通信与广电基本要点.docx
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通信与广电基本要点
1L411000 通信与广电工程专业技术
1L411010 通信网
1L411011掌握通信网的构成
考点（掌握）：
•通信网及其构成要素
•通信网的类型及拓扑结构
•通信网的基本结构
一、通信网及其构成要素
（一）通信网的作用
1）用户使用通信网可以克服空间、时间等障碍来进行有效的信息交换.
2）通信网上任意两个用户间、设备间或一个用户和一个设备间均可进行信息的交换。
交换的信息包括用户信息（如话音、数据、图像等）、控制信息（如信令信息、路由信息等）和网络管理信息三类。
（二）通信网的构成要素
通信网是由一定数量的节点（包括终端节点、交换节点）和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起，按约定的信令或协议完成任意用户间信息交换的通信体系。
一个完整的通信网是由硬件和软件两大部分组成。
软件设施则包括信令、协议、控制、管理、计费等，它们主要完成通信网的控制、管理、运营和维护，实现通信网的智能化。
通信网的硬件即构成通信网的设备，由终端节点、交换节点、业务节点和传输系统构成，它们完成通信网的基本功能：
接入、交换和传输。
1．终端节点
最常见的终端节点有电话机、传真机、计算机、视频终端和PBX（程控交换机）。
（1）用户信息的处理：
主要包括用户信息的发送和接收，将用户信息转换成适合传输系统传输的信号以及相应的反变换。
（2）信令信息的处理：
主要包括产生和识别连接建立、业务管理等所需的控制信息。
2．交换节点
交换节点是通信网的核心设备。
最常见的有电话交换机、分组交换机、路由器、转发器等。
交换节点负责集中、转发终端节点产生的用户信息，但它自己并不产生和使用这些信息。
主要功能有：
（1）用户业务的集中和接入功能，通常由各类用户接口和中继接口组成。
（2）交换功能，通常由交换矩阵完成任意入线到出线的数据交换。
（3）信令功能，负责呼叫控制和连接的建立、监视、释放等。
（4）其他控制功能，路由信息的更新和维护、计费、话务统计、维护管理等。
3．业务节点
最常见的业务节点有智能网中的业务控制节点（SCP）、智能外设、语音信箱系统，以及Internet上的各种信息服务器等。
它们通常由连接到通信网络边缘的计算机系统、数据库系统组成。
主要功能是：
（1）实现独立于交换节点的业务的执行和控制。
（2）实现对交换节点呼叫建立的控制。
（3）为用户提供智能化、个性化、有差异的服务。
4．传输系统
传输系统为信息的传输提供传输信道，并将网络节点连接在一起。
其硬件组成应包括：
线路接口设备、传输媒介、交叉连接设备等。
二、通信网的类型及拓扑结构
（一）通信网的类型
1．按业务类型分，可分为电话通信网（如PSTN、移动通信网等）、数据通信网（如X.25,Internet、帧中继网等）、广播电视网等。
2．按空间距离和覆盖范围分，可分为广域网、城域网和局域网。
3．按信号传输方式分，可分为模拟通信网和数字通信网。
4．按运营方式分，可分为公用通信网和专用通信网。
（二）通信网的拓扑结构
在通信网中，所谓拓扑结构是指构成通信网的节点之间的互连方式。
基本的拓扑结构有：
网状网、星形网、环形网、总线型网、复合型网等。
1．网状网：
.结构：
所形成的网络链路较多，形成的拓扑结构象网状。
.具有代表性的网形网就是完全互连网（网内任意两节点间均由直达线路连接）。
.具有N个节点的完全互连网需要有1/2•N•（N一1）条传输链路。
.优点：
线路冗余度大，网络可靠性高，任意两点间可直接通信；
.缺点:
线路利用率低（N值较大时传输链路数将很大），网络成本高，另外网络的扩容也不方便，每增加一个节点，就需增加N条线路。
.适用场合：
通常用于节点数目少，又有很高可靠性要求的场合。
如图1电信网的基本结构
2．星形网又称辐射网
.结构：
星形结构由一个功能较强的转接中心S以及一些各自连到中心的从节点组成。
.具有N个节点的星形网共需（N一1）条传输链路。
.优点：
与网形网相比，降低了传输链路的成本，提高了线路的利用率
.缺点:
网络的可靠性差，一旦中心转接节点发生故障或转接能力不足时，全网的通信都会受到影响。
.适用场合：
传输链路费用高于转接设备、可靠性要求又不高的场合，以降低建网成本。
3．复合型网
.结构：
是由网状网和星形网复合而成的。
它以星形网为基础，在业务量较大的转接交换中心之间采用网状网结构.
