CH物理層詳解實用實用教案

1、第第 2 章章 物理層物理層2.1 物理層的基本概念物理層的基本概念2.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識2.3 物理層下面的傳輸媒體物理層下面的傳輸媒體2.4 信道信道(xn do)復(fù)用技術(shù)復(fù)用技術(shù)2.5 數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)2.6 寬帶接入技術(shù)寬帶接入技術(shù)第1頁/共63頁第一頁，共64頁。2.1 物理層的基本概念物理層的基本概念 物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些(yxi)特性，即： 機械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性： 指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意

2、義。過程特性：指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。 第2頁/共63頁第二頁，共64頁。2.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)(xtng)的模型的模型 傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC 機公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字(shz)比特流數(shù)字(shz)比特流模擬信號模擬信號 輸入漢字顯示漢字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC 機第3頁/共63頁第三頁，共64頁。幾個幾個(j )術(shù)語術(shù)語 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(data)：運送消息的實體：運送消息的實體 信號信號(signal)：數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)：數(shù)

3、據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn) “模擬的模擬的”(analogous)：消息的參數(shù)的取值是連續(xù)：消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的的 “數(shù)字的數(shù)字的”(digital)“：消息的參數(shù)的取值是離散的：消息的參數(shù)的取值是離散的 碼元碼元(code)：在使用時間：在使用時間(shjin)域域(或簡稱為時域或簡稱為時域)的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。波形。第4頁/共63頁第四頁，共64頁。 2.2.2 有關(guān)信號(xnho)的幾個基本概念單向單向(dn xin)通信通信(單工通信單工通信)：只：只能有一個方向的通信而沒有反方向的能有一個方向的通信而沒有反方向

4、的交互交互雙向交替通信雙向交替通信(半雙工通信半雙工通信)：通信的：通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送時發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時接收當(dāng)然也就不能同時接收)雙向同時通信雙向同時通信(全雙工通信全雙工通信)：通信的：通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息雙方可以同時發(fā)送和接收信息 第5頁/共63頁第五頁，共64頁?；鶐盘柣鶐盘?xnho)和帶通信和帶通信號號(xnho) 基帶信號基帶信號(即基本頻帶信號即基本頻帶信號)：來自信源的信號。：來自信源的信號。像計算機輸出的代表像計算機輸出的代表(dibio)各種文字或圖像文各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號

5、。件的數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號。 基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對基帶信號進行調(diào)制直流分量。因此必須對基帶信號進行調(diào)制(modulation)。 帶通信號：把基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號帶通信號：把基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸?shù)念l率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸(即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道)。 第6頁/共63頁第六頁，共64頁。幾種最基本幾種最基本(jb

6、n)的調(diào)制方法的調(diào)制方法 基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。為了種低頻分量或直流分量。為了(wi le)解決這一問題，就必須對基帶信號進行調(diào)制解決這一問題，就必須對基帶信號進行調(diào)制(modulation)。 最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種： 調(diào)幅調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。 調(diào)頻調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。 調(diào)相調(diào)相(PM)：

7、載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。 第7頁/共63頁第七頁，共64頁。對基帶數(shù)字信號的幾種對基帶數(shù)字信號的幾種(j zhn)調(diào)制方法調(diào)制方法 010011100基帶信號(xnho)調(diào)幅(dio f)調(diào)頻調(diào)相第8頁/共63頁第八頁，共64頁。正交振幅正交振幅(zhnf)調(diào)制調(diào)制 QAMr(r, )可供選擇的相位有 12 種，而對于每一種(y zhn)相位有 1 或2 種振幅可供選擇。 由于4 bit 編碼共有16 種不同的組合，因此(ync)這 16 個點中的每個點可對應(yīng)于一種 4 bit 的編碼。 若每一個碼元可表示的比特數(shù)越多，則在接收端進行解調(diào)時要正

