現(xiàn)代通信網(wǎng)概論第3章課件

第三章電話通信網(wǎng)3.1電話通信網(wǎng)的基本概念3.2固定電話通信網(wǎng)3.3移動電話通信網(wǎng)3.4公眾移動電話通信網(wǎng)3.5數(shù)字移動電話通信網(wǎng)3.6集群移動通信系統(tǒng)3.7未來的移動電話通信網(wǎng)3.1電話通信網(wǎng)的基本概念3.1.1電話通信的概念 電話（Telephone）的含義是指利用電的方法傳送人的語言的一門通信技術(shù)科學(xué)的總和。利用電的方法傳送人的語言并完成遠(yuǎn)距離語音通信過程，必然包括聲、電轉(zhuǎn)換等在內(nèi)的電路和器械。 考慮到傳輸線路設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，常用的通話電路框圖如圖3.1所示。圖3.1二線雙向電話電路框圖 圖中的送話器、受話器、消測音電路和混合電路等構(gòu)成了電話機(jī)，完成聲、電轉(zhuǎn)換和電、聲轉(zhuǎn)換的任務(wù)。（1）按通信傳輸手段分：可分為有線電話通信網(wǎng)、無線電話通信網(wǎng)和衛(wèi)星電話通信網(wǎng)等。（2）按通信服務(wù)區(qū)域分：可分為農(nóng)話網(wǎng)、市話網(wǎng)、長話網(wǎng)和國際網(wǎng)或局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)等。（3）按通信服務(wù)對象分：可分為公用電話通信網(wǎng)、保密電話通信網(wǎng)和軍用電話通信網(wǎng)等。（4）按通信傳輸處理信號形式分：可分為模擬電話通信網(wǎng)和數(shù)字電話通信網(wǎng)等。（5）按通信活動方式分：可分為固定電話通信網(wǎng)和移動電話通信網(wǎng)等。3.2固定電話通信網(wǎng)3.2.1固定電話通信網(wǎng)概念 通信網(wǎng)不管是如何分類、實(shí)現(xiàn)何種業(yè)務(wù)、服務(wù)何種范圍，其網(wǎng)絡(luò)基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式是一致的。圖3.3長途電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖二、本地固定電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu) 本地固定電話通信網(wǎng)簡稱本地網(wǎng)。本地網(wǎng)是指在同一個長途編號區(qū)內(nèi)，由若干個端局和匯接局及局間中繼、長市中繼、用戶線、電話機(jī)等要素所組成的電話通信網(wǎng)。1．本地網(wǎng)的類型 自20世紀(jì)90年代中期，我國開始組建起以地（市）級以上城市為中心城市的擴(kuò)大本地網(wǎng)。 （1）特大和大城市本地網(wǎng) 以特大和大城市為中心，中心城市與所轄郊縣（市）共同組成的本地網(wǎng)，簡稱特大和大城市本地網(wǎng)。 （2）中等城市本地網(wǎng) 以中等城市為中心，中心城市與該城市的郊區(qū)或所轄郊縣（市）共同組成的本地網(wǎng)，簡稱中等城市本地網(wǎng)。圖3.4本地電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖3.3移動電話通信網(wǎng)3.3.1移動電話通信網(wǎng)概述 在通信領(lǐng)域，人類有一個夢想，那就是無論任何人（Whoever）在任何時間（Whenever）、任何地點(diǎn)（Wherever）都能和任何另外一個人（Whoever）進(jìn)行任何方式（Whatever）的信息交流，即個人通信。 與固定電話通信相比，移動電話通信主要有以下幾個特點(diǎn)。1．無線傳輸信道 移動電話通信的傳輸信道必然是無線信道或部分使用無線信道。在移動電話通信中，至少有一方處于運(yùn)動狀態(tài)，雙方只能通過無線電波進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。2．