现代通信网概论 第3章

第三章电话通信网3.1电话通信网的基本概念3.2固定电话通信网3.3移动电话通信网3.4公众移动电话通信网3.5数字移动电话通信网3.6集群移动通信系统3.7未来的移动电话通信网3.1电话通信网的基本概念3.1.1电话通信的概念电话（Telephone）的含义是指利用电的方法传送人的语言的一门通信技术科学的总和。利用电的方法传送人的语言并完成远距离语音通信过程，必然包括声、电转换等在内的电路和器械。考虑到传输线路设备的经济性，常用的通话电路框图如图3.1所示。图3.1二线双向电话电路框图图中的送话器、受话器、消测音电路和混合电路等构成了电话机，完成声、电转换和电、声转换的任务。二线线路原始语言还原语音还原语音原始语言送话器消侧音电路混合电路受话器混合电路消侧音电路受话器送话器3.1.2电话通信网基本构成为了使更多的用户在有限的信道资源上自由选取通信的对象，通常在合适的位置上配置交换设备，构成了电话通信网。3.1.3电话通信网的分类电话通信网从各个不同的角度出发，有各种不同的分类，使得同一个电话通信网有不同的叫法，常见的有：（1）按通信传输手段分：可分为有线电话通信网、无线电话通信网和卫星电话通信网等。（2）按通信服务区域分：可分为农话网、市话网、长话网和国际网或局域网、城域网和广域网等。（3）按通信服务对象分：可分为公用电话通信网、保密电话通信网和军用电话通信网等。（4）按通信传输处理信号形式分：可分为模拟电话通信网和数字电话通信网等。（5）按通信活动方式分：可分为固定电话通信网和移动电话通信网等。3.2固定电话通信网3.2.1固定电话通信网概念通信网不管是如何分类、实现何种业务、服务何种范围，其网络基本拓扑结构形式是一致的。3.2.2固定电话通信网的网络结构一、长途固定电话通信网结构长途固定电话通信网简称为长途网。我国长途固定电话通信网由一、二、三、四级的长途交换中心组成，具体结构形式为分级汇接网，如图3.3所示。C1C2C3C4C5用户基干路由高效直达路由图3.3长途电话通信网结构示意图二、本地固定电话通信网结构本地固定电话通信网简称本地网。本地网是指在同一个长途编号区内，由若干个端局和汇接局及局间中继、长市中继、用户线、电话机等要素所组成的电话通信网。1．本地网的类型自20世纪90年代中期，我国开始组建起以地（市）级以上城市为中心城市的扩大本地网。（1）特大和大城市本地网以特大和大城市为中心，中心城市与所辖郊县（市）共同组成的本地网，简称特大和大城市本地网。（2）中等城市本地网以中等城市为中心，中心城市与该城市的郊区或所辖郊县（市）共同组成的本地网，简称中等城市本地网。2．本地网的交换中心及职能本地网内可设置端局和汇接局。本地网端局通过用户线与用户连接，其基本职能是疏通本局用户的来话和去话。3．本地网结构本地网为两级基本结构，是由汇接局和端局两个等级的交换中心组成，其具体结构如图3.4。CDBA区汇接局(市郊汇接局)市话汇接局下级汇接局端局市话端局卫星末端局末端局基干线路低呼损电路高效率电路图3.4本地电话通信网结构示意图3.3移动电话通信网3.3.1移动电话通信网概述在通信领域，人类有一个梦想，那就是无论任何人（Whoever）在任何时间（Whenever）、任何地点（Wherever）都能和任何另外一个人（Whoever）进行任何方式（Whatever）的信息交流，即个人通信。与固定电话通信相比，移动电话通信主要有以下几个特点。1．无线传输信道移动电话通信的传输信道必然是无线信道或部分使用无线信道。在移动电话通信中，至少有一方处于运动状态，双方只能通过无线电波进行联络。2．电波传输环境复杂移动台常常运动于建筑群或其它障碍物中，接收的电波场强受地形、地物的影响而随时发生变化。3．系统的干扰大移动电话通信系统存在多种噪声和干扰。4．