8、確識別每一種狀態(tài)就越困難。 舉例第9頁/共63頁第九頁，共64頁。2.2.3 信道的極限信道的極限(jxin)容量容量 任何實際的信道都不是理想的，在傳任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及(yj)帶帶來多種干擾。來多種干擾。 碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)拇a元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的距離越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。失真就越嚴(yán)重。 第10頁/共63頁第十頁，共64頁。數(shù)字信號通過實際數(shù)字信號通過實際(shj)的信道的信道 有失真，但可識別有失真，但可識別(shbi) 失真大，無法識別失真大，無法識

9、別(shbi) 實際的信道(xn do)(xn do)( (帶寬受限、有噪聲、干擾和失真) )發(fā)送信號波形接收信號波形發(fā)送信號波形實際的信道(帶寬受限、有噪聲、干擾和失真)接收信號波形第11頁/共63頁第十一頁，共64頁。(1)信道能夠通過信道能夠通過(tnggu)的頻率范圍的頻率范圍 1924 年，奈奎斯特年，奈奎斯特(Nyquist)就推導(dǎo)出了著名的就推導(dǎo)出了著名的奈氏準(zhǔn)則。他給出了在假定的理想條件下，為奈氏準(zhǔn)則。他給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率(sl)的上限的上限值。值。 在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾试谌魏涡诺乐?，碼元傳輸?shù)乃俾?

10、sl)是有上限是有上限的，否則就會出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問題，使接收端的，否則就會出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問題，使接收端對碼元的判決對碼元的判決(即識別即識別)成為不可能。成為不可能。 如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號高頻分量越多，那么就可以用更高的速率高頻分量越多，那么就可以用更高的速率(sl)傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_。傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_。 第12頁/共63頁第十二頁，共64頁。(2) 信噪比信噪比 香農(nóng)香農(nóng)(Shannon)用信息用信息(xnx)論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息擾

11、的信道的極限、無差錯的信息(xnx)傳輸速率。傳輸速率。 信道的極限信息信道的極限信息(xnx)傳輸速率傳輸速率 C 可表達為可表達為 C = W log2(1+S/N) b/s W 為信道的帶寬為信道的帶寬(以以 Hz 為單位為單位)； S 為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；為信道內(nèi)所傳信號的平均功率； N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。 第13頁/共63頁第十三頁，共64頁。香農(nóng)公式香農(nóng)公式(gngsh)表明表明 信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。限傳輸速率就越高。 只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速

12、率，只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。就一定可以找到某種辦法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。 若信道帶寬若信道帶寬 W 或信噪比或信噪比 S/N 沒有上限沒有上限(當(dāng)然實際當(dāng)然實際信道不可能是這樣的信道不可能是這樣的)，則信道的極限信息傳輸速，則信道的極限信息傳輸速率率 C 也就沒有上限。也就沒有上限。 實際信道上能夠達到實際信道上能夠達到(d do)的信息傳輸速率要的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。 第14頁/共63頁第十四頁，共64頁。請注意請注意(zh y) 對于對于(duy)頻帶寬度已確定的信道，如果信噪比不

13、能再提高了，并且碼元頻帶寬度已確定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且碼元傳輸速率也達到了上限值，那么還有辦法提高信息的傳輸速率。這就是用編傳輸速率也達到了上限值，那么還有辦法提高信息的傳輸速率。這就是用編碼的方法讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量。碼的方法讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量。 第15頁/共63頁第十五頁，共64頁。2.3 物理層下面物理層下面(xi mian)的傳輸媒體的傳輸媒體無線電微波(wib)紅外線可見光紫外線X射線射線(shxin)雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波 調(diào)幅無線電 調(diào)頻無線電 海事無線電光纖電視(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段10

14、4 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動無線電 電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜第16頁/共63頁第十六頁，共64頁。2.3.1 導(dǎo)向?qū)?do xin)傳輸媒體傳輸媒體 雙絞線雙絞線 屏蔽屏蔽(pngb)雙絞線雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair) 無屏蔽無屏蔽(pngb)雙絞線雙絞線 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同軸電纜同軸電纜 50 同軸電纜同軸

