第5講物理層(2)

1、劉宏劉宏月印月印2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT3/86物理層的基本特性；物理層的基本特性；信息、數(shù)據(jù)與信號等的基本概念；信息、數(shù)據(jù)與信號等的基本概念；模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法。模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方法。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT4/86n掌握物理層的基本概念。掌握物理層的基本概念。n理解信道復(fù)用的基本概念及常用的信道復(fù)用技術(shù)，理解信道復(fù)用的基本概念及常用的信道復(fù)用技術(shù)，掌握頻分復(fù)用、時分復(fù)用、碼分復(fù)用的原

2、理。掌握頻分復(fù)用、時分復(fù)用、碼分復(fù)用的原理。n了解信道的極限容量的計算；掌握幾種傳輸媒體：了解信道的極限容量的計算；掌握幾種傳輸媒體：雙絞線、同軸電纜、光纖。雙絞線、同軸電纜、光纖。n了解數(shù)字傳輸系統(tǒng)的主要標(biāo)準(zhǔn)了解數(shù)字傳輸系統(tǒng)的主要標(biāo)準(zhǔn)PCM、SONET、SDH、DSL等，以及對應(yīng)系統(tǒng)的特點(diǎn)。等，以及對應(yīng)系統(tǒng)的特點(diǎn)。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT5/864. 信道的極限容量信道的極限容量5. 信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)6. 物理層下的傳輸媒體物理層下的傳輸媒體7. 數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)8. 接入技術(shù)接入

3、技術(shù)2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT6/86任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時因存任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時因存在多種干擾而會產(chǎn)生在多種干擾而會產(chǎn)生各種失真各種失真。 碼元傳輸?shù)拇a元傳輸?shù)乃俾试礁咚俾试礁?，或信號傳輸?shù)?，或信號傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)距離越遠(yuǎn)，在，在信道的輸出端波形失真就越嚴(yán)重。信道的輸出端波形失真就越嚴(yán)重。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT7/86奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)準(zhǔn)則準(zhǔn)則n1

4、924年，奈奎斯特推導(dǎo)出具有年，奈奎斯特推導(dǎo)出具有理想低通理想低通矩形特性的信矩形特性的信道道在無噪聲情況下的最高速率與帶寬關(guān)系在無噪聲情況下的最高速率與帶寬關(guān)系的公式：的公式：最大數(shù)據(jù)傳輸率最大數(shù)據(jù)傳輸率 RMAX2W (b/s) 其中，其中，W表示理想信道帶寬表示理想信道帶寬(赫茲赫茲)。n例如：對于二進(jìn)制數(shù)據(jù)，如果信道帶寬例如：對于二進(jìn)制數(shù)據(jù)，如果信道帶寬B=3kHz，則最，則最大數(shù)據(jù)傳輸速率為大數(shù)據(jù)傳輸速率為6000bps。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT8/86香農(nóng)香農(nóng)(Shannon)定理定理n

5、1948年，香農(nóng)利用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且年，香農(nóng)利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有高斯白噪聲干擾的信道極限極限、無差錯無差錯信息傳輸速率：信息傳輸速率：最大數(shù)據(jù)傳輸率最大數(shù)據(jù)傳輸率 RMAXWlog2(1+S/N) (b/s) 其中，其中，W為帶寬，為帶寬，S/N為信噪比。為信噪比。信噪比信噪比S/N通常以通常以dB(分貝分貝)數(shù)表示。若數(shù)表示。若S/N=30(dB)，那，那么信噪比根據(jù)公式：么信噪比根據(jù)公式：S/N (dB)10lg(S/N)可得可得 S/N1000。若帶寬。若帶寬W3000Hz，那么，那么Rmax3000log2(1+1000) 30kbp

6、s。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT9/86香農(nóng)公式香農(nóng)公式CW log2(1+S/N) b/s表明表明 n信道的帶寬或信道中的信道的帶寬或信道中的信噪比信噪比S/N越大，則信息的極限傳越大，則信息的極限傳輸輸速率速率就越高。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?？梢哉业侥撤N辦法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。 n若信道帶寬若信道帶寬W或信噪比或信噪比S/N沒有上限沒有上限(當(dāng)然實際信道不可能當(dāng)然實際信道不可能

