現(xiàn)代通信系統(tǒng)電子教案

現(xiàn)代通信系統(tǒng)電子教案第1章程控交換系統(tǒng)第2章數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)第3章移動通信系統(tǒng)第4章數(shù)字傳輸系統(tǒng)第5章光纖通信系統(tǒng)第6章衛(wèi)星通信系統(tǒng)第7章用戶接入系統(tǒng)本書章節(jié)開

的的交換多

換個網(wǎng)第1章 程控交換系統(tǒng)機

交展經(jīng)歷來，應1.1交換簡介?部戶交換技術的發(fā)展不方。人工交換出現(xiàn)電話

交換站(話務員)A用戶B用戶C用戶人交換果能大提自動、縱自動交換的發(fā)展程控交換機房不世慮何交換網(wǎng)的出現(xiàn)用匯交換網(wǎng)中的交換機交換網(wǎng)的組成用戶線匯中繼線端局長途局組統(tǒng)：話路子系統(tǒng)控制子系統(tǒng)程控交換機的基本組成程控交換機的的硬件結構用戶電路中繼器中繼器交換網(wǎng)絡信號終端掃描器驅動器存儲器中央處理器輸入/輸出設備話路子系統(tǒng)子系統(tǒng)線用戶電路程控交換機的機柜交換機的中央處理機柜和電柜縮位程控交換機的服務功能交用

交X）單位公共接，也連接用戶交換機理,送換網(wǎng)路上順用一話1.2

數(shù)字交換網(wǎng)絡進時分交換隙T型接空分交換之線時隙交換絡—對可以最多級組合交換網(wǎng)絡立或多后交換網(wǎng)絡的控制此號信號出的對可的1.3

用戶電路及濾波轉用戶電路的功能可以簡稱為“BORSCHT”功能用戶電路的功能用戶電路的整體結構用戶機柜器設1.4

中繼器如路過壓參號的模擬中繼器換取、中繼

PCM話數(shù)字中繼器中繼傳輸模塊也換程序在。1.5

交換機的軟件系統(tǒng)程大運行軟件管理的支持軟件接運行軟件和支持軟件程控是建有些對軟件系統(tǒng)的要求簡呼輸入處理輸出處理內部處理態(tài)呼叫處理的過程令

它統(tǒng)

時的信信1.6

交換機的信令系統(tǒng)隨路信令，共路信令線路信令，路由信令，管理信令用戶線信令，局間信令信令的分類約由信令方式有即網(wǎng)令以，它系信令網(wǎng)信令模塊信機中的術中成，第2章 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)，產(chǎn)一種包主現(xiàn)2.1

數(shù)據(jù)通信基礎?數(shù)據(jù)與話音的區(qū)別數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成DTE通信控制器中央處理裝置主存儲器信道DCEDCE終帶磁盤數(shù)據(jù)通信的交換方式內端著到收定地信2.2

分組交換技術分組交換方式虛連接。永久虛電路絡預項服起永久輸階交換虛電路。信虛電路的連接國通DNX.25協(xié)議標準時

要的普互合出，幀中繼種點換網(wǎng)絡述2.3

ATM交換間

接ATM信元的結構也區(qū)別稱之程和虛信道虛通道虛連接信頭用戶信息異步多路復用模式t裝入用戶信息的信元其它用戶的信元用戶信息時隙同步多路復用模式t125us(幀)125us(幀)異步復用的基本概念ATM交換過程ATM交換網(wǎng)絡的結構信元交換機構(CSF)IMIMOMOM接續(xù)容許控制系統(tǒng)管理N1N1::::人制日力2.4

IP交換技術個點到術。早期計算機通信計算機A計算機B點局域網(wǎng)（LAN）技術現(xiàn)計算機A計算機B計算機CLAN如何聯(lián)起來路?；ヂ?lián)網(wǎng)技術網(wǎng)絡1計算機A計算機B計算機D路由器計算機C網(wǎng)絡2—

機網(wǎng)

