1、計算機網絡主講人：賈瑞生E_mail:jia.ruisheng.第1頁，共65頁。第2章 物理層本章的主要內容:2.1 物理層的基本概念（#） 2.2 數據通信的基礎知識（#）2.3 傳輸媒體2.4 信道復用技術（#）2.5 數字傳輸技術（#）2.6 寬帶接入技術（#）.第2頁，共65頁。2.1 物理層的基本概念 （1）物理層的主要任務和功能 物理層是網絡系統的最低層，也是實現網絡通信的不可缺少的最基本的層次。它的主要任務是通過信號，實現計算機和通信結點之間的數據比特流的傳輸。 為了實現數據的移動，物理層應首先在數據的發送和接收端建立一條傳輸通道，并在發送端具備把數據比特轉換成信號，而在接收端

2、具備把信號轉換成數據比特的功能。 .第3頁，共65頁。2.1 物理層的基本概念 （2）物理層協議的主要內容 物理層協議描述的主要內容如下: 機械特性：指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。 電氣特性：指接口電纜的各條線上出現的電壓的范圍。 功能特性：指線路上的某一電平的電壓表示何種意義。 過程特性：指對于不同功能的各種事件的出現順序。 .第4頁，共65頁。 （1）數據通信系統的模型2.2 數據通信的基礎知識數據通信系統源系統目的系統傳輸系統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輸出信息調制解調器PC 機公用電話網調制解調器數字比特流數

3、字比特流模擬信號模擬信號 輸入漢字顯示漢字PC 機.第5頁，共65頁。 （2）物理層常用的幾個術語 數據：信息的具體表示形式。在計算機中，采用“0”和“1”的組合表示各種信息。 信號：數據的電氣的或電磁波的表現形式。物理實驗表明，最簡單的信號是一個單一頻率的正弦波。復雜的信號可有多個不同頻率不同幅度的正弦波組成。 2.2 數據通信的基礎知識 模擬信號：信號的取值是連續的。 數字信號：信號的取值是離散的。 基帶信號: 來自信源的基本頻帶信號。計算機和電話直接輸出的數據信號均為基帶信號。 .第6頁，共65頁。2.2 數據通信的基礎知識 （3）信號的數學表示與分析 1）付氏級數 任何一個周期為T的函

4、數f(t)，都可用付氏級數表示為： f(t)=(c/2)+ansin(2tnft)+bncos(2nft) 其中：f=1/T， c =（2/T）f(t)dt， an = (2/T)f(t)sin(2nft)dt bn = (2/T)f(t)cos(2nft)dt an，bn分別是n次諧波的正弦和余弦波的振幅值。 2）周期信號的數學表示 一個周期為T的信號可以看作為一個周期為T的時間函數。因此，任何一個周期為T的信號，都可以用付氏級數表示。由信號的付氏級數表示可見，任何一個信號都含有有限或無限個不同頻率成分的正弦或余弦波，其信號的波形有所含頻率成分的正弦或余弦波疊加而成。 一般講，對于一個模擬信

5、號，其所含的頻率的成分是有限的；而對于一個數字信號，其所含的頻率成分是無限的。.第7頁，共65頁。2.2 數據通信的基礎知識T/2T/2TT(t)S(t)周期為T的方波信號 3）信號的頻譜分析示例 下面以方波為例,并用圖形分解的方法來說明數字信號是如何由無數個正弦或余弦波形疊加而成的。 對于右圖所示的方波信號，其付氏級數的函數表達式如下： 上述公式說明，對稱的方波是由多個奇次諧波組成的。下面分別給出1、3、5、7次等諧波及其疊加的圖形。11s(t)=41tcos(33tcos+55tcos+。(-1)(n-1)/2+1nntcos 其中:n=2nf,f=1T）.第8頁，共65頁。2.2 數據通

6、信的基礎知識s(t)=41tcos(133tcos+155tcos+。(-1)(n-1)/2+1nntcos 其中:n=2n f ,f2n f=1T 上述公式說明，對稱的方波是由多個奇次諧波組成的。下面分別給出1、3、5、7次等諧波及其疊加的圖形。）S(t)(t)S(t)(t)(t)S(t)1次諧波 S(t)(t)3 次諧波S(t)(t)5次諧波7次諧波9次諧波(t)S(t)1次和3次諧波疊加結果 1、3和5次諧波疊加結果 (t)S(t)S(t)1、3、5和7次諧波疊加結果 (t).第9頁，共65頁。2.2 數據通信的基礎知識 碼元：是一個波形和長度固定的獨立信號，在通信中可用其表示一個或多個

