《計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》第二章講義 物理層

1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 5 版）第 2 章 物理層第 2 章 物理層2.1 物理層的基本概念物理層的基本概念 2.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型 2.2.2 有關(guān)信道的幾個基本概念有關(guān)信道的幾個基本概念 2.2.3 信道的極限容量信道的極限容量 2.3 物理層下面的傳輸媒體物理層下面的傳輸媒體 2.3.1 導(dǎo)向傳輸媒體導(dǎo)向傳輸媒體 2.3.2 非導(dǎo)向傳輸媒體非導(dǎo)向傳輸媒體 第 2 章 物理層（續(xù)）2.4 信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù) 2.4.1 頻分復(fù)用、時分復(fù)用和統(tǒng)計時分復(fù)用頻分復(fù)用、時分復(fù)用和統(tǒng)計時分復(fù)用 2.4.2 波分復(fù)用波分復(fù)用 2.4.

2、3 碼分復(fù)用碼分復(fù)用 2.5 數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng) 2.6 寬帶接入技術(shù)寬帶接入技術(shù) 2.6.1 xDSL技術(shù)技術(shù) 2.6.2 光纖同軸混合網(wǎng)（光纖同軸混合網(wǎng)（HFC 網(wǎng)）網(wǎng)） 2.6.3 FTTx 技術(shù)技術(shù) 2.1 物理層的基本概念物理層的基本概念 物理層的主要任務(wù)是確定與傳輸媒體的物理層的主要任務(wù)是確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：接口的一些特性，即： n機(jī)械特性機(jī)械特性 指明接口所用接線器的形狀指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。裝置等等。n電氣特性電氣特性 指明在接口電纜的各條線上指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓

3、的范圍。出現(xiàn)的電壓的范圍。n功能特性功能特性 指明某條線上出現(xiàn)的某一電指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。平的電壓表示何種意義。n過程特性過程特性 指明對于不同功能的各種可指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。能事件的出現(xiàn)順序。 2.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識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)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點終點發(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)字比特流模擬信號模擬信號 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)幾個術(shù)語n數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(data)運送消息的實體。運送消息的實體。n信號信號(signa

4、l)數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。 n“模擬的模擬的”(analogous)代表消息的參數(shù)的取值是連代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。續(xù)的。 n“數(shù)字的數(shù)字的”(digital)代表消息的參數(shù)的取值是離散的。代表消息的參數(shù)的取值是離散的。 n碼元碼元(code)在使用時間域（或簡稱為時域）的波形在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。 2.2.2 有關(guān)信號的幾個基本概念n單向通信單向通信（單工通信）（單工通信）只能有一個方只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。向的通信而沒有反方向的交互。n雙向

5、交替通信雙向交替通信（半雙工通信）（半雙工通信）通信的通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送送(當(dāng)然也就不能同時接收當(dāng)然也就不能同時接收)。n雙向同時通信雙向同時通信（全雙工通信）（全雙工通信）通信的通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。雙方可以同時發(fā)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）來自信源的信號。像計算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號。n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(jìn)行調(diào)制(m

6、odulation)。 n帶通信號把基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號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基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至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，就頻分量或直流分量。為了解決這一問題，就必須對基帶信號進(jìn)行必須對基帶信號進(jìn)行調(diào)制調(diào)制(modulation)。 n最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：n調(diào)幅調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。：載波

7、的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。 n調(diào)頻調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。n調(diào)相調(diào)相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。變化。 對基帶數(shù)字信號的幾種調(diào)制方法 010011100基帶信號調(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 個點中的每個點可對應(yīng)于一種 4 bit 的編碼。 若每一個碼元可表示的比特數(shù)越多，則

8、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。 舉例2.2.3 信道的極限容量 n任何實際的信道都不是理想的，在傳輸任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。擾。 n碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)木啻a元傳輸?shù)乃俾试礁撸蛐盘杺鬏數(shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真離越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。就越嚴(yán)重。 數(shù)字信號通過實際的信道 n有失真，但有失真，但可識別可識別n失真大，失真大，無法識別無法識別 實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號波形接收信號波形發(fā)送信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失

