第三章 用户设备和传输系统

1、1第三章第三章 传输系统和用户终端设备传输系统和用户终端设备23.1 公共电话交换网的通信设备3.2 传输系统3.3 用户终端本章主要内容本章主要内容n传输系统n交换设备n用户终端n接入设备n传输系统的基本原理 n常用的传输系统（2线、4线、同轴电缆、微波、卫星和光纤传输系统） n公共电话交换网的同步 n数字复接技术（PDH、SDH）n模拟电话机n数字电话机n三类传真机n计算机终端33.1 公共电话交换网的通信设备n目前，公共电话交换网的通信设备主要分为四类：传输系统、交换设备、用户终端和接入设备等。传输系统：n功能：基带信号的点对点、双向传输；n分类：按传输媒介分，n双绞线传输系统；n同轴电

2、缆传输系统；n光纤传输系统；n微波传输系统；n卫星传输系统。43.1 公共电话交换网的通信设备n目前，公共电话交换网的通信设备主要分为四类：传输系统、交换设备、用户终端和接入设备等。交换设备：n功能：根据主、被叫用户终端的网络地址，完成信息传输通路的建立和释放；n分类：n局用交换机：n用户交换机：局用交换机：n定义：用于网络中交换局的交换设备，通常具有多种用途和较大的容量；n类型：n县局交换机；n市话交换机；n汇接交换局；n长话交换局；n国际交换局。53.1 公共电话交换网的通信设备n目前，公共电话交换网的通信设备主要分为四类：传输系统、交换设备、用户终端和接入设备等。交换设备：n功能：根据主

3、、被叫用户终端的网络地址，完成信息传输通路的建立和释放；n分类：n局用交换机：n用户交换机：用户交换机：n定义：主要在一个企业或单位内部使用，以组成一个用户内部的电话交换网，俗称“总机”；n连接关系：与最近的市话交换局相连，并作为市话交换局的用户。63.1 公共电话交换网的通信设备n目前，公共电话交换网的通信设备主要分为四类：传输系统、交换设备、用户终端和接入设备等。交换设备：n功能：n分类：n目前我国公共电话交换网中主要的数字程控交换机型号：n德国西门子EWSD交换机：可用作县局、市话、汇接和长途局交换局，特点是：性能先进、可靠性很高；n美国朗讯5ESS交换机：面向2000年电信业务的第一代

4、交换机，能以一种单一的通用平台来满足电信部门的任何需要，主要用于北美市场。n法国阿尔卡特E10B交换机：作为市话交换机时可接5万用户线，作汇接局时可接15000条中继线，话务量可达5000erl，呼叫处理能力30万BHCA。n华为C&C08交换机：n中兴ZXJ-10交换机；n巨龙HJD-04交换机；n大唐SP30交换机；n上海贝尔-阿尔卡特S1240交换机；73.1 公共电话交换网的通信设备n目前，公共电话交换网的通信设备主要分为四类：传输系统、交换设备、用户终端和接入设备等。用户终端：n功能：提供各类信息传输服务；n分类：n模拟电话机；n数字电话机；n三类传真机；n计算机终端；接入设备：n定

5、义：是指市话交换机与用户终端之间的设备；n功能：主要完成交叉连接、复接和传输等功能，一般不具备交换功能。n分类：n集中器；n点对多点；n小灵通PHS；n光纤接入设备等。83.2 传输系统n传输系统的基本原理 n常用的传输系统n公共电话交换网的同步 n数字复接技术n传输系统的功能：提供1个或多个话路的基带模拟或数字信号的点对点、双向传输服务；n一般组成和接口：2个传输终端+1个传输媒介组成。n传输终端：n连接关系：n功能：n传输媒介：n连接关系：n组成：金属+介质=波导系统；n功能：93.2 传输系统n传输媒介：n媒介信号：是一种光或电信号，n它由传输终端输出，n它的一个或多个特征参量（如：幅度

