計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件-2物理層

1、課件制作人：謝希仁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 5 版）第 2 章 物理層課件制作人：謝希仁第 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2.3 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)向傳輸媒體課件制作人：謝希仁第 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

2、 FTTx 技術(shù)課件制作人：謝希仁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)的某一電平的電壓表示何種意義。n過(guò)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。 傳輸方式n數(shù)據(jù)在通信線路上的傳輸方式一般都是串行傳輸，即逐個(gè)比特按照時(shí)間順序傳輸。出于經(jīng)濟(jì)的考慮，遠(yuǎn)距離的傳輸通常都是串行傳輸。n有時(shí)也可以采用多個(gè)比特的并行傳輸方式。比如計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)傳輸。n因此，物理層還要完成傳輸方式的轉(zhuǎn)換。課

3、件制作人：謝希仁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)課件制作人：謝希仁幾個(gè)常用術(shù)語(yǔ)n數(shù)據(jù)(data)運(yùn)送消息（message）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

4、表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。課件制作人：謝希仁 2.2.2 有關(guān)信號(hào)的幾個(gè)基本概念n信道(channel)指的是向某一方向傳送信息的傳輸媒體。因此，一條通信電路一般包括一條發(fā)送信道和一條接收信道。n三種基本的通信方式：n單向通信（單工通信）只能有一個(gè)方向的通信而沒(méi)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。 課件制作人：謝希仁基帶(baseband)信號(hào)和帶通(band pass)信號(hào) n基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）來(lái)自信源的信號(hào)。像計(jì)算機(jī)輸出的代表

5、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)?；鶐盘?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(guò)載波調(diào)制后的信號(hào)。把基帶信號(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(guò)信道）。 使用載波的調(diào)制稱為帶通調(diào)制。課件制作人：謝希仁最基本的帶通調(diào)制方法 n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。 課件制作人：謝希仁對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)的幾種

6、調(diào)制方法 010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相課件制作人：謝希仁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(lái)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。 課件制作人：謝希仁數(shù)字信號(hào)通過(guò)實(shí)際的信道 n有失真，但可識(shí)別n失真大，無(wú)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)波形課件制作人：謝希仁信道能夠通過(guò)的頻率范圍n1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推導(dǎo)出了著名的奈氏準(zhǔn)則。他給出了在假定的理想條件下，

7、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駝t就會(huì)出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問(wèn)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(guò)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)_。 課件制作人：謝希仁(2) 信噪比 信噪比是信號(hào)的平均功率和噪聲（比如高斯噪聲）功率之比，以分貝（ dB ）作為度量單位。即： 信噪比=10log10(S/N) (2-1)例如，當(dāng)S/N=10時(shí)，信噪比=10dB當(dāng)S/N=100時(shí)，信噪比=20dB當(dāng)S/N=1000時(shí)，信噪比=30dB香農(nóng)公式n1948年，香農(nóng)(Shannon)用信息論的理

8、論推導(dǎo)出了香農(nóng)公式：n信道的極限信息傳輸速率 C是 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)部的高斯噪聲功率。課件制作人：謝希仁香農(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(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。 n若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒(méi)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(méi)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。 課件制作人：謝希仁請(qǐng)注意

9、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。碼元傳輸速率和信息的傳輸速率不同n波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝唬棵雮鞫嗌賯€(gè)碼元）。碼元傳輸速率也稱為波特率。n信息的傳輸速率=波特率log2NnN為每個(gè)碼元的可能的取值（或狀態(tài)）個(gè)數(shù)， log2N代表每個(gè)碼元可攜帶的比特?cái)?shù)。n舉例，見(jiàn)課本40頁(yè)。 n又如，假如采用調(diào)幅調(diào)制，波特率為8000baud，碼元的幅度可取4種值之一，則信息的傳輸速率=8000 log24=16000b/s課件制作人：謝希仁2.3 物理層下面的傳輸媒體無(wú)線電

10、微波紅外線可見(jiàn)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(wú)線電 調(diào)頻無(wú)線電 海事無(wú)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(dòng)無(wú)線電 電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜課件制作人：謝希仁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(wú)屏蔽雙絞線 UTP (Unsh

