通信原理教程13

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1、1,第十三章 通信网,13.1 通信网的类型 通信系统分类： 专线：两点之间有一条链路。 通信网：通信网由若干通信链路和交换设备组成。 链路：占用给定频带和物理空间的信号通路。这个物理空间可以是自由空间，也可以是一条用于传导电磁信号的媒体。,2,通信网按照拓扑结构分类：,3,通信网按照功能分类： 电报网 电话网 电传(Telex)网 电视网 综合业务数字网（ISDN） 窄带综合业务数字网（N-ISDN） 宽带综合业务数字网（B-ISDN）,4,13.2 电话网 13.2.1电话网的结构 电话网：由交换设备、传输线路和电话机组成。 电话网分类： 专用交换电话网 公共交换电话网（PSTN）：按覆盖

2、范围区分为 本地电话网：在一个统一号码长度的编号区内，由电话机、用户线、用户端局（简称端局）、汇接局、局间中继线和长市中继线组成。 汇接局：汇聚各端局的连接，并与其他汇接局连接 局间中继线：连接各端局和汇接局 国内长途电话网：采用分级汇接制，它包含4个等级的交换中心，即大区交换中心（C1），为省交换中心(C2)，地区交换中心(C3)和县市交换中心（C4）。 国际长途电话网,5,6,13.2.2电话网中的交换 空分交换：即电路交换 时分交换：采用时分复用PCM体制。只需将分配给各用户的 时隙位置搬移，即可达到交换的目的。,7,13.2.3 电话网中的信令 用户信令：目前我国电话机送出的用户信令都

3、是模拟信令 拨号脉冲：用直流脉冲的数目表示电话号码，平均每个阿拉伯数字需用0.5 s时间，故速度较慢。 双音多频(DTMF) ：从8个不同频率单音中选取两个的组合表示1位电话号码，每位数字仅需约0.08 s的时间。 局间信令：一般为数字信令 随路信令：信令和用户语音在同一信道中传输。 共路信令：通过一个独立的信令网络传输。,8,信令的功能和运行,9,13.2.4 电话网的性能指标 话务量 流入话务量A的定义： 式中，h 每次呼叫平均持续时间（小时 / 次）； 单位时间内平均呼叫次数 （次/小时）。 流入话务量表示每小时中平均线路占用时间。 成功话务量A0的定义： 式中， 0 单位时间（1小时）

4、内呼叫成功次数； 呼损率 定义：损失的话务量(A A0)与流入话务量A之比 成功话务量和呼损率之间的关系,10,13.3 数据通信网 13.3.1 概述 按照覆盖范围分类： 局域网LAN (Local Area Network) 城域网MAN (Metropolitan Area Network) 广域网WAN (Wide Area Network) 个（人区）域网PAN(Personal Area Network) 无线个域网WPAN(Wireless Personal Area Network) 按照传输方式分类： 有线数据通信网 无线数据通信网： 无线局域网WLAN(Wireless L

5、AN)或RLAN(Radio LAN) 按照用途分类： 专用数据网 公共数据网：增值网、信息交换网,11,13.3.2 数据通信网中的交换 电路转接 信息转接：“存储-转发” 报文交换(Message-switching) 分组交换(Packet-switching) 13.3.3 分组交换原理 分组交换时，首先将输入数据分成长度相同的分组，然后按照高级数据链路控制（HDLC）规程，附加上地址和其他控制信息，组成一帧，再发送出去。 HDLC是一种由国际标准化组织（ISO ）制定的国际标准。,12,HDLC的帧结构 标志字段F： “01111110” 消息中，发现有5个连“1”，则立即插入一个“

6、0” 。 地址字段A： A共有8 b：全“1”是广播地址、全“0”是无效地址。 地址字段长度的扩展。,13,控制字段C： 长度为8 b，用于信令、应答和管理等。 按照其第1比特或第1和2比特的取值不同，将HDLC帧分为3类： 信息帧I 监督帧S 无编号帧U,14,监督帧第34位的功能 信息字段I：信息字段I的长度可以任意规定，但是其中定义的每个字符的比特数必须是固定的。 帧校验序列FCS：标志F不在监督范围内 循环码生成多项式为：x16 + x12 + x5 + 1,15,13.3.4开放系统互连参考模型,16,物理层：提供一个透明传输比特流的物理连接。 数据链路层：负责在两个相邻节点间的链路

