計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 物理層

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5版）第2章物理層2/1/2023遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件第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2.3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2/1/20232遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件第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)

2.6.1xDSL技術(shù)

2.6.2光纖同軸混合網(wǎng)(HFC網(wǎng))2.6.3FTTx

技術(shù)2/1/20233遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件2.1物理層的基本概念物理層考慮的是怎樣在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸比特流，屏蔽不同硬件設(shè)備、傳輸媒體和通信方式所帶來(lái)的各種差異。物理層的主要任務(wù)：確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：

機(jī)械特性指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引腳數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓范圍功能特性指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。過(guò)程特性指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序2/1/20234遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件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)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型2/1/20235遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件幾個(gè)術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)(data)—信息的數(shù)據(jù)化形式。信號(hào)(signal)—數(shù)據(jù)電氣的或電磁的表現(xiàn)，或數(shù)據(jù)的物理量編碼。模擬信號(hào)—在時(shí)間域上幅度取值連續(xù)的信號(hào)數(shù)字信號(hào)—在時(shí)間域上幅度取值離散的信號(hào)碼元(code)—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。2/1/20236遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件

模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)和碼元ta)模擬信號(hào)tb)數(shù)字信號(hào)t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號(hào)2/1/20237遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件

2.2.2有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念信道和通信電路不同根據(jù)通信雙方信息交換的方式，通信方式可以分為以下三種：?jiǎn)蜗蛲ㄐ?單工通信)——只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。雙向交替通信(半雙工通信)——通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時(shí)接收)。雙向同時(shí)通信(全雙工通信)——通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。2/1/20238遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件

基帶信號(hào)和帶通信號(hào)

基帶信號(hào)(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)?；鶐盘?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)。調(diào)制分為兩大類。一類是僅僅對(duì)基帶信號(hào)的波形進(jìn)行變換，使它能夠與信道特性相適應(yīng)。變換后的信號(hào)仍然屬于基帶信號(hào)。這類調(diào)制稱為基帶調(diào)制。2/1/20239遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件帶通信號(hào)和幾種最基本調(diào)制方法

另一類需要使用載波(carrier)進(jìn)行調(diào)制，把基帶信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸。這類調(diào)制稱為帶通調(diào)制。經(jīng)載波調(diào)制后的信號(hào)稱為帶通信號(hào)(即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過(guò)信道)。最基本的帶通調(diào)制方法有以下幾種：調(diào)幅(AM，幅度調(diào)制，幅移鍵控):載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。調(diào)頻(FM):載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。調(diào)相(PM):載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化

2/1/202310遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件對(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)相正交調(diào)幅QAM2/1/202311遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件第1章內(nèi)容回憶(4)1.7計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)實(shí)體、協(xié)議、服務(wù)、服務(wù)原語(yǔ)和服務(wù)訪問(wèn)點(diǎn)；TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)；everythingoverIP、IPovereverything2.1物理層的基本概念—物理層的主要任務(wù)2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型；幾個(gè)術(shù)語(yǔ)(數(shù)據(jù)、信號(hào)、模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、碼元)；三種通信方式；基帶信號(hào)和帶通信號(hào)；基帶調(diào)制和帶通調(diào)制；四種帶通調(diào)制的方法；2/1/202312遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件2.2.3信道的極限容量

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。數(shù)字信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)：在接收端只要能從失真的波形識(shí)別出原來(lái)的信號(hào)，那么這種失真對(duì)通信質(zhì)量就沒有影響。碼元傳輸?shù)乃俾试礁撸蛐盘?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，或噪聲干擾越大，或傳輸媒體質(zhì)量越差，在信道輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。

2/1/202313遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件數(shù)字信號(hào)通過(guò)實(shí)際的信道

有失真，但可識(shí)別失真大，無(wú)法識(shí)別

實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、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2/1/202314遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件信道能夠通過(guò)的頻率范圍碼間串?dāng)_：如果信號(hào)中的高頻分量在傳輸時(shí)受到衰減，那么接收端收到的波形前沿和后沿就變得不那么陡峭了，每個(gè)碼元所占的時(shí)間界限不再很明確，前后都拖了“尾巴”。也就是說(shuō)，擴(kuò)散了的碼元波形所占的時(shí)間變得更寬了。這樣，在接收端收到的信號(hào)波形就失去了碼元之間的清晰界限。1924年，奈奎斯特(Nyquist)推導(dǎo)出了著名的奈氏準(zhǔn)則。他給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值。在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜?，否則就會(huì)出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問(wèn)題，使接收端對(duì)碼元的判決(即識(shí)別)成為不可能如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過(guò)的信號(hào)高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_。