電波傳輸環(huán)境復(fù)雜 移動臺常常運(yùn)動于建筑群或其它障礙物中，接收的電波場強(qiáng)受地形、地物的影響而隨時發(fā)生變化。5．設(shè)備的要求高 由于移動電話通信設(shè)備都是手持機(jī)或車載臺，要求移動臺要體積小、重量輕、省電，而且要求操作簡單、維修方便，保證在振動、碰撞、高溫等惡劣環(huán)境下能正常工作。6．用戶量大但頻率有限 有限的頻率資源決定了有限的信道數(shù)目，它和日益增長的用戶量是一對矛盾。二、移動電話通信的分類 （1）按設(shè)備的使用環(huán)境分：可分為陸地移動電話通信、海上移動電話通信、航空移動電話通信。 （2）按服務(wù)對象分：可分為公用移動電話通信和專用移動電話通信。 （3）按應(yīng)用系統(tǒng)分：可分為蜂窩移動電話系統(tǒng)、專用調(diào)度電話、集群調(diào)度移動電話、公用無繩電話系統(tǒng)、移動衛(wèi)星電話通信系統(tǒng)等。三、移動電話通信的發(fā)展概況 移動電話通信從總體上講可分為三代。通常將20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)的模擬蜂窩移動電話、模擬無繩電話和模擬集群電話等作為第一代移動電話通信系統(tǒng)（1G），而將20世紀(jì)80年代末開發(fā)的數(shù)字蜂窩、數(shù)字無繩電話和數(shù)字集群電話作為第二代移動電話通信系統(tǒng)（2G），將國際電信聯(lián)盟（ITU）正在組織進(jìn)行研究的未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)（FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem，F(xiàn)PLMTS，之后改名為IMT-2000）定為第三代移動電話通信系統(tǒng)（3G）。2．第二代——數(shù)字移動電話通信系統(tǒng)（2G） 第二代的主要特征為數(shù)字技術(shù)，仍是多種系統(tǒng)，但每種系統(tǒng)中的技術(shù)體制有所減少，數(shù)字蜂窩有GSM、DAMPS、CDMA三種；數(shù)字無繩電話有DECT、PHS、PACS等幾種；數(shù)字集群有iDEN、TETRA、FHMA等幾種。3．第三代移動電話通信系統(tǒng)——IMT-2000（3G） 第三代移動電話通信系統(tǒng)最初稱為未來公眾移動電話通信系統(tǒng)（FPLMTS），后改稱為IMT-2000，意指在2000年左右開始商用并工作在2000MHz頻段上的國際移動電話通信系統(tǒng)。3.3.2移動電話通信系統(tǒng)一、移動電話通信系統(tǒng)組成 移動電話通信系統(tǒng)由移動通信交換局（MTX）、基站（BS）、移動臺（MS）及局間和局站間中繼線等要素組成，如圖3.6所示。二、移動電話通信的工作方式 根據(jù)移動電話通信使用頻率情況和操作狀態(tài)可分為三種工作方式；單工制、半雙工制和雙工制。1．單工制（1）單頻單工 單頻指電話通信的雙方使用相同的工作頻率；單工指通話雙方的操作采用“按-講”方式進(jìn)行。 （2）雙頻單工 雙頻單工指通話雙方使用兩個頻率作收、發(fā)或發(fā)、收頻率，操作仍采用“按-講”方式。優(yōu)缺點(diǎn)與同單頻單工大致相同。2．半雙工制 半雙工制指通信的雙方，一方收、發(fā)信機(jī)同時工作，且使用兩個頻率的通信方式為雙工制；而另一方采用雙頻單工方式。3．雙工制 雙工制指電話通信雙方的收、發(fā)信機(jī)同時工作，并使用兩個頻率，通話如同使用普通電話機(jī)一樣。采用這種方式，因收、發(fā)信機(jī)總是工作著，電能消耗大，這對使用電池為電源的移動臺是不利的。因此，某些系統(tǒng)保留了“講話”開關(guān)，讓移動臺接收機(jī)總是工作，發(fā)射機(jī)僅在講話時工作，稱這種方式為準(zhǔn)雙工，也可與雙工制兼容。（1）大區(qū)式大區(qū)式基站的覆蓋區(qū)半徑在25～40km左右。