第一部分 基础知识篇
模块一 电信与通信
【内容简介】
本模块介绍与“电信”有关的基本知识，如电信的基本概念、电信与通信的区别、电信系统的组成、电信网的拓扑结构、电信管理网及三网融合等。
【重点难点】
重点掌握电信与通信的区别、电信网的拓扑结构、电信管理网及三网融合。
【学习要求】
（1）识记：电信的基本概念、通信系统的组成、电信系统的组成、电信管理网的功能、三网融合的定义。
（2）领会：电信与通信的区别、电信网的拓扑结构、三网融合形态。
（3）应用：电信网拓扑结构的选择。
任务1 电信与通信
【学习要求】
（1）识记：电信的基本概念、通信系统的组成。
（2）领会：电信与通信的区别。
电信是信息化社会的重要支柱。无论是在人类的社会、经济活动中，还是在人们日常生活的方方面面，都离不开电信这个高效、可靠的手段。
一、电信基本认知
1.什么是电信
“电信”（telecommunication）是什么？《中华人民共和国电信条例》规定：本条例所称电信，是指利用有线、无线的电磁系统或者光电系统，传送、发射或者接收语音、文字、数据、图像以及其他任何形式信息的活动。
国际电联对“电信”的定义是：利用有线电、无线电、光或其他电磁系统对符号、信号、图像、声音以及别的任何性质信息的传输、发送或接收。按照国际电联对于电信的定义，凡是发信者利用任何电磁系统，包括有线电系统、无线电系统、光学通信系统及其他电磁系统，采用任何表示形式，包括符号、文字、声音、图像以及由这些形式组合而成的各种可视、可听或可用的信号，向一个或多个确定的接收者发送信息的过程，都称为电信。它不仅包括电报、电话等传统电信媒体，也包括光纤通信、数据通信、卫星通信等现代电信媒体；不仅包括上述双向传送信息的媒体，也包括广播、电视等单向信息传播的媒体，如图1-1所示。
图1-1 电信的基本概念
2.电信的“简历”
（1）电信的世界“简历”
人类用电来传送信息的历史是由电报开始的。电报是用符号传送信息的方式。它是一种数字通信方式。
•电报通信（安培 1820年）
•有线电报（莫尔斯 1844年）
•有线电话（贝尔 1876年）
•无线电报（马可尼 1895年）
•无线广播（美国 1920年）
•无线寻呼（美国 1948年）
•移动电话（美国 1940年）
•计算机（数据通信 1946年）
•因特网（美国 1969年）
•21世纪初期演进为以IP（网际协议）信息业务为主的新格局
信息技术（见图1-2）和通信技术（见图1-3）（Information and Communication Technologies，ICT）的快速发展极地提高了社会运行效率，降低了社会运行成本，为整个社会的高度信息化奠定了坚实基础。
图1-2 信息技术的发展变迁
图1-3 通信技术的发展变迁
（2）电信的中国“简历”
•最早的电话局：1882年2月21日，丹麦大北电报公司在上海外滩设立了电话交换所。
•最早的电话：我国开始有电话，是在1881年。当时上海英商瑞记洋行在上海租界内开办华洋德律风公司，架设市内电话线路。1900年，上海南京电报局开办市内电话，当时只有16部电话。
•第一套全自动长途电话设备：1969年，北京长途电信局安装成功。
•第一部车载电话：1979年，上海一汽车上安置了我国第一部车载电话。
•第一次在国内进行卫星通信和电视传播试验：1982年我国第一次在国内进行卫星通信和电视传播试验获得成功，参加这次验试测试的共有10个卫星通信地面站。
•第一批投币式公用电话：1982年北京市电信管理局在东、西长安街等繁华街道设22个投币式公用电话亭。
•第一套程控交换机开通：1982年11月27日福州市开通F150交换机。
•第一次采用国际通信的海底光缆：1993年12月正式开通中日海底光缆，从上海的南汇通达日本九州的高崎，全长1260km，可开通7560路电话。
•第一所能提供正规高等学历教育的网上高等学府：湖南大学多媒体信息教育学院于1998年3月公开招生。
•第一张IC卡：中华IC卡于1995年10月4日研制成功并通过专家鉴定。
•第一部高清晰度电视发射机：1998年8月由北京广播器材厂等8家单位合作生产。
电信终端应用在中国湖南省的历史变迁如图1-4所示。
图1-4 湖南省电信终端变迁
