1 緒論-1-現(xiàn)代交換原理與技術(shù)課件

幾點(diǎn)要求：

1.按時(shí)上課，勤做練習(xí)；

2.專心聽講，不擾他人；

3.獨(dú)立、按時(shí)完成作業(yè)；

4.有問題及時(shí)提出并解決。

課程介紹學(xué)時(shí)：講授：54實(shí)驗(yàn)：18參考書：《現(xiàn)代交換原理》（人民郵電出版社，桂海源編）《程控?cái)?shù)字交換與交換網(wǎng)》（北京郵電學(xué)院出版社，葉敏主編）《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》（電子工業(yè)出版社，謝希仁編）1.緒論2.交換技術(shù)基礎(chǔ)3.電路交換技術(shù)4.信令系統(tǒng)

5.分組交換與幀中繼技術(shù)

6.ATM交換技術(shù)7.路由器與IP交換技術(shù)8.下一代網(wǎng)絡(luò)體系與軟交換

主要內(nèi)容

一、現(xiàn)代通信網(wǎng)

二、通訊系統(tǒng)的基本概念

三、信息網(wǎng)的發(fā)展

第一章緒論1.掌握現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的種類

2.理解現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的組成和主要功能3.理解電路交換、報(bào)文交換、分組交換、寬帶交換的概念目的要求重點(diǎn)難點(diǎn)一、現(xiàn)代通信網(wǎng)1、現(xiàn)代通信網(wǎng)的種類和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1、現(xiàn)代通信網(wǎng)種類繁多，有不同的分類方式：按業(yè)務(wù)可分為：電話網(wǎng)、電報(bào)網(wǎng)、傳真網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、CATV網(wǎng)和ISDN網(wǎng)；按信號(hào)形式可分為：模擬網(wǎng)、數(shù)字網(wǎng)和混合網(wǎng)；按網(wǎng)絡(luò)用途可分為：承載網(wǎng)、交換網(wǎng)和支撐網(wǎng)；按服務(wù)范圍可分為：本地網(wǎng)、長(zhǎng)途網(wǎng)和國際網(wǎng)；按網(wǎng)絡(luò)層次可分為：骨干網(wǎng)、接入網(wǎng)和用戶網(wǎng)；按帶寬可分為：窄帶網(wǎng)和寬帶網(wǎng)等；按傳播媒體可分為：有線網(wǎng)和無線網(wǎng)；按服務(wù)對(duì)象可分為：公用網(wǎng)和專用網(wǎng)；按網(wǎng)絡(luò)等級(jí)可分為等級(jí)網(wǎng)和無級(jí)網(wǎng)。1、現(xiàn)代通信網(wǎng)的種類和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2、通信網(wǎng)的組成和功能從邏輯上電信網(wǎng)是由節(jié)點(diǎn)（Node）、鏈路（Link）和端點(diǎn)（End）以及信令（協(xié)議）組成的。從物理上完善的電信網(wǎng)則是由交換網(wǎng)、傳輸承載網(wǎng)和終端設(shè)備以及支撐系統(tǒng)組成的。思考題1.什么是通信網(wǎng)?

通信網(wǎng)：是指由一定數(shù)量的結(jié)點(diǎn)(包括終端設(shè)備和交換設(shè)備)和連接結(jié)點(diǎn)的傳輸鏈路相互有機(jī)地組合在一起，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)規(guī)定點(diǎn)間信息傳輸?shù)耐ㄐ朋w系。

2.通信三要素通信網(wǎng)絡(luò)由傳輸、交換、終端三大部分組成，又稱為通信網(wǎng)三要素。舉例：兩個(gè)電話用戶或兩個(gè)計(jì)算機(jī)用戶互相通信需要經(jīng)過的設(shè)備。（終端可以是電話、計(jì)算機(jī)等）

