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1、第三章 电话通信网,3.1 电话通信网的基本概念3.2 固定电话通信网3.3 移动电话通信网3.4 公众移动电话通信网3.5 数字移动电话通信网3.6 集群移动通信系统3.7 未来的移动电话通信网,3.1 电话通信网的基本概念,3.1.1 电话通信的概念电话（Telephone）的含义是指利用电的方法传送人的语言的一门通信技术科学的总和。利用电的方法传送人的语言并完成远距离语音通信过程，必然包括声、电转换等在内的电路和器械。考虑到传输线路设备的经济性，常用的通话电路框图如图3.1所示。,图3.1 二线双向电话电路框图图中的送话器、受话器、消测音电路和混合电路等构成了电话机，完成声、电转换和电、
2、声转换的任务。,3.1.2 电话通信网基本构成为了使更多的用户在有限的信道资源上自由选取通信的对象，通常在合适的位置上配置交换设备，构成了电话通信网。3.1.3 电话通信网的分类电话通信网从各个不同的角度出发，有各种不同的分类，使得同一个电话通信网有不同的叫法，常见的有：,（1）按通信传输手段分：可分为有线电话通信网、无线电话通信网和卫星电话通信网等。（2）按通信服务区域分：可分为农话网、市话网、长话网和国际网或局域网、城域网和广域网等。（3）按通信服务对象分：可分为公用电话通信网、保密电话通信网和军用电话通信网等。,（4）按通信传输处理信号形式分：可分为模拟电话通信网和数字电话通信网等。（5
3、）按通信活动方式分：可分为固定电话通信网和移动电话通信网等。,3.2 固定电话通信网,3.2.1 固定电话通信网概念通信网不管是如何分类、实现何种业务、服务何种范围，其网络基本拓扑结构形式是一致的。,3.2.2 固定电话通信网的网络结构一、长途固定电话通信网结构长途固定电话通信网简称为长途网。我国长途固定电话通信网由一、二、三、四级的长途交换中心组成，具体结构形式为分级汇接网，如图3.3所示。,图3.3 长途电话通信网结构示意图,二、本地固定电话通信网结构本地固定电话通信网简称本地网。本地网是指在同一个长途编号区内，由若干个端局和汇接局及局间中继、长市中继、用户线、电话机等要素所组成的电话通信
4、网。1本地网的类型自20世纪90年代中期，我国开始组建起以地（市）级以上城市为中心城市的扩大本地网。,（1）特大和大城市本地网以特大和大城市为中心，中心城市与所辖郊县（市）共同组成的本地网，简称特大和大城市本地网。（2）中等城市本地网以中等城市为中心，中心城市与该城市的郊区或所辖郊县（市）共同组成的本地网，简称中等城市本地网。,2本地网的交换中心及职能本地网内可设置端局和汇接局。本地网端局通过用户线与用户连接，其基本职能是疏通本局用户的来话和去话。3本地网结构本地网为两级基本结构，是由汇接局和端局两个等级的交换中心组成，其具体结构如图3.4。,图3.4 本地电话通信网结构示意图,3.3 移动电
5、话通信网,3.3.1 移动电话通信网概述在通信领域，人类有一个梦想，那就是无论任何人（Whoever）在任何时间（Whenever）、任何地点（Wherever）都能和任何另外一个人（Whoever）进行任何方式（Whatever）的信息交流，即个人通信。,与固定电话通信相比，移动电话通信主要有以下几个特点。1无线传输信道移动电话通信的传输信道必然是无线信道或部分使用无线信道。在移动电话通信中，至少有一方处于运动状态，双方只能通过无线电波进行联络。2电波传输环境复杂移动台常常运动于建筑群或其它障碍物中，接收的电波场强受地形、地物的影响而随时发生变化。,3系统的干扰大移动电话通信系统存在多种噪声