15、電纜 75 同軸電纜同軸電纜 光纜光纜 單模光纖單模光纖 多模光纖多模光纖 第17頁/共63頁第十七頁，共64頁。各種各種( zhn)( zhn)電纜電纜銅線(tn xin)(tn xin)銅線(tn xin)(tn xin)聚氯乙烯 套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護套層內(nèi)導(dǎo)體無屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線 STP同軸電纜第18頁/共63頁第十八頁，共64頁。光線光線(gungxin)在光纖中的折射在光纖中的折射 折射角入射角 包層(低折射率的媒體) 包層(低折射率的媒體) 纖芯(高折射率的媒體) 包層纖芯第19頁/共63頁第十九頁，共64頁。光纖的工作光纖的工作(

16、gngzu)原理原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線(gungxin)(gungxin)在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷涞?0頁/共63頁第二十頁，共64頁。輸入脈沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖第21頁/共63頁第二十一頁，共64頁。2.3.2 非導(dǎo)向非導(dǎo)向(do xin)傳輸媒體傳輸媒體 無線傳輸所使用的頻段很廣。無線傳輸所使用的頻段很廣。短波短波(dunb)(dunb)通信主要是靠電離層的通信主要是靠電離層的反射，但短波反射，但短波(dunb)(dunb)信道的通信質(zhì)信道的通信質(zhì)量較差。量較差。微波在空間主要是直線傳播。微波在空間主要是直

17、線傳播。 地面微波接力通信地面微波接力通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 第22頁/共63頁第二十二頁，共64頁。共享信道(xn do)2.4 信道復(fù)用信道復(fù)用(f yn)技術(shù)技術(shù)2.4.1 頻分復(fù)用頻分復(fù)用(f yn)、時分復(fù)用、時分復(fù)用(f yn)和統(tǒng)計和統(tǒng)計時分復(fù)用時分復(fù)用(f yn) 復(fù)用復(fù)用(multiplexing)通信通信(tng xn)技術(shù)中的基本概念。技術(shù)中的基本概念。 信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2復(fù)用分用(a)不使用復(fù)用技術(shù)(b) 使用復(fù)用技術(shù)第23頁/共63頁第二十三頁，共64頁。頻分復(fù)用頻分復(fù)用(f yn) FDM 用戶用戶(yngh)在分配到一定的頻

18、帶后，在通信過程中自始至終在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶。都占用這個頻帶。 頻分復(fù)用的所有用戶頻分復(fù)用的所有用戶(yngh)在同樣的時間占用不同的帶寬資在同樣的時間占用不同的帶寬資源源(請注意，這里的請注意，這里的“帶寬帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率率)。 頻率時間頻率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻率 5第24頁/共63頁第二十四頁，共64頁。時分復(fù)用時分復(fù)用TDM 時分復(fù)用則是將時間劃分為一段段等長的時分復(fù)用幀時分復(fù)用則是將時間劃分為一段段等長的時分復(fù)用幀(TDM 幀幀)。每一個時分復(fù)用的用戶在每一個。每一個時分復(fù)用的用戶在每一個

19、TDM 幀幀中占用固定序號的時隙。中占用固定序號的時隙。 每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)(其周期就是其周期就是 TDM 幀的長度幀的長度)。 TDM 信號信號(xnho)也稱為等時也稱為等時(isochronous)信號信號(xnho)。 時分復(fù)用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶時分復(fù)用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。寬度。第25頁/共63頁第二十五頁，共64頁。時分復(fù)用時分復(fù)用 頻率(pnl)時間(shjin)BCDBCDBCDBCDAAAAA 在 TDM 幀中的位置(wi zhi)不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM

20、 幀第26頁/共63頁第二十六頁，共64頁。時分復(fù)用時分復(fù)用 頻率(pnl)時間(shjin)CDCDCDAAAABBBBCDB 在 TDM 幀中的位置(wi zhi)不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀第27頁/共63頁第二十七頁，共64頁。時分復(fù)用時分復(fù)用 頻率(pnl)時間(shjin)BDBDBDAAAABCCCCDC 在 TDM 幀中的位置(wi zhi)不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀第28頁/共63頁第二十八頁，共64頁。時分復(fù)用時分復(fù)用 頻率(pnl)時間(shjin)BCBCB CAAAABCDDDDD 在 TDM 幀中的位置(wi z