6、、相位、频率等）可变，并可被基带信号调制，n媒介信号在传输媒介中可激励起电磁波，电磁波可从传输媒介的一端传播到另一端，n电磁波可被接收装置转化为媒介信号，n媒介信号被解调后，可恢复为基带信号。103.2 传输系统传输系统n接口：n定义：用户或交换设备与传输系统间标准化的基带信号传输手段或方式；n功能：n连接用户/交换设备和传输系统；n使用户/交换设备可以和不同的传输系统互连。n组成：服从统一、标准化的规范，由，n传输媒介规范n电气特性规范n复接方式规范n信令要求113.2 传输系统n接口：n定义：n功能：n组成：n传输媒介规范n电气特性规范n复接方式规范n信令要求n传输媒介规范：n内容：传输媒

7、介及两端连接器的物理和几何参数；n举例：EIA/TIA定义的五类传输线及连接器n用途：计算机与集线器和路由器、电话机与交换机间的互连；n内容：铜导线的线径、绝缘材料、缠绕密度、单位距离衰减量、抗干扰能力、带宽等；n分类：n1类：带宽较小，用于电话机与交换机间的互连；n3、4、5类：带宽较宽，用于计算机与集线器和路由器的互连。n连接器：水晶头及插座，分为：nRJ-45：计算机；nRJ-11：电话机。12n复接方式规范：n内容：当基带信号由多个话路复接而成时，需要对复接方式进行统一的规定；nFDM方式：载波中心频率、间隔和带宽等；nTDM方式：帧结构。3.2 传输系统n接口：n定义：n功能：n组成

8、：n传输媒介规范n电气特性规范n复接方式规范n信令要求n电气特性规范：n内容：如：供电方式（哪一方供电、供电电压等）、交流特性（发信功率、带宽、阻抗等）等；133.2 传输系统n接口：n定义：n功能：n组成：n分类：通常按接口所使用的传输媒介分：n2线接口：n特点：使用1对双绞线作为传输媒介；n功能：提供1个话路基带信号的点对点双向传输服务；n种类：n2线模拟用户线接口；n2线数字用户线接口；n2线模拟中继接口。n4线接口：n特点：使用2对双绞线作为传输媒介；n功能：提供1个话路基带信号的点对点双向传输服务；n分类：n4线数字用户线接口；n4线模拟中继接口。143.2 传输系统n接口：n定义：

9、n功能：n组成：n分类：通常按接口所使用的传输媒介分：n数字一次群接口：n特点：使用同轴电缆作为传输媒介；n功能：提供30个话路基带数字信号的点对点双向传输服务；n数字二次群接口：n特点：使用同轴电缆作为传输媒介；n功能：提供120个话路基带信号的点对点双向传输服务；传输系统举例：153.2 传输系统n传输系统的基本原理 n常用的传输系统n公共电话交换网的同步 n数字复接技术n2线传输系统n4线传输系统n同轴电缆传输系统n微波传输系统n光纤传输系统 2线传输系统n特点：n使用1对双绞线，进行双向传输；n没有传输终端，2线传输系统就是2线接口。n功能：n主要提供单路（也可多路）包括直流脉冲在内的

10、基带音频模拟或数字信号的点对点、双向传递服务；n同时交换侧设备还需要向用户侧设备提供48V的供电电压。 16 2线传输系统n组成：没有传输终端，只有一 对双绞线组成（与2线 接口相同）。n双绞线：n组成：两根相互缠绕、具有绝缘保护层的铜导线组成；n功能：n传输特性：即双绞线对直流、交流信号的衰减特性，n衰减（媒介信号功率单位长度的损耗）的原因：3.2 传输系统173.2 传输系统 2线传输系统n直流衰减：铜导线是非超导体，n直流等效电路图：n馈电方接口电路：直流电压源（V=48V）， 内阻Ri（单位：）；n负载方接口电路：负载电阻Rp（单位：）；n双绞线：环路电阻Rl （单位：）。n环路电流I

