1、計算機網絡第 2 章 物理層第 2 章 物理層2.1 物理層的基本概念2.2 數據通信的基礎知識2.2.1 數據通信系統的模型2.2.2 有關信道的幾個基本概念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 導向傳輸媒體2.3.2 非導向傳輸媒體第 2 章 物理層（續）2.4 信道復用技術 2.4.1 頻分復用、時分復用和統計時分復用 2.4.2 波分復用 2.4.3 碼分復用2.5 數字傳輸系統2.6 寬帶接入技術 2.6.1 xDSL技術 2.6.2 光纖同軸混合網（HFC 網） 2.6.3 FTTx 技術2.1 物理層的基本概念物理層標

2、準規定了信號、連接器和電纜要求標準制定機構標準制定機構物理層的主要功能：n確定與某通信系統連接的傳輸媒體、連接接口和信號位傳輸效能特性-服務與協議（標準）。n機械特性機械特性 指明接口所用接線器的形狀和尺寸、指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排列、固定和鎖定裝置等等。引線數目和排列、固定和鎖定裝置等等。n電氣特性電氣特性 指明連接線纜的指明連接線纜的各通信線各通信線上出現的上出現的信號類型及相關參數。（語法）信號類型及相關參數。（語法）n功能特性功能特性 指明指明某通信線某通信線上出現的某一信號狀上出現的某一信號狀態的意義。（語義）態的意義。（語義）n過程特性過程特性 指明對于不同功能

3、的各種可能事件指明對于不同功能的各種可能事件的出現順序。的出現順序。 （同步、時序）（同步、時序）物理層的PDU名稱-位（Bits）2.2 數據通信的基礎知識2.2.1數據通信系統數據通信系統的模型的模型傳輸系統輸入信息輸入數據發送的信號接收的信號輸出數據源點終點發送器接收器調制解調器PC 機公用電話網調制解調器數字比特流數字比特流模擬信號模擬信號 輸入漢字顯示漢字數據通信系統源系統目的系統傳輸系統輸出信息PC 機數據通信的概念術語n數據：承載消息的實體（某種符號系統）。n信號：數據的電氣的或電磁的表現。 n模擬信號：信號參數的取值是連續的。 n數字信號：信號參數的取值是離散的。 n碼元：l承

4、載數據的基本信號單位稱為碼元。承載數據的基本信號單位稱為碼元。l用基于用基于時域時域的波形表示數字信號時，代表不同離散數值的基本波形稱的波形表示數字信號時，代表不同離散數值的基本波形稱為碼元。為碼元。l在數字通信中常常用在數字通信中常常用時間間隔相同時間間隔相同的符號來表示的符號來表示n位二進制數字，這樣位二進制數字，這樣的的時間間隔內時間間隔內的信號稱為碼元。的信號稱為碼元。 而這個間隔被稱為碼元長度。而這個間隔被稱為碼元長度。 l1碼元可以攜帶碼元可以攜帶nbit的信息量的信息量 。n通信通道：發送點向接收點傳輸物理信號的物理通道。物理信道中信號的表示形式示例 2.2.2 信道的基本概念n

5、單向通信（單工通信）信道：只能有一個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）信道：通信的雙方都可以發送信息，但不能雙方同時發送(當然也就不能同時接收)。n雙向同時通信（全雙工通信）信道：通信的雙方可以同時發送和接收信息。 基帶(baseband)信號和帶通(band pass)信號 n基帶信號（即基本頻帶信號）來自信源的原本信號。數字信號具有基帶信號的特征。 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。因此必須對基帶信號進行調制(modulation)。 調制：用一種信號（基帶信號）來控制（調）另一種信號（載波-便于在某種信道

6、傳輸的信號）的定式變化（制）. n帶通信號（寬帶信號）用基帶信號對載波調制后，把基帶信號的（有效）頻率范圍搬移到一個較高的頻率范圍后的信號。該信號在規定的信號頻段（信道）可與其它信號頻段（信道）中的帶通信號在同一媒體中傳輸。基帶數字信號的幾種最基本的調制方法 n調幅(AM)：載波的振幅隨基帶數字信號而變化。 幅移鍵控幅移鍵控 ASK（Amplitude Shift Keying ）n調頻(FM)：載波的頻率隨基帶數字信號而變化。 頻移鍵控頻移鍵控 FSK （frequency shift keying ）n調相(PM)：載波的初始相位隨基帶數字信號而變化。 相移鍵控相移鍵控 PSK （Phas

