CH2-物理層2-2012s

1、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2.2.4 信道的極限信息傳輸速率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 FTTx 技術(shù)重點(diǎn)n物理層的基本功能n信道的極限容量、信道的極限信息傳輸速

2、率等幾個(gè)基本概念，信道復(fù)用技術(shù)基本工作原理n數(shù)字傳輸系統(tǒng)基本工作原理n寬帶接入技術(shù)基本工作原理難點(diǎn)正確區(qū)分并計(jì)算信道的極限容量、信道的極限信息傳輸速率等； 物理層（physical layer）n任務(wù)：在兩個(gè)具有物理介質(zhì)相連的接點(diǎn)間傳送比特流。n協(xié)議(標(biāo)準(zhǔn))：規(guī)定了物理接口的各種特性：n機(jī)械特性：物理連接器的尺寸、形狀、規(guī)格；n電氣特性：信號(hào)的表示方式，脈沖寬度和頻率，數(shù)據(jù)傳送速率，最大傳輸距離等；n功能特性：接口引（線）腳的功能和作用；n過(guò)程特性：信號(hào)時(shí)序，應(yīng)答關(guān)系，操作過(guò)程。n功能：建立和拆除物理連接、位流傳輸、管理n例：RS-232、RJ45、RJ11、RS-449、V.24、 V.35

3、、G.703/G.7040101012.1 物理層的基本概念 nRS-232-C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)(Electrical Industrial Association)于1973年提出的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)；n主要用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE（Data Terminal Equipment，如計(jì)算機(jī)、終端等設(shè)備)與數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備DCE（Data Circuit-terminal Equipment，如調(diào)制解調(diào)器、中繼器、多路復(fù)用器、交換機(jī)等)之間的接口規(guī)范；n對(duì)應(yīng)于OSI模型中的物理層。（1）RS-232-C機(jī)械特性12345678910111213141516171819202122232425RS

4、-232-C 25根引腳編號(hào)圖（插孔）l標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的RS-232-C接口使用接口使用25針針DB連接器（插頭連接器（插頭/插座）插座）; l可簡(jiǎn)化為可簡(jiǎn)化為9針和針和15針兩種針兩種;l機(jī)械特性機(jī)械特性規(guī)定了物理連接時(shí)對(duì)插頭和插座的幾何尺寸、插針規(guī)定了物理連接時(shí)對(duì)插頭和插座的幾何尺寸、插針或插孔芯數(shù)及排列方式、鎖定裝置形式等?；虿蹇仔緮?shù)及排列方式、鎖定裝置形式等。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 RS-232-C (15) RS-232-C (9)特點(diǎn)：特點(diǎn)：n 信號(hào)電平使用負(fù)邏輯信號(hào)電平使用負(fù)邏輯l邏輯邏輯1 用負(fù)電平（用負(fù)電平（-5-15V）表示；）

5、表示；l邏輯邏輯0 用正電平（用正電平（+5+15V）表示）表示n 數(shù)據(jù)傳輸率支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率支持100、300、600、1200、2400、4800、9600、19.2K、33.6K、56K l1200 bps， 傳輸距離傳輸距離 = 100m，l9600 bps，傳輸距離，傳輸距離 =19.2 kbps, 傳輸距離傳輸距離= 15 m。(2) RS-232-C電氣特性（3）RS-232-C功能特性25芯引腳號(hào)線的編號(hào)接口電路名稱 DTE -DCE數(shù)據(jù)控制定時(shí)地線1AA屏蔽地 PG7AB信號(hào)地 GND2BA發(fā)送數(shù)據(jù) TxD3BB接收數(shù)據(jù) RxD4CA請(qǐng)求發(fā)送 RTS 5CB允許發(fā)送 CTS6C

6、C數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 DSR20 CD數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 DTR8CF載波檢測(cè) CD21CG信號(hào)質(zhì)量檢查 SQD23CH數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇(DTE)18CI數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇(DCE)24DA發(fā)送信號(hào)碼元定時(shí)(DTE) TxC15DB接收信號(hào)碼元定時(shí)(DCE) TxC17DD接收信號(hào)碼元定時(shí)(DCE) RxC14SBA備用信道發(fā)送數(shù)據(jù)16SBB備用信道接收數(shù)據(jù)19SCA備用信道請(qǐng)求發(fā)送13SCB備用信道允許發(fā)送12SCF備用信道載波檢測(cè)22CE呼叫指示器RS-232-C功能特性（功能特性（conti.)（4）RS-232-C過(guò)程特性 計(jì)算機(jī)A 計(jì)算機(jī)B 調(diào)制解調(diào)器 A 調(diào)制解調(diào)器 B 公用電話網(wǎng) RS-2

