計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)CH2-5ed 物理層

1、.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 5 版）第 2 章 物理層.第 2 章 物理層2.1 物理層的基本概念2.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型2.2.2 有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念2.2.3 信道的極限容量2.2.4 信道的極限信息傳輸速率2.3 物理層下面的傳輸媒體2.3.1 導(dǎo)向傳輸媒體2.3.2 非導(dǎo)向傳輸媒體.第 2 章 物理層（續(xù)）2.4 信道復(fù)用技術(shù) 2.4.1 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 2.4.2 波分復(fù)用 2.4.3 碼分復(fù)用2.5 數(shù)字傳輸系統(tǒng)2.6 寬帶接入技術(shù) 2.6.1 xDSL技術(shù) 2.6.2 光纖同軸混合網(wǎng)（HFC 網(wǎng)） 2.6.3 FTTx 技術(shù).引導(dǎo)詞n機(jī)

2、械特性、電氣特性、功能特性、規(guī)程特性n單向通信、雙向交替通信、雙向同時(shí)通信n調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相n頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用、波分復(fù)用、碼分復(fù)用.2.1 物理層的基本概念n物理層考慮的問題：n怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸比特流，而不是連接計(jì)算機(jī)的具體的物理設(shè)備或具體的傳輸媒體。n物理層的作用：n盡可能地屏蔽掉不同物理設(shè)備和傳輸媒體以及通信手段之間的差異，使物理層上面的數(shù)據(jù)鏈路層感覺不到這些差異。.2.1 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特性，即： n機(jī)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。n電氣特性 指明在接

3、口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。n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義。n規(guī)程特性 指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。 .2.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型 傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC 機(jī)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號(hào)模擬信號(hào) 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(jī).幾個(gè)術(shù)語n數(shù)據(jù)(data)運(yùn)送消息的實(shí)體。n信號(hào)(signal)數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。 n“模擬的”(analogous)代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。 n“數(shù)字的”(di

4、gital)代表消息的參數(shù)的取值是離散的。 n碼元(code)在使用時(shí)間域（或簡稱為時(shí)域）的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。. 2.2.2 有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念n單向通信（單工通信）只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。n雙向交替通信（半雙工通信）通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時(shí)接收)。n雙向同時(shí)通信（全雙工通信）通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。 .基帶(baseband)信號(hào)和帶通(band pass)信號(hào) n基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）來自信源的信號(hào)。像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)。就是將數(shù)字信號(hào) 1 或 0

5、直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。 n基帶信號(hào)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。因此必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。 .幾種最基本的調(diào)制方法 n基帶調(diào)制僅僅對(duì)基帶信號(hào)的波形進(jìn)行變換，使它能夠與信道特性相適應(yīng)。變換后的信號(hào)仍然是基帶信號(hào)。n帶通調(diào)制使用載波進(jìn)行調(diào)制，把信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸。經(jīng)過載波調(diào)制后的信號(hào)稱為帶通信號(hào)（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。 n最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：n調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。 n調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變

6、化。n調(diào)相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。 .對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)的幾種調(diào)制方法 010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相.正交振幅調(diào)制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) r(r, )可供選擇的相位有 12 種，而對(duì)于每一種相位有 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，因此這 16 個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于一種 4 bit 的編碼。 若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越困難。 舉例.2.2.3 信道的極限容量 n任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種失真以及帶來多

7、種干擾。 n碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。 .數(shù)字信號(hào)通過實(shí)際的信道 n有失真，但可識(shí)別n失真大，無法識(shí)別 實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號(hào)波形接收信號(hào)波形發(fā)送信號(hào)波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號(hào)波形.信道能夠通過的頻率范圍n1924 年，奈奎斯特(Nyquist)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，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值。n在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜?，否則就會(huì)出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問題，使接收端對(duì)碼元的判決（即識(shí)別）成為不可能。n如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的

8、信號(hào)高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_。 .奈氏(Nyquist)準(zhǔn)則 n每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒 2 個(gè)碼元。nBaud 是波特，是碼元傳輸速率的單位，1 波特為每秒傳送 1 個(gè)碼元。 理想低通信道的最高碼元傳輸速率 = 2W Baud W 是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz) 不能通過能通過0頻率(Hz)W (Hz) .另一種形式的奈氏準(zhǔn)則 n每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒 1 個(gè)碼元。理想帶通特性信道的最高碼元傳輸速率 = W Baud W 是理想帶通信道的帶寬，單位為赫(Hz) 不能通過能通過0頻率(Hz)W (Hz)

