現(xiàn)代通信系統(tǒng)概論（沈衛(wèi)康）課件 第3、4章　通信系統(tǒng)的典型應(yīng)用、交換系統(tǒng)

第三章通信系統(tǒng)的典型應(yīng)用3.1無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用3.2光纖通信系統(tǒng)的典型應(yīng)用

3.1無線通信系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1.1微波中繼通信1.微波及其通信1）微波及其傳播特性所謂微波，是指一種具有極高頻率、極短波長的電磁波。微波通信則是指利用微波攜帶信息，通過電波空間進(jìn)行傳輸?shù)囊环N通信方式。若攜帶的信息是模擬信號，則稱它為模擬微波通信；若攜帶的信息是數(shù)字信號，則稱它為數(shù)字微波通信。

⑴似光性

在電磁波頻譜中，微波以上的電磁波為光波，而光是直線傳播的，因此微波也具有了類似光的直線傳播特性。

⑵極化特性

電磁波在傳播過程中，電場和磁場在同一地點(diǎn)隨時(shí)間t的變化存在著某種規(guī)律，其中描述電場強(qiáng)度矢量方向規(guī)律的稱之為極化特性。我們規(guī)定電場矢量E的方向?yàn)闃O化方向。

當(dāng)電場矢量E的端點(diǎn)隨時(shí)間t的變化軌跡處于一條直線上時(shí)，稱這種極化為線極化，如圖3-1（a）所示；若變化軌跡為圓或橢圓時(shí)，則分別稱為圓極化或橢圓極化，如圖3-1（b）所示。線極化中將電場矢量E的端點(diǎn)隨時(shí)間t變化的軌跡與地面水平的叫水平極化，與地面垂直的叫垂直極化，如圖3-1（c）所示。圓極化中將電場矢量E旋轉(zhuǎn)變化方向?yàn)轫槙r(shí)針的叫左旋極化，反之稱為右旋極化。垂直與水平極化或左旋與右旋極化是彼此互相正交的兩個函數(shù)。

圖3-1微波的極化特性（a）電場的變化規(guī)律；（b）圓極化；（c）線極化

2）地面微波中繼通信

由于微波具有光一樣的傳播特性，因此微波在自由空間只能沿直線傳播，其繞射能力很弱，且在傳播過程中遇到不均勻的介質(zhì)時(shí)，將產(chǎn)生折射和反射現(xiàn)象。正因如此，在一定

天線高度的情況下，為了克服地球的凸起而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信就必須采用中繼接力的方式，如圖3-2所示。否則A站發(fā)射出的微波射線將遠(yuǎn)離地面而根本不能被C站所接收。

圖3-2中繼接力方式示意圖

3）數(shù)字微波中繼通信的特點(diǎn)

（1）數(shù)字微波通信與其他無線通信的比較

在無線通信方式中，微波通信的頻率最高，僅次于微波通信的無線通信方式為特高頻通信。目前特高頻通信的應(yīng)用相當(dāng)普遍。微波通信與特高頻通信相比較主要有以下特點(diǎn)：

①抗干擾能力強(qiáng)。

②傳輸容量大。

③受惡劣氣象條件的影響較小。

④發(fā)射功率低。

⑤保密性較高。

⑥設(shè)備技術(shù)復(fù)雜、維護(hù)要求高。

（2）數(shù)字微波通信與有線通信的比較

有線通信的種類有許多，如明線通信、銅軸電纜通信、電力線載波通信、光纜通信等。這里將與光纜通信進(jìn)行比較：

①受地形因素的影響較小。

②受城、鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村的發(fā)展建設(shè)的影響較小。

③投資小。

④維護(hù)量小。

⑤性能、容量及組網(wǎng)等不及光纜通信。

2.微波中繼通信系統(tǒng)的組成

1）系統(tǒng)的組成

圖3-3所示為一條微波中繼通信線路的典型組成結(jié)構(gòu)。圖3-3一條微波中繼通信線路的組成結(jié)構(gòu)

圖中組成微波通信線路的各微波站的功能如下：

終端站——一條微波線路中兩端的兩個站，它的任務(wù)是將數(shù)字終端設(shè)備送來的PCM信號經(jīng)中頻調(diào)制后再上變頻成微波信號，向另一端發(fā)射；同時(shí)接收該方向傳來的微波信號，將其下變頻成中頻信號并解調(diào)還原成PCM信號，送往數(shù)字終端設(shè)備。

中間站——只完成微波信號的放大和轉(zhuǎn)發(fā)。

再生中繼站——具有對接收信號進(jìn)行解調(diào)再生功能的中繼站。

樞紐站——兩個以上方向收發(fā)信號的微波站稱為樞紐站。

2）波道及其頻率配置

（1）波道的設(shè)置

為了使一條微波通信系統(tǒng)的可用帶寬得到充分利用，通常的做法是將微波系統(tǒng)的可用帶寬劃分成若干個頻率小段，并在每一個頻率小段上設(shè)置一套微波收、發(fā)信機(jī)，構(gòu)成一條

微波中繼通信的傳輸通道。這樣在一條微波系統(tǒng)中可以容納若干套微波收、發(fā)信機(jī)同時(shí)工作，亦即在一條微波系統(tǒng)中構(gòu)成了若干條微波中繼通信的傳輸通道。這時(shí)我們把每個微波傳輸通道稱之為波道。

（2）射頻頻率配置

由于一條微波線路上允許有多套微波收、發(fā)信機(jī)同時(shí)工作，這就必須對各波道的微波頻率進(jìn)行分配。頻率的分配應(yīng)盡可能地做到：在給定的可用頻率范圍內(nèi)盡可能多地安排波道數(shù)量，這樣可以在這條微波線路上增加通信容量；應(yīng)盡可能地減少各波道間的干擾，以提高通信質(zhì)量；還應(yīng)盡可能地有利于通信設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。

一個波道的頻率配置目前主要有兩種方案：

二頻制——一個波道的收發(fā)只使用兩個不同的微波頻率，如圖3-4所示。圖3-4二頻制頻率分配

四頻制——每個中繼站兩個方向收、發(fā)共使用四個不同的頻率，間隔一站頻率又重復(fù)使用，如圖3-5所示。圖3-5四二頻制頻率分配

無論是二頻制還是四頻制，它們都存在越站干擾。解決越站干擾的有效措施之一是：在設(shè)計(jì)微波站的路由時(shí)，使相鄰第4個微波站的站址不要選擇在第1、2兩微波站址的延長

線上，如圖3-6所示。圖3-6（a）和圖3-6（b）中的第4個站在1、2兩站的延長線上，因此存在越站干擾；而圖3-6（c）中第4個站不在1、2兩站的延長線上，因此不存在越站干擾。

圖3-6越站干擾的解決方法

多個波道的頻率配置一般有兩種排列方式，一是收、發(fā)頻率相間排列；二是收、發(fā)頻率集中排列。圖3-7為一微波中繼通信系統(tǒng)中6個波道收、發(fā)頻率相間排列方案，若每個波道采用二頻制，其中收信頻率為f1～f6，發(fā)信頻率為f'1～f'6。這種方案的收、發(fā)頻率間距較小，導(dǎo)致收、發(fā)往往要分開使用天線，這就帶來了使用天線數(shù)量過多的問題，因此這

種方案一般不多采用。

圖3-7二頻制相間排列方案

圖3-8為一中繼站上6個波道收、發(fā)頻率集中排列方案，每個波道采用二頻制，收信頻率為f1～f6，發(fā)信頻率為f'1～f'6。這種方案中的收、發(fā)頻率間隔大，發(fā)信對收信的影響很小，因此收、發(fā)信可以共用一副天線，也就是說只需用兩副天線分別對著兩個方向收、發(fā)即可。目前的微波通信大多采用這種方案。

圖3-8二頻制集中排列方案

3）天饋線的共用

由前面所述的波道頻率配置我們知道，在微波通信中，各波道的頻率是不同的，且每一波道的收、發(fā)頻率也是不同的。那么每一頻率如果都要用一副天線來進(jìn)行發(fā)送或接收，則對于一個方向，每個波道就需使用兩副天線，6個波道則需12副天線。如果該微波站是樞紐站，則天線就需要更多，這顯然是不現(xiàn)實(shí)的。

3.數(shù)字微波中繼通信設(shè)備的組成

一條微波線路中主要有三種類型的微波站：終端站、中間站和再生中繼站。這三種類型微波站中的收發(fā)信設(shè)備因功能不同而在具體組成上存在各種差異。再生中繼站因分插信

號，故其設(shè)備組成較終端站（上下全部話路）和中間站齊全。

1）發(fā)信設(shè)備

微波發(fā)信通道的組成框圖如圖3-9所示。

圖3-9微波發(fā)信通道組成框圖

2）收信設(shè)備

目前的數(shù)字微波通信中的收信設(shè)備大都采用超外差式接收方式，其設(shè)備的組成結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。圖3-10收信設(shè)備的組成框圖

由圖3-10可以看出，數(shù)字微波通信的收信設(shè)備主要由以下部分組成：

①收信帶通，其主要作用是取出本波道的有用信號，濾除無用信號以防止其他波道信號對本波道信號產(chǎn)生干擾。

②低噪聲放大，其作用是對接收到的微弱微波信號進(jìn)行低噪聲放大，以提高整機(jī)的接收靈敏度和降低后級電路對噪聲系數(shù)方面的要求。

③鏡頻濾波器，主要用于抑制鏡像頻率，以防止該信號經(jīng)混頻后變?yōu)橹蓄l信號，對有用信號產(chǎn)生干擾。

④混頻，將接收到的微波信號與本振信號進(jìn)行混頻以得到中頻信號輸出，完成下變頻的作用。

⑤前置中放，它和主中放是整個收信機(jī)放大電路的核心部分，幾乎承擔(dān)了整個放大任務(wù)，此外它們還決定整個收信機(jī)的通頻帶和頻率響應(yīng)特性。

⑥自適應(yīng)均衡。多徑傳播將導(dǎo)致選擇性衰落，而選擇性衰落結(jié)果將引起傳播特性的變壞，且這種影響是隨機(jī)的，即在不斷變化。

⑦主中放及自動增益控制（AGC）。

⑧解調(diào)，其任務(wù)是將中頻信號還原成數(shù)字基帶信號。

分解，其作用是將解調(diào)出的基帶信號中所附加的數(shù)字電話信號和數(shù)字勤務(wù)電話、監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信號與主信號分離，并分別送往各自的電路。

⑩線路接口，其作用是將主數(shù)字信號進(jìn)行碼型轉(zhuǎn)換，使其由單極性的非歸零碼（NRZ）轉(zhuǎn)換成雙極性的HDB3碼，并將信號的電平調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)電平送往終端設(shè)備。

3.1.2衛(wèi)星通信

1.衛(wèi)星通信的概念

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，在兩個或多個地球站之間進(jìn)行的通信。它是在微波通信和航天技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的無線通信技術(shù)，所使用的無線