9、真）接收信號波形(1)信道能夠通過的頻率范圍n1924 年，奈奎斯特年，奈奎斯特(Nyquist)就推導(dǎo)出了著名就推導(dǎo)出了著名的的奈氏準(zhǔn)則奈氏準(zhǔn)則。他給出了在假定的理想條件下，。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。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)乃俾适怯猩舷薜模谌魏涡诺乐?，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜模駝t就會出現(xiàn)否則就會出現(xiàn)碼間串?dāng)_碼間串?dāng)_的問題，使接收端對碼的問題，使接收端對碼元的判決（即識別）成為不可能。元的判決（即識別）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如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號高頻分

10、量越多，那么就可以用更高的速率傳送高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_。碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_。 (2) 信噪比 n香農(nóng)香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出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了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的的極限極限、無差錯的無差錯的信息傳輸速率。信息傳輸速率。n信道的極限信息傳輸速率信道的極限信息傳輸速率 C 可表達(dá)為可表達(dá)為n C = W log2(1+S/N) b/s nW 為信道的帶寬（以為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；為單位）；nS 為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；nN 為信道內(nèi)部的高斯噪聲

11、功率。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。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(xiàn)無差錯的率，就一定可以找到某種辦法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。傳輸。 n若信道帶寬若信道帶寬 W 或信噪比或信噪比 S/N 沒有上限（當(dāng)然沒有上限（當(dāng)然實際信道不可能是這樣的），則信道的極限信實際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率息傳輸速率 C 也就沒有上限。也就沒有上限。n實際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要

12、比香農(nóng)實際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。的極限傳輸速率低不少。 請注意 n對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碼元攜帶更多比特的信息量。 請注意 n例如：假定我們的基帶信號是長度為例如：假定我們的基帶信號是長度為18的比特串：的比特串： 101011000110111010。n如果要直接傳送，則每一個碼元所攜帶的信息量是如果要直接傳送，則每一個碼元所攜帶的信息量是1bit。n現(xiàn)在采用每現(xiàn)在采用每3個比特一組，則一共是個比特一組，則一共是6組。組。n每一組共有每一組

13、共有8種不同的排列，則可以用不同的表示方法種不同的排列，則可以用不同的表示方法來表示這樣的信號，例如采用相位調(diào)制，用來表示這樣的信號，例如采用相位調(diào)制，用0表示表示000，1表示表示001，2表示表示010，3表示表示011，4表示表示100， 5表示表示101， 6表示表示110， 7表示表示111。這樣，原來這樣，原來18個碼元的信號就轉(zhuǎn)換成了由個碼元的信號就轉(zhuǎn)換成了由6個碼元組成個碼元組成的信號：的信號： 5306722.3 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)fLFMFHFV

14、HF 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 電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜百度一下n中國移動目前主要是第二代中國移動目前主要是第二代GSM網(wǎng)：占網(wǎng)：占用頻段是用頻段是890-909MHz，和，和935-954MHz，以及，以及1710-1720MHz/1805-1815MHz(雙頻覆蓋區(qū)雙頻覆蓋區(qū))n手機(jī)通信：手機(jī)通信：WiMAX加拿大站謀求全球加拿大站謀求全球

15、統(tǒng)一頻段統(tǒng)一頻段2.5GHz2.3.1 導(dǎo)向傳輸媒體n雙絞線雙絞線n屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair)n無屏蔽雙絞線無屏蔽雙絞線 UTP (Unshielded Twisted Pair) n同軸電纜同軸電纜n50 同軸電纜同軸電纜n75 同軸電纜同軸電纜n光纜光纜 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） 包層纖芯光纖光纖非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲

16、非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲光從高折射率的戒指射向低折射率的介質(zhì)，折射角大于入射光從高折射率的戒指射向低折射率的介質(zhì)，折射角大于入射角；當(dāng)入射角大于一定值時，就出現(xiàn)了全反射。角；當(dāng)入射角大于一定值時，就出現(xiàn)了全反射。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適合于近距離傳輸適合于近距離傳輸當(dāng)纖芯很細(xì)，只有一個光的波長，如幾個微米，則光纖就當(dāng)纖芯很細(xì)，只有一個光的波長，如幾個微米，則光纖就像一根波導(dǎo)一樣，光線可以一直向前傳播。衰減小，在像一根波導(dǎo)一樣，光線可以一直向前傳播。衰減小，在2.5Gb