7、是這樣的是這樣的)，則信道的極限信息傳輸速率，則信道的極限信息傳輸速率C也就也就沒有上限沒有上限。n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速率低不少。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT10/86Nyquist準(zhǔn)則與準(zhǔn)則與Shannon定理的比較定理的比較n奈奎斯特準(zhǔn)則奈奎斯特準(zhǔn)則描述了描述了有限帶寬有限帶寬、無噪聲的無噪聲的理想信道的最理想信道的最大傳輸速率與信道帶寬的關(guān)系。大傳輸速率與信道帶寬的關(guān)系。n香農(nóng)定理香農(nóng)定理則描述了則描述了

8、有限帶寬有限帶寬、有隨機(jī)熱噪聲有隨機(jī)熱噪聲信道的最大信道的最大傳輸速率與信道帶寬、信號噪聲功率比之間的關(guān)系。傳輸速率與信道帶寬、信號噪聲功率比之間的關(guān)系。請思考：請思考：對于頻帶寬度已確定的信道，如果信噪比不能再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嗎？法提高信息的傳輸速率嗎？n用編碼的方法讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量。用編碼的方法讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量。 2022-4-26College of Information Science and Technol

9、ogy, HAUT11/864. 信道的極限容量信道的極限容量5. 信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)6. 物理層下的傳輸媒體物理層下的傳輸媒體7. 數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)8. 接入技術(shù)接入技術(shù)2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT12/86什么是復(fù)用技術(shù)？什么是復(fù)用技術(shù)？n復(fù)用是指兩對或多對用戶復(fù)用是指兩對或多對用戶公用信道的一種機(jī)制。公用信道的一種機(jī)制。共享信道共享信道信道信道A1A2B1B2C1C2信道信道信道信道A1A2B1B2C1C2復(fù)用復(fù)用分用分用(a) 不使用復(fù)用技術(shù)(b) 使用復(fù)用技術(shù)2022-4-26C

10、ollege of Information Science and Technology, HAUT13/86為什么要使用復(fù)用技術(shù)？為什么要使用復(fù)用技術(shù)？n網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)中，為了充分利用傳輸介質(zhì)的帶寬，需要在一條物理，為了充分利用傳輸介質(zhì)的帶寬，需要在一條物理線路上建立多條通信信道。線路上建立多條通信信道。n用于通信線路架設(shè)的用于通信線路架設(shè)的，需要充分利用通信，需要充分利用通信線路的容量。線路的容量。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT14/86多路復(fù)用技術(shù)的分類多路復(fù)用技術(shù)的分類n頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用(FD

11、M)n時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用(TDM)n波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用(WDM)n碼分多路復(fù)用碼分多路復(fù)用(CDM)：又稱碼分多址：又稱碼分多址(CDMA)2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT15/86頻分多路復(fù)用頻分多路復(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。占用這個頻帶。n 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(頻率帶寬而不是

12、頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率數(shù)據(jù)的發(fā)送速率)。頻率頻率時間時間頻率頻率1頻率頻率2頻率頻率3頻率頻率4頻率頻率52022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT16/86時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用TDM (Time Division Multiplexing)n將時間劃分為將時間劃分為等長的時分復(fù)用幀等長的時分復(fù)用幀(TDM幀幀)。每一個時分。每一個時分復(fù)用的用戶在每一個復(fù)用的用戶在每一個TDM幀中幀中占用固定序號的時隙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)(其周期就是

13、其周期就是 TDM幀的長度幀的長度)。頻率頻率時間時間B CDB CDB CDB CDAAAAA在在TDM幀中幀中的位置不變的位置不變TDM 幀幀 TDM 幀幀 TDM 幀幀 TDM 幀幀TDM 幀幀2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT17/86時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用TDM (Time Division Multiplexing)nTDM更適合于數(shù)字信號的傳輸。更適合于數(shù)字信號的傳輸。nTDM可以分為兩類：可以分為兩類：2022-4-26College of Information Science and T

14、echnology, HAUT18/86STDM將時間片將時間片預(yù)先分配預(yù)先分配給各個信道，并且給各個信道，并且時間片固時間片固定不變定不變，因此各個信道的，因此各個信道的發(fā)送與接收必須是同步的發(fā)送與接收必須是同步的。頻率頻率時間時間B C DB C DB C DB C DAAAAA在在TDM幀中幀中的位置不變的位置不變TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT19/86頻率頻率時間時間B C DB C DB C DB C DAAAAB 在在TDM幀中幀中的

