第第 55 章 现代通信网技术 章 现代通信网技术 模拟通信和数字通信5.1

电话网5.2

ISDN 与 ATM5.3

用户接入网5.4

要求掌握的重点内容是：1. 通信网的基本概念、基本结构以及现代通信网的构成；2. 我国电话网的等级结构，本地网、长途网的概念及基本结构；3. 传输链路及其分类；

4. 用户环路及传输设计；5. 综合业务数字网 (ISDN)的基本概念，接入参考配置及接入接口；6.ATM的基本概念；7. 接入网的基本概念、定义及功能模型； 8. 铜线接入网、光纤接入网的概念及应用。

5 .1 5 .1 通信网的基本概念及构成通信网的基本概念及构成

5 .1 .1 通信网的基本概念 通信网的定义为：通信网是由一定数量的节点 (包括终端设备和交换设备 ) 和连接节点的传输链路相互有机地组合在一起，以实现两个或多个规定点间信息传输的通信体系。

5 .1 .2 通信网的构成 通信网在硬件设备方面的构成要素是终端设备、传输链路和交换设备。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

软件。

5 .1 .3 通信网的分类通信网从不同的角度可以分为不同的种类，主要有： .按业务种类可分为电话网、电报网、传真 网、广播电视网以及数据网等。.按所传输的信号形式可分为数字网和模拟网。

.按服务范围可分为本地网、长途网和国际网。 .按运营方式可分为公用通信网和专用通信网。 .按组网方式可分为移动通信网、卫星通信网等。

5.1.4 通信网的基本结构 通信网的基本结构主要有网形、星形、复合形、总线形、环形、树形和线形。

5 .1 .5通信网的质量要求 为了使通信网能快速且有效可靠地传递信息，充发发挥其作用，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；网路的可靠性与经济合理性。

一、接通的任意性与快速性

这是对通信网的最基本要求。所谓接通的任意性与快速性是指网内的一个用户应能快速地接通网内任一其他用户。如果有些用户不能与其他一些用户通信，则这些用户必定不在同一个网内；而如果不能快速地接通，有时会使要传送的信息失去价值，这种接通将是无效的。

二、信号传输的透明性与传输质量的一致性 透明性是指在规定业务范围内的信息都可以在网内传输，对用户不加任何限制；传输质量的一致性是指网内任何两个用户通信时，应具有相同或相仿的传输质量，而与用户之间的距离无关。

三、网路的可靠性与经济合理性 所谓可靠是指在概率的意义上，使平均故障间隔时间 (两个相邻故障间时间的平均值 )达到要求。可靠性必须与经济合理性结合起来。提高可靠性往往要增加投资，但造价太高又不易实现，因此应根据实际需要在可靠性与经济性之间取得折衷和平衡；

一、现代通信网的构成5 .1 .6现代通信网的构成及发展

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，以使网络更好地运行。现代通信网的构成示意图如图 5.8所示。

图图 5.85.8现代通信网的构成示意图现代通信网的构成示意图

二、现代通信网的发展 从通信网在设备方面的各要素来看，终端设备正在向数字化、智能化、多功能化发展；传输链路正在向数字化、宽带化发展；交换设备则已经广泛采用数字程控交换机，并已研究推出适合宽带 ISDN的 ATM交换机。总之，未来的通信网正向着数字化、综合化、智能化、个人化的方向发展。

5 .25 .2 电话网电话网

等级结构就是把全网的交换局划分成若干个等级，低等级的交换局与管辖它的高等级的交换局相连、形成多级汇接辐射网即星形网；而最高等级的交换局间则直接互连，形成网形网。所以等级结构的电话网一般是复合形网。

5 .2 .1电话网的网路结构一、电话网的等级结构

二、长途网及其结构演变 长途电话网简称长途网，由长途交换中心、长市中继和长途电路组成，用来疏通各个不同本地网之间的长途话务。

1.1.四级长途网的网路结构四级长途网的网路结构

在五级制的等级结构电话网中，长途网为四级，一级交换中心 C1之间相互连接构成网状网，以下各级交换中心以逐级汇接为主，辅以一定数量的直达电路，从而构成一个复合形的网路结构，如图 5.11所示。