.优点：
兼并了网状网和星形网的优点。
整个网络结构比较经济，且稳定性较好。
.适用场合：
规模较大的局域网和电信骨干网中广泛采用分级的复合型网络结构。
4．总线型网属于共享传输介质型网络
.结构：
网中的所有节点都连至一个公共的总线上，任何时候只允许一个用户占用总线发送或接送数据。
.优点：
需要的传输链路少，节点间通信无需转接节点，控制方式简单，增减节点也很方便；
.缺点：
网络服务性能的稳定性差，节点数目不宜过多，网络覆盖范围也较小。
.适用场合：
主要用于计算机局域网、电信接入网等网络中。
5.环形网
.结构：
网中所有节点首尾相连，组成一个环。
.N个节点的环网需要N条传输链路。
环网可以是单向环，也可以是双向环。
.优点：
是结构简单，容易实现，双向自愈环结构可以对网络进行自动保护；
.缺点：
是节点数较多时转接时延无法控制，并且环形结构不好扩容。
.适用场合：
目前主要用于计算机局域网、光纤接入网、城域网、光传输网等网络中。
三、通信网的基本结构
任何通信网络都具有信息传送、信息处理、信令机制、网络管理功能。
因此，从功能的角度看，一个完整的现代通信网可分为相互依存的三部分：
业务网、传送网、支撑网。
（一）业务网
1）功能：
业务网负责向用户提供各种通信业务，如基本话音、数据、多媒体、租用线、VPN（VirtualPrivateNetwork,虚拟专用网络）等。
2）构成一个业务网的主要技术要素包括网络拓扑结构、交换节点设备、编号计划、信令技术、路由选择、业务类型、计费方式、服务性能保证机制等。
3）交换节点设备
.其中交换节点设备是构成业务网的核心要素。
采用不同交换技术的交换节点设备通过传送网互连在一起就形成了不同类型的业务网。
.业务网交换节点的基本交换单位本质上是面向终端业务的，粒度很小，例如一个时隙、一个虚连接。
.业务网交换节点的连接在信令系统的控制下建立和释放。
（二）支撑网
支撑网负责提供业务网正常运行所必需的信令、同步、网络管理、业务管理、运营管理等功能，以提供用户满意的服务质量。
支撑网包含同步网、信令网、管理网三部分。
（三）传送网
1）传送网又称基础网。
传送网为各类业务网提供业务信息传送手段，负责将节点连接起来，并提供任意两点之间信息的透明传输。
传送网是由传输线路、传输设备组成的网络，所以又称之为基础网。
2）功能：
具有电路调度网络性能监视、故障自动切换等相应的管理功能。
3）构成传送网的主要技术要素有：
传输介质、复用体制、传送网节点技术等。
传送网节点：
a）其中传送网节点主要有分插复用设备（ADM）和交叉连接设备（DXC）两种类型，它们是构成传送网的核心要素。
b）传送网节点也具有交换功能。
c）传送网节点的基本交换单位度很大
d）传送网节点之间的连接则主要是通过管理层面来指配建立或释放的，每一个连接需要长期维持和相对固定。
1L41012掌握通信传送网的内容
掌握
•传输介质
•多路复用技术
•SDH传送网
•光传送网
一、传输介质
传输介质是指信号传输的物理通道。
信息能否成功传输则依赖于两个因素：
传输信号本身的质量和传输介质的特性。
传输介质分为有线介质和无线介质两大类，有线介质目前常用的有双绞线、同轴电缆和光纤；无线介质:
地球外部的大气或外层空间
二、多路复用技术
多路复用就是在一条公共信道上建立两条或多条传输信道，目的是为了充分利用信道的容量，提高信道的传输效率。
按信号在传输介质上的复用方式的不同，传输系统可分为四类：
基带传输系统、频分复用（FDM）传输系统、时分复用（TDM）传输系统和波分复用（WDM）传输系统。
（一）基带传输系统
基带传输是在短距离内直接在传输介质传输模拟基带信号。
在传统电话用户线上采用该方式。