15、位置不變的位置不變TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT20/86頻率頻率時間時間B C DB C DB C DB C DAAAAC 在在TDM幀中幀中的位置不變的位置不變TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT21/86nSTDM信號也稱為等時信號也稱為等時(isochronous)信號，所有用戶信號，所有用戶是在

16、是在不同的時間不同的時間占用占用同樣的頻帶寬度同樣的頻帶寬度。頻率頻率時間時間B C DB C DB C DB C DAAAAD 在在TDM幀中幀中的位置不變的位置不變TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT22/86STDM的特點(diǎn)的特點(diǎn) 這種采用這種采用固定時間片與信道固定時間片與信道的方法實現(xiàn)簡單；但是，由于計算的方法實現(xiàn)簡單；但是，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利用率一般是不高的

17、高的，會造成信道資源的浪費(fèi)。，會造成信道資源的浪費(fèi)。ABCDaabbcdb cattttt4 個時分復(fù)用幀個時分復(fù)用幀#1acbcd同步時分復(fù)用同步時分復(fù)用#2#3#4用戶用戶2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT23/86ATDM允許動態(tài)地分配時間片。允許動態(tài)地分配時間片。 ATDM就是只有當(dāng)某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙就是只有當(dāng)某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙分配給它；當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時則不給它分配時隙。分配給它；當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時則不給它分配時隙。 用戶用戶ABCDabcdttttt3個個STDM幀

18、幀#1acbab bcacd#2#3統(tǒng)計時分復(fù)用統(tǒng)計時分復(fù)用2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT24/86波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用WDM (Wavelength Division Multiplexing) nWDM是光信號的頻分多路復(fù)用是光信號的頻分多路復(fù)用8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/sEDFA120 km0 1550nm 1 1551nm 2 1552nm 3 1553nm 4 1554nm 5 1555nm 6 1556nm 7 1557nm 復(fù)復(fù)用用器器光調(diào)制器光調(diào)制器 1550nm

19、0 1551nm 1 1552nm 2 1553nm 3 1554nm 4 1555nm 5 1556nm 6 1557nm 7分分用用器器光解調(diào)器光解調(diào)器2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT25/86波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用WDM nWDM的工作原理的工作原理2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT26/86碼分多路復(fù)用碼分多路復(fù)用 CDM (Code Division Multiplexing)，又稱，又稱(Code Divis

20、ion Multiple Access)。n CDMA實際上是實際上是二戰(zhàn)時期二戰(zhàn)時期為了適應(yīng)軍事通信為了適應(yīng)軍事通信而研制的一種直接而研制的一種直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)。序列擴(kuò)頻通信技術(shù)。n 1995年第一個商用的基于年第一個商用的基于CDMA的的正式使用，目正式使用，目前已經(jīng)成為前已經(jīng)成為3G/4G的重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。的重要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)之一。n 作為作為3G的主流技術(shù)，的主流技術(shù)，CDMA有有3種主要的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：種主要的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)：2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT27/86n各用戶使用經(jīng)過各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的

21、不同碼型特殊挑選的不同碼型，彼此，彼此互不干擾互不干擾。nCDMA系統(tǒng)發(fā)送的信號具有系統(tǒng)發(fā)送的信號具有很強(qiáng)的抗干擾能力很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。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).2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT28/86 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的碼片序列。的碼片序列。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

22、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8bit碼片序列是碼片序列是00011011。nS站的碼片序列：站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT29/86 n每個站分配的碼片序列不僅必須每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同各不相同，并且還必，并且還必須須互相正交互相正交。011miiiTSmTS舉例：舉例： 令向量令向量S為為(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)， 向量向

23、量T為為(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)，測試兩個碼片序列是否正交。測試兩個碼片序列是否正交。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT30/86 n正交關(guān)系的另一個重要特性正交關(guān)系的另一個重要特性 mimiimiiimSmSSm112211)1(111SS2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT31/86 發(fā)發(fā)送送端端接接收收端端110t數(shù)據(jù)碼元比特數(shù)據(jù)碼元比特S站的碼片序列站的碼片序列Stm個碼片個碼片tS站發(fā)送的信號站發(fā)送

