第三章 電信網(wǎng)3

第三章電信網(wǎng)電信網(wǎng)主要由交換系統(tǒng),傳輸系統(tǒng)和通信終端組成.交換系統(tǒng)負責把各個用戶終端連接起來;終端設備包括電話機,數(shù)據(jù)終端等用戶終端;傳輸設備負責把用戶終端和交換設備連在一起的傳輸媒質(zhì).交換系統(tǒng)在設計時必須考慮通信網(wǎng)的以下幾個方面:

3.1路由規(guī)劃路由規(guī)劃編號制度計費系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)信令系統(tǒng)通信網(wǎng)絡規(guī)劃的一個重要問題是路由問題,它包括:給定各交換機之間的話務量后,中繼線應如何配置,網(wǎng)絡應采用何種拓撲;當兩臺交換機之間的通信存在多條路由時,應按何種規(guī)則選擇路由.3.1.1路由設計設三臺交換機A,B,C之間的話務量如圖3-1(a)所示.在設計或安裝交換機時,一個現(xiàn)實的問題是,它們之間的中繼線應如何連接?更具體地講,交換機A應配備多少條中繼線,其中與交換機B和C相連接的又各應是多少?最直接的方法是獨立地為每個方向提供所需的中繼線.例如,當設gos=0.01時,由表2-3可求得連接AB,AC和BC的中繼群各應包括18,11和24條中繼線,如圖3-1(b)所示.另一種方法如圖3-1(c)所示,此時AC間的話務量全部通過交換機B匯接.因此AB和BC之間的話務量分別為10+5=15erl,15+5=20erl.再次由表2-3可查得所應配備的中繼線分別為24和30條.在圖3-1(b)中,AC間的話務量通過AC之間的直達中繼線傳輸,而在圖3-1(c)中該話務量改由匯接中繼ABC傳輸.與直達中繼法相比,匯接中繼法增加了:①6條AB中繼線.②6條BC中繼線.③6路匯接交換設備.它節(jié)約了:④11條AC直達中繼線.在實際中,AC間直達中繼的安裝往往如圖3-2所示,因而它僅僅是電氣上的直達,而在地理上并非直達.這是出于兩點原因:①直達中繼線與匯接中繼線在物理上可利用同一管道或線桿,甚至使用同一電纜,節(jié)省了施工量;②大容量的電纜相對的價格較低.例如,一條50對線的雙股電纜的價格是10對線電纜價格的2~3倍.在這種情況下,直達與匯接的區(qū)別僅在與AC中繼線是否通過交換機B的交換.在地理上非直達的情況下,匯接中繼法與直達中繼法相比節(jié)約了6條中繼線路,但增加了6路交換設備.采用何種方案更經(jīng)濟應根據(jù)這兩種方案的價格比決定.為比較這兩種方案,定義兩個比值TDR=LR=在一般情況下,總有TDR>1.顯然,當TDR/LR=匯接成本/直達成本<1

即TDR<LR(3.3)時,采用匯接中繼將比采用直達中繼更經(jīng)濟.

例3.1設A,B,C三臺交換機之間的話務量如圖3-3所示,已知AB,BC和AC之間的中繼傳輸設備的費用為

AB1.0萬元/路

BC1.2萬元/路

AC1.8萬元/路

B匯接費0.5萬元/路TDR=(1.0+1.2+0.5)/1.8=1.5設gos=0.01,采用直達中繼時,各中繼群的線數(shù)可由表2-3求得為AB,A=30erl,M=42,BC,A=40erl,M=53,AC,A=10erl,M=18.如改為采用匯接中繼,則各中繼群的線數(shù)將變?yōu)锳B:A=40erl,M=53,BC:A=50erl,M=64匯接話務量使AB和BC中繼群各增加了11條中繼線.于是LR=18/11=1.64>TDR因此,采用匯接中繼比直達中繼更經(jīng)濟.

如果AC之間的話務量增加到20erl,則AC間的直達中繼群將需要30條,而采用匯接中繼分別需要AB,A=50erl,M=64,BC,A=60erl,M=75因此LR=30/22=1.36<TDR此時采用直達中繼更為經(jīng)濟.采用匯接中繼方案的優(yōu)點在于話務量集中,因而中繼線的利用率較高.它的缺點是需要附加的交換設備,并且可能增加傳輸距離.一種更有效的方法是采用混合路由,即兩臺交換機之間的話務量部分地通過直達中繼,部分地經(jīng)過匯接中繼,以期提高直達中繼的效率,同時又減小較昂貴的匯接中繼設備的數(shù)量.具體的作法是,提高直達路由的阻塞率,以達到較高的效率,而直達中繼所溢出的話務量則經(jīng)過匯接中繼傳輸,使其達到規(guī)定的服務等級.混合路由:即兩臺交換機之間的話務量部分的通過直達中繼,部分的通過匯接中繼,提高直達中繼的效率,同時又減少較昂貴的匯接中繼設備的數(shù)量.

