现代通信系统电子教案

现代通信系统电子教案第1章程控交换系统第2章数据交换系统第3章移动通信系统第4章数字传输系统第5章光纤通信系统第6章卫星通信系统第7章用户接入系统本书章节开

的的交换多

换个网第1章 程控交换系统机

交展经历来，应1.1交换简介➢部户交换技术的发展不方。人工交换出现电话

交换站(话务员)A用户B用户C用户人交换果能大提自动、纵自动交换的发展程控交换机房不世虑何交换网的出现用汇交换网中的交换机交换网的组成用户线汇中继线端局长途局组统：话路子系统控制子系统程控交换机的基本组成程控交换机的的硬件结构用户电路中继器中继器交换网络信号终端扫描器驱动器存储器中央处理器输入/输出设备话路子系统子系统线用户电路程控交换机的机柜交换机的中央处理机柜和电柜缩位程控交换机的服务功能交用

交X）单位公共接，也连接用户交换机理,送换网路上顺用一话1.2

数字交换网络进时分交换隙T型接空分交换之线时隙交换络—对可以最多级组合交换网络立或多后交换网络的控制此号信号出的对可的1.3

用户电路及滤波转用户电路的功能可以简称为“BORSCHT”功能用户电路的功能用户电路的整体结构用户机柜器设1.4

中继器如路过压参号的模拟中继器换取、中继

PCM话数字中继器中继传输模块也换程序在。1.5

交换机的软件系统程大运行软件管理的支持软件接运行软件和支持软件程控是建有些对软件系统的要求简呼输入处理输出处理内部处理态呼叫处理的过程令

它统

时的信信1.6

交换机的信令系统随路信令，共路信令线路信令，路由信令，管理信令用户线信令，局间信令信令的分类约由信令方式有即网令以，它系信令网信令模块信机中的术中成，第2章 数据交换系统，产一种包主现2.1

数据通信基础•数据与话音的区别数据通信系统的组成DTE通信控制器中央处理装置主存储器信道DCEDCE终带磁盘数据通信的交换方式内端着到收定地信2.2

分组交换技术分组交换方式虚连接。永久虚电路络预项服起永久输阶交换虚电路。信虚电路的连接国通DNX.25协议标准时

要的普互合出，帧中继种点换网络述2.3

ATM交换间

接ATM信元的结构也区别称之程和虚信道虚通道虚连接信头用户信息异步多路复用模式t装入用户信息的信元其它用户的信元用户信息时隙同步多路复用模式t125us(帧)125us(帧)异步复用的基本概念ATM交换过程ATM交换网络的结构信元交换机构(CSF)IMIMOMOM接续容许控制系统管理N1N1::::人制日力2.4

IP交换技术个点到术。早期计算机通信计算机A计算机B点局域网（LAN）技术现计算机A计算机B计算机CLAN如何联起来路。互联网技术网络1计算机A计算机B计算机D路由器计算机C网络2—

机网

技。网了实服协议软语

，样适定网TCP/IP协议用户A路由选择表202.56.5.1

203.0.5.2198.1.2.3198.1.2.0路由选择表网络3198.1.2.9用户B网络1202.56.5.0网络2路由2器0器031.1.0.5.0C

202.56.5.01C

203.0.5.0

2R

198.1.2.0

203.0.5.10

2C

203.0.5.01C

198.1.2.02R

202.56.5.0

3.0.5.22路由器2203.0.5.10路由器工作原理路由器机架M

上ATM接的IP及—中IP交换原理IP网络系统整体结构市话交换机网关LAN关守PC机计费服务器电话传真传真网管服务器电话市话交换机网关IP网络并网,只用段换2.5

综合业务数字网（ISDN）ISDN概念示意图电话网分组网ISDN网NT电报网第3章 移动通信系统现代综合业务通信网中不可缺少的一环就是移动通信。由于移动通信几乎集中了有线和无线通信的最新技术成就，不仅可以传送话音信息，而且还能够传送数据信号，使用户随时随地快速而可靠地进行多种信息交换，因此，它和卫星通信、光缆通信一起被列为现代通信领域中的三大新兴通信手段。3.1

移动通信简介移动通信是指通信的双方，至少有一方是在移动中进行信息交换的。移动通信的分类按设备的使用环境可分为陆地移动通信、海上移动通信和航空移动通信；按服务对象可分为专用移动通信和公用移动通信；按系统组成结构可分为蜂窝移动 系统、集群调度移动 系统、无中心个人无线 系统、公用无绳 系统和移动卫星通信系统。移动通信的特点电波衰落现象远近效应干扰大多普勒效应环境条件差移动通信系统的组成移动通信系统一般由移动台（MS）、基站（BS）、移动业务交换中心（MSC）等组成。BSMSC市话局MS市话网（PSTN）移动电话网移动通信机房3.2

