第3章 电话通信网

第3章电话通信网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。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图3-1二线双向电话电路框图3.1.2电话通信网的基本构成用户终端（电话机）是电话通信网构成的基本要素，主要完成通信过程中电、声和声、电转换任务，为通信用户所拥有。交换机是电话通信网构成的核心部件，完成语音信息的交换功能，给用户提供自由选取通信对象的方便。交换机为通信服务部门所拥有。通信信道是电话通信网构成的主要部分，在电话通信网中为信息的流通提供合适的通路。同样为通信服务部门所拥有。路由器及附属设备是为了扩充电话通信网功能或提高电话通信网性能而配置。3.1.3电话通信网的分类①按通信传输手段分②按通信服务区域分③按通信服务对象分④按通信传输处理信号形式分⑤按通信活动方式分3.2固定电话通信网3.2.1固定电话通信网概念固定电话通信网主要为固定用户提供语音通信服务功能。3.2.2固定电话通信网的网络结构国际局本地网长途网国际汇接局Tm一级交换中心C1二级交换中心C2三级交换中心C3四级交换中心C4端局C5电话用户电话用户图3-2我国固定电话通信网分级结构示意图1．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。2．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。3.3移动电话通信网3.3.1移动电话通信网概述移动电话通信一般是指移动体与固定地点、或者移动体相互间通过有线和无线信道进行的电话通信。1．移动电话通信的特点（1）以无线传输信道为主进行信息传输（2）电波传输环境复杂（3）系统的干扰大（4）组网方式灵活但控制过程复杂（5）设备的要求高（6）用户量大但频率有限2．移动电话通信的分类①按设备的使用环境分②按服务对象分③按应用系统分④按移动电话发展的过程3．移动电话通信的发展概况图3-5四代移动电话通信的发展趋势示意图（1）第一代—模拟移动电话通信系统（1G）①初级阶段从1946年到20世纪60年代中期②中级阶段从20世纪60年代中期到20世纪70年代中期③大规模发展阶段从20世纪70年代中期到20世纪80年代末（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和CDMA3种；数字无绳电话有DECT，PHS及PACS等几种；数字集群有iDEN，TETRA及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），后改为IMT-2000，意指在2000年左右开始商用并工作在2000M频段上的国际移动电话通信系统。（4）第四代移动电话通信系统（4G）从当前3G技术标准来看，主要有3个：欧洲的WCDMA、北美的CDMA2000和中国自己的TD-SCDMA。虽然3G移动通信系统可以基本满足人们对快速传递数据业务的需求，但许多专家学者已经把目光投入到4G移动通信系统的研究上。严格来讲，目前对4G还没有一个权威的定义，它还处在一个研发的阶段。3.3.2移动电话通信系统1．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3-7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3-7移动电话通信系统组成示意图2．移动电话通信的工作方式（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。（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。发收A端发收B端F1F1(F2)F1F1(F2)送话器受话器受话器送话器同频单工：收发均采用F1双频单工：收发分别采用F1和F2图3-8同频（双频）单工工作方式方框图发收A端发收B端F1F1F2F2送话器受话器受话器送话器天线共用器图3-9半双工工作方式结构方框图（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。发收A端发收B端F1F1F2F2送话器受话器受话器送话器天线共用器图3-10双工工作方式结构方框图3．通信区域覆盖（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。B群A群ABABCABC（a）双群频率方式（b）三群频率方式a图中，a为交叠区宽度图3-11带状服务区频率分群方式（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而形成。①大区式②中区式③小区式（b）七组频率方式F7F2F3F2F6F1F3F7F5F4F6F1F4F5（c）四组频率方式F1F2F1F2F3F4F3F4（a）三组频率方式F1F3F2F1F3F2F1F3F1F3F2F1（d）九组频率方式F1F2F9F5F4F5F6F8F8F9F7F8F1F3F2F3F7图3-12六边形小区的几种频率分组方式示意图4．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。MSC汇接局长途局PLMNPSTN移动台用户1移动台用户2移动台用户3BS1BS2BS3图3-13单局制进网示意图5．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。信令按功能可分为以下5类。①状态标志信令②操作指示信令③拨号信令④选择呼叫信令⑤控制指令6．