传输互连网

第一章通信网概述一、通信网简介1.
通信网的基本概念通信网是由一定数量的节点和连接节点的传输链路组成,以实现两个以上的规定点之间信息传输的通信体系.
如图1.
1所示.
图1.
1通信网的示意图2.
通信网的构成一个完整的通信网包括硬件和软件.
通信网的硬件一般由终端设备、传输系统和转接交换系统三部分构成,是构成通信网的物理实体.
为了使全网协调合理地工作,还要有各种规定,如信令方案、各种协议、网路结构、路由方案、编号方案、资费制度与质量标准等,这些均属于通信网的软件.
3.
通信网的分类(1)按电信业务的种类分为:电话网、电报网、用户电报网、数据通信网、传真通信网、图像通信网及有线电视网等.
(2)按服务区域范围分为:本地电信网、农村电信网、长途电信网、移动通信网及国际电信网等.
(3)按传输介质种类分为:架空明线网、电缆通信网、光缆通信网、卫星通信网、用户光纤网及低轨道卫星移动通信网等.
(4)按交换方式分为:电路交换网、报文交换网、分组交换网及宽带交换网等.
(5)按结构形式分为:网型网、星型网、环型网、复合型网及总线型网等.
(6)按信息信号形式分为:模拟通信网、数字通信网和数字/模拟混合网等.
(7)按信息传递方式分为:同步转移模式(STM)的综合业务数字网(ISDN)和异步转移模式(ATM)的宽带综合业务数字网(B-ISDN)等.
4.
通信网的基本拓扑结构通信网的基本结构主要有网型、星型、树型、复合型、环型和总线型等,如图1.
2所示.
环型树型复合型网状型星型总线型图1.
2通信网的基本结构形式1)网型网有代表性的网型网是完全互连网结构.
具有N个节点的互连结构需要N(N-1)/2条传输链路.
N值较大时传输链路将很大,链路利用率将很低.
这种网络结构经济性较差,但接续质量和网络稳定性较好.
2)星型网具有N个节点的星型网共需(N-1)条传输链路.
显然,N值较大时它会较网型网节省大量的链路.
但这种网络因需要设置转接中心而增加费用.
3)复合型网由网型网和星型网复合而成.
它以星型网为基础,在通信量较大的地区构成网型网.
这种网络结构兼取了上述两种网络的优点.
4)树型网树型结构是总线型结构的扩展,它是在总线网上加上分支形成的,其传输介质可有多条分支,但不形成闭合回路;也可以把它看成是星型结构的叠加.
又称为分级的集中式结构.
5)环型网和总线型网这两种网络在计算机通信中应用较多,在这两种网中一般传输速率较高.
它要求各节点和总线终端节点有较强的信息识别和处理能力.
5.
通信网的质量要求1)一般通信网的质量要求对通信网一般提出三个要求:接通的任意性与快速性、信号传输的透明性与传输质量的一致性、网络的可靠性与经济合理性.
2)电话通信网的质量要求对电话通信网在以下三个方面提出要求:接续质量、传输质量和稳定质量.
6.
现代通信网的构成及发展1)现代通信网的构成一个完整的现代通信网,除了有传递各种用户信息的业务网之外,还需要有若干支撑网.
现代通信网的构成如图1.
3所示.
(1)业务网:业务网是向用户提供诸如电话、电报、传真、数据和图像等各种电信业务的网络.
业务网包括电话网、数据网、智能网和移动通信网等,可分别提供不同的业务.
(2)支撑网:支撑网是使业务网正常运转,增强网络功能,提高全网服务质量,以满足用户需求的网络.
在各个支撑网中传送相应的控制、检测信号.
支撑网包括信令网、同步网和电信管理网.
2)现代通信网的发展现代通信网的未来发展趋势可概括为"六化",即通信技术数字化、通信业务综合化、网络互通融合化、通信网络宽带化、网络管理智能化和通信服务个人化.
二、通信系统1.
现代通信传输技术通信是通过某种媒体进行的信息传递.
古代,人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警等方式进行信息传递.
今天,随着科学水平的飞速发展,相继出现了无线电、固话、手机、互联网甚至可视电话等各种通信方式.
而通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称.
现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现,前者称为无线通信系统,后者称为有线通信系统.
当电磁波的波长达到光波范围时,这样的电信系统特称为光通信系统,其他电磁波范围的通信系统则称为电磁通信系统,简称为电信系统.