技。網(wǎng)了實服協(xié)議軟語

，樣適定網(wǎng)TCP/IP協(xié)議用戶A路由選擇表202.56.5.1

203.0.5.2198.1.2.3198.1.2.0路由選擇表網(wǎng)絡3198.1.2.9用戶B網(wǎng)絡1202.56.5.0網(wǎng)絡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機架M

上ATM接的IP及—中IP交換原理IP網(wǎng)絡系統(tǒng)整體結構市話交換機網(wǎng)關LAN關守PC機計費服務器電話傳真?zhèn)髡婢W(wǎng)管服務器電話市話交換機網(wǎng)關IP網(wǎng)絡并網(wǎng),只用段換2.5

綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN）ISDN概念示意圖電話網(wǎng)分組網(wǎng)ISDN網(wǎng)NT電報網(wǎng)第3章 移動通信系統(tǒng)現(xiàn)代綜合業(yè)務通信網(wǎng)中不可缺少的一環(huán)就是移動通信。由于移動通信幾乎集中了有線和無線通信的最新技術成就，不僅可以傳送話音信息，而且還能夠傳送數(shù)據(jù)信號，使用戶隨時隨地快速而可靠地進行多種信息交換，因此，它和衛(wèi)星通信、光纜通信一起被列為現(xiàn)代通信領域中的三大新興通信手段。3.1

移動通信簡介移動通信是指通信的雙方，至少有一方是在移動中進行信息交換的。移動通信的分類按設備的使用環(huán)境可分為陸地移動通信、海上移動通信和航空移動通信；按服務對象可分為專用移動通信和公用移動通信；按系統(tǒng)組成結構可分為蜂窩移動 系統(tǒng)、集群調度移動 系統(tǒng)、無中心個人無線 系統(tǒng)、公用無繩 系統(tǒng)和移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)。移動通信的特點電波衰落現(xiàn)象遠近效應干擾大多普勒效應環(huán)境條件差移動通信系統(tǒng)的組成移動通信系統(tǒng)一般由移動臺（MS）、基站（BS）、移動業(yè)務交換中心（MSC）等組成。BSMSC市話局MS市話網(wǎng)（PSTN）移動電話網(wǎng)移動通信機房3.2

蜂窩系統(tǒng)的組網(wǎng)技術隨著經(jīng)濟的發(fā)展，移動通信應用日益廣泛，有限的無線電頻率要提供給越來越多的用戶共同使用。頻道擁擠、相互干擾已成為阻礙移動通信發(fā)展的首要問題。解決這些問題的辦法就是按一定的規(guī)范組成移動通信網(wǎng)絡，保障網(wǎng)內所有用戶有序地通信。頻率管理頻率是人類所共有的一種特殊資源，它并不是取之不盡的。頻率的分配和使用需在全球范圍內制定統(tǒng)一的規(guī)則。我國分配給民用移動通信的頻段主要在150MHz、450MHz、900MHz

頻段和1800MHz頻段，各項具體業(yè)務如專用對講機、無繩

、蜂窩移動

等的使用頻率均有具體的明確規(guī)定。頻率有效利用技術頻率域的有效利用：一是信道的窄帶化，以便得到更多的載波信道；二是應用寬帶多址技術，使一個載波信道上能傳輸多個用戶信息?？臻g域的有效利用：某一地區(qū)使用了某一頻率之后，在相隔一定距離的另一地區(qū)可以重復使用這一頻率，這就是所謂“同頻復用”。時間域的有效利用：是指在一地區(qū)中，多個用戶共用一個載波頻率，每個用戶占用頻率的時間不同，這就是所謂的“時分復用”。信道的分配移動通信的基站都采用多信道共用方式，由這些信道組成的一個信道組的頻率配置應遵循一定的規(guī)則，以避免種種可能的干擾。信道的分配方法主要有兩種:分區(qū)分組配置法等頻距配置法?；咎炀€3個板狀天線構成3個無線扇形小區(qū)。移動通信網(wǎng)的信令在移動通信網(wǎng)中，除了傳輸話音信號之外，為使全網(wǎng)有秩序地工作，還必須在正常通話的前后傳輸很多非話音信號，這些非話音信號統(tǒng)稱為“信令”。移動通信中的信令大致可以分為移動臺位置登記的信令；有關通話開始的信令；通話中的各種信令以及有關通話結束的信令。傳輸這些信令的方式有專用控制信道和共用話音信道兩種方式。3.3