2/1/202315遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件(2)信噪比

噪聲存在于所有的電子設(shè)備和通信信道中。同時(shí)噪聲是隨機(jī)的；噪聲的影響是相對(duì)的。信噪比S/N1dB=10log10(S/N)香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了香農(nóng)公式。香農(nóng)公式指出：信道的極限信息傳輸速率(極限容量)C可表達(dá)為

C=Wlog2(1+S/N)b/s

W為信道的帶寬(以Hz為單位)；S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。

2/1/202316遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件香農(nóng)公式的含義

信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信道的極限傳輸速率C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(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。若信道帶寬

W

或信噪比

S/N

沒有上限(當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的)，則信道的極限信息傳輸速率

C

也就沒有上限。實(shí)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。2/1/202317遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件注意

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嗎？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。也就是說(shuō)，若以同樣的速率發(fā)送碼元，則同樣的時(shí)間所傳送的信息量就提高了。

因此，自香農(nóng)公式發(fā)表后，各種新的信號(hào)處理和調(diào)制方法不斷出現(xiàn)，其目的都是為了盡可能地接近香農(nóng)公式給出的傳輸速率極限。2/1/202318遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件2.3物理層下面的傳輸媒體傳輸媒體也稱為傳輸介質(zhì)或傳輸媒介，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線路。傳輸媒體分為兩大類：導(dǎo)向傳輸媒體和非導(dǎo)向傳輸媒體。在導(dǎo)向傳輸媒體中，電磁波被導(dǎo)向沿著固定媒體(銅線或光纖)傳播；非導(dǎo)向傳輸媒體就是指自由空間，在非導(dǎo)向傳輸媒體中電磁波的傳輸常稱為無(wú)線傳輸。2/1/202319遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件2.3.1導(dǎo)向傳輸媒體雙絞線(雙扭線)把兩根相互絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合起來(lái)，就構(gòu)成了雙絞線。絞合度越大，抗電磁干擾能力越強(qiáng)。使用雙絞線最多的地方是電話系統(tǒng)。其通信距離一般為幾到幾十公里，距離太長(zhǎng)需使用放大器或中繼器。另外，導(dǎo)線越粗，其通信距離越遠(yuǎn)。雙絞線的分類屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)和無(wú)屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)

3類、4類、5類、超5類、6類、7類雙絞線2/1/202320遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件雙絞線和同軸電纜銅線銅線聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體無(wú)屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP同軸電纜同軸電纜具有很好的抗干擾特性，被廣泛應(yīng)用于傳輸較高速率的數(shù)據(jù)。目前同軸電纜主要用于有線電視網(wǎng)的居民小區(qū)。2/1/202321遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件光纖和光纜光纖通信就是利用光導(dǎo)纖維(簡(jiǎn)稱光纖)傳遞光脈沖來(lái)進(jìn)行通信。因此，光纖是光纖通信的傳輸媒體。光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，由纖芯和包層構(gòu)成，直徑僅有8至100um。光波通過(guò)纖芯傳導(dǎo)。由于光纖非常細(xì)，因此必須將光纖做成很結(jié)實(shí)的光纜。一根光纜少則只有一根光纖，多則可包括數(shù)十至數(shù)百根光纖，再加上加強(qiáng)芯和填充物提高其機(jī)械強(qiáng)度。2/1/202322遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件光線在光纖中的折射

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2/1/202323遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷?/1/202324遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件輸入脈沖輸出脈沖單模光纖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只適合近距離傳輸；單模光纖適合遠(yuǎn)距離傳輸2/1/202325遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件光纖的特點(diǎn)和缺點(diǎn)特點(diǎn)通信容量非常大傳輸損耗小，對(duì)遠(yuǎn)距離傳輸特別經(jīng)濟(jì)抗雷電和電磁干擾性能好無(wú)串音干擾，保密性好，不易被竊聽和截取數(shù)據(jù)體積小，重量輕缺點(diǎn)將兩根光纖精確地連接需要專用設(shè)備光接口連接器較貴2/1/202326遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件2.3.2非導(dǎo)向傳輸媒體

若通信線路要通過(guò)一些高山或島嶼；在城市中挖開馬路鋪設(shè)電纜，都不是一件很容易的事。無(wú)線傳輸所使用的頻段很廣。短波通信(高頻通信)主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質(zhì)量較差。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

2/1/202327遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件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