蜂窝系统的组网技术随着经济的发展，移动通信应用日益广泛，有限的无线电频率要提供给越来越多的用户共同使用。频道拥挤、相互干扰已成为阻碍移动通信发展的首要问题。解决这些问题的办法就是按一定的规范组成移动通信网络，保障网内所有用户有序地通信。频率管理频率是人类所共有的一种特殊资源，它并不是取之不尽的。频率的分配和使用需在全球范围内制定统一的规则。我国分配给民用移动通信的频段主要在150MHz、450MHz、900MHz

频段和1800MHz频段，各项具体业务如专用对讲机、无绳

、蜂窝移动

等的使用频率均有具体的明确规定。频率有效利用技术频率域的有效利用：一是信道的窄带化，以便得到更多的载波信道；二是应用宽带多址技术，使一个载波信道上能传输多个用户信息。空间域的有效利用：某一地区使用了某一频率之后，在相隔一定距离的另一地区可以重复使用这一频率，这就是所谓“同频复用”。时间域的有效利用：是指在一地区中，多个用户共用一个载波频率，每个用户占用频率的时间不同，这就是所谓的“时分复用”。信道的分配移动通信的基站都采用多信道共用方式，由这些信道组成的一个信道组的频率配置应遵循一定的规则，以避免种种可能的干扰。信道的分配方法主要有两种:分区分组配置法等频距配置法。基站天线3个板状天线构成3个无线扇形小区。移动通信网的信令在移动通信网中，除了传输话音信号之外，为使全网有秩序地工作，还必须在正常通话的前后传输很多非话音信号，这些非话音信号统称为“信令”。移动通信中的信令大致可以分为移动台位置登记的信令；有关通话开始的信令；通话中的各种信令以及有关通话结束的信令。传输这些信令的方式有专用控制信道和共用话音信道两种方式。3.3

GSM移动通信系统GSM系统也叫数字移动通信系统，属于第二代移动通信系统。该系统采用频分复用(FDMA)和时分复用(TDMA)结合的方式，扩大了用户容量，信道中传输的全部是数字信号，保密性能提高。我国GSM标准我国参照GSM标准指定了自己的技术要求,主要内容有：使用900MHz频段，即890～915MHz（移动台→基站）和935～960MHz（基站→移动台），收发间隔45MHz，载频间隔

200KHz。共124个载波，每载波信道数8个，基站最大功率300W，小区半径0.5～35Km，调制类型GMSK，传输速率270Kbps。TDMA基本概念TDMA的基本思想是小区中各移动台占用同一频带，但使用不同的时隙。通常各移动台只在规定的时隙内以突发的形式发射它的信号，这些信号通过基站的控制在时间上依次排列、互不重叠的；同样，各移动台只要在指定时隙内接收信号，就能从合路信号中把发给它的信号区分出来。GSM系统的功能实体BTSBSCBSCBTSBTSOMCEIRHLR/AUCMSC/VLRMSMSMSGSM移动交换机越区切换当移动用户离开基站较远时，无线传输质量逐渐下降。这时，系统就需要将移动用户转换到另一个基站，这种由原基站的业务信道转换到新基站的业务信道的过程称为越区切换，切换的过程由系统网络来决定。BSC模块GPRS业务GPRS是通用分组无线业务的简称，是一种新的分组数据承载业务。GPRS与现有的GSM话音系统最根本的区别是，GSM是一种电路交换系统，而GPRS是一种分组交换系统，目前可通过升级GSM网络实现。

GPRS网络的建立不代表GSM网络的淘汰，

GPRS是一项通信技术，是对GSM网络的的一个升级而已。它是GSM向3G系统过渡的必经之路。GPRS系统结构Internet(TCP/IP)BTSBSCHLR/AUCMSC/VLR基站子系统(BSS)PSTN电路交换子系统(CSS)PCU

SGSN

GGSN分组交换子系统(PSS)GPRS的优点速率高容量大手机永远在线根据用户传输的数据量收费3.4

CDMA移动通信系统第二代移动通信系统产生于20世纪80年代末期，使用数字调制技术，网络采用数字信令，除提供语音业务外，还含有少量短消息服务。前面介绍的GSM系统就属于第二代移动通信系统，它采用的是TDMA方式。在第二代移动通信系统中，还有一种系统采用的是码分多址（CDMA）方式，简称CDMA系统。CDMA原理示意图编码与交织BPF扩频编码扩频编码数字滤波器去交织和解码BPF载波载波数据数据CDMA系统的主要优点大容量软容量软切换话音激活保密性好高质量和低功率CDMA移动通信直放站3.5