電波頻率為微波頻段（300MHz～300GHz，即波段1m～1mm）。這種利用人造地球衛(wèi)星在地球站之間進(jìn)行通信的系統(tǒng)，稱為衛(wèi)星通信系統(tǒng)，而把用于實(shí)現(xiàn)通信目的的人造衛(wèi)星稱為通信衛(wèi)星，其作用相當(dāng)于離地面很高的中繼站。

1）衛(wèi)星通信的實(shí)現(xiàn)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星端、地面端、用戶端三部分組成。衛(wèi)星端在空中起中繼站的作用，即把地面站發(fā)上來的電磁波放大后再返送回另一地面站。衛(wèi)星星體包括兩大子系統(tǒng)：

星載設(shè)備和衛(wèi)星母體。地面端則是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口，地面用戶也可以通過地面端出入衛(wèi)星系統(tǒng)形成鏈路，地面端還包括地面衛(wèi)星控制中心及其跟蹤、遙測和指令站。

用戶端即各種用戶終端。衛(wèi)星通信的實(shí)現(xiàn)如圖3-11所示。

圖3-11衛(wèi)星通信示意圖

2）衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

（1）衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

①通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離無關(guān)；

②通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋的范圍均可進(jìn)行通信，可進(jìn)行多址通信；

③通信頻帶寬，傳輸容量大；

④機(jī)動靈活，可用于車載、船載、機(jī)載等移動通信；

⑤通信鏈路穩(wěn)定可靠，傳輸質(zhì)量高；

⑥不易受陸地災(zāi)害影響；

⑦建設(shè)速度快；

⑧電路和話務(wù)量可靈活調(diào)整；

⑨同一信通可用于不同方向和不同區(qū)域。

（2）衛(wèi)星通信的局限性

①通信衛(wèi)星使用壽命短；

②存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象；

③電波的傳輸時(shí)延較大且存在回波干擾，天線易受太陽噪聲的影響；

④衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜；

⑤靜止衛(wèi)星通信在地球高緯度地區(qū)通信效果不好，并且兩極地區(qū)為通信盲區(qū)；

⑥由于兩地球站向電磁波傳播距離有72000km，因而信號到達(dá)有延遲；

⑦10GHz以上頻帶會受雨雪的影響。

3）衛(wèi)星通信使用的頻率

衛(wèi)星通信使用的頻率應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)：電波應(yīng)能穿過電離層，傳輸損耗和外部附加噪聲應(yīng)盡可能??；有較寬的可用頻帶，盡可能增大通信容量；較合理地使用無線電頻譜，防止各宇宙通信業(yè)務(wù)之間及與其他地面通信業(yè)務(wù)之間產(chǎn)生相互干擾；通信采用微波頻段（300MHz～300GHz）

常用工作頻段如表3-1所示。

C波段與Ku波段的比較如表3-2所示，其頻率已接近用滿。圖3-12和圖3-13為目前C波段和Ku波段在軌衛(wèi)星圖。

圖3-12C波段在軌衛(wèi)星圖

圖3-13Ku波段在軌衛(wèi)星圖

4）多址方式

在微波頻帶，整個通信衛(wèi)星的工作頻帶約有500MHz寬度，為了便于放大和發(fā)射及減少變調(diào)干擾，一般在星上設(shè)置若干個轉(zhuǎn)發(fā)器。每個轉(zhuǎn)發(fā)器被分配一定的工作頻帶。目前的

衛(wèi)星通信多采用頻分多址（FDMA）技術(shù)，不同的地球站占用不同的頻率，即采用不同的載波，比較適用于點(diǎn)對點(diǎn)大容量的通信。

5）衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類

（1）按照工作軌道區(qū)分

按照工作軌道，衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般分為低軌道、中軌道和高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)（LEO）距地面500～2000km，傳輸時(shí)延和功耗都比較小，但每顆星的覆蓋范圍也比較小，典型系統(tǒng)有Motorola的銥星系統(tǒng)。低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于衛(wèi)星軌道低，信號傳播時(shí)延短，所以可支持多跳通信；其鏈路損耗小，可以降低對衛(wèi)星和用戶終端的要求，可以采用微型/小型衛(wèi)星和手持用戶終端。

中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)（MEO）距地面2000～20000km，傳輸時(shí)延要大于低軌道衛(wèi)星，但覆蓋范圍也更大，典型系統(tǒng)是國際海事衛(wèi)星系統(tǒng)。中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以說是同步衛(wèi)星系統(tǒng)和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的折中，中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)兼有這兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又在一定程度上克服了這兩種方案的不足之處。中軌道衛(wèi)星的鏈路損耗和傳播時(shí)延都比較小，仍然可采用簡單的小型衛(wèi)星。

高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)（GEO）距地面35800km，即同步靜止軌道。

（2）按照通信范圍區(qū)分

按照通信范圍，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為國際通信衛(wèi)星、區(qū)域性通信衛(wèi)星、國內(nèi)通信衛(wèi)星。

（3）按照用途區(qū)分

按照用途，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為綜合業(yè)務(wù)通信衛(wèi)星、軍事通信衛(wèi)星、海事通信衛(wèi)星、電視直播通信衛(wèi)星等。

（4）按照轉(zhuǎn)發(fā)能力區(qū)分

按照轉(zhuǎn)發(fā)能力，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為無星上處理能力衛(wèi)星、有星上處理能力衛(wèi)星。

6）衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有以下發(fā)展趨勢：

①地球同步軌道通信衛(wèi)星向多波束、大容量、智能化發(fā)展；

②低軌衛(wèi)星群與蜂窩通信技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全球個人通信；

③小型衛(wèi)星通信地面站將得到廣泛應(yīng)用；

④通過衛(wèi)星通信系統(tǒng)承載數(shù)字視頻直播（DvB）和數(shù)字音頻廣播（DAB）；

⑤衛(wèi)星通信系統(tǒng)將與IP技術(shù)結(jié)合，用于提供多媒體通信和因特網(wǎng)接入，既包括用于國際、國內(nèi)的骨干網(wǎng)絡(luò)，也包括用于提供用戶直接接入的網(wǎng)絡(luò)；

⑥小衛(wèi)星和納衛(wèi)星將廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)通信以及星間組網(wǎng)通信。

2.衛(wèi)星通信組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星通信系統(tǒng)空間站和衛(wèi)星通信系統(tǒng)地球站兩大部分構(gòu)成?？臻g站指空間的衛(wèi)星，地球站指地面上與衛(wèi)星進(jìn)行通信的相關(guān)設(shè)備。衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成如圖3-14所示。

圖3-14衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成

1）衛(wèi)星通信系統(tǒng)空間站的組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)空間站的組成如圖3-15所示，包括天線分系統(tǒng)，通信分系統(tǒng)，跟蹤、遙測指令分系統(tǒng)，控制分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)。

圖3-15衛(wèi)星通信系統(tǒng)空間站的組成

（1）天線分系統(tǒng)

天線分系統(tǒng)的功能是實(shí)現(xiàn)定向發(fā)射和接收無線電信號，包括遙測、指令和信標(biāo)天線和通信天線。

（2）通信分系統(tǒng)（通常所說的轉(zhuǎn)發(fā)器）

轉(zhuǎn)發(fā)器的主要功能是在通信衛(wèi)星中直接起中繼站作用，完成接收、處理、發(fā)射信號的工作。

（3）跟蹤、遙測指令分系統(tǒng)

遙測設(shè)備用各種傳感器和敏感元件等器件不斷測得有關(guān)衛(wèi)星姿態(tài)及星內(nèi)各部分工作狀態(tài)等數(shù)據(jù)，如電壓、電流、溫度等。

（4）控制分系統(tǒng)

控制分系統(tǒng)的主要功能是在跟蹤、遙測指令系統(tǒng)的指令控制下完成對衛(wèi)星的各種控制，包括對衛(wèi)星的位置控制、姿態(tài)控制、溫度控制、各種設(shè)備的工作狀態(tài)控制及主備用設(shè)備切換等。

（5）電源分系統(tǒng)

電源分系統(tǒng)的主要功能是給衛(wèi)星上的各種電子設(shè)備提供電能，因此電源分系統(tǒng)必須具有體積小、重量輕、效率高的特點(diǎn)，且應(yīng)在衛(wèi)星壽命期間內(nèi)保持輸出足夠的電能。

2）衛(wèi)星通信系統(tǒng)地球站的組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)地球站由天線分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、終端分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)組成，如圖3-16所示。

圖3-16衛(wèi)星通信系統(tǒng)地球站的組成

（1）天線分系統(tǒng)

天線分系統(tǒng)用于完成發(fā)送信號、接收信號和跟蹤衛(wèi)星的任務(wù)，即將發(fā)射系統(tǒng)送來的大功率微波信號對準(zhǔn)衛(wèi)星輻射出去；同時(shí)接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來的微波信號并送到接收系統(tǒng)。

（2）發(fā)射分系統(tǒng)

發(fā)射分系統(tǒng)將終端分系統(tǒng)送來的基帶信號調(diào)制為載波為中頻的（如載波為70MHz）頻帶信號，然后對該中頻已調(diào)載波進(jìn)行上變頻變換成射頻信號，并把這一信號的功率放大到一定值后輸送給天線分系統(tǒng)向衛(wèi)星發(fā)射。

（3）接收分系統(tǒng)

接收分系統(tǒng)將天線分系統(tǒng)送來衛(wèi)星發(fā)回的射頻信號進(jìn)行低噪聲放大、分離、下變頻為中頻信號（載波一般為70MHz），再解調(diào)成基帶信號，然后輸送給終端分系統(tǒng)。

（4）終端分系統(tǒng)

終端分系統(tǒng)把一切經(jīng)由地球站上行或下行的信號（電報(bào)、電話、傳真、電視、數(shù)據(jù)等）進(jìn)行加工、處理。

（5）控制分系統(tǒng)

控制分系統(tǒng)用于監(jiān)視地球站的總體工作狀態(tài)、通信業(yè)務(wù)、各種設(shè)備的工作情況以及現(xiàn)用與備用設(shè)備的情況；對地球站的通信設(shè)備進(jìn)行遙測、遙控，對現(xiàn)用、備用設(shè)備進(jìn)行自動轉(zhuǎn)換，對各部分電路進(jìn)行測試等。

（6）電源分系統(tǒng)

電源分系統(tǒng)供應(yīng)地球站內(nèi)全部設(shè)備所需的電能，通常設(shè)有應(yīng)急電源設(shè)備和交流不間斷電源設(shè)備。

3.2光纖通信系統(tǒng)的典型應(yīng)用

3.2.1SDH光纖通信系統(tǒng)SDH（SynchronousDigitalHierarchy，同步數(shù)字體系）是在PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy，準(zhǔn)同步數(shù)字體系）的基礎(chǔ)上，為滿足信息化和網(wǎng)絡(luò)化的要求發(fā)展而來的。

