通信技术生产实习报告2.docx

第一章 绪论1.1 通信技术的发展历程通信技术的发展历史就是人们寻求如何利用各种媒体实现迅速而准确地传递更多的信息到更远处的历史。在古代，人们曾利用烽火、锣鼓、旗语、人力、马力等各种方式传递信息，后来出现了邮政通信，在全国范围内提供通信服务。真正现代意义上的通信始于1837年莫尔斯（s.f.d.morse）发明的电报，开创了利用电信号传递信息的新时代。继电报之后，1876年美国人亚历山大贝尔（g.a.bell）发明了电话，这是通信发展历史上具有划时代意义的事件，通过电话可以把语音转化为电信号直接进行传输，电话系统经过100多年的发展，已经成为世界各国电信基础设施重要的组成部分。在贝尔发明电话100年之后，他所创立的贝尔公司成为垄断全美70%以上长途电话业务的巨型通信运营商，在1988年，贝尔公司最终被美国政府动用“反法托拉斯垄断”法案分割成几家独立的通信运营公司。但是从贝尔公司分裂出来的部分研究机构还在继续从事大量电信领域方面的基础理论和应用的研究工作，在电信领域占据着十分重要的地位。1864年麦克斯威尔（j.c.maxwell）建立了电磁场理论，1887年赫兹证明了电磁波的存在，1896年马可尼（g.marconi）成功地发明了无线电报，1901年马可尼成功进行了跨大西洋的越洋无线电信号的接收，无线通信从此开始。1906年电子管的发明和几年后超外差接收机的问世，可以将信号放大，能把电话、电报传送到更远的地方，极大地促进了通信技术的发展，在其后的几十年中各种模拟通信技术，如调频通信技术、频分多路复用技术在军事通信和民用通信领域获得了十分广泛的应用。在第二次世界大战前后，大量的模拟通信设备投入使用，紧迫的军事需求极大地刺激了雷达和微波通信系统地发展，但是关于通信技术中的一些基本的理论问题并未解决，如对于一个通信系统，究竟能够传输多少信息，信息又是如何度量等等一些基本的问题。1948年香农发表了著名的论文通信中的数学理论，提出了信息熵、信道容量等概念，定量地揭示了通信的实质问题，成为信息论的开端。此后香农又发表了率失真理论和密码理论等方面的论文，奠定了编码理论的基础，六七十年代后在众多相关研究的基础上形成了调制检测理论、信息论和纠错编码理论。1948年另外一项重要的发明是晶体管，60年代以后计算机技术和半导体技术获得迅猛发展，出现了大规模集成电路和超大规模集成电路，并很快与通信技术结合，这些器件的应用使得通信设备的功耗体积不断下降，功能日益强大，并降低设备和维护费用，使得各种通信设备获得广泛的应用。在计算机技术和通信技术的推动作用下，通信技术和电信产业向着数字化、大容量化、网络与多业务综合的方向发展。数字通信开始于1937年提出的pcm脉冲编码调制，1950年开始将时分多路通信应用于电话系统，1970年，e10交换机在法国lanion的开通成为程控数字电话交换机商用运营的先河，此后程控数字电话交换机在发达国家迅速开展。目前除了用户电话线之外，进入程控数字电话交换机以后信号的存储和交换都以数字的方式进行，pcm和时分多路复用是程控数字交换的基础。我国在70年代初决定采用pcm30/32路时分多路复用标准，80年代逐步引入商用，开始了通信数字化的方向。到90年代以后，我国开始了全国范围内的大规模程控数字电话交换网的建设，到目前为止，由于广袤的国土面积和巨大的人口基数，程控电话交换系统在我国仍然保持着强劲的发展势头。传统的电信网络主要目标是为用户提供电话服务，70年代以后，出现了数据通信业务的需求，当时只能够借助于电信网进行远距离传送，于是制定了在公网上传送数据信息的传输规范，其用户端的设备通常就是话带调制解调器（voiceband modem），通过modem，在普通模拟用户电话线上可以实现收发传真等数据业务。80年代以后随着非话业务的快速发展，出现了综合业务的发展趋势，综合数字业务网isdn（integrated service digital network）技术应运而生，它基于电路交换，为用户提供端到端的综合业务数字服务（我国称为“一线通”业务），isdn最终并未获得大规模的推广，因为90年代internet的迅猛发展改变了数据业务发展的格局，到后来isdn转而为用户提供internet接入服务，但是最终因为在接入传输速率上远低于adsl（asymmetrical digital subscriber line）等其它接入方式，最终并未大规模进入终端用户市场。随着90年代以话音、数据、视频等综合业务的快速发展需求，出现了宽带综合业务数字网b-isdn（broadband integrated service digital network）技术，和原有的基于电路交换的程控电话数字网相比，b-isdn所带来的将是革命性的变化，它采用异步传输模式（atm：asynchronous transfer mode），基于分组交换方式、使用固定长度的信元实现用户多业务信息的传输与交换，它能够很好地适应话音、数据、视频等多种业务在统一的网络中进行传输和交换。基于atm的b-isdn在技术上无疑是有优势的，但是面临十分成熟的程控电话交换网和inernet大规模普及的现状，b-isdn至今并未得到实际的大规模推广应用。数字通信另外一个应用领域是计算机通信网。