由于光的导引媒体采用特制的玻璃纤维,因此有线光通信系统又称光纤通信系统.
一般电磁波的导引媒体是导线,按其具体结构可分为电缆通信系统和明线通信系统;无线电信系统按其电磁波的波长则有微波通信系统与短波通信系统之分.
另一方面,按照通信业务的不同,通信系统又可分为电话通信系统、数据通信系统、传真通信系统和图像通信系统等.
由于人们对通信的容量要求越来越高,对通信的业务要求越来越多样化,所以通信系统正迅速向着宽带化方向发展,而光纤通信系统将在通信网中发挥越来越重要的作用.
2.
基本通信系统及分类一般由信源(发端设备)、信宿(收端设备)和信道(传输媒介)等组成,被称为通信的三要素.
如图1.
4所示.
图1.
4基本通信系统图1.
3现代通信网的构成示意图来自信源的消息(语言、文字、图像或数据)在发信端先由末端设备(如电话机、电传打字机、传真机或数据末端设备等)变换成电信号,然后经发端设备编码、调制、放大或发射后,把基带信号变换成适合在传输媒介中传输的形式;经传输媒介传输,在收信端经收端设备进行反变换恢复成消息提供给收信者.
这种点对点的通信大都是双向传输的.
因此,在通信对象所在的两端均备有发端和收端设备.
通信系统按所用传输媒介的不同可分为两类:①利用金属导体为传输媒介,如常用的通信线缆等,这种以线缆为传输媒介的通信系统称为有线电通信系统;②利用无线电波在大气、空间、水或岩、土等传输媒介中传播而进行通信,这种通信系统称为无线电通信系统.
光通信系统也有"有线"和"无线"之分,它们所用的传输媒介分别为光学纤维和大气、空间或水.
通信系统按通信业务(即所传输的信息种类)的不同可分为电话、电报、传真、数据通信系统等.
信号在时间上是连续变化的,称为模拟信号(如电话);在时间上离散、其幅度取值也是离散的信号称为数字信号(如电报).
模拟信号通过模拟-数字变换(包括采样、量化和编码过程)也可变成数字信号.
通信系统中传输的基带信号为模拟信号时,这种系统称为模拟通信系统;传输的基带信号为数字信号的通信系统称为数字通信系统.
通信系统都是在有噪声的环境下工作的(图中集中以噪声源表示).
设计模拟通信系统时采用最小均方误差准则,即收信端输出的信号噪声比最大.
设计数字通信系统时,采用最小错误概率准则,即根据所选用的传输媒介和噪声的统计特性,选用最佳调制体制,设计最佳信号和最佳接收机.
1)模拟数字模拟通信是指在信道上把模拟信号从信源传送到信宿的一种通信方式.
由于导体中存在电阻,信号直接传输的距离不能太远,解决的方法是通过载波来传输模拟信号.
载波是指被调制以传输信号的波形,通常为高频振荡的正弦波.
这样,把模拟信号调制在载波上传输,则可比直接传输远得多.
一般要求正弦波的频率远远高于调制信号的带宽,否则会发生混叠,使传输信号失真.
模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿及噪声源组成.
模拟通信的优点是直观且容易实现,但保密性差,抗干扰能力弱.
由于模拟通信在信道传输的信号频谱比较窄,因此可通过多路复用使信道的利用率提高.
数字通信是指在信道上把数字信号从信源传送到信宿的一种通信方式.
它与模拟通信相比,其优点为:抗干扰能力强,没有噪声积累;可以进行远距离传输并能保证质量;能适应各种通信业务要求,便于实现综合处理;传输的二进制数字信号能直接被计算机接收和处理;便于采用大规模集成电路实现,通信设备利于集成化;容易进行加密处理,安全性更容易得到保证.
2)多路系统为了充分利用通信信道、扩大通信容量和降低通信费用,很多通信系统采用多路复用方式,即在同一传输途径上同时传输多个信息.
多路复用分为频率分割、时间分割和码分割多路复用.
在模拟通信系统中,将划分的可用频段分配给各个信息而共用一个共同传输媒质,称为频分多路复用.
在数字通信系统中,分配给每个信息一个时隙(短暂的时间段),各路依次轮流占用时隙,称为时分多路复用.
图1.
