语音与数据通信原理.doc

第一章 语音与数据通信原理概述定义：通信是进过一段距离以可以理解的格式通过某一媒介在发送端和接收端之间交换信息的过程。1、 信息交换，信息具有多种格式。（1） 信息包括语音；（2） 信息包括数据；（3） 信息可能是图像；2、 信息处于发送端和接收端之间。3、 信息传输一段距离。4、 信息通过媒介传输。（1） 铜线（或称为非屏蔽双绞线）；（2） 无线电波被用于携带信息；（3） 通过玻璃或者塑料线（光纤）；（4） 同轴电缆；（5） 电力线，使用旁通滤波器是电力公司可以在传输电力的同一电缆上传输高速internet业务；5、 通信必须是可懂的，信息以一种共同的格式被接收和理解。网络是将所有器件连接到一起的互联。 装置包括电话网、电话交换机、计算机以及很多其他日常能看到和使用的设备。 ISDN和SONET。能传输新业务同时还能比模拟网络更好更快，产业提出综合业务数字网(ISDN,integrated Services Digital Networks)当用户把所有单个电话连接捆绑在一根玻璃丝上，并且一定要有一种获得信息的办法时。这个方法就是同步光网络（SONET）。标准网络标准的一个例子是OSI（开放系统互联的参考模型）；又如传输控制协议/英特网协议（TCP/IP）分组、祯和信元1974年建立了X.25标准，该标准将数据传输规范到一种可靠的机制中，即分组。缺点是延迟、更少的容量和更高的成本。1974年至1992年考虑消除这些开销，分组被扩展为祯的更大数据块。但还是存在最初的缺点。目前，进一步的投资结果是异步传输模式（AYM）的建立。目标依然是追求更快、更好、更便宜。ATM对应于SONET的传输系统。而且分组被减小为固定大小的信元，比以往都小，但增加了开销。将来将转向IP分组。XDSL世界一种方式就是使用封装在LAN祯中的IP分组数据。被加到以太网上的数据是路由器件和调制解调器在用作电话呼叫的相同线路上传送的数据。不同在于调制解调器工作于线上的更高频谱。在电话局连接光纤的转接点上处理这些信元。传送这些信元的光纤连接到因特网，其中这种信元是IP分组的更小信元。第二章 电话机的演进电话机的功能电话机是当用户在网络上传输语音时将声音转化为电流。电话机是一个改变信息格式的媒介。在接收端将电流转化为声音。话筒话筒包括振动膜和紧密相贴的炭粒子。当振动膜前后运动时，引起炭粒子的前后运动。产生一个和声音压力变化一致频率和幅度的电阻。电信号就以模拟正弦波的形势产生。听筒听筒有一个接到振动膜上的电磁铁组成。电信号转化为磁信号时拉动振动膜上的一个金属片，产生声音信号。双音频拨号（DTMF）传输线称为拨号线，听筒线称为响铃线。新式电话的特征1、 快速拨号；2、 通话保持；3、 呼叫转移；4、 会议电话；5、 重拨功能；6、 内置扬声器；专用分组交换机（PBX,Private Branch Exchange）专用属于一个组织或个体，不是公共服务。分组交换电话公司将中心局定义为分组交换，提供拨号语音。PBX是大公司常用的典型电话系统。第四章 7号信令系统、智能网及号码的可携带性 SS7的引入 SS7是基于专用的高速数据通信网络，使用变化长度的信令单元。北美使用56Kb/s的数据链路，而在世界的其他地区则使用64Kb/s的数据链路。 SS7网络的用途 SS7的两个主要应用是通话建立和事务处理。它是一个网络信令协议。 什么是带外信令 带外信令是不和语音在同一信道中传送的信令。开始带外信令工作在4KHz的语音级别信道内。后来发展为独立的信道来交换信令信息，这个信道称为信令链路。