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)2.1 物理層的基

2、本概念n物理層位于物理層位于OSIOSI參考模型的最低層，它直接面參考模型的最低層，它直接面向?qū)嶋H承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì)向?qū)嶋H承擔(dān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢斫橘|(zhì). .n通信子網(wǎng)分為點(diǎn)通信子網(wǎng)分為點(diǎn)- -點(diǎn)通信線路通信子網(wǎng)與廣播點(diǎn)通信線路通信子網(wǎng)與廣播信道通信子網(wǎng)信道通信子網(wǎng); ;n廣域網(wǎng)主要采用點(diǎn)到點(diǎn)通信線路，局域網(wǎng)與城廣域網(wǎng)主要采用點(diǎn)到點(diǎn)通信線路，局域網(wǎng)與城域網(wǎng)一般采用廣播信道域網(wǎng)一般采用廣播信道; ;n由于技術(shù)上存在較大的差異，因此在物理層和由于技術(shù)上存在較大的差異，因此在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議上出現(xiàn)了兩個(gè)分支，一類是基數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議上出現(xiàn)了兩個(gè)分支，一類是基于點(diǎn)于點(diǎn)- -點(diǎn)通信線路，另一類是基于廣播

3、信道。點(diǎn)通信線路，另一類是基于廣播信道。nISO/OSI ISO/OSI 規(guī)定物理層的功能為規(guī)定物理層的功能為“在數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體之間提供連接、維持和釋放鏈路層實(shí)體之間提供連接、維持和釋放用于傳輸比特的物理連接方法，這些方用于傳輸比特的物理連接方法，這些方法有機(jī)械的、電氣的、功能的和過程的法有機(jī)械的、電氣的、功能的和過程的特性特性”。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

4、電壓表示何種意義。n過程特性 指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。 數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)體n所謂的可以理解為所謂的可以理解為nDTEDTE（Data Terminal EquipmentData Terminal Equipment）或）或nDCEDCE（Data Communications EquipmentData Communications Equipment）。）。n這里的這里的DTEDTE指的是數(shù)據(jù)終端設(shè)備，是對(duì)屬于指的是數(shù)據(jù)終端設(shè)備，是對(duì)屬于用戶所有的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或工作站的統(tǒng)稱，它們用戶所有的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備或工作站的統(tǒng)稱，它們是通信的信源或信宿，如計(jì)算機(jī)、終端等；是通信的信源

5、或信宿，如計(jì)算機(jī)、終端等；nDCEDCE指的數(shù)據(jù)通信設(shè)備，是對(duì)為用戶提供接指的數(shù)據(jù)通信設(shè)備，是對(duì)為用戶提供接入點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)稱，如自動(dòng)呼叫應(yīng)答設(shè)入點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)稱，如自動(dòng)呼叫應(yīng)答設(shè)備、調(diào)制解調(diào)器等。備、調(diào)制解調(diào)器等。DTE與與DCE接口示意圖接口示意圖（1）RS-232-C機(jī)械特性12345678910111213141516171819202122232425RS-232-C 25根引腳編號(hào)圖（插孔）lRS-232-C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（Electronic Industry Association）制定的一種串行）制定的一種串行物理物理接口標(biāo)準(zhǔn)。接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是

6、是英文英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。表示修改次數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的RS-232-C接口使接口使用用25針針DB連接器（插頭連接器（插頭/插座）插座）;可簡(jiǎn)化為可簡(jiǎn)化為9針和針和15針兩種針兩種;l機(jī)械特性規(guī)定了物理連接時(shí)對(duì)插頭和插座的幾何尺寸、插針或插孔芯機(jī)械特性規(guī)定了物理連接時(shí)對(duì)插頭和插座的幾何尺寸、插針或插孔芯數(shù)及排列方式、鎖定裝置形式等。數(shù)及排列方式、鎖定裝置形式等。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 RS-232-C (15) RS-232-C (9)特點(diǎn)：特點(diǎn)：n 信號(hào)電平使用負(fù)邏輯信號(hào)電平使用負(fù)邏

7、輯l邏輯邏輯1 用負(fù)電平（用負(fù)電平（-5-15V）表示；）表示；l邏輯邏輯0 用正電平（用正電平（+5+15V）表示）表示n 數(shù)據(jù)傳輸率支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率支持100、300、600、1200、2400、4800、9600、19.2K、33.6K、56K l1200 bps， 傳輸距離傳輸距離 = 100m，l9600 bps，傳輸距離，傳輸距離 =19.2 kbps, 傳輸距離傳輸距離= 15 m。(2) RS-232-C電氣特性（3）RS-232-C功能特性25芯引腳號(hào)線的編號(hào)接口電路名稱 DTE -DCE數(shù)據(jù)控制定時(shí)地線1AA屏蔽地 PG7AB信號(hào)地 GND2BA發(fā)送數(shù)據(jù) TxD3BB接收數(shù)據(jù)