7、比特。 （3）有關信道的幾個基本概念 信道指的是用來傳輸信息的通道。一條通信線路上可以包含多個通信信道。從通信的雙方交互的方式來看，可以把信道分成以下幾種形式。 單向通信（單工通信）：只能有一個方向的通信。 雙向交替通信（半雙工通信）：通信的雙方都可發送信息，但不能同時發送。 .第10頁，共65頁。 雙向同時通信（全雙工通信）：通信的雙方可以同時發送和接收信息。 2.2 數據通信的基礎知識信源信宿信宿信源信源信宿信宿信源信源信宿（a)單工數據傳輸（b)半雙工數據傳輸（c)全雙工數據傳輸.第11頁，共65頁。 （4）信號的基本調制方法 基帶信號中往往包含有較多的低頻成分，而許多信道并不能傳輸這種

8、低頻分量。需要對基帶信號進行適當調制后再進行傳輸。最基本的調制方法有調幅(AM)、調頻(FM)和調相(PM)和混合調制幾種。各種調制方法的做法如下： 一個最基本的電磁波信號，其幅度隨時間變化的關系，可以用一個正弦函數表示，即： E = Am sin(2ft+) 調幅(AM)：就是對最基本的電磁波信號取不同的Am值，如取Am=1，表示數據“1”；取Am=2，表示數據“0”等。 2.2 數據通信的基礎知識.第12頁，共65頁。 混合調制: 就是就是對最基本的電磁波信號采用上述三種方法的組合進行信號的調制。其中采用振幅與相位的組合進行調制的方法稱為“正交振幅調制( Quadrature Amplit

9、ude Modulation, QAM )。2.2 數據通信的基礎知識 調頻(FM)：就是就是對最基本的電磁波信號取不同的f值，如取f=f0， 表示數據“1”； 取f=f1 ，表示數據“0”等。 調相(PM)：就是就是對最基本的電磁波信號取不同的值，如取=0,表示數據“1”； 取=，表示數據“0”等。.第13頁，共65頁。010011100基帶信號調幅調頻調相2.2 數據通信的基礎知識.第14頁，共65頁。 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。 正交振幅調制(QAM)舉例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。

10、由于4bit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4bit的編碼。 2.2 數據通信的基礎知識.第15頁，共65頁。 （5）信道的極限容量 任何實際的信道在傳輸信號時都會受到干擾，使輸出的信號產生失真。碼元傳輸的速率越高，或信號傳輸的距離越遠，信道輸出波形的失真就越嚴重。發送信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾）接收信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾）發送信號波形接收信號波形2.2 數據通信的基礎知識.第16頁，共65頁。 信道的數據傳輸速率與帶寬的關系可由尼奎斯特定律和香農定律表明。 尼奎斯特定律：對于一個無噪聲的信道，其最大的數據傳輸速率為： C =

11、2 H Log2 L (b/s) 其中：H為信道的帶寬，以Hz為單位， L 表示給定時刻數字信號的可能取的離散值的個數，C 是信道的最大數據傳輸速率。2.2 數據通信的基礎知識 尼奎斯特定律表明，對于一個無噪聲的信道，其最大可能的數據傳輸速率由該信道的帶寬和信號可能取的狀態值的個數決定。當數據的傳輸速率超過這個上線時，信道中的的碼元就會出現碼間串擾，接收端就不能對碼元進行確切的區分。.第17頁，共65頁。 香濃定律：對于一個有噪聲的信道，其最大的數據傳輸速率為： C = H Log2（1+S/N）(b/s) 其中：H為信道的帶寬，以Hz為單位，S為信道內信號的平均功率，N為信道內干擾信號的功率

12、。2.2 數據通信的基礎知識 香濃定律表明，：對于一個有噪聲的信道，其最大可能的數據傳輸速率由該信道的帶寬和信噪比決定。 一個實際的信道總是包含有一定的噪聲的。當信道的帶寬一定時，可以采用降信道低噪聲和提高信號功率的方法來提高信道的數據傳輸速率。 通常在實際的信道中，其信噪比的值比較大，常采用分貝（dB)為單位進行表示。 S/N(dB)=10 Log10(S/N)(dB).第18頁，共65頁。 （6）信道的數據傳輸速率與波特率的關系 碼元的速率B和數據的傳輸速率C在數值上也有一定的關系，其關系為： C = B Log2 L 在許多場合， 通常信號只取兩種狀態（L = 2），此時，碼元的速率B和

