通信基础知识(137-147).doc

通信基础知识第三单元 通信技术及公司产品知识第一章 通信网技术基础第一节 通信网概述通信是人类社会传递信息、交流文化、传播知识的一种非常有效的手段。随着人类社会不断进步，生产力及科学技术日益发展，人们对通信的需求越来越多，通信业务已深入到社会的各个方面，渗透到生产、管理、服务、生活的各个环节，并已经成为国民经济的重要支柱产业。从社会分工来看，通信是负责传递信息的服务行业，通信生产的不是实体产品，而是社会效益，因此在讲求竞争和效益的社会中不可能不充分使用通信手段。经济发达的国家早就看到了这一点，因此当前世界各国都在积极地建设和完善本国通信网，使之更好地满足各界需要，充分发挥社会效益。目前，我们公司的产品几乎触及了通信网的各个领域，现代通信网有一个最大的特点，就是系统性强，通信网的每个构成要素都是作为整个通信网的一部分存在并且起作用的，所以要求我们必须有一个全网的概念。1.1 通信网的基本结构 多用户通信系统互连的通信体系称之为通信网，习惯上把它分为电话通信网、数据通信网以及广播电视网等等。目前，通信网实现的基本结构形式有五种：网型网：网型网是具有代表性的完全互连网，在每两个通信节点之间都建立一条传输链路。星型网：增加了一个转接交换中心，完成所有节点间信息的汇集、接续和分配。复合网：是以星型网为基础，在通信量较大的区间构成网型网结构。环型网：节点之间由链路构成一个封闭的环状网。总线型网：特点是传输流通的信息速率较高，它要求各节点或总线终端节点有较强的信息识别和处理能力。在计算机通信网中应用较多。1.1 通信网的构成要素 从通信网的基本结构可以看出，构成通信网的基本要素是终端设备、传输链路、转接交换设备以及新近几年引入的接入部分。 终端设备是通信网中的源点和终点。对应不同的通信业务，有不同的终端设备。 传输链路是网络节点的传输媒介，是信息和信号的传输通路。 转接交换设备是现代通信网的核心。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。 接入是由业务节点接口和用户网络接口之间的一系列传送实体组成的实施系统，通过有限的标准接口，把各种用户接入到业务节点。 通信网的四个构成要素在各种协议和标准的支持下完成所有节点之间的通信。1.3电话通信网的等级结构及路由设置1.3.1等级结构 为了在全国范围内任何两点之间都能进行通信联系，既要保证通信质量，又要经济合理，需要将各区域的通信流量逐级汇集起来，以提高通信电路的利用率。在长途电话网中，根据地理条件、行政区域、通信流量的分布情况等，设立各级汇接中心。每一汇接中心负责汇接一定区域的通信流量，然后逐级形成辐射的星型网或网型网。 我国的电话网的网路等级分为五级，由C1、C2、C3、C4四级长途交换中心及C5本地交换中心组成，如图一所示。C1为一级长途交换中心，全国共设8个；C2为二级长途交换中心，设在各省省会城市；C3为三级长途交换中心，设在各省的地区城市；C4为四级长途交换中心，设在全国各县城。C5为本地电话网的端局。本地电话网是相对于全国长途电话网而言的局部地区电话网。本地电话网包括若干个端局及汇接局，组成一个闭锁编号区，网内所有用户实行统一长途区号。它的服务范围包括原来的市内电话网及该城市的郊区电话以及其所属县的县城、农村的电话用户，形成一个地区性自动交换网。1.3.2 路由设置 在我国自动电话交换网中，常用的路由设置有下列几种：基干路由：是构成网路基本结构的路由，它是特定的交换中心之间构成的路由。 低呼损直达路由：两个交换中心呼叫时不经过其它交换中心，仅经过两个交换中心之间设置的电路群，而且电路群的呼损不大于所规定的标准。 高效直达路由：从网路的经济性与提高服务质量方面考虑，在电话自动交换网中设置高效直达电路群是有利的。