計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件第2章.ppt

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 主講人 賈瑞生E mail jia ruisheng 第2章物理層 本章的主要內(nèi)容 2 1物理層的基本概念 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 2 3傳輸媒體2 4信道復(fù)用技術(shù) 2 5數(shù)字傳輸技術(shù) 2 6寬帶接入技術(shù) 2 1物理層的基本概念 1 物理層的主要任務(wù)和功能物理層是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最低層 也是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信的不可缺少的最基本的層次 它的主要任務(wù)是通過信號 實現(xiàn)計算機(jī)和通信結(jié)點之間的數(shù)據(jù)比特流的傳輸 為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)的移動 物理層應(yīng)首先在數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收端建立一條傳輸通道 并在發(fā)送端具備把數(shù)據(jù)比特轉(zhuǎn)換成信號 而在接收端具備把信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)比特的功能 2 1物理層的基本概念 2 物理層協(xié)議的主要內(nèi)容物理層協(xié)議描述的主要內(nèi)容如下 機(jī)械特性 指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 電氣特性 指接口電纜的各條線上出現(xiàn)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(xiàn)順序 1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 2 物理層常用的幾個術(shù)語數(shù)據(jù) 信息的具體表示形式 在計算機(jī)中 采用 0 和 1 的組合表示各種信息 信號 數(shù)據(jù)的電氣的或電磁波的表現(xiàn)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(fù)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(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 模擬信號 信號的取值是連續(xù)的 數(shù)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(jī)和電話直接輸出的數(shù)據(jù)信號均為基帶信號 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 3 信號的數(shù)學(xué)表示與分析1 付氏級數(shù)任何一個周期為T的函數(shù)f t 都可用付氏級數(shù)表示為 f t c 2 ansin 2 tnft bncos 2 nft 其中 f 1 T c 2 T f t dt an 2 T f t sin 2 nft dtbn 2 T f t cos 2 nft dtan 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(shù)學(xué)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(shù) 因此 任何一個周期為T的信號 都可以用付氏級數(shù)表示 由信號的付氏級數(shù)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 對于一個模擬信號 其所含的頻率的成分是有限的 而對于一個數(shù)字信號 其所含的頻率成分是無限的 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 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(shù)字信號是如何由無數(shù)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(shù)的函數(shù)表達(dá)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 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 碼元 是一個波形和長度固定的獨(dú)立信號 在通信中可用其表示一個或多個比特 3 有關(guān)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(fā)送信息 但不能同時發(fā)送 雙向同時通信 全雙工通信 通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 4 信號的基本調(diào)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低頻分量 需要對基帶信號進(jìn)行適當(dāng)調(diào)制后再進(jìn)行傳輸 最基本的調(diào)制方法有調(diào)幅 AM 調(diào)頻 FM 和調(diào)相 PM 和混合調(diào)制幾種 各種調(diào)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(guān)系 可以用一個正弦函數(shù)表示 即 E Amsin 2 ft 調(diào)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(shù)據(jù) 1 取Am 2 表示數(shù)據(jù) 0 等 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 