2.1現(xiàn)代通信終端

2.2現(xiàn)代傳輸技術(shù)

2.3數(shù)字通信技術(shù)

2.4現(xiàn)代交換技術(shù)

第2章現(xiàn)代通信網(wǎng)基礎(chǔ)技術(shù)

2.1.1固定電話機(jī)

固定電話機(jī)是固定電話通信的終端設(shè)備，是使用最普遍和最方便的一種通信工具。伴隨著時(shí)代的進(jìn)步，電話機(jī)在品種、質(zhì)量和數(shù)量上都有了較大的發(fā)展和提高。

1．組成原理

按照電話機(jī)各部分的功能分，它由三個(gè)基本部分組成：通話設(shè)備、信號(hào)設(shè)備和轉(zhuǎn)換設(shè)備。固定電話機(jī)的基本組成示意圖如圖2.1所示。2.1現(xiàn)代通信終端圖2.1固定電話機(jī)的基本組成

1)通話設(shè)備

通話設(shè)備包括送話器、受話器及相關(guān)電路，是電話機(jī)達(dá)到電話通信目的的主要設(shè)備。

送話器是把語音轉(zhuǎn)換成語音電流的器件，按使用材料可分為炭精送話器、壓電陶瓷送話器和駐極體式送話器等。炭精送話器是使用歷史最長的送話器，現(xiàn)已淘汰。壓電陶瓷送話器用具有壓電效應(yīng)的陶瓷片作振動(dòng)膜，用戶講話時(shí)膜片在聲壓作用下產(chǎn)生形變，吸附在陶瓷片表面的電荷隨極化強(qiáng)弱充/放電，形成語音電流。駐極體式送話器用駐極體(一種帶電荷的電介質(zhì))作振動(dòng)膜，用戶講話時(shí)膜片在聲壓作用下產(chǎn)生振動(dòng)，改變其兩側(cè)的電荷密度，從而形成微小的電壓變化，經(jīng)放大后變成語音電流。受話器是把語音電流轉(zhuǎn)換成聲音的器件，一般有電磁式、動(dòng)圈式和壓電式等類型。電磁式受話器主要由永久磁鐵、振動(dòng)膜片、鐵芯和線圈等零件組成。當(dāng)無語音電流通過線圈時(shí)，僅有永久磁鐵的固定磁通對(duì)振動(dòng)膜片產(chǎn)生吸力，使鐵質(zhì)振動(dòng)膜片微向鐵芯彎曲，當(dāng)線圈內(nèi)通過語音電流時(shí)，因語音電流是交變電流，膜片就根據(jù)電流變化規(guī)律而振動(dòng)并發(fā)出聲音。動(dòng)圈式受話器主要由永久磁鐵、線圈、振動(dòng)膜片等零件組成，線圈和振動(dòng)膜片連在一起，且線圈套于永久磁鐵上。線圈平時(shí)置于恒定的磁場中，當(dāng)線圈通過語音電流時(shí)，在磁場的作用下線圈將垂直于磁場移動(dòng)，并帶動(dòng)振動(dòng)膜片。壓電陶瓷受話器是利用逆壓電效應(yīng)工作的，在語音電流的作用下，陶瓷片發(fā)生形變而發(fā)出聲音。老式電話機(jī)通話電路中有感應(yīng)線圈，它是在鐵芯上繞有2或3組線圈的電話變量器，與送話器、受話器和平衡網(wǎng)絡(luò)相連接，組成通話電路。恰當(dāng)選擇感應(yīng)線圈的匝數(shù)比和平衡網(wǎng)絡(luò)的阻抗，可提高送話器、受話器的工作效率，減少通話時(shí)的側(cè)音，改善通話質(zhì)量。目前，電話機(jī)的通話電路多數(shù)由集成電路芯片實(shí)現(xiàn)，芯片內(nèi)已集成了電話變量器、平衡網(wǎng)絡(luò)等功能，不再需要感應(yīng)線圈和平衡網(wǎng)絡(luò)電路。

2)信號(hào)設(shè)備

信號(hào)設(shè)備包括發(fā)信設(shè)備和收信設(shè)備。發(fā)信設(shè)備即發(fā)號(hào)電路，用戶通過號(hào)盤或鍵盤撥打出被叫用戶的號(hào)碼或其他信息。發(fā)信時(shí)，話機(jī)處于摘機(jī)狀態(tài)。收信設(shè)備即振鈴電路，其任務(wù)是接收交換機(jī)送來的鈴流電流，通過話機(jī)中的電鈴或揚(yáng)聲器發(fā)出振鈴聲。

轉(zhuǎn)盤撥號(hào)盤(或按鍵盤)用于向交換機(jī)發(fā)送被叫用戶號(hào)碼。按鍵盤里的脈沖通斷裝置將表示被叫號(hào)碼的直流脈沖信號(hào)發(fā)往交換機(jī)，按鍵盤與相應(yīng)的發(fā)號(hào)集成電路配合發(fā)出直流脈沖信號(hào)或雙音多頻(DTMF)信號(hào)。按鍵盤一般由12個(gè)按鍵和開關(guān)接點(diǎn)組成，其中10個(gè)為數(shù)字鍵，2個(gè)為特殊功能鍵，分別為“*”、“#”鍵。振鈴器用于接收交換機(jī)送來的呼叫振鈴信號(hào)。老式話機(jī)采用電磁式交流鈴，其結(jié)構(gòu)和工作原理與電磁式受話器的結(jié)構(gòu)和原理相似。新式電子電話機(jī)的振鈴裝置為音調(diào)式振鈴器，由振鈴集成電路和電聲換能器件組成。振鈴集成電路的功能是把15～25Hz振鈴電壓轉(zhuǎn)換為幾百到上千赫茲的兩種音頻電壓，并且按一定周期(如每秒10次)輪流送出。振鈴集成電路內(nèi)部包含有轉(zhuǎn)換器和放大器，放大器可直接帶動(dòng)高阻的電聲換能器。

3)轉(zhuǎn)換設(shè)備

轉(zhuǎn)換設(shè)備也稱叉簧，電話機(jī)上弓形手柄所壓住的開關(guān)就是叉簧，它主要起轉(zhuǎn)換作用。電話機(jī)的摘機(jī)狀態(tài)和掛機(jī)狀態(tài)依靠轉(zhuǎn)換設(shè)備交替工作，并經(jīng)過用戶線使交換機(jī)識(shí)別。掛機(jī)狀態(tài)即處于收信狀態(tài)，這時(shí)的話機(jī)可作為被叫，可以接收交換機(jī)送來的鈴流電流；而用戶摘機(jī)后，叉簧往上彈，話機(jī)狀態(tài)得到轉(zhuǎn)換，由收信狀態(tài)變?yōu)橥ㄔ挔顟B(tài)(作為被叫)或聽撥音、撥號(hào)、通話(作為主叫)等狀態(tài)。轉(zhuǎn)換設(shè)備的兩種狀態(tài)是互不相容的。

