1 緒論-1-現(xiàn)代交換原理與技術(shù)課件

幾點要求：

1.按時上課，勤做練習(xí)；

2.專心聽講，不擾他人；

3.獨立、按時完成作業(yè)；

4.有問題及時提出并解決。

課程介紹學(xué)時：講授：54實驗：18參考書：《現(xiàn)代交換原理》（人民郵電出版社，桂海源編）《程控數(shù)字交換與交換網(wǎng)》（北京郵電學(xué)院出版社，葉敏主編）《計算機網(wǎng)絡(luò)》（電子工業(yè)出版社，謝希仁編）1.緒論2.交換技術(shù)基礎(chǔ)3.電路交換技術(shù)4.信令系統(tǒng)

5.分組交換與幀中繼技術(shù)

6.ATM交換技術(shù)7.路由器與IP交換技術(shù)8.下一代網(wǎng)絡(luò)體系與軟交換

主要內(nèi)容

一、現(xiàn)代通信網(wǎng)

二、通訊系統(tǒng)的基本概念

三、信息網(wǎng)的發(fā)展

第一章緒論1.掌握現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的種類

2.理解現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)的組成和主要功能3.理解電路交換、報文交換、分組交換、寬帶交換的概念目的要求重點難點一、現(xiàn)代通信網(wǎng)1、現(xiàn)代通信網(wǎng)的種類和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1、現(xiàn)代通信網(wǎng)種類繁多，有不同的分類方式：按業(yè)務(wù)可分為：電話網(wǎng)、電報網(wǎng)、傳真網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、CATV網(wǎng)和ISDN網(wǎng)；按信號形式可分為：模擬網(wǎng)、數(shù)字網(wǎng)和混合網(wǎng)；按網(wǎng)絡(luò)用途可分為：承載網(wǎng)、交換網(wǎng)和支撐網(wǎng)；按服務(wù)范圍可分為：本地網(wǎng)、長途網(wǎng)和國際網(wǎng)；按網(wǎng)絡(luò)層次可分為：骨干網(wǎng)、接入網(wǎng)和用戶網(wǎng)；按帶寬可分為：窄帶網(wǎng)和寬帶網(wǎng)等；按傳播媒體可分為：有線網(wǎng)和無線網(wǎng)；按服務(wù)對象可分為：公用網(wǎng)和專用網(wǎng)；按網(wǎng)絡(luò)等級可分為等級網(wǎng)和無級網(wǎng)。1、現(xiàn)代通信網(wǎng)的種類和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2、通信網(wǎng)的組成和功能從邏輯上電信網(wǎng)是由節(jié)點（Node）、鏈路（Link）和端點（End）以及信令（協(xié)議）組成的。從物理上完善的電信網(wǎng)則是由交換網(wǎng)、傳輸承載網(wǎng)和終端設(shè)備以及支撐系統(tǒng)組成的。思考題1.什么是通信網(wǎng)?

通信網(wǎng)：是指由一定數(shù)量的結(jié)點(包括終端設(shè)備和交換設(shè)備)和連接結(jié)點的傳輸鏈路相互有機地組合在一起，以實現(xiàn)兩個或多個規(guī)定點間信息傳輸?shù)耐ㄐ朋w系。

2.通信三要素通信網(wǎng)絡(luò)由傳輸、交換、終端三大部分組成，又稱為通信網(wǎng)三要素。舉例：兩個電話用戶或兩個計算機用戶互相通信需要經(jīng)過的設(shè)備。（終端可以是電話、計算機等）

終端傳輸交換傳輸終端2.通信網(wǎng)的組成和功能電信網(wǎng)絡(luò)框架結(jié)構(gòu)：基礎(chǔ)網(wǎng)、支撐網(wǎng)和業(yè)務(wù)網(wǎng)。信令網(wǎng)同步網(wǎng)電信管理網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)支撐網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)電話網(wǎng)數(shù)據(jù)網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)移動網(wǎng)N-ISDNB-ISDN交換網(wǎng)傳輸網(wǎng)接入網(wǎng)2.通信網(wǎng)的組成和功能保證傳輸快速準(zhǔn)確完成數(shù)據(jù)和話路的交換控制傳輸信令的通道保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的時鐘同步提供大量的智能業(yè)務(wù)整個電信網(wǎng)絡(luò)的控制管理電話交換機的發(fā)展歷史原始的電話網(wǎng)模型為保證任意兩個用戶間都能通話，最簡單的辦法就是每兩個用戶用一對線路連起來。那么，如果有n個用戶需要連接，所用線路數(shù)為n(n-1)/2對。且每個用戶家里要安裝n-1對線。從交換技術(shù)的起源：源于電話通信1876年BELL發(fā)明了電話1892年Stowger（史端喬）發(fā)明了自動交換機引入交換局后的電話網(wǎng)模型在用戶分布的密集中心，部署交換局，這好比是一個開關(guān)接點，平時是打開的，當(dāng)任意兩個用戶之間需要通話時，交換局就把連接兩個用戶的電話線接通。也就是說交換局可根據(jù)發(fā)話者的要求，完成與另外一個用戶之間交換信息的任務(wù)