5通信多路系统示意图码分多路复用则是在发信端使各路输入信号分别与正交码波形发生器产生的某个码列波形相乘,然后相加而得到多路信号.
完成多路复用功能的设备称为多路复用终端设备,简称终端设备.
多路通信系统由末端设备、终端设备、发送设备、接收设备和传输媒介等组成.
3)有线系统用于长距离电话通信的载波通信系统,是按频率分割进行多路复用的通信系统.
它由载波电话终端设备、增音机、传输线路和附属设备等组成.
其中载波电话终端设备是把话频信号或其他群信号搬移到线路频谱或将对方传输来的线路频谱加以反变换、并能适应线路传输要求的设备;增音机能补偿线路传输衰耗及其变化,沿线路每隔一定距离装设一部.
4)微波系统长距离大容量的无线电通信系统,因传输信号占用频带宽,一般工作于微波或超短波波段.
在这些波段,一般仅在视距范围内具有稳定的传输特性,因而在进行长距离通信时须采用接力(也称中继)通信方式,即在信号由一个终端站传输到另一个终端站所经的路由上,设立若干个邻接的、转送信号的微波接力站(又称中继站),各站间的空间距离一般为20km~50km.
接力站又可分为中间站和分转站.
微波接力通信系统的终端站所传信号在基带上可与模拟频分多路终端设备或与数字时分多路终端设备相连接.
前者称为模拟接力通信系统;后者称为数字接力通信系统.
由于具有便于加密和传输质量好等优点,数字微波接力通信系统日益得到人们的重视.
除上述视距接力通信系统外,利用对流层散射传播的超视距散射通信系统,也可通过接力方式作为长距离中容量的通信系统.
5)卫星系统在微波通信系统中,若以位于对地静止轨道上的通信卫星为中继转发器,转发各地球站的信号,则构成一个卫星通信系统.
卫星通信系统的特点是覆盖面积很大,在卫星天线波束覆盖的大面积范围内可根据需要灵活地组织通信联络,有的还具有一定的变换功能,故已成为国际通信的主要手段,也是许多国家国内通信的重要手段.
卫星通信系统主要由通信卫星、地球站、测控系统和相应的终端设备组成.
卫星通信系统既可作为一种独立的通信手段(特别适用于对海上、空中的移动通信业务和专用通信网),又可与陆地的通信系统结合、相互补充,构成更完善的传输系统.
用上述载波、微波接力、卫星等通信系统作传输分系统,与交换分系统相结合,可构成传送各种通信业务的通信系统.
6)电话系统电话通信的特点是通话双方要求实时对话,因而要在一个相对短暂的时间内在双方之间临时接通一条通路,故电话通信系统应具有传输和交换两种功能.
这种系统通常由用户线路、交换中心、局间中继线和干线等组成.
电话通信网的交换设备采用电路交换方式,由接续网络(又称交换网络)和控制部分组成.
话路接续网络可根据需要临时向用户接通通话用的通路,控制部分是用来完成用户通话建立全过程中的信号处理并控制接续网络.
在设计电话通信系统时,主要以接收话音的响度来评定通话质量,在规定发送、接收和全程参考当量后即可进行传输衰耗的分配.
另一方面根据话务量和规定的服务等级(即用户未被接通的概率呼损率)来确定所需机、线设备的能力.
由于移动通信业务的需要日益增长,移动通信得到了迅速的发展.
移动通信系统由车载无线电台、无线电中心(又称基地台)和无线交换中心等组成.
车载电台通过固定配置的无线电中心进入无线电交换中心,可完成各移动用户间的通信联络;还可由无线电交换中心与固定电话通信系统中的交换中心(一般为市内电话局)连接,实现移动用户与固定用户间的通话.
7)电报系统为使电报用户之间互通电报而建立的通信系统.
它主要利用电话通路传输电报信号.
公众电报通信系统中的电报交换设备采用存储转发交换方式(又称电文交换),即将收到的报文先存入缓冲存储器中,然后转发到去向路由,这样可以提高电路和交换设备的利用率.
在设计电报通信系统时,服务质量是以通过系统传输一份报文所用的平均时延来衡量的.
对于用户电报通信业务则仍采用电路交换方式,即将双方间的电路接通,而后由用户双方直接通报.
8)数据系统数据通信是伴随着信息处理技术的迅速发展而发展起来的.