21、hi)不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀第29頁/共63頁第二十九頁，共64頁。時分復(fù)用可能會造成線路資源時分復(fù)用可能會造成線路資源(zyun)的浪費的浪費 ABCDaabbcdbcattttt4 個時分復(fù)用幀#1acbcd時分復(fù)用#2#3#4用戶(yngh)使用時分復(fù)用系統(tǒng)傳送(chun sn)(chun sn)計算機數(shù)據(jù)時，由于計算機數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)，用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的。 第30頁/共63頁第三十頁，共64頁。統(tǒng)計統(tǒng)計(tngj)時分復(fù)用時分復(fù)用 STDM用戶(yngh)ABCDabcdttttt3 個 STDM 幀#1acbabbcacd#2#3統(tǒng)

22、計(tngj)時分復(fù)用第31頁/共63頁第三十一頁，共64頁。 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 2.4.2 波分復(fù)用波分復(fù)用(f yn) WDM 波分復(fù)用波分復(fù)用(f yn)就是光的頻分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用(f yn) 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120 km光調(diào)制器光解調(diào)

23、器第32頁/共63頁第三十二頁，共64頁。2.4.3 碼分復(fù)用碼分復(fù)用(f yn) CDM 碼分多址碼分多址 CDMA(Code Division Multiple Access) 各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成(zo chn)干擾。干擾。 這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)?，F(xiàn)。 每一個比特時間劃分為每一個比特時間劃分為 m 個短的間隔，稱為碼片個短的間隔，稱為碼片(chip)。第33頁/共63頁第三十三頁，共64頁

24、。碼片序列碼片序列(xli)(chip sequence) 每個站被指派一個唯一的每個站被指派一個唯一的 m bit 碼片序列。碼片序列。 如發(fā)送比特如發(fā)送比特(b t) 1，則發(fā)送自己的，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列。碼片序列。 如發(fā)送比特如發(fā)送比特(b t) 0，則發(fā)送該碼片序列的二進制反碼。，則發(fā)送該碼片序列的二進制反碼。 例如，例如，S 站的站的 8 bit 碼片序列是碼片序列是 00011011。 發(fā)送比特發(fā)送比特(b t) 1 時，就發(fā)送序列時，就發(fā)送序列 00011011， 發(fā)送比特發(fā)送比特(b t) 0 時，就發(fā)送序列時，就發(fā)送序列 11100100。 S 站的碼片序列：

25、站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) 第34頁/共63頁第三十四頁，共64頁。CDMA 的重要的重要(zhngyo)特點特點 每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且(bngqi)還必須互相正交還必須互相正交(orthogonal)。 在實用的系統(tǒng)中是使用偽隨機碼序列。在實用的系統(tǒng)中是使用偽隨機碼序列。 第35頁/共63頁第三十五頁，共64頁。碼片序列(xli)的正交關(guān)系 令向量 S 表示站 S 的碼片向量，令 T 表示其他任何站的碼片向量。 兩個不同(b tn)站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規(guī)格化內(nèi)積(inner pr

26、oduct)都是 0： 011miiiTSmTS(2-3)第36頁/共63頁第三十六頁，共64頁。碼片序列(xli)的正交關(guān)系舉例 令向量 S 為(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向量 T 為(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 把向量 S 和 T 的各分量值代入(2-3)式就可看出這兩個(lin )碼片序列是正交的。 第37頁/共63頁第三十七頁，共64頁。 任何一個碼片向量和該碼片向量自己(zj)的規(guī)格化內(nèi)積都是1 。 一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是 1。 正交關(guān)系的另一個重要(zhngyo)特性 mimiimiiimSmSSm112211) 1(111S

27、S第38頁/共63頁第三十八頁，共64頁。CDMA 的工作(gngzu)原理 S 站的碼片序列(xli) S110ttttttm 個碼片tS 站發(fā)送(f sn)的信號 SxT 站發(fā)送的信號 Tx總的發(fā)送信號 Sx + Tx規(guī)格化內(nèi)積 S Sx規(guī)格化內(nèi)積 S Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端第39頁/共63頁第三十九頁，共64頁。2.5 數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)(xtng)1. 脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制 PCM 體制體制 脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制 PCM 體制體制(tzh)最初是為了在電話局之最初是為了在電話局之間的中繼線上傳送多路的電話。間的中繼線上傳送多路的電話。 由于歷史上的原因，由于歷史上的原因，PCM 有