3.1.2路由選擇等級制的樹狀網(wǎng)絡分為國際電信網(wǎng)和國內(nèi)電信網(wǎng)兩部分.國內(nèi)電信網(wǎng)分為本地網(wǎng)和長途網(wǎng).什么是本地電話網(wǎng)？是指同一長途編號區(qū)域范圍內(nèi)，由若干個端局及局間中繼線、長話市話中繼線、用戶線、用戶交換機、電話機等組成的電話網(wǎng)。

長途網(wǎng)采用復合型網(wǎng)絡結構,由共四級交換中心組成.網(wǎng)絡等級結構如圖3-7所示.C1為大區(qū)中心,共有6個,分別位于北京,沈陽,南京,武漢,成都與西安.C1級之間采用網(wǎng)狀結構,以下各級主要是采用逐級匯接制并轉以一定數(shù)量的直達路由.C2為省中心,C3為地區(qū)中心,C4為縣中心.C5為長途網(wǎng)的長途端局.CCITT為各級所規(guī)定的名稱以及美,英和我國所使用的各級交換機的名稱見表3-1.顯然,在這樣一種等級制通信網(wǎng)中,任何兩臺交換機之間都可能存在著多條路由,因此必須有一種經(jīng)濟合理的選擇路由的方法.實際中常用的是一種所謂“由遠至近”的路由選擇方案.下面將以圖3-8中的三級網(wǎng)絡為例加以說明.設C5?欲與C5通信,C5?首先選擇直達路由C5?→C5,如果該路由中的所有中繼線都忙,則依次選擇替代路由其中最后一條路由稱為最終路由或基干路由.最終路由應能負擔所有直達和替代路由所溢出的話務量,保證系統(tǒng)達到所要求的服務等級.這里可以看到一種“由遠至近”的選擇規(guī)則,即任一結點選擇下一結點時,總是選擇沿基干路由距終局(被叫局)最接近的那一個結點.例如,C5?選擇下一站的順序依次為C5,C4,C3,C4?;而C3依次選擇C5C4,C3?依次選擇C4,C3,等等交換機的每一條輸出路由都有一個路由編號.交換機必須首先由用戶所撥的電話(或終端)號碼分析出直達路由號.如果直達路由中的中繼線全忙,則應按照路由選擇規(guī)則依次試探各個路由,直至找到空閑的中繼線為止.當所選擇的路由需要通過其它交換機進一步匯接時,可采用兩種方法:①直接法,即由主叫交換機直接選擇匯接交換機的出局路由.在這種情況下,主叫交換機只需向匯接交換機發(fā)送路由號,而無需發(fā)送完整的被叫號碼.這種方法又稱為直通路由法.

②間接法,即將用戶所撥的號碼完整地送至匯接交換機,由它再次分析并確定出局路由.這又稱為宿碼路由法.第一種方法的優(yōu)點是匯接交換機的控制較簡單,但當它所連接的路由發(fā)生變化時,必須相應地改變與它連接的所有交換端局中路由翻譯表.后一種方法較為靈活,但由于在每次匯接時都需要進行路由翻譯,因而接續(xù)速度較慢.

3.2編號制度在電信網(wǎng)中,每臺電話機(或其它業(yè)務終端)的地址稱為它的電話號碼.為使交換系統(tǒng)正確,有效地選擇路由和被叫終端,必須有一個合理的編號制度.一般地講,一個良好的編號制度應符合下列原則:①全球編號統(tǒng)一.②號碼的位數(shù)盡可能短.③編號有規(guī)律,便于簡化交換機的路由選擇過程,便于用戶記憶.④編號制度應充分考慮系統(tǒng)的發(fā)展,易于擴充.根據(jù)上述原則,CCITT建議每臺電話機的完整號碼如下號碼總長不得大于12位,建議為11位.國家號,國內(nèi)長途號及用戶號的位數(shù)需視具體情況決定.

1.國家號國家號是用于區(qū)別國家或地區(qū)的號碼.表3-2給出了一些國家號的例子.由表可見,北美和蘇聯(lián)的國內(nèi)號最多可達10位,而英等國的國內(nèi)號可達9位.也就是說,具有1位長和2位長國家號的國家最終可安裝的話機(或其它業(yè)務終端)的總數(shù)量分別100億門和10億門.在國家號中,第一位是國際區(qū)號.CCITT將全世界按地理位置劃分成了9個編號區(qū)域,如表3-3所示.0號保留供特殊業(yè)務使用,例如,用戶呼叫話務員等.因此表3-2中列出的號碼僅從第2位開始才是國家號.中國的國家號是6,日本是1,香港是52,等等.1并非美國的國家號,而是北美區(qū)域號.00869914332444

