通信网的设计.docx

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通信网的设计

西安科技大学

通信工程专业综合课程设计报告

题目：

通信网的设计

专业：

通信工程班级：

通信0702

姓名：

高鑫（组长）学号：

0707020225成绩：

姓名：

赵彬学号：

0707020222成绩：

姓名：

侯辉学号：

0707020223成绩：

姓名：

赵榕学号：

0707020224成绩：

姓名：

邵建学号：

0707020221成绩：

设计时间：

2011.01.04---2011.01.09审阅教师：

西安科技大学通信通信学院

目录

1.通信系统与通信网……………………………………………3

2．电话网的网路结构……………………………………………8

3．通信网信道设计………………………………………………12

4．通信网络及相关原理…………………………………………15

5．感想及组内分工………………………………………………16

参考文献…………………………………………………………17

1、通信系统与通信网

1、1通信系统及通信系统的组成

1、1．1通信系统的定义

所谓通信系统就是用电信号（或光信号）传递信息的系统，也叫电信系统，通常也称为通信系统。

1、1．2．通信系统的分类

通信系统可以从不同角度来分类：

①按通信业务分类：

可分为电话通信系、电报通信系、传真通信系等。

②按传输信号的类型分类：

可以分为模拟通信系统和数字通信系统。

1、1．3．通信系统的组成

无论哪一类通信系统，都是要完成从一地到另一地的信息传递或交换。

在这样一个总的目的下可以把通信系统概括为一个统一的模型。

这一模型包括有：

信源、变换器、信道、噪声源、反变换器和信宿六个部分。

模型框图如图1.1所示。

图1.1通信系统模型

模型中各部分功能如下：

①信源：

信源是指发出信息的信息源。

②变换器：

变换器的功能是把信源发出的信息变换成适合与在信道上传输的信号。

③信道：

信道是信号传输媒介的总称。

④反变换器：

反变换器是变换器的逆变换。

反变换器的功能就是把从信道上接收的信号变换成信息接收者可以接收的信息。

⑤信宿：

信宿是指信息传送的终点，也就是信息接收者。

⑥噪声源：

噪声源并不是一个人为实现的实体，但在实际通信系统中又是客观存在的。

上述的通信系统只能实现两用户间的单向通信，要实现双向通信还需要另一个通信系统完成相反方向的信息传送工作。

而要实现多用户间的通信，则需要将多个通信系统有机地组成一个整体，使它们能协同工作，即形成通信网。

1、2通信网的基本概念及构成

1、2．1通信网的基本概念

通信网的定义为：

通信网是由一定数量的节点（包括终端设备和交换设备）和连接节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。

也就是说，通信网是由相互依存、相互制约的许多要素组成的有机整体，用以完成规定的功能。

通信网的功能就是要适应用户呼叫的需要，以用户满意要求的程度传输网内任意两个或多个用户之间的信息。

1、2．2通信网的构成要素

由通信网的定义可以看出：

通信网在硬件设备方面的构成要素是终端设备、传输链路和交换设备。

为了使全网协调合理地工作，还要有各种规定，如信令方案、各种协议、网路结构、路由方案、编号方案、资费制度与质量标准等，这些均属于软件。

即一个完整的通信网除了包括硬件以外，还要有相应的软件。

（1）终端设备

终端设备的功能有三个：

①将待传送的信息和在传输链路上传送的信号进行相互转换。

在发送端，将信源产生的信息转换成适合于在传输链路上传送的信号；在接收端则完成相反的变换。

②将信号与传输链路相匹配，由信号处理设备完成。

③信令的产生和识别，即用来产生和识别网内所需的信令，以完成一系列控制作用。

（2）传输链路

传输链路是信息的传输通道，是连接网路节点的媒介。

它一般包括图1.1中的信道与变换器、反变换器的一部分。

信道有狭义信道和广义信道之分，狭义信道是单纯的传输媒介（比如一条电缆）；广义信道除了传输媒介以外，还包括相应的变换设备（如各种调制设备及接口等）。

由此可见，我们这里所说的传输链路指的是广义信道。

传输链路可以分为不同的类型，其各有不同的实现方式和适用范围。

（3）交换设备

交换设备是构成通信网的核心要素，它的基本功能是完成接入交换节点链路的汇集、转接接续和分配，实现一个用户终端呼叫和它所要求的另一个或多个用户终端之间的路由选择和连接。