復(fù)用(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本概念，即多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道。復(fù)用的目的在于提高線路利用率。信道A1A2B1B2C1C2信道信道共享信道A1A2B1B2C1C2復(fù)用器分用器(a)不使用復(fù)用技術(shù)(b)使用復(fù)用技術(shù)2/1/202328遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件頻分復(fù)用FDM

(FrequencyDivisionMultiplexing)

原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻帶，每路信號(hào)占用一個(gè)頻帶進(jìn)行傳輸。頻帶之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。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。因此，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。

頻分復(fù)用適用于模擬信號(hào)的傳輸。頻率時(shí)間頻帶1頻帶2頻帶3頻帶4頻帶52/1/202329遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件時(shí)分復(fù)用TDM

(TimeDivisionMultiplexing)

時(shí)分復(fù)用原理：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)。因此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。時(shí)分復(fù)用適合于數(shù)字信號(hào)的傳輸。2/1/202330遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件時(shí)分復(fù)用(同步時(shí)分復(fù)用)

頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀B、C、D在TDM幀中的位置也不變2/1/202331遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)傳輸計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)

ABCDaabbcdbcattttt4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1④③②①acbcd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。

2/1/202332遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM(StatisticTDM)

用戶ABCDabcdttttt3個(gè)STDM

幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用集中器各用戶有了數(shù)據(jù)就隨時(shí)發(fā)往集中器的輸入緩存，然后集中器按順序依次掃描輸入緩存，把緩存中的輸入數(shù)據(jù)放入STDM幀中，對(duì)于沒有數(shù)據(jù)的緩存就跳過(guò)去。優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)2/1/202333遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件2.4.2波分復(fù)用WDM

2.4.3碼分復(fù)用CDM

波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。即在一根光纖上復(fù)用多路波長(zhǎng)接近的光載波信號(hào)。碼分復(fù)用：各用戶使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，使得各用戶之間不會(huì)造成干擾。因此，每個(gè)用戶可以在同樣的時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信。碼分復(fù)用系統(tǒng)現(xiàn)在廣泛用在民用的移動(dòng)通信中。采用CDMA(碼分多址)可提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，減少干擾對(duì)通信的影響，增大通信容量(是GSM的4~5倍)，降低手機(jī)的平均發(fā)射功率等等。2/1/202334遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)

1.脈碼調(diào)制PCM體制

脈碼調(diào)制PCM(PulseCodeModulation)體制最初是為了在電話局之間的中繼線上傳送多路話音。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)。E1的速率是2.048Mb/s，而T1的速率是1.544Mb/s。當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時(shí)，可采用復(fù)用的方法。2/1/202335遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件電話信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的過(guò)程首先必須對(duì)電話信號(hào)采樣，采樣頻率不低于電話信號(hào)最高頻率的2倍，這樣可以從采樣脈沖信號(hào)無(wú)失真地恢復(fù)出原來(lái)的電話信號(hào)。連續(xù)的電話信號(hào)經(jīng)采樣后成為離散脈沖信號(hào)。經(jīng)模數(shù)變換后，每個(gè)脈沖信號(hào)編碼為二進(jìn)制碼元。為了有效地利用傳輸線路，通常將許多個(gè)話路的PCM信號(hào)用時(shí)分復(fù)用TDM的方法裝成幀(TDM幀)，然后再送往線路上一幀一幀地傳輸。E1的時(shí)分復(fù)用幀共劃分為32個(gè)時(shí)隙，其中有2個(gè)時(shí)隙用于幀同步和傳送信令。2/1/202336遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件第2章內(nèi)容回憶(1)2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)信道的極限容量(香農(nóng)公式)；2.3物理層下面的傳輸媒體傳輸媒體的分類；雙絞線的分類；光纖和光纜；光纖的工作原理；光纖的分類；光纖的特點(diǎn)和缺點(diǎn)；非導(dǎo)向傳輸媒體2.4信道復(fù)用技術(shù)2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)脈碼調(diào)制PCM2/1/202337遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件

2.同步光纖網(wǎng)和同步數(shù)字系列舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點(diǎn)。其中最主要的是以下兩個(gè)方面：速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一PCM一次群數(shù)字傳輸速率有兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；高次群有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。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)。

不是同步傳輸在過(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，給復(fù)用和分用帶來(lái)許多麻煩。2/1/202338遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件同步光纖網(wǎng)SONET同步光纖網(wǎng)

SONET(SynchronousOpticalNetwork)由美國(guó)提出，其各級(jí)時(shí)鐘都來(lái)自一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘。SONET為光纖傳輸系統(tǒng)定義了同步傳輸?shù)木€路速率等級(jí)結(jié)構(gòu)，其傳輸速率以51.84Mb/s為基礎(chǔ)。此速率對(duì)于電信號(hào)稱為第1級(jí)同步傳送信號(hào)STS-1(SynchronousTransportSignal)；對(duì)于光信號(hào)則稱為第1級(jí)光載波OC-1，OC表示OpticalCarrier。