7、e Shift Keying ） 基帶數字信號ASK、FSK、PSK示例 010011100基帶信號1. 調幅2.調頻3.調相正交幅度調制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) r(r, )可供選擇的相位有 12 種，而對于每一種相位有 1 或2 種振幅可供選擇。16種信號波形（碼元） 由于4 bit 編碼共有16 種不同的組合，因此這 16 個點中的每個點可對應于一種 4 bit 的編碼。 若每一個碼元可表示的比特數越多，則在接收端進行解調時要正確識別每一種狀態就越困難。 舉例：16QAM信號的星座圖2.2.3 信道的極限容量 n實際信道，在傳輸信號時因多

8、種干擾而產生失真。 n碼元傳輸的速率越高，信號傳輸的距離越遠，信號波形的失真就越嚴重。 實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發送信號波形接收信號波形發送信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號波形限制碼元在信道上傳輸速率因素：（1）信道能夠通過的頻率范圍n1924 年，奈奎斯特(Nyquist) 的奈氏準則,給出了在理想條件下，為了避免碼間串擾，碼元的傳輸速率的上限值： C=2Hlog2(V) b/s , H:信道（低通濾波后的）帶寬（以 Hz 為單位） V:信號碼元的離散級別數n表明：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傳送碼元

9、而不出現碼間串擾。 限制碼元在信道上傳輸速率因素：(2) 信噪比 n信噪比 = 10log10（S/N) （dB）n香農(Shannon)用信息論的理論推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限信息傳輸速率。n信道的極限信息傳輸速率 C 可表達為 C = W log2(1+S/N) b/s nW：信道帶寬；nS ：為信道內所傳信號的平均功率；nN ：為信道內部的高斯噪聲功率。n表明：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無差錯的傳輸。編碼編碼n如信道頻帶寬度已確定的，信噪比不能再提高了，碼元傳輸速率也達到了上限值，可用編碼的方法讓每一個碼元攜帶更多比特的信

10、息量。n編碼：在將比特表達到介質上之前，對它進行的比特分組、代碼映射等編碼處理，改善數據傳輸的效率。n使用代碼組的使用代碼組的優點優點有：有：l 降低比特電平錯誤：編碼考慮位同步。降低比特電平錯誤：編碼考慮位同步。l 限制傳輸到介質中的效能：編碼考慮限制傳輸到介質中的效能：編碼考慮DC 平衡（平衡發送的平衡（平衡發送的 1 和和 0 數量）。數量）。 l 幫助甄別數據比特和控制比特：考慮數據和控制比特的編碼（模式）區分。幫助甄別數據比特和控制比特：考慮數據和控制比特的編碼（模式）區分。l 更有效地檢測介質錯誤：利用無效編碼模式檢測錯誤更有效地檢測介質錯誤：利用無效編碼模式檢測錯誤編碼示例：NR

11、Z 信號n簡單的信號方法（編簡單的信號方法（編碼），適用于低速數碼），適用于低速數據鏈路。據鏈路。n不能有效使用帶寬，不能有效使用帶寬，且易受電磁干擾。且易受電磁干擾。l沒有可用于同步發送沒有可用于同步發送節點比特時間的跳變。節點比特時間的跳變。l連續傳輸長串連續傳輸長串 0 或或 1 時，單個比特位之間時，單個比特位之間的邊界會模糊。的邊界會模糊。l接收節點在這種情況接收節點在這種情況下，不能檢測到介質下，不能檢測到介質上的電壓跳變。上的電壓跳變。編碼示例：曼徹斯特編碼n曼徹斯特編碼方案不是用簡單的電壓值來表示比特，而是用電壓跳變來表示比特值n電壓跳變在每個比特時間的中間發生。這種跳變可確保

12、接收節點的比特時間與發送節點的比特時間同步n曼徹斯特編碼效率低，是 10BaseT 以太網采用的信號方法。編碼示例： 4B/5B（信號模式組）2.3 物理層下面的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星地面微波 調幅無線電 調頻無線電 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 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動無線電 電