1.PDH存在的主要問題

所謂準(zhǔn)同步，是指在數(shù)字通信網(wǎng)的每個節(jié)點(diǎn)上都分別設(shè)置高精度的時(shí)鐘，這些時(shí)鐘的信號都具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)速率。盡管每個時(shí)鐘的精度都很高，但總還是有一些微小的差別。

為了保證通信的質(zhì)量，要求這些時(shí)鐘的差別不能超過規(guī)定的范圍。因此，這種同步方式嚴(yán)格來說不是真正的同步，所以叫做“準(zhǔn)同步”。

PDH最早為數(shù)字電話通信提出的一種數(shù)字時(shí)分復(fù)用系列。當(dāng)它由低次群向高次群復(fù)用時(shí)，由于各數(shù)字支路信號的速率存在偏差，因此在復(fù)接前需對各支路進(jìn)行碼速調(diào)整，準(zhǔn)同步復(fù)接過程如圖3-17所示。

圖3-17PDH二次群復(fù)接方框圖

正是因?yàn)檫@種原因，使得應(yīng)用過程中存在諸多不便。歸納起來，PDH主要存在以下問題：

①兩大體系，3種地區(qū)性標(biāo)準(zhǔn)，使國際間的互通存在困難。北美和日本采用以1.544Mb/s為基群速率的PCM24路系列，但略有不同，中國采用以2.048Mb/s為基群速率的PCM30/32路系列，如表3-3所示。

②無統(tǒng)一的光接口，無法實(shí)現(xiàn)橫向兼容。

③準(zhǔn)同步復(fù)用方式，上下電路不便。

④網(wǎng)絡(luò)管理能力弱，建立集中式電信管理網(wǎng)困難。

⑤網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)缺乏靈活性。

2.SDH的概念

所謂SDH，是一套可進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用、分插和交叉連接的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)字信號的結(jié)構(gòu)等級。

1）SDH的速率

SDH采用的信息結(jié)構(gòu)等級稱為同步傳送模塊STM-N（SynchronousTransportMode，N=1，4，16，64），最基本的模塊為STM-1，四個STM-1同步復(fù)用構(gòu)成STM-4，16個STM-1或四個STM-4同步復(fù)用構(gòu)成STM-16，四個STM-16同步復(fù)用構(gòu)成STM-64，甚至四個STM-64同步復(fù)用構(gòu)成STM-256。SDH的復(fù)用系列如表3-4所示。

2）SDH的幀結(jié)構(gòu)

SDH幀結(jié)構(gòu)是一種以字節(jié)為基本單元的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)，其由9行和270×N列字節(jié)組成，如圖3-18所示。圖3-18SDH幀結(jié)構(gòu)

段開銷（SOH），是指SDH幀結(jié)構(gòu)中為了保證信息凈負(fù)荷正常、靈活、有效地傳送所必須附加的字節(jié)，主要用于網(wǎng)絡(luò)的OAM功能。段開銷分為再生段開銷（RSOH）和復(fù)用段

開銷（MSOH）

再生段開銷用于對STM-N整體信號進(jìn)行監(jiān)控，復(fù)用段開銷用于對STM-N中的凈荷進(jìn)行監(jiān)控。再生段開銷和復(fù)用段開銷的作用域如圖3-19所示。

圖3-19再生段開銷和復(fù)用段開銷的作用域

3）SDH的映射與復(fù)用

同步復(fù)用和映射方法是SDH最有特色的內(nèi)容之一，它使數(shù)字復(fù)用由PDH僵硬的大量硬件配置轉(zhuǎn)變?yōu)殪`活的軟件配置，也可將PDH兩大體系的絕大多數(shù)速率信號都復(fù)用進(jìn)STM-N幀結(jié)構(gòu)中。

SDH的通用復(fù)用映射結(jié)構(gòu)如圖3-20所示。將各種信號裝入SDH幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷區(qū)，需要經(jīng)過映射、定位校準(zhǔn)和復(fù)用三個步驟。我國的SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)如圖3-21所示。

圖3-20SDH通用復(fù)用映射結(jié)構(gòu)

圖3-21我國的SDH通用復(fù)用映射結(jié)構(gòu)

（1）容器（C）

容器是一種用來裝載各種速率業(yè)務(wù)信號的信息結(jié)構(gòu)，其基本功能是完成PDH信號與VC之間的適配（即碼速調(diào)整）。

（2）虛容器（VC）

虛容器是用來支持SDH通道層連接的信息結(jié)構(gòu)，由信息凈負(fù)荷（容器的輸出）和通道開銷（POH）組成，即

（3）支路單元（TU）

支路單元是一種提供低階通道層和高階通道層之間適配功能的信息結(jié)構(gòu)，是傳送低階VC的實(shí)體，可表示為TU-n（n＝11，12，2，3）。TU-n由低階VC-n和相應(yīng)的支路單元指針（TU-nPTR）組成，即

（4）支路單元組（TUG）

支路單元組是由一個或多個在高階VC凈負(fù)荷中占據(jù)固定的、確定位置的支路單元組成的。有TUG-3和TUG-2兩種支路單元組。

（5）管理單元（AU）

管理單元是一種提供高階通道層和復(fù)用段層之間適配功能的信息結(jié)構(gòu)，是傳送高階VC的實(shí)體，可表示為AU-n（n=3，4）。它是由一個高階VC-n和一個相應(yīng)的管理單元指針（AU-nPTR）組成的：

（6）管理單元組（AUG）

管理單元組是由一個或多個在STM-N凈負(fù)荷中占據(jù)固定的、確定位置的管理單元組成的。

（7）同步傳送模塊（STM-N）

N個AUG信號按字節(jié)間插同步復(fù)用后再加上SOH就構(gòu)成了STM-N信號（N=4，16，64，…），即N×AUG+SOH=STM-N。

例如，一個2.048Mb/s和一個139.264Mb/s信號的映射復(fù)用過程如下：

4）SDH的特點(diǎn)

SDH之所以能夠快速發(fā)展，與它自身的特點(diǎn)是分不開的，其具體特點(diǎn)如下：

①SDH傳輸系統(tǒng)在國際上有統(tǒng)一的幀結(jié)構(gòu)數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)速率和標(biāo)準(zhǔn)的光路接口，使網(wǎng)管系統(tǒng)互通，因此有很好的橫向兼容性，它能與現(xiàn)有的PDH完全兼容，并容納各種新的業(yè)務(wù)信號，形成了全球統(tǒng)一的數(shù)字傳輸體制標(biāo)準(zhǔn)，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

②SDH接入系統(tǒng)的不同等級的碼流在幀結(jié)構(gòu)凈負(fù)荷區(qū)內(nèi)的排列非常有規(guī)律，而凈負(fù)荷與網(wǎng)絡(luò)是同步的，它利用軟件能將高速信號一次直接分插出低速支路信號，實(shí)現(xiàn)了一次復(fù)用的特性，去除了PDH準(zhǔn)同步復(fù)用方式對全部高速信號進(jìn)行逐級分解然后再生復(fù)用的過程，由于大大簡化了DXC，減少了背靠背的接口復(fù)用設(shè)備，改善了網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)傳送透明性。

③由于采用了較先進(jìn)的分插復(fù)用器（ADM），數(shù)字交叉連接（DXC）、網(wǎng)絡(luò)的自愈功能和重組功能就顯得非常強(qiáng)大，具有較強(qiáng)的生存率。因SDH幀結(jié)構(gòu)中安排了信號的5%開銷比特，它的網(wǎng)管功能顯得特別強(qiáng)大，并能統(tǒng)一形成網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，為提升網(wǎng)絡(luò)的自動化、智能化、信道的利用率，降低網(wǎng)絡(luò)的維管費(fèi)和加強(qiáng)生存能力起到了積極作用。

④由于SDH有多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它所組成的網(wǎng)絡(luò)非常靈活，它能增強(qiáng)網(wǎng)監(jiān)，具有運(yùn)行管理和自動配置功能，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)性能，同時(shí)也使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行靈活、安全、可靠，使網(wǎng)

絡(luò)的功能非常齊全和多樣化。

⑤SDH有傳輸和交換的性能，它的系列設(shè)備的構(gòu)成能通過功能塊的自由組合，實(shí)現(xiàn)不同層次和各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，十分靈活。

⑥SDH并不專屬于某種傳輸介質(zhì)，它可用于雙絞線、同軸電纜，但SDH用于傳輸高數(shù)據(jù)率則需用光纖。這一特點(diǎn)表明，SDH既適合用作干線通道，也可用作支線通道。例

如，我國的國家與省級有線電視干線網(wǎng)采用的就是SDH，而且它也便于與光纖電纜混合網(wǎng)（HFC）相兼容。

從OSI模型的觀點(diǎn)來看，SDH屬于其最底層的物理層，并未對其高層有嚴(yán)格的限制，因而便于在SDH上采用各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，支持ATM或IP傳輸。

⑧SDH是嚴(yán)格同步的，保證了整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定可靠，誤碼少，且便于復(fù)用和調(diào)整。

⑨標(biāo)準(zhǔn)的開放型光接口可以在基本光纜段上實(shí)現(xiàn)橫向兼容，降低了聯(lián)網(wǎng)成本。

SDH也存在一些不足：

①有效性和可靠性是一對矛盾，增加了有效性必將降低可靠性，增加可靠性也會相應(yīng)地使有效性降低。

②指針調(diào)整機(jī)理復(fù)雜。SDH體制可從高速信號中直接分解出低速信號，省去了多級復(fù)用/解復(fù)用過程。而這種功能的實(shí)現(xiàn)是通過指針機(jī)理來完成的，指針的作用就是時(shí)刻指

示低速信號的位置，以便在“拆包”時(shí)能正確地拆分出所需的低速信號，保證了SDH從高速信號中直接分解出低速信號的功能的實(shí)現(xiàn)。

③軟件的大量使用對系統(tǒng)安全性產(chǎn)生了不利的影響。SDH的一大特點(diǎn)是OAM的自動化程度高，這也意味著軟件在系統(tǒng)中占用相當(dāng)大的比重，這就使系統(tǒng)很容易受到計(jì)算機(jī)病毒的侵害，特別是在計(jì)算機(jī)病毒無處不在的今天。另外，在網(wǎng)絡(luò)層上人為的錯誤操作、軟件故障，對系統(tǒng)的影響也是致命的。這樣系統(tǒng)的安全性就成了很重要的一個方面。所以設(shè)備的維護(hù)人員必須熟悉軟件，選用可靠性較高的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

3.SDH的網(wǎng)元設(shè)備

1）SDH網(wǎng)元的基本構(gòu)成

SDH傳輸網(wǎng)由各種網(wǎng)元構(gòu)成，網(wǎng)元的基本類型有終端復(fù)用器（TM）、分插復(fù)用器（ADM）、同步數(shù)字交叉連接設(shè)備（SDXC）等。TM、ADM和SDXC的主要功能框圖如圖