17、ps高速率時，可傳數(shù)十公里而不采用中繼器。高速率時，可傳數(shù)十公里而不采用中繼器。2.3.2 非導(dǎo)向傳輸媒體 n無線傳輸所使用的頻段很廣。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。波信道的通信質(zhì)量較差。n微波在空間主要是直線傳播。微波在空間主要是直線傳播。 n地面微波接力通信地面微波接力通信n衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 共享信道2.4 信道復(fù)用技術(shù)2.4.1 頻分復(fù)用、時分復(fù)用和統(tǒng)計時分復(fù)用 n復(fù)用復(fù)用(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本是通信技術(shù)中的基本概念。概念。 信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2

18、C1C2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頻帶。這個頻帶。n頻分復(fù)用頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請注意，這里的注意，這里的“帶寬帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。 頻率時間頻率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻率 5時分復(fù)用TDM(Time Division Multiplexing)

19、n時分復(fù)用時分復(fù)用則是將時間劃分為一段段等長的則是將時間劃分為一段段等長的時分復(fù)時分復(fù)用幀用幀（TDM 幀）。每一個時分復(fù)用的用戶在每一幀）。每一個時分復(fù)用的用戶在每一個個 TDM 幀中占用固定序號的時隙。幀中占用固定序號的時隙。n每一個用戶所占用的時隙是每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)周期性地出現(xiàn)（其周（其周期就是期就是 TDM 幀的長度）。幀的長度）。nTDM 信號也稱為信號也稱為等時等時(isochronous)信號。信號。n時分復(fù)用的所有用戶是在不同的時間占用時分復(fù)用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的同樣的頻帶寬度。頻帶寬度。時分復(fù)用 頻率時間B C DB C DB C DB C

20、DAAAAA 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時分復(fù)用 頻率時間C DC DC DAAAABBBB C DB 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時分復(fù)用 頻率時間BDBDBDAAAA BCCCC DC 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時分復(fù)用 頻率時間B CB CB CAAAA B CDDDDD 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時分復(fù)用可能會造成線路資源的浪費 ABCDaabbcdb cattttt4 個時分復(fù)用幀#1ac

21、bcd時分復(fù)用#2#3#4用戶使用時分復(fù)用系統(tǒng)傳送計算機(jī)數(shù)據(jù)時，由于計算機(jī)數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)，用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的。 統(tǒng)計時分復(fù)用 STDM(Statistic TDM) 用戶ABCDabcdttttt3 個 STDM 幀#1acbab bcacd#2#3統(tǒng)計時分復(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 n

22、m 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。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常用的名詞是常用的名詞是碼分多址碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。n各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。不會造成干擾。n這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的

23、抗干擾能力，其頻這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。 n每一個比特時間劃分為每一個比特時間劃分為 m 個短的間隔，稱為個短的間隔，稱為碼片碼片(chip)。碼片序列(chip sequence) n每個站被指派一個唯一的每個站被指派一個唯一的 m bit 碼片序列。碼片序列。n如發(fā)送比特如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己的，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列。碼片序列。n如發(fā)送比特如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。 n例如，例如，S 站的站的 8 bit 碼片序列是碼片序列是 000110

24、11。n發(fā)送比特發(fā)送比特 1 時，就發(fā)送序列時，就發(fā)送序列 00011011，n發(fā)送比特發(fā)送比特 0 時，就發(fā)送序列時，就發(fā)送序列 11100100。nS 站的碼片序列：站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) CDMA 的重要特點n每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相并且還必須互相正交正交(orthogonal)。n在實用的系統(tǒng)中是使用在實用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列偽隨機(jī)碼序列。 碼片序列的正交關(guān)系 n令向量令向量 S 表示站表示站 S 的碼片向量，令的碼片向量，令 T 表示表示其他任何站的碼片向量。其他任何站的碼片向量

25、。 n兩個不同站的碼片序列正交，就是向量兩個不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和和T 的規(guī)格化的規(guī)格化內(nèi)積內(nèi)積(inner product)都是都是 0： 011miiiTSmTS(2-3)碼片序列的正交關(guān)系舉例 n令向量令向量 S 為為(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向，向量量 T 為為(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 n把向量把向量 S 和和 T 的各分量值代入的各分量值代入(2-3)式就可式就可看出這兩個碼片序列是正交的?？闯鲞@兩個碼片序列是正交的。 n任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是化內(nèi)積都是1 。n一個碼