終端傳輸交換傳輸終端2.通信網(wǎng)的組成和功能電信網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)網(wǎng)、支撐網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)。信令網(wǎng)同步網(wǎng)電信管理網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)支撐網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)電話網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)移動(dòng)網(wǎng)N-ISDNB-ISDN交換網(wǎng)傳輸網(wǎng)接入網(wǎng)2.通信網(wǎng)的組成和功能保證傳輸快速準(zhǔn)確完成數(shù)據(jù)和話路的交換控制傳輸信令的通道保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的時(shí)鐘同步提供大量的智能業(yè)務(wù)整個(gè)電信網(wǎng)絡(luò)的控制管理電話交換機(jī)的發(fā)展歷史原始的電話網(wǎng)模型為保證任意兩個(gè)用戶間都能通話，最簡(jiǎn)單的辦法就是每?jī)蓚€(gè)用戶用一對(duì)線路連起來。那么，如果有n個(gè)用戶需要連接，所用線路數(shù)為n(n-1)/2對(duì)。且每個(gè)用戶家里要安裝n-1對(duì)線。從交換技術(shù)的起源：源于電話通信1876年BELL發(fā)明了電話1892年Stowger（史端喬）發(fā)明了自動(dòng)交換機(jī)引入交換局后的電話網(wǎng)模型在用戶分布的密集中心，部署交換局，這好比是一個(gè)開關(guān)接點(diǎn)，平時(shí)是打開的，當(dāng)任意兩個(gè)用戶之間需要通話時(shí)，交換局就把連接兩個(gè)用戶的電話線接通。也就是說交換局可根據(jù)發(fā)話者的要求，完成與另外一個(gè)用戶之間交換信息的任務(wù)

問題：假設(shè)有一火箭需通過鐵路從制造廠運(yùn)到發(fā)射場(chǎng)，現(xiàn)有三種方案：專列專線、專列非專線、非專列非專線，現(xiàn)要求大家一起討論這三種方案的優(yōu)劣。3.通信網(wǎng)交換技術(shù)結(jié)論：在這三種方案中是通過提高線路的利用率來有效地降低費(fèi)用的。特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)甲線速度最快費(fèi)用最高乙線費(fèi)用較低速度最慢、對(duì)火車頭要求較高丙線費(fèi)用最低、速度較快，對(duì)火車頭要求低。運(yùn)輸前后需對(duì)火箭進(jìn)行拆分、復(fù)原工作。3.通信網(wǎng)交換技術(shù)用戶線交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線中繼線中繼線ABCD3.通信網(wǎng)交換技術(shù)電路交換電路交換的定義：在主、被叫用戶通話前根據(jù)信令將傳輸鏈路逐段連接起來，從而形成主叫至被叫的物理電路，通話結(jié)束時(shí)拆除該物理電路，這種交換方式稱為電路交換。報(bào)文交換技術(shù)工作原理：報(bào)文交換技術(shù)不需要事先建立物理線路，它將發(fā)送的數(shù)據(jù)作為一個(gè)整體發(fā)給中間交換設(shè)備。中間交換設(shè)備先將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來，然后選擇一條合適的空閑線路將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個(gè)交換設(shè)備，如此循環(huán)直至數(shù)據(jù)發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)。

N3MMMMN1N2N4N5N6HSHD3.通信網(wǎng)交換技術(shù)分組交換技術(shù)工作原理：分組交換技術(shù)是報(bào)文交換技術(shù)的改進(jìn)，它是將用戶傳送的數(shù)據(jù)劃分成一定的長(zhǎng)度，每個(gè)部分叫做一個(gè)分組。在每個(gè)分組的前面加上一個(gè)分組頭，用以指明該分組發(fā)往何地址，然后由交換機(jī)根據(jù)每個(gè)分組的地址標(biāo)志，將它們轉(zhuǎn)發(fā)至目的地，這一過程稱為分組交換。分組交換技術(shù)是在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中最廣泛使用的一種交換技術(shù).N1N2N3N4N5N6HSHDMMP3P3P3P2P2P23.通信網(wǎng)交換技術(shù)總結(jié)歸納三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)與三種火箭運(yùn)輸方案的對(duì)應(yīng)關(guān)系。電路交換技術(shù)——甲線報(bào)文交換技術(shù)——乙線分組交換技術(shù)——丙線可進(jìn)行類比的項(xiàng)目： 數(shù)據(jù)———火箭（即所需運(yùn)輸?shù)呢浳铮┲虚g交換設(shè)備———火車頭線路———鐵路線路利用率———鐵路的使用率3.通信網(wǎng)交換技術(shù)您還記得數(shù)字通信系統(tǒng)的組成嗎？您知道兩個(gè)用戶如何通信嗎？熟悉通信系統(tǒng)的組成掌握通信相關(guān)的基本概念熟悉PCM系統(tǒng)學(xué)習(xí)后續(xù)學(xué)習(xí)，您應(yīng)該能夠：二、通訊系統(tǒng)的基本概念1、通信系統(tǒng)的組成2、PCM基群幀結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容通信系統(tǒng)基本模型圖噪聲信宿接收變換器信道發(fā)送變換器信源信息信息信號(hào)信號(hào)1.通訊系統(tǒng)組成模擬通信系統(tǒng)基本組成圖噪聲收信者解調(diào)器信道調(diào)制器發(fā)信源

