《數(shù)據(jù)通信技術(shù)（本科）》課件-項目2 物理層技術(shù)

物理層技術(shù)1.物理層的主要任務計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)應用層運輸層網(wǎng)絡層表示層會話層數(shù)據(jù)鏈路層物理層7654321OSI的七層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)TCP/IP的四層協(xié)議體系結(jié)構(gòu)(a)(b)(c)五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)4應用層1網(wǎng)絡接口層2網(wǎng)際層IP(各種應用層協(xié)議，如DNS,HTTP,SMTP等)3運輸層(TCP或UDP)（這一層并沒有具體內(nèi)容）運輸層網(wǎng)絡層應用層數(shù)據(jù)鏈路層物理層54321物理層的主要任務物理層的主要任務物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是指具體的傳輸媒體。作用：盡可能屏蔽掉不同傳輸媒體和通信手段的差異。用于物理層的協(xié)議也常稱為物理層規(guī)程

(procedure)。物理層的主要功能物理層的主要任務物理層的主要功能物理層運輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層應用層五層模型物理層運輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層應用層五層模型001010101000001010101010101010101010100000010101010101“透明”傳輸比特流服務服務數(shù)據(jù)鏈路層“看不見”（也無需看見）物理層究竟使用的是什么方法來傳輸比特流。數(shù)據(jù)鏈路層只管“享受”物理層提供的比特流傳輸服務即可。物理層的主要任務物理層的主要任務確定與傳輸媒體的接口的一些特性。4個特性：機械特性：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。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。功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓的意義。過程特性：指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。還要完成串并轉(zhuǎn)換等任務物理層的主要任務引腳序號引腳名稱描述1TX+數(shù)據(jù)發(fā)送2TX-數(shù)據(jù)發(fā)送3RX+數(shù)據(jù)接收4n/c不連接5n/c不連接6RX-數(shù)據(jù)接收7n/c不連接8n/c不連接形狀和尺寸引腳數(shù)目和排列固定和鎖定裝置信號電壓的范圍阻抗匹配的情況傳輸速率距離限制規(guī)定接口電纜的各條信號線的作用????????T568B標準機械特性電氣特性過程特性功能特性規(guī)定在信號線上傳輸比特流的一組操作過程，包括各信號間的時序關系物理層的主要任務在物理層接口特性中，用于描述完成每種功能的事件發(fā)生順序的是（）。A.機械特性B.功能特性C.過程特性D.電氣特性下列選項中，不屬于物理層接口規(guī)范定義范疇的是（）。A.接口形狀B.引腳功能C.物理地址D.信號電平物理層技術(shù)2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型三大部分輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(數(shù)字的或模擬的)接收的信號(數(shù)字的或模擬的)輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器計算機

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目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息計算機公用電話網(wǎng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)源系統(tǒng)輸入信息源系統(tǒng)（或發(fā)送端、發(fā)送方）傳輸系統(tǒng)（或傳輸網(wǎng)絡）目的系統(tǒng)（或接收端、接收方）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型常用術(shù)語消息(message)：如話音、文字、圖像、視頻等。11001001001100111101011011001110……數(shù)據(jù)

(data)：

運送消息的實體。有意義的符號序列。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型常用術(shù)語信號

(signal)：數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。模擬信號(analogoussignal)：代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。數(shù)字信號(digitalsignal)：代表消息的參數(shù)的取值是離散的。1011001碼元：在使用時間域（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。使用二進制編碼時，只有兩種不同的碼元：0狀態(tài)，1狀態(tài)。物理層技術(shù)2.2信道容量有關信道的幾個基本概念信道：一般用來表示向某一個方向傳送信息的媒體。單向通信（單工通信）：只能有一個方向的通信，沒有反方向的交互。雙向交替通信（半雙工通信）：通信的雙方都可以發(fā)送信息，但雙方不能同時發(fā)送（當然也就不能同時接收）。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。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)切換方向數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)有關信道的幾個基本概念基帶信號（即基本頻帶信號）來自信源的信號。包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分。調(diào)制基帶調(diào)制：僅對基帶信號的波形進行變換，把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為另一種形式的數(shù)字信號。把這種過程稱為編碼

