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一 通信网通信系统communication system定义：至少包含发送和接收两大部分，用于可靠地传输和/或交换信息的系统。应用学科：通信科技（一级学科）；通信原理与基本技术（二级学科）通信系统简介communication systems 用以完成信息传输过程的技术系统的总称。现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现，前者称为无线通信系统，后者称为有线通信系统。当电磁波的波长达到光波范围时，这样的电信系统特称为光通信系统，其他电磁波范围的通信系统则称为电磁通信系统，简称为电信系统。由于光的导引媒体采用特制的玻璃纤维，因此有线光通信系统又称光纤通信系统。一般电磁波的导引媒体是导线，按其具体结构可分为电缆通信系统和明线通信系统；无线电信系统按其电磁波的波长则有微波通信系统与短波通信系统之分。另一方面，按照通信业务的不同，通信系统又可分为电话通信系统、数据通信系统、传真通信系统和图像通信系统等。由于人们对通信的容量要求越来越高，对通信的业务要求越来越多样化，所以通信系统正迅速向着宽带化方向发展，而光纤通信系统将在通信网中发挥越来越重要的作用。基本通信系统：一般由信源、信宿（收信者）、发端设备、收端设备和传输媒介等组成。 来自信源的消息（语言、文字、图像或数据）在发信端先由末端设备（如电话机、电传打字机、传真机或数据末端设备等）变换成电信号，然后经发端设备编码、调制、放大或发射后，把基带信号变换成适合在传输媒介中传输的形式；经传输媒介传输，在收信端经收端设备进行反变换恢复成消息提供给收信者。这种点对点的通信大都是双向传输的。因此，在通信对象所在的两端均备有发端和收端设备。 通信系统按所用传输媒介的不同可分为两类：利用金属导体为传输媒介，如常用的通信线缆等，这种以线缆为传输媒介的通信系统称为有线电通信系统；利用无线电波在大气、空间、水或岩、土等传输媒介中传播而进行通信，这种通信系统称为无线电通信系统。光通信系统也有“有线”和“无线”之分，它们所用的传输媒介分别为光学纤维和大气、空间或水。 通信系统按通信业务（即所传输的信息种类）的不同可分为电话、电报、传真、数据通信系统等。信号在时间上是连续变化的，称为模拟信号(如电话)；在时间上离散、其幅度取值也是离散的信号称为数字信号（如电报）。模拟信号通过模拟数字变换（包括采样、量化和编码过程）也可变成数字信号。通信系统中传输的基带信号为模拟信号时,这种系统称为模拟通信系统;传输的基带信号为数字信号的通信系统称为数字通信系统。通信系统都是在有噪声的环境下工作的（图中集中以噪声源表示）。设计模拟通信系统时采用最小均方误差准则，即收信端输出的信号噪声比最大。设计数字通信系统时，采用最小错误概率准则，即根据所选用的传输媒介和噪声的统计特性，选用最佳调制体制，设计最佳信号和最佳接收机。多路通信系统：为了充分利用通信信道、扩大通信容量和降低通信费用，很多通信系统 采用多路复用方式，即在同一传输途径上同时传输多个信息。多路复用分为频率分割、时间分割和码分割多路复用。在模拟通信系统中，将划分的可用频段分配给各个信息而共用一个共同传输媒质,称为频分多路复用。在数字通信系统中,分配给每个信息一个时隙(短暂的时间段)，各路依次轮流占用时隙，称为时分多路复用。码分多路复用则是在发信端使各路输入信号分别与正交码波形发生器产生的某个码列波形相乘，然后相加而得到多路信号。完成多路复用功能的设备称为多路复用终端设备，简称终端设备。多路通信系统由末端设备、终端设备、发送设备、接收设备和传输媒介等组成。 有线载波通信系统：用于长距离电话通信的载波通信系统，是按频率分割进行多路复用的通信系统。它由载波电话终端设备、增音机、传输线路和附属设备等组成。其中载波电话终端设备是把话频信号或其他群信号搬移到线路频谱或将对方传输来的线路频谱加以反变换、并能适应线路传输要求的设备；增音机能补偿线路传输衰耗及其变化，沿线路每隔一定距离装设一部。 微波接力通信系统：长距离大容量的无线电通信系统,因传输信号占用频带宽,一般工作于微波或超短波波段。在这些波段，一般仅在视距范围内具有稳定的传输特性，因而在进行长距离通信时须采用接力(也称中继)通信方式，即在信号由一个终端站传输到另一个终端站所经的路由上，设立若干个邻接的、转送信号的微波接力站(又称中继站)，各站间的空间距离约为2050公里。