1、现代通信技术与网络应用现代通信技术与网络应用第1章 概述1点与点之间建立的通信系统是通信的最基本形式，这一模型包括信源、变换器、信道、噪声源、反变换器和新宿等六个部分2话音频率VF：3003000Hz；甚低频VLF：330KHz（潜艇通信）；低频LF：30300KHz（船舶和航空通信）；中频MF：300KHz3MHz（AM无线电广播）；高频HF：330MHz；甚高频VHF：30300MHz（FM广播）；特高频UHF：300MHz3GHz（移动通信）；超高频SHF：330GHz（微波及卫星通信）；极高频EHF：30300GHz；红外：0.3300THz；可见光：0.33PHz3有线信道：平行导体
2、传输线、同轴电缆传输线、微带传输线、波导传输线、光线传输线；明线传输线是双线并行导体，它惟一的优点是结构简单。因为没有屏蔽，所以明线传输线辐射损耗高并且易受噪声的影响，因此，明线传输线通常在平衡模式下工作。同轴电缆被广泛的应用于高频以减少损耗并隔绝传输线路，其主要的缺点是昂贵且必须用于非平衡模式。无线信道：地波、空间波、天波（优缺点？）地波传输的缺点：（1）需要很大的发射功率；（2）频率限制在甚低频，低频以及中频范围内，并且需要大尺寸的天线；（3）地面损耗随表面表面材料不同发生明显变化。地波传播的优点：（1）地波传播可提供足够大的功率，地波用于世界上任何两地之间的长距离通信；（2）大气条件的改
3、变对地波传播基本上不产生影响。4香龙信息容量极限表述为： 其中：C为信息容量；B为带宽；S/N为信噪的功率比；5基带传输是指不经过调制而直接将原始基带信号送到线路上进行传输的一种方式。频带传输是指原始电信号在发送端先经过调制后，再送到线路上传输，接收端则要进行相应解调才能恢复出原来的基带信号调制目的：是将原始的电信号变换成其频带适合信道传输的信号6传输方式有四种：单工、半双工、全双工及全/全双工7数字通信的特点：（1）数字通信最显著的特点是抗干扰性强。（2）数字信号便于处理、加密、存储和交换。（3）设备便于集成化和微型化，功耗也较低。（4）电话业务和非电话业务都可以实现数字化，以便组成综合业务
4、数字网（ISDN）。（5）占有信道频带宽。8通信指标：有效性（“速度”）和可靠性（“质量”）。通信想有效性与可靠性是主要矛盾所在。在满足一定可靠性指标的情况下，尽量提高消息的传输速度；或者在维持一定有效性的情况下，使消息传输质量尽可能地提高。9通信系统的噪声可分为：相关的和不相关的不相关的：外部噪声和内部噪声，外部噪声的主要来源是：大气噪声、宇宙噪声、人为噪声和干扰。内部噪声：散粒噪声、渡越噪声和热噪声。相关噪声包括谐波失真和互调失真。10数字通信系统的主要性能指标为信息传输速率、码元传输速率（符号速率）、频带利用率等信息传输速率：以每秒所传输的信息量多少来衡量，信息量，码元传输速率：；频带利
5、用率，误码率。11脉冲编码调制就是把时间连续、取值连续的模拟信号变换为成时间离散、取值离散的数字信号，这个过程包括抽样、量化、编码三个过程。目前主要有两种压缩率即A律和律，我国采用A律，美国、加拿大、日本等国采用律。PCM的基群数码率为： 12话音编码技术通常分为波形编码（PCM）、声源编码（线性预测编码LPC）和混合编码（规则激励长时线性预测编码RPE-LTP，GSM现用编码）（三者比较）。13PDH复接过程：， 。SDH复接过程：。14无码间干扰的条件是： 消除码间干扰的方法：采用近似升余弦波的有理函数均衡波。均衡波形产生码间干扰的情况，通常用眼图来衡量15并行传输可以是使数据传输更快，但