(coding)。帶通調(diào)制：使用載波(carrier)進行調(diào)制，把基帶信號的頻率范圍搬移到較高的頻段，并轉(zhuǎn)換為模擬信號。經(jīng)過載波調(diào)制后的信號稱為帶通信號（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。有關信道的幾個基本概念(1)常用編碼方式不歸零制：正電平代表1，負電平代表0。歸零制：正脈沖代表1，負脈沖代表0。曼徹斯特編碼：位周期中心的向上跳變代表0，位周期中心的向下跳變代表1。但也可反過來定義。差分曼徹斯特編碼：在每一位的中心處始終都有跳變。位開始邊界有跳變代表0，而位開始邊界沒有跳變代表1。有關信道的幾個基本概念(1)常用編碼方式數(shù)字信號常用的編碼方式

不歸零制曼徹斯特1111100000

比特流差分曼徹斯特

歸零制有關信道的幾個基本概念編碼練習請畫出10101101的曼徹斯特和差分曼徹斯特編碼有關信道的幾個基本概念(1)常用編碼方式信號頻率曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼產(chǎn)生的信號頻率比不歸零制高。自同步能力不歸零制不能從信號波形本身中提取信號時鐘頻率（這叫做沒有自同步能力）。曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼具有自同步能力。有關信道的幾個基本概念(2)基本的帶通調(diào)制方法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。必須對基帶信號進行調(diào)制(modulation)。最基本的調(diào)制方法有以下幾種：調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。調(diào)相(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。有關信道的幾個基本概念最基本的三種調(diào)制方法(2)基本的帶通調(diào)制方法基帶信號調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相010011100有關信道的幾個基本概念練習比特：10101101請畫出它的曼徹斯特編碼請畫出它的調(diào)幅，調(diào)頻，調(diào)相信道的極限容量實際的信道（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有失真，但可識別發(fā)送信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號波形失真大，無法識別數(shù)字信號通過實際的信道信道的極限容量任何實際的信道都不是理想的，都不可能以任意高的速率進行傳送。限制碼元在信道上的傳輸速率的兩個因素：信道能夠通過的頻率范圍。信噪比。碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)木嚯x越遠，或噪聲干擾越大，或傳輸媒體質(zhì)量越差，在接收端的波形的失真就越嚴重。信道的極限容量具體的信道所能通過的頻率范圍總是有限的。信號中的許多高頻分量往往不能通過信道。(1)信道能夠通過的頻率范圍碼間串擾：接收端收到的信號波形失去了碼元之間的清晰界限。碼元傳輸?shù)淖罡咚俾?2W（碼元/秒）奈氏準則：在帶寬為W(Hz)的低通信道中，若不考慮噪聲影響（理想低通），則碼元傳輸?shù)淖罡咚俾适?W(碼元/秒)。傳輸速率超過此上限，就會出現(xiàn)嚴重的碼間串擾的問題，使接收端對碼元的判決（即識別）成為不可能。碼元/秒也稱為波特（Baud）信道的極限容量(2)信噪比例如：當S/N=10時，信噪比為10dB，而當S/N=1000時，信噪比為30dB。信噪比就是信號的平均功率和噪聲的平均功率之比。常記為S/N，并用分貝(dB)作為度量單位。即：信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)信道的極限容量香農(nóng)公式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。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)無差錯的傳輸。信道的極限信息傳輸速率C可表達為：C=Wlog2(1+S/N)(bit/s)其中：W

信道的帶寬(Hz)；S

為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；N為信道內(nèi)部的高斯白噪聲功率。信道的極限容量方法：用編碼的方法讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量。提高信息的傳輸速率的方法若以同樣的速率發(fā)送碼元，則同樣時間所傳送的信息量就提高到了3倍。3bit/碼元1bit/碼元M1=φ5