26、片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是內(nèi)積值是 1。 正交關(guān)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(fā)送的信號 SxT 站發(fā)送的信號 Tx總的發(fā)送信號 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)制脈碼調(diào)制 PCM 體制最初是為了在電話局之間的中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。繼線上傳送多路的電話。n由于歷史上的原因，由于歷史上

27、的原因，PCM 有兩個互不兼容的國際有兩個互不兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的標(biāo)準(zhǔn)，即北美的 24 路路 PCM（簡稱為（簡稱為 T1）和歐洲）和歐洲的的 30 路路 PCM（簡稱為（簡稱為 E1）。我國采用的是歐洲）。我國采用的是歐洲的的 E1 標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。nE1 的速率是的速率是 2.048 Mb/s，而，而 T1 的速率是的速率是 1.544 Mb/s。n當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時，可采用復(fù)用的方法。當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時，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。其中最舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點。其中最主要的是以下兩個方面：主要

28、的是以下兩個方面： n速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。n如果不對高次群的數(shù)字傳輸速率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，國如果不對高次群的數(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)傳輸就很難實現(xiàn)。際范圍的高速數(shù)據(jù)傳輸就很難實現(xiàn)。 n不是同步傳輸。不是同步傳輸。n在過去相當(dāng)長的時間，為了節(jié)約經(jīng)費，各國的數(shù)在過去相當(dāng)長的時間，為了節(jié)約經(jīng)費，各國的數(shù)字網(wǎng)主要是采用字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同步方式準(zhǔn)同步方式。 同步光纖網(wǎng) SONETn同步光纖網(wǎng)同步光纖網(wǎng) SONET (Synchronous Optical Network) 的各級時鐘都來自一個非常精確的的各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘。主時鐘。 n第第 1 級級同步傳送信號同

29、步傳送信號 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的傳輸速率是的傳輸速率是 51.84 Mb/s。n光信號則稱為第光信號則稱為第 1 級級光載波光載波 OC-1，OC 表示表示Optical Carrier。 同步數(shù)字系列 SDH nITU-T 以美國標(biāo)準(zhǔn)以美國標(biāo)準(zhǔn) SONET 為基礎(chǔ)，制訂出為基礎(chǔ)，制訂出國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。n一般可認(rèn)為一般可認(rèn)為 SDH 與與 SONET 是同義詞。是同義詞。nSDH 的基本速率為的基本速率為 155.52 Mb/s，稱為第，稱為第

30、 1 級級同步傳遞模塊同步傳遞模塊 (Synchronous Transfer Module)，即，即 STM-1，相當(dāng)于，相當(dāng)于 SONET 體系體系中的中的 OC-3 速率。速率。 線路速率線路速率(Mb/s)SONET符號符號ITU-T符號符號表示線路速率表示線路速率的常用近似值的常用近似值 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-24ST

31、M-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(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)(sec

32、tion)(section)SONET 標(biāo)準(zhǔn)定義了四個光接口層 n光子層光子層(Photonic Layer)n處理跨越光纜的比特傳送。處理跨越光纜的比特傳送。n段層段層(Section Layer)n在光纜上傳送在光纜上傳送 STS-N 幀。幀。n線路層線路層(Line Layer)n負(fù)責(zé)路徑層的同步和復(fù)用。負(fù)責(zé)路徑層的同步和復(fù)用。n路徑層路徑層(Path Layer) n處理路徑端接設(shè)備處理路徑端接設(shè)備 PTE (Path Terminating Element)之間的業(yè)務(wù)的傳輸。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)nxDSL 技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對現(xiàn)有的模擬電話

33、用戶技術(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)。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)模擬電話信號的頻帶被限制在雖然標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號的頻帶被限制在 3003400 kHz 的范圍內(nèi)，但用戶線本身實際可通過的信號頻的范圍內(nèi)，但用戶線本身實際可通過的信號頻率仍然超過率仍然超過 1 MHz。nxDSL 技術(shù)技術(shù)就把就把 04 kHz 低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用用，而，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用使用。nDSL 就是就是數(shù)字用戶線數(shù)字用戶線(Digital Subscriber Line)的的縮