3-22所示。

圖3-22SDH網(wǎng)元的主要功能

2）終端復(fù)用器（TM）

TM的作用是將準(zhǔn)同步電信號（2Mb/s、34Mb/s或140Mb/s）復(fù)接成STM-N信號，并完成電光轉(zhuǎn)換；也可將準(zhǔn)同步支路信號和同步支路信號（電的或光的）或?qū)⑷舾蓚€同步支路信號（電的或光的）復(fù)接成STM-N信號，并完成電光轉(zhuǎn)換。在收端則完成相反的功能。

3）分插復(fù)用器（ADM）

ADM是一個三端口設(shè)備，有兩個線路（也稱群路）口和一個支路口，支路信號可以是各種準(zhǔn)同步信號，也可以是同步信號。ADM的作用是從主流信號中分出一些信號并接入另外一些信號。ADM設(shè)備具有支路—群路（上/下支路信號）、群路—群路（直通）的連接能力和支路—支路的連接功能（簡單的交叉連接）。ADM設(shè)備的連接能力如圖3-23所示。ADM設(shè)備常用于線性網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)。

圖3-23ADM設(shè)備的連接能力

4）數(shù)字交叉連接設(shè)備（DXC）

DXC兼有復(fù)用、配線、保護(hù)/恢復(fù)、監(jiān)控和網(wǎng)管多項(xiàng)功能。DXC的核心是交叉連接。

數(shù)字交叉連接設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)如圖3-24所示。

5）再生中繼器（REG）

再生中繼器的功能是對經(jīng)傳輸衰減后的信號進(jìn)行放大、整形和判決再生，以延長傳輸距離。

圖3-24數(shù)字交叉連接設(shè)備的功能結(jié)構(gòu)圖

4.SDH通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1）點(diǎn)到點(diǎn)鏈形結(jié)構(gòu)

鏈形網(wǎng)是SDH網(wǎng)絡(luò)中比較簡單、經(jīng)濟(jì)的網(wǎng)絡(luò)，常用于中繼網(wǎng)和一些不是很重要的長途線路，如圖3-25所示。圖3-25鏈形結(jié)構(gòu)

2）星形結(jié)構(gòu)

通信中某一特殊點(diǎn)與其他各點(diǎn)直接相連，而其他各點(diǎn)間不能直接相連接，即星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，特殊點(diǎn)之外的兩點(diǎn)通信一般應(yīng)通過特殊點(diǎn)進(jìn)行，如圖3-26所示。圖3-26星形結(jié)構(gòu)

3）樹形結(jié)構(gòu)

將點(diǎn)到點(diǎn)拓?fù)鋯卧哪┒它c(diǎn)連接到幾個特殊點(diǎn)時(shí)就形成了樹形拓?fù)洹湫瓮負(fù)淇梢钥闯墒蔷€形拓?fù)浜托切瓮負(fù)涞慕Y(jié)合，如圖3-27所示。圖3-27樹形結(jié)構(gòu)

4）環(huán)形結(jié)構(gòu)

環(huán)形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)際上就是將線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的首尾之間相互連接，即為環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3-28所示。圖3-28環(huán)形結(jié)構(gòu)

5）網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)

當(dāng)涉及通信的許多點(diǎn)直接互相連接時(shí)就形成了網(wǎng)孔形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，若所有的點(diǎn)都彼此連接即稱為理想的網(wǎng)孔形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖3-29所示。圖3-29網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)

各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各有其優(yōu)點(diǎn)，在具體選擇時(shí)，應(yīng)綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的生存性、網(wǎng)絡(luò)配置的容量，同時(shí)要考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)適合新業(yè)務(wù)的引進(jìn)等多種實(shí)際因素和具體情況。一般來說，

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合用戶接入網(wǎng)，環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和線形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合中繼網(wǎng)，樹形和網(wǎng)孔形相結(jié)合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合長途網(wǎng)。

3.2.2波分復(fù)用（WDM）光通信

1.波分復(fù)用系統(tǒng)的基本原理

所謂波分復(fù)用（WDM），就是采用波分復(fù)用器（合波器）在發(fā)送端將規(guī)定波長的信號光載波合并起來，并送入一根光纖中傳輸；在接收端，再由另一個波分復(fù)用器（分波器）將這些不同信號的光載波分開。由于不同波長的光載波信號可以看作相互獨(dú)立（不考慮光纖非線性時(shí)），從而在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號的復(fù)用傳輸。不同類型的光波分復(fù)用器，可以復(fù)用的波長數(shù)不同，目前商用化的一般是8個波長、16個波長和32個波長的系統(tǒng)。波分復(fù)用系統(tǒng)的原理如圖3-30所示。

圖3-30波分復(fù)用系統(tǒng)原理

2.WDM的工作方式

1）雙纖單向傳輸

一根光纖只完成一個方向信號的傳輸，反向光信號的傳輸由另一根光纖來完成，統(tǒng)一波長在兩個方向上可以重復(fù)利用，如圖3-31所示。圖3-31雙纖單向傳輸?shù)腤DM系統(tǒng)

2）單纖雙向傳輸

在一根光纖中實(shí)現(xiàn)兩個方向光信號的同時(shí)傳輸，兩個方向的光信號不能同波長，如圖3-32所示。

圖3-32單纖雙向傳輸?shù)腤DM系統(tǒng)

光分/插傳輸：通過光分插復(fù)用器（OADM）可實(shí)現(xiàn)各波長光信號在中間站的分出與插入，即完成上/下光路，如圖3-33所示。圖3-33光分/插傳輸

3.波分復(fù)用方式的主要特點(diǎn)

①可以充分利用光纖的巨大帶寬資源，使傳輸容量比單波長傳輸增加幾倍至幾十倍。

②在大容量長途傳輸時(shí)，WDM與EDFA（摻鉺光纖放大器）結(jié)合可以節(jié)約大量光纖和電再生器，大大降低傳輸成本。

③由于同一光纖中傳輸?shù)男盘柌ㄩL彼此獨(dú)立，與信號速率及電調(diào)制方式無關(guān)，因而波分復(fù)用方式可以傳輸特性完全不同的信號，完成各種信號的綜合和分離，實(shí)現(xiàn)多媒體信

號混合傳輸。

④在長途網(wǎng)中應(yīng)用時(shí)，可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)量需要逐步增加波長來擴(kuò)容，十分經(jīng)濟(jì)靈活。

⑤可以利用WDM選路實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換和恢復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)未來透明的、具有高度生存性的全光網(wǎng)絡(luò)。

4.波分復(fù)用系統(tǒng)的組成

波分復(fù)用系統(tǒng)的組成如圖3-34所示，其主要部件包括光轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU）、波分復(fù)用器、光纖放大器和光監(jiān)控信道/通路。

圖3-34波分復(fù)用系統(tǒng)的組成

1）光轉(zhuǎn)發(fā)器（OTU）

WDM系統(tǒng)在發(fā)送端采用OTU，主要作用是把非標(biāo)準(zhǔn)的波長轉(zhuǎn)化為ITU-T所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波長，以滿足系統(tǒng)的波長兼容性?？梢愿鶕?jù)是否具有OTU將WDM系統(tǒng)分為集成式和開

放式兩種，如圖3-35和圖3-36所示。

圖3-35集成式WDM系統(tǒng)

圖3-36開放式WDM系統(tǒng)

2）波分復(fù)用器

在整個WDM系統(tǒng)中，光波分復(fù)用器和解復(fù)用器是WDM技術(shù)中的關(guān)鍵部件，其性能的優(yōu)劣對系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量具有決定性作用。將不同光源波長的信號結(jié)合在一起經(jīng)一根傳輸光纖輸出的器件稱為復(fù)用器；反之，將同一傳輸光纖送來的多波長信號分解為個別波長分別輸出的器件稱為解復(fù)用器。從原理上說，該器件是互易（雙向可逆）的，即只要將解復(fù)用器的輸出端和輸入端反過來使用，就是復(fù)用器。

3）光放大器

光放大器不但可以對光信號進(jìn)行直接放大，同時(shí)還具有實(shí)時(shí)、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大器功能，是新一代光纖通信系統(tǒng)中必不可少的關(guān)鍵器件。

4）光監(jiān)控信道

光監(jiān)控信道是為WDM的光傳輸系統(tǒng)的監(jiān)控而設(shè)立的。ITU-T建議優(yōu)選采用1510nm波長，容量為2Mb/s。第四章交換系統(tǒng)4.1概述4.2交換方式及其特點(diǎn)4.3程控交換基本概念4.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)

4.1概述

4.1.1交換的引入

一個電信系統(tǒng)至少應(yīng)由終端設(shè)備和傳輸信道組成?，F(xiàn)實(shí)的電信系統(tǒng)中存在多個終端，并且要求在多個終端之間能夠?qū)崿F(xiàn)相互通信，即希望它們中的任意兩個都可以進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的通信。要想實(shí)現(xiàn)多個終端之間的相互通信，最直接的方法就是用通信線路將所有終端兩兩相連，稱為全互連方式，如圖4-1所示。

圖4-1終端之間兩兩互連

對于用戶終端數(shù)量較多的場合，引入了交換節(jié)點(diǎn)，各個用戶終端不再是兩兩相連的，而是分別由一條通信線路連接到交換節(jié)點(diǎn)上，如圖4-2所示。該交換節(jié)點(diǎn)就是通常所說的

交換機(jī)，所有用戶終端都連接到交換機(jī)上，由交換機(jī)控制任意用戶終端之間的接續(xù)。在通信網(wǎng)中，交換就是在通信的源和目的終端之間建立通信信道，實(shí)現(xiàn)通信信息傳送的過程。

圖4-2交換式通信網(wǎng)

實(shí)際應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)分布區(qū)域較廣的多用戶終端之間的相互通信，通信網(wǎng)通常由多個交換節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，如圖4-3所示。圖4-3多交換節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的通信網(wǎng)

4.1.2交換節(jié)點(diǎn)的基本功能

實(shí)現(xiàn)任意入線與任意出線之間的互連是交換系統(tǒng)的基本功能。從交換機(jī)完成用戶之間通信的不同情況來看，交換節(jié)點(diǎn)應(yīng)可以控制以下四種接續(xù)類型：

①本局接續(xù)，本局用戶線之間的接續(xù)；

②出局接續(xù)，用戶線與出中繼線之間的接續(xù)；

③入局接續(xù)，入中繼線與用戶線之間的接續(xù)；

④轉(zhuǎn)接接續(xù)，入中繼線與出中繼線之間的接續(xù)。

為了完成上述四種類型的接續(xù)，交換節(jié)點(diǎn)必須具備以下基本功能：

①能正確接收和分析來自用戶線或中繼線的呼叫信號；

②能正確接收和分析來自用戶線或中繼線的地址信號；

③能按地址信號正確地進(jìn)行選路以及在中繼線上轉(zhuǎn)發(fā)信號；

④能控制連接的建立；

⑤能按照所接收的釋放信號拆除連接。

4.1.3交換技術(shù)的類型

對電信行業(yè)而言，交換是一個非常重要的概念。從傳統(tǒng)的步進(jìn)制交換機(jī)，到縱橫制交換機(jī)，直至程控?cái)?shù)字交換機(jī)和ATM交換機(jī)都離不開交換的概念。對傳統(tǒng)的電信行業(yè)，20