φ3

φ0

φ6

φ7

φ2例：基帶信號M=101011000110111010……將信號中的每3個比特編為1組：

101011000110111010……信道的極限容量奈氏準則：激勵工程人員不斷探索更加先進的編碼技術(shù)，使每一個碼元攜帶更多比特的信息量。注意：奈氏準則和香農(nóng)公式的意義不同香農(nóng)公式：告誡工程人員，在實際有噪聲的信道上，不論采用多么復雜的編碼技術(shù)，都不可能突破信息傳輸速率的絕對極限。物理層技術(shù)2.3數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳輸方式01串行傳輸和并行傳輸02同步傳輸和異步傳輸03單向通信、雙向交替通信和雙向同時通信數(shù)據(jù)傳輸方式01110001100011…10100110100001…01011011101100…01串行傳輸和并行傳輸01110001100011…發(fā)送端接收端串行傳輸發(fā)送端接收端...并行傳輸數(shù)據(jù)傳輸方式01串行傳輸和并行傳輸計算機CPU和存儲器并行傳輸網(wǎng)卡局域網(wǎng)串行傳輸串行傳輸計算機CPU和存儲器并行傳輸網(wǎng)卡數(shù)據(jù)傳輸方式011100011000110010001000字節(jié)字節(jié)字節(jié)02同步傳輸和異步傳輸發(fā)送端接收端接收方在比特信號的中間時刻進行采樣收發(fā)雙方時鐘頻率的誤差積累造成比特信號采樣時刻的嚴重偏移同步傳輸收發(fā)雙方時鐘同步的方法外同步：在收發(fā)雙方之間增加一條時鐘信號線。內(nèi)同步：發(fā)送端將時鐘信號編碼到發(fā)送數(shù)據(jù)中一起發(fā)送（例如曼徹斯特編碼）。數(shù)據(jù)傳輸方式02同步傳輸和異步傳輸異步傳輸發(fā)送端接收端字節(jié)之間異步，即字節(jié)之間的時間間隔不固定。字節(jié)中的每個比特仍然要同步，即各比特的持續(xù)時間是相同的。數(shù)據(jù)傳輸方式03單向通信、雙向交替通信和雙向同時通信不能同時無線電廣播對講機手機單向通信（單工）發(fā)送端接收端雙向交替通信（半雙工）發(fā)送端或接收端接收端或發(fā)送端雙向同時通信（全雙工）發(fā)送端和接收端接收端和發(fā)送端物理層技術(shù)3.1導引型傳輸媒體物理層下面的傳輸媒體傳輸媒體（傳輸介質(zhì)）傳輸媒體是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。導引型傳輸媒體：電磁波被導引沿著固體媒體（銅線或光纖）傳播。兩大類非導引型傳輸媒體：指自由空間。非導引型傳輸媒體中電磁波的傳輸常稱為無線傳輸。物理層下面的傳輸媒體傳輸媒體是計算機網(wǎng)絡設備之間的物理通路，也稱為傳輸介質(zhì)或傳輸媒介。傳輸媒體并不包含在計算機網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)中。物理層運輸層網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層應用層體系結(jié)構(gòu)傳輸媒體傳輸媒體導引型傳輸媒體（固體媒體）非導引型傳輸媒體（自由空間）同軸電纜雙絞線光纖無線電波微波紅外線大氣激光可見光物理層下面的傳輸媒體電信領域使用的電磁波的頻譜：無線電微波紅外線可見光紫外線X射線

射線光纖(Hz)ff(Hz)LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024低頻地面微波同軸電纜雙絞線

海事無線電調(diào)幅無線電衛(wèi)星電視移動無線電

調(diào)頻無線電屏蔽雙絞線STP導引型傳輸媒體2大類3類線5類線不同的絞合度的雙絞線1.雙絞線最古老但又最常用的傳輸媒體。把兩根互相絕緣的銅導線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合

(twist)起來就構(gòu)成了雙絞線。絞合度越高，可用的數(shù)據(jù)傳輸率越高。無屏蔽雙絞線UTP帶絕緣層的銅線PVC套層導引型傳輸媒體1.雙絞線無屏蔽雙絞線UTP無屏蔽層價格較便宜(UnshieldedTwistedPair)導引型傳輸媒體1.雙絞線屏蔽雙絞線STP帶屏蔽層。都必須有接地線。(ShieldedTwistedPair)鋁箔屏蔽層接地線PVC套層帶絕緣層的銅線導引型傳輸媒體雙絞線標準EIA/TIA-568絞合線類別帶寬線纜特點典型應用316MHz2對