交换设备的交换方式可以分为两大类：

①电路交换方式，电话网的交换方式即为电路交换；

②存储转发交换方式，分组数据网的分组交换及帧中继网络的的交换即为存储转发交换。

1、3通信网的分类

通信网从不同的角度可以分为不同的种类，主要有：

●按业务种类可分为电话网、电报网、传真网、广播电视网以及数据网等。

●按所传输的信号形式可分为数字网和模拟网。

●按服务范围可分为本地网、长途网和国际网。

●按运营方式可分为公用通信网和专用通信网。

●按组网方式可分为移动通信网、卫星通信网等。

1、4现代通信网的功能结构

业务网：

负责向用户提供各种通信业务。

传送网：

负责向各节点之间提供信息的透明传输通道。

支撑网：

负责为业务和传送网提供运行所必须的信令、同步、网络管理等功能。

1、5通信网的拓扑结构

网状网星型网复合型网

环形网总线型

网状网：

优点是线路冗余度大，网络可靠性高，缺点是线路利用率低，网络成本高；

星型网：

优点是降低了传输链路的成本，线路利用率高，缺点是网络可靠性低；

复合型网：

兼具网状网和星型网的优点，目前骨干网中广泛使用；

总线型网：

优点传输链路少，节点间通信无需转接，控制方式简单，缺点是网络服务性能差，节点数目有限，网络覆盖范围小；

环型网：

优点是结构简单，容易实现，双向自愈环可以对网络进行保护，缺点是节点较多时转接时延无法控制，网络不好扩容。

1、6现代通信网的构成及发展

一个完整的现代通信网，除了有传递各种用户信息的业务网之外，还需要有若干支撑网，以使网络更好地运行。

现代通信网的构成示意图如图1.2所示。

1、6．1业务网

业务网也就是用户信息网，它是现代通信网的主体，是向用户提供诸如电话、电报、传真、数据、图像等各种电信业务的网络。

业务网按其功能又可分为三个部分：

●用户接入网：

是电信业务网的组成部分，负责将电信业务透明地传送到用户，即用户通过接入网的传输，能灵活地接入到不同的电信业务节点上。

●交换网

●传输网

图1.2现代通信网的构成示意图

接入网、传输网以及交换网的位置关系如下图所示。

1、6．2支撑网

支撑网是使业务网正常运行，增强网络功能，提供全网服务质量以满足用户要求的网络。

在各个支撑网中传送相应的控制、监测信号。

支撑网包括：

（1）信令网

在采用公共信道信令系统之后，除原有的用户业务网之外，还有一个寄生、并存的起支撑作用的，专门传送信令的网络—--信令网。

信令网的功能是实现网络节点间（包括交换局、网络管理中心等）信令的传输和转接。

（2）同步网

实现数字传输后，在数字交换局之间、数字交换局和传输设备之间均需要实现信号时钟的同步。

同步网的功能就是实现这些设备之间的信号时钟同步。

1、6．3管理网

管理网是为提高全网质量和充分利用网络设备而设置的。

网络管理是实时或近实时地监视电信网络（即业务网）的运行，必要时采取控制措施，以达到在任何情况下，最大限度地使用网络中一切可以利用的设备，使尽可能多的通信得以实现。