28、兩個互不兼容的國際有兩個互不兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的標(biāo)準(zhǔn)，即北美的 24 路路 PCM(簡稱為簡稱為 T1)和歐洲的和歐洲的 30 路路 PCM(簡稱為簡稱為 E1)。我國采用的是歐洲的。我國采用的是歐洲的 E1 標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。 E1 的速率是的速率是 2.048 Mb/s，而，而 T1 的速率是的速率是 1.544 Mb/s。 當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時，可采用復(fù)用的方法。當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時，可采用復(fù)用的方法。第40頁/共63頁第四十頁，共64頁。2. 同步同步(tngb)光纖網(wǎng)和同步光纖網(wǎng)和同步(tngb)數(shù)字系列數(shù)字系列 舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點。其中最主要的是以下兩個舊的數(shù)字傳輸系

29、統(tǒng)存在著許多缺點。其中最主要的是以下兩個(lin )方面：方面： 速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。 如果不對高次群的數(shù)字傳輸速率進行標(biāo)準(zhǔn)化，國際范圍的高速數(shù)據(jù)傳輸就很難實現(xiàn)。如果不對高次群的數(shù)字傳輸速率進行標(biāo)準(zhǔn)化，國際范圍的高速數(shù)據(jù)傳輸就很難實現(xiàn)。 不是同步傳輸。不是同步傳輸。 在過去相當(dāng)長的時間，為了節(jié)約經(jīng)費，各國的數(shù)字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同步方式。在過去相當(dāng)長的時間，為了節(jié)約經(jīng)費，各國的數(shù)字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同步方式。 第41頁/共63頁第四十一頁，共64頁。同步同步(tngb)光纖網(wǎng)光纖網(wǎng) SONET 同步光纖網(wǎng)同步光纖網(wǎng) SONET (Synchronous Optical Network) 的

30、各級時鐘都來自一個非常的各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘。精確的主時鐘。 第第 1 級同步傳送信號級同步傳送信號 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的傳輸速率是的傳輸速率是 51.84 Mb/s。 光信號則稱為第光信號則稱為第 1 級光載波級光載波(zib) OC-1，OC 表示表示Optical Carrier。 第42頁/共63頁第四十二頁，共64頁。同步數(shù)字(shz)系列 SDH ITU-T 以美國標(biāo)準(zhǔn)以美國標(biāo)準(zhǔn) SONET 為基礎(chǔ)，制訂出國際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列為基礎(chǔ)，制訂出國際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列 SDH (Synchronous Digital Hi

31、erarchy)。 一般可認(rèn)為一般可認(rèn)為 SDH 與與 SONET 是同義詞。是同義詞。 SDH 的基本的基本(jbn)速率為速率為 155.52 Mb/s，稱為第，稱為第 1 級同步傳遞模塊級同步傳遞模塊 (Synchronous Transfer Module)，即，即 STM-1，相當(dāng)于，相當(dāng)于 SONET 體系中的體系中的 OC-3 速率。速率。 第43頁/共63頁第四十三頁，共64頁。SONET 的體系結(jié)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu) 光子(gungz)層路徑(ljng)層線路(xinl)層段層線路 (line)光子層路徑層線路層段層光子層線路層段層光子層段層光子層線路層段層光子層段層SDH終端SDH

32、終端復(fù)用器或分用器復(fù)用器或分用器轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器段段段路徑 (path)(section)(section)(section)第44頁/共63頁第四十四頁，共64頁。SONET 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)(biozhn)定義了定義了四個光接口層四個光接口層 光子層光子層(Photonic Layer) 處理跨越光纜的比特傳送。處理跨越光纜的比特傳送。 段層段層(Section Layer) 在光纜上傳送在光纜上傳送 STS-N 幀。幀。 線路層線路層(Line Layer) 負(fù)責(zé)路徑層的同步負(fù)責(zé)路徑層的同步(tngb)和復(fù)用。和復(fù)用。 路徑層路徑層(Path Layer) 處理路徑端接設(shè)備處理路徑端接設(shè)備 PTE