设置高效直达电路群的目的，就是使呼叫连接的电路长度尽量短。1.3.3 网络结构的演变 当网络由数模混合网演变成数字网时，由于程控数字交换机的系统容量可达10万门以上，且作为端局时还可引出远端模块局，因而会引起网络结构的变化，其变化趋势是在服务范围内交换局数减少。引起网络结构变化的另一原因是局间话务流量的增长，随着全网话务量的增长，两局之间设置直达电路的情况将不断增多，经汇接局汇接的路由就要相对减少。在这种情况下，分级网逐渐形成一个范围扩大的网状网并将渐渐演化成两级合并为一级的网。1.3.4 动态无级选路网（DNHR） 动态无级选路技术是美国电报电话公司首先提出的。它与传统的路由选择技术是完全不同的。现行的电话网是一种静态的分级网，即网路的选择只随空间变化而不随时间变化，同时各个交换点都具有一定的交换级别。 DNHR的选路规则是根据话务量的分布及交换点的空间位置确定的，即可分为依从于时间的时变策略和依从于状态的自适应策略，原则是当网络的一部分出现过载时，利用网路其余部分的容量，达到最大限度地利用网路资源。下面我们用一个例子来说明动态无级网具体工作情况。如图二所示，假设在我国五个城市之间组成一个动态无级网，并假设将全天分成五个时间段，每个时间段中每两个城市间均有自己的选路方案。例如北京至上海的选路方案为：第一时间段（6:0010:00） 2-4-1-3第二时间段（10:0014:00） 2-1-3-4第三时间段（14:0018:00） 2-3-4-1第四时间段（18:0022:00） 2-4-3-1第五时间段（22:00次日6:00） 2-1-3-4 这样做，显然增加了选路灵活性，提高了电路利用率。采用DNHR无论在技术上和经济上都有一定优点，但要组建一个动态无级选路网，要具备一些条件： （1）要组成动态无级网，需要网中各交换点间的话务量都比较大，这样才能做到经济合理。 （2）要实现动态路由选择，网中各交换点应使用程控交换机，并在各交换点间组成No.7公共信道信令网，这样才能充分发挥程控交换机软件作用，实现动态路由选择。（3）网中各交换点的话务忙时应有显著差别，这样才能充分发挥忙时不一致和话务波动的效果。（4）组成DNHR网后，为使接续性能不低于分级网，要求链路呼损不大于1%，为达到此标准各交换点间的电路数必须足够多，否则，会引起接续质量劣化，也无法发挥动态选路的优点。1.4电信网的质量测度 电话网服务质量表明用户对电话网提供的服务性能是否达到理想情况的满意程度，实际上它是各种服务性能表现的综合效果。服务质量主要包括接续质量、传输质量和稳定质量。接续质量：它表明电话用户对电话呼叫在建立接续过程中是否好用的满意程度。传输质量：它要求电信网在信号的传输过程中有很高的清晰度、响度和逼真度。稳定质量：当传输交换发生故障和话务异常时可以维持正常业务的程度。以上三项也可作为网路设计的三个依据。依据接续质量，在业务预测及话务量调查统计的基础上可对设备容量、网路结构、路由组织、中继方式及中继线数量等进行计算和设计；依据传输质量，可选择终端设备及传输链路设备等的实现方式，对传输链路进行设计；依据全网稳定质量要求分别计算出网路构成各部分的稳定质量指标，以对全网设备选型、网路组织方式及全网的运行管理等进行设计。1.5网路管理与监控 电信网的管理与监控系统通常是在电话网基础上建立起来的，网路管理的目的是保证在任何情况下最大限度地使用网中的设备，疏通按预测要求的话务量，使尽可能多的用户完成通话，并且防止话务拥塞。为此，网路管理工作中除监视网路工作状态外，必要时还需采用网路控制措施。 我国目前网管系统分为全国中心、省中心和接口机三级。网管中心主要由计算机系统、显示告警设备和操作终端三个部分，如图三所示。