通信网理论基础南京邮电大学张顺颐老师.ppt

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1、2023/10/19,1,硕士研究生学位课程,通信网理论基础 张顺颐 2011，3，4,2023/10/19,2,课程改革,本课程由于选修人数过多，经研究生部批准，自本届起进行改革；改革的基本作法，不再是限制选修的人数，而是在研究生部的支持下，将全体学生分为两个大班上课，即A、B两班；A班为通信与信息系统、计算机应用技术、信息网络和信息安全专业，定位为学位课；B班为其它各类专业，定位为选修课；根据教学计划，B班的授课学时安排40学时左右；考试：A、B两班试卷有所差异，B班为60分通过；希望各专业的同学按照上述要求选课；,2023/10/19,3,教学内容（A班）,第一部分：通信网络的现状及发展

2、方向：当前通信网的现状、网络的发展和融合（1416学时）第二部分：通信网络结构分析：图论、路径、站址、流量、路由（48学时）第三部分：计算机通信网络的地址、路由、拥塞控制和管理（18学时）,2023/10/19,4,教学内容 第一部分 通信网络及其发展,1、通信网及其发展2、关注通信网络的发展与演进3、网络融合技术MPLS4、通信网络发展中的几个焦点问题5、局域网的标准及发展6、关于下一代互联网的标准体系7、物联网技术及其应用8、下一代广电网络NGB9、三网融合,2023/10/19,5,第二部分 通信网结构,1、图论基础2、树3、割、环、图的矩阵表示和运算4、最短路径问题5、网的中心和中心点

3、6、站址问题7、资源共享的两个定理和线路利用率8、流量分配与链路流量的最大化和最优化,2023/10/19,6,第三部分 Internet的地址、路由和管理技术,1、Internet的地址安排；2、Internet单播路由协议；3、对等网络P2P；4、网络融合和IP电话；,2023/10/19,7,教学目的,1、随着通信技术的发展，通信网络快速变化，通信网络的重要性日益提高；2、通信方式的不断发展和变化，促成网络的多样化，急需网络理论指导；3、掌握网络理论，有利于深入了解现有网络及其存在的问题，预见网络发展的方向；,2023/10/19,8,教学目的,4、网络融合与NGN将引发通信技术的革命性

4、的变革；5、通信新技术例如SIP协议的应用越来越广泛，对等网络P2P将成为改变因特网的新一代网络技术。这些使得我们必须关注通信网络的技术发展；6、通信、计算机等专业研究生的基本知识、基本概念和基本分析技能的学习；,2023/10/19,9,本课程的特点,1、站在宏观的、网络结构的基础上，分析通信网络的基本特性（共性），不是从信号的角度去研究网络，也不是就信号传输的方式或者网络的具体组成研究网络；2、在研究网络自身特性的基础上，分析网络的基本特点；3、将网络理论与当前通信网络的实际紧密联系；4、讲课为主，需要自学，少量习题；5、考试：开卷、独立、笔试；,2023/10/19,10,参考书籍(带*

5、者为主要),第一部分 通信网络及其发展：*1、通信网基础 王承恕著，人民邮电出版社，1999年 2、COMMUNICATIONS NETWORKS Fundamental Concepts and Key Architectures(Second Edition)Alberto Leon-Garcia,Lndra Widjaja Copyright 2004 by The McGraw-Hill Companies,Inc.（此书已有中译本，王海涛等译，清华大学出版社，2005年9月第一版）,2023/10/19,11,参考书籍,*3、COMPUTER NETWORKS(Fourth Edit

6、ion)Orignal English Language title:Computer Netwoks,fourthEdition by Andrwew S.Tanenbaum,Copyright 2003中译本：计算机网络（第四版），潘爱民译，徐明伟审，清华大学出版社2004年8月第四版,2023/10/19,12,参考书籍,4、第三代移动通信技术业务（第二版）罗 凌、焦元媛等编著，人民邮电出版社2007，7,2023/10/19,13,参考书籍,第二部分：通信网结构*5、通信网理论基础 周炯槃著，人民邮电出版社，1991年6、Communication Networks A Course(

7、Second Edition)(美)Jeam Walrand 著(美)McGraw-Hill公司出版 1999年3月,2023/10/19,14,参考书籍,第三部分：Internet的路由、拥塞控制和管理*7、计算机网络（第4版）谢希仁编著，电子工业出版社，2003年*8、高等计算机网络体系结构、协议机制、算法设计与路由器技术 徐烙、吴建平等，机械工业出版社，2003、9,2023/10/19,15,参考书籍,9、对等网络：结构、应用与设计 陈贵海、李振华著，清华大学出版社 2007年9月第一版10、P2P网络技术原理与系统开发案例 杨天路、刘宇宏等著，人民邮电出版2007 年6月第一版，20

