通信技术1

现代通信技术讲座主讲人：陈劲松第一讲通信概述信息与通信通信的分类现代通信网的组成1．信息与通信人们通过听觉、视觉、嗅觉、触觉等感官，感知现实世界而获取信息，并通过通信来传递信息。过去的通信由于受技术与需求所限，仅限于话音。随着信息社会的到来，人们对信息的需求将日益丰富与多样化，而现代通信的发展又为此提供了条件。现代通信意义上所指的信息已不再局限于电话、电报、传真等单一媒体信息，而是将声音、图像、文字、数据等合为一体的多媒体信息。总之人的各种感官或通过仪器、仪表对现实世界的感觉，以及古往今来的各种书籍、档案、新闻、旧有记录等都含有信息，信息通过通信来进行传递，换句话说是通信使人们的感官得到了延伸。2．通信的分类单媒体通信：如电话、传真等。多媒体通信：如电视、可视电视、会议电视、远程教育等。实时通信：如电话、电视等。非实时通信：如电报、传真、数据通信等。单向传输：如广播、电视等。交互传输：如电话、点播电视等。窄带通信：如电话、电报、低速数据等。宽带通信：如点播电视、会议电视、远程医疗等。3．现代通信网的组成:传统通信系统由传输、交换、终端三大部分组成。其中传输与交换部分组成通信网络，传输部分为网络的链路（ｌｉｎｋ），交换部分为网络的节点（ｎｏｄｅ）。为了更清晰地描述现代通信网络结构，在此引入了网络分层的概念，现代通信网可以分为3层：第一层：通信基础网第二层：业务网第三层：应用层为了支持各层网络的有效运行和管理，还需要有支撑网（信令网、同步网、电信管理网）的介入，这些支撑网可以为通信网的某一层或多层服务。第二讲通信基础网通信基础网又可称为传送网。为简化描述，我们可将通信基础网简单看成是一个以光纤、微波接力，卫星传输为主的传输网络。在这个传输网络的基础上，根据业务节点设备类型的不同，可以构建成不同类型的业务网。对通信基础网的描述同样引入了网络分层概念，通信基础网也可以分为3层：第一层：传输媒介；第二层：传输系统；第三层：传送网节点设备；1．传输媒介：定义：信息需要在一定的物理媒质中传播，我们将这种物理媒质称为传输媒介。电缆：双绞线电缆、同轴电缆等。地面微波接力通信：一般将波长为1mm-1m的无线电波称为微波，微波按直线传播。通信卫星：工作在微波段，有高轨道、低轨道之分。光纤：光纤是光导纤维的简称。光纤优点：a.传输频带宽、通信容量大；b.耗损低;c.不受外面电磁波的干扰；d.线径小、总量轻、光纤资源丰富；2．传输系统传输系统包括传输设备和传输复用设备。携带信息的基带信号一般不能直接加到传输媒介上进行传输，需要有传输设备将它们转换为适合在传输媒介上进行传输的信号，例如光、电等信号。传输设备主要有卫星地面站收发信机和光端机等。为了在一定传输媒介中传输多路信息，需要有传输复用设备将多路信息进行复用与反复用。2.1传输复用设备的分类（1）频分复用设备：多路信息调制在不同载频上进行复用。如：有线电视、无线电广播、光纤的波分复用、频分多址的ＴＡＣＳ制式模拟移动通信系统等。（2）时分复用设备：多路信息占用不同时隙进行复用。如：脉冲编码调制复用（ＰＣＭ）设备、同步数字序列（ＳＤＨ）设备、时分多址的ＧＳＭ制式数字移动通信系统等。（3）码分复用设备：多路信息调制在不同的码型上进行复用。如：码分多址（ＣＤＭＡ）数字移动通信系统等。2．2准同步数字系列（PDH）定义：ＰＤＨ设备一般指基于时分复用的脉冲编码调制复用（ＰＣＭ）设备。ＰＣＭ一次群设备将30个话路时分复用为1个一次群，低次群合成高次群时，需插入附加比特，以使各低次群速率一致。ＰＣＭ各次群速率、容量表群数速率容量一2Mb/s30路二8Mb/s120路三34Mb/s480路四144Mb/s1920路2.3同步数字系列（SDH）定义：与ＰＤＨ不同，ＳＤＨ全网采用统一时钟。ＳＤＨ具有速率高、容量大，可从高次群中直接提取低次群信号，便于组网等优点。目前正在替代ＰＤＨ成为基础网中最广泛采用的传输复用设备。