1.通訊系統(tǒng)組成數(shù)字通信系統(tǒng)基本組成圖噪聲源解調(diào)器收信者信道調(diào)制器信道編碼器信源編碼器發(fā)信源信道譯碼器信源譯碼器1.通訊系統(tǒng)組成2.模擬信號(hào)數(shù)字化信號(hào)（1）模擬信號(hào)（2）數(shù)字信號(hào)時(shí)間電壓010時(shí)間電壓時(shí)間電壓（1）模擬信號(hào)（2）信號(hào)采樣（3）信號(hào)量化（4）信號(hào)編碼2.模擬信號(hào)數(shù)字化

什么是數(shù)字信號(hào)？什么是模擬信號(hào)？一般來說，數(shù)字信號(hào)必須滿足在時(shí)間和信號(hào)幅值上是離散的，相反模擬信號(hào)在幅值上是連續(xù)的。數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)2.模擬信號(hào)數(shù)字化低通取樣量化編碼復(fù)用線路編碼數(shù)字傳輸或交換機(jī)線路譯碼去復(fù)用譯碼低通濾波模擬信號(hào)A/D數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)NRZHDB3HDB3NRZ數(shù)字化模型2.模擬信號(hào)數(shù)字化取樣（Sampling）是將時(shí)間和幅度都連續(xù)的模擬信號(hào)變換成時(shí)間離散的幅度連續(xù)的另一種模擬信號(hào)（脈沖幅度調(diào)制PAM信號(hào)），為了使取樣后的PAM信號(hào)能在接收端完全無失真地恢復(fù)為原始信號(hào)，取樣周期應(yīng)該滿足如下所述的奈奎斯特定理（NyquistTheorem）：

一個(gè)頻帶受限于BHz的信號(hào)可以唯一地用周期為的樣值系列確定,只要fs≥2B。

話音信號(hào)頻率范圍為300-3400Hz，國際統(tǒng)一規(guī)定取樣頻率為8KHz。2.模擬信號(hào)數(shù)字化+0.3+0.2-0.4+0.10+0.1-0.4+0.2-0.5Nq(t)(a)實(shí)現(xiàn)原理圖取樣量化Sp(t)&(t)S(t)Sq(t)(b)采樣波形Sq(t)S(t)Sp(t)5.310.27.62.15.08.113.614.27.5

510825814148&(t)2.模擬信號(hào)數(shù)字化

量化就是對(duì)取樣后的PAM信號(hào)的幅值轉(zhuǎn)換成數(shù)字的過程。量化產(chǎn)生量化噪聲，分均勻量化和非均勻量化。

均勻量化：由于對(duì)量化范圍內(nèi)的大小信號(hào)均采用相等的量化階距進(jìn)行量化，造成大信號(hào)的信噪比SNR（信號(hào)功率與量化噪聲功率之比）有富俗，而小信號(hào)的SNR又嫌不足（SNR值越大，音質(zhì)越好）。為了提高小信號(hào)的SNR，采用非均勻量化，即對(duì)大小信號(hào)分別采用不等的量化階距，對(duì)小信號(hào)采用小的量化階距，對(duì)大信號(hào)采用大的量化階距，從而使大小信號(hào)具有基本相同的SNR。2.模擬信號(hào)數(shù)字化非均勻量化的實(shí)現(xiàn):

