通信原理教程13.ppt

1、1,第十三章 通信網(wǎng),13.1 通信網(wǎng)的類型 通信系統(tǒng)分類： 專線：兩點之間有一條鏈路。 通信網(wǎng)：通信網(wǎng)由若干通信鏈路和交換設備組成。 鏈路：占用給定頻帶和物理空間的信號通路。這個物理空間可以是自由空間，也可以是一條用于傳導電磁信號的媒體。,2,通信網(wǎng)按照拓撲結(jié)構(gòu)分類：,3,通信網(wǎng)按照功能分類： 電報網(wǎng) 電話網(wǎng) 電傳(Telex)網(wǎng) 電視網(wǎng) 綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN） 窄帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（N-ISDN） 寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）,4,13.2 電話網(wǎng) 13.2.1電話網(wǎng)的結(jié)構(gòu) 電話網(wǎng)：由交換設備、傳輸線路和電話機組成。 電話網(wǎng)分類： 專用交換電話網(wǎng) 公共交換電話網(wǎng)（PSTN）：按覆蓋

2、范圍區(qū)分為 本地電話網(wǎng)：在一個統(tǒng)一號碼長度的編號區(qū)內(nèi)，由電話機、用戶線、用戶端局（簡稱端局）、匯接局、局間中繼線和長市中繼線組成。 匯接局：匯聚各端局的連接，并與其他匯接局連接 局間中繼線：連接各端局和匯接局 國內(nèi)長途電話網(wǎng)：采用分級匯接制，它包含4個等級的交換中心，即大區(qū)交換中心（C1），為省交換中心(C2)，地區(qū)交換中心(C3)和縣市交換中心（C4）。 國際長途電話網(wǎng),5,6,13.2.2電話網(wǎng)中的交換 空分交換：即電路交換 時分交換：采用時分復用PCM體制。只需將分配給各用戶的 時隙位置搬移，即可達到交換的目的。,7,13.2.3 電話網(wǎng)中的信令 用戶信令：目前我國電話機送出的用戶信令都

3、是模擬信令 撥號脈沖：用直流脈沖的數(shù)目表示電話號碼，平均每個阿拉伯數(shù)字需用0.5 s時間，故速度較慢。 雙音多頻(DTMF) ：從8個不同頻率單音中選取兩個的組合表示1位電話號碼，每位數(shù)字僅需約0.08 s的時間。 局間信令：一般為數(shù)字信令 隨路信令：信令和用戶語音在同一信道中傳輸。 共路信令：通過一個獨立的信令網(wǎng)絡傳輸。,8,信令的功能和運行,9,13.2.4 電話網(wǎng)的性能指標 話務量 流入話務量A的定義： 式中，h 每次呼叫平均持續(xù)時間（小時 / 次）； 單位時間內(nèi)平均呼叫次數(shù) （次/小時）。 流入話務量表示每小時中平均線路占用時間。 成功話務量A0的定義： 式中， 0 單位時間（1小時）

4、內(nèi)呼叫成功次數(shù)； 呼損率 定義：損失的話務量(A A0)與流入話務量A之比 成功話務量和呼損率之間的關系,10,13.3 數(shù)據(jù)通信網(wǎng) 13.3.1 概述 按照覆蓋范圍分類： 局域網(wǎng)LAN (Local Area Network) 城域網(wǎng)MAN (Metropolitan Area Network) 廣域網(wǎng)WAN (Wide Area Network) 個（人區(qū)）域網(wǎng)PAN(Personal Area Network) 無線個域網(wǎng)WPAN(Wireless Personal Area Network) 按照傳輸方式分類： 有線數(shù)據(jù)通信網(wǎng) 無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)： 無線局域網(wǎng)WLAN(Wireless L

5、AN)或RLAN(Radio LAN) 按照用途分類： 專用數(shù)據(jù)網(wǎng) 公共數(shù)據(jù)網(wǎng)：增值網(wǎng)、信息交換網(wǎng),11,13.3.2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的交換 電路轉(zhuǎn)接 信息轉(zhuǎn)接：“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)” 報文交換(Message-switching) 分組交換(Packet-switching) 13.3.3 分組交換原理 分組交換時，首先將輸入數(shù)據(jù)分成長度相同的分組，然后按照高級數(shù)據(jù)鏈路控制（HDLC）規(guī)程，附加上地址和其他控制信息，組成一幀，再發(fā)送出去。 HDLC是一種由國際標準化組織（ISO ）制定的國際標準。,12,HDLC的幀結(jié)構(gòu) 標志字段F： “01111110” 消息中，發(fā)現(xiàn)有5個連“1”，則立即插入一個“