2.國內(nèi)長途號國內(nèi)長途號是用以區(qū)別同一國家內(nèi)不同編號區(qū)域的號碼.我國的長途號可以是1~4位,表3-4給出了一些城市和地區(qū)的長途號.三位長途號的第一位為3~9,第二位為奇數(shù),第三位為0~9.因此3位的長途號有7×5×10=350個.各縣區(qū)的長途號為4位,第一位是3~9,第二位為偶數(shù),第三,四位為0~9,因而共有7×5×10×10=3500.根據(jù)上述編號規(guī)則,不難判別我國各種長途區(qū)號的長度:第一位是1,區(qū)號長度為1位.第一位是2,區(qū)號長度為2位.第一位是3~9,第二位是奇數(shù),區(qū)號長度為3位.第一位是3~9,第二位是偶數(shù),區(qū)號長度為4位.3.用戶號用戶號是用于區(qū)別同一本地網(wǎng)或編號區(qū)域中各個話機的號碼.兩部分組成:局號和用戶號.4.縮位撥號及特種業(yè)務號碼由上所述,一臺話機的完整號碼最長可達到11位.在我國,用戶號碼第一位為1時,表示特種業(yè)務,例如112市話障礙,114市話查號,117報時,119火警,110報警,174國內(nèi)長途查號,170國內(nèi)長途全自動花費查詢.新服務項目編號我國規(guī)定:200,300,400,500,600,700,800為新業(yè)務號碼.例如,規(guī)定200號為中國電話卡業(yè)務(俗稱200號業(yè)務).1、電話鈴響就開始計費嗎？電話計費是從對方摘機開始的，與響鈴次數(shù)沒有任何關系。所以，無論電話響鈴多少次，只要對方?jīng)]拿起聽筒，或沒按免提鍵就不計費。社會上曾流傳這樣一種說法:電話掛通后，當振鈴響到地7下時，不管對方有沒有人接電話，計算機都會自動記錄通話一次，實際上，這種說法是錯誤的。正確的解釋是：電話不是以話機響鈴多少次來計費的，計費時間是從受話人摘機開始計費的。

2、對方電話無人接聽時，有哪些情況要繳費？A、如對方電話上接有傳真機，當電話接通后，先聽到振鈴音，接著就聽到“嘰----咕咕”不間斷的撥號音，這就告訴您，電話已經(jīng)處于自動接收狀態(tài)的傳真機接通,此時,計費就開始了.用戶雖未通話，但已接通了對方的終端設備.為避免多計費,應立即掛機.B、撥打分機電話。這種接在單位的小交換機上,進出的電話需要電腦或話務員轉接。電話接通小總機就算接通了電話.計費從接通開始,電話就算未接通也要計費.C、對方的電話辦有裝移呼叫功能.電話撥通后,有的是聽到呼叫BP機的聲音,有的轉移到其他話機上,遇到這種情況,客戶雖未與對方通話,但接通了其他的通信設備,完成了轉移的功能,所以也要計費.D、如屬客戶語音留言信箱播出的錄音，或總機轉分及時播出的提示性錄音，則電話已接通，就開始計費。如屬電話機房播出提示性錄音，如聽到“沒有這個號碼，您撥的電話是空號”.等錄音時,均不收取電話費.

3.3計費系統(tǒng)3.3.1通信設備的投資與回收系統(tǒng)中的通信設備的投資主要通過收取用戶的服務費得到補償.收費應根據(jù)服務時所占用的設備情況決定.圖3-9說明了網(wǎng)中點對點通信所涉及的設備,這些設備可分為兩類,一類是用戶單獨占用的設備,另一類是許多用戶共享的設備.因此,電話收費也應包括兩個部分.第一部分是月租金,月租金可表示為其中,是每話機所用交換接口的租金,

是每公里用戶線租金,而是用戶線長度,單位為公里.第二部分是通話費,它應按通信話務量計算.當需要使用中繼傳輸系統(tǒng)時,還應考慮傳輸距離,因此這部分費用可表示為其中,和分別為交換系統(tǒng)和中繼接口每單位時間的使用費,為每公里中繼系統(tǒng)每單位時間的使用費,為中繼系統(tǒng)的傳輸距離,單位為公里,T為通話時長.在大多數(shù)國家中,通話費以每分鐘為單位計算.各部分設備在通信網(wǎng)投資中所占的比例典型地如表3-5所示,投資及其回收過程可用圖3-10說明.圖中第一部分是初始規(guī)劃,研究和工程設計所需要的投資;第二部分是主要投資階段,包括設備,材料,工具,安裝驗收和人員培訓等的投資;第三部分是投資的回收階段,它是服務收費與系統(tǒng)運行費(包括維護,運行人工和材料費用等)之差,它一直持續(xù)到設備的壽命末期;第四部分是設備的退役階段,它可能因設備的老化而不再能滿足需要,或新技術使得它被淘汰,或因服務需求的下降(或消失)造成.正常的經(jīng)營應使第3,4階段回收的金額大于1,2階段的投資.設在投資后第i年回收的金額為,每年因稅收,物價和人工費用的上漲等因素造成的通貨膨漲率為r,則折合到投資當年相當于整個壽命期間回收的總金額為其中Co為投資當年回收的金額,N為設備的工作壽命.我們可以兩種收費策略.第一種是在整個設備壽命期間以恒定價格收費,即于是折合到投資當年的總回收資金為作為正常營運,Co應滿足