混合調(diào)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(jìn)行信號的調(diào)制 其中采用振幅與相位的組合進(jìn)行調(diào)制的方法稱為 正交振幅調(diào)制 QuadratureAmplitudeModulation QAM 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 調(diào)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(shù)據(jù) 1 取f f1 表示數(shù)據(jù) 0 等 調(diào)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(shù)據(jù) 1 取 表示數(shù)據(jù) 0 等 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 若每一個碼元可表示的比特數(shù)越多 則在接收端進(jìn)行解調(diào)時要正確識別每一種狀態(tài)就越困難 正交振幅調(diào)制 QAM 舉例 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 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(chǎn)生失真 碼元傳輸?shù)乃俾试礁?或信號傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn) 信道輸出波形的失真就越嚴(yán)重 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 信道的數(shù)據(jù)傳輸速率與帶寬的關(guān)系可由尼奎斯特定律和香農(nóng)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(shù)據(jù)傳輸速率為 C 2HLog2L b s 其中 H為信道的帶寬 以Hz為單位 L表示給定時刻數(shù)字信號的可能取的離散值的個數(shù) C是信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)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(shù)據(jù)傳輸速率由該信道的帶寬和信號可能取的狀態(tài)值的個數(shù)決定 當(dāng)數(shù)據(jù)的傳輸速率超過這個上線時 信道中的的碼元就會出現(xiàn)碼間串?dāng)_ 接收端就不能對碼元進(jìn)行確切的區(qū)分 香濃定律 對于一個有噪聲的信道 其最大的數(shù)據(jù)傳輸速率為 C HLog2 1 S N b s 其中 H為信道的帶寬 以Hz為單位 S為信道內(nèi)信號的平均功率 N為信道內(nèi)干擾信號的功率 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)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(shù)據(jù)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(dāng)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(shù)據(jù)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(jìn)行表示 S N dB 10Log10 S N dB 6 信道的數(shù)據(jù)傳輸速率與波特率的關(guān)系碼元的速率B和數(shù)據(jù)的傳輸速率C在數(shù)值上也有一定的關(guān)系 其關(guān)系為 C BLog2L在許多場合 通常信號只取兩種狀態(tài) L 2 此時 碼元的速率B和數(shù)據(jù)的傳輸速率C在數(shù)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(shù)據(jù)傳輸速率 即設(shè)法產(chǎn)生多種狀態(tài)的碼元 這樣就可讓一個碼元代表多位比特 2 2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 2 3物理層采用的傳輸媒體 傳輸媒體是信號傳輸?shù)奈锢硗ǖ?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(lǐng)域使用的電磁信號的頻譜 1 有線傳輸媒體雙絞線 是在電纜的內(nèi)部由若干對兩兩絞在一起的相互絕緣的金屬導(dǎo)線組成 采用兩兩相絞的絞線技術(shù)可以抵消相鄰線對之間的電磁干擾和減少近端串?dāng)_ 雙絞線既可以傳輸模擬信號 又能傳輸數(shù)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(nèi)部信號的干擾 2 3物理層采用的傳輸媒體 到目前為止 美國電子工業(yè)協(xié)會 EIA 和電信工業(yè)協(xié)會 TIA 已頒布了六類雙絞線標(biāo)準(zhǔn) 一類 適用于電話和低速數(shù)據(jù)通信 二類 適用于綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)ISDN等 速率可達(dá)16MB S 三類 適用于10Base T或100Base T4等局域網(wǎng) 速率高達(dá)20MB S 四類 適用于100Base TX和100Base T4等局域網(wǎng) 速率高達(dá)100MB S 五類 適用于100Base TX 100Base T4 1000Base TX等局域網(wǎng) 支持高達(dá)1000MB S的數(shù)據(jù)通信 六類 適用于1000Base TX局域網(wǎng) 支持高達(dá)1000MB S的數(shù)據(jù)通信 2 3物理層采用的傳輸媒體 同軸電纜 其結(jié)構(gòu)是一個外部圓柱形空心導(dǎo)體圍裹著一個內(nèi)部導(dǎo)體 內(nèi)部導(dǎo)體可以是單股實心線也可以是多根絞合線 外部導(dǎo)體可以是單股線也可以是編織線 