1、7通信网的质量要求

为了使通信网能快速且有效可靠地传递信息，充分发挥其作用，对通信网一般提出三个要求：

1、7．1接通的任意性与快速性

这是对通信网的最基本要求。

所谓接通的任意性与快速性是指网内的任一个用户应能快速地接通网内任一其他用户。

如果有些用户不能与其他一些用户通信，则这些用户必定不在同一个网内；而如果不能快速地接通，有时会使要传送的信息失去价值，这种接通将是无效的。

影响接通的任意性与快速性的主要因素是：

①通信网的拓扑结构：

如果网路的拓扑结构不合理会增加转接次数，使阻塞率上升、时延增大。

②通信网的网路资源：

网路资源不足的后果是增加阻塞概率。

③通信网的可靠性：

可靠性低会造成传输链路或交换设备出现故障，甚至丧失其应有的功能。

1、7．2信号传输的透明性与传输质量的一致性

透明性是指在规定业务范围内的信息都可以在网内传输，对用户不加任何限制。

传输质量的一致性是指网内任何两个用户通信时，应具有相同或相仿的传输质量，而与用户之间的距离无关。

通信网的传输质量直接影响通信的效果，不符合传输质量要求的通信网是没有意义的。

因此要制定传输质量标准并进行合理分配，使网中的各部分均满足传输质量指标的要求。

1、7．3网路的可靠性与经济合理性

可靠性对通信网是至关重要的，一个可靠性不高的网会经常出现故障乃至中断通信，这样的网是不能用的。

但绝对可靠的网是不存在的。

所谓可靠是指在概率的意义上，使平均故障间隔时间（两个相邻故障间隔时间的平均值）达到要求。

可靠性必须与经济合理性结合起来。

提高可靠性往往要增加投资，但造价太高又不易实现，因此应根据实际需要在可靠性与经济性之间取得折衷和平衡；

2、电话网的网路结构

2、1电话网的等级结构

就全国范围内的电话网而言，很多国家采用等级结构的电话网，等级结构的电话网就是把全网的交换局划分成若干个等级，低等级的交换局与管辖它的高等级的交换局相连、形成多级汇接辐射网即星形网；而最高等级的交换局间则直接互连，形成网形网。

所以等级结构的电话网一般是复合形网。

等级结构的电话网的级数选择与很多因素有关，主要有两个：

①全网的服务质量，例如接通率、接续时延、传输质量、可靠性等；

②全网的经济性，即网的总费用问题。

另外还应考虑国家幅员大小，各地区的地理状况，政治、经济条件以及地区之间的联系程度等等因素。

在电话网建设初期，鉴于当时长途话务流量的流向与行政管理的从属关系几乎相一致，即呈纵向的流向，因此我国电话网的网路等级分为五级，由一、二、三、四级长途交换中心及本地五级交换中心即端局组成。

等级结构示意图，如图2.1所示。

电话网由长途网和本地网两部分组成。

长途网设置一、二、三、四级长途交换中心，分别用Cl，C2，C3和C4表示；本地网设置汇接局和端局两个等级的交换中心，分别用Tm和C5表示，也可只设置端局一个等级的交换中心。

图2.1我国五级电话网网络结构示意图

在五级制的等级结构电话网中，长途网为四级，一级交换中心C1之间相互连接构成网状网，以下各级交换中心以逐级汇接为主，辅以一定数量的直达电路，从而构成一个复合形的网路结构。

一级交换中心为大区中心，也称省间中心；

二级交换中心为省交换中心，设在省会城市；

三级交换中心为地区交换中心；

四级交换中心为县长途交换中心，是长途终端局。

2、2长途业务网网络架构

我国长途业务网继续沿用核心层、汇聚层、接入层三层结构。

包括OTN/WDM、MSTP/SDH和新建分组化城域传送网（PTN/IPRAN）

2、2．1核心层

核心层由核心节点组成，负责提供核心节点间的局间中继电路，同时负责与干线传送网的互联互通，核心层应具有大容量的业务调度能力和多业务传送能力，以及较高的安全性和可靠性。