9、不能通過.(2) 信噪比 n香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(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(cuò)的信息傳輸速率。n信道的極限信息傳輸速率 C 可表達(dá)為n C = W log2(1+S/N) b/s nW 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；nS 為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；nN 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。 .香農(nóng)公式表明 n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。 n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(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的傳輸。 n若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率

10、C 也就沒有上限。n實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。 .請(qǐng)注意 n對(duì)于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(dá)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(gè)碼元攜帶更多比特的信息量。 .2.3 物理層下面的傳輸媒體n傳輸媒體也稱為傳輸媒介，它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。n物理媒體可分為兩大類，即n導(dǎo)向傳輸媒體n非導(dǎo)向傳輸媒體.2.3.1 導(dǎo)向傳輸媒體雙絞線n把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合起來就構(gòu)成了雙絞線。使用雙絞線最多的地方就是到處都有的電話系統(tǒng)。 n模擬傳輸和數(shù)字

11、傳輸都可以使用雙絞線.n無屏蔽雙絞線 UTP (Unshielded Twisted Pair)和屏蔽雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair)nEIA/TIA-568 標(biāo)準(zhǔn)n雙絞線性能中的一個(gè)重要指標(biāo)是近端串?dāng)_（Near-End cross Talk），它是指來自一對(duì)導(dǎo)體的信號(hào)在另一對(duì)導(dǎo)體上發(fā)生的耦合現(xiàn)象。.v什么是什么是近端串?dāng)_近端串?dāng)_ 當(dāng)電流在一條導(dǎo)線中流通時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的電磁場，干當(dāng)電流在一條導(dǎo)線中流通時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的電磁場，干擾相鄰導(dǎo)線上的信號(hào)。頻率越高這種影響就越大。雙絞線就擾相鄰導(dǎo)線上的信號(hào)。頻率越高這種影響就越大。雙絞線就是利用兩條導(dǎo)線絞合在一起后，因?yàn)橄辔?/p>

12、相差是利用兩條導(dǎo)線絞合在一起后，因?yàn)橄辔幌嗖?80180度的原因度的原因而抵消相互間的干擾的。絞距越緊則抵消效果越佳，也就越而抵消相互間的干擾的。絞距越緊則抵消效果越佳，也就越能支持較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。能支持較高的數(shù)據(jù)傳輸速率。近端串?dāng)_近端串?dāng)_是指在與發(fā)送端處于同一邊的接收端處所感應(yīng)是指在與發(fā)送端處于同一邊的接收端處所感應(yīng)到的從發(fā)送線對(duì)感應(yīng)過來的串?dāng)_信號(hào)。在串?dāng)_信號(hào)過大時(shí)，到的從發(fā)送線對(duì)感應(yīng)過來的串?dāng)_信號(hào)。在串?dāng)_信號(hào)過大時(shí)，接收器將無法判別信號(hào)是遠(yuǎn)端傳送來的微弱信號(hào)還是串?dāng)_信接收器將無法判別信號(hào)是遠(yuǎn)端傳送來的微弱信號(hào)還是串?dāng)_信號(hào)。號(hào)。.UTP and STPCopper line銅線銅線聚氯乙

13、烯 套層polyvinyl chloride cover聚氯乙烯套層Shield cover屏蔽層DielectricCover絕緣層絕緣層無屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線 STP.同軸電纜coaxial cablen同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅制芯線（單股實(shí)心線或多股絞合線）、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層以及保護(hù)塑料外層所構(gòu)成。 n由于外導(dǎo)體屏蔽層的作用，同軸電纜具有很好的抗干擾特性，現(xiàn)被廣泛用于傳輸較高速率的數(shù)據(jù)。 n通常按特性阻抗數(shù)值的不同，將同軸電纜分為以下兩種： n50 同軸電纜n75 同軸電纜.同軸電纜 coaxial cable外導(dǎo)體屏蔽層 outer conductor shield c