8、07年12月第二次印刷,2023/10/19,16,教学环节,学时：48学时（通信、计算机、信息网络、软件等 专业学位课）讲课：40学时；作业：约34次考试：开卷考试学分：3学分申请：A班适用专业：通信与信息系统、信息安全、信息网络、计算机应用技术；需要注册；未注册者、未参加考试者、缺交作业者将无成绩,2023/10/19,17,第一部分通信网及其发展南京邮电大学教授、博士生导师张顺颐,2023/10/19,18,1：通信网及其发展,一、通信系统的构成通信系统：由终端、传输网、交换和路由控制设备等组成，用以完成信息的传输和转换；终端：完成信息的变换，使其适宜在网络上传输或者显示；通信网：信息传

9、输和处理的信道；交换机和路由器：选择信道的设备；,2023/10/19,19,一、通信网的构成,1、模拟通信和数字通信根据信息传送的过程和特征，通信方式可以分为：（1）模拟通信：模拟信号直接在信道中传输（2）数字通信：以数字方式传输信号的通信,2023/10/19,20,人的话音通信特点：用于传输话音信号的带宽很窄。原因是：1、人的话音带宽本来就不宽；人的声音频率约在 20 20000Hz；2、通信技术初期，铜线为主的信道价格高昂，并且其带宽很窄，所以模拟通信中为节省带宽，可将信道分为若干个频带，并且将通信中传输每一路话音信号的带宽限制在3400Hz的带宽以内，加上间隔，每个话路限制在4000

10、Hz,即 4KHz，基本可以反映出说话者的声音特点。这是所谓的“频分复用”；,2023/10/19,21,数字话路：根据奈氏定理（采样脉冲的频率，必须大于或等于被采样信号频率的两倍，才可以使数字化以后的信号再恢复成原始信号时不产生失真），因为话音信号的频率带宽在4KHz，故使用8Kb/S的脉冲作为采用脉冲，将模拟信号经过脉冲取样、数字量化变成数字信号。,2023/10/19,22,8KHz的采样脉冲每Ts=1/8KHz=125s，为一帧，在这一帧内，一个话路只需要采样一个信号的幅值即可。这个信号的幅值可以用8bit的数字信号表示。每一数字话话路的速率：8bit/125s8K8bit64Kb/S

11、。由于目前数字信道的传输速度已经远大于64Kb/S，所以可以把多个话音信号组织到一个传输系统中去传送。此即为“时分复用”的指导思想。,2023/10/19,23,具体的通信信号组织为，每8bit为一时隙，32个时隙为一帧，每16帧组成一复帧，其速率为：1帧：64Kb/S322048Kb/S2.048Mb/S，称为2M，俗称一次群。一次群是电信传输的一种基本组织方法。在一次群以上，还有二次群、三次群、四次群等。二次群：4组一次群，2.048Mb/S48.192Mb/S；三次群：4组二次群，8.192Mb/S432.768M/S；这种信息组织的方法，在数据传输速率大大提高的今天，已经不再向上发展，

12、而是改为光同步传输系统（SDH）；,2023/10/19,24,PCM30/32系统的帧结构,PCM30/32系统的帧结构,2023/10/19,25,数字通信和模拟通信,数字通信和模拟通信是两种通信方式：数字通信：直接使用数字信号（表示信息）的通信方式，如计算机通信。模拟通信：使用模拟信号传输信息的通信方式。因此，模拟通信和数字通信，是表示通信的方式，也就是通信中使用什么信号。,2023/10/19,26,数字通信和数字信号,数字通信和数字信号是两回事：数字通信：相对于模拟通信而言；指通信方式，其特点是用数字信号的方式表示信息并进行传输；数字信号本身可以表示数据，也可以表示模拟信息。根据使用

13、场合的不同，数字信号可以表示话音信号、数据、图像信号等。,2023/10/19,27,数字通信和数据通信,数字通信和数据通信也是两回事：数字通信是通信方式，其特点是用数字信号的方式表示信息并进行传输。数据通信：传输的信息是数据，这种通信称为数据通信。其通信方式可以是模拟方式，也可以是数字方式。数据通信是相对于话音通信而言的，往往是指通信信息的内容。,2023/10/19,28,数字通信和数据通信,例如传真通信、计算机等数据终端之间的通信，都是数据通信。而话音通信中的固定电话，在终端话机至端局交换机之间，往往还是模拟通信。在交换机之后，多是数字通信。数据通信相对于话音通信而言。图像通信：活动或静

