計算機網絡第2章物理層

*第1頁2.4信道復用技術

`2.4.1頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用+()+A1A2B1B2C1C2A1A2B1B2C1C2共享信道(a)使用單獨的信道(b)使用共享信道復用分用復用(multiplexing)是通信技術中的基本概念。2023/1/14第2頁

1、頻分復用FDM

(FrequencyDivisionMultiplexing)

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。頻分復用的所有用戶在相同的時間占用不同的帶寬資源（請注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據的發(fā)送速率）。*第3頁按頻率劃分不同的信道

頻分復用頻率時間頻帶1頻帶2頻帶3頻帶n*第4頁2、時分復用TDM(TimeDivisionMultiplexing)

時分復用則是將時間劃分為一段段等長的時分復用幀（TDM幀）。每一個時分復用的用戶在每一個TDM幀中占用固定序號的時隙。每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是TDM幀的長度）。TDM信號也稱為等時(isochronous)信號。時分復用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。2023/1/14計算機網絡主講：南京信息工程大學劉生第5頁時分復用TDM原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據占用一個時隙進行傳輸

2023/1/14第6頁頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAATDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀周期性出現(xiàn)按時間劃分不同的信道頻分復用：所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源。時分復用：所有用戶在不同的時間占用同樣的頻率帶寬。這兩種復用方法的優(yōu)點是技術比較成熟，缺點是不夠靈活。但時分復用更有利于數(shù)字信號的傳輸。*第7頁時分復用可能會造成線路資源的浪費使用時分復用系統(tǒng)傳送計算機數(shù)據時，由于計算機數(shù)據的突發(fā)性質，用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的。aabbccdABCDttttabbcacdt#1#2#3#4

4個時分復用幀1234

*第8頁3、統(tǒng)計時分復用STDM(StatisticTDM)aabbccdABCDtttt1234STDM幀t#1#2#3abbcacd集中器統(tǒng)計時分復用用戶所占的時隙不是周期出現(xiàn)，用戶不固定占用某個時隙，有空時隙就將數(shù)據放入。

又稱為異步時分復用。而普通的時分復用稱為同步時分復用

*第9頁由于STDM幀中的時隙并不是固定的分配給某個用戶，所以每個時隙必須有用戶的地址信息，這是統(tǒng)計時分復用必有的開銷。圖上每個時隙之前的小時隙就是放入這樣的地址信息。*第10頁2.4.2波分復用WDM

(WavelengthDivisionMultiplexing)波分復用就是光的頻分復用。最初，在一根光纖上只能復用兩路光載波信號，叫波分復用WDM。后來一根光纖上復用的路數(shù)越來越多?，F(xiàn)在可以復用幾十路或更多路數(shù)的光波信號，稱為密集波分復用DWDM。

*第11頁原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進行傳輸01550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s復用器分用器EDFA120km光調制器光解調器*第12頁2.4.2碼分復用CDM(CodeDivisionMultiplexing)1.概念碼分復用CDM（或稱為碼分多址CDMA）每一個用戶可以在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通信。各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型，因此個用戶之間不會造成干擾。碼分復用最初使用于軍事通信：發(fā)送的信號具有很強的抗干擾能力。其頻譜近似白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。*第13頁2.原理

CDMA也是一種共享信道的方法，主要采用擴頻通信。

在CDMA中每一個比特時間再劃分為m個短的間隔，稱為碼片（chip）。通常m的值設為128或64。

使用CDMA的每一個站被指派一個唯一的mbit碼片序列。為簡單起見，我們設m=8。*第14頁

例如，s站其碼片序列為00011011

當發(fā)送bit1時，發(fā)送00011011發(fā)送bit0時，發(fā)送11100100為了描述準確，將1用+1，0用-1代替則s站的碼片序列為(-1-1-1+1+1-1+1+1)

假定數(shù)據率為bbit/s則實際發(fā)送速率為：mbbit/s

頻寬為：原來的m倍(擴頻)

擴頻通信通常有兩大類：

直接序列擴頻:DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum）

跳頻擴頻:FHSS（FrequencyHoppingSpreadSpectrum）*第15頁碼片序列的正交關系令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的規(guī)格化內積(innerproduct)都是0：(2-3)*第16頁碼片序列的正交關系舉例令向量S為(–1–1–1+1+1–1+1+1)，向量T為(–1–1+1–1+1+1+1–1)。

把向量S和T的各分量值代入(2-3)式就可看出這兩個碼片序列是正交的。2023/1/14計算機網絡主講：南京信息工程大學劉生第17頁正交關系的另一個重要特性任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內積都是1。2023/1/14計算機網絡主講：南京信息工程大學劉生第18頁2023/1/14計算機網絡主講：南京信息工程大學劉生第19頁一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內積值是–1。*第20頁CDMA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)格化內積S

Sx規(guī)格化內積S

Tx數(shù)據碼元比特發(fā)送端接收端*第21頁同步光纖網SONET和同步數(shù)字系列SDH1.傳統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)的缺點（1）速率標準不統(tǒng)一。如果不對高次群的數(shù)字傳輸速率進行標準化，國際范圍的高速數(shù)據傳輸就很難實現(xiàn)。