4芯雙絞線模擬電話；傳統(tǒng)以太網(wǎng)（10Mbit/s）5100MHz與

3類相比增加了絞合度傳輸速率

100Mbit/s（距離

100m）5E(超5類)125MHz與

5類相比衰減更小傳輸速率

1Gbit/s（距離

100m）6250MHz改善了串擾等性能，可使用屏蔽雙絞線傳輸速率

10Gbit/s（距離

35~55m）6A500MHz改善了串擾等性能，可使用屏蔽雙絞線傳輸速率

10Gbit/s（距離100m）7600MHz必須使用屏蔽雙絞線傳輸速率超過

10Gbit/s，距離

100m82000MHz必須使用屏蔽雙絞線傳輸速率

25Gbit/s或

40Gbit/s，距離

30m常用絞合線的類別、帶寬和典型應用導引型傳輸媒體雙絞線標準EIA/TIA-568絞合線類別帶寬線纜特點典型應用316MHz2對

4芯雙絞線模擬電話；傳統(tǒng)以太網(wǎng)（10Mbit/s）5100MHz與

3類相比增加了絞合度傳輸速率

100Mbit/s（距離

100m）5E(超5類)125MHz與

5類相比衰減更小傳輸速率

1Gbit/s（距離

100m）6250MHz改善了串擾等性能，可使用屏蔽雙絞線傳輸速率

10Gbit/s（距離

35~55m）6A500MHz改善了串擾等性能，可使用屏蔽雙絞線傳輸速率

10Gbit/s（距離100m）7600MHz必須使用屏蔽雙絞線傳輸速率超過

10Gbit/s，距離

100m82000MHz必須使用屏蔽雙絞線傳輸速率

25Gbit/s或

40Gbit/s，距離

30m常用絞合線的類別、帶寬和典型應用無論是哪種類別的雙絞線，衰減都隨頻率的升高而增大。雙絞線的最高速率還與數(shù)字信號的編碼方法有很大的關系。導引型傳輸媒體雙絞線標準EIA/TIA-568導引型傳輸媒體2.同軸電纜由內(nèi)導體銅質(zhì)芯線（單股實心線或多股絞合線）、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導體屏蔽層（也可以是單股的）以及保護塑料外層所組成。內(nèi)導體外導體屏蔽層絕緣層絕緣保護套層具有很好的抗干擾特性，被廣泛用于傳輸較高速率的數(shù)據(jù)。成本高、重量大、安裝不便基本的光纖通信系統(tǒng)導引型傳輸媒體3.光纜光纖是光纖通信的傳輸媒體。通過傳遞光脈沖來進行通信。其傳輸帶寬遠遠大于目前其他各種傳輸媒體的帶寬。發(fā)送端：要有光源，在電脈沖的作用下能產(chǎn)生出光脈沖。光源：發(fā)光二極管，半導體激光器等。接收端：要有光檢測器，利用光電二極管做成，在檢測到光脈沖時還原出電脈沖。發(fā)送器接收器光源光檢測器光纜導引型傳輸媒體光波在纖芯中的傳播折射角入射角包層（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）包層纖芯光線在光纖中的折射光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細絲，主要由纖芯和包層構(gòu)成雙層通信圓柱體。當光線從高折射率的媒體射向低折射率的媒體時，其折射角將大于入射角。如果入射角足夠大，就會出現(xiàn)全反射，光也就沿著光纖傳輸下去。光波在纖芯中的傳播導引型傳輸媒體1966年，華裔科學家高錕發(fā)表了一篇題為《光頻率介質(zhì)纖維表面波導》的論文，開創(chuàng)性地提出將光導纖維應用于通信的基本原理。導引型傳輸媒體多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖多模光纖可以存在多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。光脈沖在多模光纖中傳輸時會逐漸展寬，造成失真，只適合于近距離傳輸。導引型傳輸媒體多模光纖與單模光纖單模光纖其直徑減小到只有一個光的波長（幾個微米），可使光線一直向前傳播，而不會產(chǎn)生多次反射。制造成本較高，但衰耗較小。光源要使用昂貴的半導體激光器，不能使用較便宜的發(fā)光二極管。輸入脈沖輸出脈沖單模光纖導引型傳輸媒體多模光纖與單模光纖多模光纖可以存在多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。光脈沖在多模光纖中傳輸時會逐漸展寬，造成失真，只適合于近距離傳輸。單模光纖其直徑減小到只有一個光的波長（幾個微米），可使光線一直向前傳播，而不會產(chǎn)生多次反射。制造成本較高，但衰耗較小。光源要使用昂貴的半導體激光器，不能使用較便宜的發(fā)光二極管。導引型傳輸媒體光纖優(yōu)點現(xiàn)在已經(jīng)非常廣泛地應用在計算機網(wǎng)絡、電信網(wǎng)絡和有線電視網(wǎng)絡的主干網(wǎng)絡中。(1)通信容量非常大(2)傳輸損耗小，中繼距離長，對遠距離傳輸特別經(jīng)濟。(3)抗雷電和電磁干擾性能好。(4)無串音干擾，保密性好，不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)。(5)體積小，重量輕。導引型傳輸媒體光纖缺點現(xiàn)在已經(jīng)非常廣泛地應用在計算機網(wǎng)絡、電信網(wǎng)絡和有線電視網(wǎng)絡的主干網(wǎng)絡中。(1)切割光纖需要較貴的專用設備(2)目前光電接口還比較昂貴(3)不能過度彎折物理層技術(shù)3.2非導引型傳輸媒體非導引型傳輸媒體非導引型傳輸媒體光纖f(Hz)LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段1041051061071081091010101110121013101410151016地面微波同軸電纜雙絞線