14、止图像，将各象素的位置（同步）、亮度（灰度等级）、色彩（红、绿、蓝三色及其比例）经扫描变成数字信号，在接收方同步恢复。,2023/10/19,29,数据通信和数字通信,数据通信话音通信图像通信；通常是指通信内容，这三种内容也就是当前社会主要的信息交换。数字通信则是与模拟通信相对，是指通信的方式所以：模拟通信可以传输话音、数据、图像等内容；数字通信也可以传输话音、数据、图像等内容；数据通信的实现可以是模拟的，也可以是数字的。话音、图像通信也如此。,2023/10/19,30,图1 模拟信号的数字传传输,2023/10/19,31,2、通信网的硬件平台（1）交换系统 交换机是通信系统的核心和控制设

15、备；用于交换的设备，其发展：步进制纵横制电子式程控（程控式交换机、移动交换机、ATM宽带交换机）路由器，软交换设备等。,2023/10/19,32,交换方式：电路交换 报文交换 分组交换 混合交换第二层、第三层交换、第四层交换适应计算机通信网络的交换方式,2023/10/19,33,（2）终端 完成各种信号与通信信号的转换 电话机：完成拨号、呼叫、收听、通话功能；传真机：产生和接受信号，保持同步；数字式通信设备：各种信号以数字信号形式代表。如各种计算机终端；图像终端：图像摄取和显示终端；,2023/10/19,34,（3）传输 传输网络：普通明线 电缆 同轴电缆 光纤光缆 数字线 无线信道（无

16、线接入、微 波、卫星等）,2023/10/19,35,3、通信网的软件平台通信协议：支撑通信的规则、标准或约定模拟通信、数字通信、移动通信、计算机通信，各有其不同的协议；通信协议多称为建议，计算机通信多称为协议。管理系统：各种网管协议和软件、系统管理软件服务系统：各种业务支撑系统BSS、OBSS、客户管理系统CRM等。通信网协议的制定机构是国际电联ITUT；近来由于互联网越来越用于通信，因此互联网协议的制定和批准机构IETF（互联网工程任务组）在网络和通信中越来越显示出更大的力量。,2023/10/19,36,4、充分利用资源的通信技术频分复用FDM、频分多址FDMA：传输使用的频道分割成多个

17、子频道，供不同用户使用。时分复用TDM、时分多址TDMA：传输使用的时间分割成多个时隙，供不同用户使用。码分复用CDM、码分多址CDMA：多个码分信道供享载频频道的多址连接方式。波分复用WDM、波分多址WDMA：光纤中的不同窗口传送不同波长的激光。正交频分复用OFDM：由并行的多分频子载波来传输信息，低数码率传输，各分频载波之间相互正交。,2023/10/19,37,光纤巨大的传输能力,相应的传输技术DWDM密集波分复用技术允许在一根光纤上，利用不同的波长（窗口）传输不同的光信号。光纤的传输能力还在不断地提高；仅就目前的水平，光纤的传输能力已经惊人：以单模光纤为例：其传输能力约40Gbit/S

18、160波，若2Mb/S为30个话路，1G约500个2Mb/S；故1G可容纳3050015000个话路，40G约为600000个话路，一根光纤约96000000个话路，或者采用MPEG2编码，若2Mb/S为一路图像可以传送视频图象401601000/250040160 3200000路图像。,2023/10/19,38,光纤巨大的传输能力,信息传输的能力：Kb/s（每秒千比特）：10E+3Mb/s（每秒兆比特）：10E+6Gb/s（每秒吉比特）：10E+9Tb/s（每秒梯比特）：10E+12Pb/s：10E+15,2023/10/19,39,2023/10/19,40,5、通信技术的发展方向：5

19、W：who(谁)，what（什么），when（什么），where（何处），witch（哪个）；8W：whence（从何处），whenever（无论何时），whereto（向何处）；,2023/10/19,41,对于通信网络的基本要求：连接的任意性；接通的快速性；运行的可靠性；信息的透明性；质量的一致性；方法的灵活性；经济的合理性；,2023/10/19,42,二、当前通信网络的现状,1、固定电话网的网络组织及发展电话交换网络的形成 电话与交换本地电话与长途电话公众电话交换网络PSTN,2023/10/19,43,2023/10/19,44,公众电话网固定电话网,全国电话网（含固定、移动电话）分

