通信基础知识：电信与电话系统原理
“电信”一词起源于希腊语的“tele”(远距离)和“communicate”(通信)。在现代概念中，电信指使用模拟或数据信令技术的系统之间的声音、数据、传真、图像、语音、视频及其他信息的电子传输。可以通过有线媒体(铜缆和光缆)或无线媒体(无线电、微波和红外线)进行传输。 话音电话系统通常称为PSTU(公共交换电话网)。还有人将其称为POTS (普通老式电话系统)。该系统一开始是为话音设计的。它是通过由铜缆和光缆连接的数字交换系统体系建立话音电路的电
路交换系统。
世界上大多数电信系统由政府和国际组织管制。在美国，FCC管制州际电信行业。电信垄断是一
个有争议的话题，它几乎对于城域和广域话音和数据联网的所有方面都产生了影响。 电信领域现在产生了很多电信公司和服务提供商，其中包括ILEC. IXC (长途电信公司)、CAP(竞争性接入提供商)、CLECS(竞争性LEC)、ISP(因特网服务提供商)和ICP(综合通信提供商)。 正如上面所提到的，FCC管制美国的电信业。在全球范围内，几个组织机构推荐电信标准及制定鼓励合作的政策。主要的标准组织有ITU (国际电信联盟)、ISO(国际标准化组织)和IEC(国际电
工委员会)。 电话网络的结构
公用交换电话网PSTN是向公众提供电话通信服务的一种通信网。电话通信网主要提供电话通信服务，同时还可提供非话音的数据通信服务。公共交换电话网(PSTN)由传输组件、交换组件、维护设备工具、记帐系统和其他内部组件组成。传输组件(链路)确定传输信号的有线或无线基础设
施。交换组件(节点)包括建立话音线路的发送器和接收器。
美国现有的电信系统主要由本地环路的双绞铜线(电话公司到家庭和办公地点的线路)及用于主干中继线和长距离线路的光缆或微波系统组成。本地环路仍然使用模拟传输方式传输话音呼叫。
图T-5所示为服务区域和设备。LEC(本地交换电信公司)在特定的授权的服务区域(基本是业务垄断)运作，该区域称为LATA(本地接入和传输区域)。LATA的边界定义了本地业务终止和长途业务开始的界线。一个LATA具有一个或多个电话区号。LEC可以是现任电信公司和竞争性接入提供
商之一。本地电信公司通常在同一LATA中具有若干交换局(称为中心局或CO)。
IXC(长途电信公司)是在任何在LEC之间提供业务的长途电信业务提供商，如美国的AT&T、MCI或US Sprint。 IXC要求LEC提供IXC入网点(接口)。IXC所使用的通信设备有光缆、地面微波塔和卫星微波系统。大多数长途电话除了需要由长途通信公司的骨干网传输之外，在两端还要使
用LEC连接（但长途通信量大的一些用户能直接连接他们的IXC入网点）。
交换体系
电话系统最初设计为通过CO、LATA或长距离连接建立呼叫的交换机体系。图T-6所示为该体系。 该体系可追溯到最早的电话系统。在19世纪末电话刚出现时，人们需购买一对电话并在这对电话之间敷设一个线路。不久，各城市就处在通向四面八方的电话电缆网络中。于是，一些精明的企业家们就创建了电话公司，这样用户就可以将他们的线路敷设到一个单一的位置并通过手工操
作交换系统让接线员将他们与其他电话用户连接起来。起先，用户只能与本交换机中的用户进行连接，但很快，电话公司之间建立了中继线路，每个人都可以呼叫本地同一区域的其他任何人。
这种系统逐渐发展为最终扩展到边远地区和其他城市的交换体系。
请注意，在图T-6中，同一CO中的呼叫不必交换到本地CO的体系以外。与同一LATA中的另一CO连接的呼叫可以直接进入该CO(如果线路存在的话)，或进入汇接局或长途电信公司。LATA间呼叫由IXC进行处理，如AT&T或MCI。在LATA中，呼叫线路设置到IXC入网点，然后经过长途线路外传并进入另一端的入网点。入网点可以在本地电信公司CO或就在隔壁的单独建筑物内。