7、32-C RS-232-C DTEDCE交叉電纜 (b) 復(fù) 雜 型 DTE DTE T xD 2 RxD 3 RT S 4 CT S 5 CD 8 Gnd 7 DT R 20 DSR 6 2 T xD 3 RxD 4 RTS 5 CTS 8 CD 7 Gnd 20 DT R 6 DSR (a) 簡(jiǎn) 單 型 DTE T xD 2 RxD 3 Gnd 7 DTE 2 T xD 3 RxD 7 Gnd RS-232-C 除了作為除了作為DTE-DCE之間的連接標(biāo)準(zhǔn)外，也可用作之間的連接標(biāo)準(zhǔn)外，也可用作DTEDTE(如計(jì)算機(jī)與如計(jì)算機(jī)，如計(jì)算機(jī)與顯示器，如計(jì)如計(jì)算機(jī)與如計(jì)算機(jī)，如計(jì)算機(jī)與顯示器，如計(jì)

8、算機(jī)與打印機(jī)等之間的連接。但連接方式需進(jìn)行調(diào)整。算機(jī)與打印機(jī)等之間的連接。但連接方式需進(jìn)行調(diào)整。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)幾個(gè)術(shù)語(yǔ)n數(shù)據(jù)(data)運(yùn)送消息的實(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(co

9、de)在使用時(shí)間域（或簡(jiǎn)稱為時(shí)域）的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。n信號(hào)傳輸速率B - 每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特，記作 Baud。計(jì)算公式: B=1/T (Baud) . 式中 T為信號(hào)碼元的寬度，單位為秒 信號(hào)傳輸速率也稱波特率。n數(shù)據(jù)傳輸速率R -每秒傳輸二進(jìn)制信息的位數(shù)，單位為位/秒，記作bps。計(jì)算公式: R=1/T * log 2 N (bps). 式中 T為一個(gè)碼元信號(hào)的寬度，單位為秒； N為對(duì)一個(gè)碼元編碼采樣的離散值的個(gè)數(shù)； log 2 N為每個(gè)碼元的bit數(shù)。數(shù)據(jù)傳輸速率也稱比特率。波特率與比特率t碼元碼元1 1碼元碼元2碼元碼元3碼元碼元4碼元碼元5信號(hào)

10、信號(hào)l 碼元（碼元（Code cell）：時(shí)間軸上一個(gè)信號(hào)的編碼單元。：時(shí)間軸上一個(gè)信號(hào)的編碼單元。T正交振幅調(diào)制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) r(r, )可供選擇的相位有 12 種，而對(duì)于每一種相位有 1 或2 種振幅可供選擇。 由于4 bit 編碼共有16 種不同的組合，因此這 16 個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于一種 4 bit 的編碼。 若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越困難。 舉例l波特率與比特率的關(guān)系波特率與比特率的關(guān)系由 、式得： R = B*log2 N(bps) .或B = R / log2 N(

11、Baud).例例采用四相調(diào)制方式，即采用四相調(diào)制方式，即N=4，且一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)的，且一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度寬度T=833x10-6秒,則：（1） f = 1/（833*10-6 ）= 1200 Hz （2）R=1/T*log2N=1/(833x10-6)*log24=2400 (bps)（3）B=1/T=1/(833x10-6)=1200 (Baud)N2log波特率比特率* 2.2.2 有關(guān)信號(hào)的幾個(gè)基本概念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

12、通信）通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。 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)。n基帶信號(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，把信號(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）。 幾種最基本的調(diào)制方法 n基帶信號(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

13、。為了解決這一問(wèn)題，就必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。 n最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：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。 對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)的幾種調(diào)制方法 010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相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。 信道容量（信道最大數(shù)據(jù)傳輸速率）信道容量（信道最大數(shù)據(jù)傳輸速率）l 信道容量：一個(gè)信

14、道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，單信道容量：一個(gè)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，單位：位位：位/秒秒(bps)l 信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別：信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別：u 信道容量表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳信道容量表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限；輸數(shù)據(jù)能力的極限；u 數(shù)據(jù)傳輸速率是實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率。像公路上的數(shù)據(jù)傳輸速率是實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率。像公路上的最大限速與汽車實(shí)際速度的關(guān)系一樣。最大限速與汽車實(shí)際速度的關(guān)系一樣。l 影響信道容量的主要因素是噪音。影響信道容量的主要因素是噪音。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、