6、0” 。 地址字段A： A共有8 b：全“1”是廣播地址、全“0”是無效地址。 地址字段長度的擴展。,13,控制字段C： 長度為8 b，用于信令、應答和管理等。 按照其第1比特或第1和2比特的取值不同，將HDLC幀分為3類： 信息幀I 監(jiān)督幀S 無編號幀U,14,監(jiān)督幀第34位的功能 信息字段I：信息字段I的長度可以任意規(guī)定，但是其中定義的每個字符的比特數(shù)必須是固定的。 幀校驗序列FCS：標志F不在監(jiān)督范圍內(nèi) 循環(huán)碼生成多項式為：x16 + x12 + x5 + 1,15,13.3.4開放系統(tǒng)互連參考模型,16,物理層：提供一個透明傳輸比特流的物理連接。 數(shù)據(jù)鏈路層：負責在兩個相鄰節(jié)點間的鏈路

7、上，以幀為單位無差錯地傳輸數(shù)據(jù)。 網(wǎng)絡層：負責選擇適當?shù)穆酚珊徒粨Q節(jié)點 。 運輸層：負責在網(wǎng)絡內(nèi)的兩個實體之間建立一條端到端的信道，傳送數(shù)據(jù)的單位是報文。 對話層：負責網(wǎng)絡登錄和注銷、身份鑒別和運作方式等，以建立一次“對話”的邏輯連接關系。 表示層：作必要的編碼或語法變換，使不同類型的設備能夠互相通信。 應用層：確定進程之間通信的性質(zhì)以滿足用戶的需要。 報頭 為了實現(xiàn)各層的功能，各層需要在上一層送來的數(shù)據(jù)分組前加上報頭。,17,13.4 綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN) 13.4.1 窄帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN) N-ISDN的信道類型： 3種標準信道 B信道：傳輸速率為64 kb/s，用于傳

8、輸數(shù)字語音或數(shù)據(jù)等 用戶數(shù)字信息。 D信道：傳輸速率為16或64 kb/s，用于傳輸信令、遙控信 息和（或）分組數(shù)據(jù)等。 H信道：用于傳輸用戶信息，有3種不同的傳輸速率，即 H0信道 傳輸速率為384 kb/s， H1信道：又分兩種速率 H11信道 傳輸速率為1 536 kb/s， （主要用于北美、日本和韓國等） H12信道 傳輸速率為1 920 kb/s， （主要用于歐洲和中國大陸）,18,N-ISDN的接口：分兩種 第1種接口：適用于家庭用戶或小單位 TE1：第1類ISDN終端設備。 NT1：第1種網(wǎng)絡終端，在物理層以時分復用方式支持多個信道（即2B+D）輸入。 T：NT1和TE1的接口參

9、考點，最多接8個TE1。 U： NT1和ISDN的接口參考點,19,第2種接口：適用于大單位 TE2：第2類終端設備(非ISDN終端設備）。 TA：終端適配器，它將用戶數(shù)據(jù)變換成ISDN的數(shù)據(jù)格式，并在需要時加入附加的信令。 R：非ISDN終端和TA的接口參考點。 NT2：第2種網(wǎng)絡終端，是有智能的， 并且可能有集中和交換功能。 S：NT2的接口參考點，可以有多個。,20,網(wǎng)絡-用戶物理接口的標準結(jié)構(gòu) 基本速率接口（BRI）：適合小容量用戶，2B + D B：64 kb/s；D: 16 kb/s 總速率：2B+D+開銷 = 192 kb/s 基群速率接口（PRI）：適合大容量用戶， nB +

10、D B：64 kb/s；D: 64 kb/s 歐洲和中國大陸等地：30B+D+開銷 = 2048 kb/s 北美、日本和韓國等地：23B+D開銷 = 1544 kb/s H信道接口：例 (5H0 + D)組成2048 kb/s的基群接口 4H0或(3H0 + D)組成1544 kb/s的基群接口 B信道和H信道組成的混合接口,21,13.4.2 寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN) 有關概念 信息傳遞方式（ITM） ：包括信息在電信網(wǎng)絡中的復用、傳輸和交換。 信元(cell)： 它是長度固定的一個數(shù)據(jù)分組。 異步傳遞方式（ATM）: 在這種傳遞方式的時分復用信號中，一個用戶的信息信元不一定是周期

11、性地出現(xiàn)的。 同步傳遞方式（STM）: 在這種傳遞方式的時分復用信號中，將信元周期性地輪流提供給各個用戶。 異步時分復用：它是指將每個時隙的信元，按照各個用戶的瞬時實際需要，不固定地分配給各用戶。 同步時分復用：它是支持STM的時分復用技術(shù)。 ITU-T建議：在B-ISDN中采用ATM作為B-ISDN中的信息傳遞方式。,22,B-ISDN的協(xié)議參考模型 模型分成3個平面：用戶平面、控制平面和管理平面 用戶平面共分4層：物理層、ATM層、ATM適配層和更高層(higher layers)。,23,物理層：和OSI參考模型中的第1層功能基本相同。 ATM層：使信息在其中透明傳輸。其功能是負責連接和