8、 RxD4CA請(qǐng)求發(fā)送 RTS 5CB允許發(fā)送 CTS6CC數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 DSR20 CD數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 DTR8CF載波檢測(cè) CD21CG信號(hào)質(zhì)量檢查 SQD23CH數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇(DTE)18CI數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇(DCE)24DA發(fā)送信號(hào)碼元定時(shí)(DTE) TxC15DB接收信號(hào)碼元定時(shí)(DCE) TxC17DD接收信號(hào)碼元定時(shí)(DCE) RxC14SBA備用信道發(fā)送數(shù)據(jù)16SBB備用信道接收數(shù)據(jù)19SCA備用信道請(qǐng)求發(fā)送13SCB備用信道允許發(fā)送12SCF備用信道載波檢測(cè)22CE呼叫指示器RS-232-C功能特性（功能特性（conti.)(4) RS-232 串口通信的過程特性n（1

9、）開始通信時(shí)，信號(hào)線為空閑（邏輯1）,當(dāng)檢測(cè)到由1到0的跳變時(shí)，開始對(duì)“接收時(shí)鐘”計(jì)數(shù)。（2）當(dāng)計(jì)到8個(gè)時(shí)鐘時(shí)，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，若仍為低電平，則確認(rèn)這是“起始位”，而不是干擾信號(hào)。（3）接收端檢測(cè)到起始位后，隔16個(gè)接收時(shí)鐘，對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)一次，把對(duì)應(yīng)的值作為D0位數(shù)據(jù)。若為邏輯1, 作為數(shù)據(jù)位1；若為邏輯0，作為數(shù)據(jù)位0。（4）再隔16個(gè)接收時(shí)鐘，對(duì)輸入信號(hào)檢測(cè)一次，把對(duì)應(yīng)的值作為D1位數(shù)據(jù)。.，直到全部數(shù)據(jù)位都輸入。（5）檢測(cè)校驗(yàn)位P（如果有的話）。（6）接收到規(guī)定的數(shù)據(jù)位個(gè)數(shù)和校驗(yàn)位后,通信接口電路希望收到停止位S(邏輯1)，若此時(shí)未收到邏輯1，說明出現(xiàn)了錯(cuò)誤，在狀態(tài)寄存器中置“幀錯(cuò)

10、誤”標(biāo)志。若沒有錯(cuò)誤，對(duì)全部數(shù)據(jù)位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，無校驗(yàn)錯(cuò)時(shí)，把數(shù)據(jù)位從移位寄存器中送數(shù)據(jù)輸入寄存器。若校驗(yàn)錯(cuò)，在狀態(tài)寄存器中置奇偶錯(cuò)標(biāo)志。（7）本幀信息全部接收完，把線路上出現(xiàn)的高電平作為空閑位。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

11、息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。 n“數(shù)字的”(digital)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(jiǎn)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。n模擬信號(hào)波型模擬信號(hào)波型n數(shù)字信號(hào)波型數(shù)字信號(hào)波型0V(t)V(t)t t0V(t)V(t)t t 2.2.2 有關(guān)信號(hào)的幾個(gè)基本概念n數(shù)據(jù)通信分為單工、半雙工和全雙工通信。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。 n數(shù)據(jù)傳輸分為串

12、行傳輸方式與并行傳輸數(shù)據(jù)傳輸分為串行傳輸方式與并行傳輸方式方式 ；n串行傳輸方式的物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是串行傳輸方式的物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是1位；位； 并行傳輸方式的物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是并行傳輸方式的物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是N位，位，N為并行連接的物理通道數(shù)。為并行連接的物理通道數(shù)。串行通信與并行通信 發(fā)送端接收端串行通信信道(a)發(fā)送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并行通信信道(b)單工、半雙工與全雙工通信 發(fā)送接收單向通道雙向通道雙向通道(a)(b)(c)發(fā)送接收發(fā)送接收接收發(fā)送接收發(fā)送基帶(baseband)信號(hào)和帶通(band p

13、ass)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)。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)。 n帶通信號(hào)把基帶信號(hào)經(jīng)過載波調(diào)制后，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（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。 幾種最基本的調(diào)制方法 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。為了解決這一問題，就必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。 n最基本的二元制調(diào)