GSM移動通信系統(tǒng)GSM系統(tǒng)也叫數(shù)字移動通信系統(tǒng)，屬于第二代移動通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用頻分復用(FDMA)和時分復用(TDMA)結合的方式，擴大了用戶容量，信道中傳輸?shù)娜渴菙?shù)字信號，保密性能提高。我國GSM標準我國參照GSM標準指定了自己的技術要求,主要內容有：使用900MHz頻段，即890～915MHz（移動臺→基站）和935～960MHz（基站→移動臺），收發(fā)間隔45MHz，載頻間隔

200KHz。共124個載波，每載波信道數(shù)8個，基站最大功率300W，小區(qū)半徑0.5～35Km，調制類型GMSK，傳輸速率270Kbps。TDMA基本概念TDMA的基本思想是小區(qū)中各移動臺占用同一頻帶，但使用不同的時隙。通常各移動臺只在規(guī)定的時隙內以突發(fā)的形式發(fā)射它的信號，這些信號通過基站的控制在時間上依次排列、互不重疊的；同樣，各移動臺只要在指定時隙內接收信號，就能從合路信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分出來。GSM系統(tǒng)的功能實體BTSBSCBSCBTSBTSOMCEIRHLR/AUCMSC/VLRMSMSMSGSM移動交換機越區(qū)切換當移動用戶離開基站較遠時，無線傳輸質量逐漸下降。這時，系統(tǒng)就需要將移動用戶轉換到另一個基站，這種由原基站的業(yè)務信道轉換到新基站的業(yè)務信道的過程稱為越區(qū)切換，切換的過程由系統(tǒng)網(wǎng)絡來決定。BSC模塊GPRS業(yè)務GPRS是通用分組無線業(yè)務的簡稱，是一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務。GPRS與現(xiàn)有的GSM話音系統(tǒng)最根本的區(qū)別是，GSM是一種電路交換系統(tǒng)，而GPRS是一種分組交換系統(tǒng)，目前可通過升級GSM網(wǎng)絡實現(xiàn)。

GPRS網(wǎng)絡的建立不代表GSM網(wǎng)絡的淘汰，

GPRS是一項通信技術，是對GSM網(wǎng)絡的的一個升級而已。它是GSM向3G系統(tǒng)過渡的必經(jīng)之路。GPRS系統(tǒng)結構Internet(TCP/IP)BTSBSCHLR/AUCMSC/VLR基站子系統(tǒng)(BSS)PSTN電路交換子系統(tǒng)(CSS)PCU

SGSN

GGSN分組交換子系統(tǒng)(PSS)GPRS的優(yōu)點速率高容量大手機永遠在線根據(jù)用戶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量收費3.4

CDMA移動通信系統(tǒng)第二代移動通信系統(tǒng)產(chǎn)生于20世紀80年代末期，使用數(shù)字調制技術，網(wǎng)絡采用數(shù)字信令，除提供語音業(yè)務外，還含有少量短消息服務。前面介紹的GSM系統(tǒng)就屬于第二代移動通信系統(tǒng)，它采用的是TDMA方式。在第二代移動通信系統(tǒng)中，還有一種系統(tǒng)采用的是碼分多址（CDMA）方式，簡稱CDMA系統(tǒng)。CDMA原理示意圖編碼與交織BPF擴頻編碼擴頻編碼數(shù)字濾波器去交織和解碼BPF載波載波數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CDMA系統(tǒng)的主要優(yōu)點大容量軟容量軟切換話音激活保密性好高質量和低功率CDMA移動通信直放站3.5