接力站又可分为中间站和分转站。微波接力通信系统的终端站所传信号在基带上可与模拟频分多路终端设备或与数字时分多路终端设备相连接。前者称为模拟接力通信系统；后者称为数字接力通信系统。由于具有便于加密和传输质量好等优点，数字微波接力通信系统日益得到人们的重视。除上述视距接力通信系统外，利用对流层散射传播的超视距散射通信系统，也可通过接力方式作为长距离中容量的通信系统。 卫星通信系统：在微波通信系统中，若以位于对地静止轨道上的通信卫星为中继转发器，转发各地球站的信号，则构成一个卫星通信系统。卫星通信系统的特点是覆盖面积很大，在卫星天线波束覆盖的大面积范围内可根据需要灵活地组织通信联络，有的还具有一定的变换功能,故已成为国际通信的主要手段,也是许多国家国内通信的重要手段。卫星通信系统主要由通信卫星、地球站、测控系统和相应的终端设备组成。卫星通信系统既可作为一种独立的通信手段（特别适用于对海上、空中的移动通信业务和专用通信网），又可与陆地的通信系统结合、相互补充，构成更完善的传输系统。 用上述载波、微波接力、卫星等通信系统作传输分系统，与交换分系统相结合，可构成传送各种通信业务的通信系统。 电话通信系统：电话通信的特点是通话双方要求实时对话，因而要在一个相对短暂的时间内在双方之间临时接通一条通路，故电话通信系统应具有传输和交换两种功能。这种系统通常由用户线路、交换中心、局间中继线和干线等组成。电话通信网的交换设备采用电路交换方式，由接续网络（又称交换网络）和控制部分组成。话路接续网络可根据需要临时向用户接通通话用的通路，控制部分是用来完成用户通话建立全过程中的信号处理并控制接续网络。在设计电话通信系统时，主要以接收话音的响度来评定通话质量，在规定发送、接收和全程参考当量后即可进行传输衰耗的分配。另一方面根据话务量和规定的服务等级（即用户未被接通的概率呼损率）来确定所需机、线设备的能力。 由于移动通信业务的需要日益增长，移动通信得到了迅速的发展。移动通信系统由车载无线电台、无线电中心（又称基地台）和无线交换中心等组成。车载电台通过固定配置的无线电中心进入无线电交换中心，可完成各移动用户间的通信联络；还可由无线电交换中心与固定电话通信系统中的交换中心(一般为市内电话局)连接，实现移动用户与固定用户间的通话。 电报通信系统：为使电报用户之间互通电报而建立的通信系统。它主要利用电话通路传输电报信号。公众电报通信系统中的电报交换设备采用存储转发交换方式（又称电文交换），即将收到的报文先存入缓冲存储器中，然后转发到去向路由，这样可以提高电路和交换设备的利用率。在设计电报通信系统时，服务质量是以通过系统传输一份报文所用的平均时延来衡量的。对于用户电报通信业务则仍采用电路交换方式，即将双方间的电路接通，而后由用户双方直接通报。 数据通信系统：数据通信是伴随着信息处理技术的迅速发展而发展起来的。数据通信系统由分布在各点的数据终端和数据传输设备、数据交换设备和通信线路互相连接而成。利用通信线路把分布在不同地点的多个独立的计算机系统连接在一起的网络,称为计算机网络,这样可使广大用户共享资源。在数据通信系统中多采用分组交换（或称包交换）方式，这是一种特殊的电文交换方式，在发信端把数据分割成若干长度较短的分组（或称包）然后进行传输，在收信端再加以合并。它的主要优点是可以减少时延和充分利用传输信道.通信网communication network定义：分布在不同地点的多个用户通信设备、传输设备、交换设备用通信线路互相连接，在相应通信软件支持下所构成的传递信息的系统。概述通信网：在分处异地的用户之间传递信息的系统。属于电磁系统的也称电信网。它 通信网是由相互依存、相互制约的许多要素所组成的一个有机整体，以完成规定的功能。通信网的功能就是要适应用户呼叫的需要，以用户满意的程度沟通网中任意两个或多个用户之间的信息。技术设备通信网在设备方面有三种要素。 末端设备(又称用户设备)：用户与通信网之间的接口设备，可把用户的消息与收发的电信号相互转换。 传输系统：传输电信号的信道，包括有线、无线、光缆等线路。 交换设备：在终端之间和局间进行路由选择、接续控制的设备。为使全网能合理协调工作，还要有各种规定，如质量标准、网络结构、编号方案、信令（也称信号）方案、路由方案、资费制度等。 编辑本段理论以通信网这样一个大系统为对象，在统筹兼顾的原则下根据客观条件进行择优的理论。