组网方式灵活但控制过程复杂在移动电话通信中，移动台之间、移动台与基地台、基地台与移动交换中心之间要传递一整套控制操作指令，才能有序、高效地完成收发两端相互间的接续，实现信息的自动传递；另外，由于蜂窝网的特殊结构，还应该有网络搜索、位置登记、越区切换和自动漫游等功能。5．设备的要求高由于移动电话通信设备都是手持机或车载台，要求移动台要体积小、重量轻、省电，而且要求操作简单、维修方便，保证在振动、碰撞、高温等恶劣环境下能正常工作。6．用户量大但频率有限有限的频率资源决定了有限的信道数目，它和日益增长的用户量是一对矛盾。二、移动电话通信的分类（1）按设备的使用环境分：可分为陆地移动电话通信、海上移动电话通信、航空移动电话通信。（2）按服务对象分：可分为公用移动电话通信和专用移动电话通信。（3）按应用系统分：可分为蜂窝移动电话系统、专用调度电话、集群调度移动电话、公用无绳电话系统、移动卫星电话通信系统等。三、移动电话通信的发展概况移动电话通信从总体上讲可分为三代。通常将20世纪70年代末出现的模拟蜂窝移动电话、模拟无绳电话和模拟集群电话等作为第一代移动电话通信系统（1G），而将20世纪80年代末开发的数字蜂窝、数字无绳电话和数字集群电话作为第二代移动电话通信系统（2G），将国际电信联盟（ITU）正在组织进行研究的未来公众陆地移动通信系统（FuturePublicLandMobileTelecommunicationSystem，FPLMTS，之后改名为IMT-2000）定为第三代移动电话通信系统（3G）。1．第一代——模拟移动电话通信系统（1G）从1946年美国使用150MHz单个汽车无线电话开始到20世纪90年代初，是移动电话通信发展的第一代。2．第二代——数字移动电话通信系统（2G）第二代的主要特征为数字技术，仍是多种系统，但每种系统中的技术体制有所减少，数字蜂窝有GSM、DAMPS、CDMA三种；数字无绳电话有DECT、PHS、PACS等几种；数字集群有iDEN、TETRA、FHMA等几种。3．第三代移动电话通信系统——IMT-2000（3G）第三代移动电话通信系统最初称为未来公众移动电话通信系统（FPLMTS），后改称为IMT-2000，意指在2000年左右开始商用并工作在2000MHz频段上的国际移动电话通信系统。3.3.2移动电话通信系统一、移动电话通信系统组成移动电话通信系统由移动通信交换局（MTX）、基站（BS）、移动台（MS）及局间和局站间中继线等要素组成，如图3.6所示。市话网移动通信交换局(MTX)基站(BS)基站(BS)基站(BS)移动台(MS)移动台(MS)中继线图3.6移动电话通信系统组成示意图二、移动电话通信的工作方式根据移动电话通信使用频率情况和操作状态可分为三种工作方式；单工制、半双工制和双工制。1．单工制（1）单频单工单频指电话通信的双方使用相同的工作频率；单工指通话双方的操作采用“按-讲”方式进行。（2）双频单工双频单工指通话双方使用两个频率作收、发或发、收频率，操作仍采用“按-讲”方式。优缺点与同单频单工大致相同。2．半双工制半双工制指通信的双方，一方收、发信机同时工作，且使用两个频率的通信方式为双工制；而另一方采用双频单工方式。3．双工制双工制指电话通信双方的收、发信机同时工作，并使用两个频率，通话如同使用普通电话机一样。采用这种方式，因收、发信机总是工作着，电能消耗大，这对使用电池为电源的移动台是不利的。因此，某些系统保留了“讲话”开关，让移动台接收机总是工作，发射机仅在讲话时工作，称这种方式为准双工，也可与双工制兼容。三、通信区域覆盖移动电话通信区域的覆盖分为两种形式：带状服务区和面状服务区。1．带状服务区带状服务区是由于服务区的形状形似带状而形成的。2．面状服务区面状服务区是因为服务区构成的形状是一个面状的。陆地移动电话通信的大部分服务区是宽广的面状区域。根据用户数的不同可分为以下几种。（1）大区式大区式基站的覆盖区半径在25～40km左右。