其中是設備的總投資.第二種收費方法是使每年的回收金額為將它代入到式(3.17)中,得到總回收金額為因此Co應滿足Co≥V_/(N+1)(3.22)例3.3已知一通信系統(tǒng)如圖3-11所示,各部分設備的投資及使用壽命如下:設備及材料投資,元壽命,年用戶環(huán)線150/km?線40用戶接口800/話機20中繼接口1000/線20交換設備(共享部分)1000/線20中繼傳輸設備350/km?線40當采用恒定價格收費,且設年通貨膨脹率為r=0.08時,由式(3.19)可求得各部分投資每年應收回的費用為由于共享設備是按平均忙時話務量設計的,其平均話務流量通常較小,假設它為0.1erl,

小時于是交換和中繼設備每分鐘的通話成本費為

每話機的月租金每分鐘的長途通話費應當指出,通信系統(tǒng)越發(fā)展,規(guī)模越大,平均每用戶所需的投資額越低.交換設備的投資效率與其容量的關系大致為交換成本/每用戶∝(交換機容量)

3.3.2計費方法根據(jù)上一節(jié)的討論計費系統(tǒng)主要應計算每次呼叫的通話費.實際中的計費方法常受限于交換機控制系統(tǒng)及計費系統(tǒng)的發(fā)展水平.早期的人工計費系統(tǒng)依靠話務員監(jiān)視通話,掐表計時.這種方法費工費時,且準確性較差.后期的電動計費式自動計費系統(tǒng)雖能較迅速,準確地給出通話費,但一般無法給出每次通話的詳細數(shù)據(jù),如通話時間,被叫號碼等.現(xiàn)代的程控交換機與計算機自動計費系統(tǒng)相結合,可以實現(xiàn)理想的計費.目前實用中的計費方法主要有下列三種.1.包月制.2.單式計次制.3.復式計費.市話計費通常在市話局內(nèi)進行.長話計費則長途局進行.在實際使用中,通話費可根據(jù)事先約定由發(fā)話方或受話方支付,也可由第三方支付.3.3.3計算機自動計費在現(xiàn)代程控數(shù)字交換系統(tǒng)中,常采用計算機自動計費.為了減輕交換機主控系統(tǒng)的負擔,通話的記錄,計費及費單的生成常由獨立的計算機進行,而交換機僅負責輸出通話的原始數(shù)據(jù).因此,一個計算機自動計費系統(tǒng)的組成常如圖3-13所示.對于每一次通話,交換機至少應輸出下列信息:主叫話機的號碼所用中繼線被叫話機的號碼賬號呼叫開始的時間業(yè)務種類通話持續(xù)時間在程控數(shù)字交換機中,業(yè)務種類信息可能相當復雜.為了提高傳輸?shù)目煽啃?交換機輸出的數(shù)據(jù)常組成如圖3-14所示的幀.幀中各數(shù)據(jù)域可采用ASCⅡ編碼或二進制編碼.前者能夠簡化計費系統(tǒng)的處理和輸出,甚至可將各數(shù)據(jù)域直接送入打印機打印.后者則可使數(shù)據(jù)幀較短,節(jié)省數(shù)據(jù)的傳輸時間.這一點對于大容量的交換機時分重要的.因為它意味著在單位時間內(nèi)能傳送更多的通話數(shù)據(jù).這就是說,在給定交換機的話務量和緩存器容量后每次通話的數(shù)據(jù)幀越短,允許使用的傳輸速率便越低.由于交換機和計費系統(tǒng)之間的傳輸常采用異步方式,因此具有復雜通話數(shù)據(jù)的大容量交換機多采用二進制編碼.過低傳輸速率會造成通話數(shù)據(jù)丟失.計費處理一般由軟件完成,計費系統(tǒng)的基本功能是實現(xiàn)每次通話的復式計費,并產(chǎn)生適合存檔和用戶查詢的費單報告.一個良好的計費系統(tǒng)通常應具備下列一些主要功能:①及時,準確地接收并存儲交換機送來的通話原始數(shù)據(jù),能檢測出傳輸差錯并予以記錄或給出提示.②根據(jù)通話時間和距離計算出話費.在已知通話時長T和費率R(即每單位計價時間的話費)后,該次通話的話費可簡單地由下式計算C=(R×T)/.通話時長T已由通話原始數(shù)據(jù)給出;單位計價時間,應能由系統(tǒng)管理員設置,在我國,市話常取,直撥長途電話取;費率R與通話發(fā)生的時間及通話距離有關.通話距離一般由被叫號碼判斷.因此系統(tǒng)應允許管理員為每一個(或一批)號碼規(guī)定一個費率.出于管理需要,對于不同時刻發(fā)生的通話可能規(guī)定不同的費率,因此系統(tǒng)還應允許管理員對于一周中不同的日子設置不同的費率.對于一天中不同的時間設置不同的費率.對于異常日(通常是節(jié)假日)設置不同的費率.定義異常日.③輸出話費.處理獲得的話費記錄即可即時輸出,也可存盤供日后生成費單.前一種方式對于營運單位(例如電話局)是必不可少.此時話費處理速度是一個重要指標.當系統(tǒng)容量較大時,要求處理系統(tǒng)有很高的效率,否則可能造成話費輸出的延時過長.系統(tǒng)能由存盤的話費記錄產(chǎn)生可滿足管理員和電話用戶需要的各種費單,常見的有：明細費單,包括每次通話的日期,時間,通話時長,所撥號碼,對應地名,呼叫類型,通話費用等.某類用戶(例如某個單位)的匯總(即通話總次數(shù),總費用等)或明細費單.某些號碼的用戶(例如,1211~1230)的匯總或明細費單.某類呼叫(例如國內(nèi)長途)的匯總或明細費單.某段時間內(nèi)(例如23/8/9115:00~28/8/917:00)呼叫的匯總或明細費單.此外,系統(tǒng)還應能對計費結果進行稅金,手續(xù)費等附加費調(diào)整.因此,一個良好的計費處理系統(tǒng)應包括通話原始數(shù)據(jù)接收,話費計算和費單輸出三個部分.3.4傳輸系統(tǒng)本節(jié)將討論電信網(wǎng)中常見的傳輸系統(tǒng)的基本組成和工作模式,它們與交換系統(tǒng)的接口,以及數(shù)字通信網(wǎng)的同步等問題.