世紀(jì)實(shí)際上是一個以交換為核心的世紀(jì)。在新世紀(jì)到來的時(shí)候，其實(shí)人們早已將交換概念的內(nèi)涵擴(kuò)展了，其外延一直延伸至廣義的信息交換。這里交換的概念不僅涉及對延時(shí)敏感

的話音，而且包含數(shù)據(jù)交換和視頻交換。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的發(fā)展，需要將各自獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連，以實(shí)現(xiàn)交換信息與資源共享，為此國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型（OSI-RM）。OSI的下四層（物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳

輸層）為通信層。通信層可根據(jù)層間通信協(xié)議進(jìn)行子網(wǎng)間的連接。從交換就是選路與連接的概念引出了1～4層交換的新概念。每一層交換，不管它名稱如何，實(shí)際上，都是為了一定的目的和實(shí)現(xiàn)一定的功能，只不過這種技術(shù)形成之后，沒有形成像描述第二層技術(shù)的“交換”的本層所獨(dú)有的名字，故而，我們就用第幾層交換來描述這種技術(shù)。具體的交換技術(shù)類型如圖4-4所示。

圖4-4交換技術(shù)的類型

4.2交換方式及其特點(diǎn)

各種通信業(yè)務(wù)對通信網(wǎng)的傳輸要求不同，有的通信業(yè)務(wù)要求通信網(wǎng)具有傳輸?shù)母邔?shí)時(shí)性，有的通信業(yè)務(wù)要求通信網(wǎng)具有傳輸?shù)母呖煽啃裕蚨ㄐ啪W(wǎng)針對不同的通信業(yè)務(wù)采用的傳送模式不同。交換機(jī)作為通信網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備，交換方式也不盡相同，交換方式就是指對應(yīng)于各種傳送模式，交換節(jié)點(diǎn)為了完成交換功能所采用的互通技術(shù)。目前在通信網(wǎng)中所采用的交換方式如圖4-5所示。

圖4-5各種交換方式

交換方式通常按照信息傳送模式和交換信息類型分為電路交換、分組交換和ATM（異步傳送模式）交換三類。電路交換、多速率電路交換和快速電路交換屬于電路傳送模

式；分組交換、幀交換、快速分組交換屬于分組傳送模式；ATM交換屬于異步傳送模式。ATM交換方式面向?qū)拵Ф嗝襟w應(yīng)用，可看成是電路交換與分組交換的結(jié)合，兼有電路交

換與分組交換的特點(diǎn)。在ATM交換方式之后又出現(xiàn)了一些新的交換方式和技術(shù)，如IP交換、軟交換和光交換。

4.2.1電路交換

以電路連接為目的的交換方式稱為電路交換方式。電話網(wǎng)中就是采用的電路交換方式。

在電話網(wǎng)中，雙方用戶通信開始之前，主叫方（發(fā)起通信的一方）通過撥號的方式通知網(wǎng)絡(luò)被叫方的電話號碼，網(wǎng)絡(luò)根據(jù)被叫號碼在主叫方和被叫方之間建立一條電路，這條電路包括與主叫和與被叫的端局相連的用戶線，以及交換局之間中繼線路中的一條話音通道，這個過程稱為呼叫建立；然后主叫和被叫就可以進(jìn)行通信，通信過程中雙方所占用的

電路將不為其他用戶使用；完成通話后，主叫或被叫掛機(jī)，通知網(wǎng)絡(luò)可以釋放通信電路，這個過程稱為呼叫釋放。

本次通信過程中所占用的相關(guān)電路釋放后，可以被其他用戶的通信使用。這種經(jīng)過“建立連接—通信—釋放連接”三個步驟的連網(wǎng)方式稱為面向連接的，電路交換方式是面向連接的，如圖4-6所示。

圖4-6電路交換的基本過程

電路交換的優(yōu)點(diǎn)首先是傳輸時(shí)延小，對一次接續(xù)而言，傳輸時(shí)延固定不變；其次是信息在電路中“透明”傳輸，交換機(jī)在處理方面的開銷比較小，對用戶的數(shù)據(jù)信息沒有附加

的控制信息，信息的傳輸效率比較高；再次是用戶信息的編碼方法和信息格式不受網(wǎng)絡(luò)的限制，由通信雙方協(xié)商。

電路交換的缺點(diǎn)首先是電路的接續(xù)時(shí)間較長，當(dāng)傳輸較短信息時(shí)，網(wǎng)絡(luò)利用率低；其次是電路資源被通信雙方獨(dú)占，電路利用率低；再次是通信雙方在信息傳輸、編碼格式、同步方式、通信協(xié)議等方面要完全兼容，限制了各種不同速率、不同代碼格式、不同通信協(xié)議的用戶終端直接的互通；然后是有呼損現(xiàn)象的產(chǎn)生，即可能出現(xiàn)由于對方用戶終端設(shè)備忙或交換網(wǎng)負(fù)載過重而呼叫不通的現(xiàn)象。

綜上所述，電路交換是固定分配帶寬，連接建立后，即使無信息傳送也虛占電路，電路利用率低；要預(yù)先建立連接，有一定的連接建立時(shí)延，電路建立后可實(shí)時(shí)傳送信息，傳輸時(shí)延一般可以不計(jì)；無差錯控制措施，數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃暂^低。因此，電路交換適合于電話交換、高速傳真，不適合突發(fā)業(yè)務(wù)和對差錯敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

4.2.2報(bào)文交換

報(bào)文交換的數(shù)據(jù)通信過程如圖4-7所示。圖4-7報(bào)文交換的基本過程

報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)是報(bào)文以存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式通過交換機(jī)，輸入輸出電路的速率、代碼格式等可以不同，很容易實(shí)現(xiàn)各種不同類型終端之間的相互通信；在報(bào)文交換的過程中沒有電

路的接續(xù)過程，來自不同用戶的報(bào)文可以在一條線路上以報(bào)文為單位進(jìn)行多路復(fù)用，線路可以以其最高傳輸能力工作，大大地提高了線路的利用率；用戶不需要連通對方就可以發(fā)

送報(bào)文，無呼損；而且可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多點(diǎn)的同文廣播等新業(yè)務(wù)。

報(bào)文交換的缺點(diǎn)是報(bào)文通過交換機(jī)時(shí)產(chǎn)生的時(shí)延大，而且時(shí)延的變化也大，不利于實(shí)時(shí)通信；交換機(jī)要有能力存儲用戶發(fā)送的報(bào)文，其中有的報(bào)文可能很長，要求交換機(jī)具有

高速處理能力和較大的存儲容量。報(bào)文交換不適用于即時(shí)交互式數(shù)據(jù)通信，只適用于公眾電報(bào)和電子信箱業(yè)務(wù)。

4.2.3分組交換

分組交換也稱數(shù)據(jù)包交換，它是將用戶傳送的數(shù)據(jù)報(bào)文分割成若干一定長度的數(shù)據(jù)段，每個數(shù)據(jù)段加上頭部（稱為分組頭），構(gòu)成若干個數(shù)據(jù)分組，分組頭中含有用以指明該

分組發(fā)往何處的地址標(biāo)識；交換機(jī)將來自用戶發(fā)送端的數(shù)據(jù)分組暫存在存儲器內(nèi)，然后根據(jù)每個數(shù)據(jù)分組的分組頭中的地址標(biāo)識，將數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)至目的地；到達(dá)目的端后，再去

掉分組頭將各數(shù)據(jù)段按順序重新裝配成完整的數(shù)據(jù)報(bào)文的交換方式。

分組交換的主要缺點(diǎn)是由于網(wǎng)絡(luò)附加的傳輸信息較多，對長報(bào)文通信的傳輸效率比較低；分組需在交換機(jī)中存儲和處理，增加了分組的傳輸時(shí)延；分組交換機(jī)要實(shí)現(xiàn)對各種類

型的分組的分析處理，為分組在網(wǎng)中的傳輸提供路由，并且在必要時(shí)自動進(jìn)行路由調(diào)整，為用戶提供速率、代碼和規(guī)程的變換，為網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)管理提供必要的報(bào)告信息等，要求交

換機(jī)應(yīng)具有較高的處理能力。

4.2.4幀中繼

幀中繼主要特點(diǎn)是采用帶寬控制技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)以高于預(yù)約速率的速率發(fā)送數(shù)據(jù)；由于取消了中間節(jié)點(diǎn)的差錯校驗(yàn)，傳輸速率大大提高。并且，幀中繼采用動態(tài)分配傳輸帶寬和

可變長的幀的技術(shù)，所以它特別適用于局域網(wǎng)的互連。

4.2.5ATM交換

寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）是面向?qū)拵Ф嗝襟w業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，對于任何業(yè)務(wù)，不管是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)或非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、速率恒定業(yè)務(wù)或速率可變業(yè)務(wù)、高速寬帶業(yè)務(wù)或低速窄帶業(yè)

務(wù)，還是傳輸可靠性要求不同的業(yè)務(wù)都要支持。這就對B-ISDN的信息傳送模式在語義透明性和時(shí)間透明性兩個方面同時(shí)提出了較高的要求。

4.2.6IP交換

IP交換技術(shù)也稱之為第三層交換技術(shù)、多層交換技術(shù)、高速路由技術(shù)等。其實(shí)，這是一種利用第三層協(xié)議中的信息來加強(qiáng)第二層交換功能的機(jī)制。

4.2.7軟交換

軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的控制功能實(shí)體，它獨(dú)立于傳送網(wǎng)絡(luò)，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等主要功能，同時(shí)可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機(jī)所

能提供的所有業(yè)務(wù)，并向第三方提供可編程能力。它是下一代網(wǎng)絡(luò)呼叫和控制核心。軟交換的核心思想就是將業(yè)務(wù)與控制、傳送與接入相分離，其特點(diǎn)體現(xiàn)在以下四個方面：

①應(yīng)用層和控制層與傳送網(wǎng)絡(luò)完全分離，以利于快速方便地引進(jìn)新業(yè)務(wù)；

②傳統(tǒng)交換機(jī)的功能模塊被分離為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)部件，各部件功能可獨(dú)立發(fā)展；

③部件之間的協(xié)議接口標(biāo)準(zhǔn)化，使自由組合各部分的功能產(chǎn)品組建網(wǎng)絡(luò)成為可能，使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互通方便靈活；

④具有標(biāo)準(zhǔn)的全開放應(yīng)用平臺，可為用戶定制各種新業(yè)務(wù)和綜合業(yè)務(wù)，最大限度地滿足用戶需求。

4.2.8光交換

光交換是基于光信號的交換，它是指不經(jīng)過任何光/電轉(zhuǎn)換，在光域中直接將輸入光信號交換到不同的輸出端。光交換技術(shù)費(fèi)用不受接入端口帶寬的影響，因?yàn)樗谶M(jìn)行光交換時(shí)并不區(qū)分帶寬，而且它不受光波傳輸數(shù)據(jù)速率的影響，從而大大提高了網(wǎng)絡(luò)信息的傳送和處理能力。