移动台的工作原理移动台是通信网络的终端无线设备，主要由射频部分和逻辑/音频部分组成。不同移动通信网络系统的移动台电路结构有所区别，但其基本的原理是相同的，都是无线终端设备。射频部分射频部分一般指手机电路的模拟射频和中频处理部分，主要完成接收信号的下变频，得到模拟基带信号，以及发射模拟基带信号的上变频，得到射频信号。按照电路结构划分，射频部分又可以分为接收机、发射机和频率合成器。逻辑/音频部分逻辑/音频部分可以分为系统逻辑控制和音频信号处理两个单元。系统逻辑控制单元是由中央处理器和存储器组组成。音频信号处理单元分为接收音频信号处理和发射音频信号处理，一般包括数字信号处理器和中央处理器。双频手机所谓双频手机就是一部手机可以在900MHz和1800MHz这两个频段中使用，并且可以使用相同的手机号码。双频手机的诞生是为了适应GSM系统的发展需要。双频与单频的区别除GSM900的原系统外，增加了GSMl800的收发机各一套。发射的1800MHz频段增加了放大已调波的高频放大通道、本振混频等直到天线切换电路。接收的1800MHz频段包括了自高频低噪声放大器直到混频、中频输出等电路。中频放大后的电路和GSM900频段是共用的。在逻辑电路中增加了相应的控制电路。在天线电路中增加了GSM900和GSM1800的切换电路。利用PLL

VCO电路可以产生高稳定度的900MHz和1800MHz频段的两套第一本振频率。CDMA移动手机对于CDMA手机，由于各厂商基本上都使用美国高通公司(QUALCOMM)的CDMA技术方案，不同的厂商所生产的CDMA手机的射频与基带电路基本一致。相对来说，CDMA手机的电路结构比GSM手机的电路结构简单。3.6

无线市话系统无线市话系统是采用先进的微蜂窝技术，以无线方式接入固定 网的一种个人通信接入手段。无线市话手机以其小巧的机身、卓越的功能，受到越来越多的人青睐，人们将无线市话系统爱称为“小灵通”。小灵通的特点绿色手机使用方便经济实惠音质清晰网络建设投资低功能多样化网络服务多样化小灵通的网络结构图控制网络RPC/CSCRPC/CSCRP/CSRP/CSRP/CSRP/CSPSTNRP，CS

——基站RPC，CSC

——基站控制器小灵通基站3.7

集群移动通信系统专用调度系统是很早就出现的一种无线通信系统。从一对一的单机对讲到单信道一呼百应的调度系统，后来又出现了带选呼功能的自动拨号无线调度网。随着微电子技术及微计算机技术在移动通信领域的大量应用，出现了多信道、多用户共享的高级无线调度系统，即集群移动通信系统。集群系统的主要特点多用户共享采用排队制具有限时功能具有录音功能可以连接市话集群系统的组成PSTNCP1MS市话局控制交换中心MSMSCP2CP3CP——用户调度台MS——移动台基站控制交换中心基站800M发射机数字传输是以数字信号的形式传递消息，采用时分复用方式实现多路通信。早期的数字传输系统主要是数字微波通信系统，后来发展起来的SDH系统是现代电信网中数字信号传输的基本模式。计算机的普及使得数据传输越来越多，利用数字信道传输数据信号成为一种新的电信业务，DDN系统的诞生满足了这种业务的要求。第4章 数字传输系统微波是指频率在300MHz至300GHz范围内的电磁波。数字微波通信是指利用微波携带数字信息，通过电波空间，同时传送若干相互无关信息，并进行再生中继的通信方式。4.1

数字微波通信系统中继传输方式地面微波接力通信系统工作在4 6GHz，它通过地面多座中继站在两地之间建立通信链路，相邻中继站的距离为视距（约50Km）。数字微波系统组成市内电话局用户终端市内电话局用户终端微波中继站微波

收发信设备调制

时分解调

复用设备

设备时分

调制复用

解调设备

设备甲地乙地微波

收发信设备数字微波通信的特点频带宽干扰小中继传输组网灵活抗干扰性强保密性好便于组成数字通信网数字微波系统实例发信设备的组成发信本振变容管调频自动电平控制单

滤向

波器

器发信混频分路滤波微波 输出功放 功放中放公务信号中频信号收信设备的组成中频输出主中放自适应均衡合成检出控制器本振移相前置中放收信混频抑镜滤波低噪声放微大波滤波来自上天线来自下天线前置中放收信混频抑镜滤波低噪声放微大波滤波数字传输系统是现代通信网的主要组成部分,由于传统的准同步数字体系(PDH)有其自身的一些缺陷，因而不能适应现代通信网的发展，需要一个新的传输体制，同步数字体系（SDH）则应运而生。4.2