叉簧其實(shí)就是開關(guān)，它由手柄機(jī)(電話聽筒)是否放置在電話機(jī)上來完成開關(guān)的接通與斷開。叉簧開關(guān)的作用是掛機(jī)時(shí)將振鈴電路接在外線上，摘機(jī)時(shí)斷開振鈴電路，將通話電路接在外線上，并完成直流環(huán)路，向交換機(jī)發(fā)出表示要打電話的用戶啟呼信號(hào)。

2．種類和功能

按電話機(jī)與電話局之間電話線路上傳輸信號(hào)的形式，電話機(jī)可分為模擬式和數(shù)字式兩類。模擬式電話機(jī)傳送的是模擬信號(hào)，數(shù)字式電話機(jī)傳送的是數(shù)字信號(hào)。到目前為止，絕大多數(shù)電話機(jī)屬于模擬電話機(jī)。數(shù)字電話機(jī)除了具有模擬電話機(jī)的功能外，還具有發(fā)送、接收及處理文字、數(shù)據(jù)和圖像等信息的功能。

按照使用方式，電話機(jī)可分為桌式、墻式、墻桌兩用式和攜帶式等。

按照制式，電話機(jī)可分為磁石式、共電式和自動(dòng)式等。

(1)磁石式電話機(jī)是通話電源和呼叫信號(hào)電源完全自備的電話機(jī)。通話電源一般采用1.5～3V的原電池，呼叫信號(hào)裝置采用手搖發(fā)電機(jī)，向?qū)Ψ接脩?另一磁石式電話機(jī))或磁石交換機(jī)發(fā)送90?V左右、16～25Hz的交流信號(hào)作為呼叫信號(hào)。

磁石式電話機(jī)對(duì)傳輸線路要求低，不經(jīng)交換機(jī)轉(zhuǎn)接就可直接通話，適用于野戰(zhàn)條件下或無供電情況下的電話通信。

(2)共電式電話機(jī)是由共電交換機(jī)集中供給通話電源和呼叫信號(hào)電源的電話機(jī)。電源電壓通常為直流24?V。信號(hào)部分采用交流電鈴與電容器串聯(lián)跨接在線路上，隨時(shí)接收交換機(jī)送來的呼叫信號(hào)。利用叉簧接點(diǎn)的斷開與閉合，向交換機(jī)發(fā)送直流呼叫信號(hào)。共電式電話機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，適用于團(tuán)體內(nèi)部的電話通信。

磁石式電話機(jī)本身只能實(shí)現(xiàn)一對(duì)一固定的電話通信，在磁石交換機(jī)和共電交換機(jī)話務(wù)員的幫助下，磁石式電話機(jī)和共電式電話機(jī)可實(shí)現(xiàn)與其他磁石式電話機(jī)和共電式電話機(jī)用戶的電話通信。也就是說，磁石式電話機(jī)和共電式電話機(jī)都沒有自動(dòng)選擇被叫用戶的功能。它們已被自動(dòng)式電話機(jī)所代替，僅在一些特殊場合中使用。

(3)自動(dòng)式電話機(jī)有轉(zhuǎn)盤撥號(hào)式和按鈕(鍵)式兩種。轉(zhuǎn)盤撥號(hào)式自動(dòng)電話機(jī)通過撥號(hào)轉(zhuǎn)盤向自動(dòng)交換機(jī)發(fā)出表示被叫號(hào)碼的直流脈沖信號(hào)，按鈕(鍵)式自動(dòng)電話機(jī)上的按鈕(鍵)與相應(yīng)的發(fā)號(hào)集成電路配合，發(fā)出直流脈沖信號(hào)或雙音多頻(DTMF)信號(hào)給自動(dòng)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)選擇被叫用戶的功能。自動(dòng)式電話機(jī)使用的電源也是自動(dòng)電話交換機(jī)集中供給的，電源電壓通常為48V或60V。自動(dòng)式電話機(jī)使用方便，應(yīng)用范圍廣泛。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和物質(zhì)文化水平的提高，出現(xiàn)了許多具有新服務(wù)功能的電話機(jī)。2.1.2移動(dòng)電話機(jī)

移動(dòng)電話機(jī)又稱手機(jī)，是在移動(dòng)通信網(wǎng)中使用的一種終端設(shè)備。目前兩大移動(dòng)通信網(wǎng)(GSM和CDMA)所使用的手機(jī)采用了不同的空中接口，有較大的差別。下面主要分析使用最廣泛的GSM手機(jī)。

1．組成原理

GSM手機(jī)電路一般可分為四個(gè)部分：射頻部分、邏輯/音頻部分、接口部分、電源部分。這四個(gè)部分相互聯(lián)系，形成一個(gè)有機(jī)的整體。其基本組成框圖如圖2.2所示。圖2.2GSM手機(jī)基本組成框圖

1)射頻部分

射頻部分由天線、接收部分、發(fā)送部分、調(diào)制解調(diào)器和振蕩器等高頻系統(tǒng)組成。其中發(fā)送部分是由射頻功率放大器和帶通濾波器組成，接收部分由高頻濾波、高頻放大、變頻、中頻濾波放大器組成。振蕩器完成收信機(jī)高頻信號(hào)的產(chǎn)生，具體由頻率合成器控制的壓控振蕩器實(shí)現(xiàn)。

接收通路和發(fā)送通路工作時(shí)分別使用不同的頻率，這種頻率的改變，受邏輯音頻部分的控制。

2)邏輯/音頻部分

邏輯/音頻部分由基帶信號(hào)處理部分和邏輯控制部分組成，其中基帶信號(hào)處理部分可分為發(fā)送通道和接收通道兩部分。發(fā)送通道的處理包括語音編碼、信道編碼、加密、TDMA幀形成。其中信道編碼包括分組編碼、卷積編碼和交織。接收通道的處理包括均衡、信道分離、解密、信道解碼和語音解碼。邏輯控制部分對(duì)手機(jī)進(jìn)行控制和管理，包括定時(shí)控制、數(shù)字系統(tǒng)控制、天線系統(tǒng)控制以及人機(jī)接口控制等。