7、上，以帧为单位 无差错地传输数据。 网络层：负责选择适当的路由和交换节点 。 运输层：负责在网络内的两个实体之间建立一条端到端的信 道，传送数据的单位是报文。 对话层：负责网络登录和注销、身份鉴别和运作方式等，以 建立一次“对话”的逻辑连接关系。 表示层：作必要的编码或语法变换，使不同类型的设备能够 互相通信。 应用层：确定进程之间通信的性质以满足用户的需要。 报头 为了实现各层的功能，各层需要在上一层送来的数据 分组前加上报头。,17,13.4 综合业务数字网(ISDN) 13.4.1 窄带综合业务数字网(N-ISDN) N-ISDN的信道类型： 3种标准信道 B信道：传输速率为64 kb/

8、s，用于传输数字语音或数据等 用户数字信息。 D信道：传输速率为16或64 kb/s，用于传输信令、遥控信 息和（或）分组数据等。 H信道：用于传输用户信息，有3种不同的传输速率，即 H0信道 传输速率为384 kb/s， H1信道：又分两种速率 H11信道 传输速率为1 536 kb/s， （主要用于北美、日本和韩国等） H12信道 传输速率为1 920 kb/s， （主要用于欧洲和中国大陆）,18,N-ISDN的接口：分两种 第1种接口：适用于家庭用户或小单位 TE1：第1类ISDN终端设备。 NT1：第1种网络终端，在物理层以时分复用方式支持多个信道（即2B+D）输入。 T：NT1和TE

9、1的接口参考点，最多接8个TE1。 U： NT1和ISDN的接口参考点,19,第2种接口：适用于大单位 TE2：第2类终端设备(非ISDN终端设备）。 TA：终端适配器，它将用户数据变换成ISDN的数据格式，并在需要时加入附加的信令。 R：非ISDN终端和TA的接口参考点。 NT2：第2种网络终端，是有智能的， 并且可能有集中和交换功能。 S：NT2的接口参考点，可以有多个。,20,网络-用户物理接口的标准结构 基本速率接口（BRI）：适合小容量用户，2B + D B：64 kb/s；D: 16 kb/s 总速率：2B+D+开销 = 192 kb/s 基群速率接口（PRI）：适合大容量用户，

10、nB + D B：64 kb/s；D: 64 kb/s 欧洲和中国大陆等地：30B+D+开销 = 2048 kb/s 北美、日本和韩国等地：23B+D开销 = 1544 kb/s H信道接口：例 (5H0 + D)组成2048 kb/s的基群接口 4H0或(3H0 + D)组成1544 kb/s的基群接口 B信道和H信道组成的混合接口,21,13.4.2 宽带综合业务数字网(B-ISDN) 有关概念 信息传递方式（ITM） ：包括信息在电信网络中的复用、传输和交换。 信元(cell)： 它是长度固定的一个数据分组。 异步传递方式（ATM）: 在这种传递方式的时分复用信号中，一个用户的信息信元不

11、一定是周期性地出现的。 同步传递方式（STM）: 在这种传递方式的时分复用信号中，将信元周期性地轮流提供给各个用户。 异步时分复用：它是指将每个时隙的信元，按照各个用户的瞬时实际需要，不固定地分配给各用户。 同步时分复用：它是支持STM的时分复用技术。 ITU-T建议：在B-ISDN中采用ATM作为B-ISDN中的信息传递方式。,22,B-ISDN的协议参考模型 模型分成3个平面：用户平面、控制平面和管理平面 用户平面共分4层：物理层、ATM层、ATM适配层和更高层(higher layers)。,23,物理层：和OSI参考模型中的第1层功能基本相同。 ATM层：使信息在其中透明传输。其功能是