問題：假設(shè)有一火箭需通過鐵路從制造廠運到發(fā)射場，現(xiàn)有三種方案：專列專線、專列非專線、非專列非專線，現(xiàn)要求大家一起討論這三種方案的優(yōu)劣。3.通信網(wǎng)交換技術(shù)結(jié)論：在這三種方案中是通過提高線路的利用率來有效地降低費用的。特點優(yōu)點缺點甲線速度最快費用最高乙線費用較低速度最慢、對火車頭要求較高丙線費用最低、速度較快，對火車頭要求低。運輸前后需對火箭進行拆分、復(fù)原工作。3.通信網(wǎng)交換技術(shù)用戶線交換機交換機交換機交換機用戶線中繼線中繼線ABCD3.通信網(wǎng)交換技術(shù)電路交換電路交換的定義：在主、被叫用戶通話前根據(jù)信令將傳輸鏈路逐段連接起來，從而形成主叫至被叫的物理電路，通話結(jié)束時拆除該物理電路，這種交換方式稱為電路交換。報文交換技術(shù)工作原理：報文交換技術(shù)不需要事先建立物理線路，它將發(fā)送的數(shù)據(jù)作為一個整體發(fā)給中間交換設(shè)備。中間交換設(shè)備先將數(shù)據(jù)存儲起來，然后選擇一條合適的空閑線路將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給下一個交換設(shè)備，如此循環(huán)直至數(shù)據(jù)發(fā)送到目的節(jié)點。

N3MMMMN1N2N4N5N6HSHD3.通信網(wǎng)交換技術(shù)分組交換技術(shù)工作原理：分組交換技術(shù)是報文交換技術(shù)的改進，它是將用戶傳送的數(shù)據(jù)劃分成一定的長度，每個部分叫做一個分組。在每個分組的前面加上一個分組頭，用以指明該分組發(fā)往何地址，然后由交換機根據(jù)每個分組的地址標(biāo)志，將它們轉(zhuǎn)發(fā)至目的地，這一過程稱為分組交換。分組交換技術(shù)是在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中最廣泛使用的一種交換技術(shù).N1N2N3N4N5N6HSHDMMP3P3P3P2P2P23.通信網(wǎng)交換技術(shù)總結(jié)歸納三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)與三種火箭運輸方案的對應(yīng)關(guān)系。電路交換技術(shù)——甲線報文交換技術(shù)——乙線分組交換技術(shù)——丙線可進行類比的項目： 數(shù)據(jù)———火箭（即所需運輸?shù)呢浳铮┲虚g交換設(shè)備———火車頭線路———鐵路線路利用率———鐵路的使用率3.通信網(wǎng)交換技術(shù)您還記得數(shù)字通信系統(tǒng)的組成嗎？您知道兩個用戶如何通信嗎？熟悉通信系統(tǒng)的組成掌握通信相關(guān)的基本概念熟悉PCM系統(tǒng)學(xué)習(xí)后續(xù)學(xué)習(xí)，您應(yīng)該能夠：二、通訊系統(tǒng)的基本概念1、通信系統(tǒng)的組成2、PCM基群幀結(jié)構(gòu)主要內(nèi)容通信系統(tǒng)基本模型圖噪聲信宿接收變換器信道發(fā)送變換器信源信息信息信號信號1.通訊系統(tǒng)組成模擬通信系統(tǒng)基本組成圖噪聲收信者解調(diào)器信道調(diào)制器發(fā)信源

1.通訊系統(tǒng)組成數(shù)字通信系統(tǒng)基本組成圖噪聲源解調(diào)器收信者信道調(diào)制器信道編碼器信源編碼器發(fā)信源信道譯碼器信源譯碼器1.通訊系統(tǒng)組成2.模擬信號數(shù)字化信號（1）模擬信號（2）數(shù)字信號時間電壓010時間電壓時間電壓（1）模擬信號（2）信號采樣（3）信號量化（4）信號編碼2.模擬信號數(shù)字化