3.4.12/4線傳輸及衰耗分配傳輸系統(tǒng)設計的根本目的是用最小的代價提供優(yōu)質(zhì)的信號傳輸(足夠大的信號電平和足夠小的失真).出于經(jīng)濟上的考慮,電信網(wǎng)的用戶環(huán)線通常采用2線傳輸,即收,發(fā)兩個方向的傳輸使用同一對導線.在2線傳輸中,發(fā)送信號可能直接返回到已方的接收端,形成所謂的“側音”.少量的側音是必要的,它可以產(chǎn)生在空間面對面談話的真實感.但過分的側音會使發(fā)話者不自覺地降低講話聲,影響受話方的收聽效果,因而有必要加以抑制.消側音電路的基本原理如圖3-20所示.送話器發(fā)送的信號一路經(jīng)過短接線直接返回接收端,另一路則經(jīng)側音消除電路形成反相信號,與直接返回的同相信號相加后抵消.消側音電路常用耦合變壓器實現(xiàn).2線傳輸同樣可用于數(shù)字傳輸,此時消側音電路常稱為回波抑制器,一般由橫向數(shù)字濾波器組成.回波抑制器在第五章中還會進一步討論.2線傳輸?shù)木嚯x由話機中送話器所需要的工作電流決定.縱橫交換機的饋電電壓通常為-60v,而現(xiàn)代程控交換機的電壓一般為-48v.話機所獲得的電流取決于話機內(nèi)阻,交換機饋電電路的內(nèi)阻和用戶環(huán)線的電阻,如圖3-21所示.用戶線的往返電阻之和稱為環(huán)路電阻.如果話機的工作電流范圍為,則環(huán)路,話機和接口的電阻應滿足對于目前的電話機制造技術,送話器的正常工作電流常在20mA<<100mA之間,而在200Ω數(shù)量級.程控交換機的供電電壓通常為-48V,接口的饋電內(nèi)阻在400Ω數(shù)量級.將上述各值代入式(3.23),可求得最大環(huán)路電阻為1800Ω(3.24)實際中,為了保證話機中的送話器及交換機接口中的摘機檢測電路正常工作,常規(guī)定環(huán)路電阻不得大于1300Ω.表3-7給出了我國用戶環(huán)線傳輸中常用的線徑及其音頻衰耗(1KHz時),環(huán)路電阻和最大傳輸距離.話音傳輸?shù)馁|(zhì)量主要受到傳輸系統(tǒng)衰耗和失真的影響.理想的傳輸性能是產(chǎn)生兩人面對面相距1m時的談話效果.由于電話機中送話器和揚聲器在進行聲電和電聲轉換過程中的增益作用,允許傳輸系統(tǒng)存在一定的衰耗.CCITT基于對大量用戶主觀評價的統(tǒng)計,提出了傳輸系統(tǒng)的規(guī)劃標準.對于目前電話機聲電轉換水平,傳輸系統(tǒng)各部分的衰耗分配如圖3-22所示.中繼傳輸距離可以長達數(shù)千公里乃至上萬公里.為了不超過規(guī)定的衰耗,必須在長途傳輸系統(tǒng)中插入必要的放大器.2線傳輸所需要的雙向放大器實現(xiàn)時分困難,因而長途中繼系統(tǒng)常采用4線傳輸(即每個傳輸方向使用一對導線).2/4線變換原理如圖3-23所示.理想的橋路可以使A點流入的電流全部流向上分支,而由下分支流回的的電流則全部流向A,從而實現(xiàn)2線傳輸與4線傳輸?shù)幕Q.實際中的橋路并不如此理想,下分支流回的電流除流向A處,還有一部分漏電流流入上支路,形成.由A點流入上分支的原始電流在B點的橋路同樣會形成漏電流,由下分支流回后,經(jīng)重新進入上支路.顯然,當回路總增益大于1時,系統(tǒng)將發(fā)生振鳴.因此,整個回路必須有一定的衰減.考慮到電路特性的離散性,為保證絕大多電路穩(wěn)定工作,通常規(guī)定整個閉合回路的衰減必須滿足6dB(3.25)或每個方向的傳輸衰耗不得小于3dB.由于2/4線回路的上述衰耗要求,整個傳輸鏈路中不宜出現(xiàn)多次2/4線變換.中繼傳輸系統(tǒng)典型的傳輸方式及衰耗如表3-8所示.因此,整個通信網(wǎng)的傳輸方式具有如圖3-7的形式.數(shù)字中繼通常采用4線傳輸,因此在綜合數(shù)字網(wǎng)中,所有的中繼系統(tǒng)均采用4線傳輸.由于在數(shù)字傳輸中,信號的幅度表現(xiàn)為二進制碼字,傳輸誤碼僅會引起個別抽樣值的誤差,而不會造成原始話音信號電平的整體下降,因而數(shù)字傳輸系統(tǒng)中衰耗一般不成為重要問題.由圖3-21和表3-7可知,當用戶環(huán)線達到最大距離時,音頻衰耗可能大于8dB,此時話音質(zhì)量可能略低于規(guī)定水平.為了保證交換機接口可靠地工作,接口端的話音信號電平應保持在-16~25dBm之間(dBm即相對于1mW的dB值).3.4.2中繼傳輸系統(tǒng)與交換機接口現(xiàn)行電信網(wǎng)的中繼系統(tǒng)常用的傳輸媒介有雙股電纜,同軸電纜,微波(包括衛(wèi)星)和光纖.它們的典型工作帶寬如表3-9所示.這些帶寬都遠大于基帶話音信號(模擬為4kHz,數(shù)字為64kb/s),因而模擬中繼傳輸常用頻分復用(FDM),而數(shù)字中繼常用時分復用(TDM).這些復用處理即可屬于交換機,也可屬于傳輸系統(tǒng)的一部分.復用設備的位置決定了交換機與傳輸系統(tǒng)接口的方式.雙股電纜主要用于400Km以內(nèi)的短距離中繼傳輸,大于400Km時常采用同軸電纜.雙股電纜和同軸電纜的一個重要優(yōu)點是與交換機的接口簡單.當采用模擬基帶傳輸時,交換機輸出的模擬信號可以不經(jīng)任何變換地直接與雙股電纜或同軸電纜相連接.當采用復用技術時,交換機輸出與電纜之間必須有適當?shù)膹陀迷O備.圖3-24給出了頻分復用和時分復用傳輸時的情況.當交換機為模擬時,交換機輸出的若干路(例如12路)模擬話音信號經(jīng)過頻分多路調(diào)制后,形成頻帶較寬的(例如,48Hz)FDM信號,然后經(jīng)雙絞線或同軸線傳輸.完成FDM調(diào)制和解調(diào)的設備稱為載波端機,或簡稱為載波機.載波機歸于傳輸系統(tǒng).數(shù)字傳輸時，模擬話音信號首先應經(jīng)PCM編碼和時分多路復接,形成了TDM信號.由于TDMPCM信號通常為