是使信號(hào)S(t)經(jīng)過一個(gè)具有非線性特性的壓縮器進(jìn)行變換，使其小信號(hào)擴(kuò)張，而大信號(hào)被壓縮,從而得到壓縮了的信號(hào),再通過一個(gè)均勻量化器量化，這就等效于對(duì)取樣后的信號(hào)進(jìn)行非均勻量化。在收端，量化后的信號(hào)經(jīng)過具有與壓縮器相反特性的擴(kuò)張器，使得小信號(hào)得以壓縮而大信號(hào)則被擴(kuò)張，從而還原出原來的PAM信號(hào)。輸入信號(hào)輸出信號(hào)A/DD/A被壓縮數(shù)字比特流壓縮均勻PCM均勻PCM擴(kuò)張編碼器譯碼器2.模擬信號(hào)數(shù)字化

常用的壓縮特性有A律（歐洲和中國采用）和律（北美和日本采用）對(duì)數(shù)壓縮。實(shí)現(xiàn)上述連續(xù)壓擴(kuò)特性需無窮多個(gè)量化級(jí),實(shí)際上無法加以實(shí)現(xiàn),為此通常采用數(shù)字電路分段進(jìn)行壓擴(kuò)。這樣，不僅實(shí)現(xiàn)容易,而且成本低。

A律壓縮采用的就是十三折線法，一象限分8段（在橫坐標(biāo)上輸入幅度以1/2遞減規(guī)律分成8大段，分段點(diǎn)是1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128；在縱坐標(biāo)上幅度分8均勻段），1-8段斜率分別為1/4、1/2、1、2、4、8、16、16，7、8段斜率一樣；一、三象限對(duì)稱，故共13折線段。A律壓擴(kuò)特性13折線近似圖2.模擬信號(hào)數(shù)字化編碼就是把量化的幅度信號(hào)變成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的過程，中國采用A律13折線壓縮編碼，規(guī)則如下:

信號(hào)樣值有正有負(fù),要用一位碼來表示，這一位碼叫極性碼。正極性以比特“1”表示，負(fù)極性以比特“0”表示。

13折線壓縮律在第一象限有8大段，每一段斜率不同，故需要用3位碼表示8個(gè)不同的段落，這3位叫段落碼，它們也表示各段的起始電平。在每段落內(nèi)再均勻分為16個(gè)小段，這4位叫段內(nèi)碼。由于各段長(zhǎng)度均不同，均分后各段內(nèi)的小段的長(zhǎng)度也不等。

D1D2D3D4D5D6D7D8

極性碼段落碼段內(nèi)碼2.模擬信號(hào)數(shù)字化取樣速率8KHz，每路信號(hào)編碼后速率64KHzD(t)S(t)2.模擬信號(hào)數(shù)字化為什么采用非線性編碼？采用均勻（線性）量化法：由于量化誤差對(duì)大小信號(hào)一樣，使小信號(hào)信噪比較大，通信質(zhì)量較差為什么叫A律13折線？實(shí)際有16條折線，但是其中4條折線的斜率相同，看作一條直線思考題帶寬帶寬帶寬又叫頻寬是指在固定的的時(shí)間可傳輸?shù)馁Y料數(shù)量，亦即在傳輸管道中可以傳遞數(shù)據(jù)的能力。在數(shù)字設(shè)備中，頻寬通常以bps表示，即每秒可傳輸之位數(shù)。在模擬設(shè)備中，頻寬通常以每秒傳送周期或赫茲Hertz(Hz)來表示。