6、和干扰。4组网方式灵活但控制过程复杂在移动电话通信中，移动台之间、移动台与基地台、基地台与移动交换中心之间要传递一整套控制操作指令，才能有序、高效地完成收发两端相互间的接续，实现信息的自动传递；另外，由于蜂窝网的特殊结构，还应该有网络搜索、位置登记、越区切换和自动漫游等功能。,5设备的要求高由于移动电话通信设备都是手持机或车载台，要求移动台要体积小、重量轻、省电，而且要求操作简单、维修方便，保证在振动、碰撞、高温等恶劣环境下能正常工作。6用户量大但频率有限有限的频率资源决定了有限的信道数目，它和日益增长的用户量是一对矛盾。,二、移动电话通信的分类（1）按设备的使用环境分：可分为陆地移动电话通信
7、、海上移动电话通信、航空移动电话通信。（2）按服务对象分：可分为公用移动电话通信和专用移动电话通信。（3）按应用系统分：可分为蜂窝移动电话系统、专用调度电话、集群调度移动电话、公用无绳电话系统、移动卫星电话通信系统等。,三、移动电话通信的发展概况移动电话通信从总体上讲可分为三代。通常将20世纪70年代末出现的模拟蜂窝移动电话、模拟无绳电话和模拟集群电话等作为第一代移动电话通信系统（1G），而将20世纪80年代末开发的数字蜂窝、数字无绳电话和数字集群电话作为第二代移动电话通信系统（2G），将国际电信联盟（ITU）正在组织进行研究的未来公众陆地移动通信系统（Future Public Land M
8、obile Telecommunication System，FPLMTS，之后改名为IMT-2000）定为第三代移动电话通信系统（3G）。,1第一代模拟移动电话通信系统（1G）从1946年美国使用150MHz单个汽车无线电话开始到20世纪90年代初，是移动电话通信发展的第一代。,2第二代数字移动电话通信系统（2G）第二代的主要特征为数字技术，仍是多种系统，但每种系统中的技术体制有所减少，数字蜂窝有GSM、DAMPS、CDMA三种；数字无绳电话有DECT、PHS、PACS等几种；数字集群有iDEN、TETRA、FHMA等几种。,3第三代移动电话通信系统IMT-2000（3G）第三代移动电话通信
9、系统最初称为未来公众移动电话通信系统（FPLMTS），后改称为IMT-2000，意指在2000年左右开始商用并工作在2000MHz频段上的国际移动电话通信系统。,3.3.2 移动电话通信系统一、移动电话通信系统组成移动电话通信系统由移动通信交换局（MTX）、基站（BS）、移动台（MS）及局间和局站间中继线等要素组成，如图3.6所示。,图3.6 移动电话通信系统组成示意图,二、移动电话通信的工作方式根据移动电话通信使用频率情况和操作状态可分为三种工作方式；单工制、半双工制和双工制。1单工制（1）单频单工单频指电话通信的双方使用相同的工作频率；单工指通话双方的操作采用“按-讲”方式进行。,（2）双
10、频单工双频单工指通话双方使用两个频率作收、发或发、收频率，操作仍采用“按-讲”方式。优缺点与同单频单工大致相同。2半双工制半双工制指通信的双方，一方收、发信机同时工作，且使用两个频率的通信方式为双工制；而另一方采用双频单工方式。,3双工制双工制指电话通信双方的收、发信机同时工作，并使用两个频率，通话如同使用普通电话机一样。采用这种方式，因收、发信机总是工作着，电能消耗大，这对使用电池为电源的移动台是不利的。因此，某些系统保留了“讲话”开关，让移动台接收机总是工作，发射机仅在讲话时工作，称这种方式为准双工，也可与双工制兼容。,三、通信区域覆盖移动电话通信区域的覆盖分为两种形式：带状服务区和面状服
11、务区。1带状服务区带状服务区是由于服务区的形状形似带状而形成的。2面状服务区面状服务区是因为服务区构成的形状是一个面状的。陆地移动电话通信的大部分服务区是宽广的面状区域。根据用户数的不同可分为以下几种。,（1）大区式大区式基站的覆盖区半径在2540km左右。（2）中区式中区式基站覆盖半径为1520km，整个服务区由一个或几个发信基站及几个收信基站构成，重复使用频道的两个基站，其相距要比大区式的近，提高了频道利用率，但网的构成较为复杂。,（3）小区式由若干个半径约为210km的小覆盖区组成一个小区群，再由几个这样的小区群构成所需大服务区。四、移动电话通信网入网方式移动电话通信网可以从用户级进入市