图 三 网管系统1.6 通信网的发展1.6.1 通信网发展的特点标准化：通信技术的发展越来越重视标准化，并将标准与产业紧密联系起来；如移动通信的GSM、CDMA、3G；光通信的SDH、RPR、OXC；数据通信的ATM、TCP/IP、MPLS；多媒体通信的MPEG、H.323等；资金化：现代通信的开发应用需要投入巨额资金。一方面由于技术比以前更加复杂，硬件成本和软件成本不断增加，如3G系统、铱星系统和全光网。另一个方面是要支付专利费，以及运营商购买新的运营执照和用于网络更新建设的投资；市场化：通信技术的发展需要有大规模的市场应用支撑，也就是说，市场的认同度决定了技术发展的空间。只有使用费用低廉并能满足人们通信需求增长的技术，才能获得广泛应用的机会；多样化：近年来，通信领域的技术发展呈现多样化的特征，各种创新技术不断涌现。移动通信的GPRS、CDMA20001X、3G、MobileIP、智能天线等；网络通信的Softswitch、Ipv6、路由交换、10G以太网等；光传送网的DWDM、IP OVER SDH、OADM、OXC、ASON等；多媒体通信的MPEG4、流媒体、IP会议电视等；1.6.2 通信网发展方向21世纪人类进入信息社会，高度发达的信息社会要求通信网提供多种多样的电信业务，要求得到高质量的信息服务，且通过通信网传输、交换、处理的信息量将不断增大。现代化通信网根据这种形势，正加速采用现代通信技术、以计算机为基础的各种智能终端技术和数据库技术积极使通信网向宽带化、综合化、网络化、智能化和个人化方向发展。宽带化：社会的知识化、国家的信息化都是推动网络向宽带发展的动因，移动通信从2G、2.5G、3G的演进，交换向256K*256K、线速交换、光交换演进，光通信向40bps、320Gbps、1.6Tgbps演进；综合化：通信技术在市场需求的驱动下，朝综合应用的方向发展，如电子商务、电子银行、电子购物；远程教育、远程医疗；视频点播、多媒体通信；位置业务、定位业务等；综合化充分给人们满足不同需求的个性化服务，可以建立起运营商、信息服务商、设备制造商和最终用户之间的业务价值链； 网络化：网络互连扩大了通信的范围，同时也为信息共享和不同系统之间的通信奠定了基础。比如电话网、因特网、数据网；移动网、卫星网；给分别使用这些网络的人们带来了方便和快乐，而它们之间的互连互通则让人们感受到通信无处不在；智能化：是通信网络发展的最高境界，代表了通信的发展方向。其基本设想是改变传统的网路结构，使用户对网路有更大的灵活性和更强的控制能力，以有限的功能组件实现多种业务。如移动智能网、固定智能网、智能交换网、智能光网络、智能网管等；个人化：个人通信被人们认为是一种理想的通信方式，其基本概念是任何人、在任何时候、任何地点都能自由地与世界上其它任何人进行通信。实现个人通信的关键技术有数字蜂窝移动通信、移动卫星通信系统等。思考题1 通信网的构成要素是什么？2 通信网的基本结构有哪几种类型？并做比较。3 简单说明我国电话网路的等级结构、演变及原因。第二节 话音信号的数字化基础2.1多路复用技术在传统的通信网中用于传输介质的成本约占65%左右，而用于设备部分只占35%左右。可见探讨提高线路利用率的途径是值得重视的课题之一。一般有两种常见的多路复用技术，即频分制（FDM）和时分制（TDM）。一对线上可以同时有若干对用户进行通话，FDM中每对用户所占用的仅仅是其中的一个频段，而TDM中每对用户占用的是一段指定的时间。如图2.1所示。2.2话音信号的数字化在脉码调制通信系统（PCM即Pulse Code Modulation）中，先对话音信号采样，然后将每个样值的幅度取其有限个允许值中最接近的一个，因此在时间和幅度方面都得到量化。PCM的结构方框图如图2.2所示。在PCM系统的发送端需包括采样、量化和编码三个基本部分。