11、ielded Twisted Pair) n同軸電纜n50 同軸電纜n75 同軸電纜n光纜 課件制作人：謝希仁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(wú)屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線 STP同軸電纜課件制作人：謝希仁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） 包層纖芯課件制作人：謝希仁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瓷湔n件制作人：謝希仁輸入脈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課件制作人：謝希仁2.3.2 非

12、導(dǎo)向傳輸媒體 n無(wú)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 課件制作人：謝希仁共享信道*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)課件制作人：謝希仁頻分復(fù)用 FDM(Frequency Division Multiplexing) n用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過(guò)程中自始至終都占用這個(gè)頻帶。n頻分復(fù)

13、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頻率 3頻率 4頻率 5課件制作人：謝希仁時(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）。TDM 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。n時(shí)分復(fù)用更利于數(shù)字信號(hào)的傳輸。課件制作人：謝希仁時(shí)分

14、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 幀課件制作人：謝希仁時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)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 幀課件制作人：謝希仁時(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 幀課件制作人：謝希仁時(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

15、TDM 幀課件制作人：謝希仁頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用與用戶數(shù)量的關(guān)系n在使用頻分復(fù)用時(shí)，若每一個(gè)用戶所占的帶寬不變，則當(dāng)復(fù)用的用戶數(shù)量增加時(shí)，復(fù)用后的信道總帶寬就跟著變寬。n在使用時(shí)分復(fù)用時(shí)，當(dāng)復(fù)用的用戶數(shù)量增加時(shí)，復(fù)用后的時(shí)隙寬度就跟著變窄，而復(fù)用后的信道總帶寬不變。n例如，傳統(tǒng)電話通信每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)話路的帶寬是4kHz，若有1000個(gè)用戶進(jìn)行頻分復(fù)用，則復(fù)用后的信道總帶寬就是1000 4kHz=4MHz。若有1000個(gè)用戶進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，則復(fù)用后的每個(gè)用戶的分配到的時(shí)隙寬度為125s/1000=0.125 s。這里，125s是E1標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)2.5節(jié)）的時(shí)分復(fù)用幀的長(zhǎng)度。課件制作人：謝希仁圖2-14 時(shí)分

16、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。 課件制作人：謝希仁統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(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)用圖2-15 統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的工作原理集中器統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 STDM的特點(diǎn)n每一個(gè)STDM幀的時(shí)隙數(shù)小于連接在集中器上的用戶數(shù)。圖2-15中，時(shí)隙數(shù)為2，小于用戶數(shù)4。nSTDM幀是按需動(dòng)態(tài)地分配時(shí)隙。n因此STD

17、M可提高線路的利用率。課件制作人：謝希仁 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 Gb/s1310 nm20 Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120 km光調(diào)制器光解調(diào)器課件制作人：謝希

18、仁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(guò)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，不易被敵人發(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)。 課件制作人：謝希仁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 (Pulse Code Modulation)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

19、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。脈碼調(diào)制 PCM的工作原理采樣周期采樣周期 T=125微秒微秒t模擬信號(hào)t采樣1001001111000010t編碼得到編碼得到數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)t解碼t還原PCM中模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的過(guò)程n對(duì)電話信號(hào)采樣。采樣頻率=8kHz，采樣周期=125 s，采樣后電話信號(hào)成為每秒8000個(gè)離散的脈沖信號(hào)，其振幅對(duì)應(yīng)于采樣時(shí)刻電話信號(hào)的數(shù)值。n經(jīng)模數(shù)變換后，每個(gè)脈沖信號(hào)編碼為8位

20、二進(jìn)制碼元。E1 的時(shí)分復(fù)用幀 2.048 Mb/s傳輸線路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1時(shí)分復(fù)用幀T CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH08 bitt時(shí)分復(fù)用幀時(shí)分復(fù)用幀T = 125 s15 個(gè)話路15 個(gè)話路E1的速率的產(chǎn)生nE1 的時(shí)分復(fù)用幀（長(zhǎng)度T=125 s)共劃分為32個(gè)相等的時(shí)隙；n每個(gè)時(shí)隙傳送8比特，每秒傳送8000幀(時(shí)分復(fù)用幀)；n所以，E1的速率就為328b8000/s=2.048Mb/sn注意， E1 的時(shí)分復(fù)用幀共有30個(gè)話路，而不是32個(gè)話路。課件制作人：謝希仁2

