計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第2章物理層

*第1頁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+()+A1A2B1B2C1C2A1A2B1B2C1C2共享信道(a)使用單獨(dú)的信道(b)使用共享信道復(fù)用分用復(fù)用(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本概念。2023/1/14第2頁

1、頻分復(fù)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(gè)頻帶。頻分復(fù)用的所有用戶在相同的時(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）。*第3頁按頻率劃分不同的信道

頻分復(fù)用頻率時(shí)間頻帶1頻帶2頻帶3頻帶n*第4頁2、時(shí)分復(fù)用TDM(TimeDivisionMultiplexing)

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。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）。TDM信號(hào)也稱為等時(shí)(isochronous)信號(hào)。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。2023/1/14計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主講：南京信息工程大學(xué)劉生第5頁時(shí)分復(fù)用TDM原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸

2023/1/14第6頁頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAATDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀周期性出現(xiàn)按時(shí)間劃分不同的信道頻分復(fù)用：所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源。時(shí)分復(fù)用：所有用戶在不同的時(shí)間占用同樣的頻率帶寬。這兩種復(fù)用方法的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)比較成熟，缺點(diǎn)是不夠靈活。但時(shí)分復(fù)用更有利于數(shù)字信號(hào)的傳輸。*第7頁時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi)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。aabbccdABCDttttabbcacdt#1#2#3#4

4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀1234

*第8頁3、統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM(StatisticTDM)aabbccdABCDtttt1234STDM幀t#1#2#3abbcacd集中器統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用用戶所占的時(shí)隙不是周期出現(xiàn)，用戶不固定占用某個(gè)時(shí)隙，有空時(shí)隙就將數(shù)據(jù)放入。

又稱為異步時(shí)分復(fù)用。而普通的時(shí)分復(fù)用稱為同步時(shí)分復(fù)用

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

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

*第11頁原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來進(jìn)行傳輸01550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120km光調(diào)制器光解調(diào)器*第12頁2.4.2碼分復(fù)用CDM(CodeDivisionMultiplexing)1.概念碼分復(fù)用CDM（或稱為碼分多址CDMA）每一個(gè)用戶可以在同樣的時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信。各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此個(gè)用戶之間不會(huì)造成干擾。碼分復(fù)用最初使用于軍事通信：發(fā)送的信號(hào)具有很強(qiáng)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(kuò)頻通信。

在CDMA中每一個(gè)比特時(shí)間再劃分為m個(gè)短的間隔，稱為碼片（chip）。通常m的值設(shè)為128或64。

使用CDMA的每一個(gè)站被指派一個(gè)唯一的mbit碼片序列。為簡(jiǎn)單起見，我們?cè)O(shè)m=8。*第14頁

例如，s站其碼片序列為00011011

當(dāng)發(fā)送bit1時(shí)，發(fā)送00011011發(fā)送bit0時(shí)，發(fā)送11100100為了描述準(zhǔn)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(jù)率為bbit/s則實(shí)際發(fā)送速率為：mbbit/s

頻寬為：原來的m倍(擴(kuò)頻)

擴(kuò)頻通信通常有兩大類：

直接序列擴(kuò)頻:DSSS（DirectSequenceSpreadSpectrum）

跳頻擴(kuò)頻:FHSS（FrequencyHoppingSpreadSpectrum）*第15頁碼片序列的正交關(guān)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(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的規(guī)格化內(nèi)積(innerproduct)都是0：(2-3)*第16頁碼片序列的正交關(guān)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(gè)碼片序列是正交的。2023/1/14計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主講：南京信息工程大學(xué)劉生第17頁正交關(guān)系的另一個(gè)重要特性任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1。2023/1/14計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主講：南京信息工程大學(xué)劉生第18頁2023/1/14計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)主講：南京信息工程大學(xué)劉生第19頁一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是–1。*第20頁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*第21頁同步光纖網(wǎng)SONET和同步數(shù)字系列SDH1.傳統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)的缺點(diǎn)（1）速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。如果不對(duì)高次群的數(shù)字傳輸速率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，國際范圍的高速數(shù)據(jù)傳輸就很難實(shí)現(xiàn)。