12、话网，也可以从市话网的支局、分局或汇接局进入市话网。,五、移动电话通信网信令系统由各种控制、操作和应答信号组成的系统就是信令系统。例如电话系统使用的拨号音、忙音、回铃音等是电话中的几个信令。信令按功能可分为五类：（1）状态标志信令：是表明设备和传输通道状态的信号，如摘机、挂机、占线等。,（2）操作指示信令：如拨号音、振铃、指配或转换频道释放及拆线等。（3）拨号信令。（4）选择呼叫信令。（5）控制指令：是移动电话通信网特有的，包括控制基台与移动台之间无线频道的指配、连接、转移、停止（拆线）的控制信令；拔叫信令；应答信令以及用于监控和状态显示的频道占用、空闲、移动台位置、功率等信令。,六、移动电话
13、通信网系统设计移动电话通信系统能否达到业务需要所定的通信质量、服务面积、用户数量等方面的目标，同时能否在经济上支付最小的成本费用，这在很大程度上取决于系统设计是否优化。,3.4 公众移动电话通信网,3.4.1 900MHz蜂窝模拟移动电话通信网组成900MHz蜂窝模拟移动电话通信网一般由移动台（MS，即用户终端）、基站（BS）、移动电话交换控制中心（MSC）以及与公众电话网（PSTN）相连接的中继线、各基站与控制中心间的中继线、基站与移动台之间的无线信道等组成，它是一个有线、无线相结合的综合通信网。,一、移动电话交换控制中心移动电话交换控制中心（MSC）是整个移动电话通信网的核心，它具有智能化
14、功能。它本身应具备如下具体功能。（1）出局接续：当移动用户呼叫局外的固定用户时，应根据被叫用户号选择路由，完成双向无线中继（BWT）与出局中断（OGT）之间的接续，并按不同的交换制式发送相应的局间信号。,（2）入局接续：当局外的固定电话用户呼叫本局的移动客户时，首先从入局中继（ICT）收到被叫客户号码，选择空闲的双向无线中继（BWT）并与入局中继线相接，按收到的客户号码向无线设备发出选呼信号。（3）本局各无线中继之间的接续：当移动用户呼叫本局其他移动用户时，应根据被叫客户号码识别出本局号，然后找出空闲的无线中继与主叫用户所占用的无线中继相接，并向无线设备发送被叫的选呼信号。,（4）另外，它还应
15、具有对移动台的位置登记、无线信道指配、越区切换的处理、漫游用户的确认和通话计费等功能。二、基站基站设备主要由收、发信号机（根据信道的需要）、移动电话交换局与无线信道接口架、电源架及天线、馈线等组成。,三、移动台移动台，即用户终端设备。它有车载式、手持式、便携式及固定式等类型。主要由双工滤波器、收发信单元、控制部分、操作部分及电源等组成，完成的主要功能是收信与发信。四、中继线中继线是连接移动电话交换控制中心设备与公众电话网设备、基地站设备的线路。它可以采用双绞线、电缆、微波、光缆等传输媒介，用来传递数据信号和语音信号。,五、无线信道无线信道通常包括两种信道：语音信道（VC）和控制信道（CC）。1
16、语音信道语音信道主要用于传递语音信号，它的占用和空闲受移动电话交换中心的控制和管理。,监测音是当语音信道发射机启动后，在语音传输期间由基站语音信道单元连续不断地发出带外音（5970Hz或6000Hz或6030Hz），经移动台环回。2控制信道控制信道用来传送系统控制数据信息。,3.4.2 公众蜂窝模拟移动电话通信网制式和区域国际上成熟的900MHz公众蜂窝模拟移动电话通信网所用的制式有美国的AMPS（Advanced Mobile Phone Service）制、日本的HCMTS（High Capacity Mobile Telephone System）制和英国的TACS（Total Acce