14、overDielectric Material絕緣層Dielectric Protection Cover 絕緣保護(hù)套層Inertia conductor內(nèi)導(dǎo)體.50 同軸電纜n主要用于在數(shù)據(jù)通信中傳送基帶數(shù)字信號(hào)，因此50同軸電纜又稱為基帶同軸電纜。n在局域網(wǎng)中廣泛使用這種同軸電纜作為物理媒體。 n在傳送基帶數(shù)字信號(hào)時(shí)，可以有多種編碼方法，最常用的有兩種：n曼徹斯特編碼n差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester Encoding）。 .三種常用的編碼方法.75 同軸電纜n這種同軸電纜用于模擬傳輸系統(tǒng)，它是有線電視中的標(biāo)準(zhǔn)傳輸電纜。n在這種電纜上傳送的信號(hào)采用了頻分復(fù)用

15、的寬帶信號(hào)。.光纖n光纖通信就是利用光導(dǎo)纖維傳遞光脈沖來進(jìn)行通信。n光纖是光纖通信的傳輸媒體。n在發(fā)送端有光源，采用發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器，在電脈沖的作用下能產(chǎn)生光脈沖。n在接收端利用光電二極管做成光監(jiān)測器，檢測到光脈沖時(shí)可還原出電脈沖。.v光纜光纜 光纜通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，主要由光纜通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，主要由纖芯纖芯和和包層包層構(gòu)成雙層通信圓柱體。纖芯很細(xì)，其直徑只有構(gòu)成雙層通信圓柱體。纖芯很細(xì)，其直徑只有8 100 m。正是這個(gè)纖芯用來傳導(dǎo)光波。包層較纖芯有較低的折射。正是這個(gè)纖芯用來傳導(dǎo)光波。包層較纖芯有較低的折射率。當(dāng)光線從高折射率的媒體射向低折射率的媒體

16、時(shí)，其折率。當(dāng)光線從高折射率的媒體射向低折射率的媒體時(shí)，其折射角將大于入射角，如果入射角足夠大，就會(huì)出現(xiàn)全反射，射角將大于入射角，如果入射角足夠大，就會(huì)出現(xiàn)全反射，即光線碰到包層時(shí)就會(huì)折射回纖芯。這個(gè)過程不斷重復(fù)，光即光線碰到包層時(shí)就會(huì)折射回纖芯。這個(gè)過程不斷重復(fù)，光也就沿著光纖傳輸下去。也就沿著光纖傳輸下去。.光線在光纖中的折射 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.光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷?輸入脈沖輸出脈沖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.光纜n光纖非常細(xì)，

17、必須將光纖做成結(jié)實(shí)的光纜。n一根光纜少則只有一根光纖，多則可包括數(shù)十至數(shù)百根光纖。n加上加強(qiáng)芯和填充物提高機(jī)械強(qiáng)度。n必要時(shí)放入遠(yuǎn)供電源線。n加上包帶層和外套層，使抗拉強(qiáng)度達(dá)到幾公斤。.四芯光纜.光纖的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)n通信容量大。n傳輸損耗小，中繼距離長，對(duì)遠(yuǎn)距離傳輸特別經(jīng)濟(jì)。n抗雷電和電磁干擾性能好。n無串音干擾，保密性好，也不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)。n體積小，重量輕。n光纖連接需要專用設(shè)備，光電接口較貴。.應(yīng)用n當(dāng)采用光纖連網(wǎng)時(shí)，常常將一段段點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路串接起來構(gòu)成一個(gè)環(huán)路，通過 T 形接頭連接到計(jì)算機(jī)。 n有源的 T 形接頭實(shí)際上就是一個(gè)有源轉(zhuǎn)發(fā)器。n進(jìn)入的光信號(hào)通過光電二極管變成電信號(hào)，再生放

18、大后，再經(jīng)過激光二極管 LED 變成光信號(hào)繼續(xù)向后面?zhèn)魉?。n有源轉(zhuǎn)發(fā)器的缺點(diǎn)是：一旦 T 形接頭出了故障，整個(gè)光纖環(huán)路即斷開不能工作。n現(xiàn)在純光的信號(hào)再生器也已開始使用。由于不需要進(jìn)行光電和電光轉(zhuǎn)換，因此其工作帶寬大大增加。 .光纖環(huán)路.2.3.2 非導(dǎo)向傳輸媒體無線電微波紅外線可見光紫外線X射線 射線雙絞線同軸電纜衛(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)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108