2/1/202339遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件

同步數(shù)字系列SDH

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(SynchronousDigitalHierarchy)一般可認(rèn)為SDH與SONET是同義詞，主要不同點(diǎn)是：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。SONET標(biāo)準(zhǔn)定義了四個(gè)光接口層，自下而上分別為：光子層、斷層、線路層、路徑層。其中前兩層是必須有的，后兩層是可供選擇的。2/1/202340遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件線路速率(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-1

155.520OC-3/STS-3STM-1155Mb/s

466.560OC-9/STS-9STM-3

622.080OC-12/STS-12STM-4622Mb/s

933.120OC-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

2/1/202341遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件

四個(gè)光接口層

的作用光子層(PhotonicLayer)處理跨越光纜的比特傳送，并負(fù)責(zé)電信號(hào)和光信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。段層(SectionLayer)在光纜上傳送STS-N幀，有組裝成幀和差錯(cuò)校驗(yàn)功能。線路層(LineLayer)負(fù)責(zé)路徑層的同步和復(fù)用，以及交換的自動(dòng)保護(hù)。路徑層(PathLayer)處理路徑端接設(shè)備PTE(PathTerminatingElement)之間的業(yè)務(wù)的傳輸。

2/1/202342遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件2.6寬帶接入技術(shù)

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)。雖然標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號(hào)的頻帶被限制在300~3400Hz

(P56)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)1MHz。xDSL

技術(shù)就把0~4kHz低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，而把原來(lái)沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用。DSL就是數(shù)字用戶線(DigitalSubscriberLine)的縮寫。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。2/1/202343遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件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：綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)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。2/1/202344遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件xDSL

的極限傳輸距離xDSL

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。例如，0.5毫米線徑的用戶線，傳輸速率為1.5~2.0Mb/s時(shí)可傳送5.5公里，但當(dāng)傳輸速率提高到6.1Mb/s時(shí)，傳輸距離就縮短為3.7公里。如果把用戶線的線徑減小到0.4毫米，那么在6.1Mb/s的傳輸速率下就只能傳送2.7公里。用戶線越細(xì)，傳輸速率越大，信號(hào)傳輸時(shí)的衰減就越大，傳輸距離就越短。2/1/202345遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件ADSL的特點(diǎn)上行和下行帶寬不對(duì)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(gè)ADSL調(diào)制解調(diào)器。我國(guó)目前采用的ADSL調(diào)制解調(diào)器的實(shí)現(xiàn)方案是離散多音調(diào)DMT(DiscreteMulti-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。2/1/202346遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件DMT技術(shù)DMT調(diào)制技術(shù)采用頻分復(fù)用的方法，把40kHz以上一直到1.1MHz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。每個(gè)子信道占據(jù)4kHz帶寬(嚴(yán)格講是4.3125kHz)，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)。2/1/202347遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件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)~40~138~11002/1/202348遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件ADSL的數(shù)據(jù)率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。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。ADSL不能保證固定的數(shù)據(jù)率。對(duì)于質(zhì)量很差的用戶線甚至無(wú)法開通

ADSL。通常向用戶承諾的ADSL數(shù)據(jù)率：下行數(shù)據(jù)率在32kb/s到6.4Mb/s之間，而上行數(shù)據(jù)率在32kb/s到640kb/s之間。2/1/202349遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件第二代ADSL

通過(guò)提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率。采用了無(wú)縫速率自適應(yīng)技術(shù)

SRA(SeamlessRateAdaptation)，可在運(yùn)營(yíng)中不中斷通信和不產(chǎn)生誤碼的情況下，根據(jù)線路的實(shí)時(shí)情況，自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)率。改善了線路質(zhì)量評(píng)測(cè)和故障定位功能，這對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)水平具有非常重要的意義。2/1/202350遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件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。2/1/202351遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件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。2/1/202352遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件(2)HFC網(wǎng)采用結(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)

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)從頭端到各個(gè)光纖結(jié)點(diǎn)用模擬光纖連接，構(gòu)成星形網(wǎng)；光纖結(jié)點(diǎn)以下是樹形網(wǎng)。采用結(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。2/1/202353遼寧工程技術(shù)大學(xué)軟件學(xué)院《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》課件(3)HFC網(wǎng)具有比CATV網(wǎng)更寬的頻譜，且具有雙向傳輸功能