13、數據的傳輸速率C在數值上就相等。 碼元的速率也稱為波特率。 從上面的討論，可以看出，對于帶寬一定的信道，如果信噪比和碼元的傳輸速率都不能再提高了，此時，還可通過編碼的方法來提高信道的數據傳輸速率，即設法產生多種狀態的碼元，這樣就可讓一個碼元代表多位比特。 2.2 數據通信的基礎知識.第19頁，共65頁。2.3 物理層采用的傳輸媒體 傳輸媒體是信號傳輸的物理通道，可分為有線和無線兩種。有線媒體主要有雙絞線、同軸電纜和光纖等；無線媒體為宇宙空間。下圖是電信領域使用的電磁信號的頻譜。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

14、 (Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF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 .第20頁，共65頁。 （1）有線傳輸媒體 雙絞線：是在電纜的內部由若干對兩兩絞在一起的相互絕緣的金屬導線組成。采用兩兩相絞的絞線技術可以抵消相鄰線對之間的電磁干擾和減少近端串擾。 無屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線 STP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 雙絞線既可以傳輸模擬

15、信號，又能傳輸數字信號。雙絞線又可以分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線STP）。屏蔽雙絞線是在非屏蔽雙絞線的外面加上一個用金屬編制的屏蔽層，用于防止外界電磁信號對其內部信號的干擾。2.3 物理層采用的傳輸媒體.第21頁，共65頁。 到目前為止，美國電子工業協會（EIA）和電信工業協會（TIA）已頒布了六類雙絞線標準。 一類：適用于電話和低速數據通信； 二類：適用于綜合業務網ISDN等，速率可達16MB/S； 三類：適用于10Base-T或100Base-T4等局域網，速率高達20MB/S； 四類：適用于100Base-TX和100Base-T4等局域網，速率高達100MB/S。 五類：適用

16、于100Base-TX 、100Base-T4、1000Base-TX等局域網，支持高達1000MB/S的數據通信。 六類：適用于1000Base-TX局域網，支持高達1000MB/S的數據通信。2.3 物理層采用的傳輸媒體.第22頁，共65頁。 同軸電纜：其結構是一個外部圓柱形空心導體圍裹著一個內部導體。內部導體可以是單股實心線也可以是多根絞合線；外部導體可以是單股線也可以是編織線。內外導體中間用規則間隔的絕緣環或者用固體絕緣材料將兩者隔開。2.3 物理層采用的傳輸媒體.第23頁，共65頁。 按內部導體的阻抗特性可分為50、75、93等幾種。其中50 的同軸電纜 用于計算機局域網等數字信號的

17、傳輸，75 和93 的同軸電纜用于電視網等模擬信號的傳輸。 按內部導體的直徑可分為粗同軸電纜和細同軸電纜兩種。粗同軸電纜的阻抗特性為一般為75或93，細同軸電纜阻抗特性一般為50 。 同雙絞線相比，同軸電纜對信號的衰減小，對外輻射小，抗干擾能力強，更有利于高頻信號的傳輸。2.3 物理層采用的傳輸媒體.第24頁，共65頁。 纖芯包層敷層墊層殼層(a) 光纖的基本結構光纖隔離架包層（b)光纜的結構 光纖：是一種可以傳輸光的導體。纖芯的光折射率略高于包層，包層的折射率為常數，纖芯和包層的直徑約50120m，脆弱易斷，需要在包層外再加上敷層、墊層和殼層。敷層用固化塑料，墊層用硅橡膠等低彈性材料，殼層用

18、尼龍等高強度材料。結構如下圖（a)所示。 把數根光纖紐絞在一起，外纏塑料綁帶和鉛皮，再包上塑料或用鋼帶裹裝，既稱為光纜。如圖(b)所示。2.3 物理層采用的傳輸媒體.第25頁，共65頁。 光的傳播原理：當光從一種介質斜射到另一種介質時，在兩種介質的交界處，光的傳播方向將不一致，這種現象被稱為光的折射。根據光的折射定律，當光的折射角大于90度時，即發生全反射，光線全部反回到第一種介質中。光在光纖中的傳播路徑如下圖所示。 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2.3 物理層采用的傳輸媒體.第26頁，共65頁。 輸入脈沖輸出脈沖單模光纖輸入脈沖

