第1章 通信网概述

通信网概述《通信网概述》任课教师：夏青考核方式：考查课程定位：全程全网考核方式期末50%实验20%分组讨论15%平时15%理论考试方式实验报告70%实验过程30%分组学习50%课程论文50%出勤作业60%课堂表现40%参考教材选用教材：《通信网技术基础》唐宝民编普通高等教育“十一五”国家级规划教材人民邮电出版社参考书籍：1.《现代通信网》穆维新编21世纪高等院校信息与通信工程规划教材人民邮电出版社2.《通信网理论基础》(修订版)周炯槃编普通高等教育“十一五”国家级规划教材人民邮电出版社第1章概述通信网的概念1.1通信网的类型1.2通信网的发展1.3通信网的体系结构1.41.1通信网的概念什么是通信人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递。什么是网物理结构上的网即是点、线的集合，如自然界中的蜘蛛网，日常生活中的铁路网、邮政运输网等。什么是通信网使用交换设备、传输设备，将地理上分散的用户终端设备互联起来实现通信和信息交换的系统。通信系统基本模型信源变换器信道反变换器噪声源信宿通信系统：将信息从某（些）用户传输到另（些）用户的全部设施通常称为一个通信系统。通信系统基本模型1．信源信源是指发出信息的基本设施。2．变换器负责将信源发出的信息转换成适合在传输系统中传输的信号，一般包括编码、调制、放大、加密等功能。3．信道信道是信号的传输媒介。传输媒介的种类可分为有线信道和无线信道；按传输信号的形式则可分为模拟信道和数字信道。4．反变换器反变换器的工作过程是变换器的逆工作过程。主要功能包括信号的解码、解调、放大、均衡和解密等。5．信宿信宿是信息传输的终点，也就是信息的接收者。6．噪声源噪声源是系统内各种干扰影响信息传输的等效结果。通信系统基本模型消息信息信号消息《易经》：“日中则昃，月盈则食，天地盈虚，与时消息。”消息是客观物质运动或主观思维活动状态的一种反映，它通过语言、文字、图像和数据等不同形式具体描述信号消息的载体，包含光信号、电信号、声信号等通信的目的是传输含有信息的消息。信息消息中有意义的内容通信网的组成通信设备（硬件）+通信规程（软件）硬件：用户终端传输链路转接交换设备软件：信令、协议和标准通信网物理拓扑结构-1通信网网络结构-21.2通信网的类型By子网功能业务网、传送网、支撑网业务网向公众提供电信业务的网络，包括固定电话网、移动电话网、互联网、IP电话网、数据通信网、智能网、窄带综合业务数字网（N-ISDN）、宽带综合业务数字网（B-ISDN）等。传送网数字信号传送网，包括骨干传送网和接入网。图1.1业务网，传送网和支撑网之间的关系支撑网包括信令网、数字同步网和电信管理网。名词解释业务网、传送网和支撑网之间的关系：根据子网的位置划分用户网用户驻地网接入网接入网介于交换设备和用户之间，主要完成使用户接入到核心网的任务.核心网核心网的作用是交换和传送用户网、接入网和核心网之间的关系：驻地网接入网核心网1.3通信网的历史与发展利用电磁波通信的历史可大致划分三个阶段：1837年电报开始的通信初级阶段；1948年香农提出信息论开始的近代通信阶段；80年代以后光纤通信应用、综合业务数字网崛起的现代通信阶段。通信发展简史(1)1837年，摩尔斯发明有线电报，开始了电通信阶段1843年，亚历山大·本取得电传打字电报的专利1864年，麦克斯韦创立了电磁辐射理论,并被当时的赫兹证明，促使了后来无线通信的出现1876年，贝尔利用电磁感应原理发明了电话1879年，第一个专用人工电话交换系统投入运行1880年，第一个付费电话系统运营1892年，加拿大政府开始规定电话速率1896年，马可尼发明无线电报通信发展简史(2)1907年，电子管问世，通信进入电子信息时代1915年，横贯大陆电话开通;实现越洋语音连接1918年，调幅无线电广播、超外差式接收机问世1925年，开通三路明线载波电话，开始多路通信1936年，调频无线电广播开播1937年，雷沃斯发明脉冲编码调制，奠定了数字通信基础1938年，电视广播开播20世纪40年代二战期间，雷达与微波通信得到发展1946年，第一台数字电子计算机问世1947年，晶体管在贝尔实验室问世，为通信器件的进步创造了条件通信发展简史(3)1948年，香农提出了信息论，建立了通信统计理论1950年，时分多路通信应用于电话系统1951年，直拨长途电话开通1956年，敷设越洋通信电缆1957年，发射第一颗人造地球卫星1958年，发射第一颗通信卫星1962年，发射第一颗同步通信卫星，开通国际卫星电话；脉冲编码调制进入实用阶段20世纪60年代，彩色电视问世；阿波罗宇宙飞船登月；数字传输理论与技术得到迅速发展；计算机网络开始出现1969年，电视电话业务开通20世纪70年代，商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统投入使用；一些公司制定计算机网络体系结构通信发展简史(4)20世纪80年代，开通数字网络的公用业务；个人计算机和计算机局域网出现；网络体系结构国际标准陆续制定20世纪90年代，蜂窝电话系统开通，各种无线通信和数据移动通信技术不断涌现；光纤通信得到迅速普遍的应用；国际互联网和多媒体通信技术得到极大发展，1997年，68个国家签定国际协定，互相开放电信市场通信基本靠吼？通信对于人类社会来说是必不可少的，它是联系人类社会各组成要素的重要手段。