（2）不是同步傳輸。在過去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，各國的數(shù)字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同步方式。2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)2、同步光纖網(wǎng)SONET（1）1988年，美國首先推出的數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)。（2）同步光纖網(wǎng)SONET(SynchronousOpticalNetwork)的各級(jí)時(shí)鐘都來自一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘。（3）第1級(jí)同步傳送信號(hào)STS-1(SynchronousTransportSignal)的傳輸速率是51.84Mb/s。（4）光信號(hào)則稱為第1級(jí)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(biāo)準(zhǔn)SONET為基礎(chǔ)，制訂出國際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。（2）一般可認(rèn)為SDH與SONET是同義詞。（3）SDH的基本速率為155.52Mb/s，稱為第1級(jí)同步傳遞模塊(SynchronousTransferModule)，即STM-1，相當(dāng)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(hào)ITU-T符號(hào)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(jí)/STS級(jí)與SDH的STM級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系*第25頁4、SONET的體系結(jié)構(gòu)SDH/SONET標(biāo)準(zhǔn)目前已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也適合微波與衛(wèi)星傳輸?shù)募夹g(shù)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(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*第26頁2.6寬帶接入技術(shù)

1、xDSL技術(shù)光纖同軸混合網(wǎng)HFC(HybridFiberCoax)2、FTTx技術(shù)*第27頁2.6.1xDSL技術(shù)xDSL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)。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(shí)現(xiàn)的不同寬帶方案。xDSL的幾種類型ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：非對(duì)稱數(shù)字用戶線HDSL(HighspeedDSL)：高速數(shù)字用戶線SDSL(Single-lineDSL)：1對(duì)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(yīng)DSL，是ADSL的一個(gè)子集，可自動(dòng)調(diào)節(jié)線路速率）。*第28頁ADSL調(diào)制解調(diào)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(diào)制技術(shù)無載波振幅相位調(diào)制

CAP(CarrierlessAmplitudePhase)。離散多音調(diào)制

DMT(DiscreteMulti-Tone)。CAP早就使用在第一代ADSL調(diào)制解調(diào)器中，在商品化方面更加成熟。DMT則被美國ANSI選擇為ADSL的標(biāo)準(zhǔn)。*第30頁離散多音調(diào)制DMTDMT將可用帶寬劃分為256個(gè)子信道（每個(gè)子信道帶寬為4kHz），然后將數(shù)據(jù)自適應(yīng)地動(dòng)態(tài)分配給每個(gè)子信道，這就使得在約1MHz的可用頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)超過6Mb/s的數(shù)據(jù)率。ADSL技術(shù)還支持前向糾錯(cuò)

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?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(DSLAccessMultiplexer)接入端接單元ATU(AccessTerminationUnit)ATU-C（C代表端局CentralOffice）ATU-R（R代表遠(yuǎn)端Remote）電話分路器PS(POTSSplitter)

*第33頁2.6.2光纖同軸混合網(wǎng)

HFC(HybridFiberCoax)HFC網(wǎng)是在目前覆蓋面很廣的有線電視網(wǎng)CATV的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)。HFC網(wǎng)除可傳送CATV外，還提供電話、數(shù)據(jù)和其他寬帶交互型業(yè)務(wù)?，F(xiàn)有的CATV網(wǎng)是樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)，它采用模擬技術(shù)的頻分復(fù)用對(duì)電視節(jié)目進(jìn)行單向傳輸。而HFC網(wǎng)則需要對(duì)CATV網(wǎng)進(jìn)行改造，*第34頁HFC的主要特點(diǎn)

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

ODN(OpticalDistributionNode)。在光纖結(jié)點(diǎn)光信號(hào)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在光纖結(jié)點(diǎn)以下就是同軸電纜。(2)HFC網(wǎng)采用結(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)*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(jié)點(diǎn)服務(wù)區(qū)服務(wù)區(qū)服務(wù)區(qū)*第36頁(3)HFC網(wǎng)具有比CATV網(wǎng)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(hào)頻率(MHz)保留*第37頁(4)每個(gè)家庭要安裝一個(gè)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(jī)頂盒(set-topbox)，然后再連接到用戶的電視機(jī)。使用雙絞線連接到用戶的電話機(jī)。使用電纜調(diào)制解調(diào)器連接到用戶的計(jì)算機(jī)。