知识小趣闻：【摇把子电话时代】曾有一位在恩施工作的武汉知青，因有急事要与家里联系，于是用手摇电话挂了个“长途”。当时挂电话要排长队。他苦苦等了一天电话没来，没办法只好坐飞机到了武汉。当他回到恩施后，他接到总机通知：他挂的电话终于来了。这就是摇把子时代通信状态的真实写照。
二、通信与电信
1.通信认知
所谓通信，简单而言就是指消息的传递。因此，通信的基本任务是解决两地之间的消息传递或交换。消息的传递或交换就是现代所说的信息交流，显然，人类之间的沟通、交流离不开通信。实现消息传递所需的全部技术设备和传输介质的总和称为通信系统。其模型方框图如图1-5所示，由信源、发送设备、信道（包括噪声）、接收设备和信宿5部分组成。
图1-5 通信系统（或电信系统）模型
信源（信息源，也称为发送端）：把待传送的消息转换成原始电信号，如移动通信系统中的手机可以看成是信源。
发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号变换成适合在信道中传输的信号。
信道：信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线的，甚至还可以包含某些设备。
接收设备：接收设备的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。
信宿：将恢复的原始电信号转换成相应的信息。
2.通信与电信
目前，通信方式主要有两类。
•利用人力或机械的方式传递信息，如常规的邮政；
•利用电（包括电流、无线电波或光波）传递信息，即电、光通信。
自古以来，人类就一直在用自己的智慧去解决远距离通信的问题。近3000年前，我国古代的周朝，就有利用火光来传递信息的设施——烽火台，用燃点烽火、狼烟来传递信息。用火光传递信息，不仅要耗费很多人力、财力，而且只能传递简单信息，传递的速度也十分有限。1820年“电报通信”是人类通信历史的转折点，“电通信”就此开始。随着通信技术的飞速发展，现代的各种“通信”基本上都是借助于电信号（含光信号）实现的，因此现代通常所说的“通信”就是指电的通信即“电信”。人类通信从“烽火台到信息高速公路”的历史变迁如图1-6所示。
图1-6 从烽火台到信息高速公路
任务2 电信系统
【学习要求】
（1）识记：电信系统的组成、电信网络的拓扑结构、电信网的分层结构、三网融合定义。
（2）领会：电信网的拓扑结构、电信管理网的功能、三网融合形态。
（3）应用：电信网的拓扑结构的选择。
一、电信系统组成
电信系统是各种协调工作的电信装备集合的整体。电信系统是由硬件和软件组成，主要包括终端设备、传输设备和交换设备。电信系统的功能是把发信者的信息进行转换、处理、交换、传输，最后送给收信者，如图1-7所示。
图1-7 电信系统组成
终端设备：一般装在用户处，提供由用户实现接入协议所必需的功能的设备（电信端点）。它的作用是将语音、文字、数据和图像信息转变为电信号、电磁信号或光信号发送出去，并将接收到的电信号、电磁信号或光信号复原为原来的语音、文字、数据或图像。典型的终端设备有电话机、电报机、手机、微型计算机、传真机、电视机等。
传输设备：传输设备是将电信号、电磁信号或光信号从一个地点传送到另一个地点的设备。它构成电信系统的传输链路（信道），包括无线传输设备和有线传输设备。无线传输设备有短波、超短波、微波的收发信机，传输系统以及卫星通信系统（包括卫星和地球站设备）等；有线传输设备有架空明线、同轴电缆、海底电缆、光缆等传输系统。装在上述系统中的各种调制解调设备、脉冲编码调制设备、终端和中继附属设备、监控设备等，也属于传输设备。
交换设备：交换设备是实现一个呼叫终端（用户）和它所要求的另一个或多个终端（用户）之间的接续或非连接传输选路的设备和系统，是构成通信网中节点的主要设备。交换设备根据主叫用户终端所发出的选择信号来选择被叫终端，使这两个或多个终端间建立连接，然后经过交换设备连通的路由传递信号。交换设备包括电话交换机、电报交换机、数据交换机、移动交换机、分组交换机、ATM交换机、宽带交换机等。
以终端设备、交换设备为点，以传输设备为线，点、线相连就构成了一个通信网，即电信系统的硬件设备。
知识小归纳：电信系统只有终端设备、传输设备和交换设备这些硬件设备也是不能很好地完成信息的传递和交换，还需有系统的软件，类似于人的神经系统的功能。