（2）中区式中区式基站覆盖半径为15～20km，整个服务区由一个或几个发信基站及几个收信基站构成，重复使用频道的两个基站，其相距要比大区式的近，提高了频道利用率，但网的构成较为复杂。（3）小区式由若干个半径约为2～10km的小覆盖区组成一个小区群，再由几个这样的小区群构成所需大服务区。四、移动电话通信网入网方式移动电话通信网可以从用户级进入市话网，也可以从市话网的支局、分局或汇接局进入市话网。五、移动电话通信网信令系统由各种控制、操作和应答信号组成的系统就是信令系统。例如电话系统使用的拨号音、忙音、回铃音等是电话中的几个信令。信令按功能可分为五类：（1）状态标志信令：是表明设备和传输通道状态的信号，如摘机、挂机、占线等。（2）操作指示信令：如拨号音、振铃、指配或转换频道释放及拆线等。（3）拨号信令。（4）选择呼叫信令。（5）控制指令：是移动电话通信网特有的，包括控制基台与移动台之间无线频道的指配、连接、转移、停止（拆线）的控制信令；拔叫信令；应答信令以及用于监控和状态显示的频道占用、空闲、移动台位置、功率等信令。六、移动电话通信网系统设计移动电话通信系统能否达到业务需要所定的通信质量、服务面积、用户数量等方面的目标，同时能否在经济上支付最小的成本费用，这在很大程度上取决于系统设计是否优化。3.4公众移动电话通信网3.4.1900MHz蜂窝模拟移动电话通信网组成900MHz蜂窝模拟移动电话通信网一般由移动台（MS，即用户终端）、基站（BS）、移动电话交换控制中心（MSC）以及与公众电话网（PSTN）相连接的中继线、各基站与控制中心间的中继线、基站与移动台之间的无线信道等组成，它是一个有线、无线相结合的综合通信网。一、移动电话交换控制中心移动电话交换控制中心（MSC）是整个移动电话通信网的核心，它具有智能化功能。它本身应具备如下具体功能。（1）出局接续：当移动用户呼叫局外的固定用户时，应根据被叫用户号选择路由，完成双向无线中继（BWT）与出局中断（OGT）之间的接续，并按不同的交换制式发送相应的局间信号。（2）入局接续：当局外的固定电话用户呼叫本局的移动客户时，首先从入局中继（ICT）收到被叫客户号码，选择空闲的双向无线中继（BWT）并与入局中继线相接，按收到的客户号码向无线设备发出选呼信号。（3）本局各无线中继之间的接续：当移动用户呼叫本局其他移动用户时，应根据被叫客户号码识别出本局号，然后找出空闲的无线中继与主叫用户所占用的无线中继相接，并向无线设备发送被叫的选呼信号。（4）另外，它还应具有对移动台的位置登记、无线信道指配、越区切换的处理、漫游用户的确认和通话计费等功能。二、基站基站设备主要由收、发信号机（根据信道的需要）、移动电话交换局与无线信道接口架、电源架及天线、馈线等组成。三、移动台移动台，即用户终端设备。它有车载式、手持式、便携式及固定式等类型。主要由双工滤波器、收发信单元、控制部分、操作部分及电源等组成，完成的主要功能是收信与发信。四、中继线中继线是连接移动电话交换控制中心设备与公众电话网设备、基地站设备的线路。它可以采用双绞线、电缆、微波、光缆等传输媒介，用来传递数据信号和语音信号。五、无线信道无线信道通常包括两种信道：语音信道（VC）和控制信道（CC）。1．语音信道语音信道主要用于传递语音信号，它的占用和空闲受移动电话交换中心的控制和管理。监测音是当语音信道发射机启动后，在语音传输期间由基站语音信道单元连续不断地发出带外音（5970Hz或6000Hz或6030Hz），经移动台环回。2．控制信道控制信道用来传送系统控制数据信息。3.4.2公众蜂窝模拟移动电话通信网制式和区域国际上成熟的900MHz公众蜂窝模拟移动电话通信网所用的制式有美国的AMPS（AdvancedMobilePhoneService）制、日本的HCMTS（HighCapacityMobileTelephoneSystem）制和英国的TACS（TotalAccessCommunicationSystem）制。它们都是组成小区制移动电话