3)接口部分

接口部分包括模擬語音接口、數(shù)字接口及人機(jī)接口三部分。模擬語音接口包括A/D、D/A轉(zhuǎn)換、話筒和耳機(jī)。數(shù)字接口主要是數(shù)字終端適配器。人機(jī)接口主要有顯示器和鍵盤。

4)電源

電源部分為射頻部分和邏輯部分供電，同時(shí)又受到邏輯部分的控制。

手機(jī)的硬件電路由專用集成電路組成。專用集成電路包括收信電路、發(fā)信電路、鎖相環(huán)電路、調(diào)制解調(diào)器、均衡器、信道編解碼器、控制器、識(shí)別卡和數(shù)字接口、語音處理專用集成電路等部分。手機(jī)的控制器由微處理器構(gòu)成，包括CPU、EPROM和EEPROM等部分。

軟件也是手機(jī)的重要組成部分。手機(jī)的整個(gè)工作過程由CPU(中央處理器)控制，CPU由其內(nèi)部的軟件程序控制，而軟件程序來源于GSM規(guī)范。

手機(jī)接收時(shí)，來自基站的GSM信號(hào)由天線接收下來，經(jīng)射頻接收電路，由邏輯/音頻電路處理后送到聽筒。手機(jī)發(fā)射時(shí)，聲音信號(hào)由話筒進(jìn)行聲電轉(zhuǎn)換后，經(jīng)邏輯/音頻處理電路、射頻發(fā)射電路，最后由天線向基站發(fā)射。

2．SIM卡

無線傳輸比固定傳輸更易被竊聽，如果不提供特別的保護(hù)措施，很容易被竊聽或被假冒一個(gè)注冊(cè)用戶。20世紀(jì)80年代的模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)深受其害，使用戶利益受損，GSM首先引入了“用戶標(biāo)識(shí)模塊”(即SIM卡)技術(shù)，從而使GSM在安全方面得到了極大的改進(jìn)。

手機(jī)與SIM卡共同構(gòu)成移動(dòng)通信終端設(shè)備。GSM手機(jī)用戶在“入網(wǎng)”時(shí)會(huì)得到一張SIM卡，卡上存儲(chǔ)了所有屬于本用戶的信息和各種數(shù)據(jù)，每一張卡對(duì)應(yīng)一個(gè)移動(dòng)用戶電話號(hào)碼。

1)?SIM卡的內(nèi)容

SIM卡是一張符合通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)范的“智能”卡，它內(nèi)部包含了與用戶有關(guān)的、被存儲(chǔ)在用戶這一方的信息。SIM卡內(nèi)部保存的數(shù)據(jù)可以歸納為以下四種類型，其中第一類屬永久數(shù)據(jù)，第二類數(shù)據(jù)只有GSM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商才能查閱和更新。

(1)由SIM卡生產(chǎn)商存入的系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)，如生產(chǎn)廠商代碼、生產(chǎn)串號(hào)、SIM卡資源配置數(shù)據(jù)等基本參數(shù)。

(2)由GSM網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商寫入的SIM卡所屬網(wǎng)絡(luò)與用戶有關(guān)的、被存儲(chǔ)在用戶這一方的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和用戶數(shù)據(jù)等，包括鑒權(quán)和加密信息、國際移動(dòng)用戶號(hào)(IMSI)、移動(dòng)電話機(jī)用戶號(hào)碼、呼叫限制信息等。

(3)由用戶自己存入的數(shù)據(jù)，如縮位撥號(hào)信息、電話號(hào)碼簿、移動(dòng)電話機(jī)通信狀態(tài)設(shè)置等。

(4)用戶在使用SIM卡過程中自動(dòng)存入及更新的網(wǎng)絡(luò)接續(xù)和用戶信息，如臨時(shí)移動(dòng)臺(tái)識(shí)別碼(TMSI)、區(qū)域識(shí)別碼(LAI)、密鑰(Kc)等。

2)?SIM卡的構(gòu)造

SIM卡是帶有微處理器的芯片，包括五個(gè)模塊，每個(gè)模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)功能：微處理器、程序存儲(chǔ)器、工作存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和串行通信單元。SIM卡觸點(diǎn)最少有五個(gè)端口：①電源；②時(shí)鐘；③數(shù)據(jù)；④復(fù)位；⑤接地端。圖2.3示出了SIM卡觸點(diǎn)端口的功能。圖2.3SIM卡觸點(diǎn)端口功能示意2.2.1傳輸介質(zhì)

所謂傳輸介質(zhì)，是指傳輸信號(hào)的物理通信線路。任何數(shù)據(jù)在實(shí)際傳輸時(shí)都會(huì)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或光信號(hào)的形式在傳輸介質(zhì)中傳輸。數(shù)據(jù)能否成功傳輸則依賴于兩個(gè)因素：被傳輸信號(hào)本身的質(zhì)量和傳輸介質(zhì)的特性。2.2現(xiàn)代傳輸技術(shù)

1．有線介質(zhì)

1)架空明線

架空明線是最早的有線信道(信道由架在一系列豎立電桿上的絕緣子上的導(dǎo)線而構(gòu)成)。這種信道容易建設(shè)，低頻信號(hào)的衰減也較小，但高頻部分易于發(fā)射出去，衰耗較大；允許傳輸信號(hào)的頻帶受限，通信容量很小。此外，由于架設(shè)在室外，易受外界因素的破壞，干擾大且可靠性差，容易被竊聽。為了減小費(fèi)用和擴(kuò)大容量，會(huì)在一系列電桿上架設(shè)多對(duì)信道，但這樣會(huì)帶來串音問題。由于架空明線存在的干擾大、易損壞、可利用的頻帶過窄等缺點(diǎn)，因此，在現(xiàn)代通信網(wǎng)中基本不再使用這種方式。

2)平衡電纜

平衡電纜又稱雙絞線，其中每對(duì)信號(hào)傳輸線間的距離比明線小，而且包扎在絕緣體內(nèi)。這樣，外界破壞和干擾要小一些，性能也較穩(wěn)定，但是其損耗隨工作頻率的增大而急劇增大。通常每公里的衰減分貝數(shù)與頻率成正比，因而容量也不能太大。這類平衡電纜通常制成多芯電線，就是很多對(duì)線路包扎成一條電線。從兩對(duì)四芯起，直到200對(duì)，形成多層結(jié)構(gòu)，包成一條電纜，外面還有鎧裝，保護(hù)芯線和絕緣體不被侵蝕和破壞，也起著屏蔽外界干擾的作用。