6、是需要在源和目的地之间有更多的线路。并行传输常用于短距离和在计算机内部通信；而串行传输常用于远距离通信。16异步通信的最大优点是设备简单，易于实现。但是，它的效率很低。比如一个数据帧由10个码元组成，其中只有8为数据，不代表信号意思的码元就占了20%，使3线路利用率降低。同步通信的最基本特点，是使接收端的时钟严格保持与发送端一致，从而使接受时钟与接收数据为之间不存在误差积累的问题，确保正确地将每一个数据位区分开并接收下来。这样就省去了每个数据字传送时添加的附加位。17起始式异步通信的过程。18面向字符同步通信数据的帧格式：SYNSYNSOH标题STX数据块ETB/ETX块校验SYN：同步字符，
7、SOH：序始字符，表示标题的开始，标题：包括地址，目标地址，STX：文始字符，它标志着传送的正文（数据块）的开始。ETB/ETX组终字符或文终字符，校验方式可以为奇偶校验或CRC。面向比特的同步通信数据的格式01111110ACIFC01111110开始标志8位地址场8位控制场8位信息场8位帧校验场8位结束标志8位19所谓“复用”，就是将若干彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的信号的方法。“多址”是不同地点（常称为多址）的信号通过复用实现多点之间的通信。20通信网络的基本结构：网型网、星型网、复合型网、环形网和总线型网。从通信网的基本结构可以看出，构成通信的基本要素是：终端设备、传输链
8、路、转接交换设备。21现代通信的发展趋势：数字化，宽带化，智能化，个人化。第2章 现代通信终端1按照电话机的基本任务，它由三个基本部分组成：通话设备、信号设备和转换设备。通话设备包括送话器、受话器及相关电路；信号设备包括发信设备和收信设备；转换设备也称插簧。2按键盘一般由12个按键和开关接点组成，其中10个为数字键，2个为特殊功能键，分别为“*”、“#”键。3按制式电话机可分为磁石式、共电式和自动式等磁石式电话机是通话电源和呼叫电源完全自备的电话机；共电式电话机是由共电交换机集中供给通话电源和呼叫信号电源的电话机；自动电话机有转盘拨号式和按键式两种。4目前的图像显示终端有电视机、显示器等，它们
9、的显示方式有CRT、液晶、等离子体等。5CRT扫描原理与工作原理：（P71）6多媒体技术的主要特点表现在媒体信息表示的数字化，媒体信息处理的集成性、实时性与交互性。7多媒体计算机的关键技术：数据压缩技术、VLSI专用芯片、适应多媒体技术的软件核心。第3章 现代传输技术1光波的频率位于0.3THz（1 THz= Hz）到30 PHz（1 PHz=Hz）之间。2光波通信可分为无线光通信和有线光通信。 无线光通信是利用光波在大气中直线传播的特点来传输信息的。这种方式无需任何线路，简单经济，但由于受到天气气温不均匀等因素的影响使得光线发生偏移，大雾时甚至全被吸收，因而通信质量不稳定。目前，这种方式主要
10、应用于小容量、短距离的室内通信和户外的临时性的应急通信以及卫星之间的通信。有线光通信是利用光导纤维（玻璃纤维丝）等将光波汇聚其中并进行传播的特点来传播信息的，这种方式光波的传播特性稳定因而通信稳定，目前的光波通信主要是指光纤通信，光纤通信优良的传输性能使其成为了长距离大容量信息传输的首选方案。3光纤通信有以下优点和缺点：优点：传输频带很宽，通信容量大；中继距离长；不怕电磁干扰；保密性好、无串话干扰；节约有色金属和原材料；线径细、重量轻。缺点：强度不如金属线；连接比较困难；分路、耦合不方便，难以放大；弯曲半径不宜太小。应该指出，光纤通信的三个缺点都已克服，不影响光纤通信的实用。4根据光纤横截面上