通信几乎无限增长“目前一天内全世界的电话量就超过了1984年全年全世界的电话量”通信业飞速发展通信网络的历史和发展信息移动化全球移动和Internet用户量发展情况65.2105.6155.3209.8228.2254.10.33.722.455.665.979.3050100150200250300200020012002200320042005年份用户数（百万）移动用户移动互联网用户通信网络的历史和发展信息移动化：移动＋IP•3GPP、3GPP2、IETF、MWIP、3G.IP等提出全IP的无线网•目前提出的4G、beyond3G或者未来的移动通信系统都是基于全IP网络27通信网络的历史和发展网络融合化信令网PSTN话音网无线网ISP网目前各网络分离存在综合承载网络PSTN接入无线接入ISP接入多种业务接入增值业务网络控制点演进一个业务建一个网络多个业务建多个网络一个统一网络平台同时提供多种业务通信网络的历史和发展网络融合化70年代80年代90年代目前基于电路交换综合业务数字网ISDN互联网基于路由器技Internet基于ATM技术综合业务数字网B-ISDN宽带???下一代网络NGN电信界、IT界几十年的愿望能否实现？电信的发展是先有电报后有电话，电报网基于数字技术而电话网是从模拟起步的。利用载波电报的方法在话路内可同时传送24路电报，独立的公用电报网就失去了存在的必要性，这可以说是后者综合了前者业务从而取代了前者。电话网实现了对数据业务的综合，传真作为一种数据业务在电话网中得到很好的应用。就20世纪70年代可利用的业务而言，电话网称得上是多业务的综合网。通信网络的历史和发展电话网——最早的综合网移动通信的换代通信网络的历史和发展互联网移动通信多媒体通信用户接入全光网当今通信热点举例20世纪80年代，基于FDMA的第一代模拟系统(1G)北美AMPS、N-AMPS；英国TACS；日本JTAC；北欧NMT。20世纪90年代，基于TDMA和CDMA的第二代数字系统北美D-AMPS(EIA/TIAIS-136)；欧洲GSM；日本JDC。(2G)欧洲GSM/GPRS;基于CDMA的北美PCS(IS-95)。(2G+)目前，基于WCDMA的数字第三代系统已经出现(3G)提供数据速率为2Mbps(静态环境)的多媒体业务。ITU-T正在制定IMT(国际移动通信)建议标准，IMT2000参考建议有：欧洲根据GSM/GPRS演进的UMTS建议（WCDMA）；北美根据IS-95演进的cdma2000建议；北美根据IS-136演进的UWCC-136建议(TDMA)；中国综合根据2G多种标准提出的TD-SCDMA。移动通信第一代•单频模拟蜂窝系统•仅用于语音通信•覆盖区仅有宏小区•商业用户Continued...移动通信的演进第二代•双频双模式数字系统•语音/低速数据通信•宏小区MacroCells微小区MicroCells皮可小区PicoCells•与固定电话网互补•商业用户和消费者第三代•多频多模式数字系统•多媒体通信多业务•同固定电话结合在一起，与IP网、VPN等网络互补•个人通信基于铜缆的接入技术XDSL例如，能传输2Mbps以上的数据“高比特率数字用户线”，可把图像等视频信号引入用户家庭。基于光缆的接入技术FTTX光缆频带宽、容量大、干扰小。光纤同轴混合接入技术利用有线电视系统的方法，可以额外提供视频点播，交互式数据业务及电话业务。无线接入技术具有建设速度快，方便灵活、造价低廉等特点。用户数据接入定义：在传输系统（包括交换机）中，全程不需要光/电和电/光的转换，完全靠光波沿光纤传输1995年美国和欧洲分别开始研究全光网全光网在服务质量、带宽需求、业务内容、网络的可重构性和可扩展性等方面，都是当今现有网络所远远不能比拟的用户端机之间不少电信号的处理功能也由光技术实现，如出网/进网，储存、交换等全光网PSTN（公共电话交换网）Internet（互联网）SDH（同步数字系列）ATM（异步传送模式）IN（智能网）ASON（自动交换光纤网）10GEthernet（万兆以太网）WLAN（无线局域网）TMN（电信管理网）NO.7（7号信令网）其它通信网通信网的发展通信网正在向下一代网络（NGN）的方向发展，下一代网络即泛指一个不同于当代网络体系结构，通常是指以数据为中心的融合网络体系结构。1.4通信网体系结构邮政系统的分层协议模型GSM-GlobalSystemforMobileCommunications全球移动通信系统AMPS-AdvancedMobilePhoneSystem高级移动电话系统N-AMPS-NarrowbandAMPS窄带高级移动电话系统D-AMPS-DigitalAMPS数字高级移动电话系统TACS-TotalAccessCommunicationSystem全向通信系统JTAC-JapanTotalAccessCommunications日本全向通信系统NMT-North-EuropeMobileTelephony北欧移动电话JDC/PDC-Japan/PersonalDigitalCellular日本(个人)数字蜂窝系统PCS-PesonalCommunicationSystem个人通信系统IMT-InternationalMobileTelecommunications国际移动通信专用术语标准化组织国际标准化组织(TheInternationalStandardsOrganization,ISO)国际电信联盟（TheInternationalTelecommunicationsUnion-TelecommunicationStandardsSector,ITU-T,formerlytheCCITT）电气与电子工程师协会（TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers,IEEE）。IEEE负责计算机、电气电子等专业标准的制定。电子工业协会（TheElectronicIndustriesAssociation,EIA）美国国家标准协会（TheAmericanNationalStandardsInstitute,ANSI）