基带传输的优点是线路设备简单，在局域网中广泛使用；缺点是传输媒介的带宽利用率不高，不适于在长途线路上使用。
（二）频分复用传输系统
频分复用（FDM：
FrequencyDivisionMultiple）是将多路信号经过高频载波信号调制后在同一介质上传输的复用技术。
即频分复用是利用不同的频率使不同的信号同时传送而互不干扰。
具有以下特点：
．频率上严格分割，时间和空间是可以重叠；
．每路一个载频，每个频道只传送一路话
缺点是：
成本高且体积大；工作的稳定度不高；传输质量受影响。
目前FDM技术主要用于微波链路和铜线介质上，在光纤介质上该方式更习惯被称为波分复用。
（三）时分复用传输系统
时分多址（TDM）是将传输时间划分为若于个互不重叠的时隙，互相独立的多路信号顺序地占用各自的时隙，合路成为一个复用信号，在同一信道中传输。
在接收端按同样规律把它们分开。
即时分复用是利用不同的时隙使不同的信号同时传送而互不干扰。
相对于频分复用传输系统，TDM的优点：
传输的是数字信号，差错率低，安全性好，数字电路高度集成，以及更高的带宽利用率。
目前主要有两种时分数字传输体制：
准同步数字体系PDH和同步数字体系SDH。
统计复用
统计复用实际上也是时分复用技术的一种。
全称叫做“统计时分多路复用”，简称STDM，又称“异步时分多路复用”。
这种复用的主要特点是动态地分配信道时隙，所以统计复用又可叫做“动态复用”。
（四）波分复用传输系统（P5,P16）
1.波分复用（WDM——WavelengthDivisionMultiplexing）本质上是光域上的频分复用技术。
WDM将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道，每一信道占用不同的光波频率（或波长），在发送端采用波分复用器（合波器）将不同波长的光载波信号合并起来送入一根光纤进行传输。
在接收端，再由波分复用器（分波器）将这些由不同波长光载波信号组成的光信号分离开来。
2.采用WDM技术可以充分利用单模光纤的巨大带宽资源（低损耗波段），在大容量长途传输时可以节约大量光纤。
另外，波分复用通道对数据格式是透明的，即与信号速率及电调制方式无关，在网络发展中，是理想的扩容手段，也是引入宽带新业务的方便手段。
根据需要，WDM技术可以有多种网络应用形式，如长途干线网、广播式分配网络、多路多址局域网络等。
可利用WDM技术选路，实现网络交换和恢复，从而实现透明、灵活、经济且具有高度生存性的光网络。
3.密集WDM系统（DWDM）:
根据波分复用器的不同，可以复用的波长数也不同，从2个至几十个不等，这取决于所允许的光载波波长的间隔大小。
光信号峰值波长间隔在1--10nm的WDM系统称为密集WDM系统（DWDM）。
（五）准同步数字系列和同步数字系列（P15光通信系统传输网技术体制）
把低速数字信号（低次群）按照时隙叠加的办法合成一个高速数字信号（高次群）的过程称作数字复接，它是一种常用的干线大容量时分复用数字传输方法。
由于复接的方式不同，出现了准同步数字复接系列（PDH）和同步数字复接系列（SDH）。
1.准同步数字系列（PDH:
PlesiochronousDigitalHierarchy）
过去的光纤通信系统没有一套国际上统一的标准，都是由各个国家各自开发不同的系统，称为准同步数字体系PDH。
准同步数字体系（PDH）的弱点
1）只有地区性的数字信号速率和帧结构标准，没有世界性标准。
北美、日本、欧洲三个标准互不兼容，造成国际互通的困难
2）没有世界性的标准光接口规范，各厂家自行开发的光接口无法在光路上互通，限制了联网应用的灵活性。