二、电信网拓扑结构
对电信网而言，不管实现何种业务，还是服务何种范围，其基本网络结构形式都是一致的。所谓拓扑即网络的形状，网络节点和传输线路的几何排列，反映电信设备物理上的连接性，拓扑结构直接决定网络的效能、可靠性和经济性。电信网拓扑结构是描述交换中心之间、交换中心与终端间邻接关系的连通图。目前，网络的拓扑结构主要有环状网、总线网、星状网、网状网、复合网等形式，如表1-1所示。
表1-1 电信网拓扑结构
三、电信网的分层结构
1.电信网的分层结构
为了更清晰地描述现代电信网，人们引入网络的分层结构，如图1-8所示。从网络纵向分层的观点来看，可根据不同的功能将网络分解成多个功能层，上下层之间的关系为客户/服务者关系。从垂直方向上分为传送网、业务网、应用层和支撑网。
图1-8 电信网的分层结构
传送网是支持业务网的传送手段和基础设施，由线路设施、传输设施等组成的为传送信息业务提供所需传送承载能力的通道。长途传输网、本地传输网、接入网均属于传送网。
业务网是传输各种信息的业务网，是指向用户提供诸如电话、电报、图像、数据等电信业务的网路。电话交换网、移动交换网、智能网、数据通信网均属于业务网。
应用层是表示各种信息应用，如远程教育、会议电视等。
支撑网是指能使电信业务网路正常运行，可以支持全部3个层面的工作，提供保证网络有效正常运行的各控制和管理能力，包括信令网、同步网和电信管理网。
2.电信管理网
电信网从产生以来就是面向公众提供服务业务的，结合电信业务的特点，为了保证业务质量，电信网的管理一直是非常重要的。随着网络技术的发展，电信网的设备越来越多样化和复杂化，规模上也越来越大。这些因素决定了现代电信网络的管理必须是有效的、可靠的、安全的和经济的。为此，国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）提出具有标准协议、接口和体系结构的管理网络——电信管理网（Telecommunication Management Network，TMN），作为管理现代电信网的特点。
（1）电信管理网的作用
TMN为电信网和业务提供管理功能并能提供与电信网和业务进行通信的能力。
TMN的基本思想是提供一个有组织的体系结构，实现各种运营系统及电信设备之间的互连，利用标准接口所支持的体系结构交换管理信息，从而为管理部门和厂商在开发设备以及设计管理电信网络和业务的基础结构时提供参考。
TMN的目标是在电信网的管理方面支持主管部门，提供一大批电信网的管理功能，并提供它本身与电信网之间的通信。
（2）电信管理网与电信网的关系
TMN与它所管理的电信网是紧密耦合的，但它在概念上又是一个分离的网络，它在若干点与电信网连接，另外TMN有可能利用电信网的一部分来实现它的通信能力，如图1-9所示。
（3）电信管理网的管理功能
电信管理网根据其管理的目的可以分成性能管理、故障管理（或维护管理）、配置管理、记账管理和安全管理5个功能域。
性能管理：性能管理包括一系列管理功能，以网络性能为准则收集、分析和调整管理对象的状态。其目的是保证网络可以提供可靠的连续的通信能力，并使用最少的网络资源和具有最小的时延。
图1-9 电信管理网与电信网的关系
故障管理：故障管理是网络管理功能中与监测设备故障、故障设备的诊断、故障设备的恢复或故障排除等措施有关的网络管理功能，其目的是保证网络能够提供连接可靠的服务。
配置管理：配置管理是对网络单元的配置，业务的投入，开/停以及网络的状态进行管理，它反映网络的状态。通信网及其环境是经常变化的，如最简单的和最明显的就是用户对网络服务的需求可能经常发生变化。通信系统本身也要随着设备的维修、网络规模的扩大、旧设备的淘汰等原因而经常调整网络的配置。
记账管理：记账管理提供对网络中资源占有情况的记录，测量网络中各种服务的使用情况和决定它们的使用费用，完成资源使用费的核算等。它包括账单管理、资费管理、收费与资金管理、财务审计管理。
安全管理：安全管理是保证现有运行网络安全的一系列功能，对无权操作的人员进行限制，保证只有经授权的操作人员才允许存取数据。
四、3G移动网络
由于后续移动业务的介绍是基于3G移动网络的，下面就我国的3G移动网络做一个简要介绍。
1.WCDMA移动通信网络