11、折射率分布的情况来分类，光纤可分为阶跃折射率型即阶跃光纤和渐变折射率型（也称为梯度折射率型）即渐变光纤。阶跃光纤，在纤芯中折射率分布是均匀的，在纤芯和包层的界面上折射率发生突变；渐变光纤，在纤芯中折射率的分布是变化的，而包层中的折射率通常是常数。在渐变光纤中，包层中的折射率常数用表示，纤芯中折射率分布可用方幂律式表示。渐变光纤的折射率分布可以表示为 式中，是折射率变化的参数，是纤芯半径，是光纤中任意一点到中心径向的距离，是光纤纤芯中心位置对应的折射率，是渐变折射率型光纤的相对折射率差，即 ，称为抛物线分布；时，即为阶跃光纤。5光纤中的模式，简单也可理解为光在光纤中传播时特定的路径。如果光纤中只
12、容许一种路径的光束沿光纤传播，则称为单模光纤。如果光束的传播路径多于一条，则称为多模光纤。单模光纤的纤芯直径较之多模光纤小。常用的三种光纤为单模阶跃光纤、多模阶跃光纤和多模渐变光纤。P83 图3.2三种光纤的纤芯和包层折射率分布单模阶跃光纤：由于只容许光以一条路径沿光纤传播，因而纤芯是极小的，光束实际上是沿光纤轴线方向向前传播，进入光纤的光几乎是以相同的时间通过相同的距离。多模阶跃光纤：除了纤芯比较粗外，其结构与单模光纤相同。这种光纤的数值孔径（光纤接受入射光线能力大小的物理量）较大，因此允许更多的光线进入光缆。入射角大于临界角的光线沿纤芯呈“之”字型传播，在纤芯与包层的界面上不断地发生全反射
13、；入射角小于临界角的光线则折射进入包层，即被衰减。可以看出，此时光纤中的光是沿着不同路径进行传播的，因而通过相同长度的光纤就需要不同的传输时间。多模渐变光纤：纤芯的折射率呈现非均匀分布，中心最大，沿截面半径向外逐渐减小，光在其中通过折射传播。由于光线是以斜交叉穿入纤芯，光线在纤芯中不断地从光密介质到光疏介质或从光疏介质到光密界面中传播，因此总是在不停地发生折射，形成一条连续的曲线。进入光纤的光线有不同的初始入射角，在传输一段的距离后，入射角度变大并且远离中心轴线的光线要比靠近中心轴线的光线所走的路程长。由于折射率随轴向距离的增大而减小，而速度与折射率成反比，故远离轴线处的光传播速度大于靠近轴线
14、处的光传播速度，因此，全部光线会以几乎相同的轴向速度在光纤中传播。6数值孔径NA是衡量光纤捕获或聚集光的能力。NA越大则光纤从光源接受的光能量就越大，光纤捕捉光线的能力就越强，光纤与光源之间的耦合效率就越高。对于阶跃光纤，NA为 式中，是光纤纤芯和包层的相对折射率差。7与矩形波导类似，波导受限于最低频率称为截止频率，低于截止频率的电磁波将不能在波导中传播。相反允许通过波导的最长波长称为截止波长，定义为可在波导内传播的最大波长。只有工作频率对应的波长小于截止波长的电磁波才能在波导内传播。截止波长8光纤的损耗系数与光纤的折射率波动产生的散射如瑞利散射、光缺陷、石英的本征吸收、杂质吸收（如根离子）等
15、有关且是波长的函数，即为瑞利散射常数，为与缺陷有关的常数，为杂质引起的波吸收。可见有三个低损耗窗口，其中心波长分别位于、和。9P87 图3.6 光发送机原理框图10光源是光发送电路的核心器件，主要完成电信号到光信号的转换。光纤通信系统的发光器有以下两种：发光二极管（LED）和激光二极管（LD）。激光二极管的价格高、性能好；普通发光二极管价廉、相应的性能也差。LD的优点：由于LD具有方向性很强的辐射特性，因而易于光到光纤的耦合，这降低了耦合损耗，也可使用较细的光纤。LD的输出光功率大于LED。LD比LED适用于更高的比特率。LD产生的是单色光。LD的缺点：LD比LED约贵10倍。由于LD辐射功率
16、较高，因而寿命比LED短。与LED相比LD对温度的变化更敏感。 11中等码速率的数字光纤传输系统中一般采用RZ码型，而在高码速率或超高码速率的数字光纤通信系统中多采用NRZ码型。12自动温度控制电路（ATC）。自动光功率控制（APC）。13P91 图3.11 直接检测数字光接收机框图 常用两种器件检测光能，它们是PIN二极管和APD（雪崩光电二极管）。14中继方式主要有两种：电中继和光中继。P92 图3.15采用再生器作周期性损耗补偿的点到点连接P92 图3.16采用光放大器作周期性损耗补偿的点到点连接图3.15中的再生器即电中继器，它实际上是一个接收机和一个发送机对。它首先检测到达的微弱变形