3)同軸電纜

同軸電線是容量較大的有線信道。常用的同軸電纜有兩種：一種是管外徑為4.4?mm的小同軸；另一種是管外徑為9.5?mm的中同軸。在同軸電線中，電磁波在外管和內(nèi)芯之間傳播，基本上與外界隔開，因而無發(fā)射損耗，也較少受外界干擾，可靠性和傳輸質(zhì)量都很好。這類線路每公里衰減的分貝數(shù)大致與頻率的平方根成正比，所以在高頻端可傳輸足夠的信號(hào)能量，帶寬可以做得較大，傳輸容量也較大。其缺點(diǎn)是造價(jià)很高，施工復(fù)雜。

4)光纖

光纖是一種很細(xì)的可傳送光信號(hào)的有線介質(zhì)，它可以用玻璃、塑料或高純度的合成硅制成。目前使用的光纖多為石英光纖，它以純凈的二氧化硅材料為主，為改變折射率，中間摻有鍺、磷、硼、氟等。

光纖也是一種同軸性結(jié)構(gòu)，由纖芯、包層和外套三個(gè)同軸部分組成，其中纖芯、包層由兩種折射率不同的玻璃材料制成，利用光的全反射可以使光信號(hào)在纖芯中傳輸，包層的折射率略小于纖芯，以形成光波導(dǎo)效應(yīng)，防止光信號(hào)外溢。外套一般由塑料制成，用于防止?jié)駳?、磨損和其他環(huán)境破壞。

光纖的物理結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。圖2.4光纖的物理結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的銅導(dǎo)線介質(zhì)相比，光纖主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)大容量。光纖系統(tǒng)的工作頻率分布在100～1000?THz范圍內(nèi)，屬于近紅外區(qū)，其潛在帶寬是巨大的。目前10(Tb/s)/100?km的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)已試驗(yàn)成功，通過密集波分復(fù)用(DWDM)在一根光纖上實(shí)現(xiàn)40(Gb/s)/200?km傳輸?shù)膶?shí)際系統(tǒng)已經(jīng)在電信網(wǎng)上廣泛使用，相對(duì)于同軸電纜的幾百兆比特每秒每千米和雙絞線的幾兆比特每秒每幾千米，光纖比銅導(dǎo)線介質(zhì)要優(yōu)越得多。

(2)體積小、重量輕。與銅導(dǎo)線相比，在相同的傳輸能力下，無論體積還是重量，光纖都小得多，這在布線時(shí)有很大的優(yōu)勢。

(3)低衰減、抗干擾能力強(qiáng)。光纖傳輸信號(hào)比銅導(dǎo)線衰減小得多。目前，在1310?nm波長處光纖每千米衰減小于0.35?dB，在1550?nm波長處光纖每千米衰減小于0.25?dB。并且由于光纖系統(tǒng)不受外部電磁場的干擾，它本身也不向外部輻射能量，因此信號(hào)傳輸很穩(wěn)定，同時(shí)安全保密性也很好。光纖分為多模光纖(MMF)和單模光纖(SMF)兩種基本類型。

(1)多模光纖先于單模光纖商用化，它的纖芯直徑較大，通常為50?μm或62.5?μm，它允許多個(gè)光傳導(dǎo)模式同時(shí)通過光纖，因而光信號(hào)進(jìn)入光纖時(shí)會(huì)沿多個(gè)角度反射，產(chǎn)生模式色散，影響傳輸速率和距離。多模光纖主要用于短距低速傳輸，比如接入網(wǎng)和局域網(wǎng)，一般傳輸距離應(yīng)小于2km。

(2)單模光纖的纖芯直徑非常小，通常為4～10?μm，在任何時(shí)候，單模光纖只允許光信號(hào)以一種模式通過纖芯。與多模光纖相比，它可以提供非常出色的傳輸特性，為信號(hào)的傳輸提供更大的帶寬、更遠(yuǎn)的距離。目前長途傳輸主要采用單模光纖。在ITU-T的最新建議G.652、G.653、G.654、G.655中對(duì)單模光纖進(jìn)行了詳細(xì)的定義和規(guī)范。

2．無線介質(zhì)

1)長波

長波所使用的頻率是在300?kHz以下，波長在1000?m以上。這種電磁波沿著地面，尤其是沿海平面的傳播損耗較小，并具有較好的對(duì)海水滲透性，但可用的帶寬較小，不宜用作傳送大容量的通信系統(tǒng)之用，而且由于波長和發(fā)、收天線的大小成正比，因此，使用長波通信手段進(jìn)行通信所使用的發(fā)射天線和接收天線都很龐大，難于架設(shè)。故此，長波方式傳輸信息一般只用于航海導(dǎo)航和對(duì)潛通信系統(tǒng)。

2)中波

中波的頻率在0.3～3?MHz或波長在100～1000?m范圍內(nèi)。中頻頻段內(nèi)的電磁波還是以地面波為主要傳播方式，傳播損耗比長波稍大，傳播距離比較遠(yuǎn)。

3)短波

短波的頻段為3～30?MHz，波長為10～100?m，也稱為高頻信道。這個(gè)頻段的地面?zhèn)鞑p耗已較大，地面?zhèn)鞑ゾ嚯x較短；但借助地球上空的電離層反射，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信，這種傳播方式通常稱為天波。短波波長比較短，因而，天線設(shè)備及天線高度可做得比較小，建立兩點(diǎn)之間通信所需費(fèi)用也較小。因?yàn)樗耐ㄐ啪嚯x遠(yuǎn)，可以在幾千公里以上，所以在衛(wèi)星通信尚未出現(xiàn)之前，短波通信是國際通信的主要手段。由于短波信道具有機(jī)動(dòng)靈活、廉價(jià)和架設(shè)比較方便的特點(diǎn)，在現(xiàn)代通信中得到了廣泛應(yīng)用，是現(xiàn)代通信網(wǎng)中較為重要的通信信道。特別是大功率短波電臺(tái)作為遠(yuǎn)距離通信手段的補(bǔ)充和備用而備受重視。

4)超短波

超短波的頻率范圍通常認(rèn)為是30～3000?MHz，波長為0.1～10?m。更細(xì)一些劃分，其中30～300?MHz或1～10?m波長稱為甚高頻(VeryHighFrequency，VHF)，300～3000?MHz或0.1～1?m波長稱為特高頻(UltraHighFrequency，UHF)。在這個(gè)頻段中，因?yàn)轭l率高，電離層已不能反射，地面損耗又較大，因此傳播的主要方式是空間直射波和地面反射波的合成。一般而論，這一頻段只能作為近距離的通信手段，有效通信距離不超過100?km，這一頻段較適宜建立移動(dòng)通信網(wǎng)。