70年代末出现的ethernet（ieee 802.3标准）在多年的技术和市场竞争中打败其它局域网竞争对手（如ibm和apple公司推出的令牌环网token ring），成为局域网/城域网的主流，90年代以来internet的飞跃发展，业务不断扩大，甚至传统的电话业务也能够以低廉的价格在internet上传送，internet的发展还推动了宽带用户接入技术的发展，出现了adsl宽带接入技术、hfc接入、宽带无线接入技术，为用户提供了丰富的internet接入方式。移动通信是当今最受人瞩目的通信技术，第一代移动通信系统都是模拟频分多址系统，我国于1987年在广州引入了英国的tacs第一代模拟移动通信系统。gsm是由北欧国家所提出的时分制的第二代数字移动通信系统，后来成为泛欧移动通信标准。我国于1993年开始引入gsm系统，gsm移动通信业务由中国电信（移动业务后来从中国电信分离，成立现在的中国移动）和中国联通两家公司运营。联通公司于2000年在国内又在引入了is-95 cdma移动通信系统，至此我国境内就出现了两种第二代移动通信体制并存的局面（我国于2001年底已经全部关闭了商用模拟移动通信服务）。目前gsm系统是世界上市场占有率最大的移动通信系统，其它第二代移动通信标准包括北美使用的is-54（北美地区也有cdma系统）、日本的pdc等系统。第三代移动通信系统三个主要的标准分别是欧洲nokia、ericssion公司和日本docomo公司推出的的w-cdma、美国qualcomm公司（is-95 cdma标准的持有者）的cdma2000标准（向下兼容is-95 cdma）以及中国大唐电信和siemens共同推出的td-scdma。3g移动通信系统的实际部署一再地被推迟，其中有商业、技术和市场等诸多原因。而在3g部署一再被延迟的同时，internet的发展导致宽带无线接入技术异军突起，特别是2003年intel公司推出包括ieee 802.11b无线局域网技术的centrino（迅驰）平台之后，宽带无线接入及其传输技术成为无线通信领域和网络互联技术的一个新的亮点。宽带无线接入技术成为各国政府和全球通信设备供应商的一个新的竞争焦点。远程和大容量化是通信发展的趋势。早期的电话系统中使用微波中继传输实现长途话音传输，其通信容量从300路容量发展到6000路，传输体制上从模拟中频转发发展到再生式数字微波中继，但是微波中继不适合跨洋作业，1945年美国空军军官克拉克发表了“地球外的中继站”一文，提出了卫星通信的设想，1965年美国发射静止轨道（geo：geostationary earth orbit）卫星“晨鸟”，用于欧美间的商业通信，后来转发式geo通信卫星大量投入商用，提供高容量的话路中继和广播电视信号转发业务。近年来卫星通信发展的趋势主要表现在更高的传输容量、采用星上处理交换技术等方面，中低轨星座组网也是卫星通信系统应用发展的趋势，motorola公司在1999年开始运营的“铱”系统，就是一种典型的中低轨卫星系统，为全球地面用户提供商业卫星移动电话服务。数字通信大容量和远程化发展趋势的另外一个突出的特征是光纤通信技术的迅速发展和应用。1965英籍华人物理学家高锟发明了光纤，1970年美国康宁（corning）公司制造出了世界上第一根实用化的光纤。到90年代，光纤已经成为全球通信干线的主要传输方式。随着制造工艺水平的提高和生产成本的下降，光缆价格在光缆敷设中的成本比利逐渐降低。目前作为国家信息高速公路干线的传输速率已经达到40gbps以上，而且随着密集波分复用dwdm（dense wave division multiplexing）技术的发展，将会出现更大传输容量的光纤通信系统。到目前为止，在实际应用中光纤主要还是用作大容量通信传输介质，信号的存储和交换全部在光电转换后完成，因此光纤通信另外一个发展趋势是向着光交换领域发展，即能够在光的层次上实现信号的存储和交换，突破目前光通信系统中光电转换器的速率瓶颈。回顾百年电信的发展历史，特别是近几十年的通信发展历程，我们可以看到市场需求是现代通信技术的发展的不竭的动力，商业和技术的竞争促进了通信技术体制的成熟，并不断降低通信设备的成本，推动通信新技术向社会的快速普及。在未来，这些因素将在通信的发展中继续发挥作用。 1.2 通信技术1.2.1 数据通信数据通信可以说已经深入到社会生活的各个领域，电子邮件，浏览网页，在线电影都可以归结为数据通信。数据通信是依照一定的协议，利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信息的一 种通信方式和通信业务。数据通信中传递的信息均以二进制数据来表现。为了实现数据通信，必须进行数据传输，即将位于一地的数据源发出的数据信息通过传输信道传送到另一地数据接收设备。为了改善传输质量、降低差错率、并使传输过程有效地进行，系统根据不同应用要求，规定了不同类型的具有差错控制的数据链路控制规程，这些规程有的符合国际标准，有的是国家标准，也有的是公司自己制定的。但对开放性的用户接口通常是采用国家标准或国际标准，以利于互连互通。数据通信有广阔的应用： 文件传输、电子信箱、话音信箱、可视图文、目录查询、信息检索、智能用户电报以及遥测、遥控等等。数据通信的技术在不断发展之中，相关的业务也在不断扩展。