通信网络发展历程
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业务网络的发展
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PSTN
公用电话交换网(Public Switch Telephone Network),即 我们日常生活中常用的电话网。 PSTN是一种以模拟技术 为基础的电路交换网络。在众多的广域网互连技术中,通 过PSTN进行互连所要求的通信费用最低,但其数据传输 质量及传输速度也最差,同时PSTN的网络资源利用率也 比较低。通过PSTN可以实现的访问:-拨号上 Internet/Intranet/LAN;-两个或多个LAN之间的网络互连; -和其它广域网技术的互连 尽管PSTN在进行数据传输时存 在这样或那样的问题,但这是一种仍不可替代的联网介质 (技术)。特别是Bellcore发明的建立在PSTN基础之上的 xDSL技术和产品的应用拓展了PSTN的发展和应用空间, 使得联网速度可达到9Mbps~52Mbps之间。PSTN采用的技 术 PSTN提供的是一个模拟的专有通道,通道之间经由若 干个电话交换机连接而成。当两个主机或路由器设备需要 通过PSTN连接时,在两端的网络接入侧(即用户回路侧) 必须使用调制解调器(Modem)实现信号的模/数、数/模 转换。
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赫兹和马可尼
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蜂窝系统
随着人类社会人际交往的日趋频繁,人们对通信提出了更高的要求, 即要求不论处于静上状态还是移动状态,都能随时随地地进行通信。 这种要求最先是由远航船舶的通信和遇险救援需要提出来的。船舶通 信是最早出现的移动通信方式。它诞生在19世纪末。二次世界大战后, 汽车日渐增多。号称"汽车王国"的美国,有车阶层便深感在行驶汽车 里与外界隔绝之不便,于是很多人便开始研究汽车电话。1945年,汽 车电话在美国问世。 由于汽车拥有量的日渐增多,早期单区制的汽车移动电话系统已不 敷应用。于是,1946年,美国的贝尔实验室便提出了将移动电话的服 务区划分成若干个小区,每个小区设一个基站,构成蜂窝状系统的蜂 窝移动通信新概念。1978年,这种系统在美国芝加哥试验获得成功, 并于1983年正式投入商用。这是移动通信史上具有划时代意义的发明, 一直到今天仍然为我们所采用。
通信网的历史与演进
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通信设备的发展
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在125年以前,亚力山大·G·贝尔还没有真正 地意识到他为世界带来了什么。他发明了电话, 并想到人们可以通过电话来听歌剧和使用其他增 值服务。 不管怎么说,怎么估算上个世纪电话发明所带来 的影响都不过分。在它的影响之下,世界已变得 越来越小,人们已逐渐意识到文化的多元化,商 务活动也遍布全球。
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CDMA设备 CDMA设备
码分多址通信系统中,不同用户传输信息所用的信号不 是靠频率不同或时隙不同来区分,而是用各自不同的编 码序列来区分,或者说,靠信号的不同波形来区分。如 果从频域或时域来观察,多个CDMA信号是互相重叠 的。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其 中使用预定码型的信号。其它使用不同码型的信号因为 和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存 在类似于在信道中引入了噪声和干扰,通常称之为多址 干扰。
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步进制与纵横制
史端乔发明的自动电话交换机的制式,为什么叫做“步 进制”?这是因为它是靠电话用户拨号脉冲直接控制交 换机的机械作一步一步动作的。例如,用户拨号“1”, 发出一个脉冲(所谓“脉冲”,就是一个很短时间的电 流),这个脉冲使接线器中的电磁铁吸动一次,接线器 就向前动作一步。用户拨号码“2”,就发出两个脉冲, 使电磁铁吸动两次,接线器就向前动作两步,余类推。 所以,这种交换机就叫做“步进制自动电话交换机”。
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传统网络
传统PSTN
五级结构
智能化改造后的PSTN
业务与控制分离 SHLR SSP与SCP 实现智能业务
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程控交换机