海事無線電調(diào)幅無線電衛(wèi)星電視移動無線電

調(diào)頻無線電利用無線電波在自由空間的傳播可較快地實現(xiàn)多種通信，因此將自由空間稱為“非導引型傳輸媒體”。無線傳輸所使用的頻段很廣：LF~THF（30kHz~3000GHz）非導引型傳輸媒體無線電微波通信占有特殊重要的地位。300MHz~300GHz（波長1m~1mm）。主要使用：2~40GHz。微波頻率范圍地球表面：傳播距離受到限制，一般只有50km左右。100m高的天線塔：傳播距離可增大到100km。在空間主要是直線傳播非導引型傳輸媒體遠距離微波通信：微波接力100m高的天線塔可使傳播距離增大到100公里同步地球衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)的跨度達18000多公里衛(wèi)星作為中繼器微波接力：中繼站把前一站送來的信號放大后再發(fā)送到下一站。非導引型傳輸媒體遠距離微波通信：微波接力(1)微波波段頻率很高，頻段范圍很寬，其通信信道的容量很大。(2)工業(yè)干擾和天電干擾對微波通信的危害小，微波傳輸質(zhì)量較高。(3)與相同容量和長度的電纜載波通信比較，微波接力通信建設投資少，見效快，易于實施。主要特點(1)相鄰站之間必須直視（常稱為視距LOS(LineOfSight)），不能有障礙物，存在多徑效應。(2)有時會受到惡劣氣候的影響。(3)與電纜通信系統(tǒng)比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差。(4)對大量中繼站的使用和維護要耗費較多的人力和物力。主要缺點非導引型傳輸媒體衛(wèi)星通信通信容量大，通信距離遠，通信比較穩(wěn)定，通信費用與通信距離無關。但傳播時延較大：在250~300ms之間。請注意：“衛(wèi)星信道的傳播時延較大”并不等于“用衛(wèi)星信道傳送數(shù)據(jù)的時延較大”。保密性相對較差。造價較高。3萬6千公里同步衛(wèi)星物理層技術(shù)4.信道復用技術(shù)頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用信道復用復用(multiplexing)：允許用戶使用一個共享信道進行通信。A1A2B1B2C1C2(a)使用單獨的信道+()+A1A2B1B2C1C2共享信道(b)使用共享信道復用分用頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用復用器(multiplexer)和分用器(demultiplexer)成對使用共享信道A1A2B1B2C1C2復用器分用器頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用頻分復用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)最基本。將整個帶寬分為多份，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。所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬（即頻帶）資源。頻率時間頻帶1頻帶2