3）复用结构复杂，缺乏灵活性，上下业务费用高，数字交叉连接功能的实现十分复杂。
4）网络运行、管理和维护（OAM）主要靠人工的数字信号交叉连接和停业务测试，复用信号帧结构中辅助比特严重缺乏，阻碍网络OAM能力的进一步改进。
5）由于复用结构缺乏灵活性，使得数字通道设备的利用率很低，非最短的通道路由占了业务流量的大部分，无法提供最佳的路由选择。
2.同步数字体系（SDH:
SynchronousDigitalHierarchy）
SDH是为了克服PDH的缺点而产生的，SDH是光纤通信系统中的一种数字通信体系。
SDH的特点：
1）使三个地区性标准在STM-1（同步传输模块第一级别）。
等级以上获得统一，实现了数字传输体制上的世界性标准。
2）采用了同步复用方式和灵活的复用映射结构，使网络结构得以简化，上下业务十分容易，也使数字交叉连接的实现大大简化。
3）SDH帧结构中安排了丰富的开销比特，使网络的OAM（管理与维护）能力大大加强。
4）有标准光接口信号和通信协议，光接口成为开放型接口满足多厂家产品环境要求，降低了联网成本。
5）与现有网络能完全兼容，还能容纳各种新的业务信号，即具有完全的后向兼容性和前向兼容性。
6）频带利用率较PDH有所降低。
7）宜选用可靠性较高的网络拓扑结构，降低网络层上的人为错误、软件故障乃至计算机病毒给网络带来的风险。
三、SDH传送网
（一）特点
SDH传送网是一种以同步时分复用和光纤技术为核心的传送网结构，它由分插复用、交叉连接、信号再生放大等网元设备组成，具有容量大、对承载信号语义透明以及在通道层上实现保护和路由的功能。
1.SDH是一个独立于各类业务网的业务公共传送平台，具有强大的网络管理功能。
2.SDH采用同步复用和灵活的复用映射结构；有全球统一的网络节点接口，使得不同厂商设备间信号的互通、信号的复用、交叉链接和交换过程得到简化。
3.SDH主要有如下优点：
标准统一的光接口；强大的网管功能。
（二）帧结构
SDH帧结构是实现SDH网络功能的基础，便于实现支路信号的同步复用、交叉连接和SDH层的交换，同时使支路信号在一帧内的分布是均匀的、有规则的和可控的，以利于其上、下电路。
1.SDH帧结构以125μs为帧同步周期，并采用了字节间插、指针、虚容器等关键技术。
SDH系统中的基本传输速率是STM-1，其他高阶信号速率均由STM-1的整数倍构造而成。
2．每个STM帧由段开销（SOH）、管理单元指针（AU-PTR）和STM净负荷三部分组成。
四、光传送网
（一）光传送网（OTN）特点
光传送网（OTN）是一种以DWDM与光通道技术为核心的新型传送网结构，它由光分插复用、光交叉连接、光放大等网元设备组成，具有超大容量、一对承载信号语义透明及在光层面上实现保护和路由的功能。
1.DWDM技术可以不断提高现有光纤的复用度，在最大限度利用现有设施的基础上，满足用户对带宽持续增长的需求；DWDM技术独立于具体的业务，同一根光纤的不同波长上接口速率和数据格式相互独立，可以在一个OTN（光传送网）上支持多种业务。
2.OTN可以保持与现有SDH网络的兼容性；SDH系统只能管理一根光纤中的单波长传输，而OTN系统既能管理单波长，也能管理每根光纤中的所有波长；随着光纤的容量越来越大，采用基于光层的故障恢复比电层更快、更经济。
（二）OTN（光传送网）的分层结构
OTN是在传统SDH网络中引入光层发展而来的，其分层结构如表1L411012所示。
光层负责传送电层适配到物理媒介层的信息，在ITU-TG.872建议中，它被细分成三个子层，由上至下依次为：
光信道层（OCh）、光复用段层（OMS）、光传输段层（OTS）。
相邻层之间遵循OSI参考模型定义的上、下层间的服务关系模式。