它吸取系统工程中的概念、原理和方法，从50年代开始经过不断开拓，理论渐趋完整。通信网理论一般借助数学模型来考虑问题。因涉及的因素太多，只能把它分成各种特定问题分别进行研究。一个特定问题只考虑与它有关的主要因素，而把其余的因素看作固定不变或可以忽略不计。采用数学模型应尽量借鉴已有的适合于特定问题的标准模型，特别是运筹学中的数学模型。 数学模型 用字母、数字和其他符号来体现真实事物的组成要素以及它们之间的关系。数学模型按用途可分为预测模型、描述模型、优化模型、评价模型等。 预测模型：为了弄清楚要解决的问题，应对需求和环境进行调查，收集和整理需要的数据。通信网的调查项目一般包括：用户分布，业务需求情况，设备性能和费用，技术、地理和资源条件等。调查往往要对未来可能发生的事件进行推测，推测时采用预测模型，用来列出事件的因果关系。所用的理论有数理统计等。 描述模型:针对要解决的问题首先拟定方案(即综合),然后通过分析看方案能达到目标的程度。通信网的目标一般有：费用、容量（吞吐量）、呼损率、时延、可靠性等。分析时采用描述模型，以表示方案中哪些因素与目标有关系并在什么条件下有什么关系。所用的理论有可靠性理论、排队论、更新论等。 优化模型：为了在一定的约束条件下使方案最理想地达到预期目标，可对多种方案进行分析比较，加以修正,最后得出最优方案。在目标单纯的情况下,也可一次采用优化模型求解。优化模型又可分为网络模型和数学规划模型两种。网络模型是使用图的数学模型，其中的点称为节点，表示交换中心和终端；其中的线称为链路,表示传输通路。还可在节点和链路上附加参量,如费用、流量等，这称为加权。这种模型可用图论方法求解。数学规划模型是使用代数方程的数学模型，以可控变量和不可控参量列出目标函数和各种约束条件，视变量在模型中的形式，可分别用线性规划、整数规划、非线性规划、动态规划等求解。 评价模型：通过优化得到的备选方案，须根据评比准则进行全面评价和最后决择。这种情况采用评价模型，所用的理论有价值理论、决策论、对策论等。四种模型中最核心的是优化模型，采用优化模型求解的特定问题有网流问题、连通问题、定位分配问题、流量分派问题、扩充问题等。 网流问题 认为网中只传输一种业务流(单商品流)并且是稳定的，在一定要求下确定业务流在网中各处的有无或多少，一般采用网络模型求解。这方面有两种基本情况。最短路径问题：在给定每个链路长度（或费用、时延等）的情况下，找出从一节点到另一节点经过哪些链路的路径最短。这种情况可在建立资费价目表和选择适应路由时应用。最大流问题：给定每个链路的容量（或带宽、速率等），在链路流量不超过链路容量的约束条件下，找出从一个节点到另一节点经过哪些链路可得到最大流量。这种情况可在某些通信系统，如指挥控制网和时分网中应用。 连通问题 给定一组固定地点，诸如一些终端设备和计算机所在的城市或者若干微波终端站的站址，已知各点之间的线路费用，要把这些地点用线路连通而使全部线路费用最少，这在图论中称为最小生成树问题，可用网络模型求解。这个问题或许还要受到某些约束，典型的约束或是链路业务流量不能超过链路容量，或是终接在一个特定节点（计算机）上的每个连通分段中的终点（终端）数目不多于若干个。 定位分配问题 给定用户的位置，在传输损耗、地理限制等约束条件下，已知单位距离的线路费用和单位容量的交换设备费用，找出交换局的数目和位置以及用户与哪个交换局相连而使全网费用最少，可采用数学规划模型求解。但精确求解这个问题则要求相当多的计算时间，一般把它分成定位和分配两个子问题分别求解，但由于这两个子问题存在着相互作用，要把分别得到的结果在两个子问题之间反复迭代，才能取得整个问题的最优解。 流量分派问题 给定网络设备配置情况、交换局间业务量需求、线路容量与费用之间的关系，保持全部费用不超过一定限定而使接续指标（呼损率或时延）最优，或者对接续指标设定一个限度而使全部费用最少，找出各个线路的流量和容量。这种情况应认为同时存在多种业务流并且是随机的。首先根据交换方式利用排队论找出接续指标与线路容量和流量之间的关系，然后把问题列成数学规划模型，按有约束的非线性规划求解。 扩充问题 由于资金、人力等资源的限制，再加上业务需求和技术进步是逐步增长的等因素，必须分期分批地进行通信网的建设。扩充问题就是确定何时何地需要安装何种设备以及这种设备的数量，以使整个规划期间的总费用最少。