11、p （单位：A）：n环路电阻Rl造成了直流衰减， Rl越大， Ip越小，n由于用户终端一般都是靠交换机供电，所以 式中为i1最小工作电流（单位：A）， i2为最大工作电流（单位：A）。 ilppRRRVI21iRRRViilp21iIip183.2 传输系统 2线传输系统n直流衰减：n直流等效电路图n环路电流Ipn环路电阻Rl ：n通常：V=48V，n若考虑到线路噪声对信令信号（如：摘机信号、拨号脉冲信号）检测的影响， Rl通常应为 n减小直流衰减的措施：n减小双绞线的长度以减小环路电阻Rl； 例如：当双绞线线径为0.4mm时，它的每公里直流电阻为270，因此当只考虑直流衰减时，此种双绞线的最

12、大使用距离为1300/270=4.8 km。pilpiRRiVRRRiV12200,400,100,2021piRRmAimAi1800lR1300lR19 2线传输系统n直流衰减：n减小直流衰减的措施：n减小双绞线的长度以减小环路电阻Rl；n增大双绞线的线径以减小环路电阻Rl； 若将线径增大到0.5mm，则每公里直流电阻为173，此时最大使用距离就增大为1300/173=7.5 km。n交流衰减：n平衡与非平衡信号： 平衡信号 非平衡信号 交流衰减小，减小共模干扰 使用简单，但交流衰减大， 不能抑制共模干扰 3.2 传输系统20 2线传输系统n交流衰减：n平衡媒介信号的传播：n平衡电压信号激

13、励 起正负电荷，n电流在更远处形成正负电荷，n正负电荷产生电场，从而形成位移电流，n闭合回路产生时变磁场，n时变磁场产生感生电流，n电磁波在两根导线间由近及远传播。n产生交流衰减的原因：n铜导线非超导体（即电导率不为零），使部分传导电流变为热量，且频率越高转化的比率也越高；n绝缘体非理想绝缘体，使部分电场（或者说位移电流）转化为热量，且频率越高转化的比率也越高；n电磁辐射，使部分电磁场离开铜导线，向四面八方传播，且频率越高辐射的比率也越高； 3.2 传输系统21 2线传输系统n交流衰减：n非平衡媒介信号的传播：n非平衡电压信号激励起正负电荷，电荷的 极性相反，大小不等，铜导线中的传导电 流方向

14、相反，大小不等，n电磁场将不再仅分布于两根铜导线之间，n于是辐射出去的能量增加，铜导线周围绝缘 层的绝缘特性变差，衰减变大。n减小交流衰减的措施：n提高铜导线的导电率（减小杂质），增大线径；n提高绝缘层的绝缘特性；n降低信号的频率；n使用平衡信号方式。n减小干扰的措施：n让两根导线相互缠绕，从而使同一干扰源在不同位置产生的干扰电流方向正好相反，减小串话；3.2 传输系统223.2 传输系统 2线传输系统n交流衰减：n减小干扰的措施：n使用平衡信号方式；例如：在线径为0.04mm时，它对交流1kHz信号的每公里衰耗为1.62。为保证输入端有一定的信噪比，通常要求终端输入端信号电平不小于8，因此当

15、只考虑交流衰减时，线径为0.4mm的双绞线其使用的最大距离为8/1.62=4.9km。因此综合考虑两种衰耗，线径为0.4mm双绞线的使用距离应不大于4.8km。n特点及用途：n优点：价格低、维护简单，成束的多对双绞线可以为多个用户一起拉线；n缺点：直交流衰减都较大，无法插入放大器；n用途：近距离传输单个话路的基带音频信号，常用作模拟/数字用户环线、本地网的短距离模拟/数字局间中继。233.2 传输系统n2线传输系统n4线传输系统n同轴电缆传输系统n微波传输系统n光纤传输系统 4线传输系统n特点：n使用2对双绞线，每对只负责一个方向的传输；n易于插入放大器。n功能：n主要提供单路（也可多路）基带