数据通信系统由分布在各点的数据终端和数据传输设备、数据交换设备和通信线路互相连接而成.
利用通信线路把分布在不同地点的多个独立的计算机系统连接在一起的网络,称为计算机网络,这样可使广大用户共享资源.
在数据通信系统中多采用分组交换(或称包交换)方式,这是一种特殊的电文交换方式,在发信端把数据分割成若干长度较短的分组(或称包)然后进行传输,在收信端再加以合并.
它的主要优点是可以减少时延和充分利用传输信道.
9)系统指标如何来衡量一个通信系统的好坏呢我们主要是通过有效性和可靠性来衡量的.
也就是说一个通信系统越高效可靠,显然就越好.
但实际上有效性和可靠性是一对矛盾的指标,两者需要一定的折中.
有效性指的是信息传输的速率,信息传输的速率越快,有效性越好.
但信息传输快了,出错的概率也就越高,信息的传输质量就不能保证,也就是可靠性降低了.
就好比汽车在公路上超速行驶,快是快了,但有很大的安全隐患.
所以不能撇开可靠性来单纯追求高速度,否则,真的会欲速则不达了.
那么具体是用哪些指标来说明系统的有效性和可靠性的呢对于模拟通信系统来说,有效性是用系统的带宽来衡量的,可靠性则是用信噪比来衡量的.
如果一路电话占用的带宽是一定的话,那么系统的总带宽越大,就意味着能容纳更多路电话.
而当系统的带宽一定时,要想增加系统的容量,则可以通过降低单路电话占用的带宽来实现,因此单路信号所需的带宽越窄,说明有效性越好.
但降低单路信号的占用带宽后,由于两路信号之间的频带隔离变窄,势必会增加相互间的干扰,即增加噪声,使信号功率与噪声功率的比值降低,从而降低了系统的可靠性.
对于数字通信系统来说,有效性是通过信息传输速率来表示的,可靠性则是通过误码率或误信率来体现的.
误码率是指接收端收到的错误码元数与总的传输码元数的比值,即表示在传输中出现错误码元的概率.
误信率是指接收到的错误比特数与总的传输比特数的比值,即传输中出现错误信息量的概率.
数字信号在信道中传输时,为了保证传输的可靠性,往往要添加纠错编码,纠错编码是要占用传输速率的.
当一个信道每秒能传输的总码元数或比特数一定时,如果不要纠错编码,显然每秒传输的信息量比特会多些,效率提高了,但没有了纠错码,可靠性则无法保证.
这些为了提高可靠性而增加的编码,也被称为传输开销,原因是传输这些码元或比特的目的是为了捡错纠错,而它们是不携带信息的.
在通信系统中,频率是个任何信号都与生具有的特征.
即使是数字信号,也不例外,传输它们是要占用一定的频率资源的.
带宽和数字信号的传输速率是成正比的关系.
理想情况下,传输速率除以2就是以这个速率传输的数字信号所占用的频带宽度.
所以越高速率所占的频带也会越宽,所以高速通信往往也以叫"宽带通信".
3.
本地电话网的构成1)电话通信系统的基本构成电话通信系统的基本任务是提供从任一个终端到另一个终端传送话音信息的路由,完成信息传输、信息交换后,为终端提供良好的服务.
电话通信系统的基本构成如图1.
6所示.
用户A交换机用户C用户B用户D(传输网)传输链路(用户线)传输链路(中继线)传输链路(中继线)交换机图1.
6电话通信系统的基本构成示意图(1)终端设备在电话业务中,终端设备就是电话机.
(2)传输设备传输设备是指终端设备到交换中心以及交换中心到交换中心之间的传输线路及其相关设备.
(3)交换设备交换设备根据主叫终端所发出的选择信号来选择被叫终端,使这两个终端建立连接,然后经过交换设备所连通的路由传递电信号.
2)电话网的结构电话网是开放电话业务为广大用户服务的通信网络.
最早的电话通信形式只是两部电话机中间用导线连接起来便可通话;但当某一地区电话用户增多时,要想使众多用户相互间都能两两通话,就需设一部电话交换机,由交换机完成任意两个用户的连接,这时便形成了一个以交换机为中心的单局制电话网.
在某一地区(或城市)随着用户数继续增多,便需建立多个电话局,然后由局间中继线路将各局连接起来,形成多局制电话网.