13、信領域使用的電磁波的頻譜2.3.1 導向傳輸媒體信號傳輸受限于媒體（導體）路徑n雙絞線n屏蔽雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair)n無屏蔽雙絞線 UTP (Unshielded Twisted Pair) 銅線銅線聚氯乙烯 套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層無屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線 STP無屏蔽雙絞線 UTP圖示屏蔽雙絞線 STP圖示屏蔽雙絞線電纜的典型應用雙絞線線序常用雙絞線絞合線類型帶寬典型應用316MHz低速網絡，模擬電話420MHz短距離的10BASE-T以太網5100MHz10BASE-T以太網，100快速以太網5E(超5類） 100MHz100BASE

14、-T快速以太網， 1000BASE-T吉比特以太網6250MHz1000BASE-T吉比特以太網，ATM網絡7600MHz可能用于10吉比特以太網以太網物理介質特性雙絞線連接器正確的連接器端接同軸電纜編織線外導體/屏蔽層絕緣層絕緣保護套層內導體同軸電纜連接器同軸電纜連接器光纖介質常見的光纖連接器直通式光纖連接器直通式光纖連接器 (ST)（商標為（商標為 AT&T）- 一種一種很常見的刺刀型連接器，很常見的刺刀型連接器，廣泛用于多模光纖。廣泛用于多模光纖。用戶連接器用戶連接器 (SC) - 一種一種使用推拉機制確保正面插使用推拉機制確保正面插入的連接器。此類連接器入的連接器。此類連接器廣

15、泛用于單模光纖。廣泛用于單模光纖。朗訊連接器朗訊連接器 (LC) - 一一種廣泛用于單模光纖種廣泛用于單模光纖且支持多模光纖的小且支持多模光纖的小型連接器。型連接器。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） 包層纖芯特點：低損耗、高帶寬、高抗擾、無輻射、體積小、重量輕特點：低損耗、高帶寬、高抗擾、無輻射、體積小、重量輕光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸的方式是不斷地全反射有三個紅外區域的電磁波段在纖芯中傳輸由較低的衰減： 0.85m，1.30 m ，1.55 m 輸入脈沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光

16、纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖多模光纖與單模光纖規格綜合（結構化）布線系統 EIA/TIA-568（商用建筑物電信布線標準）GB50311-2007綜合布線工程設計規范網絡綜合布線系統工程結構示意圖 電信間FD與電話交換配線方式電信間FD與計算機網絡設備之間的連接方式綜合布線系統的各個子系統機柜、信息插座、水平布線橋架：梯級式、槽式、托盤式布線設計例題布線設計例題-1n已知某建筑物其中一樓層采用光纖到桌面的布線方案，該樓層共有40個光纖點，每個光纖信息點均布設一根室內2芯多模光纖至建筑物的設備間，請問設備間的機柜內應選用何種規格的IBDN光纖配線架？數量多少？需要訂購多少個光纖耦合器？n提示：IB

17、DN光纖配線架的規格為12口、24口、48口。n解答：解答： 根據題目得知共有40個光纖信息點，由于每個光纖信息點需要連接一根雙芯光纖，因此設備間配備的光纖配線架應提供不少于80個接口，考慮網絡以后的擴展，可以選用3個24口的光纖配線架和1個12口的光纖配線架。光纖配線架配備的耦合器數量與需要連接的光纖芯數相等，即為80個。布線設計例題布線設計例題-2n已知某校園網分為三個片區，各片區機房需要布設一根24芯的單模光纖至網絡中心機房，以構成校園網的光纖骨干網絡。網管中心機房為管理好這些光纜應配備何種規格的光纖配線架？數量多少？光纖耦合器多少個？需要訂購多少根光纖跳線？n解答：解答：（1）根據題目

18、得知各片區的三根光纖合在一起總共有72根纖芯，因此網管中心的光纖配線架應提供不少于72個接口。（2）由以上接口數可知網管中心應配備24口的光纖配線架3個。（3）光纖配線架配備的耦合器數量與需要連接的光纖芯數相等，即為72個。（4）光纖跳線用于連接光纖配線架耦合器與交換機光纖接口，因此光纖跳線數量與耦合器數量相等，即為72根。2.3.2 非導向傳輸媒體-無線媒體n信號傳輸不像銅介質和光纖介質那樣受限于媒體（導體）信號傳輸不像銅介質和光纖介質那樣受限于媒體（導體）路徑。路徑。n信號形式：信號形式：無線電無線電微波微波紅外線紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛星衛星地面微波地面微波 調幅調幅