17、光信号，然后将其转变为电信号，经放大整形后变成波形规则的电比特流，再调制光发送机，恢复原光比特流继续沿光纤传输。图3.15的系统收发端一般采用IM-DD方式。图3.16中的损耗补偿是用光放大器来实现的，它将接收到的微弱光比特流信号直接放大而不需将其转换为电信号，这种类型的放大器最成熟的是掺铒光纤放大器（EDFA），拉曼光纤放大器也是一种很有前途的光放大器。15典型的光纤链路损耗包括：光缆损耗；连接器损耗；光源与光缆接口损耗；光缆与光监测器接口损耗；熔接损耗；光缆弯折。16P94 图3.17 波分复用光纤通信链路考虑一个如图3.17所示的四个光发送机的WDM链路，开通比特速率分别为到，则总的带宽
18、为 当所有的波长的比特速率相等时，系统容量与单波长链路相比增强了4 倍。17微波是指波长为1m1mm，或频率为300MHz300GHz范围内的电磁波。微波通信的特点：微波波段的频带宽，通信容量大。适于传输宽频带信号。天线增益高、方向性强。外界干扰较小。通信灵活性大。投资少、建设快。中继传输。中继通信并不是微波通信的唯一方式，当采用大功率发射机，低噪声接收机和高增益天线时，微波也可以经高度为510km的对流层散射回地面，通信距离一次可达几百千米，称为散射通信；或利用流星余迹对电波的散射作用而达到超过视距的通信，这就是“流星余迹通信”，但这些系统应用较少。微波通信与光纤通信在未来通信网中有相互补充
19、、相互完善的趋势。18数字微波中继通信系统中继站按转接方式不同可以分为再生转接、中频转接和微波转接三种。19假定收、发天线之间相距为，且都采用无方向性天线（即电波在立体空间全方向性辐射），发射功率为，接收功率为，则自由空间传播损耗的定义为 或 在自由空间传播条件下，接收机的输入功率为 20STM-4数字微波通信设备的终端站，主要包括SDH复用设备和SDH微波通信设备。 P129 图3.47 STM-4数字微波终端站的组成 目前，数字微波在通信系统的主要应用场合有：干线光纤传输的备份及补充。城市内的短距离支线连接。未来的宽带业务接入（如LMDS）。无线微波接入技术。21通信卫星按结构划分可分为无
20、源卫星和有源卫星。现在主要是有源卫星。 卫星按相对于地球站的位置可分为运动卫星和静止卫星。应用广泛的是静止卫星。 若根据卫星轨道离地面最大高度的不同，可分为高轨道卫星（）、中轨道卫星（和低轨道卫星（）。P131 图3.49 同步通信卫星22卫星通信的特点：通信距离远，且建站费用与通信距离几乎无关。卫星通信覆盖面积大，便于实现多只通信。工作频带宽，通信容量大，适用于多种业务传输。通信线路稳定可靠，传输质量高。机动灵活。P132 表3.6 卫星通信的主要工作频段卫星通信的无线电波，主要在大气层以外的自由空间内传播，传输损耗主要取决于自由空间传播损耗，故卫星通信的电波传播信道是稳定的，可以看成是恒参
21、信道。这和地面微波中继通信以及对流层散射通信系统不同。但是有时根据情况还要考虑对流层等对电波传播的影响。另外，还存在着日凌中断及多普勒频移等现象。P133 图3.51 星蚀与日凌中断23一个静止卫星通信系统通常是由空间分系统、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统、监控管理分系统等四大部分组成。24转发器通常分为透明转发器和处理转发器两大类。按其变频次数的不同分类，透明转发器可分为一次变频和二次变频两种方案。25由多个地球站构成的通信网络，可以是星状网，也可以是网状网。P136 图3.59 卫星通信的网络结构26卫星通信系统的工作方式P137 图3.60 单跳单工卫星通信线路示意图P137 图