33、(Path Terminating Element)之間的業(yè)務(wù)的傳輸。之間的業(yè)務(wù)的傳輸。 第45頁/共63頁第四十五頁，共64頁。2.6 寬帶接入技術(shù)寬帶接入技術(shù)(jsh)2.6.1 xDSL技術(shù)技術(shù)(jsh) xDSL 技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對現(xiàn)有的模擬電話用戶線技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對現(xiàn)有的模擬電話用戶線進行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。進行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。 雖然標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號的頻帶被限制在雖然標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號的頻帶被限制在 3003400 kHz 的范圍內(nèi)，但用戶線本身的范圍內(nèi)，但用戶線本身(bnshn)實際可通過的實際可通過的信號頻率仍然超過信號頻率仍然超過 1 MHz。 xDSL

34、 技術(shù)就把技術(shù)就把 04 kHz 低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用。而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用。 DSL 就是數(shù)字用戶線就是數(shù)字用戶線(Digital Subscriber Line)的縮的縮寫。而寫。而 DSL 的前綴的前綴 x 則表示在數(shù)字用戶線上實現(xiàn)的則表示在數(shù)字用戶線上實現(xiàn)的不同寬帶方案。不同寬帶方案。 第46頁/共63頁第四十六頁，共64頁。xDSL 的幾種的幾種(j zhn)類型類型 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)：非對稱：非對稱數(shù)字?jǐn)?shù)字(shz)用戶

35、線用戶線 HDSL (High speed DSL)：高速數(shù)字：高速數(shù)字(shz)用戶線用戶線 SDSL (Single-line DSL)：1 對線的數(shù)字對線的數(shù)字(shz)用戶線用戶線 VDSL (Very high speed DSL)：甚高速數(shù)字：甚高速數(shù)字(shz)用用戶線戶線 DSL ：ISDN 用戶線。用戶線。 RADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自適應(yīng)：速率自適應(yīng) DSL，是，是 ADSL 的一個子集，可自動調(diào)節(jié)線路速率的一個子集，可自動調(diào)節(jié)線路速率)。 第47頁/共63頁第四十七頁，共64頁。ADSL 的極限傳輸?shù)臉O限傳輸(chun sh)距離距離 ADS

36、L 的極限傳輸距離與數(shù)據(jù)率以及用戶線的線的極限傳輸距離與數(shù)據(jù)率以及用戶線的線徑都有很大的關(guān)系徑都有很大的關(guān)系(用戶線越細(xì)，信號傳輸時的用戶線越細(xì)，信號傳輸時的衰減就越大衰減就越大)，而所能得到，而所能得到(d do)的最高數(shù)據(jù)傳的最高數(shù)據(jù)傳輸速率與實際的用戶線上的信噪比密切相關(guān)。輸速率與實際的用戶線上的信噪比密切相關(guān)。 例如，例如，0.5 毫米線徑的用戶線，傳輸速率為毫米線徑的用戶線，傳輸速率為 1.5 2.0 Mb/s 時可傳送時可傳送 5.5 公里，但當(dāng)傳輸速率提高公里，但當(dāng)傳輸速率提高到到 6.1 Mb/s 時，傳輸距離就縮短為時，傳輸距離就縮短為 3.7 公里。公里。 如果把用戶線的線

37、徑減小到如果把用戶線的線徑減小到0.4毫米，那么在毫米，那么在6.1 Mb/s的傳輸速率下就只能傳送的傳輸速率下就只能傳送2.7公里公里 第48頁/共63頁第四十八頁，共64頁。ADSL 的特點的特點(tdin) 上行和下行帶寬做成不對稱的。上行和下行帶寬做成不對稱的。 上行指從用戶上行指從用戶(yngh)到到 ISP，而下行指從，而下行指從 ISP 到用戶到用戶(yngh)。 ADSL 在用戶在用戶(yngh)線線(銅線銅線)的兩端各安裝一個的兩端各安裝一個 ADSL 調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器。 我國目前采用的方案是離散多音調(diào)我國目前采用的方案是離散多音調(diào) DMT (Discrete Mult