移動臺的工作原理移動臺是通信網(wǎng)絡的終端無線設備，主要由射頻部分和邏輯/音頻部分組成。不同移動通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的移動臺電路結構有所區(qū)別，但其基本的原理是相同的，都是無線終端設備。射頻部分射頻部分一般指手機電路的模擬射頻和中頻處理部分，主要完成接收信號的下變頻，得到模擬基帶信號，以及發(fā)射模擬基帶信號的上變頻，得到射頻信號。按照電路結構劃分，射頻部分又可以分為接收機、發(fā)射機和頻率合成器。邏輯/音頻部分邏輯/音頻部分可以分為系統(tǒng)邏輯控制和音頻信號處理兩個單元。系統(tǒng)邏輯控制單元是由中央處理器和存儲器組組成。音頻信號處理單元分為接收音頻信號處理和發(fā)射音頻信號處理，一般包括數(shù)字信號處理器和中央處理器。雙頻手機所謂雙頻手機就是一部手機可以在900MHz和1800MHz這兩個頻段中使用，并且可以使用相同的手機號碼。雙頻手機的誕生是為了適應GSM系統(tǒng)的發(fā)展需要。雙頻與單頻的區(qū)別除GSM900的原系統(tǒng)外，增加了GSMl800的收發(fā)機各一套。發(fā)射的1800MHz頻段增加了放大已調波的高頻放大通道、本振混頻等直到天線切換電路。接收的1800MHz頻段包括了自高頻低噪聲放大器直到混頻、中頻輸出等電路。中頻放大后的電路和GSM900頻段是共用的。在邏輯電路中增加了相應的控制電路。在天線電路中增加了GSM900和GSM1800的切換電路。利用PLL

VCO電路可以產(chǎn)生高穩(wěn)定度的900MHz和1800MHz頻段的兩套第一本振頻率。CDMA移動手機對于CDMA手機，由于各廠商基本上都使用美國高通公司(QUALCOMM)的CDMA技術方案，不同的廠商所生產(chǎn)的CDMA手機的射頻與基帶電路基本一致。相對來說，CDMA手機的電路結構比GSM手機的電路結構簡單。3.6

無線市話系統(tǒng)無線市話系統(tǒng)是采用先進的微蜂窩技術，以無線方式接入固定 網(wǎng)的一種個人通信接入手段。無線市話手機以其小巧的機身、卓越的功能，受到越來越多的人青睞，人們將無線市話系統(tǒng)愛稱為“小靈通”。小靈通的特點綠色手機使用方便經(jīng)濟實惠音質清晰網(wǎng)絡建設投資低功能多樣化網(wǎng)絡服務多樣化小靈通的網(wǎng)絡結構圖控制網(wǎng)絡RPC/CSCRPC/CSCRP/CSRP/CSRP/CSRP/CSPSTNRP，CS

——基站RPC，CSC

——基站控制器小靈通基站3.7

集群移動通信系統(tǒng)專用調度系統(tǒng)是很早就出現(xiàn)的一種無線通信系統(tǒng)。從一對一的單機對講到單信道一呼百應的調度系統(tǒng)，后來又出現(xiàn)了帶選呼功能的自動撥號無線調度網(wǎng)。隨著微電子技術及微計算機技術在移動通信領域的大量應用，出現(xiàn)了多信道、多用戶共享的高級無線調度系統(tǒng)，即集群移動通信系統(tǒng)。集群系統(tǒng)的主要特點多用戶共享采用排隊制具有限時功能具有錄音功能可以連接市話集群系統(tǒng)的組成PSTNCP1MS市話局控制交換中心MSMSCP2CP3CP——用戶調度臺MS——移動臺基站控制交換中心基站800M發(fā)射機數(shù)字傳輸是以數(shù)字信號的形式傳遞消息，采用時分復用方式實現(xiàn)多路通信。早期的數(shù)字傳輸系統(tǒng)主要是數(shù)字微波通信系統(tǒng)，后來發(fā)展起來的SDH系統(tǒng)是現(xiàn)代電信網(wǎng)中數(shù)字信號傳輸?shù)幕灸Ｊ?。計算機的普及使得數(shù)據(jù)傳輸越來越多，利用數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)信號成為一種新的電信業(yè)務，DDN系統(tǒng)的誕生滿足了這種業(yè)務的要求。第4章 數(shù)字傳輸系統(tǒng)微波是指頻率在300MHz至300GHz范圍內的電磁波。數(shù)字微波通信是指利用微波攜帶數(shù)字信息，通過電波空間，同時傳送若干相互無關信息，并進行再生中繼的通信方式。4.1