20、为三级交换网络：全国8大枢纽（北京、沈阳、西安、成都、武汉、广州、南京、上海）为一级转接中心C1，不过，除京、沪、穗以外，其余的C1局的地位和作用已经大大降低；每省的省会为二级转接中心C2；地级市和地区为三级转接中心C3，其所辖范围称为“本地网”，使用同一个长途区号；,2023/10/19,45,公众电话网PSTN,一级中心局之间互相相连：例如：北京、上海、南京、沈阳、西安、武汉、成都、广州之间均有长途光缆信道相连；一级中心局至附近的省会局互连：例如：上海、南京均与附近的杭州、合肥、南昌、济南、福州之间有长途光缆相连；各省会城市与省辖市、地区之间有省内的长途光缆相连；,2023/10/19,4

21、6,图2 电话网的等级结构,2023/10/19,47,公众电话网PSTN,各省辖市之间有省内的骨干网相连；按照我国电信运营体制，省辖市、地区之内通话为市话，之间为长途；长途电话的识别：国际长途字冠为00，国家代号为13位数 字；国内长途字冠为0，地区长途代号为23位 数字；,2023/10/19,48,公众电话网PSTN,例如：北京，国际上008610；国内拨 010；香港：00852，澳门：00853，台湾：0088日本：0081，美、加：001，英国：0044德国：0049，法国：0033，俄罗斯：007市话和移动用户，凡是0开头的电话，将直接送长途局；移动电话为识别地区，规定固话拨非本

22、地区的移动电话时，需加拨0；移动电话之间通信不必加0；,2023/10/19,49,长途电话,目前我国的长途电话以C3局（地、市）为中心，设1个或多个长途局，电话终端通过市话端局、中心局接入长途局，按照路由接通长途电路；经过长途电路到达对方以后，由长途局、中心局，至端局，最后到达被叫用户终端。,2023/10/19,50,电话号码的两种形式,1、长途区号电话号码，例如：01066213456；02583492205；前面还可以加上国家号，如中国是00861066213456；2、营运商号段长途区号电话号码，例如：13905180001，18901500001；好处是可以区分营运商；目前在中国大

23、陆：130132；156、185、186 中国联通GSM；134139；188；中国移动GSM；133、153、189；中国电信CDMA；,2023/10/19,51,2023/10/19,52,2023/10/19,53,图2 电话网的等级结构,2023/10/19,54,2023/10/19,55,电话网,省辖市（地级市）内各县之间，光缆相连；大城市的中心局按照地域设置，中心局之间互连；中心局之下为汇接局或端局，相互之间光缆相连；市话用户的通信：主叫用户端局（可能经中心局）端局被叫用户；,2023/10/19,56,端局：面向和连接用户的电话局模块局：端局的一部分，通常设在稍远处汇接局：连

24、接若干个端局的电话局中心局：地区中心具有核心地位的电话局长途局：面向长途干线的电话局关口局：与其它营运商网络连接的电话、数据局市话网：传输市内电话的网络长途网：传输长途电话的网络 IP网络：以IP分组的形式传输信息的网络互联网：专指Internet（因特网）用户线：联结用户和电话局的馈线；中继线：各类电话局交换机之间的连线,2023/10/19,57,2023/10/19,58,2023/10/19,59,IP电话网络：传统的电话网是通过电路交换网传送电话信号，采用的是电路交换技术。IP电话是通过分组交换网传送电话信号，采用的是分组交换技术，同时在话音信号传输前，采用了话音信号的压缩编码技术。

25、,2023/10/19,60,传统电话网一般采用的A律13折线PCM编码技术，一路电话的编码速率为64kbit/s，或者采用律15折线编码方法，编码速率为52kbit/s或者更低，IP电话采用的编码技术节省了带宽资源。整个IP电话网络由网关、网守(也称网闸)、电话网管中心等组成。IP电话与普通电话分别在不同的网络传输，但是相互之间可以互连互通，互相拨叫。,2023/10/19,61,IP电话的基本过程,1、语音的数字化如果用户使用的是计算机，数字化在计算机内进行；如果用户使用的是模拟电话，则通过接入网络将语音传到交换设备上，然后再利用PCM之类的设备来对语音进行数字化。2、数据压缩主要用来剔除