通用移动通信系统（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）是IMT-2000的一种，UMTS是采用WCDMA空中接口技术的第三代移动通信系统，通常也把UMTS称为WCDMA通信系统。WCDMA的标准由3GPP定义，3GPP协议版本分为R99/R4/R5/R6等多个阶段，其中R99协议于2000年3月冻结功能，R4协议于2001年3月冻结功能。
WCDM移动通信网络结构由核心网（Core Network，CN）、UMTS陆地无线接入网（UMTS Terrestrial Radio Access Network，UTRAN）和手机（User Equipment，UE）3部分组成，3GPP R4结构如图1-10所示。
（1）手机
用户终端设备（手机）包括射频处理单元、基带处理单元、协议栈模块和应用层软件模块，可以分为两个部分：移动设备（ME）和通用用户识别模块（USIM）。
图1-10 3GPP R4系统基本结构
（2）UTRAN
通用陆地无线接入网络（UTRAN）由基站（NodeB）和无线网络控制器（RNC）组成。NodeB完成扩频解扩、调制解调、信道编解码、基带信号和射频信号转换等功能；RNC负责连接建立和断开、切换、宏分集合并、无线资源管理等功能的实现。
（3）CN
核心网（CN）处理所有语音呼叫和数据连接，完成对用户终端（UE）的通信和管理、与其他网络的连接等功能。核心网分为CS域和PS域。
R4核心网功能实体的CS域有移动交换服务器MSC Server/拜访位置寄存器VLR、网关移动交换服务器GMSC Server/VLR：完成移动性控制、呼叫控制功能，软交换设备的媒体网关接入控制、协议处理、路由、计费功能。MSC Server通常与VLR实体合设。
R4核心网功能实体的PS域有服务GPRS支持节点SGSN、网关GPRS支持节点GGSN等。SGSN：完成分组型业务的交换功能和信令控制功能，包括位置更新流程、PDP Context上下文激活、切换控制、短消息控制和采用GTP隧道模式的数据包转发功能；GGSN：移动分组网络与Internet间的网关设备，主要功能包括GTP隧道的管理与激活、GTP隧道的封装与解封装。
2.TD-SCDMA移动通信网络
TD-SCDMA是世界上第一个采用时分双工（TDD）方式和智能天线技术的公众陆地移动通信系统，也是唯一采用同步CDMA（SCDMA）技术和低码片速率（LCR）的第三代移动通信系统，同时采用了多用户检测、软件无线电、接力切换等一系列高新技术。TD-SCDMA系统由3GPP组织制定、维护标准，与WCDMA具有一致的网络架构。
3.cdma2000移动通信网络
cdma2000是北美提出的标准，由3GPP2组织制订、维护标准。
（1）cdma2000 1X
cdma2000 1X是在IS-95的基础上升级空中接口，可支持语音业务，也支持数据业务，其系统结构如图1-11所示。
图1-11 cdma2000 1X系统基本结构
与IS-95系统相比，cdma2000 1X系统的网络模型中新增的主要功能实体如下。
分组控制功能模块（PCF）：PCF负责与基站控制器BSC配合，完成与分组数据有关的无线信道控制功能。PCF与BSC间的接口为A8/A9接口，又称为R-P接口。
分组数据服务节点（PDSN）：PDSN 负责管理用户通信状态（点对点连接的管理），转发用户数据。当采用移动IP技术时，PDSN中还应增加外部代理FA功能。FA负责提供隧道出口，并将数据解封装后发往MS。PDSN与PCF间的接口为A10/A11接口。
鉴权、认证和计费模块（AAA）：AAA负责管理用户，其中包括用户的权限、开通的业务、认证信息、计费数据等内容。目前，AAA采用的主要协议为远程鉴权拨号用户业务RADIUS协议，所以AAA也可直接叫RADIUS服务器。这部分功能与固定网使用的RADIUS服务器基本相同，仅增加了与无线部分有关的计费信息。
本地代理（HA）：HA负责将分组数据通过隧道技术发送给移动用户，并实现PDSN之间的移动管理。
（2）cdma2000 1X EV-DO
