第10章通信系统设计
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第十章 通信系统设计
学习目的
了解高速公路通 信系统相关概念，涉 及技术及相关技术的 设计方法。
学习要点
同步数字体系（SDH） 程控数字交换系统 ATM技术 通信系统网络设计 高速公路通信新技术
10.1概述
10.1.1 高速公路通信系统概述 1．高速公路专用通信系统
高速公路有线通信常采用以光缆传输为主干线的多种专用通信系统。 主要包 括以下四种系统： ➢ 光缆数字传输系统 ➢ 紧急电话系统 ➢ 移动通信系统 ➢ 专用近距微波传输系统 2．高速公路通信系统的特点 1）各级管理机构及沿线设施一般均建筑在公路两侧，呈线状分布。 2）管理体制一般采取分级管理、集中控制调度，高速公路通信网的网络结构为 树形结构。 3）高速公路通信系统应该是以有线通信为主，并采用移动通信等多种通信手段 的综合通信系统，并且要有高的可靠性，系统每天24小时不间断运行。
3.通信系统设计基本原则
1）符合交通部、邮电部现有技术规范、标准和政策，统一规划、分 期实施、逐步完善，充分满足高速公路网络管理与安全保障的需要。
2）技术选择上有适当超前意识与可持续发展思想，既要考虑高速公 路管理部门的经济承受能力，又要考虑到新生业务和技术的发展。
3）通信系统应具有可升级性、兼容性和冗余性，既能满足近期联网 通信的实际需要，又能为未来发展预留业务接口与扩展空间。
4）充分考虑整个网络的先进性与经济性，所采用的设备应具有成熟可 靠、标准统一和可操作性强的特点，以便于维护和更换，达到降低营 运成本的目的。
4．高速公路通信系统模型及其功能
数音视 费电 据频频 额子 传传传 清交 送送送 分换 系系系 系系 统统统 统统
广 业物视 交 域 务流频 通 办 电信会 网 公 话息议 络 系 系系系 系 统 统统统 统
交闭 紧可 集 通路 急变 群 检电 电信 移 测视 话息 动 系系 系系 系 统统 统统 统
收费系统 ATM交 换 网 络
管理系统 通信宽带网络 SDH传 输 网 络
图10-1 通信系统业务应用模型
监控系统 APON接 入 网 络
收费中心
收费总中心
监控总中心
管理总中心
通信总中心
电信部门
防 ?
救护部门
收费中心
监控中心
管理中心
收费分中心
监控分中心
管理分中心
收费设施
监控设施
服务区
通信中心 通信分中心
通信站
公安部门
火 ?
银行部门
运输部门
墙 ½
广播部门
图 例
数据
音频
视频
多媒体
图10-2 通信系统业务应用流程
2）通信系统功能分析 高速公路通信目的在于支持高速公路管理、监控和收费等业务的
传送，是提高高速公路管理水平和安全保障能力的支撑网络。 （1）对管理系统的支持 （2）对收费系统的支持 （3）对监控系统的支持
10.2 高速公路数据通信系统设计
目前适应高速公路通信网络技术的有SDH、MSTP和IP技术。 10.2.1同步数字体系（SDH）
SDH是目前高速公路通信普遍采用的组网技术，具有标准信息结构、 速率等级和光电接口，并可通过自愈环实现通道和段的倒换保护。 1．SDH系统的基本概念及特点
SDH系统实质上是在光纤上进行同步信息的传输的一些SDH的网络单 元（NE）。它有国际上统一的网络节点接口（NNI），如图10-3所示。
有
有
线
线
或
或
无
无
线
线
系
系
统
统
支路 同步复用设备
数字交叉连接设备 外部接入设备
图10-3 NNI在网络中的位置
2.SDH帧结构
帧结构一般可以分为三个组成区域，其功能如下： 1）段开销（Section overhead，SOH）
段开销是指STM帧结构中为了保证信息净负荷、灵活传送所必需的附加字 节，是供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。
2）管理单元指针（AU-PTR） AU-PTR是一种指示信息净负荷的第1个字节在STM-N中的准确位置，以 便在接收端正确地解复用。采用指针方式消除了常规PDH帧结构中滑动缓 存引起的延时和性能损伤。 3）信息净负荷（Payload） 信息净负荷就是STM-N模块中存放的各种数据信息，当然还含有少量 用于通道性能监视、管理和控制的通道开销控制字节POH。通常，POH作为 净荷的一部分与净荷一起在网络中传送。