22、3.61 双跳卫星通信线路示意图第4章 现代交换技术1. 比较第一层，二层，三层，四层交换机，简单分析：最基本的交换是第一层，即物理层的交换，传统电话交换系统就是采用这种交换。在其他层的交换实际上是一种软交换或虚拟交换。第二层交换运行在数据链路层，它可以访问MAC地址，做出帧转发的决策，同时构筑自己的转发表。第三层交换机的出现使数据传输速度明显提高，同时他还支持多种路由协议。第二层交换连接用户和网络，在子网中指引业务流；第三层交换或路由器将数据包从一个子网传到另一个子网；第四层交换将包传到终端服务器。第四层交换是网络基础结构中的重要因素，它使得服务器容量随网络带宽的增加而增加。2. 数据交换的
23、特点包括：（1） 整合了多种交换设备（2） 整合了多媒体功能（3） 增加了交换网的智能（4） 提高了安全性（5） 提高了支持性（6） 更加易于管理，富有效率3. 现代交换技术的发展趋势如下：（1） 交换与传输互相渗透（2） 电交换向光交换过渡（3） 未来的交换系统是一个综合化，宽带化和智能化的交换平台。（4） 传统的话务理论面临挑战。（5） 交换与业务的分离。4. 一台交换机通常由交换网络，接口，控制系统三部分组成，它们之间的关系如图：P144/4.15. 交换网络的任务：是实现各入线与出线上的信号的传递或接续。控制系统则负责处理信令，按信令的要求控制交换网络以完成接续，通过接口发送必要的信令
24、，协调整个交换机的工作。6. 布控和程控的概念区别所谓布控，是指将交换机各控制部件按逻辑要求设计好，并用电路板布线的方法将各元器件固定连接好，交换机的各项功能即能实现的一种控制方法。这种交换机的控制部件做成后不好修改，灵活性很小。所谓程控，是指将对交换机的控制功能先按一定的逻辑要求设计成软件形式，存放在计算机中，然后由这台计算机来控制交换机的各项工作。若要改变交换机功能，增加交换机的新业务，只需要修改程序就可实现。7. 接线器原理示意图：P144/4.28. 集中控制与分散控制的定义，有那几种方式构成，各方式有什么区别：设某一台交换机的控制部分由n台处理机组成，它实现f项功能，每一项功能由一个
25、程序来提供，系统有r个资源，如果在这个系统中，每一台处理机均能控制全部资源，也能执行所有功能，则这个控制系统就叫做集中控制系统。在上述系统中，如果每台处理机只能控制部分资源，只能执行交换系统的部分功能，那么这个控制系统就是分散控制系统。在分散控制系统中，各台处理机可分为容量分担方式和功能分担方式两种方式工作。容量分担方式是每台处理机只分担一部分用户的全部呼出处理任务，即承担这部分用户的信号接口，交换接续和控制功能。功能分担方式是将交换机的信令与终端接口功能，交换接续功能和控制功能等基本功能，按功能类别分配给不同的处理机去执行。9. 动态分配与静态分配的区别：静态分配，就是资源和功能的分配一次完
26、成，各处理机根据不同的分工而配备一些专门的硬件。动态分配，就是指每台处理机可以处理所有功能，也可以控制所有资源，根据系统的不同状态，可对资源和功能进行最佳分配。10. 根据个交换系统的要求，目前生产的大，中型交换机的控制部分多采用分散控制方式的分级控制系统或分布式控制系统。11. 数字交换网络的功能就是完成时隙交换，在具体实现时应具备以下两种基本功能：（1） 在一条复用线上进行同一时隙的交换功能（2） 在复用线之间进行同一时隙的交换功能12. 复用器和串/并变换，分析工作过程：P148/图4.513. 时间接线器（T接线器）结构组成：P149/图4.714. 空间接线器（S接线器）结构组成：P