而中继线最终用来传送通话信息。 SS7网络架构 信令交换点（SSP）:安装了SS7的软件及信令链路终端的电话交换机（端局与汇接局），它们能够发起、终止或者交换呼叫。 信令转接点（STP）:是网络上的分组交换设备。它们接收信令信息并将它们转发到正确的目的地。它们还执行路由功能。 信令控制点（SCP）:是为高级呼叫处理提供必要数据信息的数据库。 ISDN用户部分（ISUP）基本呼叫建立过程当一个用户拨叫了出局号码，起始的SSP发送一条ISUP处始地址信息（IAM）用以在起始交换机和目的交换机之间预留一条空闲中继线路。IMA包括起始节点信息、目的地节点信息、电路标识代码、被叫号码以及可选的呼叫方号码与名字。目的地交换机检测被叫号码是否存在，目的地交换机通过它所连的本地STP向起始交换机发送ISUP地址全信息（ACM）。以指示中继线路的远端以被预留出来。随后目的地交换机通知被叫方振铃并通过中继线将振令发送到起始交换机。STP再将ACM发送到起始交换机，以将主叫用户线与中继线相连，从而完成从主叫方到被叫方整个语音线路的建立。呼叫方就可以听到中继线上的振铃音。当被叫方拿起电话时，目的交换机终止振铃，并通过本地STP向起始交换机发送一条ISUP的应答信息（ANM）。STP将ANM送到起始交换机，起始交换机验证被叫方用户线是否一连到预留的中继线上，如连上则开始计费。如主叫方先挂机，起始交换机发送ISUP释放信息（REL）以释放两个交换机之间的中继线。如果被叫方先挂机或线路忙，目的地交换机就向起始交换机发送REL信息来指示释放原因（正常释放或线路忙）。当收到REL信息，目的地交换机断开连至被叫用户的中继线。将该线路设置为空闲。并向起始交换机发送ISUP释放完成信息（RLC）已确认中继线路释放完成。当起始交换机收到RLC时便停止计费，并将本端中继线置为空闲，已准备为下一次呼叫提供服务。第五章 数字通信与模拟通信模拟传输系统模拟信号的特性涉及两个变量：信号的振幅和频率。与传输并存的另一个现象是噪声。噪声（通常由线路损耗、导线磨损、闪电、电感、热等原因引入）以白噪声或嘶嘶声的形式存在，它会造成信号的恶化。模数转换传输音频信号的带宽是3000Hz（3300300Hz）。由耐奎斯特采样定理知，最小采样频率应为6600Hz。实际上采用稍高一点的频率8000Hz。体现了保护频带的要求。保护频带是基于滤波器并不完善以及一些超过带通滤波器限制的信号依然在电线上传播的事实。每秒钟8000次采样，每次采样使用8位二进制表示，由此产生的数据流是64Kb/s。T1的基本概念1、 四线电路，两根用来接收，两根用来发射。2、 全双工3、 数字化4、 时分复用，数字流以标准的64Kb/s的信道中传送；复用24路信道将产生1.536Mb/s的集群速率。5、 脉冲编码调制6、 祯格式7、 双极性格式8、 字节同步传输9、 信道化和非信道化第六章 综合数字数字网和SONETISDN的定义ISDN是在逐次呼叫的基础上提供语音和非语音业务的机制。具有如下功能：1、 再接听电话前，应该将呼叫方的名字和号码传送到电话机。2、 允许通过桌面系统进行多点接入、语音呼叫和数据会议呼叫。3、 通过线路到线路的方式提供所需业务，并且通过逐次呼叫的方式实现语音、数据和视频会议业务。4、 在不干扰正在运行的语音和数据呼叫业务的前提下，使用同一线路传送信令信息。有了ISDN我们可以应用现有的线路接口，在逐次呼叫的基础上，提供综合业务，而不必为特定的应用提供专线。