（2）不是同步傳輸。在過去相當長的時間，為了節(jié)約經費，各國的數(shù)字網主要是采用準同步方式。2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)2、同步光纖網SONET（1）1988年，美國首先推出的數(shù)字傳輸標準。（2）同步光纖網SONET(SynchronousOpticalNetwork)的各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘。（3）第1級同步傳送信號STS-1(SynchronousTransportSignal)的傳輸速率是51.84Mb/s。（4）光信號則稱為第1級光載波OC-1，OC表示OpticalCarrier。*第22頁3、同步數(shù)字系列SDH（1）ITU-T以美國標準SONET為基礎，制訂出國際標準同步數(shù)字系列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。（2）一般可認為SDH與SONET是同義詞。（3）SDH的基本速率為155.52Mb/s，稱為第1級同步傳遞模塊(SynchronousTransferModule)，即STM-1，相當于SONET體系中的OC-3速率。*第23頁*第24頁線路速率(Mb/s)SONET符號ITU-T符號表示線路速率的常用近似值51.840OC-1/STS-1155.520OC-3/STS-3STM-1155Mb/s466.560OC-9/STS-9STM-3622.080OC-12/STS-12STM-4622Mb/s933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-82488.320OC-48/STS-48STM-162.5Gb/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410Gb/s39813.120

OC-768/STS-768

STM-256

40Gb/s

SONET的OC級/STS級與SDH的STM級的對應關系*第25頁4、SONET的體系結構SDH/SONET標準目前已經成為國際標準，同時也適合微波與衛(wèi)星傳輸?shù)募夹g體制光子層路徑層線路層段層線路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終端復用器或分用器復用器或分用器轉發(fā)器轉發(fā)器段段段路徑*第26頁2.6寬帶接入技術

1、xDSL技術光纖同軸混合網HFC(HybridFiberCoax)2、FTTx技術*第27頁2.6.1xDSL技術xDSL技術就是用數(shù)字技術對現(xiàn)有的模擬電話用戶線進行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務。DSL是數(shù)字用戶線(DigitalSubscriberLine)的縮寫。而字母x表示DSL的前綴可以是多種不同字母，用不同的前綴表示在數(shù)字用戶線上實現(xiàn)的不同寬帶方案。xDSL的幾種類型ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：非對稱數(shù)字用戶線HDSL(HighspeedDSL)：高速數(shù)字用戶線SDSL(Single-lineDSL)：1對線的數(shù)字用戶線VDSL(VeryhighspeedDSL)：甚高速數(shù)字用戶線DSL

：ISDN用戶線。RADSL(Rate-AdaptiveDSL)：速率自適應DSL，是ADSL的一個子集，可自動調節(jié)線路速率）。*第28頁ADSL調制解調器的

頻譜利用的劃分*第29頁…頻譜頻率上行信道傳統(tǒng)電話04下行信道…(kHz)~40~138~1100ADSL采用兩種調制技術無載波振幅相位調制

CAP(CarrierlessAmplitudePhase)。離散多音調制

DMT(DiscreteMulti-Tone)。CAP早就使用在第一代ADSL調制解調器中，在商品化方面更加成熟。DMT則被美國ANSI選擇為ADSL的標準。*第30頁離散多音調制DMTDMT將可用帶寬劃分為256個子信道（每個子信道帶寬為4kHz），然后將數(shù)據自適應地動態(tài)分配給每個子信道，這就使得在約1MHz的可用頻帶內實現(xiàn)超過6Mb/s的數(shù)據率。ADSL技術還支持前向糾錯

FEC(ForwardErrorCorrection)。*第31頁ADSL的組成*第32頁ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線電話分路器區(qū)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數(shù)字用戶線接入復用器DSLAM(DSLAccessMultiplexer)接入端接單元ATU(AccessTerminationUnit)ATU-C（C代表端局CentralOffice）ATU-R（R代表遠端Remote）電話分路器PS(POTSSplitter)

*第33頁2.6.2光纖同軸混合網

HFC(HybridFiberCoax)HFC網是在目前覆蓋面很廣的有線電視網CATV的基礎上開發(fā)的一種居民寬帶接入網。HFC網除可傳送CATV外，還提供電話、數(shù)據和其他寬帶交互型業(yè)務?，F(xiàn)有的CATV網是樹形拓撲結構的同軸電纜網絡，它采用模擬技術的頻分復用對電視節(jié)目進行單向傳輸。而HFC網則需要對CATV網進行改造，*第34頁HFC的主要特點

(1)HFC網的主干線路采用光纖HFC網將原CATV網中的同軸電纜主干部分改換為光纖，并使用模擬光纖技術。在模擬光纖中采用光的振幅調制AM，這比使用數(shù)字光纖更為經濟。模擬光纖從頭端連接到光纖結點(fibernode)，即光分配結點

ODN(OpticalDistributionNode)。在光纖結點光信號被轉換為電信號。在光纖結點以下就是同軸電纜。(2)HFC網采用結點體系結構*第35頁同軸電纜頭端模擬光纖放大器引入線分路器光纖結點服務區(qū)服務區(qū)服務區(qū)*第36頁(3)HFC網具有比CATV網更寬的頻譜，且具有雙向傳輸功能下行信道上行信道540505507501000原有模擬電視數(shù)字信號頻率(MHz)保留*第37頁(4)每個家庭要安裝一個用戶接口盒用戶接口盒

UIB(UserInterfaceBox)要提供三種連接，即：使用同軸電纜連接到機頂盒(set-topbox)，然后再連接到用戶的電視機。使用雙絞線連接到用戶的電話機。使用電纜調制解調器連接到用戶的計算機。