1 绪论-1-现代交换原理与技术课件

几点要求：

1.按时上课，勤做练习；

2.专心听讲，不扰他人；

3.独立、按时完成作业；

4.有问题及时提出并解决。

课程介绍学时：讲授：54实验：18参考书：《现代交换原理》（人民邮电出版社，桂海源编）《程控数字交换与交换网》（北京邮电学院出版社，叶敏主编）《计算机网络》（电子工业出版社，谢希仁编）1.绪论2.交换技术基础3.电路交换技术4.信令系统

5.分组交换与帧中继技术

6.ATM交换技术7.路由器与IP交换技术8.下一代网络体系与软交换

主要内容

一、现代通信网

二、通讯系统的基本概念

三、信息网的发展

第一章绪论1.掌握现代通信网络的种类

2.理解现代通信网络的组成和主要功能3.理解电路交换、报文交换、分组交换、宽带交换的概念目的要求重点难点一、现代通信网1、现代通信网的种类和拓扑结构

1、现代通信网种类繁多，有不同的分类方式：按业务可分为：电话网、电报网、传真网、数据网、CATV网和ISDN网；按信号形式可分为：模拟网、数字网和混合网；按网络用途可分为：承载网、交换网和支撑网；按服务范围可分为：本地网、长途网和国际网；按网络层次可分为：骨干网、接入网和用户网；按带宽可分为：窄带网和宽带网等；按传播媒体可分为：有线网和无线网；按服务对象可分为：公用网和专用网；按网络等级可分为等级网和无级网。1、现代通信网的种类和拓扑结构2、拓扑结构2、通信网的组成和功能从逻辑上电信网是由节点（Node）、链路（Link）和端点（End）以及信令（协议）组成的。从物理上完善的电信网则是由交换网、传输承载网和终端设备以及支撑系统组成的。思考题1.什么是通信网?

通信网：是指由一定数量的结点(包括终端设备和交换设备)和连接结点的传输链路相互有机地组合在一起，以实现两个或多个规定点间信息传输的通信体系。

2.通信三要素通信网络由传输、交换、终端三大部分组成，又称为通信网三要素。举例：两个电话用户或两个计算机用户互相通信需要经过的设备。（终端可以是电话、计算机等）

终端传输交换传输终端2.通信网的组成和功能电信网络框架结构：基础网、支撑网和业务网。信令网同步网电信管理网业务网支撑网基础网电话网数据网综合业务数字网移动网N-ISDNB-ISDN交换网传输网接入网2.通信网的组成和功能保证传输快速准确完成数据和话路的交换控制传输信令的通道保证网络设备的时钟同步提供大量的智能业务整个电信网络的控制管理电话交换机的发展历史原始的电话网模型为保证任意两个用户间都能通话，最简单的办法就是每两个用户用一对线路连起来。那么，如果有n个用户需要连接，所用线路数为n(n-1)/2对。且每个用户家里要安装n-1对线。从交换技术的起源：源于电话通信1876年BELL发明了电话1892年Stowger（史端乔）发明了自动交换机引入交换局后的电话网模型在用户分布的密集中心，部署交换局，这好比是一个开关接点，平时是打开的，当任意两个用户之间需要通话时，交换局就把连接两个用户的电话线接通。也就是说交换局可根据发话者的要求，完成与另外一个用户之间交换信息的任务

问题：假设有一火箭需通过铁路从制造厂运到发射场，现有三种方案：专列专线、专列非专线、非专列非专线，现要求大家一起讨论这三种方案的优劣。3.通信网交换技术结论：在这三种方案中是通过提高线路的利用率来有效地降低费用的。特点优点缺点甲线速度最快费用最高乙线费用较低速度最慢、对火车头要求较高丙线费用最低、速度较快，对火车头要求低。运输前后需对火箭进行拆分、复原工作。3.通信网交换技术用户线交换机交换机交换机交换机用户线中继线中继线ABCD3.通信网交换技术电路交换电路交换的定义：在主、被叫用户通话前根据信令将传输链路逐段连接起来，从而形成主叫至被叫的物理电路，通话结束时拆除该物理电路，这种交换方式称为电路交换。报文交换技术工作原理：报文交换技术不需要事先建立物理线路，它将发送的数据作为一个整体发给中间交换设备。中间交换设备先将数据存储起来，然后选择一条合适的空闲线路将数据转发给下一个交换设备，如此循环直至数据发送到目的节点。