1965年5月,美国贝尔系统的1号电子交换机(1ESS)问 世,它是世界上第一部开通使用的程控电话交换机。但 这还不是时分数字式的,而是所谓“空分”的。什么叫 “空分”?空分就是用户在打电话时要占用一对线路, 也就是要占用一个空间位置,一直到打完电话为止。过 去机电式的交换机都是空分方式的。从1965年到1975年 这10年间,绝大部分程控交换机都是空分的、模拟的。
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TDM原理 TDM原理
在时分制中,每一用户(如图中的第一路、第二 路、……)在指定时间内接通信道,其他时间为别的用 户按指定时间接通,为了使发端各路和收端各路能互相 对应协调一致地工作,在发端需传送一个同步信号,利 用同步控制信号来确保发端和收端协调工作。在时分多 路通信中,总的时间如何确定呢?在这总的时间内可安 排多少路呢?从话音模拟信号转换成数字信号的过程中 可知,为确保接收端能将离散的数字信号还原成连续的 模拟信号,取样频率需采用8000赫兹,即每隔125微秒取 样一次,因此,就PCM的时分通信而言,是把125微秒时 间分成许多小段落,每一路占一段时间,这时间称为时 隙。显然,路数越多,每路的时隙越小。通常安排有24 路、32路等,我国采用CCITT建议的PCM30/32制式为标 准化的时分制多路传输系统的一次群。
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数字通信
数字通信是用数字信号作为载体来传输消息,或用数字信号对载波 进行数字调制后再传输的通信方式。它可传输电报、数字数据等数 字信号,也可传输经过数字化处理的语声和图像等模拟信号。 模拟信号数字化有多种方法,最基本的是脉码调制(PCM)、差值 编码(DPCM)、自适应差值编码(ADPCM)以及各种类型的增量 调制。 数字通信的早期历史是与电报的发展联系在一起的。1937年,英国 人A.H.里夫斯提出脉码调制(PCM),从而推动了模拟信号数 字化的进程。 1946年,法国人E.M.德洛雷因发明增量调制。 1950年C.C.卡特勒提出差值编码。1947年,美国贝尔实验室研制 出供实验用的24路电子管脉码调制装置,证实了实现PCM的可行性。 1953年发明了不用编码管的反馈比较型编码器,扩大了输入信号的 动态范围。1962年,美国研制出晶体管24路1.544兆比/秒脉码调制 设备,并在市话网局间使用。 数字通信与模拟通信相比具有明显的优点。它抗干扰能力强,通信 质量不受距离的影响,能适应各种通信业务的要求,便于采用大规 模集成电路,便于实现保密通信和计算机管理。不足之处是占用的 信道频带较宽。
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上个世纪的前十年,电话 交换已实现自动化,不过 使用的还是模拟交换的方 式。
模拟交换系统检测出 你所呼叫的电话号码, 然后通过一套先进的 机械设备连接到你所 呼叫的对象。
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自动电话交换机
第一个研究发明自动电话的人是一个名叫阿尔蒙.B.史端乔的美国人, 他是美国堪萨斯城一家殡仪馆的老板。他发觉,电话局的话务员不 知是有意还是无意,常常把他的生意电话接到他的竞争者那里,使 他的多笔生意因此丢掉。为此他大力恼火,发誓要发明一种不要话 务员接线的自动接线设备。从1889年到1891年,他潜心研究一种能 自动接线的交换机,结果他成功了。1891年3月10日,他获得了发明 “步进制自动电话接线器”的专利权。1892年11月3日,用史端乔发 明的接线器制成的“步进制自动电话交换机”在美国印第安纳州的 拉波特城投入使用,这便是世界上第一个自动电话局。从此,电话 通信跨入了一个新时代。
GSM设备 GSM设备
时分多址是将每个频带信道分割成若干个时隙 (时间片),然后把每个时隙再分配给每个用户 方法:把时间分割成周期性的帧,每一帧再分割 成若干个时隙 无论是帧或时隙都是互不重叠的 TDMA系统根据一定的时隙分配原则,使移动台 和基站之间在每帧内只能按指定的时隙进行通信 不同的移动台共用一个频率,但各个移动台占用 的时间不同,即各移动台占用不同的“时隙”, 分时通信 第二代移动通信系统
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步进制与纵横制
1919年,瑞典的电话工程师帕尔姆格伦和贝塔兰德发明 了一种自动接线器,叫做“纵横制接线器”,并申请了 专利。1929年,瑞典松兹瓦尔市建成了世界上第一个大 型纵横制电话局,拥有3500个用户。 “纵横制”的名称来自纵横接线器的构造,它由一些纵 棒、横棒和电磁装置构成,控制通过电磁装置的电流可 吸动相关的纵棒和横棒动作,使得纵棒和横棒在某个交 叉点接触,从而实现接线的工作。 噪音