34、寫。而縮寫。而 DSL 的前綴的前綴 x 則表示在數(shù)字用戶線上實則表示在數(shù)字用戶線上實現(xiàn)的不同寬帶方案。現(xiàn)的不同寬帶方案。 xDSL 的幾種類型 nADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非對稱數(shù)字用戶線非對稱數(shù)字用戶線nHDSL (High speed DSL)：高速數(shù)字用戶線：高速數(shù)字用戶線nSDSL (Single-line DSL)：1 對線的數(shù)字用戶線對線的數(shù)字用戶線nVDSL (Very high speed DSL)：甚高速數(shù)字用：甚高速數(shù)字用戶線戶線nDSL ：ISDN 用戶線。用戶線。nRADSL (Rate-Adaptive DS

35、L)：速率自適應(yīng)：速率自適應(yīng) DSL，是，是 ADSL 的一個子集，可自動調(diào)節(jié)線路的一個子集，可自動調(diào)節(jié)線路速率）。速率）。 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 Termination 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) A

36、DSL分離器接入方法ADSL組網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖SOHO族自由ADSL接入方案SOHOSOHO，即，即Small Office Home OfficeSmall Office Home Office，家居辦公，大多指那些，家居辦公，大多指那些專門的自由職業(yè)者專門的自由職業(yè)者ADSL 的特點n上行和下行帶寬做成不對稱的。上行和下行帶寬做成不對稱的。n上行指從用戶到上行指從用戶到 ISP，而下行指從，而下行指從 ISP 到用戶。到用戶。nADSL 在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個 ADSL 調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器。n我國目前采用的方案是我國目前采用的方案是離散多音調(diào)離散多音調(diào)

37、 DMT (Discrete Multi-Tone)調(diào)制技術(shù)。這里的調(diào)制技術(shù)。這里的“多多音調(diào)音調(diào)”就是就是“多載波多載波”或或“多子信道多子信道”的意思。的意思。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)，信號傳輸線徑都有很大的關(guān)系（用戶線越細(xì)，信號傳輸時的衰減就越大），而所能得到的最高數(shù)據(jù)傳時的衰減就越大），而所能得到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率與實際的用戶線上的信噪比密切相關(guān)。輸速率與實際的用戶線上的信噪比密切相關(guān)。n例如，例如，0.5 毫米線徑的用戶線，傳輸速率為毫米線徑的用戶線，傳輸速率為 1.5 2.

38、0 Mb/s 時可傳送時可傳送 5.5 公里，但當(dāng)傳輸公里，但當(dāng)傳輸速率提高到速率提高到 6.1 Mb/s 時，傳輸距離就縮短為時，傳輸距離就縮短為 3.7 公里。公里。n如果把用戶線的線徑減小到如果把用戶線的線徑減小到0.4毫米，那么在毫米，那么在6.1 Mb/s的傳輸速率下就只能傳送的傳輸速率下就只能傳送2.7公里公里 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、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)采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)使用戶

39、線能夠傳送盡可能高的數(shù)據(jù)率。據(jù)率。n當(dāng)當(dāng) ADSL 啟動時，用戶線兩端的啟動時，用戶線兩端的 ADSL 調(diào)制解調(diào)器就調(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。每一個頻率上測試信號的傳輸質(zhì)量。nADSL 不能保證固定的數(shù)據(jù)率。對于質(zhì)量很差的用戶不能保證固定的數(shù)據(jù)率。對于質(zhì)量很差的用戶線甚至無法開通線甚至無法開通 ADSL。n通常下行數(shù)據(jù)率在通常下行數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到到 6.4 Mb/s 之間，而上行之間，而上行數(shù)據(jù)率在數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到到 640 kb/s 之間。之間。DMT 技術(shù)n

40、DMT 調(diào)制技術(shù)采用頻分復(fù)用的方法，把調(diào)制技術(shù)采用頻分復(fù)用的方法，把 40 kHz 以上一直到以上一直到 1.1 MHz 的高端頻譜劃分為的高端頻譜劃分為許多的子信道，其中許多的子信道，其中 25 個子信道用于上行信個子信道用于上行信道，而道，而 249 個子信道用于下行信道。個子信道用于下行信道。n每個子信道占據(jù)每個子信道占據(jù) 4 kHz 帶寬（嚴(yán)格講是帶寬（嚴(yán)格講是 4.3125 kHz），并使用不同的載波（即不同的），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)于在一對音調(diào)）進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。這種做法相當(dāng)于在一對用戶線上使用許多小的調(diào)制解調(diào)器用戶線上使用許多小的調(diào)制解調(diào)器并行地