27、151/图4.815. 数字交换网络：数字交换网络有各种不同的结构，最简单的只有一单级T接线器，对于大型网络可以是多极T接线器组成的多级T型网络，也可以与S型接线器结合，构成TST,TSST,TSSST,STS,SSTSS等结构，以适应大中小型数字交换机的需要。16. 据图计算交换容量P152/图4.917. 程控数字交换机中用户电路的功能有下列七项B(Battery feed)：馈电O(Over-voltage protection)：过压保护R(Ringing control)：振铃控制S(Supervision)：监视C(Codec & filters)：编译码和滤波H(Hybrid c
28、ircuit)：混合电路T(Test)：测试18. 程控交换机的控制部分一般可分为三级：第一级：电话外设控制级。这一级靠近交换网络以及其他电话外设部分，也就是与话路设备硬件关系比较密切的这一部分的控制。第二级：呼叫处理控制级。他是整个交换机的核心，是将第一级送来的信息，在这里经过分析，处理，又通过第一级发布命令来控制交换机的路由接续或复原。第三级：维护测试级。主要用于操作维护和测试，它包括人-机通信。19. 程控交换系统的运行软件可分为两大类：系统软件和应用软件20. 用户打电话的过程是主叫摘机，拨被叫号码，被叫应答，开始讲话，话毕挂机。对应于用户的这些操作，交换机应按顺序完成下列各阶段的动作
29、（1） 送出拨号音（2） 接收拨号（3） 拨号数字分析（4） 呼叫被叫用户（5） 被叫应答（6） 切断21. 状态迁移的概念把一次接续划分为很多较长时间内稳定不变的稳定状态，如空闲，收号，振铃，通话等。交换机由一个稳定状态变化到另一个稳定状态叫做状态迁移。22. 呼叫处理的基本原理呼叫处理程序可以分为输入处理，内部分析处理和输出处理三大部分输入处理可分为：用户线监视扫描监视用户线状态的变化 中继线线路信号扫描监视中继器的线路信号 接收数字信号 接收公共信道信号方式的电话号码 接收操作台的各种信号分析处理可分为：去话分析，号码分析，来话分析，状态分析输出处理可分为：通话话路的驱动，复原 发送分配
30、信号 转发拨号脉冲，主要是对模拟局发送 发线路信号和记发器信号 发公共信道信号 发计费脉冲 发处理机间通信信息 发送测试码 其他23. IP交换机和路由器主要有两个区别：（1） 对待转发数据分组的信息结构进行分析的深度不同，这会直接影响转发数据分组的速度（2） 对网络节点间通信量的管理不同，IP交换机要检查OSI模型中的数据链路层的信息头，以便在连接的点之间建立一条路径，所有属于该路径的分组由此发出。24. IP交换机的构成P179/图4.4425. 光交换的优点：（1） 极宽的带宽（2） 运行速度快（3） 光交换与光传输匹配可进一步实现全光通信网。（4） 降低网络成本（5） 模拟传输与数字传输均可进行光交换（6） 均有空间并行传输信息的特性（7） 光器件体积小，便于集成。26. 光交换网络的交换方式：空分交换，时分交换，波分交换，码分交换。 第七章，电话通信网 1、 为了适应通信业务需求的变化，电话通信网在向着数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化方向发展。2、 ISDN能够提供商用业务的速率和接口有以下两种：（1）144kb/s速率的2B+D接口：它主要可以向用户提供电话、数据、用户传真、智能用户电报、可视图文、可视电话和静止图像等业务。（2）2.048Mb/s（基群速率）的30B+D接口：它主要用于连接PABX、集中交换等大信