24、的信號SxtT站發(fā)送的信號站發(fā)送的信號Txt總的發(fā)送信號總的發(fā)送信號Sx+Txt規(guī)格化內(nèi)積規(guī)格化內(nèi)積S Sxt規(guī)格化內(nèi)積規(guī)格化內(nèi)積S Tx2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT32/86有有4個站進(jìn)行碼分多址通信。個站進(jìn)行碼分多址通信。4個站的碼片序列為個站的碼片序列為A：（：（11111111） B：（：（11111111）C：（：（11111111） D：（：（11111111）現(xiàn)收到的碼片序列現(xiàn)收到的碼片序列S：（：（11311311）問哪個站發(fā)送數(shù)據(jù)了？發(fā)送數(shù)據(jù)的站發(fā)送的是問哪個站發(fā)送數(shù)據(jù)了？發(fā)送數(shù)據(jù)的站

25、發(fā)送的是0還是還是1？2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT33/86拿站點(diǎn)的碼片與拿站點(diǎn)的碼片與S進(jìn)行規(guī)格化內(nèi)積，若結(jié)果為進(jìn)行規(guī)格化內(nèi)積，若結(jié)果為+1，則該站，則該站點(diǎn)發(fā)送了二進(jìn)制點(diǎn)發(fā)送了二進(jìn)制1；若結(jié)果為；若結(jié)果為-1，則該站點(diǎn)發(fā)送了二進(jìn)制，則該站點(diǎn)發(fā)送了二進(jìn)制0；若結(jié)果為；若結(jié)果為0，則該站點(diǎn)沒有發(fā)送數(shù)據(jù)。，則該站點(diǎn)沒有發(fā)送數(shù)據(jù)。n如：如：(-1)(-1)+(-1)1+(-1)(-3)+11+1(-1) +(-1) (-3)+11+11)/81n故故A發(fā)送比特發(fā)送比特1。n同理同理，B乘積乘積-1，故，故B

26、發(fā)送了發(fā)送了0。nC乘積乘積0，故，故C沒有發(fā)送數(shù)據(jù)。沒有發(fā)送數(shù)據(jù)。D 乘積乘積1，故，故D發(fā)送了發(fā)送了1。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT34/864. 信道的極限容量信道的極限容量5. 信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)6. 物理層下的傳輸媒體物理層下的傳輸媒體7. 數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)8. 接入技術(shù)接入技術(shù)2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT35/86電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜無線電無線電微波微波紅

27、外線紅外線可見光可見光紫外線紫外線X 射線射線 射線射線(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHFUHF SHFEHFTHF波段波段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雙絞線雙絞線衛(wèi)星衛(wèi)星地面微波地面微波 調(diào)幅調(diào)幅無線電無線電 海事海事無線電無線電光纖光纖電視電視 移動移動無線電無線電 同軸電纜同軸電纜 調(diào)頻調(diào)頻無線電無線電2022-4-26College of Information Science

28、 and Technology, HAUT36/86導(dǎo)向傳輸媒體（有線傳輸）導(dǎo)向傳輸媒體（有線傳輸）n雙絞線雙絞線n同軸電纜同軸電纜n光纜光纜 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT37/86雙絞線雙絞線(Twisted Pair)的主要特征的主要特征nTP由按規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)排列的由按規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)排列的2根、根、4根或根或8根絕緣導(dǎo)線根絕緣導(dǎo)線組成。組成。n雙絞線按其外部包纏的外皮材料不同可分為：雙絞線按其外部包纏的外皮材料不同可分為：2022-4-26College of Information Science

29、and Technology, HAUT38/86雙絞線雙絞線(Twisted Pair)的主要特征的主要特征銅線銅線銅線銅線聚氯乙烯聚氯乙烯 套層套層聚氯乙烯聚氯乙烯套層套層屏蔽層屏蔽層絕緣層絕緣層絕緣層絕緣層無屏蔽雙絞線無屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線STP2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT39/86雙絞線的傳輸特性雙絞線的傳輸特性nUTP按照傳輸特性可以分為五類。典型的以太網(wǎng)常用第三類按照傳輸特性可以分為五類。典型的以太網(wǎng)常用第三類和第五類的和第五類的UTP。n隨著千兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)，高性能雙絞線標(biāo)