什么是數(shù)字信號？什么是模擬信號？一般來說，數(shù)字信號必須滿足在時間和信號幅值上是離散的，相反模擬信號在幅值上是連續(xù)的。數(shù)字信號模擬信號2.模擬信號數(shù)字化低通取樣量化編碼復(fù)用線路編碼數(shù)字傳輸或交換機線路譯碼去復(fù)用譯碼低通濾波模擬信號A/D數(shù)字信號數(shù)字信號NRZHDB3HDB3NRZ數(shù)字化模型2.模擬信號數(shù)字化取樣（Sampling）是將時間和幅度都連續(xù)的模擬信號變換成時間離散的幅度連續(xù)的另一種模擬信號（脈沖幅度調(diào)制PAM信號），為了使取樣后的PAM信號能在接收端完全無失真地恢復(fù)為原始信號，取樣周期應(yīng)該滿足如下所述的奈奎斯特定理（NyquistTheorem）：

一個頻帶受限于BHz的信號可以唯一地用周期為的樣值系列確定,只要fs≥2B。

話音信號頻率范圍為300-3400Hz，國際統(tǒng)一規(guī)定取樣頻率為8KHz。2.模擬信號數(shù)字化+0.3+0.2-0.4+0.10+0.1-0.4+0.2-0.5Nq(t)(a)實現(xiàn)原理圖取樣量化Sp(t)&(t)S(t)Sq(t)(b)采樣波形Sq(t)S(t)Sp(t)5.310.27.62.15.08.113.614.27.5

510825814148&(t)2.模擬信號數(shù)字化

量化就是對取樣后的PAM信號的幅值轉(zhuǎn)換成數(shù)字的過程。量化產(chǎn)生量化噪聲，分均勻量化和非均勻量化。

均勻量化：由于對量化范圍內(nèi)的大小信號均采用相等的量化階距進行量化，造成大信號的信噪比SNR（信號功率與量化噪聲功率之比）有富俗，而小信號的SNR又嫌不足（SNR值越大，音質(zhì)越好）。為了提高小信號的SNR，采用非均勻量化，即對大小信號分別采用不等的量化階距，對小信號采用小的量化階距，對大信號采用大的量化階距，從而使大小信號具有基本相同的SNR。2.模擬信號數(shù)字化非均勻量化的實現(xiàn):

是使信號S(t)經(jīng)過一個具有非線性特性的壓縮器進行變換，使其小信號擴張，而大信號被壓縮,從而得到壓縮了的信號,再通過一個均勻量化器量化，這就等效于對取樣后的信號進行非均勻量化。在收端，量化后的信號經(jīng)過具有與壓縮器相反特性的擴張器，使得小信號得以壓縮而大信號則被擴張，從而還原出原來的PAM信號。輸入信號輸出信號A/DD/A被壓縮數(shù)字比特流壓縮均勻PCM均勻PCM擴張編碼器譯碼器2.模擬信號數(shù)字化

常用的壓縮特性有A律（歐洲和中國采用）和律（北美和日本采用）對數(shù)壓縮。實現(xiàn)上述連續(xù)壓擴特性需無窮多個量化級,實際上無法加以實現(xiàn),為此通常采用數(shù)字電路分段進行壓擴。這樣，不僅實現(xiàn)容易,而且成本低。

A律壓縮采用的就是十三折線法，一象限分8段（在橫坐標(biāo)上輸入幅度以1/2遞減規(guī)律分成8大段，分段點是1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128；在縱坐標(biāo)上幅度分8均勻段），1-8段斜率分別為1/4、1/2、1、2、4、8、16、16，7、8段斜率一樣；一、三象限對稱，故共13折線段。A律壓擴特性13折線近似圖2.模擬信號數(shù)字化編碼就是把量化的幅度信號變成二進制數(shù)據(jù)的過程，中國采用A律13折線壓縮編碼，規(guī)則如下:

信號樣值有正有負(fù),要用一位碼來表示，這一位碼叫極性碼。正極性以比特“1”表示，負(fù)極性以比特“0”表示。

13折線壓縮律在第一象限有8大段，每一段斜率不同，故需要用3位碼表示8個不同的段落，這3位叫段落碼，它們也表示各段的起始電平。在每段落內(nèi)再均勻分為16個小段，這4位叫段內(nèi)碼。由于各段長度均不同，均分后各段內(nèi)的小段的長度也不等。