图图 5.115.11四级长途网的网路结构四级长途网的网路结构

2.2.二级长途网的网路结构二级长途网的网路结构

我国的长途网正由四级向两级过渡，由于C1， C2间直达电路的增多， C1的转接功能随之减弱，并且全国 C3扩大本地网形成，C4失去原有作用，趋于消失，一、二级长途交换中心合并为 DCl，构成长途两级网的高平面网 (省际平面 )； C3被称为 DC2，构成长途两级网的低平面网 (省内平面 )。然后逐步向全网无级网和动态无级网过渡。长途两级网的等级结构如图 5.12所示。

图图 5.125.12两级长途网的网路结构两级长途网的网路结构

三、本地网

本地电话网简称本地网，指在同一编号区范围内，由若干个端局，或者由若干个端局和汇接局及局间中继线、用户线和话机终端等组成的电话网。本地网用来疏通本长途编号区范围内任何两个用户间的电话呼叫和长途发话、来话业务。

一、传输链路5 .2 .2传输链路及 SDH传输网的结构 传输链路是信息传输的通道，它不仅包含了具体的传输媒介，而且包含了信号发送、接收及变换的设备。

传输媒介就是通信线路，通信线路可分为 有线和无线两大类，其分类如下：

1.1.传输媒介传输媒介

2.2.传输链路的分类传输链路的分类

按照有无复用及复用的方式，传输链路可分为三类：实线传输链路 (无复用 )，频分载波传输链路 (FDM)和时分数字传输链路(TDM)。

二、 我国 SDH传输网的网络结构

SDH传输网的基本结构有线形、环形、网形或不完全网形和星形 (或树形 )。现阶段我国的 SDH传输网分为四个层面：省际干线层面、省内干线层面、中继网层面、用户接入网层面，如图 5.17所示。

图图 5.17 5.17 我国的我国的 SDHSDH传输网结构传输网结构

一、用户环路的配线方式5 .2.3 用户环路设计

11 、直接配线、直接配线 直接配线是把主干电缆的芯线，通过配线电缆直接分配至各个分线设备上。直接配线的分线设备之间不复接，因此施工简单、维护方便，但通融性较差。

22 、复接配线 、复接配线

复接配线是将一对电缆芯线接到两个或两个以上的分线设备中，有电缆复接和分线设备复接两种。复接配线可以提高电缆芯线的使用率，增加用户线路的通融性，但对话音会产生附加衰减，且不利于电气测试和障碍查修。

33、交接配线、交接配线

交接配线是在主干电缆与配线电缆之间，或在出局一级主干电缆与二级主干电缆之间，安装交接箱，使双方电缆的任何线对均能相互换接。

二、用户环路的传输设计 用户环路设计的一项重要内容是确定电缆的线径，电缆线径必须满足通信中各种信号从交换局至用户的传输要求。电话用户线中传输的是各种信令信号和话音信号，电缆线径的选择既要满交换机对用户环路电阻的要求，使交换机的机件能够正常工作；又要满足传输损耗和话音响度参考当量的要求，保证一定的通话质量。因此，用户环路的传输设计可以分为直流设计和交流设计两个方面。

1.1.直流设计直流设计

用户环路的直流设计是使用户环路电阻满足交换机对信令信号传输的要求，以使交换 机能够正常工作。

2.2. 交流设计 交流设计

用户环路的交流设计要根据用户线的传输损耗和用户线长度来进行。设计规范规定用户环路传输损耗限值为 7dB，当用户线路采用复接配线时将会引入 0.5dB的损耗，在已知用户线长度后，可计算出线路每公里损耗值，通过查各种规格电缆的损耗，即可确定满足损耗限值的电缆芯径。

3.3.确定电缆线径确定电缆线径

交流设计和直流设计的结果会出现不一致的情况，需要综合考虑确定电缆线径。为了同时满足用户环路的传输损耗限值和交换机直流电阻限值，应该选择二者中线径较大的电缆，如上题中应选择 0.63mm的 22号电缆。

5 .3 ISDN5 .3 ISDN 与与 ATMATM5.3.1 ISDN的基本概念一、 IDN

IDN是数字传输与数字交换的综合，在两个或多个规定点之间提供数字连接，以实现彼此间通信的一组数字节点 (指交换节点 )与数字链路。 IDN实现从本地交换节点至另一端本地交换节点间的数字连接，但并不涉 及用户接续到网络的方式。