（2）中區(qū)式中區(qū)式基站覆蓋半徑為15～20km，整個服務(wù)區(qū)由一個或幾個發(fā)信基站及幾個收信基站構(gòu)成，重復(fù)使用頻道的兩個基站，其相距要比大區(qū)式的近，提高了頻道利用率，但網(wǎng)的構(gòu)成較為復(fù)雜。（3）小區(qū)式 由若干個半徑約為2～10km的小覆蓋區(qū)組成一個小區(qū)群，再由幾個這樣的小區(qū)群構(gòu)成所需大服務(wù)區(qū)。四、移動電話通信網(wǎng)入網(wǎng)方式 移動電話通信網(wǎng)可以從用戶級進(jìn)入市話網(wǎng)，也可以從市話網(wǎng)的支局、分局或匯接局進(jìn)入市話網(wǎng)。五、移動電話通信網(wǎng)信令系統(tǒng) 由各種控制、操作和應(yīng)答信號組成的系統(tǒng)就是信令系統(tǒng)。例如電話系統(tǒng)使用的撥號音、忙音、回鈴音等是電話中的幾個信令。 信令按功能可分為五類： （1）狀態(tài)標(biāo)志信令：是表明設(shè)備和傳輸通道狀態(tài)的信號，如摘機(jī)、掛機(jī)、占線等。（2）操作指示信令：如撥號音、振鈴、指配或轉(zhuǎn)換頻道釋放及拆線等。（3）撥號信令。（4）選擇呼叫信令。（5）控制指令：是移動電話通信網(wǎng)特有的，包括控制基臺與移動臺之間無線頻道的指配、連接、轉(zhuǎn)移、停止（拆線）的控制信令；拔叫信令；應(yīng)答信令以及用于監(jiān)控和狀態(tài)顯示的頻道占用、空閑、移動臺位置、功率等信令。六、移動電話通信網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 移動電話通信系統(tǒng)能否達(dá)到業(yè)務(wù)需要所定的通信質(zhì)量、服務(wù)面積、用戶數(shù)量等方面的目標(biāo)，同時能否在經(jīng)濟(jì)上支付最小的成本費(fèi)用，這在很大程度上取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否優(yōu)化。3.4公眾移動電話通信網(wǎng)3.4.1900MHz蜂窩模擬移動電話通信網(wǎng)組成 900MHz蜂窩模擬移動電話通信網(wǎng)一般由移動臺（MS，即用戶終端）、基站（BS）、移動電話交換控制中心（MSC）以及與公眾電話網(wǎng)（PSTN）相連接的中繼線、各基站與控制中心間的中繼線、基站與移動臺之間的無線信道等組成，它是一個有線、無線相結(jié)合的綜合通信網(wǎng)。一、移動電話交換控制中心 移動電話交換控制中心（MSC）是整個移動電話通信網(wǎng)的核心，它具有智能化功能。 它本身應(yīng)具備如下具體功能。 （1）出局接續(xù)：當(dāng)移動用戶呼叫局外的固定用戶時，應(yīng)根據(jù)被叫用戶號選擇路由，完成雙向無線中繼（BWT）與出局中斷（OGT）之間的接續(xù)，并按不同的交換制式發(fā)送相應(yīng)的局間信號。（2）入局接續(xù)：當(dāng)局外的固定電話用戶呼叫本局的移動客戶時，首先從入局中繼（ICT）收到被叫客戶號碼，選擇空閑的雙向無線中繼（BWT）并與入局中繼線相接，按收到的客戶號碼向無線設(shè)備發(fā)出選呼信號。（3）本局各無線中繼之間的接續(xù)：當(dāng)移動用戶呼叫本局其他移動用戶時，應(yīng)根據(jù)被叫客戶號碼識別出本局號，然后找出空閑的無線中繼與主叫用戶所占用的無線中繼相接，并向無線設(shè)備發(fā)送被叫的選呼信號。 （4）另外，它還應(yīng)具有對移動臺的位置登記、無線信道指配、越區(qū)切換的處理、漫游用戶的確認(rèn)和通話計(jì)費(fèi)等功能。二、基站 基站設(shè)備主要由收、發(fā)信號機(jī)（根據(jù)信道的需要）、移動電話交換局與無線信道接口架、電源架及天線、饋線等組成。三、移動臺 移動臺，即用戶終端設(shè)備。它有車載式、手持式、便攜式及固定式等類型。主要由雙工濾波器、收發(fā)信單元、控制部分、操作部分及電源等組成，完成的主要功能是收信與發(fā)信。四、中繼線 中繼線是連接移動電話交換控制中心設(shè)備與公眾電話網(wǎng)設(shè)備、基地站設(shè)備的線路。它可以采用雙絞線、電纜、微波、光纜等傳輸媒介，用來傳遞數(shù)據(jù)信號和語音信號。