14、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n傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語音信號(hào)設(shè)計(jì)的，只適傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語音信號(hào)設(shè)計(jì)的，只適用于傳輸音頻范圍（用于傳輸音頻范圍（300Hz3400Hz）的模擬信號(hào)，）的模擬信號(hào)，無法直接傳輸計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)；無法直接傳輸計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)；n為了利用模擬語音通信的電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)為了利用模擬語音通信的電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，必須首先

15、將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，必須首先將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)；信號(hào)；n將發(fā)送端數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過程稱將發(fā)送端數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過程稱為調(diào)制，將調(diào)制設(shè)備稱為調(diào)制器（為調(diào)制，將調(diào)制設(shè)備稱為調(diào)制器（modulator）；）；n將接收端模擬數(shù)據(jù)信號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過程稱將接收端模擬數(shù)據(jù)信號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過程稱為解調(diào)，將解調(diào)設(shè)備稱為解調(diào)器（為解調(diào)，將解調(diào)設(shè)備稱為解調(diào)器（demodulator）；）；n同時(shí)具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器同時(shí)具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器（modem）。n在調(diào)制過程中，選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率在調(diào)制過程中，

16、選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率的正的正（余）弦信號(hào)作為載波，該正（余）弦信號(hào)可以寫為：（余）弦信號(hào)作為載波，該正（余）弦信號(hào)可以寫為： u（t）= umsin（t+0）n3個(gè)可以改變的電參量：個(gè)可以改變的電參量： 振振 幅幅 um 角頻率角頻率 相相 位位 n可以通過變化可以通過變化3個(gè)電參量，來實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)編碼的個(gè)電參量，來實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)編碼的目的。目的。 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)

17、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(1) 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

18、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)_。 (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)

19、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 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。 1傳輸速率傳輸速率n數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率是指

20、每秒能傳輸?shù)亩M(jìn)制是指每秒能傳輸?shù)亩M(jìn)制信息位數(shù)，單位為信息位數(shù)，單位為“位位/秒秒”，記做，記做bps（bits per second）或）或b/s。數(shù)據(jù)傳輸。數(shù)據(jù)傳輸速率表示為速率表示為n n式中，式中，T為一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度或重為一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度或重復(fù)周期，單位為復(fù)周期，單位為s。 2.碼元速率碼元速率n當(dāng)一個(gè)碼元僅取兩種離散值時(shí)，表示數(shù)據(jù)傳當(dāng)一個(gè)碼元僅取兩種離散值時(shí)，表示數(shù)據(jù)傳輸速率等于碼元脈沖的重復(fù)頻率。由此可以引輸速率等于碼元脈沖的重復(fù)頻率。由此可以引出另一個(gè)技術(shù)指標(biāo)出另一個(gè)技術(shù)指標(biāo)“信號(hào)傳輸速率信號(hào)傳輸速率”，也稱為，也稱為碼元速率碼元速率、調(diào)制速率調(diào)制速率或或波特率波

21、特率，單位為波特，單位為波特（baud）。信號(hào)傳輸速率表示單位時(shí)間內(nèi)通）。信號(hào)傳輸速率表示單位時(shí)間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)，也就是信號(hào)經(jīng)調(diào)制后過信道傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)，也就是信號(hào)經(jīng)調(diào)制后的傳輸速率。若信號(hào)碼元的寬度為的傳輸速率。若信號(hào)碼元的寬度為T，則碼元，則碼元速率定義為速率定義為調(diào)制速率和數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系調(diào)制速率和數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系n在有些調(diào)幅和調(diào)頻方式的調(diào)制解調(diào)器中，一個(gè)碼元對(duì)在有些調(diào)幅和調(diào)頻方式的調(diào)制解調(diào)器中，一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)于一位二進(jìn)制信息，即一個(gè)碼元有兩種有效離散值，應(yīng)于一位二進(jìn)制信息，即一個(gè)碼元有兩種有效離散值，此時(shí)調(diào)制速率和數(shù)據(jù)傳輸速率相等。但在調(diào)相的四相此時(shí)調(diào)制速率和數(shù)據(jù)傳輸速率相