15、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Nyquist證明，無(wú)噪聲下的信道的最大信號(hào)傳輸速率證明，無(wú)噪聲下的信道的最大信號(hào)傳輸速率Rmax與與信道帶寬信道帶寬B的關(guān)系，即奈奎斯特的關(guān)系，即奈奎斯特-無(wú)噪信道容量公式：無(wú)噪信道容量公式：Rmax=2*B*log2N (bps)式中式中 B為信道的帶寬，單位為為信道的帶寬，單位為Hz； N為對(duì)一個(gè)碼元抽樣的離散值個(gè)數(shù)。為對(duì)一個(gè)碼元抽樣的離散值個(gè)數(shù)。說(shuō)明在無(wú)噪聲的理想條件下，信道的容量與采樣量化從正比。說(shuō)明在無(wú)噪聲的理想條件下，信道的容量與采樣量化從正比。例例 普通電話線路帶寬約普通電話線

16、路帶寬約3kHz，若碼元抽樣的離散值個(gè)數(shù)，若碼元抽樣的離散值個(gè)數(shù)N=16，則最大數(shù)據(jù)傳輸速率：則最大數(shù)據(jù)傳輸速率：Rmax=2*3k*log216=24kbps。(1)無(wú)噪聲下的信道容量（奈奎斯特定理）無(wú)噪聲下的信道容量（奈奎斯特定理） N 最大數(shù)據(jù)率最大數(shù)據(jù)率 2 6000 b/s 4 12000 b/s 8 18000 b/s16 24000 b/s32 30000 b/s(2)有噪聲下的信道容量（山農(nóng)定理）nShannon證明，對(duì)于帶寬為B，信噪比為S/N的有噪聲信道，其最大數(shù)據(jù)傳輸率Rmax為Rmax = B*log 2 (1 + S/N) (bps) 其中S/N為信號(hào)功率與噪聲功率的

17、比，稱為信噪比(Signal-to-Noise Ratio)；我們一般使用數(shù)值10*log10S/N -分貝(dB)來(lái)表示信噪比。例已知信噪比為30dB，帶寬為3kHz，求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。 10log10(S/N)=30 S/N=10(30/10)=1000 Rmax=3k log2(1+1000)30kbpsS/N是一是一個(gè)符號(hào)個(gè)符號(hào)Nyquist公式和公式和Shannon公式的比較公式的比較nC = 2B log2Nn用于理想信道n數(shù)據(jù)傳輸率隨信號(hào)抽樣的離散值個(gè)數(shù)增加而增加。nC = B log2（1+S/N）n用于有噪聲信道（實(shí)際的信道總是有噪聲?。﹏無(wú)論信號(hào)抽樣的離散值個(gè)數(shù)增加

18、到多少，此公式給出了有噪聲信道可能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率上限。n原因：噪聲的存在將使抽樣的離散值個(gè)數(shù)不可能無(wú)限增加。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攜帶更多比特的信息量。 2.3 物理層下面的傳輸媒體無(wú)線電微波紅外線可見(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 10

19、13 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傳輸介質(zhì)n有線介質(zhì)n雙絞線n同軸電纜n光纖n無(wú)線介質(zhì)n無(wú)線電n微波（大地微波、衛(wèi)星微波）n紅外線（毫米波）n激光2.3.1 雙絞線雙絞線(TP)-由螺旋狀扭在一起的兩根絕緣導(dǎo)線組成。n屏蔽雙絞線STP（IBM）nType 1或Type 2n非屏蔽雙絞線UTP（ EIA/TIA）nCat 1 :一對(duì)線組成，用作電話線,9600bps；nCat 2 :一對(duì)線組成，用作ISDN或T1/E1線路1.54Mbpsn

20、Cat 3 :四對(duì)線組成，用作10Mbps或100Mbps以太網(wǎng)；nCat 5 :四對(duì)線組成，用作100Mbps以太網(wǎng)；n特點(diǎn)n距離短：100m5000m，n傳輸容量：100Mbps以內(nèi)；n價(jià)格便宜; n低頻(10kHz以下)抗干擾性能強(qiáng)于同軸電纜，n高頻(10-100kHz)抗干擾性能弱于同軸電纜。 雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn)n色彩標(biāo)記和連接方法：n直連線：PC/路由器-交換機(jī)/HUB、HUB-HUB(級(jí)連端口)n交叉線：交換機(jī)-交換機(jī)、PC-PC、HUB-HUB(標(biāo)準(zhǔn)端口)線對(duì)色彩碼1白藍(lán)，藍(lán)2白橙，橙3白綠，綠4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉線交叉線E