而在接收端包括再生、解码以及对量化样值序列的解调。在多路复用时，要确保接收端对发送端同步,以免产生滑码造成信息丢失。2.3 30/32路脉码调制通信系统在时分制中，每一个用户在指定时间内接通信道，其它时间为别的用户所接通。通常是把时间分成一个个小段称为时隙，每一个用户占一个指定的时隙。每轮流一次的总时间称为一帧。对于单路PCM，采样频率fs=8000赫兹，采样间隔ts=125s。在30/32路脉码调制通信系统中，一帧分为32个时隙，其中30个时隙传送话路信息，另外一个时隙传送帧同步信号码，一个时隙传送话路的标志信号码和复帧同步信号码。帧结构如图2.3所示。信道1信道2信道N 信道 N 信道 2 信道 1 频 频 率 率 时间 时间 （a）FDM信道划分 （b）TDM信道划分 图2. 1 FDM与TDM信道划分低通滤波器采样器量化器编码器再生中继器再生中继器再生电路译码器低通滤波器接收器（模拟信号） PCM信号 连续时间信号传输线路 图2. 2 PCM系统的基本单元第三节 话务理论的基本概念迄今为止，电信业务中的主要成分仍然是电话业务，因而，以电话交换为特征的电话交换机仍是通信网中主要的交换设备。在设计通信网中的电话局交换设备及局间中继线配备数量时，主要根据这些设备所要承受的电话业务量及规定的服务质量指标。电话业务量简称话务量；服务质量指标指的是交换设备未能完成接续的电话呼叫业务量与用户发出的电话呼叫业务量之比，即呼叫损失率，简称呼损。描述程控交换机的能力，通常有三个数据：容量规模、话务负荷能力和呼叫处理能力。容量规模：容量规模实际反映数字交换网的通路数。ZXJ10采用SM8、SM16、SM32、SM64、SM128、SM256等交换模块作为中心模块，满足不同级别局的组网要求，局容量可以从数万端口平滑扩容至25万中继或100万用户。话务负荷能力：通常采用爱尔兰作为话务量的单位，Erl小时呼是衡量数字交换网络所能承担的话务量多少的数据，一般应确定忙时话务量指标。呼叫处理能力：控制部件对呼叫的处理能力以忙时能处理的最大呼叫次数-BHCA（Busy Hour Call Attempts）来衡量。这是一个评价交换系统的设计水平和服务能力的一个重要指标。第四节 信令系统信令方式是通信网中各个交换局在完成各种呼叫接续时所采用的一种通信语言。在通信网中交换局经历了步进制交换局，纵横制交换局到目前的程控交换局几代的发展，信令方式也随着不断发展和完善。程控交换局尤其是数字交换局的引入对信令方式提出了更高的要求和实现的可能。交换设备出局线 路设备入局线 路设备交换设备记发器记发器 线路 图4.1 随路信令方式示意图 在通信网中有各种各样的信令，在这里主要介绍随路信令和公共信道信令。随路信令是指在呼叫接续中所需的各种信令通过该接续所占用的中继电路来传送的信令，如中国1号信令。随路信令方式如图4.1所示。 公共信道信令是利用交换局间的一条集中的信号链路为多条话路传送信令的方式。公共信道信令方式如图4.2所示。CCITT建议的No.7信令就是公共信道信令，目前No.7信令在国际上得到日益广泛的应用。我国在80年代中期开始了No.7信令系统的研究、实施和应用。No.7信令系统的中国规范于1990年8月已正式颁布执行。该规范的主要特点是：l 目前我国No.7信令系统只在电话网中使用，即只采用消息传递部分和电话用户部分。l 制定了我国国内电话网专用的信令格式和编码。l 制定了我国电话网专用的No.7信令与中国1号信令配合的规范。l 增加了一些我国国内电话网专用的信令消息。No.7信令系统在设计上的主要特色是功能的模块化和通用性。在这里我们只简单的介绍一下它的结构，它采用了功能级结构，如图4.3所示，各功能块之间有一定的联系，但又相互独立，某个功能块的改变，不影响其它功能块。另外，各