群次速率STM-1155Mbit/sSTM-4622Mbit/sSTM-162.5GSYM-6410GSTM-25640G2.3.1SDH各次群的速率2.3.2SDH复用设备1)终端复用设备（ＴＭ）：具有复用、解复用功能。ＴＭ可将2Ｍｂｉｔ／ｓ、140Ｍｂｉｔ／ｓ的ＰＤＨ支路信号映射进入ＳＴＭ帧，亦可将低次群ＳＴＭ帧复用进入高次群，反之亦然。例如：ＳＴＭ－4ＴＭ设备可对2Ｍｂｉｔ／ｓ、140Ｍｂｉｔ／ｓ、155Ｍｂｉｔ／ｓ支路进行复用与解复用，如图所示。STM-4TM622Mbit/sN×2Mbit/s140Mbit/s155Mbit/sSTM-4TM设备框图2)分插复用设备(ADM）：分插复用设备大量用于SDH光纤自愈环中，具有PDH支路和SDH低次群支路的功能，用于转速信号的分支，转接与落地。ADM具有复用、解复用功能与数字交叉连接（DXC）功能。STM-4ADM622Mbit/s622Mbit/sN×2Mbit/s140Mbit/s155Mbit/sSTM-4ADM设备框图2.3.3SDH的优点1）ＰＤＨ无世界统一的光接口，而ＳＤＨ具有世界统一的光接口，不同制造商生产的设备可以在光接口上互联。2）ＰＤＨ低次群在合成高次群过程中需插入附加比特，无法从高次群中直接提取低次群信号，而ＳＤＨ可从高次群中直接提取低次群信号。3）ＳＤＨ帧中安排了丰富的用于网络运行、管理、维护（ＯＡＭ）的比特，便于组网与网管。4）ＳＤＨ向下兼容，ＳＤＨ通路中可以直接上下ＰＤＨ信号。2.4光纤的波分复用（ＷＤＭ）ＷＤＭ本质上是光域上的频分复用（ＦＤＭ）技术，因为在光域上一般用波长代替频率，故光的频分复用一般称为波分复用。ＷＤＭ在发送端采用合波器将不同波长的光载波合并起来送入一根光纤进行传输；在接收端再由分波器将不同波长的光载波分开，这样在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。3通信基础网的网络节点设备3.1配线架3.1.1配线架的作用：1)传输设备与传输线路间的配线架（进局ODF架）用于传输电路的配线，并在设备故障、线路拥挤、线路故障时二次配线。2)介于传输设备接口间的配线架用于传输电路转换和分支的配线。3）介于传输设备与业务节点设备接口之间的配线架主要用于落地后的传输电路对不同业务节点设备或支撑网节点设备的配线与调线，使得不同业务网、支撑网可以共同使用一个通信基础网。4）断开传输设备之间或传输设备与传输线路之间的连接，并对其进行参数测量。5）在传输设备间加上过流、过压保护。3.1.2配线架的分类1)主配线架（ＭＤＦ）：从电话交换机的用户接口至用户话机之间的传输线称为用户线（ａｂ线或ＴＲ线）。在用户线的交换机侧（局内）装有主配线架，用于人工调线、测量和对用户电路的一次过压、过流保护。2)数字配线架（ＤＤＦ）：通信设备的中继电接口一般通过数字配线架来连接其他通信设备的中继电接口或电缆传输线路。可以在数字配线架上进行调配线，以完成电信号的落地、转接和分支，以及断开连接而插入仪表，对传输指标与信令等项目进行测试。3)光配线架（ＯＤＦ）：数字传输设备之间的传输媒介以光纤为主。同样在传输设备光口与光纤之间需接入光配线架，以进行光纤的调配线与测量。ODFDDFMDFDDF622Mbit/s光纤线622Mbit/s光纤环路622Mbit/s622Mbit/sSTM-4TM电话交换机STM-4ADMATM交换机电话用户线宽带业务线63×2Mbit/s155Mbit/s155Mbit/s155Mbit/s转换电路155Mbit/s分支电路配线架应用举例配线架传输设备配线架业务节点设备配线架3．2数字交叉连接设备（DXC）定义：数字交叉连接设备（DXC)可以看成是计算机软件控制的数字配线架。1)DXC的分类定义：DXC按最高进出口线速率和最低交叉速率来进行分类与命名。一般表示为：DXC最高进出口线速率/最低交叉速率。2)DXC的主要用途a.为临时性重要事件调度电路；b.根据业务的闲忙调度电路；c.