N3MMMMN1N2N4N5N6HSHD3.通信网交换技术分组交换技术工作原理：分组交换技术是报文交换技术的改进，它是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组。在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机根据每个分组的地址标志，将它们转发至目的地，这一过程称为分组交换。分组交换技术是在数据网络中最广泛使用的一种交换技术.N1N2N3N4N5N6HSHDMMP3P3P3P2P2P23.通信网交换技术总结归纳三种数据交换技术与三种火箭运输方案的对应关系。电路交换技术——甲线报文交换技术——乙线分组交换技术——丙线可进行类比的项目： 数据———火箭（即所需运输的货物）中间交换设备———火车头线路———铁路线路利用率———铁路的使用率3.通信网交换技术您还记得数字通信系统的组成吗？您知道两个用户如何通信吗？熟悉通信系统的组成掌握通信相关的基本概念熟悉PCM系统学习后续学习，您应该能够：二、通讯系统的基本概念1、通信系统的组成2、PCM基群帧结构主要内容通信系统基本模型图噪声信宿接收变换器信道发送变换器信源信息信息信号信号1.通讯系统组成模拟通信系统基本组成图噪声收信者解调器信道调制器发信源

1.通讯系统组成数字通信系统基本组成图噪声源解调器收信者信道调制器信道编码器信源编码器发信源信道译码器信源译码器1.通讯系统组成2.模拟信号数字化信号（1）模拟信号（2）数字信号时间电压010时间电压时间电压（1）模拟信号（2）信号采样（3）信号量化（4）信号编码2.模拟信号数字化

什么是数字信号？什么是模拟信号？一般来说，数字信号必须满足在时间和信号幅值上是离散的，相反模拟信号在幅值上是连续的。数字信号模拟信号2.模拟信号数字化低通取样量化编码复用线路编码数字传输或交换机线路译码去复用译码低通滤波模拟信号A/D数字信号数字信号NRZHDB3HDB3NRZ数字化模型2.模拟信号数字化取样（Sampling）是将时间和幅度都连续的模拟信号变换成时间离散的幅度连续的另一种模拟信号（脉冲幅度调制PAM信号），为了使取样后的PAM信号能在接收端完全无失真地恢复为原始信号，取样周期应该满足如下所述的奈奎斯特定理（NyquistTheorem）：

一个频带受限于BHz的信号可以唯一地用周期为的样值系列确定,只要fs≥2B。

话音信号频率范围为300-3400Hz，国际统一规定取样频率为8KHz。2.模拟信号数字化+0.3+0.2-0.4+0.10+0.1-0.4+0.2-0.5Nq(t)(a)实现原理图取样量化Sp(t)&(t)S(t)Sq(t)(b)采样波形Sq(t)S(t)Sp(t)5.310.27.62.15.08.113.614.27.5

510825814148&(t)2.模拟信号数字化

量化就是对取样后的PAM信号的幅值转换成数字的过程。量化产生量化噪声，分均匀量化和非均匀量化。

均匀量化：由于对量化范围内的大小信号均采用相等的量化阶距进行量化，造成大信号的信噪比SNR（信号功率与量化噪声功率之比）有富俗，而小信号的SNR又嫌不足（SNR值越大，音质越好）。为了提高小信号的SNR，采用非均匀量化，即对大小信号分别采用不等的量化阶距，对小信号采用小的量化阶距，对大信号采用大的量化阶距，从而使大小信号具有基本相同的SNR。2.模拟信号数字化非均匀量化的实现:

是使信号S(t)经过一个具有非线性特性的压缩器进行变换，使其小信号扩张，而大信号被压缩,从而得到压缩了的信号,再通过一个均匀量化器量化，这就等效于对取样后的信号进行非均匀量化。在收端，量化后的信号经过具有与压缩器相反特性的扩张器，使得小信号得以压缩而大信号则被扩张，从而还原出原来的PAM信号。输入信号输出信号A/DD/A被压缩数字比特流压缩均匀PCM均匀PCM扩张编码器译码器2.模拟信号数字化

常用的压缩特性有A律（欧洲和中国采用）和律（北美和日本采用）对数压缩。实现上述连续压扩特性需无穷多个量化级,实际上无法加以实现,为此通常采用数字电路分段进行压扩。这样，不仅实现容易,而且成本低。