移动电话通信网系统设计①确定建网的目标②业务及用户预测③场强预测④进行频点选择及协调，作干扰检验⑤选择一个或几个方案进行技术经济分析比较⑥根据可行性报告进行工程设计⑦在工程实施后，需进行必要的实际场强和通信质量的测试以验证原设计方案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。1．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。2．基站基站是一套为无线小区服务的设备。它的主要作用是处理基站与移动台之间的无线通信，在移动电话交换控制中心（MSC）与移动台（MS）之间起中继作用。3．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。4．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。5．无线信道（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。（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1．无线覆盖区基站辐射电波的有效区域称之为无线覆盖区。2．交换控制区交换控制区受一个移动电话交换机控制，由若干个无线覆盖区构成。3．服务区由若干个交换控制区组成的整个移动电话通信网所包括的区域就称之为服务区。3.4.3公众蜂窝模拟移动电话通信网结构1．单基站小容量移动电话通信网结构顾名思义单基站小容量移动电话通信网结构是由一个基站构成的移动电话通信网，移动用户通过市话局进入公众电话网，如图3-14所示。图3-14单基站小容量移动电话通信网结构示意图2．移动电话交换机的中、小容量移动电话网结构移动电话交换机的中、小容量移动电话网是指为了实现移动用户和移动用户之间或移动用户和市话用户之间的通信，移动通信网中的移动交换局可作为一个市话端局接入公众电话长途网络等级体制之中；并且视业务量情况，还可越级与长途交换中心或邻区长途交换中心建立高效直达路由。3．混合式区域联网的大、中容量移动电话通信网结构当多个移动交换区进行区域联网时就构成了大、中容量移动电话通信网。4．叠加式区域联网的大、中容量移动电话通信网结构该网是若干网的叠加。3.4.4公众蜂窝模拟移动电话入网方式1．用户集线器方式用户集线器方式是指通过专用的集线器设备，使多个用户共用少量的中继线进行通信的方式。2．中继线方式中继线方式是移动电话网与公众电话交换网用中继线连接起来。3.5数字移动电话通信网3.5.1数字移动电话通信网组网方式我国移动电话通信在发展初期，模拟移动电话通信网选用的是与公众电话交换网（PSTN）混合组网的方式，而在组建全球移动通信系统（GSM）数字移动通信电话网时，充分考虑了我国幅员辽阔，经济发展不平衡，移动电话用户分布不均衡的特点，以及今后移动电话发展的目标方向，选用了独立建网的方式。这种组网方式有很多优点。1．从长期经济意义上讲是合理的2．便于网络统一管理，计费结算3．有利于移动电话业务的发展3.5.2数字移动电话通信网结构1．本地移动电话通信网结构一个本地网一般建一至两个移动汇接局（CMSC）。MSC1MSC2MSC3TMSCCMSC1T11T12T21T22T31T32T41T42HLR1HLR2HLR3HLR4CMSC2图3-15本地移动电话通信网结构示意图2．省内数字移动通信网结构全省的网络是由省内各本地网构成的。省内一般有若干个移动汇接中心（称二级汇接中心或省级汇接中心）。TMSCTMSCMSCHLRHLRMSCMSCMSCHLR省级汇接中心/MCS图3-16省内GSM网结构图3．全国数字移动电话通信网结构我国GSM移动电话通信网目前按大区设立一级移动汇接中心、省内设立二级移动汇接中心、移动电话通信网的本地网设立本地汇接中心（或端局）。4．信令网结构GSM移动电话通信网无论对内还是对外必须建立规范和统一的信令网，以传递与移动电话业务相关的数据和各种信令信息。5．中国联通数字移动电话通信网每个国家有一个或多个公众移动电话通信网。我国移动电话通信网有多个，其中，由中国电信下属各省电信公司的全国GSM移动网络—“中国电信GSM”，网号是“00”，接入号为“139”和中国移动下属各省移动公司的全国GSM移动网络—中国移动；另一个是中国联通公司的“联通GSM”，网号：“01”，接入号“130”。3.5.3数字移动通信系统3.5.3.1GSM移动通信系统1．GSM系统概述1990年完成GSM900规范，该规范对GSM系统的结构、信令和接口等给出了详细的描述。1991年GSM系统正式在欧洲问世，网络开通运行。现在，GSM包括2个并行的、功能基本相同系统：GSM900和DCSl800。GSM900工作于900MHz，DCSl800工作于1800MHz。GSM系统具有以下优点。①频谱利用率高②容量大③语音质量高④安全性好⑤能够实现智能网业务和国际漫游等2．GSM系统总体结构及子系统功能GSM数字蜂窝通信系统的主要组成部分有移动台（MS）、基站子系统（BSS）和网络子系统（NSS）。VLRMSCHLRBSCPSTNISDNPDNBSCOMCEIRAUCBTSMSMSABCDAAbisAbisBTS基站子系统网络子系统图3-17GSM网络结构方框图（1）移动台（MS）移动台是移动网的用户终端，它包括移动设备（ME）和用户识别模块（SIM）。（2）基站子系统（BSS）基站子系统负责在一定区域内与移动台之间的无线通信。①基站收发台②基站控制器（BSC）（3）网络子系统（NSS）网络子系统管理GSM移动用户之间的通信、GSM移动用户与其他通信网用户之