4.3程控交換基本概念

程控交換機(jī)的全稱為存儲程序控制交換機(jī)，通常專指用于電話交換網(wǎng)的交換設(shè)備，它是一種計(jì)算機(jī)按預(yù)先編制的程序控制用戶電話接續(xù)的設(shè)備。程控交換機(jī)由硬件和軟件組成，硬件包括話路系統(tǒng)和控制部分，軟件包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及交換所需的數(shù)據(jù)部分。

4.3.1程控交換機(jī)硬件組成

交換機(jī)的基本功能是實(shí)現(xiàn)任意入線與任意出線之間的互連，即實(shí)現(xiàn)任意兩個用戶之間的信息交換，因此，交換機(jī)的硬件電路應(yīng)包括線路接口、交換網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)。通常將線

路接口、交換網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為話路系統(tǒng)。程控交換機(jī)硬件組成如圖4-8所示。

圖4-8程控交換機(jī)硬件組成

1．話路系統(tǒng)

話路系統(tǒng)由交換網(wǎng)絡(luò)、用戶級交換網(wǎng)絡(luò)、各種線路接口電路以及信令設(shè)備組成。

1）用戶級交換網(wǎng)絡(luò)

用戶級包括用戶模塊和遠(yuǎn)端用戶模塊。用戶級主要完成話務(wù)量集中的功能，集中比一般為2∶1或4∶1，這樣可將一群用戶以較少的鏈路接至交換網(wǎng)絡(luò)，提高鏈路的利用率。用戶模塊一般都具有用戶級交換網(wǎng)絡(luò)，用戶級交換網(wǎng)絡(luò)大多采用單T型（時(shí)間接線器）的交換網(wǎng)絡(luò)。

2）線路接口電路

線路接口電路是程控交換機(jī)與用戶終端以及與其他交換機(jī)相連的物理連接部分。它的作用是完成外部信號與程控交換機(jī)內(nèi)部信號的轉(zhuǎn)換。ITU-T中對交換機(jī)中的接口種類提出

了建議。具體的接口分類如圖4-9所示。

圖4-9數(shù)字程控交換機(jī)接口類型

（1）用戶接口電路

用戶接口電路是用戶終端通過用戶線與程控交換機(jī)相連的接口電路。由于用戶線和用戶終端有數(shù)字與模擬之分，所以用戶接口電路也有數(shù)字與模擬之分。

①模擬用戶接口電路是程控交換機(jī)和模擬用戶終端設(shè)備之間的接口設(shè)備，符合ITU-T建議的Z接口標(biāo)準(zhǔn)，具有饋電、過壓保護(hù)、振鈴控制、監(jiān)視、編譯碼和濾波、測試七項(xiàng)基本功能。模擬用戶接口電路功能框圖如圖4-10所示。

②數(shù)字用戶接口電路是程控交換機(jī)和數(shù)字用戶終端設(shè)備之間的接口設(shè)備。

圖4-10模擬用戶接口電路功能框圖

（2）中繼接口電路

中繼接口電路是交換機(jī)與中繼線的物理連接設(shè)備。交換機(jī)的中繼接口電路分為模擬中繼接口電路和數(shù)字中繼接口電路。模擬中繼接口電路是數(shù)字程控交換機(jī)與模擬中繼線間的

接口，用于連接模擬交換局。數(shù)字中繼接口電路是數(shù)字程控交換機(jī)與數(shù)字中繼線間的接口，用于連接數(shù)字程控交換局或遠(yuǎn)端用戶模塊。

數(shù)字中繼接口電路是目前數(shù)字程控交換機(jī)中常用的中繼接口電路，具有幀碼發(fā)生、幀定位、連零抑制、碼型變換、告警處理、時(shí)鐘提取恢復(fù)、幀同步、信令插入和提取八項(xiàng)基本功能。

3）信令設(shè)備

在電話交換過程中，交換機(jī)需要向用戶及其他交換機(jī)發(fā)送各種信號，同時(shí)也要接收用戶或其他交換機(jī)發(fā)送的信號，

號音收發(fā)設(shè)備的功能就是完成這些數(shù)字音頻信號音的產(chǎn)生、發(fā)送和接收。

（1）數(shù)字音頻信號的產(chǎn)生

數(shù)字程控交換機(jī)中需要產(chǎn)生的數(shù)字音頻信號可分為單音頻信號和雙音頻信號兩種。單音頻信號主要有撥號音、忙音、回鈴音以及某些增值業(yè)務(wù)（三方通話、長途接入提示等）的

提示音等。雙音頻信號主要有按鈕話機(jī)發(fā)出的雙音多頻（DTMF）信號和局間信令中的多頻互控（MFC）信號。

音頻信號產(chǎn)生的基本原理是：按照PCM編碼原理，將信號按125μs間隔進(jìn)行抽樣（也就是8kHz的抽樣頻率），然后進(jìn)行量化和編碼，得到各抽樣點(diǎn)的PCM信號值，按照順序?qū)⑵浞诺絉OM中，在需要的時(shí)候按序讀出。

（2）數(shù)字音頻信號的發(fā)送

在數(shù)字交換機(jī)中，各種數(shù)字信號一般通過數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)來傳送，和普通話音信號一樣處理，也可以通過指定時(shí)隙（如時(shí)隙0、時(shí)隙16）傳送。同時(shí)，由于一個音頻信號在同一時(shí)刻可能有多個用戶同時(shí)使用，因此通過交換網(wǎng)絡(luò)傳送音頻信號要建立的是點(diǎn)到多點(diǎn)的連接，而不是點(diǎn)到點(diǎn)的連接。數(shù)字多頻信號的發(fā)送原理與數(shù)字單頻信號相似，不同的是一個數(shù)字多頻信號發(fā)生器對應(yīng)一路話路，它通過交換網(wǎng)絡(luò)建立的連接僅為點(diǎn)到點(diǎn)方式。

（3）數(shù)字音頻信號的接收

雙音多頻信號（DTMF）和多頻互控信號（MFC）的接收需要使用數(shù)字信號接收器。

通過交換網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)音頻信號的接收是常用的一種方法，這與數(shù)字音頻信號的發(fā)送相類似，所不同的是DTMF接收器和MFC接收器一般接于交換網(wǎng)絡(luò)的出線上，即下行母線上。當(dāng)接收DTMF信號時(shí)，交換網(wǎng)絡(luò)只要將撥號用戶的話路連接至相應(yīng)的DTMF接收器上即可；當(dāng)接收MFC信號時(shí)，交換網(wǎng)絡(luò)只要將中繼線上的話路與相應(yīng)的MFC接收器相連即可。數(shù)字音頻信號接收器的工作原理如圖4-11所示，一般采用數(shù)字濾波器濾波后進(jìn)行識別的方法。

圖4-11數(shù)字音頻信號接收器

2．控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)是交換機(jī)的“指揮系統(tǒng)”，交換機(jī)的所有動作都是在控制系統(tǒng)的控制下完成的。程控交換機(jī)基本上采用兩種多處理機(jī)的控制結(jié)構(gòu)，即分級分散控制和分布式分散控制。

1）分級分散控制

所謂分散控制，就是在系統(tǒng)的給定狀態(tài)下，交換機(jī)的資源和所有功能由多臺處理機(jī)分擔(dān)完成，即每臺處理機(jī)只能達(dá)到一部分資源和只能執(zhí)行一部分功能。分級分散控制根據(jù)多

處理機(jī)之間的關(guān)系可分為以下兩種。

（1）單級多機(jī)系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，各處理機(jī)處于同一級別，并行處理所有的控制任務(wù)。如圖4-12所示。

圖4-12單級多機(jī)系統(tǒng)

（2）多級多機(jī)系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，各處理機(jī)分別完成不同的功能，并對不同的資源進(jìn)行控制，各處理機(jī)之間分等級，高級別的處理機(jī)控制低級別的處理機(jī)。數(shù)字程控交換機(jī)中，通常采用二級或三

級的分散控制方式。三級多機(jī)系統(tǒng)如圖4-13所示。

圖4-13多級（三級）多機(jī)系統(tǒng)

2）分布式控制

分布式控制有時(shí)也稱為全分散控制。與之對應(yīng)，分級分散控制也可稱為部分分散控制。從嚴(yán)格意義上來說，全分散控制應(yīng)不包含任何中央處理的介入。

分布式分散控制具有較好的擴(kuò)充能力、較強(qiáng)的呼叫處理能力，整個系統(tǒng)阻斷的可能性很小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開放性和適應(yīng)性強(qiáng)。然而，機(jī)間通信頻繁而復(fù)雜，需要周密地協(xié)調(diào)分布

式控制功能和數(shù)據(jù)管理。

4.3.2程控交換機(jī)軟件系統(tǒng)

程控交換機(jī)采用事先編制的程序?qū)粨Q進(jìn)行控制，可以靈活增加各種功能，提供許多新的用戶服務(wù)，使得呼叫處理能力和可靠性大大提高，便于對系統(tǒng)進(jìn)行更新?lián)Q代，易于操

作維護(hù)和管理。

1．程控交換機(jī)軟件特點(diǎn)

1）實(shí)時(shí)性

話音業(yè)務(wù)對實(shí)時(shí)性要求很高，為此程控交換機(jī)的軟件系統(tǒng)在進(jìn)行呼叫處理過程中必須滿足實(shí)時(shí)性的要求，從而使程控交換機(jī)具有一定的業(yè)務(wù)處理能力和服務(wù)質(zhì)量。

2）多任務(wù)并行處理

程控交換機(jī)應(yīng)能處理并發(fā)的多個呼叫，因此交換機(jī)軟件系統(tǒng)在操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理、多任務(wù)程序設(shè)計(jì)、資源管理等方面中應(yīng)滿足多任務(wù)并行處理的需要。

3）高可靠性

保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性是程控交換機(jī)必須滿足的條件之一，所以程控交換機(jī)的軟件系統(tǒng)應(yīng)采取各種措施來保證程控交換機(jī)的正常運(yùn)行，特別是對故障進(jìn)行識別和處理的程

序必須迅速有效，需采用冗余等方式來保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2．程控交換機(jī)軟件系統(tǒng)的組成

程控交換機(jī)軟件系統(tǒng)由三部分組成，分別是操作系統(tǒng)、應(yīng)用程序以及交換所需的數(shù)據(jù)。應(yīng)用程序又包括運(yùn)行管理程序和支援程序；數(shù)據(jù)分為交換系統(tǒng)數(shù)據(jù)、局?jǐn)?shù)據(jù)和用戶數(shù)據(jù)。

1）操作系統(tǒng)

程控交換機(jī)的操作系統(tǒng)是交換機(jī)硬件與應(yīng)用程序之間的接口，負(fù)責(zé)資源的調(diào)度與管理，包括以下主要功能：