30、準(zhǔn)不斷推出隨著千兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)，高性能雙絞線標(biāo)準(zhǔn)不斷推出。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT40/86雙絞線線序標(biāo)準(zhǔn)雙絞線線序標(biāo)準(zhǔn)nEIA/TIA(美國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會美國電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會)布線標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了布線標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了兩種制作雙絞線的兩種制作雙絞線的線序線序568A與與線序線序568B。n為保持最佳的兼容性，普遍采用為保持最佳的兼容性，普遍采用568B標(biāo)準(zhǔn)制作網(wǎng)線。標(biāo)準(zhǔn)制作網(wǎng)線。引針號引針號12345678T568A標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 白白/綠綠綠綠白白/橙橙藍(lán)藍(lán)白白/藍(lán)藍(lán)橙橙白白/棕棕棕棕T568B標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) 白白

31、/橙橙橙橙白白/綠綠藍(lán)藍(lán)白白/藍(lán)藍(lán)綠綠白白/棕棕棕棕2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT41/86連接標(biāo)準(zhǔn)：連接標(biāo)準(zhǔn)：568B棕棕白棕白棕白蘭白蘭白橙白橙白綠白綠綠綠蘭蘭橙橙8765432187654321BrownWhite/BrownGreenWhite/BlueBlueWhite/GreenOrangeWhite/Orange2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT42/86同軸電纜同軸電纜(Coaxial Cable)n同軸

32、電纜的特點(diǎn)是抗干擾能力較強(qiáng)同軸電纜的特點(diǎn)是抗干擾能力較強(qiáng)n根據(jù)根據(jù)傳輸傳輸能力，同軸電纜可以分成兩類：能力，同軸電纜可以分成兩類：2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT43/86同軸電纜同軸電纜(Coaxial Cable)外導(dǎo)體屏蔽層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣層絕緣保護(hù)套層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)導(dǎo)體2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT44/86光纖光纖(optical fiber)n光纖是傳輸介質(zhì)中性能最好、應(yīng)用前景最廣的一種。光纖是

33、傳輸介質(zhì)中性能最好、應(yīng)用前景最廣的一種。光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前其他各種傳光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前其他各種傳輸媒體的帶寬。輸媒體的帶寬。折射角折射角入射角入射角 包層包層(低折射率的媒體低折射率的媒體) 包層包層(低折射率的媒體低折射率的媒體) 纖芯纖芯(高折射率的媒體高折射率的媒體) 包層包層纖纖芯芯2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT45/86光纖光纖(optical fiber)n 光纖是傳輸介質(zhì)中性能最好、應(yīng)用前景最廣的一種。光纖是傳輸介質(zhì)中性能最好、應(yīng)用前景最廣的一種。光纖通信系統(tǒng)

34、的傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前其他各種傳輸光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前其他各種傳輸媒體的帶寬。媒體的帶寬。高折射率高折射率( (纖芯纖芯) )低折射率低折射率( (包層包層) )光線在纖芯光線在纖芯中中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷鋫鬏數(shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷?022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT46/86光纖光纖(optical fiber)n光纖的分類：多模光纖與單模光纖光纖的分類：多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸入脈沖輸出脈沖輸出脈沖單模光纖單模光纖輸入脈沖輸入脈沖輸出脈沖輸出脈沖多模光纖多模光纖2022-4-26Coll

35、ege of Information Science and Technology, HAUT47/86光纖光纖(optical fiber)：光纖的工作模式光纖的工作模式n多模光纖多模光纖(Multi Mode Fiber)n單模光纖單模光纖(Single Mode Fiber)2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT48/86光纖光纖(optical fiber)：光纖連接器光纖連接器ST： 插入鎖定插入鎖定SC：568A標(biāo)準(zhǔn)，方形，插入鎖定標(biāo)準(zhǔn)，方形，插入鎖定ST型光耦合器型光耦合器2022-4-26Coll

36、ege of Information Science and Technology, HAUT49/86光纖的特點(diǎn)光纖的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT50/86光纜光纜n光纖傳輸系統(tǒng)中使用的是光纜而不是光纖。光纖傳輸系統(tǒng)中使用的是光纜而不是光纖。n光纜按其中的光纖纖芯的數(shù)目可以分成光纜按其中的光纖纖芯的數(shù)目可以分成單芯光纜、雙單芯光纜、雙芯光纜、多芯光纜芯光纜、多芯光纜等。等。n光纜中的加強(qiáng)芯和填充物可以大大提高其機(jī)械強(qiáng)度。光纜中的加強(qiáng)芯和填充物可以大大提高其機(jī)械強(qiáng)度。20

37、22-4-26College of Information Science and Technology, HAUT51/86非導(dǎo)向傳輸媒體（無線傳輸）非導(dǎo)向傳輸媒體（無線傳輸）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，但短波信道的通信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。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。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT52/864. 信道的極限容量信道的極限容量5. 信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)6.