ISDN体系结构有两类ITUISDN用户网络接口用于连接终端用户设备，即基本速率接口（BRI）：2B+D和主速率接口（PRI）：23B+D/30B+D。承载业务（B）信道速率为64Kb/s，用于传送净荷（即语音数据等）。D信道主要是用于带外信令的数据信道。将如传真机等模拟设备连到ISDN网络中，需要一个终端适配器（TA）连接，将模拟信号转换为数据信号。SONET的发展背景SONET结构包括三部分：段 两个中继功能块或线路终端设备和一个中继之间的信号传输。链路 两个线路终端设备间的载荷传输。路径 两个线路终端设备（如复用器等）之间或端到端的电路间的载荷传输。SONET祯格式定义了一个9行，每行90个字节的祯，这就是OC1的祯结构。在90列中，前3列（39=27字节）分别传输开销。传输开销又分成两类9（33）字节是段落开销，剩下18（36）字节是链路开销。这些开销用于电路的维护和诊断。余下的783字节称为同步载荷包（SPE），其中9字节（第1列的9行）分离出来传送通道开销。为电路终端提供维护和诊断。剩下的774字节留作事迹数据传输：净荷=（774字节8比特/字节）8000祯/秒=49.536Mb/s同步数字序列（SDH）SDH祯SDH基于STM-N祯格式来形成一个复用速率。基本祯结构包括： 270列9行=2430字节 9行9列=81字节开销光纤中的光波波分复用（WDM）可以传送多个数字比特速率，使单根光纤承载多个信道。确切地说是用不同颜色的光波来发送不同的信道信息，而在远端这些信息被一个衍射光栅分离。密集波分复用（DWDM）可将160路或更多的波长复用到窄光束窗口中。第七章 数据通信标准标准的定义标准就是对一个技术的定义或描述以及该技术如何使用。发展标准的目的是帮助供应商去制造能协同工作的设备或者其他产品提供延续性使用。目前存在两类标准：名义上的和事实的。OSI标准应用层：位于模型的顶部。作为应用程序的直接接口。可向终端用户提供通信服务。表示层：为应用层提供服务。是为应用程序进行格式化、编码转化、数据表示、数据压缩和加密的地方。会话层：主要负责用户和服务器之间的连接的建立和维护。也处理数据传输方向的控制。传输层：控制错误恢复、数据流的连接和流量控制。它以有效的方式确保数据无差错的地在端到端之间自由传送。网络层：负责连接地交换和路由。也负责数据从一个节点传输到另一个节点。处理拥塞控制、代替路由等业务。数据链路层：负责将信息发送到媒体。它将产生信息祯。负责信息的可靠性和节点到节点的错误检测。物理层：是物理媒介的真正电气或机械接口。因特网协议（TCP/IP）IP英特网协议（IP）执行整个网络上分组数据的逻辑寻址和路由。分组数据利用IP能穿过多个中间网络沿着一条路经从源网络传送到目的网络。IP不给它指定明确的路由它只是将报文投加到数据报上由网络来处理。尽可能将数据报发送到终端网络接口，但不保证：数据会到达；数据没有错误；路径上的节点会自动监测数据的正确性及顺序，或者通过反馈提醒发送者传输过程中有错误发生。TCPTCP提供了IP所没有的智能。在发送端，将数据流拆分成一些数据报，然后打包进IP，并在信息上放置字节计数头和数据报序列号，它被封装为IP数据报中数据的一部分。当接收端收到数举报时，它将把这些数据按照正确的顺序排列，并保证数据的准确性。如出现了错误，向发送端发送（ACK）或非确认（NAK）信息。收到非确认信息的接收端将重新发送所需的字节以填补空白。此外TCP将按顺序保存已收到的数据报。如果出现失序在传输到更高层前被重新整理回原来的顺序。这使得数据的接收和准确性成为发送端和接收端的事而不是网络的任务。