12、负责连接和复用。 ATM适配层：其功能是提供各种业务、进行信元的装配和拆卸、解决传输抖动、进行流量控制和差错控制等。 更高层：用户层，其功能还有待研究。,24,ATM网络的结构：由用户网络和传输网络组成 用户网络：由终端设备TE、网络终端NT和传输链路组成 传输网络：由交换节点SN和传输链路组成。,25,ATM层 功能 连接：提供端-端传递能力。 虚路径VP链路：连接和复用物理层的链路，用虚路径标识符VPI 来识别。 虚信道VC 链路：在一段VP连接中又有若干虚信道VC，用虚信道标识符VCI 来识别。 VPI和VCI的关系： 交换：和一般数字交换机的基本原理相同。 交叉连接：完成VP交换，不需

13、要进行信令处理，从而能实现极高速率的交换。,26,复用：复用的信息流由固定长度的信元组成。 信元的结构： GFC 一般流量控制； CLP 信元丢失优先等级; PT 有用负荷类型； HEC 信元头差错控制。,27,ATM适配层（AAL） 功能： 将更高层的协议数据单元PDU映射到ATM信元中的信息域，或反之； 处理传输差错、处理由于信元的信息域长度不够而产生的量化误差、处理信元丢失和信元错位，以及流量控制和定时控制等。 支持更高层的多种应用业务： 例：A类为比特率恒定的视频业务，B类为比特率可变的视频业务，C类为面向连接的数据传输，D类为无连接的数据传输。,28,13.5 移动通信网 13.5.

14、1 概述 移动通信： 泛指在移动对象之间或固定对象和移动对象之间的通信。 通信对象可以在运动中通信。 移动通信种类： 按照通信类型分：移动电话、移动数据、移动多媒体通信、无线寻呼(paging)等。 按照工作方式分：单工、半双工、双工通信等。 按照组网方式分：专线（对讲）、广播网、集群网、自组织网、蜂窝网等。 蜂窝网：解决地面移动通信的主要方法 第一代蜂窝网：模拟调制体制 第二代蜂窝网：数字调制技术，于1991年诞生。 第三代蜂窝网：我国将于2005年投入运行。,29,13.5.2 蜂窝网的小区划分和频率规划 蜂窝网的目的：重复使用频率，解决频率资源不足问题 。 进一步解决频率不足问题： 微蜂

15、窝 扇区,30,频率划分方案： 4组频率：相邻同频基站的距离 7组频率：相邻同频基站的距离,31,13.5.3 蜂窝网的组成 基站 移动台 切换 硬切换 软切换 漫游,32,13.5.4 第二代蜂窝网的体制 我国采用的体制：GSM、CDMA GSM体制 工作频段： 900MHz：共有174个双向信道 上行：880 915 MHz 下行：925 960 MHz 1800MHz：共有374个双向信道 上行：1710 1785MHz 下行：1805 1880 MHz （1800 MHz的GSM系统又称为DCS1800系统） 采用TDMA/FDM的多址接入方式 频分双工工作(FDD)方式 GMSK调制

16、(BT = 0.3) 每个频分信道的比特率为270.833 kb/s，可容纳8个时分用户。,33,GSM的帧结构,34,语音编码：规则脉冲激励长时预测（RPE-LTP）方案；速率13 kb/s。 抗干扰措施 对最重要的比特用卷积码编码，码率等于1/2，约束长度为5； 交织：以增强抗衰落能力；交织后速率为 22.8 kb/s； 跳频：速率为217跳/秒。 GSM体制的改进（第2.5代） 通用分组无线业务（GPRS） HSCSD(High Speed Circuit Switched Data) ：可以将多个时隙同时给一个用户使用，以提高传输速率。 EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)：采用8PSK调制代替GMSK调制，并可将8个时隙合并给一个用户使用。 增加多种数据接口，例如USB、红外IrDA、兰牙等。,35,13.5.5 第三代蜂窝网 目标 全球化：能无缝隙地覆盖全球，并实现全球漫游。 个人化：大用户