19、輸出脈沖多模光纖 光纖的分類：按照光在光纖中傳播的路徑不同，可將光纖分為多模和單模型。多模光纖的纖芯的直徑較大，通常為50-120m，而單模光纖的纖芯的直徑很小，通常為50m以下。在多模光纖中,不同波長的光線所走的路徑不同.在單模光纖中,不同波長的光線所走的路徑幾乎相同。2.3 物理層采用的傳輸媒體.第27頁，共65頁。 光纖通信系統：長距離光纖通信系統由光信號發信機、光纖線路、中繼器和光信號接收機組成，如下圖所示。光發信機光信號中繼器光接收機光纖通信系統的基本組成結構 利用光纖進行數字通信，當傳輸的信號為“1”時，讓光發信機產生光脈沖，為“0”時，發信機不產生光脈沖。 光纖通信的特點： 通信

20、容量大； 中繼距離長； 抗干擾能力強； 不容易被竊聽等。2.3 物理層采用的傳輸媒體.第28頁，共65頁。 無線電傳輸：通常把頻率低于1012的電磁波稱為無線電波。無線電波可在地表面、大氣層、電離層和真空中傳播。不同的環境對不同頻率的電波的吸收、透射和干擾的程度不同，因此其傳播的路線和速度亦不同。例如地表面進行通信，通常采用長波和中波；在大氣層中進行通信，通常采用短波。 （2）無線傳輸媒體 在自由空間利用電磁波傳輸數據就是無線傳輸。按頻率可將無線傳輸分為無線電、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線和r射線等。2.3 物理層采用的傳輸媒體.第29頁，共65頁。2.3 物理層采用的傳輸媒體 地面無

21、線廣播電離層短波 頻率高于短波的信號利用電離層和短波進行通信.第30頁，共65頁。 微波：微波是在空間直線傳播，傳輸的頻率為4GHz6GHz和21GHz23GHz。無線電視轉播網就是一個典型的利用微波進行通信的系統。衛星通信通常也采用微波。2.3 物理層采用的傳輸媒體 地面接力轉播同步衛星轉播近地衛星轉播.第31頁，共65頁。2.3 物理層采用的傳輸媒體 激光通信：激光具有帶寬高、方向性好、保密性能好等優點。激光沿直線傳播，不能穿透植物、雨、雪和霧，多用于短距離的信息傳輸。 紅外線：不受一般電磁的干擾，沿直線傳播。小范圍的計算機網絡也可以使用紅外線進行數據通信。家庭電器使用的遙控器就是用紅外線

22、進行通信的。.第32頁，共65頁。2.4 信道復用技術 一個信道可用于兩個終端的通信，也可用于兩個以上終端的通信。當用于兩個上的終端通信時稱其是可復用的。 (1) 頻分多路復用 將一條線路的可用頻帶分成若干個互不相交的頻段，一個信道占用一個頻段。當發送端有多個用戶需要同時傳輸數據時，可為每個用戶分配一個信道。發送端將傳輸數據的信號調制到所占用信道的頻帶內進行發送。在接收端用適當的濾波器將信號分開。頻分多路復用器頻分多路復用器.信源1信源2信源N.通道1通道2通道N信宿1信宿2信宿N.第33頁，共65頁。 頻分多路復用舉例：如一根電話線的帶寬為268KHz，而一部電話占用的帶寬只需4000Hz。

23、因此，可把一條電話線的信道劃分成67個子信道，一個子信道可分配給一個用戶打電話用，這樣在一條電話線上可同時允許最多67個用戶打電話。 由于相同頻率的信號同時在一條線路上傳輸時會產生能量的疊加，而每個用戶電話的基本頻率均為0-4KHz，因此，需要把不同用戶的語音數據搬移到不同的子信道上去。搬移的方法是對每個話音產生的基本信號疊加一個不同的搬移頻率的信號。搬移頻率fi=4000i(i=0,1,2,N)。 把話音信號搬移到不同的子信道的過程稱為載波。2.4 信道復用技術.第34頁，共65頁。 (2)時分多路復用 如果傳輸介質的最大傳輸速率超過單一信源要求的數據傳輸速率，可以采用時分多路復用技術（TD