二、 ISDN

ISDN是以电话 IDN为基础发展演变而成的通信网，能够提供端到端的数字连接，支持包括话音和非话在内的多种电信业务，用户能够通过一组有限的标准的多用途用户一网络接口接入网内。

从 ISDN的定义可以看出，它有三个基本特性：(1)端到端的数字连接(2)综合的业务(3)标准的多用途用户一网络接口

一、 ISDN用户 ---网络接口的参考配置

5.3.2 ISDN的用户 ---网络接口

CCITT的 I.411建议中采用功能群和参考点的概念规定了 ISDN用户 ---网络接口的参考配置 (即 ISDN用户系统标准结构 )它是制定 ISDN用户出入口的根据，如图 5.20 所示

图图 5.20ISDN5.20ISDN用户用户 ------网络接口的参考配置网络接口的参考配置

二、信道类型和接口结构1.1. 信道类型信道类型 (1)B 信道 (2)D 信道 (3)H信道

2.2. 接口结构 接口结构

(1)基本接口(2)基群速率接口

5 .3 .3 ATM ATM (Asynchronors TransferMode)技术是电路交换技术与分组交换技术的结合，能够最大限度地发挥电路交换与分组交换技术的优点，使 ATM技术具备从实时的语音信号到高清晰度电视图像等各种业务的高速 综合传输。

一、 ATM的基本概念

1.1. 由单元进行统一的信息转移。由单元进行统一的信息转移。2.2. 采用复用方式进行传输。采用复用方式进行传输。3.3. 以单元方式进行信息传输。以单元方式进行信息传输。

二、 ATM信元

1.ATM1.ATM 信元信元 ATM 的信元具有固定的长度， CCITT规定 ATM信元长度为 53字节。信元的结构如图 5.23 所示。

图图 5.23 ATM5.23 ATM信元结构信元结构

(2) ATM信头结构ATM信元的信头结构，如图 5-24所示。

图图 5-24 ATM5-24 ATM信元的信头结构信元的信头结构

三、 虚通路 (VC) 和虚通道 (VP) 的概念· VC(Virtual Channel)——虚通路 (也叫虚信道 )，是描述 ATM信元单向传送能力的概念，是传送 ATM信元的逻辑信道 (子信道 )。· VCI——虚通路标识符。 ATM复用线上具有相同 VCI的信元是在同一逻辑信道 (即虚通路 )上 传送。

· VP(Vinual Path)——虚通道是在给定参考点上具有同一虚通道标识符 (VPI)的一组虚通路 (VC)。实际上 VP也是传送 ATM信元的一种逻辑子信道。· VPI——虚通道标识符。它标识了具有相同 VPI的一束 VC。 VC、 VP与物理媒介(或者说传输通道 )之间的关系如图 5-25所示 (此图是一个抽象的示意图 ) 。

图图 5-25 VC5-25 VC、、 VPVP与物理媒介的关系示意图与物理媒介的关系示意图

四、 VP 交换和 VC 交换

(1) VP交换仅对信元的 VPI进行处理和变换，或者说经过 VP交换，只有 VPI值改变，VCI值不变。

图图 5-26 VP5-26 VP交换交换

(2) VC交换同时对 VPI、 VCI进行处理和变换，也就是经过 VC交换， VPI和 VCI的 值同时改变。

图图 5-27 VC5-27 VC交换交换

一、 ATM

5.3.5 ATM交换

① ATM交换是以信元为单位进行交换，且采用硬件进行交换处理，提高了交换机的处理能力。② ATM交换简化了分组交换中许多通信规程，去掉了差错控制和流量控制等功能，可 节约开销，增加了网络的吞吐量。

③ ATM交换采用类似于电路交换的呼叫连接控制方式。在呼叫建立时，交换机为用户在发送端和接收端之间建立起虚电路，减少了信元传输处理时延，保证了交换的实时性。

二、 ATM交换的基本原理

ATM交换的基本原理如图 5-29 所示。

图图 5-29 ATM5-29 ATM交换的基本原理交换的基本原理

ATM交换有以下基本功能：(1) 空分交换 (空间交换 )：将信元从一条传输线改送到另一条传输线上去，即实现了空分交换。在进行空分交换时，要进行路由 选择，所以这个功能也叫路由选择功能。