1.2.2 互联网互联网是在分组交换的基础上产生的，数据通信随着互联网的发展而广泛应用。为了响应苏联发射了人类第一颗人造地球卫星“sputnik”，美国国防部(dod)组建了高级研究计划局(arpa)，开始将科学技术应用于军事领域。互联网的雏形也就是直接入了几个节点的arpanet，而如今，互联网已经连接了世界各地，每时每刻都有成千上万的用户在线。中国是在1994年接入互联网。互联网的发展与普及彻底改变了人们的生活习惯，产生了新的商业运营模式，像电一样成为人没生活的一种重要资源，没有它，人们会感到无所适从。互联网已经成为现代社会最重要的信息基础设施之一，成为语音、数据和视频等业务统一承载的网络。然而，随着应用的普及化、商用化和宽带化，目前互联网技术存在的不足和缺陷正逐渐暴露出来，成为进一步发展的瓶颈。为此，业界都在探讨和实施向下一代互联网（ngi）的过渡和发展问题。通过对近几年ip业务的蓬勃发展所带来的一系列问题和挑战的再认识，我们感到应该发展下一代互联网，其主要特征应该是可扩展、高可用、可管控、高安全、端到端寻址和呼叫，相应的关键技术是半导体和路由器设计技术、路由计算和查找技术、ipv6mpls技术、网络管理技术、qos技术、宽带接入技术。1.2.3 无线通信无线通信中目前炒得最火的两个方向是3g和wifi/wimax。相对于目前的第二代移动通信，3g意味着可视通话、视频浏览、高速上网等除语音之外的众多数据业务。据分析，同以语音通话为主要功能的第二代移动通信相比，3g的综合费用是其1.3倍时会产生大众市场。目前看来，在具有同样功能时，3g的平均费用要比第二代移动通信低，因此3g在中国有一定的应用前景。除通话质量较高外，因解决带宽问题产生的高效率，以及手机定位、互动游戏等多样化的数据业务等，都是3g高技术却价格不高的一面。3g是一个技术平台，必须有运营商、内容服务提供商协同起来，才能共同发展。这一产业合作将拉动整个信息产业增长，还会对娱乐业、传媒业带来革命性的变化。wimax通过基站实现internet骨干网络和移动用户之间的数据传送，是采用无线接入方式代替有线来实现最后一公里的无线宽带接入技术。wimax数据传输速率远高于3g，可达70mbps；以数据传输为主并可以支持语音、图像等多种实时和非实时业务；将来还可能具有一定范围的移动性和漫游。再加上成本低、覆盖范围大、频谱利用率高、建设迅速等优点，还可以利用非许可频段，因此引起了许多厂家的重视。3g使我们的手机更加智能，wimax使我们的计算机可以“移动”上网。1.2.4 下一代网络下一代网络(next generation network)或新一代网络(new generation network)的缩写。ngn是以软交换为核心，能够提供话音、视频、数据等多媒体综合业务，采用开放、标准体系结构，能够提供丰富业务的下一代网络。从发展的角度来看，ngn是从传统的以电路交换为主的pstn网络中逐渐迈向以分组交换为主，它承载了原有pstn网络的所有业务，把大量的数据传输卸载到ip网络中以减轻pstn网络的重荷，又以ip技术的新特性增加和增强了许多新老业务。internet是下一代网络的主体，ip技术是实现计算机互联网、传统的电话网和有线电视网三网融合的关键技术。随着internet技术的发展，最终将实现计算机互联网、电话网(pstn)和有线电视网实现三网融合。 下一代网络除了能向用户提供语音、高速数据、视频信息业务外，还能向用户方便地提供视频会议、电话会议功能，而且能像广播网一样，向有此项要求的用户提供统一的消息、时事新闻等。随着用户需求不断增长，业务的交叉，三网融合已经是不可逆转的趋势，我们正期待着下一代网络的到来。1.2.5 光通信作为整个通信网体系中的最低层传输层，在最近20年经历了三种传输介质：铁线、铜缆和光纤。随着社会的进步和人们对通信服务质量（qos）期望的不断提高，铁线已经不能满足现在通信的发展，早早地退出了历史的舞台。最近10年了，数据业务的业务量逐渐逼近甚至超过了传统的语音业务，成为电信网络中发展最为迅猛的业务，铜缆由于其自身的固有缺点，也步铁线的后尘，逐步被淘汰。 光通信的发展呈现了以下几个发展趋势： 首先，光通信研究的重点已经从大容量、超高速转变为实现智能化、自动化。自动交换光网络（ason）就是在这个大背景下产生的。ason网络的最大优点就是实现了以往光网络复杂、冗余的人工连接指配，取之为简单、便利的自动电路配置。ason的引入，可以说是光通信发展历史的里程碑。 光网络的边缘化也是光通信发展的另一个趋势。长久以来，光网络都是作为整个通信体系中的最底层传输层。但是，随着通信行业的迅速发展，城域网、接入网也越来越希望引入光网络，于是，光网络的发展从核心网正在向边缘网络发展。光通信经过了前几年的低谷以后，现在正处于一个艰难的上升阶段，很多学者也纷纷看好未来几年内光通信的发展，因为他们认为光通信现在正在遵循一条正确的道路在发展。1.2.6 通信终端随着3g 的发展，各大厂商纷纷进入移动通信终端领域。这个领域还有很大的发展空间。1.业务标准化推动终端标准化终端是开发新业务的基础，要发展新业务，除需要网络支持外，相应的终端必须跟进。目前的增值业务有：彩信、彩铃、视频电话、手机电视、移动游戏等。这些新的业务都非常能吸引用户，但是在推广的过程中却遇到了困难。