光纤切断或某一网元故障后，迅速寻找代替路由，提供网络新配置。4．用户接入网不同类型的业务节点可以使用一个公共的用户接入网将各种不同类型的业务接至用户，因此可以认为用户接入网是通信基础网的一个组成部分。用户接入网是业务节点到用户驻地网之间的接入网络，是通信网的最后1ｋｍ，光纤到路边（ＦＴＴＣ）、光纤到小区（ＦＴＴＺ）和光纤到大楼（ＦＴＴＢ）正在逐步替代原有的铜缆用户线。与通信基础网相似，用户接入网亦具有3层网络结构：第一层为传输媒介；第二层为传输系统；第三层为接入系统；第三讲业务节点设备交换设备路由器1.交换设备1.1电路交换优点：延时性小，实时性好缺点：呼叫独占，利用率低1.2报文（数据报）交换优点：提高网络利用率缺点：延时性大处理方式：a.报文传输分组交换b.虚电路传输分组交换:通过拨号建立的虚拟电路称为交换型虚电路（SVC)固定连接的虚电路则称为永久型虚电路（PVC)1.3常用分组交换技术1.3.1Ｘ．25低速分组交换技术各节点包括终端在内均有查错、重发等功能。其优点是适用于误码率较高的通路；缺点是附加开销大、延时大。当前的最高速率为64kbit/s。1.3.2帧中继（ＦＲ）技术帧中继采用不等长帧，节点设备对出错信息不进行纠错和重发，使得处理每帧的时间大大缩短，其延时低于Ｘ．25分组交换。由于帧中继节点不提供错帧通知、恢复及重传等服务，故开展帧中继业务需有以下两个条件：1)传输链路需要有较好的传输质量，一般适用于光纤传输；2)须采用智能终端以完成纠错、重发、流量控制等工作。1.3.3异步转移模式（ATM）现有数据网中所用的X.25、帧中继技术信道利用率高，但延时太大不适合实时通信；而现有的电路交换延时小，适合实时通信，但信道利用率低。ATM综合了两者的优点，克服了两者的缺点，适合传送话音、图像、数据等多媒体信息。ATM具有如下特点。1)ATM采用时隙按需分配、统计复用的高速分组交换技术。2)为减少时延，ATM采用53个字节的固定分组长度，称为ATM信元。3)在ATM交换机中按信头标记选择路由。为减少选路时延，一般采用硬件选路和大规模平行交换技术。ATM主要用于宽带多媒体通信，如点播电视、会议电视、远程教学等，目前主要用于Internet骨干网（IPoverATM）。2．路由器Internet利用TCP/IP协议，将各种不同类型的计算机子网（如以太网、X.25网、ATM网等）连成一个大网。IP协议位于OSI模型第三层，其作用为将二层各种不同协议的数据帧转换成统一的IP包，这样各种计算机子网的差异对上层协议而言便不复存在。在Internet中每台主机所产生的分组均为统一的IP包，尽管底层各计算机子网所遵循的协议不同，网络内的MAC地址仅为子网地址，但对用户而言可以把Internet看成一个单一巨大的网络,IP地址为全网唯一的地址。尽管Internet中第二层计算机子网采用面向连接的虚电路交换方式，子网中的节点设备为数据交换机，但第三层的IP包面向非连接，故连接各计算机子网的节点设备称为路由器。2.1路由器OSI的七层结构:1)Physicallayer（物理层）2)Datalinklayer（数据链路层）3)Networklayer（网络层）4)Transportlayer（传输层）5)Sessionlayer（会话层）6)Presentationlayer（表示层）7)Applicationlayer（应用层）2.2路由器功能：a.不同计算机子网间选择路由、传递数据。b.在异构计算机子网间实现协议转换。2.3路由器的构成网络1协议1网络2协议2路由器2网络3协议3主机S路由器1主机D2.4路由器的工作原理第四讲业务网电话网数据网窄带综合业务数字网（N-ISDN)智能网1.电话网1.1概述一个城市只装一台交换机称为单局制，大城市需建立多个电话机分局，分局间使用局间中继线互连。与用户线不同，中继线是由各用户共用的。分局数量太多时，就需要建立汇接局，汇接局与所属分局以星型连接，汇接