①任務(wù)調(diào)度：交換機(jī)中的程序按其實(shí)時(shí)性的要求分為不同的優(yōu)先級，任務(wù)調(diào)度就是按照優(yōu)先級的不同為不同的程序分配處理機(jī)的機(jī)時(shí)。

②輸入/輸出控制：控制電話外設(shè)及數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的輸入/輸出操作。

③系統(tǒng)資源的分配：為進(jìn)行中的處理過程分配系統(tǒng)資源，如存儲器、外部設(shè)備資源等。

④處理機(jī)間通信的管理與控制：為多處理機(jī)系統(tǒng)提供相互通信的平臺，并加以控制。

⑤系統(tǒng)運(yùn)行的監(jiān)測。

在任務(wù)調(diào)度過程中，根據(jù)程序的實(shí)時(shí)性要求可分為三個級別：

①故障級程序：負(fù)責(zé)故障的識別與處理，它的級別最高，如果產(chǎn)生故障必須立即處理。在故障級程序中根據(jù)故障的緊急情況，進(jìn)一步分為FH、FM、FL三級。

②時(shí)鐘級程序：由時(shí)鐘中斷周期性地執(zhí)行，因此也稱為周期級，如脈沖識別、位間隔識別等。

③基本級程序：對實(shí)時(shí)性要求不高或可延遲執(zhí)行的程序，如交換機(jī)的維護(hù)、管理等?；炯壋绦蛴煞譃锽Q1、BQ2、BQ3三個級別。

不同級別程序的調(diào)度與處理如圖4-14所示。圖4-14不同級別程序的調(diào)動與處理

在程序的調(diào)度過程中，遵循以下基本原則：

①故障級程序可以打斷正常執(zhí)行的低優(yōu)先級程序，優(yōu)先得到執(zhí)行。

②時(shí)鐘級程序由時(shí)鐘中斷周期性執(zhí)行。

③基本級程序按照隊(duì)列方式采用“先入先出”的方式執(zhí)行。

正常情況下，時(shí)鐘周期到來時(shí)，程序的調(diào)度執(zhí)行總是從時(shí)鐘級開始。時(shí)鐘級程序的調(diào)度執(zhí)行是以一種時(shí)鐘中斷為基準(zhǔn)，用時(shí)間表作為調(diào)度依據(jù)來進(jìn)行的。時(shí)間表由四部分構(gòu)

成，分別是時(shí)間計(jì)數(shù)器、屏蔽表、時(shí)間表和功能程序入口地址表。如圖4-15所示。

圖4-15時(shí)間表啟動周期及程序

2）應(yīng)用程序

應(yīng)用程序包括運(yùn)行管理程序和支援程序，運(yùn)行管理程序又分為呼叫處理程序、運(yùn)轉(zhuǎn)管理程序和故障處理程序。

呼叫處理程序用于處理呼叫，進(jìn)行電話接續(xù)，是直接負(fù)責(zé)電話交換的軟件。它具有以下功能：

①交換狀態(tài)管理。

②交換資源管理。

③交換業(yè)務(wù)管理。

④交換負(fù)荷控制。

3）數(shù)據(jù)

程控交換系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括交換局的局?jǐn)?shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)和交換系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

局?jǐn)?shù)據(jù)是用來反映交換局在交換網(wǎng)中的地位或級別、本交換局與其他交換局的中繼關(guān)系的相關(guān)數(shù)據(jù)。它主要包括以下幾種：中繼路由的組織、數(shù)量；接收或發(fā)送號碼的位長、

局號、長途區(qū)號以及信令點(diǎn)編碼等；計(jì)費(fèi)費(fèi)率及相應(yīng)數(shù)據(jù)；信令方式。

用戶數(shù)據(jù)是每個用戶所特有的，它反映用戶的具體情況。用戶數(shù)據(jù)主要有以下幾種：

①用戶性質(zhì)，如私人電話用戶、公用電話用戶、用戶交換機(jī)用戶等。

②用戶類別，如電話用戶、數(shù)據(jù)用戶等。

③話機(jī)類別，如脈沖話機(jī)、DTMF話機(jī)。

計(jì)費(fèi)種類，如定期、立即、免費(fèi)等。

⑤優(yōu)先級別，如普通用戶、優(yōu)先用戶。

⑥用戶號碼，如用戶號碼簿號碼、用戶設(shè)備號。

⑦業(yè)務(wù)權(quán)限，如呼叫權(quán)限、新業(yè)務(wù)權(quán)限。

⑧呼叫過程中的動態(tài)數(shù)據(jù)，如呼叫狀態(tài)、時(shí)隙、收號器編號、所收號碼等。

4.3.3數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

1.時(shí)隙交換原理

程控?cái)?shù)字交換機(jī)的任務(wù)是通過數(shù)字信號的方式實(shí)現(xiàn)任意兩個用戶之間的話音交換，也就是在這兩個用戶之間建立一條數(shù)字話音通道。

為了形象地說明時(shí)隙交換原理，用兩個時(shí)序開關(guān)代替控制機(jī)構(gòu)，控制話音信號的交換，如圖4-16所示。

圖4-16時(shí)隙交換原理

2.數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

交換單元是構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)的最基本的部件，用若干個交換單元按照一定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式就可以構(gòu)成交換網(wǎng)絡(luò)。數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中所用的交換單元主要為T形和S形時(shí)分接線器。

1）T形時(shí)分接線器（時(shí)間接線器）

T形時(shí)分接線器由話音存儲器（SM）和控制存儲器（CM）兩部分組成，其功能是進(jìn)行時(shí)隙交換，完成同一線路上不同時(shí)隙之間的信息交換，即把某一時(shí)分復(fù)用線中的某一時(shí)隙的信息交換至另一時(shí)隙。

話音存儲器有兩種工作方式，一種是順序?qū)懭?，控制讀出；另一種是控制寫入，順序讀出。下面分別介紹這兩種方式的工作原理。

（1）順序?qū)懭?、控制讀出工作方式

順序?qū)懭?、控制讀出工作方式的T接線器工作原理如圖4-17所示。

圖4-17順序?qū)懭?、控制讀出工作方式

（2）控制寫入、順序讀出工作方式

控制寫入、順序讀出工作方式的T接線器工作原理如圖4-18所示。圖4-18控制寫入、順序讀出工作方式

2）S形時(shí)分接線器（空間接線器）

空間接線器用來完成不同時(shí)分復(fù)用線之間的信息交換功能，而不改變其時(shí)隙位置。S形接線器由m×n交叉開關(guān)點(diǎn)矩陣電路和控制存儲器組成。在每條入線i和出線j之間都有一個交叉開關(guān)點(diǎn)Sij，當(dāng)某個交叉開關(guān)點(diǎn)在控制存儲器控制下接通時(shí)，相應(yīng)的入線即可與相應(yīng)的出線相連，但必須建立在一定時(shí)隙的基礎(chǔ)上。

S形接線器根據(jù)控制存儲器的設(shè)置可分為輸出和輸入兩種控制方式。

（1）輸出控制方式

采用輸出控制方式時(shí)，S形接線器按每條輸出線設(shè)置控制存儲器，即每一條輸出線設(shè)置一個控制存儲器，由控制存儲器控制該輸出線上各時(shí)隙與輸入線的連接。

如圖4-19所示。

圖4-19輸出控制方式的接線器

（2）輸入控制方式

采用輸入控制方式時(shí)，S形接線器按每條輸入線設(shè)置控制存儲器，即每一條輸入線設(shè)置一個控制存儲器，由控制存儲器控制該輸入線上各時(shí)隙與輸出線的連接。

如圖4-20所示

圖4-20輸出控制方式的接線器

3）數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)

在實(shí)際運(yùn)用中，單一的S形接線器不能單獨(dú)構(gòu)成數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，T形接線器可以單獨(dú)構(gòu)成數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)，但T形接線器容量受到限制，因此只有把二者結(jié)合起來，才能夠既實(shí)現(xiàn)空間交換，又實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換，同時(shí)還能夠增加交換容量。

現(xiàn)在常見的是三級的交換網(wǎng)絡(luò)，即T-S-T和S-T-S。交換網(wǎng)絡(luò)的組成如圖4-21所示。

圖4-21交換網(wǎng)絡(luò)的組成

圖4-22是讀寫控制方式的T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖，在輸入級是一個讀出控制的T形接線器。

圖4-22讀寫控制方式的T-S-T交換網(wǎng)絡(luò)

對于雙方的信息交換，內(nèi)部時(shí)隙是同時(shí)選擇的，這種選擇是固定的，一直持續(xù)到這次通話的結(jié)束。對于控制存儲器的內(nèi)容，在一次通話的過程中，只需在建立的時(shí)候?qū)懸淮巍?/p>

4.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)

數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種通信方式。它通過通信線路將數(shù)據(jù)終端（信源或信宿）與計(jì)算機(jī)連接起來，從而可使不同地點(diǎn)的數(shù)據(jù)終端直接利用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)軟硬件和信息資源的共享。數(shù)據(jù)通信和傳統(tǒng)的電報(bào)、電話通信有著重要的區(qū)別。電報(bào)、電話通信是人與人之間的通信，而數(shù)據(jù)通信則是實(shí)現(xiàn)終端與終端或計(jì)算機(jī)之間的通信，在傳輸過程中按一定的規(guī)程進(jìn)行控制，以便雙方穩(wěn)定可靠地工作。

4.4.1分組交換技術(shù)

分組交換采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。在分組交換中，將用戶需發(fā)送的整塊數(shù)據(jù)分割成較小的數(shù)據(jù)段，在每個數(shù)據(jù)段的前面加上一些必要的地址和控制信息組成的分組頭，就構(gòu)成了一

個分組。這些分組以存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。即每個節(jié)點(diǎn)首先對收到的分組進(jìn)行暫存，檢測分組在傳輸中有無差錯，對有差錯的分組進(jìn)行恢復(fù)，再分析分組頭中的有關(guān)選路

信息，進(jìn)行路由選擇，并在選擇的路由中排隊(duì)，等到信道空閑時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)給下一節(jié)點(diǎn)或目的用戶終端。這一過程就稱為分組交換，進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)。

圖4-23所示為三個用戶（終端）采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用方式共享線路資源的情況。圖4-23統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用示意圖

分組交換方式的工作過程是分組終端把用戶要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息分割成許多用戶數(shù)據(jù)段，每個用戶數(shù)據(jù)段被送往下一個交換點(diǎn)時(shí)應(yīng)附加一些必要的操作信息，如源地址、目的地址、用戶數(shù)據(jù)段編號及差錯控制信息等組成一個數(shù)據(jù)分組。根據(jù)分組的目的地址選擇一條最佳路由(即最經(jīng)濟(jì)合理的路由），把數(shù)據(jù)分組經(jīng)一個或幾個轉(zhuǎn)接交換機(jī)最后送到收信終