22、等。但在調(diào)相的四相信號(hào)方式中，一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)于兩位二進(jìn)制信息，即一信號(hào)方式中，一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)于兩位二進(jìn)制信息，即一個(gè)碼元有四種有效離散值，此時(shí)波特率只是數(shù)據(jù)傳輸個(gè)碼元有四種有效離散值，此時(shí)波特率只是數(shù)據(jù)傳輸速率的一半。速率的一半。n調(diào)制速率和數(shù)據(jù)傳輸速率的對(duì)應(yīng)關(guān)系為調(diào)制速率和數(shù)據(jù)傳輸速率的對(duì)應(yīng)關(guān)系為3信道容量信道容量 n信道容量表示一個(gè)信道傳輸數(shù)據(jù)的能力，即信道容量表示一個(gè)信道傳輸數(shù)據(jù)的能力，即單單位時(shí)間內(nèi)可能傳送的位時(shí)間內(nèi)可能傳送的最大最大比特?cái)?shù)比特?cái)?shù)，單位為，單位為bps。信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別在于，前者表信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別在于，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)示

23、信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限，而后者則表示實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速能力的極限，而后者則表示實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率。率。 n信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是受帶寬限制的。因信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是受帶寬限制的。因?yàn)槿魏螌?shí)際信道都不是理想的，也就是說，信為任何實(shí)際信道都不是理想的，也就是說，信道的帶寬是有限的（即能通過的信號(hào)的頻帶寬道的帶寬是有限的（即能通過的信號(hào)的頻帶寬度是有限的），而且在信道上還存在各種干擾，度是有限的），而且在信道上還存在各種干擾，所以在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)帶來失真。所以在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)帶來失真。（1）奈奎斯特公式）奈奎斯特公式n對(duì)于無熱噪聲的信道，奈奎斯特（對(duì)于無熱噪聲的信道，奈奎斯

24、特（Nyquist）給出了碼元）給出了碼元速率的極限值與信道帶寬的關(guān)系對(duì)于速率的極限值與信道帶寬的關(guān)系對(duì)于無熱噪聲的信道無熱噪聲的信道，奈，奈奎斯特（奎斯特（Nyquist）給出了碼元速率的極限值與信道帶寬）給出了碼元速率的極限值與信道帶寬的關(guān)系的關(guān)系n式中，式中，W是信道的帶寬，也稱為頻率范圍，即信道能傳輸是信道的帶寬，也稱為頻率范圍，即信道能傳輸?shù)纳?、下限頻率的差值，單位為的上、下限頻率的差值，單位為Hz。由此可推出表示信。由此可推出表示信道數(shù)據(jù)傳輸能力的奈奎斯特公式為道數(shù)據(jù)傳輸能力的奈奎斯特公式為n此處，此處，M為攜帶數(shù)據(jù)的碼元可能取的離散值的個(gè)數(shù)，為攜帶數(shù)據(jù)的碼元可能取的離散值的個(gè)數(shù)，

25、C為為該信道最大的數(shù)據(jù)傳輸速率。該信道最大的數(shù)據(jù)傳輸速率。練習(xí)n在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，碼元速率為1200baud，數(shù)據(jù)傳輸速率為4800bps，則信號(hào)應(yīng)該取幾種不同狀態(tài)？n若要使得碼元速率和傳輸速率相等，信號(hào)應(yīng)取幾種狀態(tài)？（2）香農(nóng)公式）香農(nóng)公式n實(shí)際的信道總要受到各種噪聲的干擾，香農(nóng)實(shí)際的信道總要受到各種噪聲的干擾，香農(nóng)（Shannon）進(jìn)一步研究了）進(jìn)一步研究了受隨機(jī)噪聲干擾的受隨機(jī)噪聲干擾的信道情況信道情況，給出了計(jì)算信道容量的香農(nóng)公式，給出了計(jì)算信道容量的香農(nóng)公式n式中，式中，S為信號(hào)功率，為信號(hào)功率，N為噪聲功率，為噪聲功率，S/N為信為信噪比。由于實(shí)際使用的信道的信噪比都要足夠噪比。由

26、于實(shí)際使用的信道的信噪比都要足夠大，故常表示成大，故常表示成10lg(1+S/N)，并以分貝（，并以分貝（dB）為單位來計(jì)量，在使用時(shí)要特別注意。為單位來計(jì)量，在使用時(shí)要特別注意。 練習(xí)n在帶寬為4Khz的信道上用4s時(shí)間發(fā)送完成20kB的數(shù)據(jù)，信道的信噪比應(yīng)為多少分貝？練習(xí)n假定有一種雙絞線的衰減是0.7dB/km（1kHz），如果允許20dB的衰減，那么當(dāng)前條件下這種雙絞線的工作距離有多長(zhǎng)，如果這種雙絞線必須支持100km的傳輸距離，那么衰減必須控制在什么范圍內(nèi)？速率指標(biāo)和頻率指標(biāo)n帶寬：設(shè)備和傳輸介質(zhì)所能提供的頻率范圍的性能n信道的實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸能力Mbps 由下列因素決定：n可以提供的帶