21、. 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(guò)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。 課件制作人：謝希仁同步光纖網(wǎng) SONETn同步光纖網(wǎng) SONET (Synchronous Optical Network) 的各級(jí)時(shí)鐘都來(lái)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。

22、n光信號(hào)則稱為第 1 級(jí)光載波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。 課件制作人：謝希仁同步數(shù)字系列 SDH nITU-T （國(guó)際電信聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化部）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。 課件制作人：謝希仁2.6 寬帶接入技術(shù)2.6.1 xDS

23、L技術(shù)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 Hz 的范圍內(nèi)，但用戶線本身實(shí)際可通過(guò)的信號(hào)頻率仍然超過(guò) 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(lái)沒(méi)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(xiě)。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。 課件制作人：謝希仁xDSL 的幾種類型 nADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非對(duì)

24、稱數(shù)字用戶線nHDSL (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）。 課件制作人：謝希仁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

25、用戶線，傳輸速率為 1.5 2.0 Mb/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 課件制作人：謝希仁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ADSL調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)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。課件制作

26、人：謝希仁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)。課件制作人：謝希仁DMT 技術(shù)的頻譜分布 （圖2-19）頻譜頻率上行信道傳統(tǒng)電話04下行信道(kHz)401381100課件制作人：謝希仁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、受到相鄰用

27、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。n對(duì)于具有較高信噪比的頻率，ADSL就選擇一種調(diào)制方案可獲得每碼元對(duì)應(yīng)于較多的比特；對(duì)于具有較低信噪比的頻率，ADSL就選擇一種調(diào)制方案可獲得每碼元對(duì)應(yīng)于較少的比特； 因此，ADSL 不能保證固定的數(shù)據(jù)率。對(duì)于質(zhì)量很差的用戶線甚至無(wú)法開(kāi)通 ADSL。n通常下行數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到 6.4 Mb/s 之間，而上行數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到 640 kb/s 之間。課件制作人：謝希仁圖2-20基于ADSL的接入網(wǎng)的組成ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線 電話分離器 區(qū)域?qū)拵ЬW(wǎng)至 IS

28、P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 ：包括許多ADSL調(diào)制解調(diào)器（即接入端接單元 ATU） ，其中ATU-C（C 代表端局 Central Office），ATU-R（R 代表遠(yuǎn)端 Remote）必須成對(duì)使用。電話分離器 PS (POTS Splitter) ：將電話信號(hào)和數(shù)字信號(hào)分開(kāi)。關(guān)于圖2-20的思考n1. 根據(jù)復(fù)用技術(shù)的基本原理，該圖中哪些部分是復(fù)用器或分用器？ n2. 對(duì)于居民家庭的用戶，打電話的同時(shí)時(shí)是否可以使用計(jì)算機(jī)上網(wǎng)？n3. 居民家庭中的電話機(jī)和計(jì)算機(jī)分別是如何與本地電話交換機(jī)通信的？ADSL特點(diǎn)nAD

29、SL最大的好處就是利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)中的用戶線，不需要重新布線。nDSL的稱謂的來(lái)源。 在原來(lái)的用戶線加上兩端的調(diào)制解調(diào)器就變成了可以傳送數(shù)字信號(hào)的數(shù)字用戶線DSL。課件制作人：謝希仁第二代 ADSL ADSL2（G.992.3 和 G.992.4）ADSL2+（G.992.5）n通過(guò)提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率。例如，ADSL2 要求至少應(yīng)支持下行 8 Mb/s、上行 800 kb/s的速率。而 ADSL2+ 則將頻譜范圍從 1.1 MHz 擴(kuò)展至2.2 MHz，下行速率可達(dá) 16 Mb/s（最大傳輸速率可達(dá)25 Mb/s），而上行速率可達(dá) 800 kb/s。n采用了無(wú)縫速率自適應(yīng)技術(shù) SR