頻帶n頻帶3頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用頻分復用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用時分復用TDM(TimeDivisionMultiplexing)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）的。TDM信號也稱為等時

(isochronous)信號。所有用戶在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用時分復用TDM(TimeDivisionMultiplexing)頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAATDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀周期性出現(xiàn)頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用時分復用會導致信道利用率不高ABCDabcdttttt4個時分復用幀#1④③②①acb時分復用#2#3#4用戶當用戶暫時無數(shù)據(jù)發(fā)送時，分配給該用戶的時隙只能處于空閑狀態(tài)。abbadcc頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用統(tǒng)計時分復用STDM(StatisticTDM)用戶ABCDabcdttttt3個STDM幀#1④③②①acb#2#3STDM幀不是固定分配時隙，而是按需動態(tài)地分配時隙，因此可以提高線路的利用率。abbcacd集中器波分復用波分復用WDM(WavelengthDivisionMultiplexing)：光的頻分復用。使用一根光纖來同時傳輸多個光載波信號。1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm8

2.5Gbit/s1310nm20Gbit/s復用器分用器EDFA光調(diào)制器光解調(diào)器8

2.5Gbit/s1310nm120km碼分復用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(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此不會造成干擾。當碼分復用CDM(CodeDivisionMultiplexing)信道為多個不同地址的用戶所共享時，就稱為碼分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。碼分復用CDMA工作原理將每一個比特時間劃分為m個短的間隔，稱為碼片(chip)。例如：S站的8bit碼片序列是00011011。1

000110110

11100100碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)為每個站指派一個唯一的

mbit碼片序列。發(fā)送比特1：發(fā)送自己的mbit碼片序列。發(fā)送比特0：發(fā)送該碼片序列的二進制反碼。碼分復用碼片序列實現(xiàn)了擴頻要發(fā)送信息的數(shù)據(jù)率=bbit/s，實際發(fā)送的數(shù)據(jù)率=mbbit/s，同時，所占用頻帶寬度也提高到原來的m倍。擴頻通常有2大類直接序列擴頻DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)。跳頻擴頻FHSS(FrequencyHoppingSpreadSpectrum)。碼分復用CDMA的重要特點每個站分配的碼片序列：各不相同，且必須互相正交(orthogonal)。正交：向量S和T的規(guī)格化內(nèi)積(innerproduct)等于0：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1。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–1。碼分復用CDMA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)送端接收端物理層技術(shù)5.數(shù)字傳輸系統(tǒng)2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)早期，電話網(wǎng)長途干線采用頻分復用FDM的模擬傳輸方式。長途干線大都采用時分復用PCM的數(shù)字傳輸方式。現(xiàn)代電信網(wǎng)業(yè)務括話音、視頻、圖像和各種數(shù)據(jù)業(yè)務。因此需要一種能承載來自其他各種業(yè)務網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的傳輸網(wǎng)絡。在數(shù)字化的同時，光纖開始成為長途干線最主要的傳輸媒體。2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)早期數(shù)字傳輸系統(tǒng)的缺點速率標準不統(tǒng)一。兩個互不兼容的國際標準：北美和日本的T1速率（1.544Mbit/s）歐洲的E1速率（2.048Mbit/s）。不是同步傳輸。主要采用準同步方式。各支路信號的時鐘頻率有一定的偏差，給時分復用和分用帶來許多麻煩。2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)同步光纖網(wǎng)SONET(SynchronousOpticalNetwork)各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘。光纖傳輸系統(tǒng)定義了同步傳輸?shù)木€路速率等級結(jié)構(gòu)：傳輸速率以51.84Mbit/s為基礎。對電信信號稱為第1級同步傳送信號STS-1(SynchronousTransportSignal)，對光信號則稱為第1級光載波OC-1(OpticalCarrier)?，F(xiàn)已定義了從51.84Mbit/s(即OC-1)到9953.280Mbit/s(即OC-192/STS-192)的標準。2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)同步數(shù)字系列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)ITU-T以美國標準SONET為基礎制訂的國際標準。與SONET的主要不同：SDH的基本速率為155.52Mbit/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。2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)SONET的OC/STS級與SDH的STM級的對應關系線路速率(Mbit/s)SONET符號ITU-T符號表示線路速率的常用近似值51.840OC-1/STS-1