38、i-Tone)調(diào)制技術(shù)。調(diào)制技術(shù)。這里的這里的“多音調(diào)多音調(diào)”就是就是“多載波多載波”或或“多子信道多子信道”的意思。的意思。第49頁/共63頁第四十九頁，共64頁。DMT 技術(shù)技術(shù)(jsh) DMT 調(diào)制技術(shù)采用頻分復(fù)用的方法，把調(diào)制技術(shù)采用頻分復(fù)用的方法，把 40 kHz 以上一直到以上一直到 1.1 MHz 的高端頻譜劃分為許多的的高端頻譜劃分為許多的子信道，其中子信道，其中 25 個子信道用于上行個子信道用于上行(shngxng)信道，而信道，而 249 個子信道用于下行信道。個子信道用于下行信道。 每個子信道占據(jù)每個子信道占據(jù) 4 kHz 帶寬帶寬(嚴(yán)格講是嚴(yán)格講是 4.3125 k

39、Hz)，并使用不同的載波，并使用不同的載波(即不同的音調(diào)即不同的音調(diào))進行數(shù)進行數(shù)字調(diào)制。這種做法相當(dāng)于在一對用戶線上使用許字調(diào)制。這種做法相當(dāng)于在一對用戶線上使用許多小的調(diào)制解調(diào)器并行地傳送數(shù)據(jù)。多小的調(diào)制解調(diào)器并行地傳送數(shù)據(jù)。第50頁/共63頁第五十頁，共64頁。DMT 技術(shù)技術(shù)(jsh)的頻譜分布的頻譜分布 頻譜頻率(pnl)上行(shngxng)信道傳統(tǒng)電話04下行信道(kHz)401381100第51頁/共63頁第五十一頁，共64頁。ADSL 的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)(shj)率率 由于由于(yuy)用戶線的具體條件往往相差很大用戶線的具體條件往往相差很大(距離、線徑、受距離、線徑、受到相鄰用戶

40、線的干擾程度等都不同到相鄰用戶線的干擾程度等都不同)，因此，因此 ADSL 采用自適應(yīng)采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)使用戶線能夠傳送盡可能高的數(shù)據(jù)率。調(diào)制技術(shù)使用戶線能夠傳送盡可能高的數(shù)據(jù)率。 當(dāng)當(dāng) ADSL 啟動時，用戶線兩端的啟動時，用戶線兩端的 ADSL 調(diào)制解調(diào)器就測試可用調(diào)制解調(diào)器就測試可用的頻率、各子信道受到的干擾情況，以及在每一個頻率上測試的頻率、各子信道受到的干擾情況，以及在每一個頻率上測試信號的傳輸質(zhì)量。信號的傳輸質(zhì)量。 ADSL 不能保證固定的數(shù)據(jù)率。對于質(zhì)量很差的用戶線甚至無不能保證固定的數(shù)據(jù)率。對于質(zhì)量很差的用戶線甚至無法開通法開通 ADSL。 通常下行數(shù)據(jù)率在通常下行數(shù)據(jù)率在 3

41、2 kb/s 到到 6.4 Mb/s 之間，而上行數(shù)據(jù)率在之間，而上行數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到到 640 kb/s 之間。之間。第52頁/共63頁第五十二頁，共64頁。ADSL 的組成的組成(z chn) ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線 電話(dinhu)分離器 區(qū)域(qy)寬帶網(wǎng)至 ISP居民家庭基于 ADSL 的接入網(wǎng)端局或遠(yuǎn)端站DSLAM至本地電話局PSPS數(shù)字用戶線接入復(fù)用器： DSLAM (DSL Access Multiplexer)接入端接單元： ATU (Access Termination Unit)ATU-C：(C 代表端局 Central Office