24、M）。時分多路復用技術將一條線路的工作時間進行周期劃分，對每一周期再劃分成若干時間片t1，t2，t3 tn，輪流分配給多個信源來使用公共線路，在每一周期的每一時間片ti 內，線路供一對終端使用。時分多路復用器時分多路復用器.信源1信源2信源N信宿1信宿2信宿N信源1信源2信源N. . .2.4 信道復用技術.第35頁，共65頁。 時分多路復用舉例：E1系統是CCITT制定的一個時分多路復用系統,被廣泛的應用歐洲的公用電話通信系統中。它有32路語音信號，8bit/路，125微秒/周期，傳輸速率為： 32*8*106/125=2.048Mbps。E1系統示意圖如下：E1復用器E1復用器.CH0CH

25、1CH31CH0CH1CH31CH0CH1CH31. . .2.048Mbps64kbps64kbps64kbps64kbps64kbps64kbps2.4 信道復用技術.第36頁，共65頁。 時分多路復用又可分為同步時分多路復用和異步時分多路復用兩種形式。 異步時分多路復用：異步時分多路復用允許動態地分配時間片，如果某個終端不發送信息，則其他的終端可以占用該時間片。 異步時分多路復用也稱統計時分多路復用 。 同步時分多路復用：同步時分多路復用是指分配給每個終端數據源的時間片是固定的，不管該終端是否有數據發送，屬于該終端的時間片都不能被其他終端占用。2.4 信道復用技術.第37頁，共65頁。

26、（3）波分復用WDM 在光通信領域，人們習慣按波長而不是按頻率來分析光的特性。由于波長=光速/頻率，因此，所謂的波分復用(WDM),其本質上也是頻分復用而已。2.4 信道復用技術.第38頁，共65頁。 （4）碼分復用CDMA 碼分復用(CDMA)是另一種共享信道的方法。它允許多個用戶在同一時間內使用同樣的頻帶進行通信。 在CDMA系統中，將要傳輸的一個比特位所占用的時間再劃分成m個更短的時間片，稱為碼片。通常m的值取為64或128。為了便于說明其原理，取m的值取為8。 使用CDMA的通信站點被事先指定一個唯一的m位的碼片序列。一個站點如要發送比特“1”，則就將這個碼片序列的二進制變為信號發送出

27、去；如要發送比特“0”，則就將這個碼片序列的二進制反碼變為信號發送出去。 假定一個站點要發送b個比特位，而對于CDMA則要發送bm個比特位，這種通信方式被稱為擴頻。2.4 信道復用技術.第39頁，共65頁。 為了便于區分各站點的發送的數據位， CDMA系統須為每個站點分配一個唯一的碼片序列，且相互必須是正交的。 令向量S表示站點S的碼片序列，用T表示其他站點的碼片序列，則兩個不同站點的碼片序列正交則須滿足下列關系：m1Si Ti= 0ST =m1Si Si= 1SS = 如：站點S的碼片序列為“00011011”，記為（-1-1-1+1+1-1+1+1）；站點T碼片序列為“00101110”，

28、記為 （-1-1+1-1+1+1+1-1），則SS的計算結果為“1”。而一個碼片向量與其反碼序列的計算結果則為“-1”。2.4 信道復用技術.第40頁，共65頁。 在實際的系統中,若一個X站點要接收S站點發送的數據, 則就必須知道S站的碼片序列。X站使用S站的碼片序列與接收到的碼片序列進行內積運算。X站收到的碼片序列通常為各站發碼片序列的和。 如果各站發送的信號混合后是線性疊加的，且各站使用的碼片序列是正交的，則可以證明一個站點與另一個站碼片序列的內積的結果，與該站點與其它多個站點發送碼片序列之和的內積結果是相同的。 當S站發送為“1”時，X站使用S站的碼片序列與接收到的信號內積的結果是+1；

29、當S站發送為“0”時，X站使用S站的碼片序列與接收到的信號內積的結果是-1。2.4 信道復用技術.第41頁，共65頁。 CDMA的工作原理示意圖如下：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SSx規格化內積STx數據碼元比特發送端接收端2.4 信道復用技術.第42頁，共65頁。 數字傳輸系統是指其中所傳輸的信號代表的是一位或多位數字數據。因此模擬數據或模擬信號要通過數字系統傳輸時必須先轉換為數字數據。2.5 數字傳輸系統 （1）脈碼調制（PCM） PCM是一種將模擬數據或模擬信號轉換為數字數據的一種方法。具體做法如