图T-6 电话系统的交换结构虽然可以将该系统解释为一个层次结构，但今天几乎所有的交换局都进行了互连以避免拥挤问题。另外，还使用了非层次动态路由选择系统，如后面所述。在图T-6中，虚线指出了这些中继线的附加部分。不过，层次这一术语仍用于描述交换设备。 最初的交换机由接线员手动操作，显然效率是很低的。后来，发明了机械式交换机，如绕环形排列的触点旋转的刷片式交换机。20世纪60年代，ESS诞生了(电子交换系统)。起先，交换机是机电式的，添加了电子组件以减少机械部件的数目。机电自动交换机属于“直接控制”方式，即用户可以通过话机拨号脉冲直接控制步进接续器做升降和旋转动作。从而自动完成用户间的接续。这种交换机虽然实现了自动接续，但存在着速度慢、效率低、杂音大与机械磨损严重等特点。最终，全电子交换机开发出来，使用了固态器件，没有机械部件。如今交换机已经发展为可编程
的数字系统，这些系统支持独有的业务，如呼叫转移和主叫方ID。
5级交换机是位于CO处的终端局交换机。它们提供了POTS(普通老式电话服务)、本地编号、应急业务和其他业务。CO与汇接局相连，而5级交换机与汇接局中的4级交换机互连。汇接交换机提供了CO之间的连接和到更高级别交换机的连接。1级、2级和3级交换机之间没有什么差别。
通常分别将它们称为本地、地区和城间交换机。
20世纪80年代，AT&T用DNHR(动态非层次路由选择)方案取代了静态层次网络方案。DNHR类似
于IP路由选择。
现在除了本地环路之外，电话系统使用数据信令。当模拟话音信号到达中心局后，将其数字化并
复用到与其他CO或汇接局相连的数字中继线路。
使用PCM(脉码调制)可将模拟话音数字化，PCM是一种以每秒8000次的频率抽取模拟信号电压电平的抽样技术。8000Hz的抽样率是传送话音范围(300到4000Hz)的最高频率的两倍并且它能产生较好的数字表示。每个电压电平样本被转换为一个8位值，该值通过线路被传送出去。一个单
个的话音呼叫需要64000bit/s的带宽(8000样本/秒×8位/样本)。
电信公司使用TDM(时分复用)在一个单个线路上传输多个话音呼叫。如上所述，一个单个呼叫的数据率为64kbit/S。NADH (北美数字体系)中将其称为DS-0。共有24个DS-O被复用到一个T1线路中。称为DS-3的T3线路由28个T1线路或672个DS-0信道组成。在更高的各级，DS信号被复用到SONET网络中，该网络使用OC(光载波)方案。光载波针对SONET光信号传输而定义的物理协议系列(OC-1、0C-2、0C-3等等)。OC信号级将STS帧以各种速率放入多模光纤线路中。基本速率是51．84Mbit／s(OC-1)；其后的每个信号级以该基本速率的乘级速率来运行(例如，
OC-3是以155．52Mbit／s的速率运行)。
DLC是一种使电话公司能够将电话业务扩展到偏远地区的系统。假设一个小城镇有一个单独的电话公司中心局。所有连接电话的铜缆都延伸到中心局中。现在要在城外建一个分局。为了提供服务，电话公司在分局附近安装了数字环路载波系统。分局中的所有用户都连接到DLC系统中，而
该系统本身通过中继线路(Tl/E1)或光纤连接与中心局相连。
在使用DLC的情况下，不必为每个用户都敷设连接到中心局的铜缆。DLC基本上是在本地邻域中铜线环路的终接点。偏远地区的DLC系统可以是安装DLC设备以支持全体邻域的远程局，或者可
以是通常安装在办公楼中支持大约100个用户的小型远程终端。
DLC给想要到达远程用户并想提供DSL业务的CLEC提出了难题。为了接入铜线环路，CLEC必须敷设连接到远程终端的电缆。而且在该处建立入网点时可能会遇到麻烦，ILEC还一直没有满足
他们的需要。 PBX系统和多信道线路