19、無線電無線電 調頻調頻無線電無線電 海事海事無線電無線電光纖電視(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 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動移動無線電無線電 頻率、波長和速率nf=cn設：的單位是米， f的單位是MHz, 可有f300 例如：f=100MHz ，3mn另： f=c/ ,兩邊對求微分 df/d =-c / 2 ， 用有限差分代替微分，且只看絕對值，

20、 有 f=c/ 2 n設=1.310-6m， =0.1710-6m 可得 f 30THz， 若編碼率為8位/Hz, 則數據傳輸速率=240Tbps無線介質的標準和類型nIEEE 802.11 - 通常也通常也稱為稱為 Wi-Fi，是一種無，是一種無線線 LAN (WLAN) 技術技術nIEEE 802.15 - 無線個無線個域網域網 (WPAN) 標準，標準，通常稱為通常稱為“藍芽藍芽“。nIEEE 802.16 - 通常稱通常稱為為 WiMAX（微波接入（微波接入全球互通），提供無全球互通），提供無線帶寬接入。線帶寬接入。n全球移動通信系統全球移動通信系統 (GSM) - 包括可啟用第包括可

21、啟用第 2 層通用分組無線業務層通用分組無線業務 (GPRS) 協議的物理層協議的物理層規范，提供通過移動規范，提供通過移動電話網絡的數據傳輸。電話網絡的數據傳輸。無線 LAN標準和設備IEEE 802.11a - 工作頻段 5 GHz，速度高達 54 Mbps。此標準的工作頻率較高，因此它的覆蓋面積較小、透過建筑物的效率較低。據此標準工作的設備不能和基于 802.11b 和 802.11g 標準的設備互操作。IEEE 802.11b - 工作頻段 2.4 GHz,速度高達 11 Mbps.比基于 802.11a 標準的設備有更好的透過建筑物的能力。IEEE 802.11g - 工作頻段 2.

22、4 GHz，速度高達 54 Mbps。與 802.11b工作在相同的射頻范圍內。IEEE 802.11n 標準正在起草中。提議的標準規定頻率為 2.4 Ghz 或 5 GHz。預計數據速率為 100 Mbps 至 210 Mbps、距離長達 70 米。共享信道2.4 信道復用技術2.4.1 頻分復用、時分復用和統計時分復用 n信道復用技術：就是按照一定的規律，在同一物理信道（無線或有線信道）中實現傳輸多路信號的技術 。信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2復用分用(a) 不使用復用技術(b) 使用復用技術信道復用技術的種類n頻分多路復用（FDM）n時分多路復用（TDM）n

23、波分多路復用（WDM）n碼分多路復用（CDM）n空分多路復用（SDM）頻分復用 FDM(Frequency Division Multiplexing) n頻分復用就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個子頻帶（或稱子信道），每一個子信道傳輸1路信號。 n所有子信道傳輸的信號以同時并行的方式工作，信源各自同時占用不同的帶寬資源。n信源在分配到一定頻帶的子信道后，在通信過程中自始至終都占用這個子信道頻帶。頻率時間頻率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻率 5FDM頻分復用 時分復用TDM(Time Division Multiplexing) n時分復用是將整個信道傳輸信息的時間劃分為一段段等長的時分復

24、用幀（TDM 幀）。n每個TDM 幀劃分成若干時間片（簡稱時隙），每一個信源在每一個 TDM 幀中分配并占用固定序號的時隙進行數據傳輸。nTDM幀周期性出現，每一個信源在TDM幀中所占用的時隙也周期性出現。n時分復用信源是在不同的時間占用同樣的帶寬資源。n時分復用技術因時隙事先分配且固定不變，也叫同步/靜態時分復用。頻率時間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 幀時分復用TDM同步(靜態) TDM同步(靜態) TDM的缺點 ABCDaabbcdb cattttt4 個時分復用幀#1acbcd時分復用#2#3

25、#4信源n當某信源沒有數據傳輸時，它所對應的信道會出現空閑，當某信源沒有數據傳輸時，它所對應的信道會出現空閑，而其他繁忙的信道無法占用這個空閑的信道，因此會降低而其他繁忙的信道無法占用這個空閑的信道，因此會降低線路的利用率。線路的利用率。n由于計算機數據通信的突發性，使用同步時分復用系統傳由于計算機數據通信的突發性，使用同步時分復用系統傳遞時，造成信道利用率不高。遞時，造成信道利用率不高。 統計時分復用 STDM(Statistic TDM) ABCDabcdttttt3 個 STDM 幀#1acbab bcacd#2#3統計時分復用信源n也稱為標記復用、智能時分多路復用、動態或異步時分復用。