38、 物理層下的傳輸媒體物理層下的傳輸媒體7. 數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)8. 接入技術(shù)接入技術(shù)2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT53/86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繼線上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。傳送多路的電話。由于歷史上的原因，由于歷史上的原因，PCM有兩個互不兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)，有兩個互不兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的即北美的24路路PCM(簡稱為簡稱為T1)和歐洲的和歐洲的30路路PCM(簡稱簡稱為為E1)。我國采用的是歐洲的。我國采用的是歐洲的E1標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。E1

39、的速率是的速率是2.048Mb/s，而，而T1的速率是的速率是1.544Mb/s。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。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT54/86舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在兩個重要缺陷舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在兩個重要缺陷 n速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一n不是同步傳輸不是同步傳輸2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT55/86同步光纖網(wǎng)同步光纖網(wǎng)SONETnSONET (Sy

40、nchronous Optical Network) 的各級時的各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘。鐘都來自一個非常精確的主時鐘。 n電信號第電信號第1級級同步傳送信號同步傳送信號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。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT56/86同步數(shù)字系列同步數(shù)字系列SDH nITU-T以美國標(biāo)準(zhǔn)以美國標(biāo)準(zhǔn)S

41、ONET為基礎(chǔ)，制訂出國際標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，制訂出國際標(biāo)準(zhǔn)同同步數(shù)字系列步數(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1級級同步傳遞同步傳遞模塊模塊(Synchronous Transfer Module)，即，即STM-1，相當(dāng)于相當(dāng)于SONET體系中的體系中的OC-3速率。速率。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT57/86線路速率線路速率(Mb

42、/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-24STM-82488.320OC-48/STS-48STM-162.5 Gb/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/s39813.

43、120 OC-768/STS-768 STM-256 40 Gb/s 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT58/864. 信道的極限容量信道的極限容量5. 信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)6. 物理層下的傳輸媒體物理層下的傳輸媒體7. 數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)8. 接入技術(shù)接入技術(shù)2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT59/86接入技術(shù)的基本類型接入技術(shù)的基本類型n接入技術(shù)接入技術(shù)解決的是最終用戶接入寬帶城域網(wǎng)的問題。解決的是最終用戶接入

44、寬帶城域網(wǎng)的問題。n接入方式涉及用戶的環(huán)境與需求，大致可以分為：接入方式涉及用戶的環(huán)境與需求，大致可以分為：n接入技術(shù)可以分為：接入技術(shù)可以分為：n從實現(xiàn)技術(shù)的角度，目前的寬帶接入技術(shù)主要有：從實現(xiàn)技術(shù)的角度，目前的寬帶接入技術(shù)主要有：2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT60/86撥號連接通過公用電話交換網(wǎng)接入因特網(wǎng)。用戶計算機(jī)撥號連接通過公用電話交換網(wǎng)接入因特網(wǎng)。用戶計算機(jī)通過通過Modem和電話網(wǎng)相連，通過和電話網(wǎng)相連，通過ISP接入因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。接入因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。Modem電話線電話線普通電話普通電話PC機(jī)機(jī)

45、雙絞線雙絞線ADSL設(shè)備連接示意圖設(shè)備連接示意圖2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT61/86調(diào)制解調(diào)器（調(diào)制解調(diào)器（Modem） n目前的電話入戶信號基本上都是目前的電話入戶信號基本上都是模擬信號模擬信號，而計算機(jī)所，而計算機(jī)所處理和傳輸?shù)亩际翘幚砗蛡鬏數(shù)亩际菙?shù)字信號數(shù)字信號。n計算機(jī)入網(wǎng)通信時必須有能計算機(jī)入網(wǎng)通信時必須有能將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號及模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號及模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換裝置。前者稱為的轉(zhuǎn)換裝置。前者稱為調(diào)制調(diào)制，后者稱為后者稱為解調(diào)解調(diào)，把兩種功能做在