數(shù)字微波通信系統(tǒng)中繼傳輸方式地面微波接力通信系統(tǒng)工作在4 6GHz，它通過地面多座中繼站在兩地之間建立通信鏈路，相鄰中繼站的距離為視距（約50Km）。數(shù)字微波系統(tǒng)組成市內電話局用戶終端市內電話局用戶終端微波中繼站微波

收發(fā)信設備調制

時分解調

復用設備

設備時分

調制復用

解調設備

設備甲地乙地微波

收發(fā)信設備數(shù)字微波通信的特點頻帶寬干擾小中繼傳輸組網(wǎng)靈活抗干擾性強保密性好便于組成數(shù)字通信網(wǎng)數(shù)字微波系統(tǒng)實例發(fā)信設備的組成發(fā)信本振變容管調頻自動電平控制單

濾向

波器

器發(fā)信混頻分路濾波微波 輸出功放 功放中放公務信號中頻信號收信設備的組成中頻輸出主中放自適應均衡合成檢出控制器本振移相前置中放收信混頻抑鏡濾波低噪聲放微大波濾波來自上天線來自下天線前置中放收信混頻抑鏡濾波低噪聲放微大波濾波數(shù)字傳輸系統(tǒng)是現(xiàn)代通信網(wǎng)的主要組成部分,由于傳統(tǒng)的準同步數(shù)字體系(PDH)有其自身的一些缺陷，因而不能適應現(xiàn)代通信網(wǎng)的發(fā)展，需要一個新的傳輸體制，同步數(shù)字體系（SDH）則應運而生。4.2

SDH傳輸系統(tǒng)數(shù)字復接技術在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，為了擴大傳輸容量、提高傳輸效率，常常需要將若干個低速數(shù)字信號合并成一個高速數(shù)字信號流，以便在高速信道中傳輸。數(shù)字復接技術就是解決這一問題的技術之一。常用的復接方法有兩種：同步復接和異步復接。同步和異步復接同步復接是用一個高穩(wěn)定的主時鐘來控制被復接的幾個低次群信號，使這幾個低次群的碼速統(tǒng)一在主時鐘的頻率上，達到同頻、同相。異步復接是各低次群使用各自的時鐘,因此各低次群的碼速率不同。此時，應先進行碼速調整，使各低次群碼速達到一致,然后再進行同步復接。準同步數(shù)字系列(PDH)PCM技術在復接成一次群時，采用同步復接。但在復接成二、三、四次群時要采用異步復接。為復接方便，規(guī)定了各支路比特流之間的異步范圍，也就是規(guī)定了各支路時鐘之間允許的偏差標稱值范圍，這種對比特率偏差的約束就是所稱的準同步工作。相應的比特系列稱為準同步數(shù)字系列(PDH)。沒有統(tǒng)一標準光接口不規(guī)范不便復接不便網(wǎng)管PDH的固有缺點為了解決PDH的缺點，美國貝爾通信研究所提出同步光網(wǎng)絡(SONET)的概念。原

