計算機網絡-謝希仁第六版第二講 物理層劉彬

1、12本講要求本講要求1 理解物理層關注的問題2 了解計算機網絡的典型傳輸介質3 理解調制解調技術4 理解多路復用技術5 了解數字傳輸系統(tǒng)6 理解寬帶接入技術 過度的考慮未來是錯誤的。命運像過度的考慮未來是錯誤的。命運像一條鏈條，一次只能處理其中的一個環(huán)一條鏈條，一次只能處理其中的一個環(huán)節(jié)。節(jié)。 溫斯頓溫斯頓 .丘吉爾丘吉爾問題：物理上相連的主機？問題：物理上相連的主機？ 最簡單的網絡可能就是所有主機都由某最簡單的網絡可能就是所有主機都由某種物理介質直接相連的網絡。如何選擇一種合種物理介質直接相連的網絡。如何選擇一種合適的介質以及如何進行比特編碼？適的介質以及如何進行比特編碼？4回顧五層協(xié)議的體

2、系結構回顧五層協(xié)議的體系結構?0011100101001100110011101011011000011物理層物理層數據鏈路層數據鏈路層網絡層網絡層運輸層運輸層應用層應用層物理層物理層數據鏈路層數據鏈路層網絡層網絡層運輸層運輸層應用層應用層主機主機主機主機物理傳輸媒體5物理層關注主要問題物理層關注主要問題一句話：用什么來傳輸一句話：用什么來傳輸0-1比特流？比特流？ 問題分析問題分析（1）傳輸介質問題傳輸介質問題：用什么物理介質？傳輸什么信：用什么物理介質？傳輸什么信 號？適應什么環(huán)境？有什么傳輸特點？號？適應什么環(huán)境？有什么傳輸特點？（2）數字信號傳輸問題數字信號傳輸問題：如何將：如何將0-

3、1序列變換為相應的序列變換為相應的 傳輸信號？傳輸速度多快？如何計算？傳輸信號？傳輸速度多快？如何計算？（3）模擬信號傳輸問題模擬信號傳輸問題：如何將模擬信號變換為相應：如何將模擬信號變換為相應 的數字信號？傳輸速度多快？如何計算？的數字信號？傳輸速度多快？如何計算？ else6脈脈 絡絡解決問題解決問題多路信號多路信號傳輸傳輸傳輸介質傳輸介質香農定理香農定理調制技術調制技術多路復多路復用技術用技術寬帶接入寬帶接入 技術技術數字傳輸數字傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)通信基礎通信基礎 知識知識 物理層的作用物理層的作用 物理層關注如何在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸比特流 物理層作用要盡可能屏蔽掉各種傳輸媒體和通

4、信手段的差異計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 物理層任務: 確定與傳輸媒體的接口的一些特性，如機械特性、電氣特性、功能特性、規(guī)程特性8 物理連接上的傳輸方式： 并行傳輸：多個比特同時傳輸 計算機中 串行傳輸：一個一個比特的按時間順序傳輸 傳輸線上 物理層要完成串并/并串轉換（硬件問題）物理層基本概念物理層基本概念計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 9分分 類類兩類：有線（導向）和無線（非導向）選擇媒介需要考慮的因素：價格安裝難易程度容量 衰減 抗電磁干擾能力計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 10 雙絞線雙絞線 同軸電纜

5、同軸電纜 光纖電纜光纖電纜 無線與衛(wèi)星通信信道無線與衛(wèi)星通信信道計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 常用的傳輸介質常用的傳輸介質11雙絞線雙絞線p 屏蔽: STP 、UTPp 絞合度：1-7類（5類）計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體-導向導向12RJ45 接頭排線接頭排線步驟 5RJ45有兩種排線標準 T568A T568B計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體-導向導向查閱+動手？機器接交換機？機器間直連？13同軸電纜同軸電纜 有線電視有線電視計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體-導向導向50 、 7