30、A (Seamless Rate Adaptation)，可在運(yùn)營(yíng)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。n改善了線路質(zhì)量評(píng)測(cè)和故障定位功能，這對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)水平具有非常重要的意義。課件制作人：謝希仁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) CATV 的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)。nHFC 網(wǎng)除可傳送 CATV 外，還提供電話、數(shù)據(jù)和其他寬帶交互型業(yè)務(wù)。課件制作人：謝希仁2.6.3 FTTx 技術(shù) nFTTx（光纖到）也是一種實(shí)現(xiàn)寬帶居民接入網(wǎng)的方案。這里字母 x 可代表不同意思。n光纖到家 FT

31、TH (Fiber To The Home)：光纖一直鋪設(shè)到用戶家庭可能是居民接入網(wǎng)最后的解決方法。n光纖到大樓 FTTB (Fiber To The Building)：光纖進(jìn)入大樓后就轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后用電纜或雙絞線分配到各用戶。n光纖到路邊 FTTC (Fiber To The Curb)：從路邊到各用戶可使用星形結(jié)構(gòu)雙絞線作為傳輸媒體。 課堂練習(xí)題（1）n1. （課本（課本61頁(yè)頁(yè)2-01題）物理層要解決哪些問(wèn)題題）物理層要解決哪些問(wèn)題？n2. （課本（課本62頁(yè)頁(yè)2-03題）試給出數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的題）試給出數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型并說(shuō)明其主要組成構(gòu)件的作用。模型并說(shuō)明其主要組成構(gòu)件的作用。n

32、3. （課本（課本62頁(yè)頁(yè)2-05題）物理層的接口有哪幾個(gè)題）物理層的接口有哪幾個(gè)方面的特性？各包含些什么內(nèi)容？方面的特性？各包含些什么內(nèi)容？n4. （課本（課本62頁(yè)頁(yè)2-07題）假定某信道受奈氏準(zhǔn)則題）假定某信道受奈氏準(zhǔn)則限制的最高碼元速率為限制的最高碼元速率為20000碼元碼元/秒。如果采秒。如果采用振幅調(diào)制，把碼元的振幅劃分為用振幅調(diào)制，把碼元的振幅劃分為16個(gè)不同等個(gè)不同等級(jí)來(lái)傳送，那么可以獲得多高的數(shù)據(jù)率（級(jí)來(lái)傳送，那么可以獲得多高的數(shù)據(jù)率（b/s）？）？課堂練習(xí)題（2）n5. （課本（課本62頁(yè)頁(yè)2-08題第題第1問(wèn)）假定要用問(wèn)）假定要用3kHz帶帶寬的電話信道傳送寬的電話信道傳

33、送64kb/s的數(shù)據(jù)（無(wú)差錯(cuò)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)（無(wú)差錯(cuò)傳輸），試問(wèn)這個(gè)信道應(yīng)具有多高的信噪比（分別），試問(wèn)這個(gè)信道應(yīng)具有多高的信噪比（分別用比值和分貝來(lái)表示）？用比值和分貝來(lái)表示）？n6. （課本（課本62頁(yè)頁(yè)2-10題）常用的傳輸媒體有哪幾題）常用的傳輸媒體有哪幾種？各自的帶寬是多少？種？各自的帶寬是多少？n7. （課本（課本62頁(yè)頁(yè)2-14題）試簡(jiǎn)述下列英文縮寫(xiě)的題）試簡(jiǎn)述下列英文縮寫(xiě)的含義：含義：FDM, TDM, STDM,WDM,CDMA, SONET, SDH。課外作業(yè)n1.（課本（課本62頁(yè)頁(yè)2-04題）名詞解釋：信道，數(shù)據(jù)題）名詞解釋：信道，數(shù)據(jù)，信號(hào)，模擬信號(hào)，基帶信號(hào)，帶通信號(hào)，數(shù)，信號(hào)，模擬信號(hào)，基帶信號(hào)，帶通信