CCITT于1988年接受了SONET的概念，重新命名為同步數(shù)字系列(SDH)，使之成為不僅適用于光纖，也適用于微波及衛(wèi)星傳輸?shù)耐ㄓ眉夹g體制。SDH是數(shù)字通信中一種全新的世界體制。SDH的產(chǎn)生SDH的基本概念2Mb/s電信號SDH分插復用器155Mb/s光接口155Mb/s光接口光纖的種類光纖是一種新型的光波導，其種類很多，按光纖材料不同，常見的有以下幾種：·石英光纖·多組分玻璃光纖·全塑光纖光纖的色散特性材料色散模式色散波導色散光發(fā)射機光發(fā)射機的作用是將電信號變成光信號，然后送入光纖中傳輸出去。光發(fā)射機主要是由光源、光源驅動、調制以及信道編碼電路三部分組成。光纖測量儀表光纖測量的內容光纖的參數(shù)可以分為幾何尺寸、光學特性參數(shù)和傳輸特性參數(shù)三大類?！缀纬叽绨ü饫w的包層直徑、芯徑、偏心度和包層不圓度等；·光學特性參數(shù)主要有折射率分布、數(shù)值孔徑、模場直徑和截止波長；·傳輸特性參數(shù)主要指光纖的衰減常數(shù)、帶寬和色散系數(shù)等參數(shù)。光纖測量用具光纖跳線光纜接頭盒衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)點通信距離遠覆蓋面積大，可以進行多址通信通信頻帶寬、容量大性能穩(wěn)定可靠衛(wèi)星通信的頻段選擇早期的同步通信衛(wèi)星使用的工作頻段主要是C波段（4/6GHz），因為當時同一波段的微波接力通信技術已比較成熟，開發(fā)費用低，并且該波段處于地球的無線電窗口范圍內，大氣層吸收很小。隨著通信技術的發(fā)展和通信業(yè)務的增加，新的波段不斷被開發(fā)，目前Ku波段（11/14GHz）已大量應用于民用衛(wèi)星通信和衛(wèi)星廣播業(yè)務，20/30GHz頻段也已投入使用。自由空間的傳播損耗由于衛(wèi)星通信用的無線電波主要是在大氣層以外的宇宙空間內傳播，而宇宙空間是接近真空狀態(tài)的，并且由于在目前所使用的頻段范圍內，與自由空間的傳播衰耗相比，大氣層的衰減損耗很小，所以基本上可以認為，電波是在均勻媒介的自由空間內傳播，信道的特性較穩(wěn)定。因此，從信道性質來說,一般都認為是恒參信道。6.3

衛(wèi)星通信的多址連接方式所謂多址連接方式，就是許多個地面站通過共同的通信衛(wèi)星來實現(xiàn)覆蓋區(qū)域內的相互連接，而無需中間轉接。這就要求各個地面站發(fā)向其它地面站的信號之間必須有區(qū)別。頻分多址方式頻分多址（FDMA）是根據(jù)各地面站發(fā)射的信號頻率不同，按照頻率的高低，順序排列在衛(wèi)星的頻帶里，各地面站的信號頻譜要排列得互相不重疊。也就是說，按照頻率不同來區(qū)分是哪個站址。空分多址方式空分多址（SDMA）是指在衛(wèi)星上安裝多個天線，這些天線的波束分別指向地球表面上的不同區(qū)域。不同區(qū)域的地面站所發(fā)射的電波在空間不會互相重疊，即使在同一時間、不同區(qū)域的地面站使用相同的頻率來工作，它們之間也不會形成干擾。7.1

用戶接入技術的現(xiàn)狀與發(fā)展交換機到每個用戶的業(yè)務分配是通過雙絞線來實現(xiàn)的。這一分配網(wǎng)路稱為用戶環(huán)路。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，為了滿足社會對信息的需求，相應地出現(xiàn)了多種非話音業(yè)務，如數(shù)據(jù)、可視圖文、電子信箱、會議電視等。為了適應新業(yè)務發(fā)展的需要，用戶環(huán)路也要向數(shù)字化、寬帶化等方向發(fā)展,并要求用戶環(huán)路能靈活、可靠、易于管理等。接入網(wǎng)的定義接入網(wǎng)由業(yè)務節(jié)點接口（SNI）和用戶網(wǎng)絡接口（UNI）之間的一系列傳送實體（如線路設施和傳輸設施）組成，是為電信業(yè)務提供所需傳送承載能力的實施系統(tǒng)。HDSL設備不對稱數(shù)字用戶線不對稱數(shù)字用戶線簡稱ADSL。ADSL與HDSL一樣，也是采用雙絞線作為傳輸媒介。ADSL中所說的