6、5 有線電視系統(tǒng)的標準傳輸電纜有線電視系統(tǒng)的標準傳輸電纜14同軸電纜接口同軸電纜接口 BNC主機連接細纜（主機連接細纜（10Base2）的接口標準）的接口標準AUI主機連接粗纜（主機連接粗纜（10Base5）的接口標準）的接口標準計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體-導向導向15光光 纖（纖（1）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p 通信原理 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；入射角足夠大，出現全反射計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體-導向導向16光光 纖（

7、纖（2）p 單模和多模inputoutputsingle-mode fiber inputoutputMultimode fiber計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體-導向導向 距離越遠，失真越嚴重 沒有反射，直線傳播 17 有三個波段用于光纖通信光通過光纖時的衰減情況光通過光纖時的衰減情況計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體-導向導向18 玻璃封套玻璃封套 塑料外套塑料外套玻璃內芯玻璃內芯 單芯光纜單芯光纜 多芯光纜多芯光纜 玻璃內芯玻璃內芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外殼外殼光光 纜（纜（1）計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒

8、體傳輸媒體-導向導向 多模-紅色 單模-黃色 8芯、12芯 2km布線 75km加光放 再遠加線放光光 纜（纜（2）計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體-導向導向20光纖接口光纖接口 ST插頭 SC插頭 FC插頭 ST插頭插頭 計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體-導向導向SC插頭插頭21光纖的三種連接方式光纖的三種連接方式接入連接頭并插入光纖插座用機械方法將其接合兩根光纖被融合在一起形成堅實的連接三種連接方法，結合處都有光損耗和反射三種連接方法，結合處都有光損耗和反射 ，并且反射的能量會和信號交互作用并且反射的能量會和信號交互作用計算機網絡計算機網

9、絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體-導向導向22光纖的性能光纖的性能 價格價格 光纜及連接器比銅導線昂貴，但價格正在迅速下降 安裝費用遠遠超出其材料費用 安裝難易程度安裝難易程度 較難 容量容量 支持極高的帶寬 衰減衰減 光纜的衰減極低 抗電磁干擾性抗電磁干擾性 不受電磁波以及高頻失真的干擾。 適合于有危險的、高壓的或者泄漏信號靈敏性很強的環(huán)境計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體-導向導向圖2.58 光纖與電纜頻率衰減關系圖62.5/125m漸變增強型多模光纖01101003001000頻率(MHz)衰減(dB/km)051015202530355類UTP雙絞電纜2

10、3 在空間利用電磁波直接傳送和接收信號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 調幅無線電 調頻無線電 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 1024 移動無線電 電信領域使用的電磁波的頻譜電信領域使用的電磁波的頻譜計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非導向非導向非導向傳輸

11、媒體非導向傳輸媒體24非導向傳輸媒體非導向傳輸媒體 無線電波 微波 紅外線 光波 衛(wèi)星通信計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非導向非導向25無線電無線電 104-108 很容易產生很容易產生 低頻部分（低頻部分（a），沿地面?zhèn)鞑?，穿透性好，），沿地面?zhèn)鞑ィ┩感院茫?000公里公里 高頻部分高頻部分（b）短波通信短波通信，直線傳播，穿透性差，傳輸距離遠，直線傳播，穿透性差，傳輸距離遠 容易被雨水吸收容易被雨水吸收 抗電磁干擾能力差抗電磁干擾能力差 多徑效應多徑效應計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非導向非導向26微波微波108-1010 直線

12、傳播直線傳播要求發(fā)射器和接收器精確對齊要求發(fā)射器和接收器精確對齊 穿透性差穿透性差 頻段較高頻段較高,帶寬大帶寬大,特別適合于衛(wèi)星通信特別適合于衛(wèi)星通信 容易被水吸收容易被水吸收 抗干擾性比短波通信好抗干擾性比短波通信好地球地球計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非導向非導向 兩個地面站之間傳送兩個地面站之間傳送 距離：距離：50 -100 km27地球地球衛(wèi)衛(wèi) 星星 1G(109)-20G 衛(wèi)星通信本質還是無線通信，衛(wèi)星通信本質還是無線通信， 衛(wèi)星作為中繼器和放大器衛(wèi)星作為中繼器和放大器 微波通信方式微波通信方式 計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸

13、媒體 非導向非導向28衛(wèi)星通信的高度衛(wèi)星通信的高度范艾倫帶范艾倫帶計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非導向非導向29 與地面站相對固定位置 使用3個衛(wèi)星覆蓋全球 衛(wèi)星通信頻帶很寬，通信容量很大地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非導向非導向 傳播時延大 適合廣播通信 保密性差30中間軌道衛(wèi)星中間軌道衛(wèi)星 目前沒有被用于通信 應用于GPS 24顆星計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非非導向導向北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng) 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)BDS是中國正在實施的自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星導航系

14、統(tǒng)，與美國的GPS、俄羅斯的格洛納斯、歐盟的伽利略系統(tǒng)兼容共用的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，并稱全球四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)。 空間段計劃由35顆衛(wèi)星組成，已發(fā)射了17顆衛(wèi)星，定位精度10米。 特色：短信功能，每條可以發(fā)送120個漢字。計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非導向非導向32低軌道衛(wèi)星低軌道衛(wèi)星 需要大量衛(wèi)星 地面站不需要大功率 往返延遲小Example: Iridium(77銥,66鏑),motorola Globalstar(48) Teledesic- 軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng) 計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非導向非導向33低軌道衛(wèi)星低軌道衛(wèi)星 I

15、ridium ,在太空轉發(fā)信號 Globalstar,在地面轉發(fā)信號計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非導向非導向34紅外紅外線線 既可做點到點通信，也可進行廣播式通信既可做點到點通信，也可進行廣播式通信 穿透性差穿透性差 適合短距離通信適合短距離通信 有方向性、便宜并且容易制造有方向性、便宜并且容易制造 不能穿透堅實的物體不能穿透堅實的物體 紅外通信不能在室外使用紅外通信不能在室外使用 使用紅外系統(tǒng)不需要政府授權使用紅外系統(tǒng)不需要政府授權 計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非導向非導向35光波光波1014 穿透性差 有方向性 價格便宜 高帶

16、寬 不需要授權 不能穿透雨霧 激光波束窄,精確對準計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非導向非導向36小小 結結 短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質量較差 微波在空間主要是直線傳播 地面微波接力通信 衛(wèi)星通信 紅外線用于室內短距離通信計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體 非導向非導向37媒體選擇參考媒體選擇參考安裝一個小型局域網絡選擇雙絞線、無線或者同軸電纜把多個遠程站點（如在WAN上）連接到一起可以選擇光纖與移動著的計算機連網無線媒介必不可少計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：傳輸媒體傳輸媒體38通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型傳輸系

17、統(tǒng)輸入信息輸入數據發(fā)送的信號接收的信號輸出數據源點終點發(fā)送器接收器數據通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：通信基礎知識通信基礎知識 n 傳輸系統(tǒng)：數字的/模擬的n 信號：數字的/模擬的物理層要完成信號轉換問題39區(qū)分幾個術語區(qū)分幾個術語 消息(Message) 有意義的實體 數據(data) 運送消息的實體 (對消息進行編碼) 信號(signal) 數據的電氣的或電磁的表現 (數據的載體)聲音是消息，用2進制數據來表示，轉換成信號來傳輸計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：通信基礎知識通信基礎知識 40數據和信號的分類數據和信號的分類 數據 模擬

18、數據 數字數據 信號 模擬信號 數字信號模擬的模擬的隨時間連續(xù)變化的隨時間連續(xù)變化的數字的數字的離散的離散的計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：通信基礎知識通信基礎知識 41模模/數轉換和數數轉換和數/模轉換模轉換AnalogDataAnalog Signal放大器調制器Analog DataDigital Signal PCM編碼器 Digital DataAnalog Signal調制器Digital DataDigital Signal 數字發(fā)送器數字傳輸系統(tǒng)模擬傳輸系統(tǒng)計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：通信基礎知識通信基礎知識 42信道基本概念信道基本概念 單工通信 只能

19、有一個方向的通信而沒有 反方向的交互 廣播 半雙工通信 通信的雙方都可以發(fā)送信息，但 不能雙方同時發(fā)送 對講機 全雙工通信 通信的雙方可以同時發(fā)送和接收 信息 電話計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：通信基礎知識通信基礎知識 43通信系統(tǒng)性能的基本參數（通信系統(tǒng)性能的基本參數（1） 信道帶寬：信道能夠通過的頻率范圍 比特率：單位時間內發(fā)送信息的比特數。 比特比特/秒（秒（bps） 波特率：每秒鐘的采樣率，每一個采樣發(fā)送一份信息，這份信息稱為碼元，因此也稱為碼元率。 波特（波特（baud） 波特率和比特率的關系波特率和比特率的關系 ： 比特率 = 波特率*碼元位數計算機網絡計算機網絡2.