cdma2000 1X EV是增强型的1X，包括cdma2000 1X EV-DO和cdma2000 1X EV-DV。2005年高通公司暂停EV-DV芯片的研制后，大多数厂家停止了EV-DV的研发计划。cdma2000 1X EV-DO是在cdma2000 1X基础上进一步提高速率的增强体制，与cdma2000网络结构相比，其核心网不包括电路域部分，其余部分基本一致。所以将cdma2000 1X网络中核心网的电路域部分去掉，就是cdma2000 1X EV-DO系统的网络结构。
五、三网融合
1.什么是“三网”
“三网”分别指的是：以电话网（包括移动通信网）为代表的传统电信网、以有线电视为代表的广播电视网、以互联网为代表的计算机通信网。
电话网专为电话业务优化设计，是点对点、交互式的双向通信网络，时延要求严格。有线电视网专为广播电视业务优化设计，是点对多点的单向通信网络，时延要求严格。计算机通信网专为数据业务优化设计，双向通信网络，突发性强，速率不对称，时延要求不严格。
2.什么是“三网融合”
由于“三网”是为特定业务量身定制，不能满足用户日益增长的多业务需求，考虑到单一业务网络不能形成规模经济，发展受限，业务竞争实力较弱，同时为使有限而宝贵的网络资源最大程度地实现共享，避免大量低水平的重复建设，打破行业垄断和部门分割，“三网融合”应运而生。
“三网融合”定义：电信网、广播电视网和计算机通信网在向宽带通信网、数字电视网、下一代互联网演进过程中，其技术功能趋于一致，业务范围趋于相同，网络互联互通，资源共享，能为用户提供语音、数据和广播电视等多种服务。
三网融合在现阶段是指在信息传递中，把广播传输中的“点”对“面”，通信传输中的“点”对“点”，计算机中的存储时移融合在一起，更好地为人类服务，并不意味着电信网、广播电视网和计算机网三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合。
网络多元化与综合业务网络并无矛盾，至今未有某一网络因适应综合业务而取代另一网络，今后也不可能出现某一网络包打天下的局面。三网融合不是三网合一，不是网络的相互替代，而是每个网络都能开展多种业务，用户既可以通过有线电视网打电话、宽带上网，也可以通过电信网看电视，基础网络本身无论是历史原因还是竞争的需要都将长期共存，三网融合是一个渐进的过程。
3.“三网融合”表现形态
在数字信息时代，将当前的电信网、广播电视网及计算机通信网三者融合成一个有机的整体，并且融合的方向是实现传输、接收和处理的全部数字化。三网融合示意图如图1-12所示。
图1-12 三网融合示意图
“三网融合”是多方面的趋同一致和统一。
（1）技术上趋向一致，网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖，业务层上互相渗透和交叉，应用层上趋向使用统一的IP。
（2）经营上互相竞争、互相合作，朝着向人类提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起，行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。
过关训练
一、填空题
1.《中华人民共和国电信条例》规定：本条例所称电信，是指利用有线、无线的______，传送、发射或者接收语音、文字、数据、图像以及其他任何形式信息的活动。
2.电信系统是各种协调工作的电信装备集合的整体。电信系统是由硬件和软件组成，主要包括终端设备、传输设备和______。
3.目前，网络的拓扑结构主要有环状网、总线网、星状网、______、复合网等形式。
4.为了更清晰地描述现代电信网，人们引入网络的分层结构。从网络纵向分层的观点来看，可根据不同的功能将网络分解成多个功能层，上下层之间的关系为客户/服务者关系。从垂直方向上分为传送网、业务网、应用层和______。
5.根据电信管理网管理的目的可以分成性能管理、故障管理（或维护管理）、配置管理、记账管理和______5个功能域。
6.“三网”分别指的是：以电话网（包括移动通信网）为代表的______、以有线电视为代表的______、以互联网为代表的______。
二、简答题
1.简述电信与通信的区别与联系。
2.简述星状网的网络拓扑结构。
3.我国的3G网络有哪几种？请做一个简要介绍。
4.什么是“三网融合”？