26、无用的信号，并对数字化后面的语音信号进行压缩。这一步又分两个阶段：系统分析数字化后的信号，丢掉噪声和语音间隙信号；由CODEC(编解码器)用相关算法将去掉无用信号后的语音数字信号进行压缩及编码。,2023/10/19,62,IP电话的基本过程,3、数据打包数据被压缩后，需要对其进行打包并加进一些协议信息。语音数据的处理过程(压缩、编码、缓冲等)会产生一定的时延，协议信息加入包中是为了更好地保障数据的传输过程。4、解包及解压缩数据包到达目的地主机(网关、服务器或用户计算机终端)后，主机要完成的工作是：校验数据包正确性；将数据包放入抖动存储器里缓冲一段时间，等待足够的后达到的包并将其组装成原始数据

27、包(等待时间的长短要根据网络的拥塞情况而定)。用解压缩算法尽量恢复原始信号数据。,2023/10/19,63,IP电话系统的组成,电信级IP电话系统一般由IP电话终端、网关(Gateway)、网闸(Gatekeeper)、网管系统、认证计费系统等几部分组成。,2023/10/19,64,IP电话系统的组成,1、终端IP电话终端包括传统的语音电话机、PC、IP电话机，也可以是集语音、数据和图像于一体的多媒体业务终端。2、网关完成电话数据和网络数据的互相转换。网关具有路由管理功能，它把各地区电话区号映射为相应的地区网关IP地址。在用户拨打IP电话时，网关根据电话区号数据库资料，确定对方网关的IP地

28、址，并完成数据打包、路由选择等工作。这些信息存放在一个数据库中。上述呼叫处理、数字语音打包、路由管理等功能由网关中的处理软件完成。对于因特网未延伸到或暂时未设立网关的地区，可设置路由，由最近的网关通过长途电话网转接，实现通信业务。,2023/10/19,65,IP电话系统的组成,网关的构成网关通常由PSTN中继接口、数字信号处理板、主处理器、全局RAM以及以太网接口等设备组成。PSTN中继接口连接电话网，利用中继线(如E1或T1)承载用户数据，主要接续呼叫信息及承载用户的语音信息。DSP处理实时的语音信号压缩、DTMF信号的检测与产生、回波消除等工作，分担主CPU的负载。全局RAM主要用于缓存

29、语音信息和信令报文，便于顺序重组发送方发送过来的语音信息，使得接收方能够接收到连续的报文，合成连续的语音，减少了语音抖动的现象，使接收方听到比较舒服的声音信号。,2023/10/19,66,IP电话系统的组成,3、关守(网闸)关守负责IP电话系统的统一管理、配置和维护。除管理所有的 VoIP网关之外，还对 VoIP 网关发来的查询，以适当的 VoIP网关的 IP 地址回答。其主要功能包括：呼叫控制功能；地址翻译功能；带宽管理功能；路由管理功能；数据库管理和备份等。,2023/10/19,67,IP电话系统的组成,1)呼叫控制功能当呼叫来到时，关守对主叫鉴权，并给出对端网关的IP地址，如图所示：

30、,2023/10/19,68,IP电话系统的组成,2)地址解析网关在接收完被叫号码后，把号码用ARQ（自动请求重发）送给关守，关守在路由表中查找目的网关的IP地址，如果目的网关不在本区域中，向上级关守或邻近关守请求在别的区域中查找。找到目的网关后在ACF中返回其IP地址，未找到返回ARJ。3)带宽管理关守为了避免网络拥塞，可设定进行带宽管理。网关在ARQ中填入所需的带宽，关守若判断带宽资源不足，就拒绝呼叫。由于呼叫所需的带宽取决于语音编码的类别、是否采取静音、每个包带几帧数据等，因此，在ARQ中的带宽应按最大需求申请，在通话开始时，再实时修改所需带宽。,2023/10/19,69,IP电话系统

31、的组成,4)路由管理路由管理的目的：提高网络的可靠性和接通率，对话务流量进行分配。在路由表中，每个区号可以对应多个路由，路由具有优先级，选路时先选高优先级路由，如果高优先级路由拥塞或不可达，再选低优先级的路由。当呼叫跨区域时，双方的关守可以直接建立联系，也可以通过上级关守联系，还可以通过别的同级关守联系，方式灵活，保证系统的灵活配置和网络的可靠性。具有相同区号和路由特性的网关可以组成网关组，选路时可以针对网关，也可以针对网关组。对某一网关组选路时，可以按每个网关的优先级，也可以按百分比在网关间进行流量分配。为了在某些情况下能与既不在本关守的控制下，也无法与其关守通信的网关互通，路由还可设为“独