SDH传输系统数字复接技术在数字传输系统中，为了扩大传输容量、提高传输效率，常常需要将若干个低速数字信号合并成一个高速数字信号流，以便在高速信道中传输。数字复接技术就是解决这一问题的技术之一。常用的复接方法有两种：同步复接和异步复接。同步和异步复接同步复接是用一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个低次群信号，使这几个低次群的码速统一在主时钟的频率上，达到同频、同相。异步复接是各低次群使用各自的时钟,因此各低次群的码速率不同。此时，应先进行码速调整，使各低次群码速达到一致,然后再进行同步复接。准同步数字系列(PDH)PCM技术在复接成一次群时，采用同步复接。但在复接成二、三、四次群时要采用异步复接。为复接方便，规定了各支路比特流之间的异步范围，也就是规定了各支路时钟之间允许的偏差标称值范围，这种对比特率偏差的约束就是所称的准同步工作。相应的比特系列称为准同步数字系列(PDH)。没有统一标准光接口不规范不便复接不便网管PDH的固有缺点为了解决PDH的缺点，美国贝尔通信研究所提出同步光网络(SONET)的概念。原

CCITT于1988年接受了SONET的概念，重新命名为同步数字系列(SDH)，使之成为不仅适用于光纤，也适用于微波及卫星传输的通用技术体制。SDH是数字通信中一种全新的世界体制。SDH的产生SDH的基本概念2Mb/s电信号SDH分插复用器155Mb/s光接口155Mb/s光接口光纤的种类光纤是一种新型的光波导，其种类很多，按光纤材料不同，常见的有以下几种：·石英光纤·多组分玻璃光纤·全塑光纤光纤的色散特性材料色散模式色散波导色散光发射机光发射机的作用是将电信号变成光信号，然后送入光纤中传输出去。光发射机主要是由光源、光源驱动、调制以及信道编码电路三部分组成。光纤测量仪表光纤测量的内容光纤的参数可以分为几何尺寸、光学特性参数和传输特性参数三大类。·几何尺寸包括光纤的包层直径、芯径、偏心度和包层不圆度等；·光学特性参数主要有折射率分布、数值孔径、模场直径和截止波长；·传输特性参数主要指光纤的衰减常数、带宽和色散系数等参数。光纤测量用具光纤跳线光缆接头盒卫星通信系统的优点通信距离远覆盖面积大，可以进行多址通信通信频带宽、容量大性能稳定可靠卫星通信的频段选择早期的同步通信卫星使用的工作频段主要是C波段（4/6GHz），因为当时同一波段的微波接力通信技术已比较成熟，开发费用低，并且该波段处于地球的无线电窗口范围内，大气层吸收很小。随着通信技术的发展和通信业务的增加，新的波段不断被开发，目前Ku波段（11/14GHz）已大量应用于民用卫星通信和卫星广播业务，20/30GHz频段也已投入使用。自由空间的传播损耗由于卫星通信用的无线电波主要是在大气层以外的宇宙空间内传播，而宇宙空间是接近真空状态的，并且由于在目前所使用的频段范围内，与自由空间的传播衰耗相比，大气层的衰减损耗很小，所以基本上可以认为，电波是在均匀媒介的自由空间内传播，信道的特性较稳定。因此，从信道性质来说,一般都认为是恒参信道。6.3

卫星通信的多址连接方式所谓多址连接方式，就是许多个地面站通过共同的通信卫星来实现覆盖区域内的相互连接，而无需中间转接。这就要求各个地面站发向其它地面站的信号之间必须有区别。频分多址方式频分多址（FDMA）是根据各地面站发射的信号频率不同，按照频率的高低，顺序排列在卫星的频带里，各地面站的信号频谱要排列得互相不重叠。也就是说，按照频率不同来区分是哪个站址。空分多址方式空分多址（SDMA）是指在卫星上安装多个天线，这些天线的波束分别指向地球表面上的不同区域。不同区域的地面站所发射的电波在空间不会互相重叠，即使在同一时间、不同区域的地面站使用相同的频率来工作，它们之间也不会形成干扰。7.1

用户接入技术的现状与发展交换机到每个用户的业务分配是通过双绞线来实现的。这一分配网路称为用户环路。随着经济的发展，为了满足社会对信息的需求，相应地出现了多种非话音业务，如数据、可视图文、电子信箱、会议电视等。为了适应新业务发展的需要，用户环路也要向数字化、宽带化等方向发展,并要求用户环路能灵活、可靠、易于管理等。接入网的定义接入网由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（如线路设施和传输设施）组成，是为电信业务提供所需传送承载能力的实施系统。HDSL设备不对称数字用户线不对称数字用户线简称ADSL。ADSL与HDSL一样，也是采用双绞线作为传输媒介。ADSL中所说的