21、IA-568B直連線直連線EIA-568A2.3.2 同軸電纜銅芯銅芯絕緣層絕緣層外導(dǎo)體外導(dǎo)體屏蔽層屏蔽層保護(hù)套保護(hù)套n基帶電纜n粗纜n非中繼傳輸距離10kmnRmax=10 Mbpsn細(xì)纜（便宜的同軸電纜）n非中繼傳輸距離185米nRmax=10 Mbpsn寬帶電纜n非中繼傳輸距離100kmnRmax= 900Mbpsn傳有線電視2.3.3 光纖光纖-由能傳導(dǎo)光波的石英玻璃纖維外加保護(hù)層構(gòu)成的 。n帶寬n頻率范圍：50 T Hzn數(shù)據(jù)傳輸率：100 Gbpsn實(shí)際使用：10Gbps,原因：光/電、電/光轉(zhuǎn)換的速度跟不上;n光電子技術(shù)/光子技術(shù)n通過(guò)光纖中光的波長(zhǎng)n0.85m / 1.3m /

22、 1.55 m光纖及光纜構(gòu)成玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外殼外殼單芯光纜單芯光纜多芯光纜多芯光纜單模光纖和多模光纖n多模光纖（multi-mode fiber）n內(nèi)芯直徑稍大,其中有多個(gè)光沿不同的方向同時(shí)傳播。n直徑為62.5mn使用普通發(fā)光二極管作為光源n波長(zhǎng)為0.85umn中繼距離2公里n單模光纖（single-mode fiber）n內(nèi)芯直徑較小，與光的波長(zhǎng)接近，光沿同一方向傳播。n直徑為810mn使用激光源,波長(zhǎng)為1.55umn中繼距離100公里激光器光檢波器單束光線沿直單束光線沿直線傳播線傳播多束光線以不同的反射角傳

23、播多束光線以不同的反射角傳播激光器包層折射率低纖芯折射率高亮度調(diào)制光檢波器光纖的特點(diǎn)n優(yōu)點(diǎn)n高帶寬、高數(shù)據(jù)傳輸率n抗電磁干擾強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸安全、可靠n抗腐蝕n衰減小n缺點(diǎn)n單向傳輸n光纖接口價(jià)格昂貴n工藝復(fù)雜、安裝技術(shù)復(fù)雜2.3.4 無(wú)線介質(zhì)n無(wú)線介質(zhì)是指信號(hào)通過(guò)空氣傳輸，信號(hào)不被約束在一物理導(dǎo)體內(nèi)n無(wú)線介質(zhì)主要包括n無(wú)線電波n微波（地面微波、衛(wèi)星微波）n紅外線、激光（1）無(wú)線電波n無(wú)線電通信就是利用地面發(fā)射的無(wú)線電波通過(guò)電離層的反射而到達(dá)接收端的一種遠(yuǎn)距離通信方式。無(wú)線電通信使用的頻率一般在3MHz 至1GHz。n無(wú)線電波的傳播特性與頻率有關(guān)。在低頻上，無(wú)線電波能輕易地繞過(guò)一般障礙物，但其能量

24、隨著傳播距離的增大而急劇遞減。在高頻上，無(wú)線電波趨于直線傳播并易受障礙物的阻擋，還會(huì)被雨水吸收。(2) 微波n對(duì)于頻率在100MHz以上的無(wú)線電波，其能量將集中于一點(diǎn)并沿直線傳播，這就是微波。n微波通信是利用無(wú)線電波在對(duì)流層的視距范圍內(nèi)進(jìn)行信息傳輸?shù)囊环N通信方式，它使用的頻率范圍一般在1GHz至20GHz左右。n由于微波只能沿直線傳播，所以微波的發(fā)射天線和接收天線必須精確對(duì)準(zhǔn)，而且每隔一段距離就需要一個(gè)中繼站。n中繼站之間的距離與微波塔的高度成正比例。對(duì)于100m高的微波塔，中繼站之間的距離可以達(dá)到80km。 地面微波地面微波-通過(guò)地面站之間接力傳送通過(guò)地面站之間接力傳送-接力站之間距離：接力