一是支持新业务的高端手机普及率不高，减弱了部分用户的使用兴趣。二是由于终端采用的业务标准不统一，造成不同品牌的终端在业务互通中存在诸多问题。所以要推进新业务的发展，实现业务标准的统一和终端的标准化工作、加强终端的功能是关键。2.多媒体数据业务发展需要智能化终端为了满足众多新业务的要求，移动终端将向智能化方向发展。智能终端是移动通信终端与pc融合的产物，也是和3g技术相伴而生的概念。智能手机真正实现了通信、电脑和互联网的融合。相对于传统手机，智能终端的内容将更加丰富，它将为新业务的发展提供一个高效的平台，可以更快速、更有深度地开发各种更具个性化、优质的多媒体数据服务。随着中国3g网络建设进程的加快，移动运营网络的带宽和传输速率不断增加，针对智能终端的内容服务和数据业务也将不断丰富，这些都将成为我国智能终端市场发展的有利因素。3.终端外设要统一未来的移动终端将集wi-fi、红外线、蓝牙、摄像头、条形码读取器等多种外设于一体。多种外设可以使用户随意与电脑互联、共享信息、下载图片/铃声/游戏等，这扩大了网络运营商的服务空间。手机外设是推动各种新业务发展的因素，成为下一代移动通信终端的关键组成部分。用户需要更统一的外部接口以实现资源和配件的共享，充分利用剩余的资源因此，有必要制订相应的标准规范终端的外设。4.信息存储格式要统一目前手机的容量不断增大，手机中存储的信息也越来越多。当用户要更换手机时，希望能够把所有的信息(如电话号码簿等)移植到新的手机中，但由于信息存储的格式不同，不同品牌的手机很难满足这样的要求，这就给更换手机的用户带来了很大的不便。为保证不同品牌和不同型号的手机可以实现存储内容、数据传输等方面的互联互通，最终使用户在更换手机时，可以保留原有手机中的所有资料和内容，要将信息存储的格式实现标准化。5.多模终端是方向随着wcdma以及cdma2000在世界各地的不断部署，多种制式的网络共存决定了未来将是双模乃至多模终端的天下。未来的终端将实现“全制式”。能够运行于wcdma、cdma2000和td-scdma网络上的多模终端将成为真正的“终极”全球通用3g终端。随着芯片集成度的持续提高，实现多模终端在技术上没有问题。第二章 cdmacdma系统是基于码分技术（扩频技术）和多址技术的通信系统，系统为每个用户分配各自特定地址码。地址码之间具有相互准正交性，从而在时间、空间和频率上都可以重叠；将需传送的具有一定信号带宽的信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的伪随机码进行调制，使原有的数据信号的带宽被扩展，接收端进行向反的过程，进行接扩，增强了抗干扰的能力。2.1 无线通信技术2.1.1 wlan技术wifi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管wifi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，wifi采用的是射频（rf）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。2.1.2 wimax技术wimax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。wimax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接人服务。2.l.3 wmn技术wmn是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，wmn这一新兴网络不仅在无线宽带接人中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。2.1.4 3g技术3g于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3g网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看，目前，3g在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3g的网络。3g技术已经进人可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3g网络。2.1.5 lmds技术本地多点分布业务系统lmds是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接人技术，其工作频率在20ghz以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。2.1.6 mmds技术mmds的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200mhz。其次，mmds对传输路径要求非常严格。由于mmds采用的调制技术主要是相移键控psk（包括bpsk、dqpsk、qpsk等）和正交幅度调制qam调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，mmds没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。