16、音频模拟或数字信号的长距离、点对点、双向传递服务。n分类:n使用2线接口的4线传输系统；n使用4线接口的4线传输系统。 使用2线接口的4线传输系统n组成：两对双绞线+两个线路 终端243.2 传输系统 使用2线接口的4线传输系统n组成： 传输媒介n组成：n由两对双绞线组成，每一对双绞线只负责一个话路一个方向的基带音频信号的传输工作，分别称为发送分支和接收分支；n4线传输系统可以非常容易地插入放大器，以补偿双绞线的交流损耗，增大系统的传输距离；n由于直流电流脉一般不能被放大器放大，故4线传输系统中，原来用直流电流脉冲传输的信令信号，都将使用某个单频正弦信号（如：中国NO.1信令系统使用2600H

17、z正弦信号）的通断（脉冲）来传输。 25 线路终端n连接关系：n功能：完成2/4线变换；n组成和工作原理：n桥路：n理想工作情况：3.2 传输系统 使用2线接口的4线传输系统n组成：263.2 传输系统 线路终端n组成和工作原理：n理想工作情况：在理想情况下， 桥路自身应没有损耗，且满足： 因此，在上、下分支不能组成回路，环路信号为零。 n非理想工作情况：当桥路不满足以上两式时，即有： n于是，当接收分支中有输入信号i3时，i2和i4都不为零。对另一个线路终端同样如此，因此发送、接收分支会成为一个回路，其中的回路信号i5将不为零。若两个放大器使整个回路的增益Gs（等于线路的衰减量与放大器增益的

18、乘积）大于1，则回路中会有某一频率的信号经过整个回路和放大器放大后与自身同相，于是其幅度会不断增大（直至使放大器达到饱和状态为止），从而产生振鸣现象。 003121，时，当iiii342300iiii，时，当003121iiii，时，当342300iiii，时，当273.2 传输系统 线路终端n组成和工作原理：n振鸣现象的避免：n使回路增益Gs-6dB或每个分支的增益GB-6dB ；n使用4线接口。 4线传输系统n分类:n使用2线接口的4线传输系统；n使用4线接口的4线传输系统。 使用4线接口的4线传输系统n目的:n减少不必要的2/4线变换电路；n避免振鸣现象的发生。n组成：两对双绞线，无线路

19、终端，4线传输系统=4线接口。283.2 传输系统 使用4线接口的4线传输系统n功能：n供电，n主要向用户或交换设备提供单路（也可多路）基带音频信号的长距离、点对点、双向传输功能，n特点及用途：n优点：使用和维护简单；可使用放大器来增大传输距离；n缺点：n成本是2线传输系统的2倍；n2/4线变换电路对信号有一定的衰减作用，因此在整个信息传输通路中，这种需要2/4线变换电路的4线传输系统使用的次数不宜过多。n 用途：n可用作数字用户环线、本地网和长途网的局间中继线。 293.2 传输系统n2线传输系统n4线传输系统n同轴电缆传输系统n微波传输系统n光纤传输系统 同轴电缆传输系统n特点：n使用2条

20、同轴电缆作为传输媒介，每跳负责一个方向的传输；n交流衰减小；n传输距离远，可达几十公里；n传输带宽宽，可达几百MHz；n抗干扰能力强。n功能：n多个话路基带音频信号的长距离、双向传输服务。 n分类:n同轴模拟载波传输系统；n同轴数字PCM传输系统 。303.2 传输系统 同轴电缆传输系统n分类:n同轴模拟载波传输系统n同轴数字PCM传输系统 同轴模拟载波传输系统n功能：nN个话路的基带模拟音频和直流脉冲信号的远距离、点对点、双向传递服务。n组成：2台模拟频分复用FDM（FDMFrequency Division Multiplexity）设备和一段同轴电缆组成 31 FDM设备（载波端机） n

21、连接关系：n功能：3.2 传输系统 同轴模拟载波传输系统n组成：323.2 传输系统 同轴模拟载波传输系统n组成： 同轴电缆 n功能：提供不包括直流在内、非平衡宽带媒介信号的远距离传输服务。n组成：内导体+外导体+两者之间的介质=波导系统。n传输特性：n非平衡信号方式：在同轴电缆中，信号通常都是以非平衡信号的方式传输，即同轴电缆的外导体一般接地，而内导体则与信号端相连。这是因为干扰信号只可能在外导体上感应出电流，若采用平衡方式，则干扰信号不会被除去。 333.2 传输系统 同轴电缆 n传输特性：n非平衡信号方式n电磁场分布n电磁场在内外导体间传播， 故辐射损耗较小；n内外导体的界面积较大， 故