內(nèi)外導(dǎo)體中間用規(guī)則間隔的絕緣環(huán)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 按內(nèi)部導(dǎo)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(jī)局域網(wǎng)等數(shù)字信號的傳輸 75 和93 的同軸電纜用于電視網(wǎng)等模擬信號的傳輸 按內(nèi)部導(dǎo)體的直徑可分為粗同軸電纜和細(xì)同軸電纜兩種 粗同軸電纜的阻抗特性為一般為75 或93 細(xì)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(qiáng) 更有利于高頻信號的傳輸 2 3物理層采用的傳輸媒體 光纖 是一種可以傳輸光的導(dǎo)體 纖芯的光折射率略高于包層 包層的折射率為常數(shù) 纖芯和包層的直徑約50 120 m 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 殼層用尼龍等高強(qiáng)度材料 結(jié)構(gòu)如下圖 a 所示 把數(shù)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 光的傳播原理 當(dāng)光從一種介質(zhì)斜射到另一種介質(zhì)時 在兩種介質(zhì)的交界處 光的傳播方向?qū)⒉灰恢?這種現(xiàn)象被稱為光的折射 根據(jù)光的折射定律 當(dāng)光的折射角大于90度時 即發(fā)生全反射 光線全部反回到第一種介質(zhì)中 光在光纖中的傳播路徑如下圖所示 2 3物理層采用的傳輸媒體 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50 120 m 而單模光纖的纖芯的直徑很小 通常為50 m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 光纖通信系統(tǒng) 長距離光纖通信系統(tǒng)由光信號發(fā)信機(jī) 光纖線路 中繼器和光信號接收機(jī)組成 如下圖所示 利用光纖進(jìn)行數(shù)字通信 當(dāng)傳輸?shù)男盘枮?1 時 讓光發(fā)信機(jī)產(chǎn)生光脈沖 為 0 時 發(fā)信機(jī)不產(chǎn)生光脈沖 光纖通信的特點 通信容量大 中繼距離長 抗干擾能力強(qiáng) 不容易被竊聽等 2 3物理層采用的傳輸媒體 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(huán)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(jìn)行通信 通常采用長波和中波 在大氣層中進(jìn)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(shù)據(jù)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 2 3物理層采用的傳輸媒體 微波 微波是在空間直線傳播 傳輸?shù)念l率為4GHz 6GHz和21GHz 23GHz 無線電視轉(zhuǎn)播網(wǎng)就是一個典型的利用微波進(jìn)行通信的系統(tǒng) 衛(wèi)星通信通常也采用微波 2 3物理層采用的傳輸媒體 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(yōu)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(jī)網(wǎng)絡(luò)也可以使用紅外線進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 家庭電器使用的遙控器就是用紅外線進(jìn)行通信的 2 4信道復(fù)用技術(shù) 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(dāng)用于兩個上的終端通信時稱其是可復(fù)用的 1 頻分多路復(fù)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(dāng)發(fā)送端有多個用戶需要同時傳輸數(shù)據(jù)時 可為每個用戶分配一個信道 發(fā)送端將傳輸數(shù)據(jù)的信號調(diào)制到所占用信道的頻帶內(nèi)進(jìn)行發(fā)送 在接收端用適當(dāng)?shù)臑V波器將信號分開 頻分多路復(fù)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 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(chǎn)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(shù)據(jù)搬移到不同的子信道上去 搬移的方法是對每個話音產(chǎn)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(fù)用技術(shù) 2 時分多路復(fù)用如果傳輸介質(zhì)的最大傳輸速率超過單一信源要求的數(shù)據(jù)傳輸速率 可以采用時分多路復(fù)用技術(shù) TDM 時分多路復(fù)用技術(shù)將一條線路的工作時間進(jìn)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(nèi) 線路供一對終端使用 2 4信道復(fù)用技術(shù) 時分多路復(fù)用舉例 E1系統(tǒng)是CCITT制定的一個時分多路復(fù)用系統(tǒng) 被廣泛的應(yīng)用歐洲的公用電話通信系統(tǒng)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(tǒng)示意圖如下 2 4信道復(fù)用技術(shù) 時分多路復(fù)用又可分為同步時分多路復(fù)用和異步時分多路復(fù)用兩種形式 異步時分多路復(fù)用 異步時分多路復(fù)用允許動態(tài)地分配時間片 如果某個終端不發(fā)送信息 則其他的終端可以占用該時間片 異步時分多路復(fù)用也稱統(tǒng)計時分多路復(fù)用 