26、也稱為標記復用、智能時分多路復用、動態或異步時分復用。n帶寬動態分配：采用時隙動態按需分配，而不非固定時隙分配。帶寬動態分配：采用時隙動態按需分配，而不非固定時隙分配。n根據信號源是否要發送數據信號和對帶寬的需求情況來分配時隙。根據信號源是否要發送數據信號和對帶寬的需求情況來分配時隙。STDMATDM 異步時分復用異步時分復用2.4.2 波分復用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)復用方式復用方式：n1310 nm和1550nm波長的波分復用l僅用兩個波長：僅用兩個波長：1310 nm窗口和窗口和1550 nm窗口各一個波長，窗口各一個波長， l實現單纖

27、雙窗口傳輸。實現單纖雙窗口傳輸。n稀疏波分復用（CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexing）l 稀疏稀疏(波長間隔大波長間隔大)波分復用，相鄰信道的間距波分復用，相鄰信道的間距20 nml 波長數目一般為波長數目一般為4波或波或8波，最多波，最多16波波l 使用使用1 2001 700 nm的寬窗口，的寬窗口，l 目前主要應用波長在目前主要應用波長在1550 nm的系統中。的系統中。 n密集波分復用（DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing）l 密集密集(波長間隔小波長間隔小)波分復用，相鄰信道間距波分

28、復用，相鄰信道間距1.6 nm，例，例0.4 nml 可以承載可以承載8160個波長，個波長，l 單根光纖可以傳輸的數據流量高達單根光纖可以傳輸的數據流量高達400 Gbit/s 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 DWDM密集波分復用示意圖摻鉺光纖放大器 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s復用器分用器

29、EDFA（ Erbium-doped Optical Fiber Amplifier ）120 km光調制器光解調器2.4.3 碼分復用 CDM(Code Division Multiplexing) n碼分多路復用CDM又稱碼分多址（多路）訪問訪問（Code Division Multiple Access,CDMA）,nCDM與FDM及TDM不同,它既共享信道的頻率,也共享時間 。n各信源使用經過特殊挑選的彼此不會造成干擾的不同編碼序列（碼型）實現信道共享。 編碼序列-碼片序列(chip sequence) n將每一個比特時間再劃分為 m 個短的間隔，稱為碼片(chip)n每個站被指派一個

30、唯一的 m bit 碼片序列(chip sequence) 。n如發送比特 1，則發送自己的 m bit 碼片序列。n如發送比特 0，則發送該碼片序列的二進制反碼。 n例如，S 站的 8 bit 碼片序列是 00011011。n發送比特 1 時，就發送序列 00011011，n發送比特 0 時，就發送序列 11100100。110ttm 個碼片信源的數據比特信源的數據比特信源的碼片序列信源的碼片序列chip sequence碼片序列碼片序列時間片序列時間片序列Chip/碼片碼片/時間片時間片CDMA效能例：1MHz的頻段用于100個站,n 使用FDMA,每站有10KHz的帶寬,數據速率可為10

31、kbps(設bit/Hz)n 使用CDMA,每站使用完全完全的1MHz頻段，劃分成1M的時間片， 若每位使用時間片FDMA信源的信源的1bit位寬位寬信源信源S100的碼片序列的碼片序列小于小于100時間片的時間片的碼片序列碼片序列 1MHz 個時間片信源信源S1的碼片序列的碼片序列每信源數據速率10Kbps1M 個時間片個時間片碼片序列時間片碼片序列時間片(100)碼片序列的正交關系 n每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)n碼片序列表示方法：雙極表示法 例：二進制碼片序列 雙極表示法碼片序列 A站 0 0 0 1 1 0 1 1 -1 -1 -1

32、+1 +1 -1 +1 +1 B站 0 0 1 0 1 1 1 0 -1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1正交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兩個不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規格化內積(inner product)都是 0： 011miiiTSmTS例：可計算例：可計算AB=0因為因為S和和T得分量中，對應分量相等的數目與不相等數目是一樣的，得分量中，對應分量相等的數目與不相等數目是一樣的，且若：且若：ST=0,則則ST=0n任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規格化內積都是1 。n一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規格化內積值是