在TCP能开始发送段之前必须首先通过三次握手来建立到远端的连接，IP主机A向主机B上的一个特定端口发送一个同步（SYN）消息就可以TCP会话。主机B返回一个确认消息，而主机A确认该确认信息。这就是所谓的三次握手。它们是：主机A：同步（SYN）；主机B：确认同步信息（SYN ACK）；主机A：确认该确认信息（ACK ACK）。第八章 数据通信数据通信的概念数据通信是以二进制形式在两个点或多个点之间传送信息的过程。简单的说数据通信是传输信息的过程：1、 通过媒质；2、 从发射机到接收机；3、 经过一段距离；4、 以一种可用可理解的形式。产生信息需要三个过程：1、 首先，发射机位于产生信号的位置用于信号发送；2、 接下来，发射机通过媒质将信号送到接收设备处；3、 最后，接收系统接收信息。协议协议是不同设备中相应部件之间进行通信的规则。同步通信的特征1、 传输的是数据块，而不是独立的字节或字符；2、 当逐个字节传送时，并不对每个字节增加其他的比特（奇偶效验）；3、 除了奇偶效验以外，数据块还包括一些差错检验或差错差错纠正比特以提示定时失效或其它数据实效。一般来说，速率大于2.4Kb/s的电路都以同步的模式工作。速率超过2.4Kb/s的异步调制解调器实际上包含了异步到同步的转换，它们以异步的方式与各自终端设备进行通信，但调制解调器之间是同步的。压缩压缩是可以是繁忙的网络承载更多数据的方法。压缩业务的典型例子就是以一种标准而且都可以接受的方式对数据进行编码。数据压缩运行于OSI的第6层表示层进行。进行的是软件压缩。一些线性压缩是在第2层数据链路层进行，更多的则是运行硬件压缩。压缩技术可以运用在数据发送之前也可以试运行在数据动态传输之中。第九章 因特网早期因特网业务的协议TCP/IP是一个协议集。它的基础协议指的是OSI模型的第三层和第四层。应用层协议在TCP/IP协议的上面，包括远程登录（Telnet）协议、文件传输协议（FTP）、简单邮件传输协议（SMTP）和简单网络管理协议（SNMP）。Web包括浏览器和网址，使用的协议为超文本传输协议（HTTP）。第十章 局域网局域网的概念局域网时有如下关键元素的通信设施：1、 高通信速率；2、 极低误码率；3、 范围受限；4、 单一媒质；5、 资源共享。第十一章 分组交换、祯交换与信元交换的概念分组交换是一种将一个非常大的信息文件（数据）传送至一个处理设备（硬件或软件）的方法。祯中继是一种连接企业内部多个局域网和其它数据网的方法，只有在需要时才使用传输链路。速率2.048Mb/s，最高可达50Mb/s，但没被广泛应用。信元交换是将分组/祯技术结合起来发展成为一种固定大小的信元。没有X.25和祯中继的额外开销，带宽利用高效，从而吞吐量增大。第十二章 xDSL数字用户线（DSL）的概念数字用户线是利用现有电话业务的本地环路快速访问Internet的一种方式。在用户端需要怎加一个DSL调制解调器和一个线路分离器。在运营商一端需要增加DSL接入复用器（DSLAM）。线路上的信息位是数字形式。DSLAM是一种能使DSL运行的设备。负责管理多址连接，然后将发送的信息路由到Internet上。它能使两个信号共享一个传输线路，因此在同一时刻存在两个不同频率。这是一种频分复用形式。这是DSL主要优点之一。允许统一线路连接电话和计算机，而且这两种设备还能同时使用。利用编码技术可以将数据加载到线路上。第十四章 蜂窝通信回顾第一至第四代移动通信第一代业务是高级移动电话技术（AMPS）或模拟蜂窝；第二代业务是数字蜂窝业务TDMA、CDMA、GSM。第二点五代业务是GPRS和EDGE。第三代现在正在引