12、復用。 ATM適配層：其功能是提供各種業(yè)務、進行信元的裝配和拆卸、解決傳輸抖動、進行流量控制和差錯控制等。 更高層：用戶層，其功能還有待研究。,24,ATM網(wǎng)絡的結(jié)構(gòu)：由用戶網(wǎng)絡和傳輸網(wǎng)絡組成 用戶網(wǎng)絡：由終端設備TE、網(wǎng)絡終端NT和傳輸鏈路組成 傳輸網(wǎng)絡：由交換節(jié)點SN和傳輸鏈路組成。,25,ATM層 功能 連接：提供端-端傳遞能力。 虛路徑VP鏈路：連接和復用物理層的鏈路，用虛路徑標識符VPI 來識別。 虛信道VC 鏈路：在一段VP連接中又有若干虛信道VC，用虛信道標識符VCI 來識別。 VPI和VCI的關系： 交換：和一般數(shù)字交換機的基本原理相同。 交叉連接：完成VP交換，不需要進行信令

13、處理，從而能實現(xiàn)極高速率的交換。,26,復用：復用的信息流由固定長度的信元組成。 信元的結(jié)構(gòu)： GFC 一般流量控制； CLP 信元丟失優(yōu)先等級; PT 有用負荷類型； HEC 信元頭差錯控制。,27,ATM適配層（AAL） 功能： 將更高層的協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU映射到ATM信元中的信息域，或反之； 處理傳輸差錯、處理由于信元的信息域長度不夠而產(chǎn)生的量化誤差、處理信元丟失和信元錯位，以及流量控制和定時控制等。 支持更高層的多種應用業(yè)務： 例：A類為比特率恒定的視頻業(yè)務，B類為比特率可變的視頻業(yè)務，C類為面向連接的數(shù)據(jù)傳輸，D類為無連接的數(shù)據(jù)傳輸。,28,13.5 移動通信網(wǎng) 13.5.1 概述

14、移動通信： 泛指在移動對象之間或固定對象和移動對象之間的通信。 通信對象可以在運動中通信。 移動通信種類： 按照通信類型分：移動電話、移動數(shù)據(jù)、移動多媒體通信、無線尋呼(paging)等。 按照工作方式分：單工、半雙工、雙工通信等。 按照組網(wǎng)方式分：專線（對講）、廣播網(wǎng)、集群網(wǎng)、自組織網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)等。 蜂窩網(wǎng)：解決地面移動通信的主要方法 第一代蜂窩網(wǎng)：模擬調(diào)制體制 第二代蜂窩網(wǎng)：數(shù)字調(diào)制技術(shù)，于1991年誕生。 第三代蜂窩網(wǎng)：我國將于2005年投入運行。,29,13.5.2 蜂窩網(wǎng)的小區(qū)劃分和頻率規(guī)劃 蜂窩網(wǎng)的目的：重復使用頻率，解決頻率資源不足問題 。 進一步解決頻率不足問題： 微蜂窩 扇區(qū),

15、30,頻率劃分方案： 4組頻率：相鄰同頻基站的距離 7組頻率：相鄰同頻基站的距離,31,13.5.3 蜂窩網(wǎng)的組成 基站 移動臺 切換 硬切換 軟切換 漫游,32,13.5.4 第二代蜂窩網(wǎng)的體制 我國采用的體制：GSM、CDMA GSM體制 工作頻段： 900MHz：共有174個雙向信道 上行：880 915 MHz 下行：925 960 MHz 1800MHz：共有374個雙向信道 上行：1710 1785MHz 下行：1805 1880 MHz （1800 MHz的GSM系統(tǒng)又稱為DCS1800系統(tǒng)） 采用TDMA/FDM的多址接入方式 頻分雙工工作(FDD)方式 GMSK調(diào)制(BT =

16、 0.3) 每個頻分信道的比特率為270.833 kb/s，可容納8個時分用戶。,33,GSM的幀結(jié)構(gòu),34,語音編碼：規(guī)則脈沖激勵長時預測（RPE-LTP）方案；速率13 kb/s。 抗干擾措施 對最重要的比特用卷積碼編碼，碼率等于1/2，約束長度為5； 交織：以增強抗衰落能力；交織后速率為 22.8 kb/s； 跳頻：速率為217跳/秒。 GSM體制的改進（第2.5代） 通用分組無線業(yè)務（GPRS） HSCSD(High Speed Circuit Switched Data) ：可以將多個時隙同時給一個用戶使用，以提高傳輸速率。 EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)：采用8PSK調(diào)制代替GMSK調(diào)制，并可將8個時隙合并給一個用戶使用。 增加多種數(shù)據(jù)接口，例如USB、紅外IrDA、蘭牙等。,35,13.5.5 第三代蜂窩網(wǎng) 目標 全球化：能無縫隙地覆蓋全球，并實現(xiàn)全球漫游。 個人化：大用戶容量、高通信質(zhì)量和極強保密性。 綜合化：實現(xiàn)綜合業(yè)務傳輸和多媒體通信。 傳輸速率要求 室內(nèi)環(huán)境：不小于 2 Mb/s 低速運動：不小于384 kb/s 高速運動：