这种情况要预测需求业务量随时间的增长率，还要考虑货币因利息而产生的时间价值。然后把问题列成多阶段的数学规划模型，采用动态规划求解。 编辑本段具体分类通信网可从不同角度分类：按业务内容可分为电报网、电话网、图像网、数据网等；按地区规模可分为农村网、市内网、长途网、国际网等；按服务对象可分为公用网、军用网、专用网等；按信号形式可分为模拟网、数字网等。 历史发展电报、电话相继问世后，工业发达国家先后着手建立电报和电话通信网。电话网发展迅速，到20世纪初在一些国家内已具有相当规模。以后出现的非电话业务,如载波电报、传真电报、用户电报等，大多是以已有的电话网为基础而建立的。随着电子计算机的广泛应用，世界上兴起了数据通信，建起了大量的专用数据网。 60年代末，还建成了世界上第一个公用数据网。早期的数据网主要是直接使用现有电话网或租用它的部分线路而构成的。由于数据通信使用数字信号，而电话通信使用模拟信号，两种信号对通信网的要求不同，因而在模拟网上传输数据存在着质量差、效率低等缺点。用数字信号进行通信,具有失真小、抗干扰性强等优点,这促进了脉码调制技术的发展,采用这种调制,可把电话、传真、电视的模拟信号变成数字信号进行传输。 70年代，长距离、大容量的数字通信技术进入实用阶段。 70年代中期，世界上开始出现数字化的数据网。新兴的数字网和传统的模拟网已形成了并存和兼容的局面，并逐步向综合业务数字通信网过渡。 编辑本段技术标准通信网是为用户服务的，应能迅速、准确、安全、经济地传递信息。为此，必须规定某些技术标准。技术标准一般包括传输标准、接续标准和稳定标准三种。 传输标准（准确性）：表示通信的再现质量，电话通信用清晰度等指标来量度，电报、数据通信用误码率来量度。 接续标准（迅速性）：表示接通的难易程度，用呼损率和延迟时间来量度。 稳定标准（安全性）:表示在发生故障和异常现象时维持通信的程度,用可靠性、可用性等指标来量度。 通信网中分系统及其设备的技术指标是根据全程全网技术标准进行分配得来的。 网路结构：终端设备的数目和位置一般是给定的，网路结构是指交换设备和传输信道的容量和配置。这些是与业务量分布情况、接续标准、稳定标准以及交换设备与传输信道之间的费用比等因素有关的。网路的类型有多种。星状网多在交换局分散并且各局间的业务量较少时，或者传输费用高于交换费用时采用，如用于长途电话网。网状网多在近距离或虽然距离长但业务量多时，或者传输费用低于交换费用时采用，如用于市内电话网。链状网和环状网需要具备多级中继交换功能，但结构比较简单，传输信道可以公用,业务量处理效率高,主要用于数据通信网。环状网可在两个方向上通信，因而可靠性有所提高。蜂窝网和栅格网结构比较复杂,但因路由选择的自由度大,业务量处理效率高，可靠性也高，多用于移动通信网。多栅格网和多面体网由于路由众多，提高了可靠性，多用于军事通信网。通信网规模大时，一般把全区分成若干等级的分区，而在各分区内和各分区间逐级各取最佳的结构。 编号方案：对用户进行编号是为了向交换设备提供必要的路由选择和用户识别的信息。这与末端设备的数量、地理分布、业务种类、交换功能和计费功能等有关。编号可由数字、文字、符号等组成。电话网常用数字编号，数据网常用字符编号。编号按分派方法可分为闭锁编号和开放编号两种。对全区的用户各分派一个位数相同、排列各异的固定编号，这种方式的编号称为闭锁编号，它适用于小规模的通信网。通信规模大时，一般将全区分成若干分区，对分区内的用户分派该区限定的闭锁编号，对分区外的用户在原闭锁编号上附加地区识别码，这种方式的编号称为开放编号。这样，可避免在通信频繁的近距离用户之间使用过长位数的编号。由于新业务的不断增加，新的编号方案还包括通信网别、业务种类等识别码。 信令方案：为了完成通信网的接续动作，必须在用户与交换机之间以及交换机相互之间传输各种信令。在用户和交换机之间传输的信令，称为用户线信令，它反映用户设备的启用和停用情况；在交换机之间传输的信令，称为交换网信令，它控制呼叫的接续和拆线。随着通信技术的发展，从简单的人工交换直到用户直拨的自动交换，逐步形成了多种信令方案。信令的种类与服务要求有关，而信令的形式则与交换、传输系统的类型和性能有关。 任何方案都应具备下列三种功能：监测功能，即检测或改变某些部件的状态或条件；选择功能，即保证呼叫接续过程的建立；运行功能，这取决于管理方针，一般能检测和传输有关网路拥塞的信息，提供计费信息、故障告警信息等。 路由