27、寬MHzn信號(hào)編碼的效率n電子技術(shù)的水平nMbps: 數(shù)據(jù)速率n描述系統(tǒng)的吞吐量(電子，軟件，介質(zhì))n屬于數(shù)據(jù)鏈路層nMHz: 頻率的單位n電氣信號(hào)的描述n屬于物理介質(zhì)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(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 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022

28、 1024 移動(dòng)無線電 電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜2.3.1 導(dǎo)向傳輸媒體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) n同軸電纜n50 同軸電纜n75 同軸電纜n光纜 傳輸介質(zhì)的評(píng)價(jià)指標(biāo)及類型n通常，對(duì)于一種傳輸介質(zhì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)主通常，對(duì)于一種傳輸介質(zhì)性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括以下幾點(diǎn)：要包括以下幾點(diǎn)： 物理特性物理特性對(duì)傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述；對(duì)傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述； 傳輸特性傳輸特性傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號(hào)，傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號(hào)，以及頻率范圍；以及頻率范圍； 連通特性

29、連通特性允許點(diǎn)到點(diǎn)或多點(diǎn)連接；允許點(diǎn)到點(diǎn)或多點(diǎn)連接； 地理范圍地理范圍傳輸介質(zhì)的最大傳輸距離；傳輸介質(zhì)的最大傳輸距離； 抗干擾性抗干擾性傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對(duì)傳傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對(duì)傳輸數(shù)據(jù)影響的能力；輸數(shù)據(jù)影響的能力； 相對(duì)價(jià)格相對(duì)價(jià)格器件、安裝與維護(hù)的費(fèi)用。器件、安裝與維護(hù)的費(fèi)用。局域網(wǎng)電纜類型n非屏蔽雙絞線(UTP)n屏蔽雙絞線(STP/ScTP)n同軸電線n光纜-單單模模,多模多模電纜電纜 = = 鏈路鏈路?1雙絞線雙絞線n雙絞線是將兩根相互絕緣的導(dǎo)體按一定規(guī)格相互纏繞而成的，在實(shí)際使用中通常是將這樣的兩對(duì)或四對(duì)線放在一起，每對(duì)線使用不同顏色以便于區(qū)分，并在外面包裹上塑料或

30、膠皮。如果兩根導(dǎo)體互相平行地靠在一起，就相當(dāng)于一個(gè)天線的作用，信號(hào)會(huì)從一根導(dǎo)體進(jìn)入另一根導(dǎo)體中，這稱為串?dāng)_（cross talk）。 雙絞線雙絞線n雙絞線可分為無屏蔽雙絞線（Unshielded Twisted Pair Cable，UTP）和屏蔽雙絞線（Shielded Twisted Pair Cable，STP）兩類。圖2-6 雙絞線示意圖雙絞線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都是由美國(guó)通信工業(yè)協(xié)會(huì)（TIA）制定的，其標(biāo)準(zhǔn)是EIA/TIA-568B，具體如下。無屏蔽雙絞線示意圖屏蔽雙絞線示意圖45451 2 3 4 5 6 7 8T568B1 2 3 4 5 6 7 8T568A正確接線n 1類（Categor

31、y 1）線是ANSI/EIA/TIA-568A標(biāo)準(zhǔn)中最原始的非屏蔽雙絞銅線電纜，但它開發(fā)之初的目的不是用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的，而是用于電話語音通信的。 2類（Category 2）線是ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 2類/A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中第一個(gè)可用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆瞧帘坞p絞線電纜，傳輸頻率為1MHz，傳輸速率達(dá)4Mb/s，主要用于舊的令牌網(wǎng)。n3類（Category 3）線是ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 3類/B級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中專用于l0BASE-T以太網(wǎng)絡(luò)的非屏蔽雙絞線電纜，傳輸頻率為16MHz，傳輸速率可達(dá)l0Mb/s。 4類（Category 4）線是ANSI/EIA

32、/TIA-568A和ISO 4類/C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中用于令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)的非屏蔽雙絞線電纜，傳輸頻率為20MHz，傳輸速率達(dá)16Mb/s。主要用于基于令牌的局域網(wǎng)和10BASE-T/100BASE-T。n5類（Category 5）線是ANSI/EIA/TIA-568A和ISO 5類/D級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中用于運(yùn)行CDDI（CDDI是基于雙絞銅線的FDDI網(wǎng)絡(luò)）和快速以太網(wǎng)的非屏蔽雙絞線電纜，傳輸頻率為100MHz，傳輸速率達(dá)l00Mb/s。 超5類（Category excess 5）線是ANSI/EIA/TIA-568B.1和ISO 5類/D級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中用于運(yùn)行快速以太網(wǎng)的非屏蔽雙絞線電纜，傳輸頻率也為100MHz，傳