20、物理層：物理層：通信基礎知識通信基礎知識 44例：有一個信道，其最高碼元傳輸速率為6000Baud 若一個碼元能攜帶1比特的信息量，則： 最高信息傳輸速率為6000比特/秒 若一個碼元能攜帶3比特的信息量，則： 最高信息傳輸速率為18000比特/秒01(1 bit per symbol)1001011 1 11 1001001 1001000(3 bit per symbol)通信系統(tǒng)性能的基本參數（通信系統(tǒng)性能的基本參數（2）計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：通信基礎知識通信基礎知識 45基帶信號基帶信號- 就是將數字信號1 或0 直接用兩種不同 的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸計

21、算機網絡計算機網絡2. 2. 物理層：物理層：信號傳輸信號傳輸 01100010p 討論：基帶信號傳輸？解決辦法：調制調制問題1：基帶信號含有較多低頻成分，甚至有直流成分， 而許多信道不能傳輸！導致結果：方形波無法直接傳輸46調制技術（調制技術（1）-基帶調制基帶調制 基帶調制- 編碼 - 僅對基帶信號的波形進行變換，以適應信道 特征，變換后的信號仍然是基帶信號。 - 可采用的編碼方式主要有：不歸零編碼、歸 零編碼、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信號傳輸信號傳輸 0 0 1 1 0 1 0 0（b）曼徹斯特編碼（c）差分曼徹斯特編碼（a）不歸零（NRZ

22、）編碼高低高低高低調制技術（調制技術（2）-帶通調制帶通調制計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信號傳輸信號傳輸 帶通調制-使用載波 - 基帶信號經過載波調制后，其頻率范圍搬移 到較高的頻段，同時轉換為模擬信號，以便 在信道中傳輸 調制器主要作用：波形變換器波形變換器，把基帶數字信號的波形變換為適合模擬信道傳輸的波形。 解調器主要作用：波形識別器，波形識別器，將經過調制器變換過的模擬信號恢復成原來的數字信號。 在調制解調器中還要有差錯檢測和糾正的設施48計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：調制技術調制技術 調制器與解調器作用調制器與解調器作用49 調幅AM - 通過調整載波振幅來表

23、示數字信號 調頻FM - 通過調整載波頻率來表示數字信號 調相PM - 通過調整載波相位來表示數字信號 正交振幅調制QAM 混合調制方法帶通調制技術（帶通調制技術（1）計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：調制技術調制技術 載波：正弦波50 調調 幅幅 調調 頻頻 調調 相相數字信號數字信號計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：調制技術調制技術 正常幅度為正常幅度為1, 0幅度為幅度為0低頻為低頻為0，高頻為，高頻為1帶通調制技術（帶通調制技術（2）51計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：調制技術調制技術 如何提高調制效率？如何提高調制效率？n 調幅：調制一次幅度代表多幾個位！如

24、4調幅技術1/4：00； 1/2：01； 3/4：10； 1：11n 調頻：一般思路：通過更多的頻段來調制信息。 問題：頻段本身就是通信資源。 結論：調頻技術比較少的引用到現代的調制技術中n 調相：多相位調制。如4相位、8相位調制等52信道傳輸比特率無限？信道傳輸比特率無限？(1)問題問題：調制的級別越多，即使一個很小的噪聲就可能導致一個錯誤，同時一個錯誤有可能隱含了許多錯誤的位。結論結論：調制的級別不是越多越好!結論：在信道上的數據傳輸速率不是無限的結論：在信道上的數據傳輸速率不是無限的!問題：一條信道的最大傳輸速率是多少？計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：調制技術調制技術 53信道