五、無線信道 無線信道通常包括兩種信道：語音信道（VC）和控制信道（CC）。1．語音信道 語音信道主要用于傳遞語音信號，它的占用和空閑受移動電話交換中心的控制和管理。 監(jiān)測音是當(dāng)語音信道發(fā)射機(jī)啟動后，在語音傳輸期間由基站語音信道單元連續(xù)不斷地發(fā)出帶外音（5970Hz或6000Hz或6030Hz），經(jīng)移動臺環(huán)回。2．控制信道 控制信道用來傳送系統(tǒng)控制數(shù)據(jù)信息。3.4.2公眾蜂窩模擬移動電話通信網(wǎng)制式和區(qū)域 國際上成熟的900MHz公眾蜂窩模擬移動電話通信網(wǎng)所用的制式有美國的AMPS（AdvancedMobilePhoneService）制、日本的HCMTS（HighCapacityMobileTelephoneSystem）制和英國的TACS（TotalAccessCommunicationSystem）制。它們都是組成小區(qū)制移動電話通信網(wǎng)的系統(tǒng)制式，我國采用TACS制式。1．無線覆蓋區(qū) 由甚高頻（VHF）和特高頻（UHF）的傳播特性知道，一個基站只能在其天線高度的視距范圍內(nèi)為移動客戶提供服務(wù)。2．交換控制區(qū) 交換控制區(qū)受一個移動電話交換機(jī)控制，由若干個無線覆蓋區(qū)構(gòu)成。3．服務(wù)區(qū) 由若干個交換控制區(qū)組成的整個移動電話通信網(wǎng)所包括的區(qū)域就稱之為服務(wù)區(qū)。3.4.3公眾蜂窩模擬移動電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu) 在考慮建設(shè)公眾蜂窩移動電話通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時，應(yīng)遵循以下原則： （1）要適合我國地域廣大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡的特點(diǎn)。 （2）既要考慮目前實(shí)現(xiàn)的可能性，又要考慮到今后的發(fā)展。 （3）應(yīng)便于完成越局（區(qū)）信道自動轉(zhuǎn)接和漫游通信。 （4）不應(yīng)對現(xiàn)有公眾電話網(wǎng)作重大改變。 （5）建網(wǎng)要經(jīng)濟(jì)。綜合考慮以上各因素的影響，移動電話通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為以下五種：一、單基站小容量移動電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu) 顧名思義單基站小容量移動電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)是由一個基站構(gòu)成的移動電話通信網(wǎng)，移動用戶通過市話局進(jìn)入公眾電話網(wǎng)，如圖3.10所示。圖3.10單基站小容量移動電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖二、移動電話交換機(jī)的中、小容量 移動電話網(wǎng)結(jié)構(gòu) 移動電話交換機(jī)的中、小容量移動電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)是指為了實(shí)現(xiàn)移動用戶和移動用戶之間或移動用戶和市話用戶之間的通信，移動通信網(wǎng)中的移動交換局可作為一個市話端局接入公眾電話長途網(wǎng)絡(luò)等級體制之中；并且視業(yè)務(wù)量情況，還可越級與長途交換中心或鄰區(qū)長途交換中心建立高效直達(dá)路由。三、混合式區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的大、中容量 移動電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu) 當(dāng)多個移動交換區(qū)進(jìn)行區(qū)域聯(lián)網(wǎng)時就構(gòu)成了大、中容量移動電話通信網(wǎng)。