33、輸速率也可達(dá)到100Mb/s。與5類線纜相比，超5類在近端串?dāng)_、串?dāng)_總和、衰減和信噪比四個(gè)主要指標(biāo)上都有較大的改進(jìn)。 n 6類（Category 6）線是ANSI/EIA/TIA-568B.2和ISO 6類/E級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一種非屏蔽雙絞線電纜，它主要應(yīng)用于百兆位快速以太網(wǎng)和千兆位以太網(wǎng)中。因?yàn)樗膫鬏旑l率可達(dá)200250MHz，是超5類線帶寬的2倍，最大速率可達(dá)到1 000Mb/s，滿足千兆位以太網(wǎng)需求。 超6類（Category excess 6）線是6類線的改進(jìn)版，同樣是ANSI/EIA/TIA-568B.2和ISO 6類/E級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的一種非屏蔽雙絞線電纜，主要應(yīng)用于千兆網(wǎng)絡(luò)中。在傳

34、輸頻率方面與6類線一樣，也是200250MHz，最大傳輸速率也可達(dá)到1 000Mb/s，只是在串?dāng)_、衰減和信噪比等方面有較大改善。n 7類（Category 7）線是ISO 7類/F級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中最新的一種雙絞線，主要為了適應(yīng)萬兆位以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。但它不再是一種非屏蔽雙絞線了，而是一種屏蔽雙絞線，所以它的傳輸頻率至少可達(dá)500MHz，又是6類線和超6類線的2倍以上，傳輸速率可達(dá)10Gb/s。具體應(yīng)用的要求類型數(shù)據(jù)速率線對(duì) 最大信號(hào)頻率10BASE-T10Mbps210MHz100BASE-TX100Mbps280MHz1000BASE-T1000Mbps 4100MHz1000BASE-TX

35、1000Mbps 4250MHzIEEE 802.3ab 定義1000BASE-T標(biāo)準(zhǔn) 雙絞線系統(tǒng)的G - Ethernet 定義工作在Cat 5(100米)發(fā)送/接收 多級(jí)信號(hào)編碼 (PAM-5) 編制 1000BASE-T 標(biāo)準(zhǔn) 千兆比以太網(wǎng)5 類銅介質(zhì)雙絞線上運(yùn)行 使用全部對(duì)線 全雙工的模式運(yùn)行 帶寬仍為100MHz 現(xiàn)有五類系統(tǒng)要增加新的測(cè)試參數(shù)100BASE-TXn兩對(duì)線系統(tǒng)n一對(duì)發(fā)送，一對(duì)接收n4B-5B編碼初始信號(hào)速率125M個(gè)符號(hào)/秒(百萬符號(hào)/秒)n多級(jí)二進(jìn)制(偽三進(jìn)制)n4B/5B編碼是百兆以太網(wǎng)中線路層編碼類型之一，就是用5bit的二進(jìn)制數(shù)來表示4bit二進(jìn)制數(shù)，映射方式

36、如表所示：n4B/5B編碼其實(shí)就是用5bit的二進(jìn)制碼來代表4bit二進(jìn)制碼。此編碼的效率是80%，比Manchester碼高。4B/5B編碼的目的在前面已經(jīng)說過了，就是讓碼流產(chǎn)生足夠多的跳變。4位二進(jìn)制共有16種組合，5位二進(jìn)制共有32種組合，如何從32種組合種選取16種來使用呢？這里需要滿足兩個(gè)規(guī)則： n1)每個(gè)5比特碼組中不含多于3個(gè)“0”；n2) 或者5比特碼組中包含不少于2個(gè)“1”；nMLT-3碼的特點(diǎn)簡(jiǎn)單的說就是：逢“1”跳變，逢“0”不跳變。為了讓4B/5B編碼后的碼流中有足夠多的跳變就需要編碼后的碼流中有盡量多的“1”和盡量少的“0” 。n百兆以太網(wǎng)用的4B/5B編碼與MLT-