42、)ATU-R：(R 代表遠(yuǎn)端 Remote)電話分離器 PS： (POTS Splitter) 第53頁/共63頁第五十三頁，共64頁。第二代第二代 ADSL 通過提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率。例如，通過提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率。例如，ADSL2 要求至少應(yīng)支持下行要求至少應(yīng)支持下行 8 Mb/s、上行、上行 800 kb/s的速率。而的速率。而 ADSL2+ 則將頻譜范圍從則將頻譜范圍從 1.1 MHz 擴展至擴展至2.2 MHz，下行速率可達，下行速率可達 16 Mb/s(最大傳輸速率可達最大傳輸速率可達25 Mb/s)，而上行速率，而上行速率可達可達 800 kb/s。 采用了無

43、縫速率自適應(yīng)技術(shù)采用了無縫速率自適應(yīng)技術(shù) SRA (Seamless Rate Adaptation)，可在運營中不中斷通信和不產(chǎn)生，可在運營中不中斷通信和不產(chǎn)生誤碼的情況下，自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)率。誤碼的情況下，自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)率。 改善了線路質(zhì)量評測和故障定位功能，這對提高改善了線路質(zhì)量評測和故障定位功能，這對提高網(wǎng)絡(luò)的運行維護水平具有非常網(wǎng)絡(luò)的運行維護水平具有非常(fichng)重要的重要的意義。意義。第54頁/共63頁第五十四頁，共64頁。2.6.2 光纖同軸混合光纖同軸混合(hnh)網(wǎng)網(wǎng)HFC HFC 網(wǎng)是在目前覆蓋面很廣的有線電視網(wǎng)網(wǎng)是在目前覆蓋面很廣的有線電視網(wǎng) CATV 的基礎(chǔ)上開

44、發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)。的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)。 HFC 網(wǎng)除可傳送網(wǎng)除可傳送 CATV 外，還提供電話、數(shù)外，還提供電話、數(shù)據(jù)和其他據(jù)和其他(qt)寬帶交互型業(yè)務(wù)。寬帶交互型業(yè)務(wù)。 現(xiàn)有的現(xiàn)有的 CATV 網(wǎng)是樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同軸電纜網(wǎng)是樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)，它采用模擬技術(shù)的頻分復(fù)用對電視節(jié)目網(wǎng)絡(luò)，它采用模擬技術(shù)的頻分復(fù)用對電視節(jié)目進行單向傳輸。而進行單向傳輸。而 HFC 網(wǎng)則需要對網(wǎng)則需要對 CATV 網(wǎng)進行改造，網(wǎng)進行改造， 第55頁/共63頁第五十五頁，共64頁。HFC的主要的主要(zhyo)特點特點 (1) HFC網(wǎng)的主干線路采用光纖HFC 網(wǎng)將原 CATV 網(wǎng)中的同軸

45、電纜主干部分改換為光纖，并使用模擬光纖技術(shù)。在模擬光纖中采用光的振幅調(diào)制 AM，這比使用數(shù)字光纖更為經(jīng)濟。模擬光纖從頭端連接到光纖結(jié)點(fiber node)，即光分配結(jié)點 ODN (Optical Distribution Node)。在光纖結(jié)點光信號被轉(zhuǎn)換(zhunhun)為電信號。在光纖結(jié)點以下就是同軸電纜。 第56頁/共63頁第五十六頁，共64頁。HFC的主要的主要(zhyo)特點特點同軸電纜(tn zhu din ln)頭端模擬(mn)光纖放大器引入線分路器光纖結(jié)點服務(wù)區(qū)服務(wù)區(qū)服務(wù)區(qū) (2) HFC 網(wǎng)采用結(jié)點體系結(jié)構(gòu) 第57頁/共63頁第五十七頁，共64頁。下行(xixng)信道上行(shngxng)信道5 40 50 550 750 1000原有模擬(mn)電視數(shù)字信號頻率(MHz)保留HFC的主要特點的主要特點 (3) HFC網(wǎng)具有比CATV網(wǎng)更寬的頻譜， 且具有雙向傳輸功能 第58頁/共63頁第五十八頁，共64頁。HFC的主要的主要(zhyo)特點特點 用戶接口盒用戶接口盒 UIB (User Interface Box)要提供三種要提供三種(sn zhn)連接，即：連接，即： 使用同軸電纜連接到機頂盒使用同