2.1.7 集群通信技术数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也有很大改善。2.1.8 点对点微波通信技术微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比，微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二，微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比，其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三，目前的微波产品对未来的发展是有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传输系统将升级到全ip的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。2.1.9 卫星通信技术利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接人设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，经济又可靠。但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台，其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金，而且通信资源为卫星通信公司所有，受其带宽的限制，使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此，作为日常生产、生活使用是极为不经济的；而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。2.2 无线通信技术的发展趋势无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围，不同的适用区域，不同的技术特点，不同的接入速率。比如3g和wlan、uwb等，都可实现互补效应。3g可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，wlan可解决中距离的较高速数据接入，而uwb可实现近距离的超高速无线接入。2.2.1 宽带化宽带化是通信信息技术发展的重要方向之一。随着光纤传输技术以及高通透量网络节点的进一步发展，有线网络的宽带化正在世界范围内全面展开，而无线通信技术也正在朝着无线接入宽带化的方向演进，无线传输速率将从第二代系统的9.6kbits向第三代移动通信系统的最高速率2mbits发展。2.2.2 核心网络综合化，接入网络多样化未来信息网络的结构模式将向核心网，接入网转变，网络的分组化和宽带化，使在同核心网络上综合传送多种业务信息成为可能，网络的综合化以及管制的逐步开放和市场竞争的需要，将进一步推动传统的电信网络与新兴的计算机网络的融合。2.2.3 信息个人化个人化是下世纪初信息业进一步发展的主要方向之一。而移动ip正是实现未来信息个人化的重要技术手段，在手机上实现各种ip应用以及移动ip技术正逐步成为人们关注的焦点之一。移动智能网技术与ip技术的组合将进一步推动全球个人通信的趋势。2.3 cdma 1x/evdo移动通信实验实验设备：中兴cdma 1x/evdo2.3.1 语音业务放号2.3.2 语音业务信令追踪第三章 软交换3.1 软交换出现的背景软交换技术是在ip电话的基础上逐步发展起来的一门新的技术。在ip电话网中，考虑到网关功能的灵活性、可扩展性和高效性，提出了分解网关功能的概念，即将ip电话网关分解为媒体网关、信令网关和媒体网关控制器，每一功能实体完成一定的功能。其中，媒体网关控制器主要完成呼叫控制功能，而媒体流的传送和转换由在媒体网关控制器控制下的媒体网关来完成。媒体网关控制器就是软交换的前身。后来在ietf的相关文档中，又有人提出呼叫代理的概念，呼叫代理实际上也就是媒体网关控制器。进一步又有人提出了呼叫服务器以及软交换的概念。软交换将呼叫代理的功能进行了进一步的扩展，除了提供呼叫控制功能外，还可以提供计费、认证、路由、资源管理和分配、协议处理等功能。 从业务需求来看，目前电话网上传送着许多数据业务，由于快速增长的数据业务给并不适合传送数据业务的电话网造成了很大的压力，运营商希望能够将公众交换电话网(pstn)上传送的数据业务旁路到新建的数据网上，以减轻对电路交换网的压力；另一方面，随着ip网络的普及和ip电话的大规模使用，人们希望ip 网在提供数据业务的同时，能够提供更多更新的业务，这些业务包括在pstn/isdn以及传统智能网中提供的各种基本业务、补充业务和智能业务，以及具有 ip特色的各种已知和未知的增值业务。因此，基于分组技术的数据网与电路交换网最终必将走向融合，产生下一代由业务驱动的网络。 在传统 pstn/isdn网络中，向用户提供的每一项业务都与交换机直接有关，业务和控制都由交换机来完成。