32、立网关”，直接与之通信。,2023/10/19,70,IP电话系统的组成,5)数据库管理IP电话系统包含的数据来源有：系统初始化信息；网络结构信息网关配置信息；网络拓扑信息；用户详细信息；呼叫记录信息等。关守必须采用合适的数据库管理系统对这些数据进行管理。在具有多关守的系统中，数据库管理还应该提供在各个关守服务器之间的复制、备份和同步功能。,2023/10/19,71,IP电话系统的组成,4、网管系统网管系统的功能是管理整个IP电话系统，包括设备的控制及配置、数据配给、拨号方案管理及负载均衡、远程监控、鉴权及安全管理等。,2023/10/19,72,IP电话系统的组成,5、认证计费系统关守提供

33、标准、开放的数据接口，将呼叫的详细记录送达计费系统，形成原始计费数据。利用这些数据可以实现：自动生成记账清单；数据的导出/导入；呼叫的重新计算；呼叫记录浏览；用户资料上载；自动生成新用户等。认证计费系统可以由IP电话系统制造商提供，也可以由第三方制作，但此时需IP电话系统制造商提供其软件数据接口。,2023/10/19,73,IP电话与传统电话的比较,2023/10/19,74,图3 IP电话网的构成,2023/10/19,75,(1)用户A用特定号码拨入，接通网关A并提供PIN码和被叫电话号码。网关A向它的本地网守发送服务请求，同时提供用户信息、服务类型和服务信息，其中包括被叫电话号码。网守

34、对这个用户信息提供验证，然后返回信息表示允许接入或拒绝接入。,2023/10/19,76,(2)如果允许用户接入，网守将发送一个信息到授权、认证及计费平台（即AAA平台），平台可以在网守内，也可以是一个独立的平台。AAA平台再次验证后，开始对用户进行计费。,2023/10/19,77,(3)网守通过对它本身数据库的查找（网守有电话号码和相对应网关的对照表），决定被叫号码所对应的网络和路由，如果没有该电话号码和网关的对照表，它将向上一级网守C提出请求，直到返回被叫号码所对应的网关。也有可能被叫号码的地方没有网关，没有开通服务，网守就会返回号码错误不能解析。,2023/10/19,78,(4)然后

35、网关A与网关B建立了一条对话通道，网关B再呼叫电话用户B，这样用户A与用户B的对话开始。,2023/10/19,79,互联网电话（因特网电话）,与IP电话不同，虽然互联网电话也是IP分组的，但是通过因特网（互联网）传送的电话，通常称为互联网电话，也称即时通信，它有四种形式：计算机计算机 PCPC;计算机电话 PCPhone；电话计算机 PhonePC；电话电话 PhonePhone；注意：这里的Phone是指电信网上的电话。,2023/10/19,80,互联网电话的发展,互联网电话的四种方式PC到PC；,以多媒体技术为基础，利用IP地址进行呼叫，通过语音压缩、打包传送方式，实现Internet

36、上PC机之间的实时话音传送。话音压缩、编解码和压/解包均通过PC上的处理器、声卡、网卡等硬件资源完成，这种方式只能限定在因特网内的上网人群使用，不能作为公共电话服务的手段推广。,2023/10/19,81,IP电话发展简史,PC到电话及电话到PC；,由网关来完成IP地址和电话号码的对应和翻译，以及话音编解码和打包。呼叫一方的计算机须接入网络，另一方使用普通的电话机。IP电话网关服务器负责用户鉴权、语音处理、接续控制、计费等工作。使用此业务通常需预付一定的费用或提供信用卡号码。,2023/10/19,82,IP电话发展简史,电话到电话（经互联网）,IP电话网关服务器一端与Internet相连，另

37、一端与当地的公用电话网相连。用户只需拨一个特殊电话号码(接入号)即可连到服务器，经过身份验证后，直接输入对方的电话号码。服务器收到被叫号码后，通过Internet与被叫方当地的相关服务器建立连接。对方服务器收到呼叫后立刻连通本地被叫电话号码。这种方式使用最简便、最易为用户接受，技术背景最复杂。,2023/10/19,83,通信网技术应用的几个小例子,目前，公众普通电话网、智能电话网、移动电话网、IP电话网、互联网电话都已经互连互通，信号可以畅通无阻，业务丰富多彩：手机休息站灵通伴侣（非呼叫转移）超级无绳（一号双机）FMC（移动与固定网融合：统一号码、号码携 带、呼叫、接听）彩铃（被叫向主叫提供