(1)我国传统的五级电话网结构电话网基本结构形式分为多级汇接网和无级网两种,过去的电话网络采用多级汇接制.
我国传统电话网由四级长途交换中心和一级本地网端局组成五级结构.
其中一、二、三、四级长途交换中心构成长途电话网,由本地网端局和按需要设置的汇接局组成本地电话网,其网络结构如图1.
7所示.
C1为大区交换中心,C2为省交换中心,C3为地区交换中心,C4为县交换中心.
到1992年底我国共有6个C1(北京、沈阳、南京、武汉、西安和成都),有3个国际局(北京、上海和广州).
本地电话网的网络结构一般设置汇接局(Tm)和端局(C5)两个等级.
Tm局可分为市话汇接局、郊区汇接局及农话汇接局等,C5称为五级交换中心,即本地电话网端局.
按电话使用范围分类,电话网可分为本地电话网、国内长途电话网和国际长途电话网.
①本地电话网本地电话网是指在一个统一号码长度的编号区内,由端局、汇接局、局间中继线、长市中继线,以及用户线和电话机组成的电话网.
②国内长途电话网国内长途电话网是指全国各城市间用户进行长途通话的电话网,网中各城市都设一个或多个长途电话局,各长途电话局间由各级长途电路连接起来.
③国际长途电话网国际长途电话网是指将世界各国的电话网相互连接起来进行国际通话的电话网.
为此,每个国家都需设一个或几个国际电话局进行国际去话和来话的连接.
一个国际长途通话实际上是由发话国的国内网部分、发话国的国际电话局、国际电路和受话国的国际电话局以及受图1.
7我国早期电话网的网络结构示意图话国的国内网等几部分组成的.
(2)我国现代电话网的三级结构五级电话网采用多级汇接,转接次数多、呼损大、传输质量低、可靠性差.
现代电信网不但要传电话还要传数据业务,传统的电话网已不能满足要求.
由于长途交换机容量增加,全国光缆干线建成,以及各省内本地网的扩大,我国电信网近年来已将C1和C2、C3和C4合并成同级处理,电话网已由原来的五级交换中心转化为三级交换中心,即由原来的C1、C2两级长途交换中心变为一级省际交换中心DCl,由原来的C3、C4两级交换中心组成一级汇接本地网的长途交换中心DC2.
DCl和DC2构成我国两级长途电话网结构,如图1.
8所示.
长途网本地网接入网图1.
8我国现代电话网的三级结构示意图DCl的各交换机间采用网型网连接,DCl与DC2间采用星型网连接.
为了既保证任意两点间建立通信,又使通信链路有较高的利用率,根据地理条件、行政区域、通信流量的分布等条件设立汇接中心,每个汇接中心汇接一定区域的通信流量,按直达路由、基干路由等多路由方式建立两交换节点间的连接.
由五级网演变成三级网,这对提高干线网效率和质量起到了良好作用.
随着通信的不断发展,今后我国的电话网将进一步形成由一级长途网和本地网所构成的两级网络,实现长途无级网.
这样,我国的电话网将由三个层面长途电话网平面、本地电话网平面和用户接入网平面组成.
3)本地电话网本地电话网是指在一个长途编号区内,由若干端局(或端局与汇接局)、局间中继线、长市中继线及端局用户线所组成的自动电话网.
本地电话网的主要特点是在一个长途编号区内只有一个本地网,同一个本地网的用户之间呼叫只拨本地电话号码,而呼叫本地网以外的用户则需按长途程序拨号.
我国本地电话网有两种类型:(1)特大城市、大城市本地电话网.
(2)中、小城市及县本地电话网.
4)本地电话网的网络结构程控数字电话交换机和模拟电话交换机已在本地电话网内同时存在,部分本地电话网将是数字/模拟混合网的格局.
特大城市、大城市数字/模拟混合本地电话网一般采用两级网的网络结构,中、小城市及县本地电话网根据服务区的大小和端局的数量可以采用两级网的网络结构或网型网结构.
(1)两级网的网络结构两级网的网络结构如图1.
9所示.
图1.
9两级网的网络结构示意图(2)网型网结构网型网结构如图1.
10所示.
图1.
10网状网结构示意图三、现代通信有线传输技术1.
现代通信传输方式现代通信传输方式可以用图1.
11来概括.
图1.
11现代通信的传输方式