(2) 信头变换： ATM交换过程中的信头变换就是信元的 VPI／ VCI值转换，也就是逻 辑信道的改变 (因为逻辑信道是靠信头中的VPI／ VCI来标识的 )。信头变换相当于进行了时间交换。但要注意， ATM的逻辑信道和时隙没有固定的关系。

(3) 排队：由于 ATM是一种异步传送方式，信元的出现是随机的，所以来自不同入线的两个信元可能会同时到达交换机，并竞争同 一出线 (即要去往同一出线 )，由此会产生碰撞。为了尽量减少碰撞所引起的信元丢失，需在交换机中提供一系列缓冲存储器，以供同时到达的信元排队用。因而排队也是 ATM 交换机的一个基本功能。

5 .4 5 .4 用户接入网用户接入网 5 .4.1 接入网的基本概念

一、接人网的演变及发展 接入网是由传统的用户环路发展而来，是用户环路的升级，是电信网的一部分，接入网在电信网中的位置如图 5.31所示。

图图 5.31 5.31 接入网在电信网中的位置接入网在电信网中的位置

接入网是电信网的组成部分。负责将电信业务透明地传送到用户，即用户通过接入网的传输，能灵活地接入到不同的电信业务节点上。接入网处于电信网的末端，为本地交换机与用户之间的连接部分，它包括本地交换机与用户端设备之间的所有实施设备与线路，通常它由用户线传输系统、复用设备、 交叉连接设备等部分组成。

二、接入网的定义及其功能模型接入网的定义与定界接入网的定义是：接入网由业务节点接口 (SNl)和用户网络接口 (UNl)之间的一系列传送实体 (如线路设施和传输设施 )组成，为供给电信业务而提供所需传送承载能力的实施系统。接入网所覆盖的范围由三个接口定界，如图5.33所示。

图图 5.335.33接入网的定界接入网的定界

2.2.接入网的功能模型及通用协议参考模型接入网的功能模型及通用协议参考模型

(1) 接入网的功能模型：接入网的功能结构分成用户口功能 (UPF) 、业务口功能 (SPF)、核心功能 (CF)、传送功能 (TF)和 AN 系统管理功能 (SMF)这五个基本功能组。接入网功能结构示例如图 5.34所示。

图图 5.345.34接入网的功能模型接入网的功能模型

(2) 接入网的参考模型 接入网的功能结构是以 ITU-T建议 G.803的分层模型为基础的。分层模型是用于定义接入网中同等实体间的相互配合关系，接入网的通用协议分层模型及其各层间相互关系的示意图，如图 5-35 所示。

图图 5-355-35接入网通用协议参考模型示意图接入网通用协议参考模型示意图

一、铜线接入网5 .4 .2 有线接入网

1.1. 高速率数字用户线——高速率数字用户线—— HDSLHDSL 技术技术 HDSL系统中局端设备和远端设备的组成框图，如图 5 .37所示。

图图 5 .37 HDSL5 .37 HDSL局端设备和远端设备的组成框图局端设备和远端设备的组成框图

在发送端， El控制器将经接口送入的 E l信号 (2.048 Mbit／ s)进行 HDB3码解码和帧调整后输出；然后经 HDSL通道控制器变换。通道控制器的主要功能是进行串／并变换，它是在保留 El原有帧结构及时隙的基础上分成二路或三路，如对使用二对双绞线的应用，则变为二路，每路码速率为 1168kbit／ s ；如对使用三对双绞线的应用，则变为三路，每路码速率为 768 kbit／ s。

图中的 D／ A转换器实际上是线路传输码型的编码器，所使用的线路传输码型可以是 2BlQ码也可以是 CAP码。经 D／ A 转换的线路编码之后，经差动变量器接口送至双绞铜线对传至对端。由于在 HDSl系统中采用的是全双工传输方式，即每一线对都同时发送和接收信号，这收、发信号的混合和分路就由差动变量器构成的混合接口电路实 现。