37、3編碼組合方式，發(fā)送碼流先進(jìn)行4B/5B編碼，再進(jìn)行MLT-3編碼。 100BASE-TX信號(hào)編碼0100110100NRZMLT-3+1 V-1 V8 nsec1000BASE-Tn四線對(duì)系統(tǒng)(全雙工FD)n四級(jí)編碼(PAM-5)n每個(gè)信號(hào)電平2比特n每秒發(fā)送125M符號(hào)n與100BASE-TX符號(hào)速率相同n降低噪聲的干擾n每對(duì)線支持250Mbps的數(shù)據(jù)速率(每個(gè)方向)四級(jí)信號(hào)編碼0100110100NRZ+1 V 11-1 V 0010018 nsec250 Mb/s250 Mb/s250 Mb/s250 Mb/s250 Mb/s250 Mb/s250 Mb/s250 Mb/s1000 M

38、b/s250 Mb/s250 Mb/s250 Mb/s250 Mb/s250 Mb/s250 Mb/s250 Mb/s250 Mb/s1000 Mb/s500 Mb/s500 Mb/s500 Mb/s500 Mb/s1000 Mb/s500Mb/s500 Mb/s500 Mb/s500 Mb/s1000 Mb/s2.同軸電纜n局域網(wǎng)中常用到的同軸電纜有以下兩種。 特性阻抗為50 的同軸電纜：用于傳送數(shù)字信號(hào)，分為粗纜和細(xì)纜兩種。 特性阻抗為75 的公用天線電視（Community Antenna Television，CATV）電纜：用于傳送模擬信號(hào)，這種電纜也稱為寬帶（broad band）

39、同軸電纜。3光纜n光纖是能夠傳導(dǎo)光波的介質(zhì)，它非常纖細(xì)，直徑約為125m。能傳導(dǎo)光波的石英、多種玻璃和塑料都可以用來制作光纖。用超純?nèi)酃柚瞥傻墓饫w已經(jīng)可將光纖的損耗降至最低。n一條光纜由多條光纖組成。與銅纜（雙絞線和同軸電纜）相比，光纜適應(yīng)了目前網(wǎng)絡(luò)對(duì)長(zhǎng)距離、大容量信息傳輸?shù)囊螅呀?jīng)被廣泛用于企業(yè)、校園主干網(wǎng)絡(luò)及遠(yuǎn)距離傳輸網(wǎng)絡(luò)中，成為傳輸介質(zhì)中的佼佼者。（1）光纖和光纜的結(jié)構(gòu)）光纖和光纜的結(jié)構(gòu)n光纖通常由石英玻璃拉制而成，主要包括纖芯和包層兩部分。纖芯很細(xì)，其直徑只有870m。包層的折射率比纖芯的折射率低，所以光波在纖芯與包層的界面上可實(shí)現(xiàn)全反射。這樣，當(dāng)光波通過纖芯傳導(dǎo)時(shí)，可保持在纖芯內(nèi)。

40、n由于光纖非常細(xì)，所以必須將光纖做成結(jié)實(shí)的光纜來使用。一根光纜一般包含一根或數(shù)十到數(shù)百根光纖，再配上加強(qiáng)芯、填充物和外保護(hù)套等部分，用以提高其機(jī)械強(qiáng)度，方便實(shí)際應(yīng)用。（2）光纖的分類）光纖的分類n光纖通過纖芯內(nèi)部的全反射來傳輸經(jīng)過編碼的光纖通過纖芯內(nèi)部的全反射來傳輸經(jīng)過編碼的光束（光信號(hào)）。光纖工作常用的光束（光信號(hào)）。光纖工作常用的3個(gè)頻段的個(gè)頻段的中心波長(zhǎng)分別為中心波長(zhǎng)分別為0.85 m，1.30 m與與1.55 m。這這3個(gè)頻段的帶寬都在個(gè)頻段的帶寬都在25 000 GHz30 000 GHz之間，因此光纖的通信容量是很大的。之間，因此光纖的通信容量是很大的。n光纖可以分為光纖可以分為單

41、模單模與與多模多模兩類。通俗地講，單兩類。通俗地講，單模光纖是指光纖中的光信號(hào)僅與光纖軸成單個(gè)模光纖是指光纖中的光信號(hào)僅與光纖軸成單個(gè)可分辨角度的單光線傳輸，多模光纖是指光纖可分辨角度的單光線傳輸，多模光纖是指光纖中的光信號(hào)與光纖軸成多個(gè)可分辨角度的多光中的光信號(hào)與光纖軸成多個(gè)可分辨角度的多光線傳輸。線傳輸。 光纜的工作原理n折射與反射n反射光線從兩種物質(zhì)的交界面彈射回來n折射光線從一種物質(zhì)進(jìn)入另一種物質(zhì)的彎曲n玻璃中的光線或是改變方向彎曲或者進(jìn)入周圍的空氣Glass 玻璃玻璃Air 空氣空氣反射反射折射折射臨界角全反射n當(dāng)入射角大于臨界角，光線全部反射并繼續(xù)在光纜中傳輸n當(dāng)入射角小于臨界角，