30、下： 采樣：對模擬數據或信號進行周期的采樣，獲得其樣點值。 量化：對采樣值取整，并確定數值的范圍，然后對每個取整后的值都減去其中的最小數。 編碼：對經量化后的采樣值進行二進制編碼。 對模擬數據或模擬信號進行采樣時，每秒需要取多少個樣點值，才能使接收端能從收到的信號中恢復出與源端一樣的信號呢？這是發送端需要認真考慮的一個問題。.第43頁，共65頁。2.5 數字傳輸系統 尼奎斯特采樣定理。 即對于一個模擬信號，如果采樣率大于或等于該信號帶寬的2倍，則就可根據這些采樣值恢復出與原來信號一樣的信號。 對于E1和T1標準，每秒對電話信號采樣8000次，采樣值經量化后，其值在0127之間，因此，每個量化后

31、的采樣值可采用8位二進制對其編碼，一次一部電話需要每秒傳輸64K 比特。 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。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（T1）和歐洲的30路PCM（E1）。我國采用的是E1標準。E1的速率是2.048 Mb/s，而T1的速率是1.544 Mb/s。 .第44頁，共65頁。 （2）同步光纖網SONET和同步數字系列SDH 下面先介紹一下異步和同步傳輸的概念。 異步傳輸: 發送設備先將要傳輸的數據位按固定的長度進行分組，并按組進行串行發送。發送時每個分組的前后各加上一個起始位和結束位。接收設備每收到一個開

32、始位后,按發送端規定的數據發送率對收到的信號進行采樣，并將采樣結果轉換為相應的數據位。異步傳輸規定的分組長度一般都比較小，通常為5到8位。下圖是一個7位分組“1010010”的異步傳輸數據編碼示意圖。2.5 數字傳輸系統01010010 起始位7位數據位 結束位1010100101.第45頁，共65頁。 同步傳輸: 在異步傳輸方法中，由于發送端和接收端的各自采用自己的時鐘控制數據的發送和接收。通常這兩個時鐘存在著一定的時差，當發送端一次連續發送多個數據位時，就會使接收端接收到的數據位的個數與發送端發送的不一致。 為了保證收方能準確地從接收到的信號中檢測出相應的數據位，發方在將數據轉換為規定信號

33、的同時，還應向收方發送一個位同步信號。發送位同步信號的方法有內和外同步兩種。2.5 數字傳輸系統.第46頁，共65頁。 外同步法：在發方與收方之間建立兩個信道，一個用于傳輸數據信號，另一個用于傳輸位同步信號。外同步法的數據傳輸原理如下圖所示。2.5 數字傳輸系統0 1 1 1 00 1 1 1 0同步信號信道外同步法的數據傳輸原理圖信號信道發送方接收方.第47頁，共65頁。 內同步法：發送方對傳輸的數據進行特殊的編碼 ，使編碼后的信號中帶有接收方可提取的位同步信號。常用的編碼方法有曼徹斯特法，差分曼徹斯特法。 曼徹斯特法：若發送“1”，則其信號的前半周期為高電平，后半周期為低電平。若發送“0”

34、，則其信號的前半周期為低電平，后半周期為高電平。具體例子見下圖。1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 12.5 數字傳輸系統.第48頁，共65頁。 為了節省費用，舊的通信系統多采用內同步(準同步)傳輸方式。內同步方法發送方需要對傳輸的數據進行特殊的編碼，使編碼后的信號中帶有接收方可提取的位同步信號，給數字信號的復用和分用帶來了許多麻煩。 2.5 數字傳輸系統 異步傳輸系統發端與收端各采用自己產生的位同步信號，且兩端的位同步信號很難保持高度一致。對于數據傳輸速率高的系統，位同步信號很小的差異也會給系統帶來數據傳輸的嚴重差錯。 因此，現代的高速率的通信系統都采用了外同步方法，即在整個系統中采

35、用一個高精度的標準時鐘，對各通信結點的信號進行統一的位同步控制。.第49頁，共65頁。 ITU-T以美國標準SONET為基礎，制訂了一個國際標準同步數字系列(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)。 SDH的基本速率為155.52 Mb/s，稱為第1級同步傳遞模塊STM-1，相當于SONET體系中的OC-3的速率。 舊的數字傳輸系統存在著許多缺點。其中最主要的是速率標準不統一，傳輸不是同步的。美國在90年代初期設計了一個同步光纖網 (Synchronous Optical Network，SONET)。 SONET的各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘。第1級同步傳