17、ss Communication System）制。它们都是组成小区制移动电话通信网的系统制式，我国采用TACS制式。,1无线覆盖区由甚高频（VHF）和特高频（UHF）的传播特性知道，一个基站只能在其天线高度的视距范围内为移动客户提供服务。2交换控制区交换控制区受一个移动电话交换机控制，由若干个无线覆盖区构成。3服务区由若干个交换控制区组成的整个移动电话通信网所包括的区域就称之为服务区。,3.4.3 公众蜂窝模拟移动电话通信网结构在考虑建设公众蜂窝移动电话通信网络结构时，应遵循以下原则：（1）要适合我国地域广大，经济发展不平衡的特点。（2）既要考虑目前实现的可能性，又要考虑到今后的发展。,（3
18、）应便于完成越局（区）信道自动转接和漫游通信。（4）不应对现有公众电话网作重大改变。（5）建网要经济。综合考虑以上各因素的影响，移动电话通信网络结构可分为以下五种：,一、单基站小容量移动电话通信网结构顾名思义单基站小容量移动电话通信网结构是由一个基站构成的移动电话通信网，移动用户通过市话局进入公众电话网，如图3.10所示。,图3.10 单基站小容量移动电话通信网结构示意图,二、移动电话交换机的中、小容量移动电话网结构移动电话交换机的中、小容量移动电话网结构是指为了实现移动用户和移动用户之间或移动用户和市话用户之间的通信，移动通信网中的移动交换局可作为一个市话端局接入公众电话长途网络等级体制之中
19、；并且视业务量情况，还可越级与长途交换中心或邻区长途交换中心建立高效直达路由。,三、混合式区域联网的大、中容量移动电话通信网结构当多个移动交换区进行区域联网时就构成了大、中容量移动电话通信网。四、叠加式区域联网的大、中容量移动电话通信网结构这种网是一种具有自己层次（等级）结构和独立编号计划及网号的网。,3.4.4 公众蜂窝式模拟移动电话入网方式一、用户集线器方式用户集线器方式是指通过专用的集线器设备，使多个用户共用少量的中继线进行通信的方式。二、中继线方式中继线方式是用中继线将移动电话网与公众电话交换网连接起来。,3.5 数字移动电话通信网,数字移动电话通信网是针对模拟移动电话通信网存在的具体
20、问题（例如，扩容受限、电话容易被盗打、相互间易串音等），利用先进的数字处理设备和技术发展起来的移动电话通信形式。,3.5.1 数字移动电话通信网组网方式1从长期经济意义上讲是合理的虽然建设初期，由于网的规模小，业务量小，会显得投入大，资金回收慢，但随着经济的不断发展，我国的移动电话用户将越来越多。2便于网络统一管理，计费结算移动电话通信最大的特点就是用户总处在一个不固定的位置上，处在不断的运动之中。,3有利于移动电话业务的发展数字公共移动电话网的最终目标是向客户提供ISDN业务，所以在充分利用现有公众电话网，并不对其有重大改变的前提下，建立独立移动电话网，可先在移动电话用户间提供ISDN业务，
21、随着ISDN网的长远发展，逐步实现移动电话网与ISDN网、PSPDN网的互通。,3.5.2 数字移动电话通信网结构一、本地移动电话通信网结构一个本地网一般建一至两个移动汇接局（CMSC）。以北京为例，北京本地移动电话通信网的特点是网络话务量大、范围广，有多个移动交换中心（MSC）。,二、省内数字移动通信网结构全省的网络是由省内各本地网构成的。省内一般有若干个移动汇接中心（称二级汇接中心或省级汇接中心）。省内每个端局出于安全性考虑，至少应与省内两个二级汇接中心相连。三、全国数字移动电话通信网结构我国GSM移动电话通信网目前按大区设立一级移动汇接中心、省内设立二级移动汇接中心、移动电话通信网的本地
22、网设立本地汇接中心（或端局）。,四、信令网结构GSM移动电话通信网无论对内还是对外必须建立规范和统一的信令网，以传递与移动电话业务相关的数据和各种信令信息。（1）全国数字信令网结构。（2）信令网寻址方式。五、中国联通数字移动电话通信网每个国家有一个或多个公众移动电话通信网。,3.6 集群移动通信系统,集群移动通信系统是多信道共用的专业移动电话通信系统，它可以向正在申请服务的设备或用户自动分配信道，通过频率共用，有效地利用频率资源。同时，通过基础设施的集中使用及控制。有效降低用户组网费用。,3.6.1 集群系统的概念与特点“集群”是专用业务移动电话通信系统高层次发展的形式。“集群”是英文“Tru