19、 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動(dòng)無線電 電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜.2.3.2 非導(dǎo)向傳輸媒體 n無線傳輸所使用的頻段很廣。n短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質(zhì)量較差。n微波在空間主要是直線傳播。 n地面微波接力通信n衛(wèi)星通信 n微波接力通信可傳輸電話、電報(bào)、圖像、數(shù)據(jù)等信息。 .地面微波接力通信地面微波接力通信優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大；微波傳輸質(zhì)量較高；建設(shè)投資少，見效快。的容量很大；微波傳輸質(zhì)量較高；建設(shè)投資少，見效快。缺點(diǎn)

20、：缺點(diǎn)：相鄰站之間必須直視，不能有障礙物；相鄰站之間必須直視，不能有障礙物；微波的傳播有時(shí)也會(huì)受到惡劣氣候的影響；微波的傳播有時(shí)也會(huì)受到惡劣氣候的影響；與電纜通信系統(tǒng)比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差；與電纜通信系統(tǒng)比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差；對(duì)大量中繼站的使用和維護(hù)要耗費(fèi)一定的人力和物力。對(duì)大量中繼站的使用和維護(hù)要耗費(fèi)一定的人力和物力。.衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 通信方法是在地球站之間利用位于約通信方法是在地球站之間利用位于約36000公里高空的人造同步公里高空的人造同步地球衛(wèi)星作為中繼器的一種微波接力通信。地球衛(wèi)星作為中繼器的一種微波接力通信。 衛(wèi)星通信的最大特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，且通信費(fèi)用與

21、通信距離無關(guān)。衛(wèi)星通信的最大特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，且通信費(fèi)用與通信距離無關(guān)。 衛(wèi)星通信的另一特點(diǎn)就是具有衛(wèi)星通信的另一特點(diǎn)就是具有較大的傳播時(shí)延較大的傳播時(shí)延。衛(wèi)星地球表面.衛(wèi)星通信常用的三個(gè)頻段n為了避免干擾，衛(wèi)星之間相隔如果不小于2度，那么整個(gè)赤道上空只能放置180個(gè)同步衛(wèi)星。n在衛(wèi)星上使用不同的頻段來進(jìn)行通信。.共享信道2.4 信道復(fù)用技術(shù)2.4.1 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 n復(fù)用(multiplexing)是通信技術(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).頻分復(fù)用 FDM(Frequency

22、Division Multiplexing) n用戶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(gè)頻帶。n頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源（請(qǐng)注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。 頻率時(shí)間頻率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻率 5.時(shí)分復(fù)用TDM(Time Division Multiplexing) n時(shí)分復(fù)用則是將時(shí)間劃分為一段段等長的時(shí)分復(fù)用幀（TDM 幀）。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一個(gè) TDM 幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。n每一個(gè)用戶所占用的時(shí)隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是 TDM 幀的長度）。nTDM 信號(hào)也稱為等時(shí)(isochronous)信號(hào)。n時(shí)

23、分復(fù)用的所有用戶是在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度。.時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間B C DB C DB C DB C DAAAAA 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀.時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間C DC DC DAAAABBBB C DB 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀.時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間BDBDBDAAAA BCCCC DC 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀.時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間B CB CB CAAAA B CDDDDD 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀T

24、DM 幀TDM 幀.時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi) ABCDaabbcdb cattttt4 個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶使用時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)，用戶對(duì)分配到的子信道的利用率一般是不高的。 .統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 STDM(Statistic TDM) 用戶ABCDabcdttttt3 個(gè) STDM 幀#1acbab bcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用. 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 n

25、m 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 WDM(Wavelength Division Multiplexing) n波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。 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)器.2.4.3 碼分復(fù)用 CDM(Code Division Multiplexing) n常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。n各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會(huì)造成干擾。n這種系

26、統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。 n每一個(gè)比特時(shí)間劃分為 m 個(gè)短的間隔，稱為碼片(chip)。 .碼片序列(chip sequence) n每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的 m bit 碼片序列。n如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列。n如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。 n例如，S 站的 8 bit 碼片序列是 00011011。n發(fā)送比特 1 時(shí)，就發(fā)送序列 00011011，n發(fā)送比特 0 時(shí)，就發(fā)送序列 11100100。nS 站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) .CDMA 的重要特點(diǎn)n每個(gè)站分配的碼片序列不僅