25、的最高碼元傳輸速率（信道的最高碼元傳輸速率（1） 實際信道中，碼元傳輸的速率越高，或信號傳輸的距離越遠，或干擾噪聲越大，或傳輸媒體質量越差，輸出端的波形的失真就越嚴重。 限制碼元傳輸速率因素：帶寬和信噪比計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：調制技術調制技術 54 信道帶寬 一個信道的最大數據率 信噪比 S信號功率 N噪聲功率 信噪比（dB）=10log10 (S/N )（dB）計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：通信基礎知識通信基礎知識 信道的最高碼元傳輸速率（信道的最高碼元傳輸速率（2）55Shannon定理（噪聲信道）定理（噪聲信道） 如果信道的帶寬為W，信噪比為S/N，則該噪

26、聲信道的最大傳輸率為：最大傳輸率（位/秒）=Wlog2(1+S/N)當噪聲不存在時？則S/N，傳輸速率可以為？ 香農定理表明，信道的帶寬越大或者信道中的香農定理表明，信道的帶寬越大或者信道中的信噪比越大，則信噪比越大，則信道的信道的極限傳輸速率越高極限傳輸速率越高! !計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：調制技術調制技術 56p下一個問題: W一定，且S/N和碼元傳輸速率都達到上限，信道傳輸比特率還能提高嗎？解決：讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量解決：讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量+調制技術調制技術 但，實際信道上達到的信息傳輸速率要比香農給出的極限傳輸速率低不少！計算機網絡計算機網絡

27、2. 物理層：物理層：調制技術調制技術 信道傳輸比特率無限？信道傳輸比特率無限？(2)多路復用技術多路復用技術 問題的提出：問題的提出： （1）調制解調技術解決了信道上一路數字信號傳輸的問題 （2）運營商希望在一條物理干線上傳輸多個會話新的問題：多路信號共享一個傳輸信道的問新的問題：多路信號共享一個傳輸信道的問題題計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 多路復用技術多路復用技術+( ) 復用復用(multiplexing)是通信技術中的基本概念 +A1A2B1B2C1C2A1A2B1B2C1C2共享信道(a) 使用單獨的信道(b) 使用共享信道復用分用計算機網絡計算

28、機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 59基本復用技術基本復用技術 FDM（頻分多路復用） TDM（時分多路復用） STDM（統(tǒng)計時分復用） WDM（波分復用） CDMA（碼分多址）計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 60頻分多路復用頻分多路復用n 基本原理：頻譜分為頻段，不同用戶使用不同頻段計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 特點：特點：所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源；所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源；用戶分配到帶寬后，自始至終占用。用戶分配到帶寬后，自始至終占用。頻率時間頻率 1頻率 2頻率 3頻

29、率 4頻率 561時分多路復用時分多路復用n 基本原理：用戶輪流使用整個帶寬, 每次使用一段時間計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 頻率時間B C DB C DB C DB C DAAAATDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀將時間劃分為一段段等長的時隙，每個用戶分配一個時隙；將時間劃分為一段段等長的時隙，每個用戶分配一個時隙；所有用戶在不同的時間占用相同的頻帶寬度。所有用戶在不同的時間占用相同的頻帶寬度。62時分復用特點（時分復用特點（1）頻率時間B C DB C DB C DB C DAAAAA 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TD

30、M 幀TDM 幀TDM 幀計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 63時分復用特點（時分復用特點（2） 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 幀計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 64時分復用特點（時分復用特點（3） 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 幀計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 65時分復用特點（時分復用特點（4） 頻

31、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 幀計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 66時分復用可能會造成時分復用可能會造成線路資源的浪費線路資源的浪費 ABCDaabbcdb cattttt4 個時分復用幀#1acbcd時分復用#2#3#4用戶使用時分復用系統(tǒng)傳送計算機數據時，由于計算機數據的突發(fā)性質，用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的。 計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 67改進：統(tǒng)計時分復用改進：統(tǒng)計時分復用 STDM用戶ABCDabcd