5)微波

微波的頻段范圍是3000?MHz～30?GHz，波長小于0.1?m，因?yàn)樵诤撩追秶鷥?nèi)，所以被稱為微波。

6)紅外線

紅外線指1012～1014?Hz范圍的電磁波信號(hào)。與微波相比，紅外線最大的缺點(diǎn)是不能穿越固體物質(zhì)，因而它主要用于短距離、小范圍內(nèi)的設(shè)備之間的通信。由于紅外線無法穿越障礙物，也不會(huì)產(chǎn)生微波通信中的干擾和安全性等問題，因此使用紅外傳輸，無需向?qū)ｉT機(jī)構(gòu)進(jìn)行頻率分配申請(qǐng)。2.2.2多路復(fù)用

1．頻分多路復(fù)用(FDM)

頻分多路復(fù)用的主要原理是把信道的可用頻帶分割為若干條較窄的子頻帶，每一條子頻帶都可以作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道傳輸一路信號(hào)。為了防止各路信號(hào)之間的相互干擾，相鄰兩個(gè)子頻帶之間需要留有一定的保護(hù)頻帶。頻分多路復(fù)用的原理圖如圖2.5所示。圖2.5頻分多路復(fù)用的原理圖

FDM的優(yōu)點(diǎn)是容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)成熟，能較充分地利用信道帶寬。其缺點(diǎn)是保護(hù)頻帶占用了一定的信道帶寬，從而大大降低了FDM的效率；信道的非線性失真改變了它的實(shí)際頻率特性，易造成串音和互調(diào)噪聲干擾。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，F(xiàn)DM正在逐步被時(shí)分多路復(fù)用所代替。

2．時(shí)分多路復(fù)用(TDM)

時(shí)分多路復(fù)用是將信號(hào)按規(guī)定的間隔在時(shí)間上相互錯(cuò)開，在一條公共信道上傳輸多路信號(hào)的復(fù)用技術(shù)，即復(fù)用信道每幀的時(shí)間分成n個(gè)時(shí)隙(一幀中占據(jù)一特定位置的時(shí)間片段)，然后將時(shí)隙以某種方式分配給多路信號(hào)占用。這是一種按照時(shí)間區(qū)分信號(hào)的方法，只要發(fā)送端和接收端同步地切換所連接的設(shè)備，就能保證各路設(shè)備共用一條信道進(jìn)行相互通信而且彼此互不干擾。時(shí)分多路復(fù)用的工作原理圖如圖2.6所示。圖2.6時(shí)分多路復(fù)用的原理圖

3．波分多路復(fù)用(WDM)

波分多路復(fù)用的本質(zhì)是光域上的頻分復(fù)用(FDM)技術(shù)，為了充分利用單模光纖低損耗區(qū)帶來的巨大帶寬資源，WDM將光纖的低損耗窗口劃分成若干個(gè)信道，每一信道占用不同的光波頻率(或波長)，在發(fā)送端采用波分復(fù)用器(合波器)將不同波長的光載波信號(hào)合并起來送入一根光纖進(jìn)行傳輸。在接收端，再由一波分復(fù)用器(分波器)將這些由不同波長光載波信號(hào)組成的光信號(hào)分離開來。由于不同波長的光載波信號(hào)可以看做是互相獨(dú)立的(不考慮光纖非線性時(shí))，因此在一根光纖中可實(shí)現(xiàn)多路光信號(hào)的復(fù)用傳輸。密集型波分復(fù)用(DWDM)的基本結(jié)構(gòu)形式主要有兩種：雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸。

1)雙纖單向傳輸

雙纖單向傳輸指收發(fā)各占用一根光纖，光信號(hào)在一根光纖中沿同一方向傳送，如圖2.7所示。單向采用的波長是一致的，即收發(fā)采用同一波長工作。圖2.7雙纖單向傳輸示意圖

2)單纖雙向傳輸

單纖雙向傳輸指收發(fā)占用同一根光纖，收、發(fā)光信號(hào)在同一根光纖中沿相反方向傳送，如圖2.8所示。雙向采用的波長不相同，即收、發(fā)采用不同的波長工作。圖2.8單纖雙向傳輸示意圖2.3.1數(shù)字通信過程

目前，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的方法有多種，最基本的是脈沖編碼調(diào)制(PCM)、差值編碼(DPCM)、自適應(yīng)差值編碼(ADPCM)以及典型的增量調(diào)制(ΔM)。其中脈沖編碼調(diào)制(PCM)是實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化最基本、最常用的一種方法。PCM數(shù)字通信過程如圖2.9所示。2.3數(shù)字通信技術(shù)圖2.9PCM數(shù)字通信過程示意圖

1．發(fā)送端的模/數(shù)變換

1)抽樣

模擬信號(hào)數(shù)字化的第一步是在時(shí)間上對(duì)信號(hào)進(jìn)行離散化處理，即將時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)處理成時(shí)間上離散的信號(hào)，這一過程稱之為抽樣。如圖2.10所示，對(duì)于某一時(shí)間連續(xù)信號(hào)f(t)，僅取f(t0)、f(t1)、f(t2)……各離散點(diǎn)數(shù)值，就變成了時(shí)間離散信號(hào)。這個(gè)取時(shí)間連續(xù)信號(hào)離散點(diǎn)數(shù)值的過程就叫做抽樣。圖2.10模擬信號(hào)的抽樣過程理論和實(shí)踐證明：設(shè)時(shí)間連續(xù)信號(hào)f(t)，其最高截止頻率為fM。如果要從抽樣后得到的樣值序列無失真地恢復(fù)原時(shí)間連續(xù)信號(hào)，其抽樣頻率應(yīng)選為fs≥2fM。這就是著名的奈奎斯特抽樣定理，簡稱抽樣定理。

語音信號(hào)的最高頻率限制在3400??Hz，這時(shí)滿足抽樣定理的最低抽樣頻率應(yīng)為fs?=?6800?Hz。為了留有一定的防衛(wèi)帶，ITU-T規(guī)定語音信號(hào)的抽樣頻率為fs?=?8000??Hz，這樣，留出8000?-?6800?=?1200?Hz作為防衛(wèi)帶，信號(hào)的抽樣周期T?=?125?μs。