TTLNRZ(NoneReturntoZero—

不歸零)信號,不適于直接通過電纜長距離傳輸,因而必須經(jīng)過數(shù)字線路終端(DLT)進行適當?shù)膫鬏斁幋a(例如,HDB3編碼).實現(xiàn)PCM,TDM和傳輸編碼的設備稱為PCM傳輸端機,也簡稱為PCM端機.它同樣屬于傳輸系統(tǒng).對于數(shù)字交換機,交換網(wǎng)絡輸出的即PCM一次群信號,因此傳統(tǒng)的數(shù)字中繼傳輸系統(tǒng)中的TDMPCM和傳輸編碼常由交換機的接口系統(tǒng)完成.

圖3-25給出了典型的微波系統(tǒng)的組成.交換機輸出的模擬話音信號經(jīng)頻分多路調(diào)制形成FDM信號后,再經(jīng)過FM調(diào)制,形成3OMHz帶寬的FDM一FM信號,然后經(jīng)過微波發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射.發(fā)射載頻為4GHz,工作帶寬為500MHz,共分成了16個3OMHz的信道,每方向8個信道,因而可以提供8路雙向的3OMHz信道.應用典型的FDM一FM技術,一條3OMHz帶寬的信道可攜載1800路話音.這些3OMHz帶寬信道同樣可以用于數(shù)字信號傳輸.模擬話音信號經(jīng)PCM編碼和多路復接后,形成了TDMPCM數(shù)字信號,再經(jīng)過數(shù)字調(diào)制,搬移到適當?shù)男诺李l率.為與現(xiàn)行模擬微波系統(tǒng)兼容,數(shù)字頻帶信號的帶寬不應超過3OMHz.因此,當TDMPCM的速率較高時,常需要使用多進制數(shù)字調(diào)制技術.例如,14OMb/s的四次群PCM信號常采用64QAM調(diào)制.同樣,PCM和TDM處理可由數(shù)字交換機的接口系統(tǒng)完成,而數(shù)字微波系統(tǒng)一般可以直接接受PCMTDM輸入.微波信號只能直線傳播,由于地球表面的曲率,長距離微波傳輸需要使用中繼鐵塔.中繼塔距離一般為40一5Okm.當傳輸距離很遠時,微波中繼塔的數(shù)目將變得很多,這樣既提高了成本,又增大了維護量.因此,在超長距離的通信中,常采用衛(wèi)星中繼.衛(wèi)星通信系統(tǒng)與微波通信的根本差別是以一個高空衛(wèi)星取代了若干個較低的中繼鐵塔.與微波系統(tǒng)的另一個差別是衛(wèi)星通信的兩個傳輸方向使用了不同的載頻.為了減小星載接收天線的尺寸,上行(即地面站至衛(wèi)星)頻率采用6GHz.下行頻率采用4GHz.