3、SDH的基本复用结构 SDH的基本复用单元包括标准容器（C）、虚容器（VC）、支路单元（
TU）、支路单元组（TUG）、管理单元（AU）和管理单元组（AUG）。
N
STM-N
AUG
1 AU-4
VC-4
复用 定位校准
x3
TUG-3
x1 x7
映射
TUG-2
注：C-3主要用于IP业务和图像业务传输
指针处理 C-12主要用于图像业务传输
TU-3
TU-2
x3
TU-12
C-4
VC-3
C-3
VC-2
VC-12
C-12
4．SDH设备
图10-4 我国的基本复用映射结构
光同步数字传输网是由一些SDH网络单元组成。它的基本网络单元有
同步光缆线路系统、同步复用器（SM）、分插复用器（ADM）和数字交叉
连接设备（RXC）等，这些设备均由一系列逻辑功能块构成。
电端机 发送 接收
光端机 光纤
光发送
光纤 光接收
中继器
光端机 光纤
光接收
光纤 光发送
电端机 接收 发送
图10-5 光纤数字通信系统方框图
5.2.2程控数字交换 系统高速公路设置专用程控数字交换系统是获取高可靠性、高可用
性通信工具的物质保证；电话网，同时利用已建管道安装程控电话可以 节省投资费用。
1．程控数字交换系统的功能要求 完成管理部门各单位点对点的语音、传真、图像和数据的传输； 实现管理中心和下属各单位一点对多点的同时通信（如指令电话、
电话会议等）； 与上级业务管理部门和外界社会的通信； 具有对系统状态自动测试的功能。
2．程控电话系统呼叫过程
如图10-6
3．程控数字交换系统的控制方式和结构 1）两种基本控制方式：
集中控制：设一台交换机的控制部
主叫
交
交
换 中继线 换
机
机
用户
摘机 拨号音 拨号信号
挂机 用户线信令
被叫
连续占用线路
被叫号码 回铃音 应答 通话 话终
振铃 答机
挂机
拆线 证实
局间信令
用户线信令
分由n台处理及组成，它实现f项功能，
图10-6 电话呼叫通话过程
每一项功能由一个程序来提供，系统有r个资源。如果在这个系统中，
每一台处理机均能利用全部资源，也能执行所有功能，则这个控制系统
学习目的
了解高速公路通 信系统相关概念，涉 及技术及相关技术的 设计方法。
学习要点
同步数字体系（SDH） 程控数字交换系统 ATM技术 通信系统网络设计 高速公路通信新技术
10.1概述
10.1.1 高速公路通信系统概述 1．高速公路专用通信系统
高速公路有线通信常采用以光缆传输为主干线的多种专用通信系统。 主要包 括以下四种系统： ➢ 光缆数字传输系统 ➢ 紧急电话系统 ➢ 移动通信系统 ➢ 专用近距微波传输系统 2．高速公路通信系统的特点 1）各级管理机构及沿线设施一般均建筑在公路两侧，呈线状分布。 2）管理体制一般采取分级管理、集中控制调度，高速公路通信网的网络结构为 树形结构。 3）高速公路通信系统应该是以有线通信为主，并采用移动通信等多种通信手段 的综合通信系统，并且要有高的可靠性，系统每天24小时不间断运行。
3.通信系统设计基本原则
1）符合交通部、邮电部现有技术规范、标准和政策，统一规划、分 期实施、逐步完善，充分满足高速公路网络管理与安全保障的需要。
2）技术选择上有适当超前意识与可持续发展思想，既要考虑高速公 路管理部门的经济承受能力，又要考虑到新生业务和技术的发展。
3）通信系统应具有可升级性、兼容性和冗余性，既能满足近期联网 通信的实际需要，又能为未来发展预留业务接口与扩展空间。
4）充分考虑整个网络的先进性与经济性，所采用的设备应具有成熟可 靠、标准统一和可操作性强的特点，以便于维护和更换，达到降低营 运成本的目的。
4．高速公路通信系统模型及其功能
数音视 费电 据频频 额子 传传传 清交 送送送 分换 系系系 系系 统统统 统统
广 业物视 交 域 务流频 通 办 电信会 网 公 话息议 络 系 系系系 系 统 统统统 统
交闭 紧可 集 通路 急变 群 检电 电信 移 测视 话息 动 系系 系系 系 统统 统统 统
收费系统 ATM交 换 网 络
管理系统 通信宽带网络 SDH传 输 网 络
图10-1 通信系统业务应用模型
监控系统 APON接 入 网 络
收费中心
收费总中心
监控总中心
管理总中心
通信总中心
电信部门
防 ?