2)量化

由于抽樣后的樣值序列的幅度仍然是連續(xù)的，還要采用量化的辦法，將其變換成幅度離散的樣值序列。具體的定義是，將幅度域連續(xù)取值的信號(hào)在幅度域上劃分為若干個(gè)分層(量化間隔)，在每一個(gè)分層范圍內(nèi)的信號(hào)值用“四舍五入”的辦法取某一個(gè)固定的值來表示。這一近似過程一定會(huì)產(chǎn)生誤差，稱為量化誤差。量化可以分為均勻量化與非均勻量化兩種方式。均勻量化是指各量化分級(jí)間隔相等的量化方式，也就是均勻量化是在整個(gè)輸入信號(hào)的幅度范圍內(nèi)量化級(jí)的大小都是相等的。對(duì)于均勻量化即是將?-U～+U范圍均勻等分為N個(gè)量化間隔，則N稱為量化級(jí)數(shù)。設(shè)量化間隔為Δ，則Δ?=?2U/N。如量化值取于每一量化間隔的中間值，則最大量化誤差為Δ/2。由于量化間隔相等，為某一固定值，它不能隨信號(hào)幅度的變化而變化，因而大信號(hào)時(shí)信噪比大，小信號(hào)時(shí)信噪比小。非均勻量化的特點(diǎn)是：信號(hào)幅度小時(shí)，量化間隔小，其量化誤差也??；信號(hào)幅度大時(shí)，量化間隔大，其量化誤差也大。采用非均勻量化可以改善小信號(hào)的量化信噪比。實(shí)現(xiàn)非均勻量化的方法之一是采用壓縮擴(kuò)張技術(shù)。壓縮特性是：在最大信號(hào)時(shí)其增益系數(shù)為1，隨著信號(hào)的減小，增益系數(shù)逐漸變大。信號(hào)通過這種壓縮電路處理后就改變了大信號(hào)和小信號(hào)之間的比例關(guān)系，大信號(hào)時(shí)比例基本不變或變化較小，而小信號(hào)則相應(yīng)按比例增大。目前我國使用的是A律13折線特性，具體實(shí)現(xiàn)的方法是：對(duì)x軸在0～1?(歸一化)范圍內(nèi)以1/2遞減規(guī)律分成8個(gè)不均勻段，其分段點(diǎn)分別是1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128。對(duì)y軸在0～1(歸一化)范圍內(nèi)以均勻分段方式分成8個(gè)均勻段，其分段點(diǎn)是1/8、2/8、3/8、4/8、5/8、6/8、7/8和1。將x軸和y軸對(duì)應(yīng)的段線在x?-y平面上的相交點(diǎn)相連接的折線就是有8個(gè)線段的折線，如圖2.11所示。圖中第一段和第二段折線的斜率相同，即圖中實(shí)際有7段折線，再加上第三象限部分的7段折線，共14段折線，由于第一象限和第三象限的起始段斜率相同，因此共13段折線。這便是A律13折線的壓縮擴(kuò)張?zhí)匦?。圖2.11A律13折線

3)編碼

編碼是把抽樣并量化的量化值變換成一組(8位)二進(jìn)制碼組。此信號(hào)稱為脈沖編碼調(diào)制信號(hào)，即PCM信號(hào)。從概念上講，編碼過程可以用天平稱某一物體重量的過程來類比。

對(duì)于一個(gè)數(shù)字話路來說，每秒鐘抽取8000個(gè)樣值，每個(gè)樣值編為8位二進(jìn)制代碼，則每一話路的數(shù)碼率為8?×?8000?=?64?000?b/s。

2．信道及再生中繼

1)信道傳輸?shù)拇a型

PCM編碼后輸出的是單極性不歸零碼(NRZ)碼，這種碼序列的頻譜中含有豐富的直流成分和較多的低頻成分，不適合直接送入變壓器耦合的有線信道。雙極性歸零碼(RZ)具有直流分量小、占用頻帶窄等優(yōu)點(diǎn)，適合在金屬導(dǎo)線上傳輸。所以信道上傳輸?shù)腜CM信號(hào)需由NRZ碼變換成RZ碼。

2)再生中繼

PCM數(shù)字信號(hào)在信道上傳輸?shù)倪^程中會(huì)受到衰減和噪聲干擾的影響，使得波形失真。而且隨著通信距離的加長，接收信噪比下降，誤碼增加，調(diào)制量下降。因此，在信道上每隔一段距離就要對(duì)數(shù)字信號(hào)波形進(jìn)行一次“修整”，再生出與原發(fā)送信號(hào)相同的波形，然后再進(jìn)行傳輸。

由前一個(gè)再生中繼站送出的雙極性歸零數(shù)字信號(hào)碼，經(jīng)線路傳輸后波形幅度減小且有失真。再生中繼器從收碼中提取定時(shí)時(shí)鐘信號(hào)，并按波形規(guī)定的時(shí)刻進(jìn)行判決，一旦達(dá)到門限電平值時(shí)判為?+?1或?-1，達(dá)不到門限值時(shí)均判為0，從而再生出前站的波形，繼續(xù)向下一站傳送，這就是再生中繼的過程。

3.接收端的數(shù)/模轉(zhuǎn)換

1)再生、解碼

接收端收到數(shù)字信號(hào)后，首先經(jīng)整形再生，然后將雙極性歸零碼反變換成單極性不歸零碼，再送至解碼電路。

解碼與編碼恰好相反，是數(shù)/模變換，它把二進(jìn)制碼元還原成與發(fā)送端一致抽樣后的量化值近似的重建信號(hào)。

2)低通濾波(平滑)

解碼后的量化值信號(hào)送入低通濾波器，輸出量化值信號(hào)的包絡(luò)線。此包絡(luò)線與原始的模擬信號(hào)極其相似，即還原為(或稱重建)原始語音的模擬信號(hào)，送給接收端用戶。2.3.2PCM30/32系統(tǒng)簡介

1．PCM30/32系統(tǒng)的時(shí)隙分配和幀結(jié)構(gòu)

我國的時(shí)分復(fù)用設(shè)備采用的是典型的PCM30/32系統(tǒng)，稱為一次群或基群。PCM30/32的含義是把整個(gè)系統(tǒng)共分為32個(gè)路時(shí)隙，其中30個(gè)路時(shí)隙分別用來傳送30路語音信號(hào)，一個(gè)路時(shí)隙用來傳送幀同步碼，另一個(gè)路時(shí)隙用來傳送信令碼。PCM30/32系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)中的時(shí)隙分配如圖2.12所示。圖2.12PCM30/32系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)中時(shí)隙分配示意圖

2．PCM30/32設(shè)備在市話通信中的應(yīng)用

PCM30/32設(shè)備最初用于市話中繼線的擴(kuò)容?，F(xiàn)用的模擬電話網(wǎng)，一個(gè)話路占用一對(duì)中繼線，若拿出兩對(duì)中繼線開通一套PCM30/32系統(tǒng)，在這兩對(duì)線上就可以同時(shí)傳送30個(gè)話路，線路的利用率為原來的15倍。顯然同樣的方法也可以用于其他方面，以提高線路的利用率。2.3.3數(shù)字復(fù)接