同步時分多路復(fù)用 同步時分多路復(fù)用是指分配給每個終端數(shù)據(jù)源的時間片是固定的 不管該終端是否有數(shù)據(jù)發(fā)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(fù)用技術(shù) 3 波分復(fù)用WDM在光通信領(lǐng)域 人們習(xí)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(fù)用 WDM 其本質(zhì)上也是頻分復(fù)用而已 2 4信道復(fù)用技術(shù) 4 碼分復(fù)用CDMA碼分復(fù)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(nèi)使用同樣的頻帶進(jìn)行通信 在CDMA系統(tǒng)中 將要傳輸?shù)囊粋€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(fā)送比特 1 則就將這個碼片序列的二進(jìn)制變?yōu)樾盘柊l(fā)送出去 如要發(fā)送比特 0 則就將這個碼片序列的二進(jìn)制反碼變?yōu)樾盘柊l(fā)送出去 假定一個站點要發(fā)送b個比特位 而對于CDMA則要發(fā)送bm個比特位 這種通信方式被稱為擴(kuò)頻 2 4信道復(fù)用技術(shù) 為了便于區(qū)分各站點的發(fā)送的數(shù)據(jù)位 CDMA系統(tǒng)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(guān)系 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 記為 1 1 1 1 1 1 1 1 則S S的計算結(jié)果為 1 而一個碼片向量與其反碼序列的計算結(jié)果則為 1 2 4信道復(fù)用技術(shù) 在實際的系統(tǒng)中 若一個X站點要接收S站點發(fā)送的數(shù)據(jù) 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(jìn)行內(nèi)積運(yùn)算 X站收到的碼片序列通常為各站發(fā)碼片序列的和 如果各站發(fā)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(nèi)積的結(jié)果 與該站點與其它多個站點發(fā)送碼片序列之和的內(nèi)積結(jié)果是相同的 當(dāng)S站發(fā)送為 1 時 X站使用S站的碼片序列與接收到的信號內(nèi)積的結(jié)果是 1 當(dāng)S站發(fā)送為 0 時 X站使用S站的碼片序列與接收到的信號內(nèi)積的結(jié)果是 1 2 4信道復(fù)用技術(shù) CDMA的工作原理示意圖如下 2 4信道復(fù)用技術(shù) 數(shù)字傳輸系統(tǒng)是指其中所傳輸?shù)男盘柎淼氖且晃换蚨辔粩?shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 因此模擬數(shù)據(jù)或模擬信號要通過數(shù)字系統(tǒng)傳輸時必須先轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 2 5數(shù)字傳輸系統(tǒng) 1 脈碼調(diào)制 PCM PCM是一種將模擬數(shù)據(jù)或模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的一種方法 具體做法如下 采樣 對模擬數(shù)據(jù)或信號進(jìn)行周期的采樣 獲得其樣點值 量化 對采樣值取整 并確定數(shù)值的范圍 然后對每個取整后的值都減去其中的最小數(shù) 編碼 對經(jīng)量化后的采樣值進(jìn)行二進(jìn)制編碼 對模擬數(shù)據(jù)或模擬信號進(jìn)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(fù)出與源端一樣的信號呢 這是發(fā)送端需要認(rèn)真考慮的一個問題 2 5數(shù)字傳輸系統(tǒng) 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(jù)這些采樣值恢復(fù)出與原來信號一樣的信號 對于E1和T1標(biāo)準(zhǔn) 每秒對電話信號采樣8000次 采樣值經(jīng)量化后 其值在0 127之間 因此 每個量化后的采樣值可采用8位二進(jìn)制對其編碼 一次一部電話需要每秒傳輸64K比特 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 由于歷史上的原因 PCM有兩個互不兼容的國際標(biāo)準(zhǔn) 即北美的24路PCM T1 和歐洲的30路PCM E1 我國采用的是E1標(biāo)準(zhǔn) E1的速率是2 048Mb s 而T1的速率是1 544Mb s 2 同步光纖網(wǎng)SONET和同步數(shù)字系列SDH下面先介紹一下異步和同步傳輸?shù)母拍?異步傳輸 發(fā)送設(shè)備先將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位按固定的長度進(jìn)行分組 并按組進(jìn)行串行發(fā)送 發(fā)送時每個分組的前后各加上一個起始位和結(jié)束位 接收設(shè)備每收到一個開始位后 按發(fā)送端規(guī)定的數(shù)據(jù)發(fā)送率對收到的信號進(jìn)行采樣 并將采樣結(jié)果轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)位 異步傳輸規(guī)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(shù)據(jù)編碼示意圖 2 5數(shù)字傳輸系統(tǒng) 同步傳輸 在異步傳輸方法中 由于發(fā)送端和接收端的各自采用自己的時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收 通常這兩個時鐘存在著一定的時差 當(dāng)發(fā)送端一次連續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)位時 