38、的振铃的音乐）号码任意显示拨号应答服务（如不在服务区，改号通知等）,2023/10/19,84,讨论和争鸣,关于长途电话的资费，阚凯力：长途通话费0.01元/分钟也有10倍利润；关于移动电话的漫游,阚凯力：移动电话的漫游只是传送几个字节的信息；,2023/10/19,85,2023/10/19,86,2、移动电话网第一代：模拟话音通信；频分复用；已淘汰。第二代：数字移动通信；两种制式：GSM（频分复用时分）、CDMA（码分复用时分）。第三代：指能够满足ITU IMT-2000无线接口技术规范（M.1457）要求的移动通信系统，其要求是：1、全球范围高度的兼容性，无线接口具有高度共同性；2、支持

39、高质量的多种业务，与固定网兼容；,2023/10/19,87,移动电话网,3、手机具全球漫游能力；4、全球使用同一频率；IMT2000于2000年5月举行的ITUR2000年会上通过。IMT2000规范包括CDMA（码分多址）、TDMA（时分多址）两大类共5种技术。其中CDMA为主流技术。,2023/10/19,88,移动通信的基本技术,多址技术：多个用户接入同一公共传输媒质实现相互之间通信时，需给每个用户的信号赋予不同的特征，以区分不同的用户，称为多址技术；多址技术的实现，有不同的方法，如:空分多址（SDMA）;频分多址（FDMA）;时分多址（TDMA）;码分多址（CDMA）等，移动通信中目

40、前主要是使用FDMA、TDMA、CDMA及其组合。,2023/10/19,89,移动通信的基本技术,频分多址（FDMA）FDMA是把使用的频带划分成若干较窄的、频域上互不重叠的频带，每个频带就是一个通信信道，供一个用户在接入时使用。频分技术依靠带通滤波器实现，要求较高，其技术与固定电话网中的技术类似。目前在2G和3G中，已经不单独使用FDMA技术，而是与其它多址技术结合使用。,2023/10/19,90,移动通信的基本技术,时分多址（TDMA）TDMA是把时间分成周期性的帧，每一帧再分成若干时隙，各用户依照指定的时隙通话。时分复用技术在固定电话网中也多使用。可以把FDMA技术和TDMA技术结合

41、起来，如GSM系统。,2023/10/19,91,移动通信的基本技术,码分多址（CDMA）码分多址（CDMA）用户使用相同的频率，但是依靠不同的码片序列加以处理，形成不同的信息码，接收时再根据码片序列加以检出。,2023/10/19,92,第二代移动通信,GSM(Global System for Mobile Commnication)：欧洲为主，亚洲等国家应用，是目前最大的移动通信网络。CDMA（Code Division Multiple Access）：美国、亚洲的一些国家开通。,2023/10/19,93,GSM:基站的25MHz带宽分为124个频道（双工），频道之间的间隔为200K

42、Hz，每一频道由8个用户共享。因此这是一种FDD+TDD的模式。即每一用户仅仅使用一个频道的一个时隙通话。所以，信号的发送和接收都是突发的，不是连续的。每个系统的容量为1248992用户。,2023/10/19,94,频率分配：上行：890915MHz（手机基站）中国移动：903909MHz 中国联通：909915MHz下行：935960MHz（基站手机）中国移动：948954MHz 中国联通：954960MHz码分多址CDMA（Code Divition Multiplex Access）；由中国联通开通运营，目前已出售给中国电信经营。,2023/10/19,95,由于用户的扩大，900MH

43、z频率的用户已经不能满足需要，所以又增加了1800MHz和2400MHz的频段。,2023/10/19,96,蜂窝移动通信系统：,图4 蜂窝移动通信系统图,2023/10/19,97,MSC：移动通信交换中心BS：基站,图5 GSM移动通信系统的组成,2023/10/19,98,交换分系统包括：移动交换中心（MSC）、归属（本地用户）位置寄存器（HLR）、被访（外来用户）位置寄存器（VLR）、设备维护中心（EIR）、鉴权中心（AC）和运行维护中心（OMC）等基本组成部分。它是移动通信系统的控制交换中心，又是与公众通信网的接口。,2023/10/19,99,移动交换中心MSC即移动交换机，负责交

44、换移动台（即终端MS）所发的各种类型的呼叫，如本地呼叫、长途呼叫和国际呼叫，提供连接维护管理中心的接口，还可以通过标准接口与基站（BS，或称为基地台）和其它MSC相连。,2023/10/19,100,基站分系统包括一个基站控制器（BSC）和由其控制的若干个基站收发信系统（BTS）。BSC单元用来与MSC进行数据通信，与MS在无线信道上进行数据传输。,2023/10/19,101,图6 TACS基站设备配置,2023/10/19,102,图7 移动通信收发信机方框图,2023/10/19,103,图8 900MHz蜂窝式移动电话本地网的网路结构,2023/10/19,104,图9 采用同频中继器