因此，每提供一项新的业务都需要先制订规范，再对网络中所有交换机进行改造，新业务提供周期长。为满足用户对新业务的要求，人们在pstn/isdn的基础上提出了智能网的概念。智能网的核心思想就是将呼 叫控制和接续功能与业务提供分离，交换机只完成基本的呼叫控制和接续功能，而业务提供则由叠加在pstn/isdn网上的智能网来提供。这种呼叫控制与业务提供的分离大大增强了网络提供业务的能力和速度。但是这种分离还只是第一步。随着ip网络技术的发展，出现了很多新型承载网络希望接入ip网络的需求， 如各种接入网、移动网、帧中继网、数据网等。因此，从简化网络结构、便于网络发展的观点出发，有必要将呼叫控制与承载连接进行进一步的分离，并对所有的媒体流提供统一的传送平台。这样，就提出了分层结构的概念，将未来的网络功能从纵向分成4层，即业务层、控制层、传送层和接入层，其中，呼叫控制层的核心功能实体就是软交换。可以说，下一代网络的提出加速了软交换技术的发展。 实现这种分层结构至少存在以下优点：(1)通过在呼叫控制层与业务层间采用统一公开的接口来实现业务提供和网络控制的分离，便于新业务的快速提供。(2)通过呼叫控制与承载连接的分离，便于在承载层采用新的网络传送技术。(3)通过承载与接入的分离，便于各种现有网络技术的接入。(4)允许网络运营商从不同的制造商那里购买最合适的网络部件构建自己的网络，而不必受制于一家公司的解决方案。 可以说，这种完全分层的全开放的体系结构吸取了ip、atm、in、pstn/isdn等技术的精髓，是下一代网络（ngn）发展和业务提供的关键所在。3.2 软交换的体系结构软交换是基于软件提供呼叫控制的功能实体。按照通信界的理解，软交换是为下一代网络中具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能的实体，是下一代网络呼叫控制的核心，也是目前电路交换网向分组交换网演进的主要设备之一。 在该体系结构中，网络从纵向划分成4层：边缘接入层、核心交换层、网络控制层和业务/应用层，各层之间采用标准化接口。 (1)边缘接入层 边缘接入层负责将各种不同的网络和终端设备接入软交换体系结构，将各种业务量进行集中，并利用公共的传送平台传送到目的地。接入层的设备包括各种不同的网 络、终端设备以及各种网关设备。这些网络或终端设备可以是公众交换电话网、atm网络、帧中继网络、移动网络、各种ip电话终端及模拟终端等，它们通过不 同的网关或接入设备接入核心网络。 a.媒体网关媒体网关(mg)负责将各种终端和接入网络接入核心分组网络，主要用于将一种网络中的媒体格式转换成另一种网络所要求的媒体格式，如提供电路交换网络的资源(如线路、中继)和分组网络(如ip、atm)媒体流之间的转换，包括语音压缩、传真中继、回声消除和数字检测等。 b.媒体服务器 媒体服务器(mediaserver)用于提供一些特殊的资源，如交互式语音应答(ivr)、会议桥和传真等，处理与媒体网关间的承载接口。媒体服务器与媒 体网关的区别在于：媒体网关可看作是ip网的一个端点或端点的集合，其主要功能是完成媒体格式的转换，如从电路方式到分组方式，它通常只受控于一个软交换 (如媒体网关控制器)；媒体服务器通常是作为软交换的一个从属设备，执行基于媒体流的媒体处理过程。媒体服务器可以同时受控于多个软交换，提供多项并发的 编解码和代码转换工作。 c.分组接入设备 分组接入设备(pad)用于采用h.323/sip协议等的ip电话终端设备的接入。 d.综合接入设备 综合接入设备(iad)为用户提供多种类型的业务接入，如模拟用户接入、不对称数字用户线接入、局域网接入、v5接入等。 e.信令网关 信令网关(sg)提供七号信令网和分组网之间信令的转换，其中包括综合业务用户部分(isup)、事物处理应用部分(tcap)等协议的转换。信令网关通常和软交换设备合设在一处，也可以单独设置。 (2)核心交换层 核心交换层对各种不同的业务和媒体流提供公共的传送平台。多采用基于分组的传送方式，目前比较公认的核心传送网为ip网或atm骨干网。 (3)网络控制层 网络控制层完成呼叫控制、路由、认证、资源管理等功能。其主要实体为软交换设备。 (4)业务/应用层 业务/应用层在呼叫控制的基础上向最终用户提供各种增值业务，同时提供业务和网络的管理功能。该层的主要功能实体包括应用服务器、特征服务器、策略服务器、aaa服务器、目录服务器、数据库服务器、scp、网管(负责网络的管理)及安全系统(提供安全保障)。 a.应用服务器 应用服务器(applicationserver)负责各种增值业务的逻辑产生和管理，并提供开放的应用编程接口(api)，为第三方业务的开发提供统一公共的创作平台。 b.特征服务器 特征服务器(featureserver)用于提供与呼叫过程密切相关的一些能力，如呼叫等待、快速拨号、在线拨号等，其提供的特性通常与某一类特征有关。 c.策略服务器 策略服务器(policyserver)完成策略管理功能，定义各种资源接入和使用的标准。 d.认证、授权和计费服务器 认证、授权和计费(aaa)服务器负责提供接入认证和计费功能。3.3 软交换的主要功能 软交换是下一代网络控制层的核心设备，也是从电路交换网向分组网演进的关键设备之一。