1．光信道层负责为来自电复用段层的各种类型的客户信息选择路由、分配波长，为灵活的网络选路安排光信道连接，处理光信道开销，提供光信道层的检测、管理功能，它还支持端到端的光信道（以波长为基本交换单元）连接，在网络发生故障时，执行重选路由或进行保护切换。
2．光复用段层保证相邻的两个DWDM设备之间的DWDM信号的完整传输，为波长复用信号提供网络功能，包括：
为支持灵活的多波长网络选路重配置光复用段；为保证DWDM光复用段适配信息的完整性进行光复用段开销的处理；光复用段的运行、检测、管理等。
3．光传输层为光信号在不同类型的光纤介质上（如G.652,G.655等）提供传输功能，同时实现对光放大器和光再生中继器的检测和控制。
（三）网络节点
实现光网络的关键是要在OTN（光传送网）节点实现信号在全光域上的交换、复用和选路，目前在OTN（光传送网）上的网络节点主要有两类：
光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC）。
1L411013掌握业务网、支撑网功能及特点
在第三大考点中需掌握：
掌握：
业务网的相关内容
支撑网相关内容
一、业务网的相关内容
（一）电话网
1．固定电话网
固定电话网是目前覆盖范围最广，业务量最大的网络，分为本地电话网和长途电话网。
本地电话网是在同一编号区内的网络，由端局、汇接局和传输链路组成；长途电话网是在不同的编号区之间通话的网络，由长途交换局和传输链路组成。
电话交换局是电话网中的核心，采用数字程控交换设备，每一路电话编码为64kbit/s的数字信号，占据一次群中的某一时隙，在信令的控制下进行时隙交换，从而和各个不同的用户相连。
（P37交换系统一节对固定电话网的设备进行了详细介绍）
2.移动电话网P27移动通信网
由移动交换局、基站、中继传输系统和移动台组成。
移动交换局和基站之间通过中继线相连，基站和移动台之间为无线接入方式。
3.IP电话网
IP电话网通过分组交换网传送电话信号。
在IP电话网中，主要采用话音压缩技术和话音分组交换技术。
IP电话是一种利用Internet技术或网络进行语音通信的新业务。
IP电话用分组的方式来传送语音，在分组交换网中采用了统计复用技术，提高了对于传输链路和其他网络资源的利用率。
（二）数据通信网
低速数据业务主要包括电报、电子邮件、数据检索、Web浏览等。
该类业务主要通过分组网络承载，所需带宽小于64kbit/s。
高速数据业务包括局域网互连、文件传输、面向事务的数据处理业务，所需带宽均大于64kbit/s，采用电路或分组方式承载。
数据通信网包括X.25分组交换网（P40）、数字数据网（P43）、帧中继网（P40）、计算机互联网（P48），这些网络的共同特点都是为计算机联网及其应用服务的。
（三）综合业务数字网（ISDN）
综合业务数字网（ISDN：
IntegratedServicesDigitalNetwork）,中国电信通常称ISDN为一线通，是由电话综合数字网演变而成，提供端到端的数字连接，以支持一系列广泛的业务（包括话音和非话音业务），为用户提供一组标准的多用途用户-网路接口。
综合业务数字网有窄带和宽带两种。
1．窄带综合业务数字网
窄带综合业务数字网向用户提供的有基本速率（2B+D,144kbit/s）和一次群速率（30B+D,2Mbit/s）两种接口。
（1）ISDN（2B+D）业务：
基本速率接口包括两个能独立工作的B信道（64kbit/s）和一个D信道（16kbit/s）,其中B信道一般用来传输话音、数据和图像，D信道用来传输信令或分组信息。
（2）ISDN（30B十D）业务：