光纖系統(tǒng)一般僅用于數(shù)字信號傳輸.圖3-26給出了一個典型的光纖傳輸系統(tǒng)的例子.TDMPCM信號經(jīng)HDB3編碼后,由交換機接口輸出.該信號輸入光纖傳輸系統(tǒng),經(jīng)擾碼和5B6B編碼后,送入一個電光轉換器,對激光源進行調(diào)制.調(diào)制后的光信號再經(jīng)過光纖傳輸.傳導光的波長為1.3?,作帶寬為2GHz.因此,即使對于14OMb/s的四次群PCM信號,也不難采用二進制信號傳輸.目前已出現(xiàn)了565Mb/s(五次群)的數(shù)字光纖系統(tǒng).當交換機不具有高次群接口時,交換機與光纖系統(tǒng)之間應有一個實現(xiàn)高次群調(diào)制和解調(diào)的數(shù)字端機.綜上所述,盡管存在著種類繁多的中繼傳輸系統(tǒng),數(shù)字交換機只需提供具有輸出單話路模擬信號和各次群PCM信號的中繼接口.

3.4.3數(shù)字通信網(wǎng)的同步

根據(jù)第二章中介紹的時間交換器接續(xù)原理(見圖2-31),有兩個問題:①交換機提供給循環(huán)計數(shù)器的時鐘頻率必須與輸入的TDMPCM信號的位速率相同;②計數(shù)器的輸出應與輸入信號的幀同步,即當輸入信號為每幀的第0時隙時,計數(shù)器輸出00000.上述兩個問題分別稱為數(shù)字通信網(wǎng)的位同步和幀同步.一次群信號的幀同步是利用第0時隙(TSo)來完成的.在發(fā)送端,每個偶數(shù)幀的TSo被固定地設置為XOO11011,其中第一位是鏈路監(jiān)測位與同步無關.后7位是幀同步字,如圖3-27所示.接收端的幀同步檢測電路不斷地檢查輸入序列中是否存在同步字.當幀同步電路檢測到輸入序列中與同步字相匹配的信號段時,便初步認為捕捉到了幀同步字,并該時刻為參考點,檢查后續(xù)各幀的TSo中是否也含有同步字.僅當連續(xù)數(shù)次(一般大于10次)在所期望的時刻(即每隔250?)收到同步字,才確認系統(tǒng)進入了同步狀態(tài).這種同步方法可以避免把消息中與同步字相同的序列段誤認為同步字.在巳經(jīng)進入同步狀態(tài)后,如果幀同步檢測電路連續(xù)數(shù)次不能在預定的時刻收到同步字,就認為系統(tǒng)失步,立即重新開始同步過程.這里要求連續(xù)多次收不到同步字時才認為失步的原因同樣是為了避免偶然的傳輸誤碼造成同步過程的誤啟動.現(xiàn)考慮兩臺交換機A和B之間通過數(shù)字中繼的傳輸過程(圖3-28).設A至B的單向傳輸延時為ts.

當交換機B的計數(shù)器與接收信號幀同步時,B的幀起始時刻將比A的幀起始時刻滯后ts(見圖3-28(b)).在一般情況下,兩個方向的傳輸延時相等,且交換機B中的發(fā)送信號與接收信號的幀相位同步[見圖3-28(c)].于是A接收到的信號幀將比它發(fā)送的幀滯后2ts.為使A的發(fā)送信號與接收信號也達到幀同步,必須滿足2ts=n×TS=n×125?(3.26)

增加回路的傳輸延時,使之達到125?

整數(shù)倍的常用方法是采用了彈性存儲器,彈性存儲器是一個n位的隨機存儲器(RAM).圖3-29說明了它的工作原理.接收端收到的輸入序列被順序,循環(huán)地寫入存儲器,即各個信號位(或碼元)依次被寫入存儲器的1，2，n，…,1,2,…單元.讀出過程同樣是順序,循環(huán)地進行的.但在同一時刻,被寫入的存儲單元一般與讀出單元不同.通常寫入時鐘來自位同步提取電路,因而與接收到的信號速率相同.讀出時鐘為本機時鐘.在正常情況下,所有交換機應達到位同步,于是本機時鐘與發(fā)方時鐘同步,即.如果當寫入k單元時,讀出的是j單元,則被寫入k單元的輸入位將在W=k一j個讀寫周期后讀出.因此輸出序列是一個延時了的輸入序列,其延遲時間為D=(k-j)T=(k-j)/Modn(3.27)其中T=1/是輸入信號的重復周期.顯然,當我們希望延時為M個碼元周期時,存儲器容量應不小于M十1位.例3·4設兩臺交換機的距離為4Okm，中繼線是雙絞線,延時為5?/km,傳輸32/3OCHPCM.求交換機的彈性存儲器容量.解:回路傳輸延時=2X40X5=400?