就會使接收端接收到的數(shù)據(jù)位的個數(shù)與發(fā)送端發(fā)送的不一致 為了保證收方能準(zhǔn)確地從接收到的信號中檢測出相應(yīng)的數(shù)據(jù)位 發(fā)方在將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為規(guī)定信號的同時 還應(yīng)向收方發(fā)送一個位同步信號 發(fā)送位同步信號的方法有內(nèi)和外同步兩種 2 5數(shù)字傳輸系統(tǒng) 外同步法 在發(fā)方與收方之間建立兩個信道 一個用于傳輸數(shù)據(jù)信號 另一個用于傳輸位同步信號 外同步法的數(shù)據(jù)傳輸原理如下圖所示 2 5數(shù)字傳輸系統(tǒng) 內(nèi)同步法 發(fā)送方對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)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(fā)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(fā)送 0 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 2 5數(shù)字傳輸系統(tǒng) 為了節(jié)省費(fèi)用 舊的通信系統(tǒng)多采用內(nèi)同步 準(zhǔn)同步 傳輸方式 內(nèi)同步方法發(fā)送方需要對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)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(shù)字信號的復(fù)用和分用帶來了許多麻煩 2 5數(shù)字傳輸系統(tǒng) 異步傳輸系統(tǒng)發(fā)端與收端各采用自己產(chǎn)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(shù)據(jù)傳輸速率高的系統(tǒng) 位同步信號很小的差異也會給系統(tǒng)帶來數(shù)據(jù)傳輸?shù)膰?yán)重差錯 因此 現(xiàn)代的高速率的通信系統(tǒng)都采用了外同步方法 即在整個系統(tǒng)中采用一個高精度的標(biāo)準(zhǔn)時鐘 對各通信結(jié)點的信號進(jìn)行統(tǒng)一的位同步控制 ITU T以美國標(biāo)準(zhǔn)SONET為基礎(chǔ) 制訂了一個國際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列 SynchronousDigitalHierarchy SDH SDH的基本速率為155 52Mb s 稱為第1級同步傳遞模塊STM 1 相當(dāng)于SONET體系中的OC 3的速率 舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點 其中最主要的是速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一 傳輸不是同步的 美國在90年代初期設(shè)計了一個同步光纖網(wǎng) SynchronousOpticalNetwork 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(shù)字傳輸系統(tǒng) 2 5數(shù)字傳輸系統(tǒng) 3 SONET的體系結(jié)構(gòu) 2 5數(shù)字傳輸系統(tǒng) SONET的層次及各層的主要功能 2 5數(shù)字傳輸系統(tǒng) 2 6寬帶接入技術(shù) 1 xDSL技術(shù)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進(jìn)行改造 使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù) xDSL技術(shù)把電話線路的0 4kHz的低端頻譜留給傳統(tǒng)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(wǎng)使用 DSL是英文 DigitalSubscriberLine 的縮寫 而其前綴 x 表示在數(shù)字用戶線上實現(xiàn)的不同的寬帶傳輸方案 2 6寬帶接入技術(shù) 2 6寬帶接入技術(shù) 2 ADSLADSL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(shù)據(jù)率在32kb s到6 4Mb s之間 而上行數(shù)據(jù)率在32kb s到640kb s之間 ADSL在用戶線的兩端各安裝一個ADSL調(diào)制解調(diào)器 我國目前采用的ADSL方案是離散多音調(diào)調(diào)制 DiscreteMulti Tone DMT 技術(shù) DMT調(diào)制技術(shù)采用頻分復(fù)用的方法 把40kHz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(jù)4kHz帶寬 并使用不同的載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制 2 6寬帶接入技術(shù) 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(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 當(dāng)ADSL啟動時 用戶線兩端的ADSL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法開通ADSL ADSL的組成結(jié)構(gòu) ATU C 端局接入端接單元 PS 電話分離器 ATU R 遠(yuǎn)端接入端接單元 2 6寬帶接入技術(shù) 第二代ADSL ADSL2通過提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率 ADSL2要求至少應(yīng)支持下行8Mb s 上行800