45、的900MHz蜂窝式移动电话网网路结构,2023/10/19,105,图10 区域联网的大中容量移动通信网结构,2023/10/19,106,图11 具有用户集中器的小容量移动电话网网路结构,2023/10/19,107,图12 具有移动电话交换机的 小容量移动电话网网路结构,2023/10/19,108,图13 多个长途编号区共用一个移动电话局 设专用通话电路的网路结构,2023/10/19,109,图14 移动电话局在长途网结构中的位置,2023/10/19,110,图15 移动通信网的组成,2023/10/19,111,图16 移动电话网与固定电话网之间的关系,2023/10/19,11

46、2,蜂窝小区的设计和形成：小区的形状：小区形状应该是规则结构。如果基站使用全向发射天线，基站覆盖区实际是一个圆。但从理论上来说，圆形小区邻接会出现多重覆盖或无覆盖区。正六边形小区的中心间隔最大，覆盖面积也最大；且重叠区域宽度最小，重叠区域的面积最小。,2023/10/19,113,图17 小区图形,2023/10/19,114,对于同样大小的服务区域，采用正六边形构成小区所需的小区数最少，故所需频率组数也最少。因此，蜂窝式移动通信系统中正六边形组网是最经济的一种方式。,2023/10/19,115,移动通信的发展：2G 2.5G 2.75G 3G(1)GSM GPRS GPRSEDGE WCD

47、MA 欧洲 8时隙捆绑 每时隙支持 HSDPA8时隙/载频 速率可达 48Kb/s,200KHz/载频间隔 115KHz 8时隙捆绑，9.614.4Kb/S 速率可达384Kb/S(2)IS136 IS136 TDMAEDGE TDMA 两个时隙支持 200KH带宽载频 14.4Kb/S 3时隙捆绑114Kb/S 6时隙捆绑支持 8时隙捆绑384Kb/S 43Kb/S(3)IS95 CDMA1X CDMA2000 1X EV-DO CDMA2000 3X(CDMA ONE）X为1.25MHz带宽 64频道/载频 1X即11.25MHz1.25Mb/载频,2023/10/19,116,目前3G（

48、第三代移动通信）技术发展：五大制式，六大提案，ITUT已经通过四种国际标准1)、IMT-2000 CDMA DS FDD：URTRA WCDMA2)、IMT-2000 CDMA MC FDD：CDMA20003)、IMT-2000 CDMA TDD：TDSCDMA URTRA-TDD4)、WiMAX：802.16宽带无线接入网（2007，10通过）FDD：频分双工 Wideband CDMA、CDMA2000TDD：时分双工 TDSCDMA,2023/10/19,117,4)、IMT-2000 TDMA SC FDD：UWC-1365)、IMT-2000 TDMA FT：DECT 但是，这两种

49、制式尚未被ITU批准。,2023/10/19,118,第三代移动通信,WCDMA：目前已经在欧洲、亚洲、美洲等多个国家开通；WCDMA的核心网基于GSM/GPRS网络的演进，保持其兼容性。基于TDM、ATM和IP技术，并向全IP网络演进。空中接口采用WCDMA，信号带宽5MHz，码片速率3.84Mcps，AMR语音编码，支持同步/异步基站运营模式。卷积码和Turbo码编码。上下行采用QPSK（相移键控）调制方式。,2023/10/19,119,第三代移动通信,CDMA2000：目前已经在拉美、亚洲的一些国家开通；基于IS-95标准，信号带宽N1.25MHz（N1，3，6，9，12）；码片速率N

50、1.2288Mcps；8K/13K QCELP或8K EVRC语音编码。基站为GPS/GLONESS同步方式。卷积码和Turbo码编码。上行BPSK，下行QPSK调制。,2023/10/19,120,移动通信的基本技术,码分多址（CDMA）码分多址（CDMA）用户使用相同的频率，但是依靠不同的码片序列加以处理，形成不同的信息码，接收时再根据码片序列加以检出。,2023/10/19,121,移动通信的基本技术,码分多址（CDMA）各用户使用同样的频带，但是不同的码型通信。扩频技术：时域上的脉冲信号，其宽度越窄，频谱越宽。如果用待传送的数字信号去调制很窄、但是频率很高的脉冲序列，可以展宽信号的带宽