基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)基帶信號(hào)即直接由信息轉(zhuǎn)換得到的電信號(hào)，這種信號(hào)的頻率都是比較低的，含有低頻成分?；鶐盘?hào)經(jīng)過各種正弦調(diào)制后，把基帶信號(hào)的頻譜搬移到比較高的頻率范圍，這種信號(hào)稱為頻帶信號(hào)。時(shí)分復(fù)用技術(shù)？時(shí)分復(fù)用技術(shù)（time-divisionmultiplexing,TDM,TDMA）是將不同的信號(hào)相互交織在不同的時(shí)間段內(nèi)，沿著同一個(gè)信道傳輸；在接收端再用某種方法，將各個(gè)時(shí)間段內(nèi)的信號(hào)提取出來還原成原始信號(hào)的通信技術(shù)。這種技術(shù)可以在同一個(gè)信道上傳輸多路信號(hào)時(shí)分制時(shí)隙分配示意圖時(shí)分多路復(fù)用原理示意圖2.PCM的基群和高次群PCM的高次群由若干個(gè)低次群通過數(shù)字復(fù)接設(shè)備匯總而成。由于基群有上述兩種系統(tǒng)，所以高次群（二次群、三次群……）也有兩個(gè)系列，如下所示。16幀,125s×16=2msF0F15

01151617303132時(shí)隙,256bit,125s,1幀保留給國際用(目前固定為1)同步時(shí)隙話路時(shí)隙TS1-TS15話路時(shí)隙TS17-TS31F0幀同步碼D1D2D3D4D5D6D7D8偶幀奇幀幀失步對(duì)告碼A1：F1

abcdabcd話路16信令碼話路1信令碼

11A111111保留給國際用(目前固定為1)F15

abcdabcd話路15信令碼話路30信令碼同步:A1=0;A2=0失步:A1=1;A2=1

10011011

00001A211復(fù)幀同步碼復(fù)幀對(duì)步碼3.PCM基群幀結(jié)構(gòu)(30/32)抽樣頻率為8000Hz（周期為125μs），1s=10-6μs對(duì)每一話路每抽樣一次經(jīng)過量化可以編成8位碼組，占用一個(gè)時(shí)隙。30/32路PCM系統(tǒng)中，32路復(fù)用125us。這32路時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)“幀”。而16幀又合成一個(gè)復(fù)幀。

計(jì)算幾個(gè)數(shù)據(jù)：1幀時(shí)長(zhǎng)為125μS，1時(shí)隙的時(shí)長(zhǎng)為125/32=3.9μS，一個(gè)復(fù)幀占用2ms。1幀的位長(zhǎng)：8×32=256位。信道的速率：256位/幀×8000幀/秒=2048KBPS話路的速率：8位/路×8000路/秒=64KBPS一個(gè)模擬信號(hào)的帶寬最大為4K(300~3000HZ).數(shù)字信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)靠犧牲帶寬獲得的。3.PCM基群幀結(jié)構(gòu)(30/32)三、信息網(wǎng)的發(fā)展主要內(nèi)容1.網(wǎng)絡(luò)融合2.下一代網(wǎng)絡(luò)NGN手機(jī)電視車載電視..….IPTV、VOD、..….IP電信業(yè)務(wù)廣播業(yè)務(wù)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)固網(wǎng)業(yè)務(wù)移動(dòng)業(yè)務(wù)IMEMAIL網(wǎng)絡(luò)游戲..….三網(wǎng)業(yè)務(wù)融合是發(fā)展趨勢(shì)業(yè)務(wù)模式是融合研究的關(guān)鍵1.網(wǎng)絡(luò)融合終端簡(jiǎn)單語音業(yè)務(wù)為主多媒體業(yè)務(wù)/數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主終端智能化ATM網(wǎng)絡(luò)IP網(wǎng)絡(luò)固定網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)IP承載網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)接入網(wǎng)無線接入網(wǎng)寬帶接入網(wǎng)傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)IMS網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的多樣化業(yè)務(wù)的開放性終端的智能化終端的融合性終端的多樣性網(wǎng)絡(luò)的歸一化網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)單化網(wǎng)絡(luò)的融合性融合來自用戶和運(yùn)營商的驅(qū)動(dòng)力用戶體驗(yàn)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)技術(shù)發(fā)展體驗(yàn)生活、享受成功

GROWTHFMC電信網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)電視傳播網(wǎng)絡(luò)公共電話網(wǎng)（PSTN）分組交換網(wǎng)