软交换的概念虽然是从媒体网关控制器、呼叫代理等概念发展而来的，但其 在功能上又进行了进一步的扩展，除了完成呼叫控制、连接控制和协议处理功能外，还将提供原来由网络设备提供的资源管理、路由以及认证、计费等功能。同时， 软交换所提供的呼叫控制功能与传统交换机所提供的呼叫控制功能也有所不同，传统的呼叫控制功能是和具体的业务紧密结合在一起的。由于不同的业务所需要的呼叫控制功能不同，因此在软交换系统中，为了便于各类新业务和增值业务的引入，要求软交换所提供的呼叫控制功能是各种业务的基本呼叫控制功能。概括起来，软交换的主要功能如下： (1)媒体接入功能 软交换可以通过h.248协议将各种媒体网关接入软交换系统，如中继媒体网关、atm媒体网关、 综合接入媒体网关、无线媒体网关和数据媒体网关等。同时，软交换设备还可以利用h.323协议和会话启动协议(sip)将h.323终端和会话启动协议客户端终端接入软交换系统，以提供相应的业务。 (2)呼叫控制功能 呼叫控制功能是软交换的重要功能之一。它为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等。可以说呼叫控制功能是整个网络的灵魂。 (3)业务提供功能 由于软交换系统既要兼顾与现有网络业务的互通，又要兼顾下一代网络业务的发展，因此软交换应能够实现现有pstn/isdn交换机提供的全部业务，包括基本业务和补充业务；同时，还应该可以与现有智能网配合提供现有智能网的业务；更为重要的是，软交换还应该能够提供开放的、标准的api或协议，以实现第3 方业务的快速接入。 (4)互连互通功能目前，在ip网上提供实时多媒体业务可以基于h.323协议和sip协议两种体系结构。其中， h.323协议由itu-t制订，sip协议由ietf提出，两者均可以完成呼叫建立、呼叫释放、业务提供和能力交换等功能。h.323沿用了传统电路网可管理性和集中控制的特点，目前已比较成熟且已得到广泛应用；而会话启动协议则采用分布式结构，具有简单、可扩展性好、与internet结合紧密等特 点，已逐步得到应用，尤其是会话启动协议将会在第3代移动通信核心网和智能业务中得到广泛应用。因此软交换应能够同时支持这两种协议体系结构，并实现两种 体系结构网络和业务的互通。 另外，为了沿用已有的智能业务和pstn业务，软交换还应提供与in及pstn/isdn的互通。 (5)资源管理功能 软交换可以对带宽等网络资源进行分配和管理。 (6)认证和计费 软交换可以对接入软交换系统的设备进行认证、授权和地址解析，同时还可以向计费服务器提供呼叫详细话单。3.3 ngn实验 实验设备：华为softx30003.3.1视频通信增加多媒体设备增加多媒体用户3.3.2语音与视频通信增加语音设备增加语音用户第四章 移动通信随着社会、经济的发展，移动通信得到了越来越广泛的应用。在我国，移动通信技术的起步虽晚，但是发展极其迅速。自从20世纪90年代以来，很多国家对移动通信的需求量经历了指数级的增长，我国也不例外，而且这种需求量还将持续下去。如今经济全球化与信息网络化的快速推进，现有的移动网络已经很难满足移动业务发展的需要，为适应发展，对现有的移动通信技术进行改进就越来越迫切，一方面要求尽可能丰富的移动业务满足移动用户不断增长的业务需求；另一方面要求通过采用新技术，不断提高系统的容量，以支持不断增长的移动用户的数量，移动通信技术正是在这两种需求的驱动下不断发展的。4.1 移动通信技术的发展历程早在1897年，马可尼在陆地和一只拖船之间用无线电进行了消息传输，成为了移动通信的开端。至今，移动通信已有100多年的历史，在这期间移动通信技术日新月异，从1978年的第一代模拟蜂窝网电网系统的诞生到第二代全数字蜂窝网电话系统的问世，现如今第三代个人通信系统的方案和实验均已开始逐步完善。4.1.1 第一代移动通信系统20世纪70年代末，美国at&t公司通过使用电话技术和蜂窝无线电技术研制了第一套蜂窝移动电话系统，取名为先进的移动电话系统，即amps（advanced mobile phone service）系统。第一代无线网络技术的一大成就就在于它去掉了将电话连接到网络的用户线，用户第一次能够在移动的状态下拨打电话。这一代主要有3种窄带模拟系统标准，即北美蜂窝系统amps，北欧移动电话系统nmt和全接入通信系统tacs，我国采用的主要是tacs制式，即频段为890915mhz与935960mhz。第一代移动通信的各种蜂窝网系统有很多相似之处，但是也有很大差异，它们只能提供基本的语音会话业务，不能提供非语音业务，并且保密性差，容易并机盗打，它们之间还互不兼容，显然移动用户无法在各种系统之间实现漫游。4.1.2 第二代移动通信系统为了解决由于采用不同模拟蜂窝系统造成互不兼容无法漫游服务的问题，1982年北欧四国向欧洲邮电行政大会cept（conference europe of post and telecommunications）提交了一份建议书，要求制定900mhz频段的欧洲公共电信业务规范，建立全欧统一的蜂窝网移动通信系统。同年成立了欧洲移动通信特别小组，简称gsm（group special mobile）。第二代移动通信数字无线标准主要有：gsm，d-amps，pdc和is-95cdma等。