32、ttttt3 個 STDM 幀#1acbab bcacd#2#3統(tǒng)計時分復用計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 68波分復用波分復用WDM 光的頻分復用光的頻分復用光纖光纖2光纖光纖3光纖光纖1共享光纖共享光纖計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 棱柱棱柱/衍射光柵衍射光柵F1F2F3共享光纖的光譜共享光纖的光譜F2F1F3 光譜光譜 采用無源設備，更可靠采用無源設備，更可靠u WDM-在一根光纖上復用兩路光載波信號 密集波分復用密集波分復用DWDM： 復用 80 路或更多路數的光載波信號69 又稱碼分多址CDMA 所有用戶信號均占

33、用信道的全部帶寬和任意時間段 各用戶使用經過精心挑選的不同碼型，各用戶之間不會造成干擾 特點：很強的抗干擾能力，保密性強，語音質 量較好，可靠性好，通信容量大，手機平均發(fā)射功率低碼分多路復用碼分多路復用計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 70 每一個站都被分配了一個惟一的m位的代碼， 稱為時間片序列時間片序列&碼片碼片 如m=8，站A的時間片序列為A=0001 1011 傳輸位“1”，發(fā)送時間片；傳輸位“0”，發(fā)送時間片 的補碼。如A站，發(fā)送位“1”，則發(fā)送0001 1011 發(fā)送位“0”，則發(fā)送1110 0100CDMA基本原理（基本原理（1）問題：發(fā)送b位數

34、據，實際發(fā)送mb位。Crazy！計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 擴頻通信技術-源站所占用的頻帶寬度提高到原來的M倍！71 正交特性正交特性：所有的時間片都是兩兩正交（歸一化 正交），即時間片S和T的內積(寫為ST)為0A：0001 1011 表示為：（-1，-1，-1， 1，1，-1，1， 1）B：0010 1110 表示為：（-1，-1， 1，-1，1， 1，1，-1）011miiiTSmTS0)11111111 ( BAS S=1S S=-1計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 CDMA基本原理（基本原理（2）72 數據發(fā)送

35、數據發(fā)送：多個站點同時發(fā)送數據時，則發(fā)送信號線性相加如A發(fā)送1，同時B發(fā)送1，則發(fā)送A+B=（ -1，-1，-1， 1， 1，-1 ，1 ，1 ）+ （ -1，-1， 1，-1， 1， 1， 1，-1 ） =（-2，-2，0，0， 2， 0，2，0） 數據接收數據接收：同時接收到信號，利用正交特性解碼信息A （A+B）=A A+A B=1+0=1 （表示發(fā)送了位1）B （A+B）=B A+B B=0+1=1 （表示發(fā)送了位1）計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 結論：內積結果為結論：內積結果為1，源站發(fā)送了位，源站發(fā)送了位1；內積結果為內積結果為-1，源站發(fā)送了

36、位，源站發(fā)送了位0；內積結果為；內積結果為0，源站沒發(fā)數據；，源站沒發(fā)數據；CDMA基本原理（基本原理（3）73幾種復用技術的比較幾種復用技術的比較 FDM 將大房間隔成若干個小房間，每個小房間里的 人互相交流。 TDM 在同一個房間輪流發(fā)言的方式，但一次只能一 個人說，一個說完，另一個繼續(xù)。 CDMA 把所有的人放在一個大房間里，他們說著不同 的語言。這樣他要交流只要找自己的語言的那 個，而不用擔心別的語言的噪聲。 計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：信道復用技術信道復用技術 74數字傳輸系統(tǒng)數字傳輸系統(tǒng) 計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：數字傳輸系統(tǒng)數字傳輸系統(tǒng) 模擬模擬信號

37、的數字化傳輸技術信號的數字化傳輸技術 n 數字傳輸技術具有傳輸差錯可控、易于復用等優(yōu)點，數字傳輸技術具有傳輸差錯可控、易于復用等優(yōu)點，目前已成為大容量、遠距離通信的首選技術，也是遠距目前已成為大容量、遠距離通信的首選技術，也是遠距離網絡依賴的傳輸技術。離網絡依賴的傳輸技術。n PCM脈碼調制脈碼調制 用于模用于模/數轉換數轉換Analog DataDigital Signal PCM編碼器 n模模/數轉換過程：數轉換過程：取樣取樣量化量化編碼編碼75PCM（1）采樣周期 Tt信號1001001111000010t編碼t采樣-2.1-2.18.28.20.90.9-2.8-2.8t量化-2-28