46、同一臺設(shè)備上，就叫做，把兩種功能做在同一臺設(shè)備上，就叫做調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器。nModem=Modulator+DemodulatornModem的最大傳輸速度是的最大傳輸速度是56kbit/s。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT62/86基帶信號基帶信號(baseband)：將數(shù)字信號將數(shù)字信號1和和0直接用兩種不同直接用兩種不同的電平表示，然后加載到線路上。的電平表示，然后加載到線路上。n基帶信號往往包含有較多的基帶信號往往包含有較多的低頻成分低頻成分甚至甚至直流成分直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻

47、分量或直流分量。因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)行此必須對基帶信號進(jìn)行調(diào)制調(diào)制(modulation)。 寬帶信號寬帶信號(broadband)：基帶信號進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分基帶信號進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用信號。復(fù)用信號?；鶐鬏敚夯鶐鬏敚簜鬏敾鶐盘枴鬏敾鶐盘?。寬帶傳輸：寬帶傳輸：傳輸寬帶信號。傳輸寬帶信號?！皩拵拵А?尚無統(tǒng)一的定義：尚無統(tǒng)一的定義：n有人認(rèn)為只要接入速率超過有人認(rèn)為只要接入速率超過56kb/s就是寬帶；就是寬帶；n美國聯(lián)邦通信委員會美國聯(lián)邦通信委員會FCC認(rèn)為只要雙向速率之和認(rèn)為只要雙向速率之和超過超過200kb/s就是寬帶；就是

48、寬帶；n也有人認(rèn)為數(shù)據(jù)率達(dá)到也有人認(rèn)為數(shù)據(jù)率達(dá)到1Mb/s以上才能算是寬帶。以上才能算是寬帶。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT63/86不要不要混淆兩種速率混淆兩種速率n在網(wǎng)絡(luò)中有兩種不同的速率：在網(wǎng)絡(luò)中有兩種不同的速率：n這兩種速率的意義和單位完全不同。這兩種速率的意義和單位完全不同。n寬帶傳輸寬帶傳輸：計算機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率較高。：計算機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送比特的速率較高。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT64/86xDSL

49、技術(shù)技術(shù) nxDSL技術(shù)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)就是用數(shù)字技術(shù)對現(xiàn)有的模擬電話用戶線進(jìn)行改造行改造，使它能夠承載，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)寬帶業(yè)務(wù)。n雖然標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號的雖然標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號的頻帶頻帶被限制在被限制在3003400Hz 的范圍內(nèi)，但用戶線本身實際可通過的信號頻率仍然的范圍內(nèi)，但用戶線本身實際可通過的信號頻率仍然超過超過1MHz。nxDSL技術(shù)就把技術(shù)就把04kHz低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，而而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用。2022-4-26College of Informatio

50、n Science and Technology, HAUT65/86xDSL的幾種類型的幾種類型 DSL (Digital Subscriber Line，數(shù)字用戶線數(shù)字用戶線)， DSL的的前綴前綴x表示在數(shù)字用戶線上實現(xiàn)的不同寬帶方案表示在數(shù)字用戶線上實現(xiàn)的不同寬帶方案:nADSL (Asymmetric DSL)：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)字用戶線：甚高速數(shù)字

51、用戶線nDSL ：ISDN (Integrated Service Digital Network)用戶線用戶線nRADSL (Rate-Adaptive DSL)：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)線路速率。的一個子集，可自動調(diào)節(jié)線路速率。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT66/86xDSL對稱性下行帶寬上行帶寬極限傳輸距離ADSL非對稱1.5Mb/s64kb/s4.65.5kmADSL2非對稱68Mb/s640kb/s1Mb/s2.73.6kmHDSL(1對線)對稱1.

52、5Mb/s1.5Mb/s2.73.6kmHDSL(2對線)對稱768kb/s768kb/s2.73.6kmSDSL對稱384kb/s384kb/s5.5kmSDSL對稱1.5Mb/s1.5Mb/s3kmVDSL非對稱52Mb/s12Mb/s1.4km2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT67/86xDSL 的幾種類型的幾種類型 nxDSL的的極限傳輸距離極限傳輸距離與數(shù)據(jù)率以及用戶線的線徑都有與數(shù)據(jù)率以及用戶線的線徑都有很大的關(guān)系：很大的關(guān)系：n由于用戶在上網(wǎng)時主要是從因特網(wǎng)下載各種文檔，而向由于用戶在上網(wǎng)時主要