救护部门
收费中心
监控中心
管理中心
收费分中心
监控分中心
管理分中心
收费设施
监控设施
服务区
通信中心 通信分中心
通信站
公安部门
火 ?
银行部门
运输部门
墙 ½
广播部门
图 例
数据
音频
视频
多媒体
图10-2 通信系统业务应用流程
2）通信系统功能分析 高速公路通信目的在于支持高速公路管理、监控和收费等业务的
传送，是提高高速公路管理水平和安全保障能力的支撑网络。 （1）对管理系统的支持 （2）对收费系统的支持 （3）对监控系统的支持
10.2 高速公路数据通信系统设计
目前适应高速公路通信网络技术的有SDH、MSTP和IP技术。 10.2.1同步数字体系（SDH）
SDH是目前高速公路通信普遍采用的组网技术，具有标准信息结构、 速率等级和光电接口，并可通过自愈环实现通道和段的倒换保护。 1．SDH系统的基本概念及特点
SDH系统实质上是在光纤上进行同步信息的传输的一些SDH的网络单 元（NE）。它有国际上统一的网络节点接口（NNI），如图10-3所示。
有
有
线
线
或
或
无
无
线
线
系
系
统
统
支路 同步复用设备
数字交叉连接设备 外部接入设备
图10-3 NNI在网络中的位置
2.SDH帧结构
帧结构一般可以分为三个组成区域，其功能如下： 1）段开销（Section overhead，SOH）
段开销是指STM帧结构中为了保证信息净负荷、灵活传送所必需的附加字 节，是供网络运行、管理和维护（OAM）使用的字节。
2）管理单元指针（AU-PTR） AU-PTR是一种指示信息净负荷的第1个字节在STM-N中的准确位置，以 便在接收端正确地解复用。采用指针方式消除了常规PDH帧结构中滑动缓 存引起的延时和性能损伤。 3）信息净负荷（Payload） 信息净负荷就是STM-N模块中存放的各种数据信息，当然还含有少量 用于通道性能监视、管理和控制的通道开销控制字节POH。通常，POH作为 净荷的一部分与净荷一起在网络中传送。
3、SDH的基本复用结构 SDH的基本复用单元包括标准容器（C）、虚容器（VC）、支路单元（
TU）、支路单元组（TUG）、管理单元（AU）和管理单元组（AUG）。
N
STM-N
AUG
1 AU-4
VC-4
复用 定位校准
x3
TUG-3
x1 x7
映射
TUG-2
注：C-3主要用于IP业务和图像业务传输
指针处理 C-12主要用于图像业务传输
TU-3
TU-2
x3
TU-12
C-4
VC-3
C-3
VC-2
VC-12
C-12
4．SDH设备
图10-4 我国的基本复用映射结构
光同步数字传输网是由一些SDH网络单元组成。它的基本网络单元有
同步光缆线路系统、同步复用器（SM）、分插复用器（ADM）和数字交叉
连接设备（RXC）等，这些设备均由一系列逻辑功能块构成。
电端机 发送 接收
光端机 光纤
光发送
光纤 光接收
中继器
光端机 光纤
光接收
光纤 光发送
电端机 接收 发送
图10-5 光纤数字通信系统方框图
5.2.2程控数字交换 系统高速公路设置专用程控数字交换系统是获取高可靠性、高可用
性通信工具的物质保证；电话网，同时利用已建管道安装程控电话可以 节省投资费用。
1．程控数字交换系统的功能要求 完成管理部门各单位点对点的语音、传真、图像和数据的传输； 实现管理中心和下属各单位一点对多点的同时通信（如指令电话、
电话会议等）； 与上级业务管理部门和外界社会的通信； 具有对系统状态自动测试的功能。
2．程控电话系统呼叫过程
如图10-6
3．程控数字交换系统的控制方式和结构 1）两种基本控制方式：
集中控制：设一台交换机的控制部
主叫
交
交
换 中继线 换
机
机
用户
摘机 拨号音 拨号信号
挂机 用户线信令
被叫
连续占用线路
被叫号码 回铃音 应答 通话 话终
振铃 答机
挂机
拆线 证实
局间信令
用户线信令
分由n台处理及组成，它实现f项功能，
图10-6 电话呼叫通话过程
每一项功能由一个程序来提供，系统有r个资源。如果在这个系统中，
每一台处理机均能利用全部资源，也能执行所有功能，则这个控制系统