23、nking或Trunked”的意译。3.6.2 集群移动通信系统组网方式集群移动通信系统的组网方式有下列四种：单区、单点、单中心的网络；单区、多点、单中心的网络；多区、多中心的网络；多区、多层次、多中心的网络。,一、单区、多点、单中心网络结构单区、多点、单中心的网络适用于一个地区内若干部门共同使用集群移动通信系统，实现用户通信自成系统而网内频率资源共享。二、多区、多中心、多层次网络结构作为全国范围或较大区域（如长江、珠江三角洲等区域）建立以一个专业部门（如电力、交通、铁路、公安等部门）为主的集群移动通信网，应采用多区、多中心、多层次的网络结构。,3.6.3 集群移动电话通信系统的工作方式移动通
24、信系统的工作方式按通话状态、频率和使用方法可分为单工、半双工和双工制三类。目前，集群移动通信系统（Trunking System）大多采用半双工方式工作。,3.6.4 集群移动通信系统进入市话网的方式有线电话较早就构成能交换的通信网，移动电话通信网则是在有线电话交换网的基础上发展起来的。移动用户进入市话网的技术，实际也就是移动电话网进入市话网的关键技术。集群移动通信系统用户进入有线市话网的方式主要有半自动直拨中继方式和全自动双向模拟中继方式两种。,一、半自动直拨中继方式半自动直拨中继方式是通过移动用户总机进入市话网的，联网结构如图3.17所示。其工作原理可简述为五点。（1）集群控制中心的出中继
25、线连到市话用户线C上，构成移动用户呼叫有线用户的通道。,图3.17 出入中继连接方式示意图,（2）集群控制中心的入中继线连接到市话用户线D上，构成市话局方呼叫移动用户方的通道；用户线D的号码（XXXXXXX）便为控制中心入中继线所有；亦即入中继线编入市话局的编号。（3）移动用户呼叫有线用户时，通过拨出该有线用户号码，经由出中继而送往市话交换机用户C上，市话交换机即可实现自动呼通及接续，故称为全自动呼出方式。,（4）市话有线用户呼叫移动用户时，有线用户首先拨出无线方向的出中继号码（用户线D的号码及其连选号码），呼叫集群控制中心的入中继。（5）移动用户呼叫移动用户时，对集群而言，一般直接由集群控制
26、中心将移动用户的主呼转向无线信道寻呼被叫用户。,二、全自动双向模拟中继方式集群移动通信是专用移动通信发展的高级形式，一般专用单位都有用户交换机（PABX）。而PABX具有二次拨号的功能，该方式就是利用这种功能而达到全自动的效果。,3.7 未来的移动电话通信网,3.7.1 移动通信网向第三代过渡与现有的第二代系统相比，第三代移动电话通信有许多优势，其中特别具有吸引力的是，它的频谱利用率比前者高得多，并能提供近年来倍受青睐的无线多媒体业务。这些优势的获得，主要得益于码分多址（CDMA）技术与宽带技术的有机结合。世界各国的移动通信运营商对第三代移动通信所采取的策略大都与上述因素有关。,3.7.2 无
27、线局域网的发展无线局域网（WLAN）是利用无线信道，采用无线连接的方式所形成的局域网，是移动通信领域最具发展前景的方向之一，它既可以解决公用移动通信网传输速率低，又能避免固定传输网络的不灵活性，因而在近几年获得了巨大的发展。,3.7.3 红外线无线通信的发展红外线无线通信是利用红外线光作为电磁信息传送信道而进行的通信。红外线无线传输系统之所以受到重视，主要是这种系统在无障碍高速传输的应用中具有明显的优势。,3.7.4 无线因特网的发展在传统的基于专门协议的通信网络中，用户只能在自己注册的网络内部通信和共享信息，而不能与其他网络的用户通信，更不能实现网际数据共享。,近年来，无线IP技术是IP技术发展的新领域，无线技术和IP这两个最成功的信息技术正在快速地走向融合，其发展受到几个方面的驱动：（1）基于有线方式的Internet受到空间和时间的限制。（2）无线技术（包括移动通信技术），近年来获得了巨大的进步。,