A律压缩采用的就是十三折线法，一象限分8段（在横坐标上输入幅度以1/2递减规律分成8大段，分段点是1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128；在纵坐标上幅度分8均匀段），1-8段斜率分别为1/4、1/2、1、2、4、8、16、16，7、8段斜率一样；一、三象限对称，故共13折线段。A律压扩特性13折线近似图2.模拟信号数字化编码就是把量化的幅度信号变成二进制数据的过程，中国采用A律13折线压缩编码，规则如下:

信号样值有正有负,要用一位码来表示，这一位码叫极性码。正极性以比特“1”表示，负极性以比特“0”表示。

13折线压缩律在第一象限有8大段，每一段斜率不同，故需要用3位码表示8个不同的段落，这3位叫段落码，它们也表示各段的起始电平。在每段落内再均匀分为16个小段，这4位叫段内码。由于各段长度均不同，均分后各段内的小段的长度也不等。

D1D2D3D4D5D6D7D8

极性码段落码段内码2.模拟信号数字化取样速率8KHz，每路信号编码后速率64KHzD(t)S(t)2.模拟信号数字化为什么采用非线性编码？采用均匀（线性）量化法：由于量化误差对大小信号一样，使小信号信噪比较大，通信质量较差为什么叫A律13折线？实际有16条折线，但是其中4条折线的斜率相同，看作一条直线思考题带宽带宽带宽又叫频宽是指在固定的的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中，频宽通常以bps表示，即每秒可传输之位数。在模拟设备中，频宽通常以每秒传送周期或赫兹Hertz(Hz)来表示。

基带信号与频带信号基带信号即直接由信息转换得到的电信号，这种信号的频率都是比较低的，含有低频成分。基带信号经过各种正弦调制后，把基带信号的频谱搬移到比较高的频率范围，这种信号称为频带信号。时分复用技术？时分复用技术（time-divisionmultiplexing,TDM,TDMA）是将不同的信号相互交织在不同的时间段内，沿着同一个信道传输；在接收端再用某种方法，将各个时间段内的信号提取出来还原成原始信号的通信技术。这种技术可以在同一个信道上传输多路信号时分制时隙分配示意图时分多路复用原理示意图2.PCM的基群和高次群PCM的高次群由若干个低次群通过数字复接设备汇总而成。由于基群有上述两种系统，所以高次群（二次群、三次群……）也有两个系列，如下所示。16帧,125s×16=2msF0F15

01151617303132时隙,256bit,125s,1帧保留给国际用(目前固定为1)同步时隙话路时隙TS1-TS15话路时隙TS17-TS31F0帧同步码D1D2D3D4D5D6D7D8偶帧奇帧帧失步对告码A1：F1

abcdabcd话路16信令码话路1信令码

11A111111保留给国际用(目前固定为1)F15

abcdabcd话路15信令码话路30信令码同步:A1=0;A2=0失步:A1=1;A2=1

10011011

00001A211复帧同步码复帧对步码3.PCM基群帧结构(30/32)抽样频率为8000Hz（周期为125μs），1s=10-6μs对每一话路每抽样一次经过量化可以编成8位码组，占用一个时隙。30/32路PCM系统中，32路复用125us。这32路时隙构成一个“帧”。而16帧又合成一个复帧。

计算几个数据：1帧时长为125μS，1时隙的时长为125/32=3.9μS，一个复帧占用2ms。1帧的位长：8×32=256位。信道的速率：256位/帧×8000帧/秒=2048KBPS话路的速率：8位/路×8000路/秒=64KBPS一个模拟信号的带宽最大为4K(300~3000HZ).数字信号的优点靠牺牲带宽获得的。3.PCM基群帧结构(30/32)三、信息网的发展主要内容1.网络融合2.下一代网络NGN手机电视车载电视..….IPTV、VOD、..….IP电信业务广播业务互联网业务固网业务移动业务IMEMAIL网络游戏..….三网业务融合是发展趋势业务模式是融合研究的关键1.网络融合终端简单语音业务为主多媒体业务/数据业务为主终端智能化ATM网络IP网络固定网络移动网络控制网络IP承载网络传统接入网无线接入网宽带接入网传统电信网络IMS网络业务的多样化业务的开放性终端的智能化终端的融合性终端的多样性网络的归一化网络的简单化网络的融合性融合来自用户和运营商的驱动力用户体验市场竞争技术发展体验生活、享受成功

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