核心层可采用环形、网状结构，由OTN/WDM、MSTP/SDH、PTN/IPRAN组成。

2、2．2汇聚层

汇聚层由汇聚节点及核心节点组成，负责一定区域内业务的汇聚和疏导，汇聚层应具有较大的业务汇聚能力及多业务传送能力。

汇聚层可主要采用环形结构，主要由OTN/WDM、MSTP/SDH、PTN/IPRAN组成。

2、2．3接入层

接入层由基站、集团客户、家庭客户及汇聚节点组成，负责基站、集团客户、家庭客户等各类业务接入，接入层应具有灵活、快速接入能力。

接入层以环形结构为主，也可采用链形结构，由MSTP/SDH、PTN/IPRAN组成。

图2.2传送网网络结构图

2、3节点规划

根据业务需求及流向，各节点需要在不同的网络层次配置相应的设备，不同的场景决定着这些设备的配置及连接关系，如下所述。

2、3．1核心节点配置

根据核心层节点的网络定位，主要设置了数据网和传送网，如图2.3所示。

图2.3核心节点设备配置示意图

当传送网设备接入的用户业务流量不大时，优选接入汇聚交换机进行端口收敛后与BRAS/SR连接，如黑色实线所示；当业务流量较大时，可直接与BRAS/SR连接，如黑色虚线所示；基站回传业务经传送网设备接入BSC/RNC，如红色实线所示；PTN/IPRAN、MSTP根据实际情况选择光纤承载或OTN/WDM承载，使用OTN/WDM承载的设备连接如红色虚线所示。

2、3．2汇聚节点配置

我国传送网络汇聚节点会根据业务需求部署相应的数据网络、传送网络、接入网络设备，各网络对应的设备如图2.4所示。

图2.4汇聚节点设备配置示意图

结合实际业务需求、组网结构、资源现状，汇聚节点的配置、结构有所不同，可分为几种场景。

（1）纯传输汇聚节点。

节点仅配置PTN/IPRAN、MSTP传送网设备，传输系统在光纤上承载，实现基站回传业务的整合和疏导，节点内PTN/IPRAN、MSTP设备无互联需求。

（2）综合业务汇聚点。

配置传送网、有线接入网设备，PTN/IPRAN、MSTP根据实际情况选择光纤承载或OTN/WDM承载。

当节点未部署OTN/WDM、且节点光缆资源紧张，可考虑OLT上联采用PTN/IPRAN承载；当节点已部署OTN/WDM系统，OLT上联优先采用OTN/WDM承载。

（3）数据网业务控制节点。

节点配置了数据网、传送网、接入网设备，当节点已部署OTN/WDM系统时，设备间连接关系如下：

当OLT上联带宽不大时，优选接入汇聚交换机进行端口收敛，再与BRAS/SR连接；当OLT上联带宽较大时，可直接与BRAS/SR连接。

当城域传送网设备接入的用户业务流量不大时，优选接入汇聚交换机进行端口收敛，再与BRAS/SR连接；当业务流量较大时，可直接与BRAS/SR连接。

PTN/IPRAN、MSTP根据实际情况选择光纤承载或OTN/WDM承载。

当节点未部署OTN/WDM系统时，设备间连接关系如下：

当OLT上联带宽不大时，优选接入汇聚交换机进行端口收敛，再与BRAS/SR连接；当OLT上联带宽较大时，可直接与BRAS/SR连接；当传送网设备接入的用户业务流量不大时，优选接入汇聚交换机进行端口收敛，再与BRAS/SR连接；当业务流量较大时，可直接与BRAS/SR连接。

2、3．3接入节点配置

（1）纯基站节点。

节点配置PTN/IPRAN或MSTP传送网设备、GSM或TD基站设备，传输系统在光纤上承载，实现基站回传业务的整合和疏导，其中GSM基站接入MSTP设备、TD基站接入PTN/IPRAN设备，PTN/IPRAN、MSTP设备无互联需求。