33、 1。 正交關系的另一個重要特性 mimiimiiimSmSSm112211) 1(111SSCDMA 的工作原理 S 站的碼片序列 S110ttttttm 個碼片tS 站發送的信號 SxT 站發送的信號 Tx總的發送信號 Sx + Tx規格化內積 S Sx規格化內積 S Tx數據碼元比特發送端接收端ST=0ST=0ST=0SS=1SS=-1（二進制（二進制0）SS=1ST=0 被過濾被過濾ST=1 被接收被接收CDMA的技術原理nCDMA的技術原理是基于擴頻技術，即將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數據用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼（PN）進行調制，使原數據信號的帶寬被擴展，接收端使用

34、完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關處理，把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴，完成信息通信。n例：信源原本發送B位, 使用碼片序列編碼后需發送mB位，信息量增加了m倍，所以需要帶寬擴頻m倍。【討論討論】兩大權威的矛盾！兩大權威的矛盾！關于碼分多路復用（關于碼分多路復用（CDMA） 謝希仁和馮博琴兩位老師都是計算機網絡教育界的泰斗，但我發現他們關于碼分多路復用（CDMA）原理的問題上有矛盾。 謝希仁老師說，發送方按照自己的碼片序列調制將要發送的信息，接收方要先獲得發送方的碼片序列，然后用該序列與接收到的混合信息做內積，從而檢測出發送方想要發送的信息。而馮博琴老師說，發送方將要發送信息

35、的時候，先要獲得接收方的碼片序列，用這個序列調制將要發送的信息，接收方用自己的碼片序列與接收到的混合信息做內積，從而檢測出發送方想要發送的信息。兩者正好相反！2.5 數字傳輸系統1. 脈碼調制 PCM 體制 n脈碼調制 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 有兩個互不兼容的國際標準，即北美的 24 路 PCM（簡稱為 T1）和歐洲的 30 路 PCM（簡稱為 E1）。我國采用的是歐洲的 E1 標準。nPCM信號成幀后裝入TDM時隙E1幀和T1幀nE1 的速率:3281/(12510-6)= 2.048 Mb/s,1 2 3 32 幀片時長幀片時

36、長125微妙，分為微妙，分為32個時隙每個時隙傳送個時隙每個時隙傳送8bitE1幀幀nT1 的速率:(248+11)/(12510-6)=1.544 Mb/s1 2 24幀片時長幀片時長125微妙，分為微妙，分為24個時隙，每個時隙傳送個時隙，每個時隙傳送8bit，每幀有一位同步碼每幀有一位同步碼T1幀幀PCM高次群的話路數和數據率n當需要有更高的數據率時，可采用進一步的復用方法。 系統類型一次群二次群三次群四次群五次群符號E1E2E3E4E5歐洲體制話路數3012048019207680數據率（Mb/s）2.0488.44834.368139.264565.148符號T1T2（4T1） T3

37、（7T2)T4（6T3)北美體制話路數24966724032數據率（Mb/s）1.5446.31244.736274.176T 載波層級2. 同步光纖網 SONET 和同步數字系列 SDH n舊的數字傳輸系統存在著許多缺點。 最主要的是以下兩個方面： n速率標準不統一。n如果不對高次群的數字傳輸速率進行標準化，國際范圍的高速數據傳輸就很難實現。 n不是同步傳輸。n在過去相當長的時間，為了節約經費，各國的數字網主要是采用準同步方式。n注：準同步數字系列(PDH)的系統，是在數字通信網的每個節點上都分別設置高精度的時鐘，這些時鐘的信號都具有統一的標準速率。盡管每個時鐘的精度都很高，但總還是有一些微

38、小的差別。為了保證通信的質量，要求這些時鐘的差別不能超過規定的范圍。因此，這種同步方式嚴格來說不是真正的同步，所以叫做“準同步”。同步光纖網 SONET與同步數字系列 SDHn同步光纖網 SONET (Synchronous Optical Network) n各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘。 n以傳輸速率51.84 Mb/s為基礎n對應電信號為STS-1-第 1 級同步傳送信號 (Synchronous Transport Signal) n對應光信號則稱為OC-1-第 1 級光載波（Optical Carrier）。nITU-T 以美國標準 SONET 為基礎，制訂出國際標準同步數字系