1．?dāng)?shù)字復(fù)接及碼速調(diào)整

為了充分發(fā)揮長途通信線路的效率，總是把若干個(gè)小容量的低速數(shù)字流以時(shí)分復(fù)用的方法合并成一個(gè)大容量的高速數(shù)字流再傳送，傳到對(duì)方后再分開，這就是數(shù)字復(fù)接。數(shù)字復(fù)接是解決PCM信號(hào)由低次群到高次群合成的技術(shù)。

數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)包括數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器。數(shù)字復(fù)接器是把兩個(gè)或兩個(gè)以上支路的數(shù)字信號(hào)按時(shí)分復(fù)用方式合并成為單一的合路數(shù)字信號(hào)的設(shè)備。數(shù)字分接器是把一個(gè)合路數(shù)字信號(hào)分解為原來支路數(shù)字信號(hào)的設(shè)備。數(shù)字復(fù)接和分接設(shè)備的構(gòu)成框圖如圖2.13所示。圖2.13數(shù)字復(fù)接和分接設(shè)備的構(gòu)成框圖

2．準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接系列(PDH)

ITU-T推薦了兩類準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接系列。北美和日本等國采用24路系統(tǒng)，即以1.544?Mb/s作為一次群(基群)的數(shù)字速率系列；歐洲國家和我國等采用30/32路系統(tǒng)，即以2.048?Mb/s作為一次群的數(shù)字速率系列，如表2.1所示。從表中可以看出24路高次群和低次群之間沒有固定的整數(shù)比，而30路系列高次群和低次群之間都是4倍關(guān)系。表2.1數(shù)字復(fù)接系列表隨著現(xiàn)代通信網(wǎng)的發(fā)展和用戶要求的日益提高，PDH暴露出以下幾個(gè)問題，難以適應(yīng)長距離和大容量數(shù)字業(yè)務(wù)的發(fā)展，難以滿足網(wǎng)絡(luò)控制和管理的需要。

(1)國際上1.544?Mb/s和2.048?Mb/s這兩種系列難以兼容，給國際連網(wǎng)帶來困難。

(2)沒有世界性的標(biāo)準(zhǔn)光接口規(guī)范，導(dǎo)致各國廠商開發(fā)的不同光接口無法在光路上互通。

(3)從組網(wǎng)角度看，PDH難于從高次群信號(hào)中直接分出低次群甚至基群的信號(hào)，因此對(duì)中繼站上、下話路很不方便。

(4)現(xiàn)有的PDH各級(jí)幀結(jié)構(gòu)所預(yù)留的少量比特已經(jīng)不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)控制和管理需要的發(fā)展要求。

3．同步復(fù)接數(shù)字系列

SDH技術(shù)有一系列標(biāo)準(zhǔn)速率接口，其標(biāo)準(zhǔn)速率STM-1為155.5201?Mb/s。對(duì)于STM-1以上的更高速率都采用正好4倍的關(guān)系，即STM-4為622.0804?Mb/s、STM-16為2488.3216?Mb/s。

同時(shí)，SDH允許接入各種不同速率的PDH信號(hào)、B-ISDN和ATM信號(hào)。由于各種支路信號(hào)間存在一定的差異，為了實(shí)現(xiàn)同步復(fù)用，在形成STM-1速率信號(hào)時(shí)，需要進(jìn)行適配。我國的SDH基本復(fù)用映射結(jié)構(gòu)如圖2.14所示。圖2.14SDH基本復(fù)用結(jié)構(gòu)示意圖相比于PDH的條狀幀格式，SDH的幀格式是頁面幀。幀周期同樣是125?μs，如圖2.15所示。其中，SOH是段開銷，POH是通道開銷，RSOH是再生段開銷，AUPTR是管理單元指針。圖2.15SDH幀結(jié)構(gòu)

SDH主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)把世界上現(xiàn)在并存的兩種數(shù)字系列融合在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)之中，在STM-1等基礎(chǔ)上達(dá)到統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信傳輸體制上的世界性標(biāo)準(zhǔn)。

(2)采用數(shù)字復(fù)接，適應(yīng)交換技術(shù)的發(fā)展。

(3)頁面幀格式，安排了豐富的用于維持管理的比特，使網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)管理能力大大加強(qiáng)。2.4.1交換技術(shù)概述

1．面向連接和無連接

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳遞用戶信息時(shí)是否預(yù)先建立源端到目的端的連接，我們將網(wǎng)絡(luò)使用的交換技術(shù)分為兩類：面向連接型和無連接型。使用相應(yīng)交換技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)也依次稱為面向連接型網(wǎng)絡(luò)和無連接型網(wǎng)絡(luò)。2.4現(xiàn)代交換技術(shù)在面向連接型的網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)間典型的一次數(shù)據(jù)交換過程包含三個(gè)階段：連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放。其中連接建立和連接釋放階段傳遞的是控制信息，用戶信息則在數(shù)據(jù)傳輸階段傳輸。三個(gè)階段中最復(fù)雜和最重要的階段是連接建立階段，該階段需要確定從源端到目的端的連接應(yīng)走的路由，并在沿途的交換節(jié)點(diǎn)中保存該連接的狀態(tài)信息，這些連接狀態(tài)信息說明了屬于該連接的信息在交換節(jié)點(diǎn)應(yīng)被如何處理和轉(zhuǎn)發(fā)。連接建立創(chuàng)建的連接可以是物理連接，也可以是一個(gè)邏輯連接，但這種區(qū)別用戶并不關(guān)心，它本身也不是影響服務(wù)質(zhì)量的主要因素。數(shù)據(jù)傳輸完畢后，網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)釋放連接。

2．交換節(jié)點(diǎn)的功能結(jié)構(gòu)

交換式網(wǎng)絡(luò)總是以交換節(jié)點(diǎn)為核心來組建的。一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)要完成任意入線的信息到指定出線的交換功能，基本的前提是網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)都必須擁有當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的信息。為便于敘述，我們將交換節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的到每一個(gè)目的地的路由信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)稱為“路由表”，路由表可以簡單地理解為一張網(wǎng)絡(luò)地圖，交換節(jié)點(diǎn)依靠它來進(jìn)行尋址

選路。

無連接型網(wǎng)絡(luò)和面向連接型網(wǎng)絡(luò)中交換節(jié)點(diǎn)的交換實(shí)現(xiàn)有較大差別，圖2.16描述了它們的功能結(jié)構(gòu)。圖2.16交換節(jié)點(diǎn)中交換功能的實(shí)現(xiàn)(a)面向連接型；(b)無連接型2.4.2主要的交換技術(shù)