（2）OLT节点。

节点配置传送网、无线网、接入网设备，传输网与无线网设备的连接与纯基站节点相同，接入网OLT可根据实际情况选择光纤承载或PTN、CWDM承载：

如果节点部署了CWDM，则OLT采用CWDM承载；如果节点光缆资源紧张，可考虑OLT上联采用PTN/IPRAN承载。

2、3．4驻地网节点

（1）园区中心节点。

设置在园区中心机房、写字楼弱电间等，收敛驻地网内的光缆或业务上传至接入网，是整个用户驻地网的中心。

当作为有源业务节点时往往安装接入网设备和传送网设备，接入网OLT、园区交换机可根据实际情况选择光纤承载或PTN承载。

（2）楼宇节点。

楼宇节点更靠近用户，位于楼道、楼层等区域，一般安装接入网ONU、接入交换机，接入交换机上联至园区交换机、ONU上联至OLT，接入交换机和ONU不直接相连。

（3）用户侧节点。

位于家庭/集团客户室内，一般不设置电信运营商的有源设备，仅在FTTH/FTTO的方式下需要安装ONU或MSTP/PTN。

3、通信网信道设计

根据通信的概念，信号必须依靠传输介质传输，所以传输介质被定义为狭义信道。

另一方面，信号还必须经过很多设备（发送机、接收机、调制器、解调器、放大器等）进行各种处理，这些设备显然也是信号经过的途径，因此，把传输介质（狭义信道）和信号必须经过的各种通信设备统称为广义信道。

我们这里研究的是狭义上的信道，即信号的传输介质。

信道可分为两大类：

一类是电磁波的空间传播渠道，如短波信道、超短波信道、微波信道、光波信道等；它们具有各种传播特性的自由空间，习惯上称为无线信道；另一类是电磁波的导引传播渠道。

如明线信道、电缆信道、波导信道、光纤信道等。

它们具有各种传输能力的导引体，习惯上就称为有线信道。

有线信道可分为：

（1）、架空明线，

架空明线即在电线杆上架设的互相平行而绝缘的裸线，它是一种在20世纪初就已经大量使用的通信介质。

架空明线安装简单，传输损耗比电缆低，但通信质量差，受气候环境等影响较大并且对外界噪声干扰比较敏感，因此，在发达国家中早已被淘汰，在许多发展中国家中也已基本停止了架设，但目前在我国一些农村和边远地区受条件限制的地方仍有不少架空明线在工作着。

（2）、双绞线电缆（TP）：

双绞线电缆将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中，为了降低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线相互扭绕而成，也因此把它称为双绞线。

双绞线分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）。

目前市面上出售的UTP分为3类，4类，5类和超5类四种。

双绞线一般用于星型网的布线连接，两端安装有RJ-45头（水晶头），连接网卡与集线器，最大网线长度为100米，如果要加大网络的范围，在两段双绞线之间可安装中继器，最多可安装4个中继器，如安装4个中继器连5个网段，最大传输范围可达500米。

（3）、同轴电缆：

同轴电缆由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的内导线组成，内导线和圆柱导体及外界之间用绝缘材料隔开。

按直径的不同，可分为粗缆和细缆两种：

粗缆：

传输距离长，性能好但成本高、网络安装、维护困难，一般用于大型局域网的干线，连接时两端需终接器。

（1）粗缆与外部收发器相连。

（2）收发器与网卡之间用AUI电缆相连。

（3）网卡必须有AUI接口（15针D型接口）：

每段500米，100个用户，4个中继器可达2500米，收发器之间最小2.5米，收发器电缆最大50米。

细缆：

与BNC网卡相连，两端装50欧的终端电阻。

用T型头，T型头之间最小0.5米。

细缆网络每段干线长度最大为185米，每段干线最多接入30个用户。

如采用4个中继器连接5个网段，网络最大距离可达925米。

细缆安装较容易，造价较低，但日常维护不方便，一旦一个用户出故障，便会影响其他用户的正常工作。

根据传输频带的不同，可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆两种类型：

基带：

数字信号，信号占整个信道，同一时间内能传送一种信号。

宽带：

可传送不同频率的信号。

（4）、光纤：

光纤是由一组光导纤维组成的用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。

应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号变为光信号，再把光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并把它变为电信号，经解码后再处理。