41、并行地傳送傳送數(shù)據(jù)。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第二代 ADSL ADSL2（G.992.3 和 G.992.4）ADSL2+（G.992.5）n通過提高調(diào)制效率得到了通過提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率更高的數(shù)據(jù)率。例如，。例如，ADSL2 要求至少應(yīng)支持下行要求至少應(yīng)支持下行 8 Mb/s、上行、上行 800 kb/s的速率。而的速率。而 ADSL2+ 則將頻譜范圍從則將頻譜范圍從 1.1 MHz 擴(kuò)展至擴(kuò)展至2.2 MHz，下行速率可達(dá)，下行速率可達(dá) 16 Mb/s（最大傳輸速率可達(dá)（最大傳輸速率可達(dá)25 Mb/s），而上行

42、速率可達(dá)），而上行速率可達(dá) 800 kb/s。n采用了采用了無縫速率自適應(yīng)技術(shù)無縫速率自適應(yīng)技術(shù) SRA (Seamless Rate Adaptation)，可在運營中不中斷通信和不，可在運營中不中斷通信和不產(chǎn)生誤碼的情況下，自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)率。產(chǎn)生誤碼的情況下，自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)率。n改善了線路質(zhì)量評測和故障定位功能，這對提高改善了線路質(zhì)量評測和故障定位功能，這對提高網(wǎng)絡(luò)的運行維護(hù)水平具有非常重要的意義。網(wǎng)絡(luò)的運行維護(hù)水平具有非常重要的意義。2.6.2 光纖同軸混合網(wǎng)HFC (Hybrid Fiber Coax)nHFC 網(wǎng)是在目前覆蓋面很廣的有線電視網(wǎng)網(wǎng)是在目前覆蓋面很廣的有線電視網(wǎng) CA

43、TV 的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)。的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)。nHFC 網(wǎng)除可傳送網(wǎng)除可傳送 CATV 外，還提供電話、數(shù)外，還提供電話、數(shù)據(jù)和其他寬帶交互型業(yè)務(wù)。據(jù)和其他寬帶交互型業(yè)務(wù)。n現(xiàn)有的現(xiàn)有的 CATV 網(wǎng)是樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同軸電纜網(wǎng)網(wǎng)是樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)，它采用模擬技術(shù)的頻分復(fù)用對電視節(jié)目進(jìn)絡(luò)，它采用模擬技術(shù)的頻分復(fù)用對電視節(jié)目進(jìn)行單向傳輸。而行單向傳輸。而 HFC 網(wǎng)則需要對網(wǎng)則需要對 CATV 網(wǎng)進(jìn)網(wǎng)進(jìn)行改造，行改造， HFC 的主要特點 (1) HFC網(wǎng)的主干線路采用光纖網(wǎng)的主干線路采用光纖nHFC 網(wǎng)將原網(wǎng)將原 CATV 網(wǎng)中的同軸電纜主干部網(wǎng)中的同軸電纜

44、主干部分改換為光纖，并使用分改換為光纖，并使用模擬光纖技術(shù)模擬光纖技術(shù)。n在模擬光纖中采用光的振幅調(diào)制在模擬光纖中采用光的振幅調(diào)制 AM，這，這比使用數(shù)字光纖更為經(jīng)濟(jì)。比使用數(shù)字光纖更為經(jīng)濟(jì)。n模擬光纖從頭端連接到模擬光纖從頭端連接到光纖結(jié)點光纖結(jié)點(fiber node)，即，即光分配結(jié)點光分配結(jié)點 ODN (Optical Distribution Node)。在光纖結(jié)點光信號被。在光纖結(jié)點光信號被轉(zhuǎn)換為電信號。在光纖結(jié)點以下就是同軸轉(zhuǎn)換為電信號。在光纖結(jié)點以下就是同軸電纜。電纜。 (2) HFC 網(wǎng)采用結(jié)點體系結(jié)構(gòu) 同軸電纜頭端模擬光纖放大器引入線分路器光纖結(jié)點服務(wù)區(qū)服務(wù)區(qū)服務(wù)區(qū)(3) HFC 網(wǎng)具有比 CATV 網(wǎng)更寬的頻譜，且具有雙向傳輸功能 下行信道上行信道5 40 50 550 750 1000原有模擬電視數(shù)字信號頻率(MHz)保留(4) 每個家庭要安裝一個用戶接口盒 n用戶接口盒用戶接口盒 UIB (User Interface Box)要要提供三種連接，即：提供三種連接，即：