155.520OC-3/STS-3STM-1155Mbit/s466.560OC-9/STS-9STM-3622.080OC-12/STS-12STM-4622Mbit/s933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-82488.320OC-48/STS-48STM-162.5Gbit/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410Gbit/s39813.120OC-768/STS-768STM-25640Gbit/s2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)SONET/SDH標準的意義定義了標準光信號，規(guī)定了波長為1310nm和1550nm的激光源。在物理層定義了幀結(jié)構(gòu)。使北美、日本和歐洲這三個地區(qū)三種不同的數(shù)字傳輸體制在STM-1等級上獲得了統(tǒng)一。已成為公認的新一代理想的傳輸網(wǎng)體制。（運營商不用了，專網(wǎng)用，可靠、穩(wěn)定）SDH標準也適合于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)募夹g(shù)體制。采用同步時分復用物理層技術(shù)6.寬帶接入技術(shù)2.6寬帶接入技術(shù)寬帶：標準在不斷提高。美國聯(lián)邦通信委員會FCC定義（2015年）：從寬帶接入的媒體來看，劃分為2大類：有線寬帶接入。無線寬帶接入。寬帶下行速率達25Mbit/s，寬帶上行速率達3Mbit/s。2.6.1ADSL技術(shù)非對稱數(shù)字用戶線ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)技術(shù)：用數(shù)字技術(shù)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。ADSL技術(shù)把0~4kHz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。ADSL的ITU的標準：G.992.1（或稱G.dmt）。非對稱：下行（從ISP到用戶）帶寬遠大于上行（從用戶到ISP）帶寬。2.6.1ADSL技術(shù)ADSL調(diào)制解調(diào)器采用離散多音調(diào)DMT（DiscreteMulti-Tone）調(diào)制技術(shù)。DMT調(diào)制技術(shù)采用頻分復用FDM方法。相當于在一對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)。ADSL不能保證固定的數(shù)據(jù)率?！l譜頻率(kHz)ADSL的數(shù)字業(yè)務上行信道傳統(tǒng)電話04下行信道…~40~138~1100DMT技術(shù)的頻譜分布2.6.1ADSL技術(shù)DSLAM(DSLAccessMultiplexer)：數(shù)字用戶線接入復用器。ATU(AccessTerminationUnit)：接入端接單元（ADSL調(diào)制解調(diào)器）。ATU-C(C代表端局CentralOffice)，ATU-R(R代表遠端Remote)ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線

電話分離器至ISP居民家庭基于ADSL的接入網(wǎng)端局或遠端站DSLAM至本地電話局

區(qū)域?qū)拵ЬW(wǎng)ADSL的組成3大組成部分：數(shù)字用戶線接入復用器DSLAM（DSLAccessMultiplexer），用戶線和用戶家中的一些設施。ADSL最大好處：可以利用現(xiàn)有電話網(wǎng)中的用戶線（銅線），而不需要重新布線。2.6.1ADSL技術(shù)第二代ADSL采用離散多音調(diào)DMT（DiscreteMulti-Tone）調(diào)制技術(shù)。DMT調(diào)制技術(shù)采用頻分復用FDM方法。相當于在一對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)。ADSL不能保證固定的數(shù)據(jù)率?！l譜頻率(kHz)ADSL的數(shù)字業(yè)務上行信道傳統(tǒng)電話04下行信道…~40~138~1100DMT技術(shù)的頻譜分布2.6.1ADSL技術(shù)第二代ADSLADSL并不適合于企業(yè)，因為企業(yè)往往需要使用上行信道發(fā)送大量數(shù)據(jù)給許多用戶。包括ADSL2（G.992.3和G.992.4）和ADSL2+（G.992.5）。主要改進：(1)通過提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率。(2)采用了無縫速率自適應技術(shù)SRA(SeamlessRateAdaptation)。(3)改善了線路質(zhì)量評測和故障定位功能。2.6.1ADSL技術(shù)xDSLSDSL(SymmetricDSL)：對稱數(shù)字用戶線HDSL(Hi