22、体电阻较小；n内外导体间充满惰性气体 或油绝缘性较好；n采用非平衡信号方式，避免外导体接收干扰信号。n特点和用途：n优点：传输距离较远、带宽较宽；n缺点：使用维护麻烦，要有良好的接地、防漏水措施，需要定期充气或充油。n用途：本地网、长途网的大容量、远距离中继传输系统。343.2 传输系统 同轴电缆传输系统n分类:n同轴模拟载波传输系统n同轴数字PCM传输系统 同轴数字PCM传输系统n功能：nN个话路复接成的高速基带数字信号的远距离、点对点、双向传递服务。n分类：n使用2线接口的同轴数字PCM传输系统n使用1次群接口的同轴数字PCM传输系统 使用2线接口的同轴数字PCM传输系统n功能：nN个话路

23、的基带 模拟音频及直流 脉冲信号的远距 离、点对点、双 向传递服务。n组成：35n传输媒介：2条特性阻抗为75的同轴电缆；n传输终端：n功能：n组成：数字线路终端DLT +PCM TDM设备 3.2 传输系统 使用2线接口的同轴数字PCM传输系统n功能：n组成：n数字线路终端n功能：363.2 传输系统nPCM TDM设备：n功能：N路基带模拟音频及直流脉冲 信号转化为高速PCM TDM信号；n组成：n工作原理：373.2 传输系统 使用一次群接口的同轴数字PCM传输系统n功能：nN个话路复接成的基带高速数字PCM信号的远距离、点对点、双向传输服务。n组成：无传输终端，只有两条同轴电缆，就是一

24、次群接口。n规范：n传输媒介：2根75同轴电缆 或两条120双绞线；n电气特性：ITU-T G.703;n帧结构： ITU-T G.704和G.705。383.2 传输系统 使用一次群接口的同轴数字PCM传输系统n规范：n帧结构： ITU-T G.704和G.705。393.2 传输系统 使用一次群接口的同轴数字PCM传输系统n滑码现象：n接口电路的组成：由一个内弹性 缓冲存储器（n位循环队列）、 写指针Pw、读指针PR。n当接收时钟频率fw=本机时钟频率fR时， 通过调整D= Pw PR，对接收帧 进行延时T=D/R，从而使各接口 的接收帧的帧头和本机发送帧的 帧头对齐。 例例3.13.1设

25、两台交换机之间的距离为40km，中继线为双绞线，延时为5s/km，传输信号是CEPT E1信号。求交换机的弹性存储器容量。解解：回路传输延时 = 2405 = 400s 每帧周期=125s 因此取n=4，总时延为4帧时间。所以弹性存储器应延时 D = 4125-400 = 100s403.2 传输系统速率rx = ri = 2.048Mb/sk-j = Drx = 10010-62.048106 = 204.8因此，弹性存储器的容量应不小于206位。 n当接收时钟频率fw本机时钟频率fR时，D增大，新内容未读，重复写入（漏读）；n滑码：由于两交换机的时钟频率不等，而造成的数据重读或漏读现象。n

26、滑码发生的周期：当存储器为n位，标称频率为r，相对频差为r时，滑码发生的周期为Ts n(rr) 因此当传输速度为2.048Mb/s，两个时钟频差为10-7，而存储其容量为256位时，滑码发生的周期为Ts256(2.048106107) 1250s 20.8min 或每天丢失（或重读）69帧。 413.2 传输系统n滑码现象的减小措施：n增大队列长度；n时钟频率偏差尽可能小。423.3 公共电话交换网的同步 n数字通信网的同步问题：n帧同步：传输时延+D=n125us；n位同步：保证 fw- fR，从而使滑码周期Ts指定值。n同步方式：n准同步：n特点：各交换局的时钟各自独立，主要依靠各交换局时