39、列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。n一般可認為 SDH 與 SONET 是同義詞。nSDH 的基本速率為 155.52 Mb/s，稱為第 1 級同步傳遞模塊 (Synchronous Transfer Module)，即 STM-1，相當于 SONET 體系中的 OC-3 速率。SONET圖示線路速率(Mb/s)SONET符號ITU-T符號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-4

40、622 Mb/s 933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-82488.320OC-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/STS 級與 SDH 的 STM 級的對應關系 SONET與SDH體系結構SDH終端終端SDH終端終端復用器復用器或或分用器分用器復用器復用器或或分用器分用器轉發器轉發器轉發器轉發器段段

41、段段段段線路線路路徑路徑路徑層路徑層線路層線路層段層段層光子層光子層線路層線路層段層段層光子層光子層線路層線路層段層段層光子層光子層路徑層路徑層線路層線路層段層段層光子層光子層段層段層光子層光子層段層段層光子層光子層光子層：負責跨光纜比特傳輸，光子層：負責跨光纜比特傳輸，STS電信號與電信號與OC光信號轉換等。光信號轉換等。段段 層：負責構成層：負責構成STS-N幀及差錯檢測等。幀及差錯檢測等。線路層：負責路徑層的同步和復用。線路層：負責路徑層的同步和復用。路徑層：負責路徑端接設備路徑層：負責路徑端接設備PTE之間接入和的業務數據的傳輸。之間接入和的業務數據的傳輸。2.6 寬帶接入技術2.6.

42、1 xDSL技術nxDSL 技術就是用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造，使它能夠承載寬帶業務。n雖然標準模擬電話信號的頻帶被限制在 3003400 kHz 的范圍內，但用戶線本身實際可通過的信號頻率仍然超過 1 MHz。nxDSL 技術就把 04 kHz 低端頻譜留給傳統電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網使用。nDSL 就是數字用戶線(Digital Subscriber Line)的縮寫。而 DSL 的前綴 x 則表示在數字用戶線上實現的不同寬帶方案。 ADSL 的組成 ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線 電話分離器 區域寬帶網至 ISP居民家庭基于 ADS

43、L 的接入網端局或遠端站DSLAM至本地電話局PSPSn數字用戶線接入復用器 DSLAM (DSL Access Multiplexer)n接入端接單元 ATU (Access Termination Unit)nATU-C（C 代表端局 Central Office）nATU-R（R 代表遠端 Remote）n電話分離器 PS (POTS Splitter) ADSL 的特點n上行和下行帶寬做成不對稱的。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 ADSL 調制解調器。n我國目前采用的方案是離散多音調 DMT (Discrete Mul

44、ti-Tone)調制技術。這里的“多音調”就是“多載波”或“多子信道”的意思。DMT 技術nDMT 調制技術采用頻分復用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端頻譜劃分為許多的子信道，其中 25 個子信道用于上行信道，而 249 個子信道用于下行信道。n每個子信道占據 4 kHz 帶寬（嚴格講是 4.3125 kHz），并使用不同的載波（即不同的音調）進行數字調制。這種做法相當于在一對用戶線上使用許多小的調制解調器并行地傳送數據。DMT 技術的頻譜分布 頻譜頻率上行信道傳統電話04下行信道(kHz)401381100 xDSL 的幾種類型 nADSL (Asymmetric

45、 Digital Subscriber Line)：非對稱數字用戶線nHDSL (High speed DSL)：高速數字用戶線nSDSL (Single-line DSL)：1 對線的數字用戶線nVDSL (Very high speed DSL)：甚高速數字用戶線nDSL ：ISDN 用戶線。nRADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自適應 DSL，是 ADSL 的一個子集，可自動調節線路速率）。 ADSL 的極限傳輸距離nADSL 的極限傳輸距離與數據率以及用戶線的線徑都有很大的關系（用戶線越細，信號傳輸時的衰減就越大），而所能得到的最高數據傳輸速率與實際的用戶線上的信噪

46、比密切相關。n例如，0.5 毫米線徑的用戶線，傳輸速率為 1.5 2.0 Mb/s 時可傳送 5.5 公里，但當傳輸速率提高到 6.1 Mb/s 時，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0.4毫米，那么在6.1 Mb/s的傳輸速率下就只能傳送2.7公里 ADSL 的數據率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 采用自適應調制技術使用戶線能夠傳送盡可能高的數據率。n當 ADSL 啟動時，用戶線兩端的 ADSL 調制解調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信號的傳輸質量。nADSL 不能保證固定的數據率。對于質量