D1D2D3D4D5D6D7D8

極性碼段落碼段內(nèi)碼2.模擬信號數(shù)字化取樣速率8KHz，每路信號編碼后速率64KHzD(t)S(t)2.模擬信號數(shù)字化為什么采用非線性編碼？采用均勻（線性）量化法：由于量化誤差對大小信號一樣，使小信號信噪比較大，通信質(zhì)量較差為什么叫A律13折線？實際有16條折線，但是其中4條折線的斜率相同，看作一條直線思考題帶寬帶寬帶寬又叫頻寬是指在固定的的時間可傳輸?shù)馁Y料數(shù)量，亦即在傳輸管道中可以傳遞數(shù)據(jù)的能力。在數(shù)字設(shè)備中，頻寬通常以bps表示，即每秒可傳輸之位數(shù)。在模擬設(shè)備中，頻寬通常以每秒傳送周期或赫茲Hertz(Hz)來表示。

基帶信號與頻帶信號基帶信號即直接由信息轉(zhuǎn)換得到的電信號，這種信號的頻率都是比較低的，含有低頻成分?；鶐盘柦?jīng)過各種正弦調(diào)制后，把基帶信號的頻譜搬移到比較高的頻率范圍，這種信號稱為頻帶信號。時分復(fù)用技術(shù)？時分復(fù)用技術(shù)（time-divisionmultiplexing,TDM,TDMA）是將不同的信號相互交織在不同的時間段內(nèi)，沿著同一個信道傳輸；在接收端再用某種方法，將各個時間段內(nèi)的信號提取出來還原成原始信號的通信技術(shù)。這種技術(shù)可以在同一個信道上傳輸多路信號時分制時隙分配示意圖時分多路復(fù)用原理示意圖2.PCM的基群和高次群PCM的高次群由若干個低次群通過數(shù)字復(fù)接設(shè)備匯總而成。由于基群有上述兩種系統(tǒng)，所以高次群（二次群、三次群……）也有兩個系列，如下所示。16幀,125s×16=2msF0F15

01151617303132時隙,256bit,125s,1幀保留給國際用(目前固定為1)同步時隙話路時隙TS1-TS15話路時隙TS17-TS31F0幀同步碼D1D2D3D4D5D6D7D8偶幀奇幀幀失步對告碼A1：F1

abcdabcd話路16信令碼話路1信令碼

11A111111保留給國際用(目前固定為1)F15

abcdabcd話路15信令碼話路30信令碼同步:A1=0;A2=0失步:A1=1;A2=1

10011011

00001A211復(fù)幀同步碼復(fù)幀對步碼3.PCM基群幀結(jié)構(gòu)(30/32)抽樣頻率為8000Hz（周期為125μs），1s=10-6μs對每一話路每抽樣一次經(jīng)過量化可以編成8位碼組，占用一個時隙。30/32路PCM系統(tǒng)中，32路復(fù)用125us。這32路時隙構(gòu)成一個“幀”。而16幀又合成一個復(fù)幀。

計算幾個數(shù)據(jù)：1幀時長為125μS，1時隙的時長為125/32=3.9μS，一個復(fù)幀占用2ms。1幀的位長：8×32=256位。信道的速率：256位/幀×8000幀/秒=2048KBPS話路的速率：8位/路×8000路/秒=64KBPS一個模擬信號的帶寬最大為4K(300~3000HZ).數(shù)字信號的優(yōu)點靠犧牲帶寬獲得的。3.PCM基群幀結(jié)構(gòu)(30/32)三、信息網(wǎng)的發(fā)展主要內(nèi)容1.網(wǎng)絡(luò)融合2.下一代網(wǎng)絡(luò)NGN手機電視車載電視..….IPTV、VOD、..….IP電信業(yè)務(wù)廣播業(yè)務(wù)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)固網(wǎng)業(yè)務(wù)移動業(yè)務(wù)IMEMAIL網(wǎng)絡(luò)游戲..….三網(wǎng)業(yè)務(wù)融合是發(fā)展趨勢業(yè)務(wù)模式是融合研究的關(guān)鍵1.網(wǎng)絡(luò)融合終端簡單語音業(yè)務(wù)為主多媒體業(yè)務(wù)/數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主終端智能化ATM網(wǎng)絡(luò)IP網(wǎng)絡(luò)固定網(wǎng)絡(luò)移動網(wǎng)絡(luò)控制網(wǎng)絡(luò)IP承載網(wǎng)絡(luò)傳統(tǒng)接入網(wǎng)無線接入網(wǎng)寬帶接入網(wǎng)傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)IMS網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的多樣化業(yè)務(wù)的開放性終端的智能化終端的融合性終端的多樣性網(wǎng)絡(luò)的歸一化網(wǎng)絡(luò)的簡單化網(wǎng)絡(luò)的融合性融合來自用戶和運營商的驅(qū)動力用戶體驗市場競爭技術(shù)發(fā)展體驗生活、享受成功

GROWTHFMC電信網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)電視傳播網(wǎng)絡(luò)公共電話網(wǎng)（PSTN）分組交換網(wǎng)