27、钟的准确性，来保证同步。n方式：使用频率稳定度很高的原子钟，这样不同交换机时钟信号间的误差将约等于原子钟的频稳度，约为110-11数量级，当队列的长度为256比特时，滑码发生的周期将为1000小时以上。n优点：组网容易、易于扩充、相互间无依赖性；n缺点：价格昂贵，设备的体积和功耗都较大。出于政治的考虑，各国电话交换网之间常采用准同步方式。 433.3 公共电话交换网的同步n主从同步：n主局：选择一个交换局为主局，它采用高精度时钟，并可以通过专用的数字信道将定时时基送到从局。n从局：其余，使自己的时钟与主局时钟同步。n优缺点：结构简单、经济，但可靠性差， 一旦主局时钟或链路故障，将临时 靠自己的

28、时钟工作，滑码周期会降低。n互控方式：n特点：本局时钟=其他各局时钟的平均值；n优缺点：电路复杂，目前已很少使用。443.3 公共电话交换网的同步n我国国内电话交换网的同步方式：n特点：采用准同步与主从同步相结合的方式，对外准同步方式，对内主从同步方式。n交换局的时钟根据它在公共电话交换网中的地位，分为四个等级：n最高级为第二级A类，它置于一级和二级长途交换中心或国际局，其允许的最大频率偏移为510-10/天，n第二级B类，为三级和四级长途交换中心的时钟，其允许的最大频率偏移为110-9/天。两类第二级时钟信号均由具有保持功能的、受铯原子钟控制或受同级时钟控制的、高稳定晶体振荡器产生。n第三级

29、，主要置于汇接局和端局，也由具有有保持的、受二级时钟控制或受同级时钟控制的、高稳定晶体振荡器产生，其允许的最大频率偏移为210-8/天。n第四级时钟，它主要置于远端模块、数字终端设备、数字用户交换设备，为受第三级时钟控制的一般晶体时钟。 45 模拟电话机n功能：通过使用核心网络提供的基带模拟信号传输服务，来向用户提供各种电话通信服务（业务）。 n组成：3.4 用户终端n功能：提供以话音为主的通信服务；n分类：n模拟电话机；n数字电话机；n三类传真机；n计算机；463.4 用户终端 模拟电话机n组成： 应用部分n组成：主要由送话器和受话器组成；n功能： 473.4 用户终端 模拟电话机n组成：

30、信令转化n组成：主要由叉簧、电铃和拨号器组成；n叉簧：电话终端的听筒放在叉簧上，若用户拿起听筒，则叉簧抬起。叉簧的下降和抬起可以控制接口电路中J1的断开和闭合，从而产生摘机、挂机和应答信令。 n电铃：主要负责将交换机送的频率为20Hz、幅度为70V的铃流信号转化为能听得到的铃声。 483.4 用户终端 模拟电话机n组成： 信令转化n组成：主要由叉簧、电铃和拨号器组成；n拨号器：主要由一个数字键盘和拨号器电路组成。n数字键盘：用户可以根据被叫号码依次按压数字键盘；n拨号器：可以通过控制接口电路中的开关J2，或通过产生几个单频信号的组合，将各位数字通过接口电路发送给交换机。 493.4 用户终端表

31、3.1 DTMF信号和数字间的关系高频群低频群H1(Hz)H2(Hz)H3(Hz)H4(Hz)1209133614771633L1(Hz)69712313L2(Hz)77045614L3(Hz)82078915L4(Hz)94111(*)012(#)16503.4 用户终端 模拟电话机n组成： 混合电路n功能：主要负责实现2/4线变换， 即将送话器送来的模拟话音信号 ，转化为平衡信号，然后通过T/ R线发送给交换机，同时将交换机 通过T/R线发来的话音信号，提 取并送给受话器。 513.4 用户终端 模拟电话机n组成： 混合电路n功能：n组成：n发送和接收低通滤波器n消侧音电路: n侧音：送话器送出的信号经过发送滤波器后，一部分会通过T/R线传送到交换机，而另一部分则会通过接收滤波器进入受话器，这部分信号通常被称为侧音。侧音信号会对交换机送来的、要接收的信号产生的干扰。 523.4 用户终端 混合电路n