25、站之間距離：50 -100 km-速率：每信道速率：每信道 45 Mb/s地面站之間的地面站之間的直視線路直視線路 微波傳微波傳送塔送塔35,784公里公里地球地球 地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星-與地面站相對(duì)固定位置與地面站相對(duì)固定位置-使用使用3顆衛(wèi)星即可覆蓋全球顆衛(wèi)星即可覆蓋全球-傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)（傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)（270ms）-廣播式傳輸廣播式傳輸-應(yīng)用領(lǐng)域：應(yīng)用領(lǐng)域： 電視傳輸、長(zhǎng)途電話、專用網(wǎng)絡(luò)、電視傳輸、長(zhǎng)途電話、專用網(wǎng)絡(luò)、 廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)n 常用傳輸介質(zhì)的比較常用傳輸介質(zhì)的比較傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸方式傳輸方式速率速率/工作頻帶工作頻帶傳輸距離傳輸距離性能性能價(jià)格價(jià)格應(yīng)用應(yīng)用雙絞線雙絞線寬帶

26、寬帶基帶基帶1Gb/s模擬模擬: 10km數(shù)字?jǐn)?shù)字: 500m較好較好低低模擬模擬/數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)傳輸信號(hào)傳輸50同軸電纜同軸電纜基帶基帶10Mb/s3km較好較好較低較低基帶數(shù)字信基帶數(shù)字信號(hào)號(hào)75同軸電纜同軸電纜寬帶寬帶450MHz100km較好較好較低較低模擬電視、模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻數(shù)據(jù)及音頻光纖光纖基帶基帶40Gb/s20km以上以上很好很好較高較高遠(yuǎn)距離高速遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸微波微波寬帶寬帶4-6GHz幾百幾百km好好中等中等遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星衛(wèi)星寬帶寬帶1-10GHz18000km很好很好高高遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信共享信道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)

27、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)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)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

28、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）。nTDM 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。時(shí)分復(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 幀時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間BDBDBDAAAA BCCC

29、C DC 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時(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TDM 幀時(shí)分復(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。 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)

30、分復(fù)用 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2.4.3 碼分復(fù)用 CDM(Code Divis

31、ion 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)。 CDMA 的重要特點(diǎn)n每個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。n在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。 CDMA 的工作原理 S 站的碼片序列 S110ttttttm 個(gè)碼片tS 站發(fā)送的信號(hào) SxT 站發(fā)送的信號(hào) Tx總的發(fā)送

32、信號(hào) 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 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 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。n當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時(shí)，可采用復(fù)用的方法。 2. 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

33、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。 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。n光信號(hào)則稱為第 1 級(jí)光載波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。 同步數(shù)字系列 SDH n

34、ITU-T 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。 SONET 的體系結(jié)構(gòu) 光子層路徑層線路層段層線路 (line)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(fù)用器或分用器復(fù)用器或分用器轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器段段段路徑

35、 (path)(section)(section)(section)SONET 標(biāo)準(zhǔn)定義了四個(gè)光接口層 n光子層(Photonic Layer)n處理跨越光纜的比特傳送。n段層(Section Layer)n在光纜上傳送 STS-N 幀。n線路層(Line Layer)n負(fù)責(zé)路徑層的同步和復(fù)用。n路徑層(Path Layer) n處理路徑端接設(shè)備 PTE (Path Terminating Element)之間的業(yè)務(wù)的傳輸。 2.6 寬帶接入技術(shù)2.6.1 xDSL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 30

36、03400 kHz 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。 xDSL 的幾種類型 nADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非對(duì)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nVDS

37、L (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）。 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

38、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 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。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

39、 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)。DMT 技術(shù)的頻譜分布 頻譜頻率上行信道傳統(tǒng)電話04下行信道(kHz)401381100ADSL 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當(dāng) ADSL 啟動(dòng)時(shí)，用戶線兩端的 ADSL 調(diào)制解調(diào)器就測(cè)試可用的頻率、各子信道受到的干擾情況，以及在每一個(gè)頻率上測(cè)試信號(hào)的傳輸質(zhì)量。nADSL 不能保證固定的數(shù)據(jù)率。對(duì)于質(zhì)量

40、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。ADSL 的組成 ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線 電話分離器 區(qū)域?qū)拵ЬW(wǎng)至 ISP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 (DSL Access Multiplexer)接入端接單元 ATU (Access Termination Unit)ATU-C（C 代表端局 Central Office）ATU-R（R 代表遠(yuǎn)端 Remote）電話分離器 PS (POTS Splitter) 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)