图T-6的层次体系的底部似乎表明来自CO的线路将终接到单个电话。但实际上，电话公司将多信道数字线路(T1和T3线路)扩展到具有多个电话的企业中。企业设立了PBX(专用小交换机)，它位于用户住地的数字或模拟电话交换机，用来连接专用电话网和公共电话网。主要提供电话公司交换系统到本地企业的扩展。这样一来，电话公司就可以将企业中的所有电话呼叫路由到PBX中并依靠PBX分配这些呼叫。Centrex (集中式小交换机)就是一种PBX，电信公司将它放在其所属的设施中。用户可以租用Centrex业务，而不用自己购买PBX。总之，数字中继线从电信公司
扩展到了用户所在地。
IN(智能网络)
智能网（IN：Intelligent Network）是一种建立在基础信息网络之上，基于业务和交换相分离的概念，为用户提供各种新业务的一层新型网络结构。它是在程控交换机得到普遍应用，计算机技术得到迅速发展，7号信令网得到广泛实施的条件下，以程控交换机为节点、7号信令作为各
节点间的传输手段及业务控制计算机作为核心的电信网络。
IN包含了路由呼叫、建立连接并提供高级功能(如单独用户业务和网络自定义编程)逻辑。用户可能听说过AIN(高级智能网络)，它的目的是为用户提供部署业务的方法，但其永未完全开发出
来。
在北美，高级智能网（AIN）被公认为是一种行业标准，它替代了传统的 IN。AIN 包括三个基本
组成部分：
信令控制点（SCP）：该计算机中包含有关客户指定信息方面的数据库，网络通过此数据库传送
存储器中的呼叫。
信令交换点（SSP）：数字电话交换机，与 SCP 对话，同时请求客户指定指令以完成呼叫 。
信令传输点（STP）：分组交换机，跨越于 SSP 和 SCP 之间。
在IN出现之前，电话网络由硬线交换系统组成。这些硬线系统很难进行升级。随着客户对于新功能和业务的需求，必须设计、制造并安装新型交换机。但这一过程的实现可能会需要几年的时间。另外，不同的电信公司使用不同供应商生产的交换机，因此很难在电信公司业务区域间实施
这些新的业务。在20世纪60年代中期，开发出了SPC(存储程序控制)交换机，这种类型的交换机使电信公司能够将新的业务直接编程到交换机中。20世纪70年代，由于CCS(通用信道信令)网络和SS7 (No.7信令系统)协议的出现，使网络功能得到了进一步的增强。CCS网络具有与实际话音呼叫线路分离的信令路径。呼叫建立信息由SS7进行处理并且这些信息通过数据分组在覆
盖数据分组交换网络中传送。该网络的组件如图T-7所示。
图T-7 老式PSTN网络结构
该网络由提供电路交换的电话连接的传输层面组成。呼叫通过时分复用被复用到中继线路中。这
些节点通过SSP(服务交换点)连接到SS7信令层面中。信令层面
小草急急忙忙的返青依旧；细雨迷迷濛濛的飘洒依旧。 盈盈月下来，照亮你的山歌依旧；灿灿星升起，白杨树绿影婆娑依旧。 好风似水，不惊你安眠依旧；鸟儿呢哝，爱的春天依旧。 可我，望尽了我的花季，望尽了长长的一路落英缤纷呵！岑凯伦的绵绵春雨依旧，戴望舒的深深雨巷依旧！ 漂泊的船，寻找一个温馨港口；孤寂的心，渴望一声温暖问候。 是你在我最落寞的时候，把亲切放在我左右；是你在我最失意的时候，把慰藉放在我心头。 红酥手，黄藤酒；春如旧，人空瘦。蝴蝶双飞影孤单，泪痕红浥鲛绡透！ 那一叶小舟，那一双眼眸，望穿了几层山水几层楼？那一缕相思，那一缕离愁，孤独了多少暮风晨雨后？ 春风依旧，桃花依旧；春水依旧，明月依旧；渡口依旧，时光依旧。前世的情缘，今生的守候，多少次梦里相逢，追忆难收，点点相思堆成无言的愁。 红尘多少爱，化作春水流。时光悠悠，岁月悠悠；韶华易逝 真情难留。 忘情川上谁因离恨泪流？三生石前谁为痴情消廋？ 纵然我望断天涯孤独依旧，在桃花飘落的渡口，我依然会为你采撷相思的红豆；在海鸥飞翔的码头，我依然会为你升起祝福的星斗。 你若微笑，我青山妩媚；你若安好，我绿水无忧！ 你若想我，我春风盈袖；你若念我，我春住心头！
通信基础知识：电信与电话系统原理