目前在廣域通信網(wǎng)上使用的交換技術(shù)主要有電路交換、分組交換、幀中繼、ATM技術(shù)。其中電路交換和分組交換是通信網(wǎng)中最基本的交換技術(shù)，后來發(fā)展起來的幀中繼、ATM以及近來的各種IP交換技術(shù)和MPLS技術(shù)都是基于這兩種技術(shù)綜合或改進(jìn)而成的，本節(jié)將不再介紹MPLS技術(shù)，相關(guān)的內(nèi)容在后續(xù)章節(jié)有詳細(xì)介紹。圖2.17描述了目前通信網(wǎng)的主要交換技術(shù)。圖2.17通信網(wǎng)的主要交換技術(shù)

1．電路交換

電路交換方式主要用于目前的電話通信網(wǎng)，它是一種面向連接的技術(shù)，一次通信過程分為連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放三個(gè)階段。

在連接建立階段，網(wǎng)絡(luò)要完成兩項(xiàng)工作：第一，確定本次通信從源端到目的地端用戶業(yè)務(wù)信息應(yīng)走的路由；第二，在該路由途經(jīng)的交換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全程的資源預(yù)留，預(yù)留的資源包括交換節(jié)點(diǎn)中從入端口到出端口的內(nèi)部通道和交換節(jié)點(diǎn)間中繼線路上的帶寬資源，以這種方式建立一條端到端的專用通信連接，這個(gè)連接通常占用固定的帶寬或時(shí)隙，有固定的傳輸速率。在整個(gè)通信期間，不管實(shí)際有無數(shù)據(jù)傳輸，沿途的交換節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)保持、監(jiān)視該連接，直到用戶明確地發(fā)出通信結(jié)束的信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)才釋放被占用的資源，撤銷該連接。電路交換在連接建立時(shí)，預(yù)先分配固定帶寬資源的方式被稱為靜態(tài)復(fù)用方式。電路交換的主要特點(diǎn)是：在連接建立階段，為用戶靜態(tài)地分配通信所需的全部網(wǎng)絡(luò)資源；并且在通信期間，資源將始終保持為該連接專用；在數(shù)據(jù)傳輸階段，交換節(jié)點(diǎn)只是簡單地將用戶信息在預(yù)先建立的連接上進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，節(jié)點(diǎn)處理時(shí)延可忽略不計(jì)，效率極高。電路交換很適合實(shí)時(shí)性要求高的通信業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)電話通信網(wǎng)就采用這種方式，它很好地解決了實(shí)時(shí)語音通信問題。它的主要缺點(diǎn)是信道資源的利用率低。

2．分組交換

分組交換方式主要用于計(jì)算機(jī)間的數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，它的出現(xiàn)晚于電路交換，采用分組交換而不是電路交換來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，主要基于以下原因：

(1)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)有很強(qiáng)的突發(fā)性，采用電路交換方式，信道利用率太低。

(2)電路交換只支持固定速率的數(shù)據(jù)傳輸，要求收發(fā)嚴(yán)格同步，不適應(yīng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中終端間異步、可變速率的通信要求。

(3)語音傳輸對(duì)時(shí)延敏感、對(duì)差錯(cuò)不敏感，而數(shù)據(jù)傳輸則恰好相反，用戶對(duì)一定的時(shí)延可以忍受，但關(guān)鍵數(shù)據(jù)細(xì)微的錯(cuò)誤都可能造成災(zāi)難性后果。

(4)分組交換是針對(duì)數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì)的，主要特點(diǎn)是：數(shù)據(jù)以分組為單位進(jìn)行傳輸，分組長度一般在1000～2000字節(jié)左右；每個(gè)分組由用戶信息部分和控制部分組成，控制部分包含差錯(cuò)控制信息，可以用于對(duì)差錯(cuò)的檢測和校正；交換節(jié)點(diǎn)以“存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)”方式工作，可以方便地支持終端間異步、可變速率的通信要求；為解決電路交換方式信道資源利用率低的缺點(diǎn)，分組交換引入了統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)處理分組方式的不同，分組交換分為兩種類型，即數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路。

1)數(shù)據(jù)報(bào)

數(shù)據(jù)報(bào)屬于無連接方式，主要的優(yōu)點(diǎn)是：協(xié)議簡單，無需建立連接，無需為每次通信預(yù)留帶寬資源，電路交換中帶寬利用率低的問題自然也就解決了。同時(shí)，由于每一分組在網(wǎng)上都獨(dú)立尋路，因而抵抗網(wǎng)絡(luò)故障的能力很強(qiáng)，特別適合于突發(fā)性強(qiáng)、數(shù)據(jù)量小的通信業(yè)務(wù)。實(shí)際上，數(shù)據(jù)報(bào)方式最先是在冷戰(zhàn)時(shí)期美國軍方的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)ARPANet上實(shí)現(xiàn)的，是現(xiàn)代Internet的前身。數(shù)據(jù)報(bào)的主要缺點(diǎn)是：由于沒有為通信建立相應(yīng)的連接并預(yù)留所需的帶寬資源，因此分組在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)，需要攜帶全局有效的網(wǎng)絡(luò)地址，在每一個(gè)交換節(jié)點(diǎn)，都要經(jīng)歷一次存儲(chǔ)、選路、排隊(duì)等待線路空閑及再被轉(zhuǎn)發(fā)的過程，因而傳輸時(shí)延大，并存在時(shí)延抖動(dòng)問題?？梢姅?shù)據(jù)報(bào)不適用于大數(shù)據(jù)量、實(shí)時(shí)性要求高的業(yè)務(wù)。目前，通信網(wǎng)上該方式主要用于信令、控制管理信息和短消息等(例如SS7、SNMP、SMS等)的傳遞，Internet的IP技術(shù)也屬于此類。

2)虛電路

虛電路是一種面向連接的分組交換方式，其設(shè)計(jì)目標(biāo)是將數(shù)據(jù)報(bào)和電路交換這兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，以達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)傳輸效果。

采用虛電路技術(shù)，用戶之間在通信之前，需要在源端和目的地端先建立一條連接，分組交換中把它叫做虛電路，我們隨后解釋原因。虛電路一旦建立，所有的用戶分組都將在這一虛電路上傳送。建立連接是它與電路交換的相同之處，也是它與數(shù)據(jù)報(bào)的不同之處。虛電路的一次通信過程也分為三個(gè)階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路釋放。與電路交換的不同之處在于：虛電路建立階段，網(wǎng)絡(luò)完成的工作只是確定兩個(gè)終端之間用戶