与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号衰小、频带宽、传输速度快、传输距离大。

主要用于要求传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接。

分为单模光纤和多模光纤：

单模光纤：

由激光作光源，仅有一条光通路，传输距离长，2Km以上。

多模光纤：

由二极管发光，低速短距离，2Km以内。

双绞线

同轴电缆

光纤

非屏蔽双绞线

屏蔽双绞线

粗同轴电缆

细同轴电缆

传输容量

三类线适合于传输语音信号和速率不超过10Mbps的数字信号，五类线缆适合于传输速率为100Mbps的数字信号

有较高的传输速率，传输数据时速率不超过155Mbps

适合传输速率10Mbps的数字信号，但具有比双绞线更高的传输带宽

适合传输速率10Mbps的数字信号，但具有比双绞线更高的传输带宽

支持极高的传输带宽，目前技术可以在光纤上以100Mbps以上的速率进行数据传输

信号衰减

严重，传输数据时限定在100米范围内

严重，传输数据时限定在100米范围内

严重，传输数据时限定在500米范围内

严重，传输数据时限定在185米范围内

极低，传输距离可达20公里以上

抗干扰能力

易受电磁干扰和被窃听

优于非屏蔽双绞线，仍易受电磁干扰和被窃听

抗电磁干扰较好

抗电磁干扰较好

不受外界的电磁干扰，适应比较恶劣的环境

安装难度

容易安装和管理，需使用RJ45连接器件。

较非屏蔽双绞线困难，需要使用特殊的连接器件及相关的屏蔽安装技术

不容易安装和管理，需使用AUI连接器件及收发器件，线缆两端需要使用终结器并有良好接地。

容易安装和管理，需使用BNC连接器件，线两端需要使用终结器件并有良好接地

比较复杂和精细，需使用光纤连接器件和光电转换器件

价格

相对便宜

较非屏蔽双绞线贵，但相对于其他线要便宜

相对便宜

相对便宜

昂贵，安装费用远高于材料费用。

表1相关信道特点比较

4、通信网络及相关原理

4

、1通信网原理图及相关原理:

结合有线电视网的接入技术特点：

光纤同轴电缆混合技术（HFC，HybridFiber/Coaxial）。

因此在此通信网络中也采用相同的线路技术特点光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成。

当信号从发端发送时，根据一定的调制方法对信号进行调制并进入所在交换局，后经过光电转化器将将信号转化为光信号，在相关信令的协调下对路由进行选择，信号在光纤传输业务数据网中经过所选的路由网络到接收方的交换局，在接收端的交换局再将光信号转换为相应的数据信号再经过支线电路传输到用户终端，经过相关的解调技术对信号进行信号的恢复。

4、2通信系统特点：

系统传输容量大，能够满足用户信号传输所需的信道宽度;

传输损耗小，可有效延长信号的传输距离；

可有效减少电磁干扰，能确保信号的传输质量；

光纤干线采用星形或环状结构，支线和配线网络的同轴电缆部分采用树状或总线式结构可以为用户提供多种业务服务的要求，而此技术在电视系统中的应用也便于“三网合一”工程的展开。

5、感想及组内分工

5、1感想

这次的课程设计我们历时一个星期。

经过这一个星期的实践和体验，我们意识到学校安排的课程设计有着很深的意义，它不仅让我们综合那些理论知识来运用到设计和创新，还让我们知道了一个团队凝聚在一起时所能发挥出的巨大能量。

这次的课程设计是非常需要耐心和精力的，它不仅仅是让我们把所学的理论知识与实践相结合起来，提高自己的实际动手能力和独立思考的能力，更重要的是团队合作的重要性，虽然这次的时间不长，但我们相信我们得到的也会更多！

我们在进行设计之前，查阅了大量的资料，为的是做到有据可依，有理可寻。

其次，在这次的课程设计中，我们也运用到了以前所学的专业课知识，设计的过程中，也尽量做到思路清晰，流程完整。

这个过程，让我发现、提出、分析、解决问题和实践能力得到了很大的提高，这也会让我在今后的学习生活大大受益。

5、2组内分工

邵建：

资料查找及部分论文的书写，能很好的融入团队；

侯辉和