38、 81 1-3-3計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：數字傳輸系統(tǒng)數字傳輸系統(tǒng) 76PCM（2） 1001001111000010tPCM數據數據t還原還原t解碼解碼-2-28 81 1-3-3計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：數字傳輸系統(tǒng)數字傳輸系統(tǒng) 77PCM標準標準 北美 歐洲、中國、南美 日本計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：數字傳輸系統(tǒng)數字傳輸系統(tǒng) 為有效利用傳輸線路，對多個話路PCM信號進行 時分復用時分復用782.0488.44834.368139.264564.9921.5446.31244.736274.1761.5446.31232.06497.728

39、397.20064kbpsJ1E1T1J2E2T2J3E3T3J4E4T4J5E5x30 x24x24x 4x 4x 4x 4x 7x 5x 4x 6x 3x 4x 4歐洲歐洲北美北美日本日本三大數字體系三大數字體系-TEJ標準標準計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：數字傳輸系統(tǒng)數字傳輸系統(tǒng) 79 PCM數字傳輸系統(tǒng)問題： - 速率標準不統(tǒng)一- 精確同步傳輸沒有實現SONET/SDH 解決： SONET /SDH標準推出標準推出 - 統(tǒng)一統(tǒng)一速率標準速率標準 - 實現精確同步實現精確同步 - 都采用時分多路復用時分多路復用技術計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：數字傳輸系統(tǒng)數字傳輸

40、系統(tǒng) 80速率體系速率體系 SONET 北美、日本每125us發(fā)送810字節(jié)數據（STS-1/OC-1）SONET基本帶寬=810*8bits/125us=51.84Mbps（相當于T3/E3）SDH基本帶寬=155.52Mbps （相當于OC-3） 計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：數字傳輸系統(tǒng)數字傳輸系統(tǒng) SDH 歐洲、中國對電信號對電信號 STS-1對光信號對光信號 OC-1 三大數字體系在三大數字體系在 STM-1 獲得統(tǒng)一獲得統(tǒng)一 !81寬帶接入技術寬帶接入技術計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：寬帶接入技術寬帶接入技術 82ADSL 用數字技術對現有的模擬電話用戶線進

41、行改造， 使它能夠承載寬帶業(yè)務 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使用把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網使用 DSL 就是數字用戶線，前綴 x 表示在數字用 戶線上實現的不同寬帶方案 ;A表示非對稱的計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：寬帶接入技術寬帶接入技術 83ADSL特點特點 上行和下行帶寬不對稱 上行指從用戶到 ISP，而下行指從 ISP 到用戶 ADSL 在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個ADSL 調制解調器 ADSL 調制解調器目前采用離散多音調 DMT調制技術 “多音調”就是“多載波”或“多子信道”的意思計算機網絡計算機

42、網絡2. 物理層：物理層：寬帶接入技術寬帶接入技術 84DMT頻譜劃分頻譜劃分頻譜頻譜頻率頻率上行信道上行信道傳統(tǒng)電話傳統(tǒng)電話04下行信道下行信道(kHz)401381100計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：寬帶接入技術寬帶接入技術 DMT 調制技術采用頻分復用頻分復用方法1、 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，一部分用于上行信道，一部分用于下行信道2、每個子信道占據 4 kHz 帶寬ADSL 的數據率的數據率 由于用戶線的具體條件往往相差很大，當 ADSL 啟動時，用戶線兩端的 ADSL 調制解調器就測試可用的頻率、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量，以確定采用什么調制技術使用戶線能夠傳送盡可能高的數據率。自適應自適應 ADSL 不能保證固定的數據率。對于質量很差的用戶線甚至無法開通 ADSL。盡力而為盡力而為計算機網絡計算機網絡2. 物理層：物理層：寬帶接入技術寬帶接入技術 ADSL 的組成 ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線 電話分離器 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數字用戶線接入復用器 DSLAM (DSL A