42、部分光線“逃離”光纜核心玻璃玻璃空氣空氣臨界角臨界角光纖芯包層外部保護(hù)層(a)(a)保護(hù)層包層光纖芯(b)(b)光電轉(zhuǎn)換LED發(fā)送端輸入光電轉(zhuǎn)換PIN接收端輸出光纖光信號(hào)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瓷漭斎朊}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的橫截面多模多模(MM)單模單模(SM)Cladding輔層輔層Coating表層表層Core核心核心規(guī)格：規(guī)格： 62.5/125 （核心直徑（核心直徑62.5 m）核心較大核心較大規(guī)格：規(guī)格： 8.3/125 （核心直徑（核心直徑8.3 m）核心較小核心較?。?）光纜的特性

43、）光纜的特性n多模光纖的傳輸速率低、傳輸距離短，整體的傳輸性能差，但成本低，一般用于建筑物內(nèi)或地理位置相鄰的環(huán)境中；單模光纖傳輸頻帶寬、容量大，傳輸距離長(zhǎng)，但需要用激光源，成本較高，通常在建筑物之間或地域分散的環(huán)境中使用。n與同軸電纜比較，光纖可提供極寬的頻帶，且功率損耗小、傳輸距離長(zhǎng)（2 km以上）、傳輸速率高（可達(dá)數(shù)千Mbps）、抗干擾性強(qiáng)（不會(huì)受到電子監(jiān)聽），是構(gòu)建安全性網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。n光纖也存在著一些缺點(diǎn)：纖芯質(zhì)地脆，機(jī)械強(qiáng)度低；切斷和連接中的技術(shù)要求較高，需要專用設(shè)備；分路、耦合較麻煩，所用的接口設(shè)備及接插器件比較昂貴。各種電纜銅線銅線聚氯乙烯 套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外

44、導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體無屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線 STP同軸電纜練習(xí)n試計(jì)算工作在1200nm和1400nm之間，及工作在1400nm到1600nm之間的光波的頻帶寬度，假定光速在光纖中的傳播速度為正常值得2/3。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 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)n無線傳輸是指在自由空間（地球上大氣的性質(zhì)也類似于自由空間）中進(jìn)行電磁波的傳輸，其傳輸方法包括：n微波（微波（microwave）傳輸）傳輸n無線電（無線電（radio w

45、ave）傳輸）傳輸n紅外（紅外（infrared light）傳輸）傳輸共享信道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 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

46、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(zhǎng)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(zhǎng)度）。nTDM 信號(hào)也稱為等時(shí)(isochronous)信號(hào)。n時(shí)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

47、 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TDM 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

48、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 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 WDM(Wavelength Division Multiplexing) n波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。 8 2.5

49、 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

50、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 prod

51、uct)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)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(111SSCDMA 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

52、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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的 24 路 PCM（簡(jiǎn)稱為 T1）和歐洲的 30 路 PCM（簡(jiǎn)稱為 E1）。我國(guó)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

53、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(guó)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(zhǎng)的時(shí)間，為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，各國(guó)的數(shù)字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同步方式。 同步光纖網(wǎng) SONETn同步光纖網(wǎng) SONET (Synchronous Optical Network) 的各級(jí)時(shí)鐘都來自一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘。 n第 1 級(jí)同步傳送信號(hào) STS-1 (Synchronous Transport Signal)的傳輸速率是 51.84 Mb/s。n光信號(hào)則稱為第 1 級(jí)光載波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。 同步數(shù)字系列 SDH n

54、ITU-T 以美國(guó)標(biāo)準(zhǔn) SONET 為基礎(chǔ)，制訂出國(guó)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 SONET 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-9ST

55、M-3 622.080OC-12/STS-12STM-4622 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(jí)/STS 級(jí)與 SDH 的 STM 級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 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

56、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)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。n段層(Section Layer)n在光纜上傳送 STS-N 幀。n線路層(Line Layer)n負(fù)責(zé)路徑層的同步和復(fù)用。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。 2.6 寬帶接入技術(shù)2.6.1 xDSL技術(shù)

57、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nHDSL

58、 (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 2.0 Mb

59、/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(guó)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 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)401381100ADSL 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