27、必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。n在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。 .碼片序列的正交關(guān)系 n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。 n兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規(guī)格化內(nèi)積(inner product)都是 0： 011miiiTSmTS(2-3).碼片序列的正交關(guān)系舉例 n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)。 n把向量 S 和 T 的各分量值代入(2-3)式就可看出這兩個(gè)碼片序列是正交的。 .n任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)

28、積都是1 。n一個(gè)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(gè)重要特性 mimiimiiimSmSSm112211) 1(111SS.CDMA 的工作原理 S 站的碼片序列 S110ttttttm 個(gè)碼片tS 站發(fā)送的信號(hào) SxT 站發(fā)送的信號(hào) Tx總的發(fā)送信號(hào) 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.2.5 數(shù)字傳輸系統(tǒng)1. 脈碼調(diào)制 PCM 體制 n脈碼調(diào)制 PCM 體制最初是為了在電話局之間的中繼線上傳送多路的電話。n由于歷史上的原因，PCM 有兩個(gè)互不兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的 24 路 PCM（簡稱為 T1）和歐洲的 30

29、路 PCM（簡稱為 E1）。我國采用的是歐洲的 E1 標(biāo)準(zhǔn)。nE1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。n當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時(shí)，可采用復(fù)用的方法。 .2. 同步光纖網(wǎng) SONET 和同步數(shù)字系列 SDH n舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點(diǎn)。其中最主要的是以下兩個(gè)方面： n速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。n如果不對(duì)高次群的數(shù)字傳輸速率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，國際范圍的高速數(shù)據(jù)傳輸就很難實(shí)現(xiàn)。 n不是同步傳輸。n在過去相當(dāng)長的時(shí)間，為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，各國的數(shù)字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同步方式。 .同步光纖網(wǎng) SONETn1988年，美國推出了一個(gè)數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)：同步光纖網(wǎng) SONET (Synchron

30、ous Optical Network) 。整個(gè)的同步網(wǎng)絡(luò)的各級(jí)時(shí)鐘都來自一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘。 nSONET為光纖傳輸系統(tǒng)定義了同步傳輸?shù)木€路速率等級(jí)結(jié)構(gòu)，其傳輸速率以51.84 Mb/s為基礎(chǔ)。n此速率對(duì)電信號(hào)稱為第 1 級(jí)同步傳送信號(hào) STS-1 (Synchronous Transport Signal)；對(duì)光信號(hào)則稱為第 1 級(jí)光載波 （Optical Carrier），即 OC-1。.同步數(shù)字系列 SDH nITU-T 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 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。n一般可認(rèn)為 SDH 與 SON

31、ET 是同義詞。nSDH 的基本速率為 155.52 Mb/s，稱為第 1 級(jí)同步傳遞模塊 (Synchronous Transfer Module)，即 STM-1，相當(dāng)于 SONET 體系中的 OC-3 速率。 線路速率(Mb/s)SONET符號(hào)ITU-T符號(hào)表示線路速率的常用近似值 51.840OC-1/STS-1 155.520OC-3/STS-3STM-1155 Mb/s 466.560OC-9/STS-9STM-3 622.080OC-12/STS-12STM-4622 Mb/s 933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-824

32、88.320OC-48/STS-48STM-162.5 Gb/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/s39813.120 OC-768/STS-768 STM-256 40 Gb/s SONET 的 OC 級(jí)/STS 級(jí)與 SDH 的 STM 級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 .SONET 標(biāo)準(zhǔn)定義了四個(gè)光接口層 n光子層(Photonic Layer)n處理跨越光纜的比特傳送，并負(fù)責(zé)進(jìn)行同步傳送信號(hào)STS的電信號(hào)和光載波OC的光信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。在此層由電光轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通信。n段層(Section Layer)n在光纜上傳送 STS

33、-N 幀，有成幀和差錯(cuò)檢測功能。n線路層(Line Layer)n負(fù)責(zé)路徑層的同步和復(fù)用，以及交換的自動(dòng)保護(hù)。n路徑層(Path Layer) n處理路徑端接設(shè)備 PTE (Path Terminating Element)之間的業(yè)務(wù)的傳輸，PTE是具有SONET能力的交換機(jī)。 .SONET 的體系結(jié)構(gòu) 光子層路徑層線路層段層線路 (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).2.6 寬帶接入技術(shù)2.6.1 xDSL