四、疊加式區(qū)域聯(lián)網(wǎng)的大、中容量 移動電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu) 這種網(wǎng)是一種具有自己層次（等級）結(jié)構(gòu)和獨(dú)立編號計(jì)劃及網(wǎng)號的網(wǎng)。3.4.4公眾蜂窩式模擬移動電 話入網(wǎng)方式一、用戶集線器方式 用戶集線器方式是指通過專用的集線器設(shè)備，使多個用戶共用少量的中繼線進(jìn)行通信的方式。二、中繼線方式 中繼線方式是用中繼線將移動電話網(wǎng)與公眾電話交換網(wǎng)連接起來。3.5數(shù)字移動電話通信網(wǎng) 數(shù)字移動電話通信網(wǎng)是針對模擬移動電話通信網(wǎng)存在的具體問題（例如，擴(kuò)容受限、電話容易被盜打、相互間易串音等），利用先進(jìn)的數(shù)字處理設(shè)備和技術(shù)發(fā)展起來的移動電話通信形式。3.5.1數(shù)字移動電話通信網(wǎng)組 網(wǎng)方式1．從長期經(jīng)濟(jì)意義上講是合理的 雖然建設(shè)初期，由于網(wǎng)的規(guī)模小，業(yè)務(wù)量小，會顯得投入大，資金回收慢，但隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國的移動電話用戶將越來越多。2．便于網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管理，計(jì)費(fèi)結(jié)算 移動電話通信最大的特點(diǎn)就是用戶總處在一個不固定的位置上，處在不斷的運(yùn)動之中。3．有利于移動電話業(yè)務(wù)的發(fā)展 數(shù)字公共移動電話網(wǎng)的最終目標(biāo)是向客戶提供ISDN業(yè)務(wù)，所以在充分利用現(xiàn)有公眾電話網(wǎng)，并不對其有重大改變的前提下，建立獨(dú)立移動電話網(wǎng)，可先在移動電話用戶間提供ISDN業(yè)務(wù)，隨著ISDN網(wǎng)的長遠(yuǎn)發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)移動電話網(wǎng)與ISDN網(wǎng)、PSPDN網(wǎng)的互通。3.5.2數(shù)字移動電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)一、本地移動電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu) 一個本地網(wǎng)一般建一至兩個移動匯接局（CMSC）。以北京為例，北京本地移動電話通信網(wǎng)的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量大、范圍廣，有多個移動交換中心（MSC）。二、省內(nèi)數(shù)字移動通信網(wǎng)結(jié)構(gòu) 全省的網(wǎng)絡(luò)是由省內(nèi)各本地網(wǎng)構(gòu)成的。省內(nèi)一般有若干個移動匯接中心（稱二級匯接中心或省級匯接中心）。省內(nèi)每個端局出于安全性考慮，至少應(yīng)與省內(nèi)兩個二級匯接中心相連。三、全國數(shù)字移動電話通信網(wǎng)結(jié)構(gòu) 我國GSM移動電話通信網(wǎng)目前按大區(qū)設(shè)立一級移動匯接中心、省內(nèi)設(shè)立二級移動匯接中心、移動電話通信網(wǎng)的本地網(wǎng)設(shè)立本地匯接中心（或端局）。四、信令網(wǎng)結(jié)構(gòu) GSM移動電話通信網(wǎng)無論對內(nèi)還是對外必須建立規(guī)范和統(tǒng)一的信令網(wǎng)，以傳遞與移動電話業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)和各種信令信息。 （1）全國數(shù)字信令網(wǎng)結(jié)構(gòu)。 （2）信令網(wǎng)尋址方式。五、中國聯(lián)通數(shù)字移動電話通信網(wǎng) 每個國家有一個或多個公眾移動電話通信網(wǎng)。3.6集群移動通信系統(tǒng) 集群移動通信系統(tǒng)是多信道共用的專業(yè)移動電話通信系統(tǒng)，它可以向正在申請服務(wù)的設(shè)備或用戶自動分配信道，通過頻率共用，有效地利用頻率資源。同時，通過基礎(chǔ)設(shè)施的集中使用及控制。有效降低用戶組網(wǎng)費(fèi)用。3.6.1集群系統(tǒng)的概念與特點(diǎn) “集群”是專用業(yè)務(wù)移動電話通信系統(tǒng)高層次發(fā)展的形式?！凹骸笔怯⑽摹癟runking或Trunked”的意譯。3.6.2集群移動通信系統(tǒng)組網(wǎng)方式 集群移動通信系統(tǒng)的組網(wǎng)方式有下列四種：單區(qū)、單點(diǎn)、單中心的網(wǎng)絡(luò)；單區(qū)、多點(diǎn)、單中心的網(wǎng)絡(luò)；多區(qū)、多中心的網(wǎng)絡(luò)；多區(qū)、多層次、多中心的網(wǎng)絡(luò)。一、單區(qū)、多點(diǎn)、單中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 單區(qū)、多點(diǎn)、單中心的網(wǎng)絡(luò)適用于一個地區(qū)內(nèi)若干部門共同使用集群移動通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用戶通信自成系統(tǒng)而網(wǎng)內(nèi)頻率資源共享。二、多區(qū)、多中心、多層次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 作為全國范圍或較大區(qū)域（如長江、珠江三角洲等區(qū)域）建立以一個專業(yè)部門（如電力、交通、鐵路、公安等部門）為主的集群移動通信網(wǎng)，應(yīng)采用多區(qū)、多中心、多層次的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。3.6.3集群移動電話通信系 統(tǒng)的工作方式 移動通信系統(tǒng)的工作方式按通話狀態(tài)、頻率和使用方法可分為單工、半雙工和雙工制三類。目前，集群移動通信系統(tǒng)（TrunkingSystem）大多采用半雙工方式工作。3.6.4集群移動通信系統(tǒng)進(jìn)入 市話網(wǎng)的方式 有線電話較早就構(gòu)成能交換的通信網(wǎng)，移動電話通信網(wǎng)則是在有線電話交換網(wǎng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。移動用戶進(jìn)入市話網(wǎng)的技術(shù)，實(shí)際也就是移動電話網(wǎng)進(jìn)入市話網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)。 集群移動通信系統(tǒng)用戶進(jìn)入有線市話網(wǎng)的方式主要有半自動直撥中繼方式和全自動雙向模擬中繼方式兩種。一、半自動直撥中繼方式 半自動直撥中繼方式是通過移動用戶總機(jī)進(jìn)入市話網(wǎng)的，聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3.17所示。其工作原理可簡述為五點(diǎn)。 （1）集群控制中心的出中繼線連到市話用戶線C上，構(gòu)成移動用戶呼叫有線用戶的通道。圖3.17出入中繼連接方式示意圖（2）集群控制中心的入中繼線連接到市話用戶線D上，構(gòu)成市話局方呼叫移動用戶方的通道；用戶線D的號碼（XXXXXXX）便為控制中心入中繼線所有；亦即入中繼線編入市話局的編號。（3）移動用戶呼叫有線用戶時，通過撥出該有線用戶號碼，經(jīng)由出中繼而送往市話交換機(jī)用戶C上，市話交換機(jī)即可實(shí)現(xiàn)自動呼通及接續(xù)，故稱為全自動呼出方式。（4）市話有線用戶呼叫移動用戶時，有線用戶首先撥出無線方向的出中繼號碼（用戶線D的號碼及