53、是從因特網(wǎng)下載各種文檔，而向因特網(wǎng)發(fā)送的信息一般都不大，因此因特網(wǎng)發(fā)送的信息一般都不大，因此ADSL把把上行和下上行和下行帶寬行帶寬做成做成不對稱的不對稱的：2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT68/86ADSL的特點(diǎn)的特點(diǎn)nADSL的最大優(yōu)勢的最大優(yōu)勢是可以利用現(xiàn)有電話網(wǎng)的用戶線，不是可以利用現(xiàn)有電話網(wǎng)的用戶線，不需要重新布線。需要重新布線。nADSL的上行和下行帶寬做成不對稱的。的上行和下行帶寬做成不對稱的。nADSL在用戶線在用戶線(銅線銅線)的兩端各安裝一個的兩端各安裝一個ADSL調(diào)制解調(diào)制解調(diào)器。調(diào)器

54、。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)DMT (Discrete Multi-Tone)調(diào)制技術(shù)。這里的調(diào)制技術(shù)。這里的“多音調(diào)多音調(diào)”就是就是“多載多載波波”或或“多子信道多子信道”的意思。的意思。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT69/86DMT技術(shù)技術(shù)nDMT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40kHz以上一以上一直到直到1.1MHz的高端頻譜劃分為許多的子信道，其中的高端頻譜劃分為許多的子信道，其中25個子信道用于上行信道，而個子信道用于上行信道，而

55、249個子信道用于下行個子信道用于下行信道。信道。n每個子信道占據(jù)每個子信道占據(jù)4kHz帶寬帶寬(嚴(yán)格講是嚴(yán)格講是4.3125kHz)，并，并使用不同的載波使用不同的載波(即不同的音調(diào)即不同的音調(diào))進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。這種進(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)器并行地并行地傳送數(shù)據(jù)。傳送數(shù)據(jù)。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT70/86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)4013811002022-4-2

56、6College of Information Science and Technology, HAUT71/86ADSL的數(shù)據(jù)率的數(shù)據(jù)率n 由于用戶線的具體條件往往相差很大由于用戶線的具體條件往往相差很大(距離距離、線徑線徑、受到相、受到相鄰用戶線的鄰用戶線的干擾干擾程度等都不同程度等都不同)，ADSL采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)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。使用戶線能夠傳送盡可能高的數(shù)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)器就測試可調(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，以及在每一個頻率上用的頻率、各子信道受到的干擾情況，以及

57、在每一個頻率上測試信號的傳輸質(zhì)量。測試信號的傳輸質(zhì)量。n ADSL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32kb/s到到6.4Mb/s之間，而上行數(shù)據(jù)率之間，而上行數(shù)據(jù)率在在32kb/s到到640kb/s之間。之間。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT72/86ADSL的組成的組成n基于基于ADSL的接入網(wǎng)由以下三大部分組成：的接入網(wǎng)由以下三大部分組成：2022-4-26College of In

58、formation Science and Technology, HAUT73/86ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線用戶線電話電話分離器分離器 區(qū)域?qū)拵ЬW(wǎng)區(qū)域?qū)拵ЬW(wǎng)至至ISP居民家庭居民家庭基于基于ADSL的接入網(wǎng)的接入網(wǎng)端局或遠(yuǎn)端站端局或遠(yuǎn)端站DSLAM至本地電話局至本地電話局PSPS數(shù)字用戶線接入復(fù)用器數(shù)字用戶線接入復(fù)用器DSLAM (DSL Access Multiplexer)接入端接單元接入端接單元ATU (Access Termination Unit)ATU-C (C 代表端局代表端局 Central Office)ATU-R (R 代表遠(yuǎn)端代表遠(yuǎn)端 Remote

59、)電話分離器電話分離器PS (POTS Splitter) 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT74/86第二代第二代ADSL2 (G.992.3 和和 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。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)，可在運(yùn)營中不中斷通信和不，可在運(yùn)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，這對提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)改善了

60、線路質(zhì)量評測和故障定位功能，這對提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)水平具有非常重要的意義。行維護(hù)水平具有非常重要的意義。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT75/86HFC (Hybrid Fiber Coax)簡介簡介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)CATV的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)。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)據(jù)和其他寬外，還提供電話、數(shù)據(jù)和其他寬帶交互型業(yè)務(wù)。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