在一个基群速率（30B+D）接口中，有30个B通路和1个D通路，每个B通路和D通路均为64kbit/s，共1.920Mbit/s。
2．宽带综合业务数字网（B-ISDN）是在ISDN的基础上发展起来的，可以支持各种不同类型、不同速率的业务，包括速率不大于64kbit/s•的窄带业务（如语音、传真），宽带分配型业务（广播电视、高清晰度电视），宽带交互型通信业务（可视电话、会议电视），宽带突发型业务（高速数据）等。
B-ISDN的主要特征是以同步转移模式（STM）和异步转移模式（ATM）兼容方式，在同一网路中支持范围广泛的声音、图像和数据的应用。
二、支撑网相关内容P2P9
一个完整的电信网除有以传递电信业务为主的业务网之外，还需有若干个用来保障业务网正常运行、增强网路功能、提高网路服务质量的支撑网路。
支撑网是现代电信网运行的支撑系统。
支撑网中传递相应的监测和控制信号，包括公共信道信令网、同步网、电信管理网等。
（一）信令网
信令网是公共信道信令系统传送信令的专用数据支撑网，一般由信令点（SP），信令转接点（STP）和信令链路组成。
信令网可分为不含STP的无级网和含有STP的分级网。
无级信令网信令点间都采用直连方式工作，又称直连信令网。
分级信令网信令点间可采用准直连方式工作，又称非直连信令网。
（二）同步网
同步网是现代电信网运行的支持系统之一，为电信网内所有电信设备的时钟（或载波）提供同步控制信号。
数字网内任何两个数字交换设备的时钟速率差超过一定数值时，会使接收信号交换机的缓冲存储器读、写时钟有速率差，当这个差值超过某一定值时就会产生滑码、以致造成接收数字流的误码或失步。
同步网的功能就在于使网内全部数字交换设备的时钟频率工作在共同的速率上，以消除或减少滑码。
同步网处于数字通信网的最底层，负责实现网络节点设备之间和节点设备与传输设备之间信号的时钟同步、帧同步以及全网的网同步，保证地理位置分散的物理设备之间数字信号的正确接收和发送。
对同步网主要掌握三点内容
1．数字网同步和数字同步网
2．同步网的等级结构
3.大楼综合定时供给系统（BITS）和定时基准的传输
1．数字网同步和数字同步网
（1）在数字通信网内，使网中各个单元使用某个共同的基准时钟频率，实现各网元时钟间的同步，称为网同步。
数字网同步的方式很多，主要有准同步、主从同步和互同步。
通常国际通信时采用准同步方式。
目前，世界上多数国家的国内数字网同步都采用主从同步法，我国数字网同步也是采用主从同步方式。
好，下面我们分别看一下准同步、主从同步
.准同步方式是指在一个数字网中各个节点，分别设置高精度的独立时钟，这些时钟产生的定时信号以统一标准速率出现，而速率的变化限制在规定范围内，故滑动率是可以接受的。
通常国际通信时采用准同步方式。
通常国际通信时采用准同步方式。
.主从同步是目前广泛应用的一种同步方式。
是将一个时钟（一般是最高一级时钟）作为主（基准）时钟，网中其他时钟（从时钟）同步于主时钟。
目前，我国及世界上多数国家的国内数字网同步都采用主从同步方式。
.互同步
网中不设主时钟，由网内各交换节点的时钟相互控制，最后都调整到一个稳定的、统一的系统频率上，这样可以防止同步系统的系统频率随节点之间传输时延的变化而变化，从而实现全网的同步工作。
互同步可靠性有改善，但系统较为复杂。
（2）数字同步网
．用于实现数字交换局之间、数字交换局和数字传输设备之间的同步;
．它是由各节点时钟和传递频率基准信号的同步链路构成的。
．数字同步网的组成包括两个部分,即交换局间的时钟同步和局内各种时钟之间的同步。
2．同步网的等级结构
我国数字同步网的等级分为4级：
对这4级时钟的特
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