36、送信號STS-1的傳輸速率是51.84Mb/s。 對于光信號則稱為第1級光載波OC-1。 2.5 數字傳輸系統.第50頁，共65頁。 SONET的OC/STS級與SDH的STM級的對應關系 10 Gb/sSTM-64OC-192/STS-1929953.28040 Gb/s STM-256 OC-768/STS-768 39813.120 STM-32OC-96/STS-964976.6402.5 Gb/sSTM-16OC-48/STS-482488.320STM-8OC-24/STS-241244.160STM-6OC-18/STS-18 933.120622 Mb/sSTM-4OC-12/

37、STS-12 622.080STM-3OC-9/STS-9 466.560155 Mb/sSTM-1OC-3/STS-3 155.520OC-1/STS-1 51.840表示線路速率的常用近似值ITU-T符號SONET符號線路速率(Mb/s)2.5 數字傳輸系統.第51頁，共65頁。 （3）SONET的體系結構線路 (line)SDH終端SDH終端復用器或分用器復用器或分用器轉發器轉發器段段段路徑 (path)光子層路徑層線路層段層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2.5 數字傳輸系統.第52頁，共65頁。 SONET 的層次及各層的主要功能： 光子層(

38、Photonic Layer) 處理跨越光纜的比特傳送,并負責STS的電信號和OC的光信號的轉換。 段層(Section Layer) 在光纜上傳送STS-N幀，具有成幀和差錯檢測功能。 線路層(Line Layer) 負責路徑層的同步和復用，以及交換的自動保護。 路徑層(Path Layer) 處理路徑端接設備(PTE )之間的業務的傳輸，這里的PTE是具有SONET能力的交換機。2.5 數字傳輸系統.第53頁，共65頁。2.6 寬帶接入技術 （1）xDSL技術 xDSL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。 xDSL技術把電話線路的0-4kHz的低端頻譜留

39、給傳統電話使用，而把原來沒有被利用的電話線路的高端頻譜留給用戶上網使用。 DSL是英文“Digital Subscriber Line”的縮寫。而其前綴“x”表示在數字用戶線上實現的不同的寬帶傳輸方案。.第54頁，共65頁。 xDSL目前已有的幾種類型： 非對稱數字用戶線(Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL )； 高速數字用戶線(High speed DSL，HDSL)； 1對線的數字用戶線(Single-line DSL， SDSL )； 甚高速數字用戶線(Very high speed DSL， VDSL)； ISDN用戶線（DSL）； 速率自適

40、應DSL(Rate-Adaptive DSL，RADSL)，是ADSL的一個子集，可自動調節線路速率。2.6 寬帶接入技術.第55頁，共65頁。2.6 寬帶接入技術 （2）ADSL ADSL的上行和下行帶寬做成不對稱的。上行從用戶到 ISP，而下行指從ISP到用戶，一般下行帶寬要明顯地高于上行帶寬。通常下行數據率在32kb/s到6.4 Mb/s之間，而上行數據率在32kb/s到640kb/s之間。 ADSL在用戶線的兩端各安裝一個ADSL調制解調器。我國目前采用的ADSL方案是離散多音調調制（Discrete Multi-Tone，DMT)技術。 DMT調制技術采用頻分復用的方法， 把40kH

41、z以上一直到1.1MHz的頻譜劃分為許多子信道，其中25個用于上行信道，而249個用于下行信道。每個子信道占據4kHz帶寬，并使用不同的載波進行數字調制。.第56頁，共65頁。2.6 寬帶接入技術 由于用戶線的具體條件往往相差很大，其距離、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。 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。 ADSL不能保證固定的數據率。對于質量很差的用戶線甚至無法開通ADSL。.第57頁，共65頁。ADSL的組成結構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 ADSL 的接入網端局或遠端站DSLAM至本地電話局PSPS ATU-C: 端局接入端接單元; PS:電話分離器; ATU-R:遠端接入端接單元。2.6 寬帶接入技術.第58頁，共65頁。 第二代ADSL：ADSL2 通過提高調制效率得到了更高的數據率。ADSL2要求至少應支持下行8Mb/s、上行800kb/