在接收端，来自线路上的信号经混合电路后，由 A／ D转换器进行线路码解码，即转换为二进制脉冲信号；由收、发信器对其进行回波抵消、数字滤波与自适应均衡，以消除回波、噪声及各种干扰。经上述处理后的信号再经通道控制器进行并／串变换、帧调整和 HDB3编码，即可送出 El信号 (2.048Mbit／ s)。

HDSL系统可在现有的无加感线圈的双绞铜线对上以全双工方式传输 2.048Mbit／ s的信号。系统可实现无中继传输 3—6km (线经 0.4—0.6mm)。

2.2. ——不对称数字用户线——不对称数字用户线 ADSLADSL

ADSL系统应用结构如图 5.38 。

图图 5.38 ADSL5.38 ADSL系统应用结构系统应用结构

图 5.40给出了 ADSL收发信机的基本结构。

图图 5.40 ADSL5.40 ADSL收发信机的基本结构收发信机的基本结构

从图中可见，普通电话业务 (POTS)是通——过一种特殊的装置 POTS分离器 (含有无源低通滤波器和变量器式分隔器 )插入到ADSL通路中，因此，如果 ADSL系统出现设备故障或电源中断，都不会影响电话通信。

二、光纤接入网 光纤接入网 (OAN： Optical Access Network)是指在接入网中用光纤作为主要传输媒介来实现信息传送的网络形式。或者说是本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的接入方式，其接入方式示意图，如图 5.41 所示。

1.1.基本概念基本概念

图图 5.415.41光纤接入网示意图光纤接入网示意图

2.2.基本结构和应用类型基本结构和应用类型

(1)基本结构 在光纤接入网的具体应用上可以是三种基本结构，也可以是三种基本结构的复合或变形，其三种基本结构类型如图 5.46所示。

图图 5.46 5.46 光纤接入网的三种基本结构光纤接入网的三种基本结构

(2)应用类型 按照光纤接入网的参考配置，根据光网络单元 (ONU) 设置的位置不同，光纤接入网又可分成若干种专门的传输结构，主要包括：光纤到路边 (FTTC) 、光纤到大楼 (FTTB) 、光纤到家 (FTTH)或光纤到办公室 (FTTO)等。图 5.47示出了三种不同应用类型。

图图 5.47 5.47 纤接入网的应用类型纤接入网的应用类型

一、固定无线接人网5 .4.3无线接入网

固定无线接入网主要为固定位置的用户或仅在小区内移动的用户提供服务，其用户终端主要包括电话机、传真机或数据终端 (如微机 )等。固定无线接入网的实现方式主要包括固定无线接入系统、一点多址微波系统、甚小型天线地球站 (VSAT)系统等。

1.1.一点多址固定无线接入系统一点多址固定无线接入系统

一点多址固定无线接入系统连接示意图如图 5.48 所示。

图图 5.485.48一点多址固定无线接入系统一点多址固定无线接入系统

2.2.无线本地环路一点多址系统无线本地环路一点多址系统 (DRMASS)(DRMASS)

DRMASS是在交换机与电话用户 (或数据终端 )之间用无线方式连接的点到多点的通信系统，其结构如图 5.49所示。

图图 5.49 DRMASS5.49 DRMASS系统结构系统结构

3.3.甚小型天线地球站甚小型天线地球站 (VSAT)(VSAT)系统系统

VSAT通常是指天线口径小于 2.4m， G／ T值低于 19.7dB／ K，高度软件控制的智能化小型地球站。 VSAT系统主要是由卫星、枢纽站和许多小型地球站组成，系统示 意图如图 5.50 所示。

图 图 5.50 VSAT5.50 VSAT系统基本组成系统基本组成

二、移动无线接人网 实现移动通信的方式有许多种类，其中蜂窝移动通信系统是目前应用较广的一种方式。一个典型的蜂窝移动通信系统结构如图 5.51所示。

1.1.蜂窝移动电话系统蜂窝移动电话系统

图图 5.51 5.51 蜂窝移动通信系统结构蜂窝移动通信系统结构

2.2.卫星移动通信系统卫星移动通信系统

卫星移动通信系统是利用通信卫星作为中继站为移动用户之间或移动用户与固定用户之间提供电信业务的系统，系统组成如图 5.52 所示。

图图 5.525.52卫星移动通信系统组成卫星移动通信系统组成