每幀周期=125?,400/125≈4因此取n=4,總延時為4幀時間.所以彈性存儲器應延時D=4X125-400=100?速率由式(3.27)k-j=D×=100×10×2.048×10=204.8因此,彈性存儲器的容量應不小于205位。

通信網(wǎng)同步的另一個問題是位同步.當收發(fā)雙方的時鐘頻率不同時,圖3-29中的彈性存儲器的讀,寫速率將不同.例如,當時,讀寫間隔W將逐漸增大.一定時間之后,寫入地址將超過讀出地址,使讀出數(shù)據(jù)漏掉一幀(因為存儲器容量為256位=1幀).同理,當時,會出現(xiàn)重讀.這兩種情況均稱為滑碼.滑碼發(fā)生的頻繁程度與存儲器的容量及收,發(fā)兩端時鐘的頻差有關.當存儲器為n位,標稱頻率為r,相對頻差Δr時,滑碼發(fā)生的周期為Ts=n/(Δr×r)(3.28)因此當傳輸速率為2.048Mb/s,兩個時鐘頻差為,而存儲器容量為256位時,滑碼發(fā)生的周期為或每天丟失(或重讀)69幀。每次滑碼發(fā)生將使每路基帶PCM信號丟失(或重復)了一個8bit的碼字.對于PCM話音信號,這相當于它的PAM信號中少了(或多了)一個抽樣,接收者只聽到“喀勒”一聲.因此影響不顯著.但對于數(shù)據(jù)傳輸,尤其是圖像傳輸,滑碼可能徹底毀壞全部數(shù)據(jù)或整個畫面.根據(jù)CCITT建議,數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)應滿足每2Oh滑碼不超過1次.對于CEPT一次群傳輸,由式(3.28),這相當于要求時鐘頻差Δr=n/Tsr=256/(20X3600X2.048X10)=1.74X這一要求是相當高的。位時鐘同步的方法可劃分為準同步法和同步法兩種.在準同步方式中,各交換器的時鐘相互獨立,因而準同步網(wǎng)絡方式又稱為異步方式.任何通信雙方的時鐘都不可避免地存在一定偏差.如前所述,這將造成滑碼.為了使滑碼發(fā)生頻度足夠小,一般要求各交換機的時鐘有很高的穩(wěn)定度.前面已經(jīng)證明,對于數(shù)據(jù)傳輸,時鐘頻率穩(wěn)定度應優(yōu)于1×

數(shù)量級.一般的晶體管振蕩器已無法滿足,因而常需要使用原子鐘.表3-10給出了常用的銣鐘和銫鐘的主要參數(shù).可以看出,銣鐘穩(wěn)定度不如銫鐘,但壽命較長.此外銣鐘的體積可以做得較小.當用銣鐘作為各交換機的本機時鐘時,滑碼周期為Ts=256/(2.048XX3X)=1157h

完全可以滿足實用要求。

習題P823-1已知A,B,C三臺交換機之間的話務量如圖3-34所示.試比較A,B之間完全采用直達中繼和完全通過C匯接這兩種方案哪一種更經(jīng)濟(設TDR=1.8,gos=0.001).解:A,C之間的話務量25erl,M=41,C,B之間的話務量25erl時,中繼群的線數(shù)為M=41,A,B之間的話務量為20erl時,中繼群的線數(shù)為M=35,采用匯接時,AC:45erl,M=65,CB:45erl,M=65,匯接話務量使AC和CB中繼群各增加了65-41=24條中繼線.于是LR=35/24≈1.5<TDR,此時采用直達中繼更經(jīng)濟.3-2已知A、B、C三臺交換機之間的話務量及傳輸距離如圖3-35所示.傳輸設備的費用為0.l萬元/(km·線),交換設備為0.4萬元/路.試比較在A、C之間完全采用直達中繼和完全采用匯接中繼這兩種方案的費用(設gos=0.01).圖3-34圖3-3520erl,20kmB解:gos=0.01,查表2-3得各中繼群線數(shù)為采用直達中繼時,AC:10erl,M=18,CB:25erl,M=36,AB:20erl,M=30;采用匯接時,AB:30erl,M=42,BC:35erl,M=47.直達中繼花費18×0.1×35=63(萬元)匯接中繼花費12×15×0.1+11×30×0.1+12×0.4=55.8(萬元)∴采用匯接中繼比直達中繼更經(jīng)濟.3-5設交換機A至D及其話務量分布如圖3-36所示,傳輸設備的費用為0.l萬元/(km·線),交換設備為0.4萬元/路.如果A,B間的傳輸采用混合路由,并要求gos=0.001,各路由應配備的中繼線是多少?解:TDR=[0.1×(15+30)+0.4]/0.1×(15+25)=1.4,由式(3.9),gos=0.001時,

由(3.13)知:對比圖3-6,直達路由中繼線數(shù)改為11.