34、技術(shù)nxDSL 技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的模擬電話用戶線進(jìn)行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。n雖然標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號(hào)的頻帶被限制在 3003400 kHz 的范圍內(nèi)，但用戶線本身實(shí)際可通過的信號(hào)頻率仍然超過 1 MHz。nxDSL 技術(shù)就把 04 kHz 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。nDSL 就是數(shù)字用戶線(Digital Subscriber Line)的縮寫。而 DSL 的前綴 x 則表示在數(shù)字用戶線上實(shí)現(xiàn)的不同寬帶方案。 .xDSL 的幾種類型 nADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非對(duì)稱數(shù)字用戶線nH

35、DSL (High speed DSL)：高速數(shù)字用戶線nSDSL (Single-line DSL)：1 對(duì)線的數(shù)字用戶線nVDSL (Very high speed DSL)：甚高速數(shù)字用戶線nDSL ：ISDN 用戶線。nRADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自適應(yīng) DSL，是 ADSL 的一個(gè)子集，可自動(dòng)調(diào)節(jié)線路速率）。 .ADSL 的極限傳輸距離nADSL 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（用戶線越細(xì)，信號(hào)傳輸時(shí)的衰減就越大），而所能得到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率與實(shí)際的用戶線上的信噪比密切相關(guān)。n例如，0.5 毫米線徑的用戶線，傳輸速率為 1.5 2.

36、0 Mb/s 時(shí)可傳送 5.5 公里，但當(dāng)傳輸速率提高到 6.1 Mb/s 時(shí)，傳輸距離就縮短為 3.7 公里。n如果把用戶線的線徑減小到毫米，那么在6.1 Mb/s的傳輸速率下就只能傳送公里 .ADSL 的特點(diǎn)n上行和下行帶寬做成不對(duì)稱的。n上行指從用戶到 ISP，而下行指從 ISP 到用戶。nADSL 在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個(gè) ADSL 調(diào)制解調(diào)器。n我國目前采用的方案是離散多音調(diào) DMT (Discrete Multi-Tone)調(diào)制技術(shù)。這里的“多音調(diào)”就是“多載波”或“多子信道”的意思。.DMT 技術(shù)nDMT 調(diào)制技術(shù)采用頻分復(fù)用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1

37、MHz 的高端頻譜劃分為許多的子信道，其中 25 個(gè)子信道用于上行信道，而 249 個(gè)子信道用于下行信道。n每個(gè)子信道占據(jù) 4 kHz 帶寬（嚴(yán)格講是 4.3125 kHz），并使用不同的載波（即不同的音調(diào)）進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。這種做法相當(dāng)于在一對(duì)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)。.DMT 技術(shù)的頻譜分布 頻譜頻率上行信道傳統(tǒng)電話04下行信道(kHz)401381100.ADSL 的數(shù)據(jù)率n由于用戶線的具體條件往往相差很大（距離、線徑、受到相鄰用戶線的干擾程度等都不同），因此 ADSL 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。n當(dāng) ADSL 啟動(dòng)時(shí)，用戶線兩端的 ADSL 調(diào)

38、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(gè)頻率上測試信號(hào)的傳輸質(zhì)量。nADSL 不能保證固定的數(shù)據(jù)率。對(duì)于質(zhì)量很差的用戶線甚至無法開通 ADSL。n通常下行數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到 6.4 Mb/s 之間，而上行數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到 640 kb/s 之間。.ADSL 的組成 ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線 電話分離器 區(qū)域?qū)拵ЬW(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 Terminat

39、ion Unit)ATU-C（C 代表端局 Central Office）ATU-R（R 代表遠(yuǎn)端 Remote）電話分離器 PS (POTS Splitter) .第二代 ADSL ADSL2（G.992.3 和 ）ADSL2+（）n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 8 Mb/s、上行 800 kb/s的速率。而 ADSL2+ 則將頻譜范圍從 1.1 MHz 擴(kuò)展至2.2 MHz，下行速率可達(dá) 16 Mb/s（最大傳輸速率可達(dá)25 Mb/s），而上行速率可達(dá) 800 kb/s。n采用了無縫速率自適應(yīng)技術(shù) SRA (Seamless Rate Adaptation)，可在運(yùn)營中不中斷通信和不產(chǎn)