在我国，现有的移动通信网络主要以第二代移动通信系统的gsm和cdma为主，网络运营商运用的主要是gsm系统，现在中国联通的cdma系统经过两年的发展也初具规模。为了适应数据业务的发展需要，在第二代技术中还诞生了2.5g，也就是gsm系统的gprs和cdma系统的is-95b技术，大大提高了数据传送能力。第二代移动通信系统在引入数字无线电技术以后，数字蜂窝移动通信系统提供了更更好的网络，不仅改善了语音通话质量，提高了保密性，防止了并机盗打，而且也为移动用户提供了无缝的国际漫游。4.1.3 第三代移动通信系统这种系统早在1991年就进入了实验阶段，1993年interdigital公司向jtc提交了b-cdma的技术方案。1995年9月该方案通过审议，被采纳为北美蜂窝移动通信的公用空中借口，编号为is-665。并把名称b-cdma（broadband cdma）改为 w-cdma（wideband -cdma）。第三代移动通信技术也就是imt-2000，简称3g，它是一种真正意义上的宽带移动多媒体通信系统，它能提供高质量的宽带多媒体综合业务，并且实现 了全球无缝覆盖全球漫游它的 数据传输速率高达2mbit/s，其容量是第二代移动通信技术的2-5倍，目前最具代表性的有美国提出的mc-cdma（cdma2000），欧洲和日本提出的w-cdma和中国提出的td-cdma。 （1） mc-cdma（cdma2000）mc-cdma（cdma2000）由美国提出，是由is-95系统演进而来的，并向下兼容is-95系统。is-95系统是世界上最早的cdma移动系统，已经在世界范围内进行了10多年的实验和运营，现已被证明是十分稳定。mc-cdma（cdma2000）系统继承了is-95系统在组网、系统优化方面的经验，并进一步对业务速率进行了扩展，同时通过引入一些先进的无线技术，进一步提升系统容量。在核心网络方面，它继续使用is-95系统的核心网作为其电路域来处理电路型业务，如语音业务和电路型数据业务，同时在系统中增加分组设备（pdsn和pcf）来处理分组数据业务。因此在建设mc-cdma（cdma2000）系统时，原有的is-95的网络设备可以继续使用，只要新增加分组设备即可。在基站方面，由于is-95与1x的兼容性，可以作到仅更新信道板并将系统升级为cdma2000-1x基站。在我国，联通公司在其cdma网络建设中就采用了这种升级方案。 （2） ds-cdma（wcdma）ds-cdma（wcdma）由日本和欧洲提出，随着标准化工作的展开，在此系统中逐渐引入了连续导引信号，使得终端系统得到简化。现在ds-cdma（wcdma）将连续导引信道和不连续导引信号的方式都保留在标准中，具体使用哪种方式可以由厂家自行决定。从事ds-cdma（wcdma）标准研究和设备开发的厂商很多，其中包括诺基亚、摩托罗拉、西门子、nec、阿尔卡特等等，因此造成的投资比较分散，技术问题没有得到集中解决，这又给未来移动通信系统互联互通造成较多问题。ds-cdma（wcdma）系统每个载波占用5mhz带宽，每个运营商在布置系统时仅能使用2-3个载波，因此cdma在初始设计时，即考虑在同一个载波内支持其中的一个子集，这就进一步增加了互联互通的难度和复杂程度。还有就是ds-cdma（wcdma）的主要运营商将会出自现在的gsm运营商，对于gsm运营商来说，理想的演进方式是gsm-gprs-wcdma，即首先通过gprs建立全新的分组域核心网络，再引入wcdma提高速率，但是由于gprs在近期的实验结果不很好，因此对wcdma的推广会产生一定影响。同时由于wcdma在开发中问题较多，使得wcdma的商用计划一再推迟，所有这些问题使wcdma已不像前两年那样被广泛看好。如果wcdma不能尽快进入运营阶段，也不能排除gsm运营商直接采用hdr无线技术提供分组数据业务，并过渡到全面使用cdma2000技术的可能。（3） td-scdma td-scdma是由我国在scdma技术上提出的一种tdd技术方案，并希望能够用于支持从微微蜂窝到宏蜂窝的各种应用环境。在td-scdma中，使用了大量的先进技术，如智能天线技术和联合检测技术等。同其它技术相比，td-scdma技术有两大优势，其一，它采用智能天线和低码速率，频谱利用率高，能够解决高人口密度地区频率资源紧张的问题，并在互联网浏览等非对成移动数据和视频点播等多媒体业务方面优势突出。td-scdma的基站天线是一个智能化的天线阵，能够自动确定并跟踪手机的方位，发射波束始终对准手机方向，这样可以降低基站的发射功率，从而降低运营成本；其二，td-scdma技术采用软件无线电技术，可使运营商在增加业务时，能在同一硬件平台上利用软件处理基站信号，也就是只要加载不同的软件就可以实现不同的业务。在标准中，智能天线技术和联合检测技术均为可选择使用的技术 但是如果不使用这两项技术，td-scdma系统容量将远远低于cdma2000系统。除了这两项系统本身需要验证外，使用它们还使得基站间的同频覆盖变得较难解决，如不解决此问题，则td-scdma系统的容量也将远远低于cdma2000系统。另外，在使用了智能天线技术和联合检测技术后在网络规划和网络优化方面也与其它系统存在较大差异，几乎没有可借鉴的经验，这也给td-scdma大规模的商用设置了不小的障碍。不难看出，目前所有的3g技