端所連接的交換機(jī)，此交換機(jī)再把數(shù)據(jù)分組送給收信終端，收信終端從數(shù)據(jù)分組中取出用戶數(shù)據(jù)段，再把它按順序裝配，恢復(fù)成原有的數(shù)據(jù)信息。

圖4-24表示了分組交換的工作原理。圖4-24分組交換的工作原理

分組交換即指分組從源端經(jīng)分組交換網(wǎng)中各交換節(jié)點(diǎn)的交換到達(dá)目的端的過程。分組交換網(wǎng)可采用兩種分組交換工作方式，一種是虛電路方式（virtualcircuit），另一種是數(shù)據(jù)報(bào)方式（datagram）。

1．虛電路方式

虛電路方式就是在用戶數(shù)據(jù)傳輸前先通過發(fā)送呼叫請求分組建立端到端的虛電路連接，一旦虛電路建立后，屬于同一呼叫的數(shù)據(jù)分組就沿著這一虛電路傳輸，用戶數(shù)據(jù)傳輸

完畢，再通過發(fā)送呼叫清除分組來拆除虛電路。虛電路方式中，用戶的通信過程需要經(jīng)過連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接拆除三個階段。因此，虛電路提供的是面向連接的服務(wù)。

虛電路工作方式如圖4-25所示。圖4-25虛電路工作方式

2．?dāng)?shù)據(jù)報(bào)方式

數(shù)據(jù)報(bào)方式用戶通信不需要預(yù)先建立邏輯連接，交換節(jié)點(diǎn)對每一個分組單獨(dú)進(jìn)行處理，每個分組都含有目的地址信息。當(dāng)分組到達(dá)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)分組頭中的目的地址對各個分組獨(dú)立進(jìn)行選路，屬于同一用戶的不同分組可能沿著不同的路徑到達(dá)終點(diǎn)，會出現(xiàn)分組失序現(xiàn)象，因此，需要在網(wǎng)絡(luò)的終點(diǎn)重新排序。由于不需要建立連接，數(shù)據(jù)報(bào)方式也稱為無連接方式。

數(shù)據(jù)報(bào)工作方式如圖4-26所示。

圖4-26數(shù)據(jù)報(bào)工作方式

3．兩種工作方式的特點(diǎn)

虛電路方式具有以下特點(diǎn)：

①面向連接的工作方式。

②分組按序傳送。

③分組頭簡單。

④對故障敏感。

數(shù)據(jù)報(bào)方式具有以下特點(diǎn)：

①無連接的工作方式。

②存在分組失序現(xiàn)象。

③分組頭復(fù)雜。

④對網(wǎng)絡(luò)故障的適應(yīng)能力較強(qiáng)。

4.4.2幀中繼技術(shù)

幀中繼是在開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）參考模型第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層上使用簡化的方式傳送和交換數(shù)據(jù)單元的一種方式。由于在數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)單元一般稱作幀，故稱為幀中繼。

分組通信（X.25協(xié)議）網(wǎng)絡(luò)是提供交換數(shù)據(jù)連接的通信網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是傳輸速率較低，時(shí)間延遲大。

X.25分層協(xié)議功能如圖4-27所示，幀中繼分層協(xié)議功能如圖4-28所示。

圖4-27X.25分層協(xié)議功能

圖4-28幀中繼分層協(xié)議功能

幀中繼的虛電路是由多段DLCI的邏輯連接鏈接而構(gòu)成的端到端的邏輯鏈路。在幀中繼網(wǎng)中，一般都由路由器負(fù)責(zé)構(gòu)成幀中繼的幀格式，路由器在幀內(nèi)置DLCI值，將幀經(jīng)過

本地UNI接口送入幀中繼交換機(jī)，交換機(jī)首先識別幀頭中的DLCI，然后在相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表中找出對應(yīng)的輸出端口和輸出的DLCI，從而將幀準(zhǔn)確地送往下一個節(jié)點(diǎn)機(jī)。如此循環(huán)往

復(fù)，直至送到遠(yuǎn)端UNI處的用戶，途中的轉(zhuǎn)發(fā)都是按照轉(zhuǎn)發(fā)表進(jìn)行的。如圖4-29所示，已建立了三條PVC連接：

圖4-29幀中繼交換原理

各幀中繼交換機(jī)內(nèi)部都建立相應(yīng)的PVC轉(zhuǎn)發(fā)表，如表4-1～表4-3所示。

4.4.3ATM技術(shù)

1．ATM信元結(jié)構(gòu)

ATM信元是一種固定長度的數(shù)據(jù)分組。一個ATM信元具有53個字節(jié)，前面5個字節(jié)稱作信元頭，用于表征信元去向的邏輯地址、優(yōu)先等級等控制信息；后面48個字節(jié)稱作

信息域，用來裝載來自不同用戶、不同業(yè)務(wù)的信息。

在ATM網(wǎng)絡(luò)中，用戶線路接口稱做用戶—網(wǎng)絡(luò)接口，簡稱UNI；中繼線路接口稱作網(wǎng)絡(luò)—網(wǎng)絡(luò)接口，簡稱NNI。ATM信元的信頭定義在UNI和NNI上略有差別，如圖4-30所示。

圖4-30ATM信元結(jié)構(gòu)

兩種接口上ATM信頭的不同之處，僅在于NNI接口上沒有定義GFC域，VPI占用了12比特。上述信元中各個域的用途說明如下。

（1）GFC

GFC為一般流量控制域，用于控制ATM接續(xù)的業(yè)務(wù)流量，減少用戶側(cè)出現(xiàn)的短期過載。

（2）VPI和VCI

VPI為虛通路標(biāo)識。VCI為虛信道標(biāo)識，標(biāo)識虛通路內(nèi)的虛信道。

（3）PTI

PTI為凈荷類型指示域，用來指示信元類型。

（4）CLP

CLP為信元丟失優(yōu)先級，它將信元區(qū)分為兩種不同的優(yōu)先級。

（5）HEC

HEC為信頭差錯控制域，用于信頭糾錯，保證信頭正確傳輸及信元同步。

（6）信息域

信息域即后面的48個字節(jié)，用于裝載用戶數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡(luò)管理信息。

2．ATM交換的特點(diǎn)

ATM交換具有以下特點(diǎn)：

①采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用。

②以固定長度（53字節(jié)）的信元為傳輸單位，響應(yīng)時(shí)間短。

③采用面向連接并預(yù)約傳輸資源的方式工作。

④在ATM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部取消逐段鏈路的差錯控制和流量控制，而將這些工作推到了網(wǎng)絡(luò)的邊緣。

⑤支持綜合業(yè)務(wù)。

3．ATM交換原理

ATM交換采用電信號交換，它以信元為基本交換單位，即53個字節(jié)為一個整體進(jìn)行交換，但它僅對信頭進(jìn)行處理。

如圖4-31所示。

圖4-31ATM交換的基本原理

4．ATM交換機(jī)的基本組成

ATM交換機(jī)由入線處理部件、出線處理部件、ATM交換單元和ATM控制單元四個部分組成，如圖4-32所示。圖4-32ATM交換機(jī)基本組織模塊

1）入線處理部件

入線處理部件對各入線上的ATM信元進(jìn)行處理，使它們適合ATM交換單元處理，即為物理層向ATM層提交過程，將比特流轉(zhuǎn)換成信元流。入線處理部件完成的功能如下：

①信元定界：將基于不同傳輸系統(tǒng)的比特流分解成以53字節(jié)為單位的信元。

②信元有效性檢驗(yàn)：將信元中的空閑信元、傳輸中信頭出錯的信元丟棄，將有效信元送入系統(tǒng)的交換、控制單元。

③信元類型分離：根據(jù)VCI標(biāo)志分離VC級OAM信元，根據(jù)VPI標(biāo)志分離VP級OAM信元并提交控制單元，其他用戶消息信元送入交換單元。

2）控制單元

控制單元負(fù)責(zé)建立和拆除VCC和VPC，并對ATM交換單元進(jìn)行控制，同時(shí)處理和發(fā)送OAM信息?？刂茊卧闹饕δ苋缦拢?/p>

①連接控制：完成VCC和VPC的建立和拆除操作。

②信令信元發(fā)送：在進(jìn)行UNI和NNI應(yīng)答時(shí)，控制發(fā)送相應(yīng)的信令信元以使用戶/網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)商過程得以順利進(jìn)行。

③OAM信元處理和發(fā)送：根據(jù)接收到的OAM信元信息，進(jìn)行相應(yīng)處理，如統(tǒng)計(jì)性能參數(shù)或者進(jìn)行故障處理，同時(shí)控制單元能夠根據(jù)本節(jié)點(diǎn)接收到的傳輸性能參數(shù)或故障消息發(fā)送相應(yīng)的OAM信元。

3）出線處理部件

出線處理部件完成的功能如下：

①復(fù)用：將交換單元的輸出信元流、控制單元的OAM信元流，以及相應(yīng)的信令信元

消息流復(fù)合，形成送往出線的信元流。

②速率適配：將來自ATM交換機(jī)的信元適配成適合線路傳輸?shù)乃俾省?/p>

③成幀：將信元比特流適配成特定的傳輸媒體要求的格式。

4）交換單元

交換單元是整個交換機(jī)的核心單元，它提供了信元交換的通路，通過交換單元的三個基本功能（路由、信頭變換和緩存），將信元從一個端口交換到另一個端口上去，從一個

VP/VC交換到另一個VP/VC。交換單元還完成一定的流量控制功能，主要是優(yōu)先級控制和業(yè)務(wù)的流量控制。

4.4.4軟交換

軟交換就是針對上述要求提出的下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，軟交換是開放的、可編程的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，軟交換與下層（承載層）、與上層（應(yīng)用層）的接口均是采用標(biāo)準(zhǔn)的API接口，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與呼叫控制分離、呼叫控制與承載分離。軟交換網(wǎng)集IP、ATM、IN（智能網(wǎng)）和TDM眾家之長，形成分層、全開放的體系架構(gòu)，不但實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的融合，更重要的是實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)的融合，使得業(yè)務(wù)真正獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)，從而能靈活、有效地實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的開發(fā)和提供。軟交換的演化見圖4-33所示。

圖4-33軟交換演化示意圖

1．軟交換系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

1）傳統(tǒng)交換機(jī)的結(jié)構(gòu)模型

通常程控?cái)?shù)字電話交換機(jī)由控制部分、內(nèi)部數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)和外圍接口設(shè)備組成。根據(jù)所執(zhí)行功能的不同，可將傳統(tǒng)交換機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)劃分為控制、交換（承載連接）和接入三個功能平面。其體系結(jié)構(gòu)如圖4-34所示。

圖4-34傳統(tǒng)交換機(jī)的體系結(jié)構(gòu)

2）軟交換系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

軟交換技術(shù)建立在分組交換技術(shù)的基礎(chǔ)上，其核心思想就是將傳統(tǒng)電路交換機(jī)中的三個功能平面進(jìn)行分離，并從傳統(tǒng)電路交換機(jī)的軟、硬件中剝離出業(yè)務(wù)平面，形成四個相互

獨(dú)立的功能