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1892年爱立信将首 套电话系统引入上 海,接着2000台电 话相继落户于中国 大地之上,第一台 电话交换机于1900 年也投入使用。电 话交换机的功能是 连接两台电话。起 初,电话转接是靠 人工完成的,接线 员拿起听筒问清呼 叫对象然后再转接。
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磁石电话交换机
磁石电话交换机出现于1877年。中国是1892年开始使用磁石电话交 换机的,现在仅在一些小城市和乡村中使用。 磁石电话交换机上装有用户塞孔、用户号牌、话终回铃牌以及接线 用塞绳、应答振铃用的电键和手摇发电机等。用户呼叫时须先摇动 电话机上的发电机,使交换机上的号牌“跌落”。话务员随即取一 条塞绳,以一端的答应塞子插入跌落号牌的那个用户的塞孔,并扳 动相应电键应答;问明所要号码后,将塞绳另一端的呼叫塞子插入 被叫用户的塞孔。然后将电键扳至振铃位置,摇动发电机使被叫用 户话机铃响。被叫用户听到铃响,摘机应答后,务员将电键复原, 双方即可通话。用户通话完毕,必须摇动发电机,使交换机上的回铃 牌跌落,以此通知话务员拆线。
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数字程控交换机
1970年,法国开通了世界上第一部程控数字交换机,采 用时分复用技术和大规模集成电路。随后世界各国都大 力开发。进入80年代,程控数字电话交换机开始在世界 上普及。
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数字交换
话音模拟信号在发送端经过抽样、量化和编码以后得到 了PCM(脉冲编码调制)信号,该信号经过传输线路送 到对端。在接收端将收到的PCM码还原成模拟话音信号。 时分多路复用 为了提高线路利用率,总是设法在一堆传输线路上,传 输多个话路的信息,这就是多路复用。 多路复用通常有频分制、时分制和码分制三种。
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模拟移动设备
频分多址是将给定的频谱资源划分为若干个等间 隔的频道(或称信道)供不同的用户使用 频道互不重叠,其宽度仅能传输一路话音或数据 信息 相邻信道无明显串扰 一般情况是,基站的发射频率高,其接收频率低 任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站 的中转 无线广播 第一代移动通信系统
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步进制与纵横制
纵横制与步进制的控制方式不同。步进制是由用户拨号 直接控制它的机械动作的,叫做“直接控制式”;而纵 横制是用户拨号要通过一个公共控制设备间接地控制接 线器动作,因而叫做“间接控制式”。 “间接控制方式”比“直接控制方式”有明显的优点。 例如,它的工作比较灵活,便于在有多个电话局组成的 电话网中实现灵活的交换,便于实现长途电话自动化, 还便于配合使用新技术、开放新业务等等。因而,它的 出现使自动电话交换技术提高到一个新的水平。
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频分与时分
频分制是将传输频带分成N部分,每一个部分均可作为 一个独立的传输信道使用。如图所示。这样在一对传输 线路上可有N对话路信息传送,而每一对话路所占用的 只是其中的一个频段。频分制通信又称载波通信,它是 模拟通信的主要手段。(检波与滤波) 时分制是把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路 的信息,如图所示。把N个话路设备接到一条公共的通 道上,按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通 道的时间。当轮到某个设备时,这个设备与通道接通, 执行操作。与此同时,其它设备与通道的联系均被切断。 待指定的使用时间间隔一到,则通过时分多路转换开关 把通道联接到下一个要连接的设备上去。时分制通信也 称时间分割通信,它是数字电话多路通信的主要方法, 因而PCM通信常称为时分多路通信。
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蜂窝系统
蜂窝系统的采用,使得相同的频率可以重复使用,从而 大大增加了移动通信系统的容量,适应了移动通信用户 骤增的客观需要。第一代蜂窝移动电话采用的是模拟技 术;进入80年代后,欧美各国和日本相继开发数字蜂窝 移动通信系统,此为第二代。数字系统不仅比模拟系统 能获得更高的频谱利用率,而且还具有设备体积小、耗 电省、安全保密以及能提供除话音通信以外的多种服务 功能等优点。在数字系统中,以欧洲的GSM系统起步最 早。