接入网; 无线接入网包括固定无线 接入网和移动接入网。 表1-2列出了目前接入网的各种接入技术。 第一章 通信系统及通信网 表1-2 接入网的接入技术分类表 第一章 通信系统及通信网 1.6.6 综合业务数字网(ISDN) 1. ISDN基本概念 综合业务数字网(ISDN, Integrated Services Digital Network)是在电话综合数字网(IDN)基础上发展起来的 一种电信网络形态。 它提供端对端的数字链接, 用来 支持话音、 非话音在内的综合数字业务, 并通过标准 化多用途用户的接入的网络。 它又分为窄带综合业务 数字网(N-ISDN)和宽带综合业务数字网(B-ISDN)两类 。 第一章 通信系统及通信网 2. 窄带综合业务数字网(N-ISDN) N-ISDN主要采用两种标准的用户网络接口: 基本速 率接口(BRI, Basic Rate Interface) 和基群速率接口(PRI, Primary Rate Interface