第二章物理層

第二章 物理層本章內(nèi)容物理層的功能和作用通信原理相關(guān)內(nèi)容回顧簡(jiǎn)單介紹三種傳輸介質(zhì)：有導(dǎo)向（銅線和光纖）、無(wú)線信道和衛(wèi)星信道討論三個(gè)通信系統(tǒng)：固定電話系統(tǒng)、移動(dòng)電話系統(tǒng)和有線電視系統(tǒng)三網(wǎng)的骨干網(wǎng)均使用光纖，但組織方式不同，并在“最后一英里（lastmile）”采用不同的技術(shù)。功能與作用物理層將原始的比特流從一臺(tái)機(jī)器傳輸?shù)搅硗庖慌_(tái)機(jī)器。物理層處于網(wǎng)絡(luò)模型的最底層，它定義了機(jī)械、電氣和時(shí)序的接口。機(jī)械特性指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(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)的電壓的范圍。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。2.1通信原理部分內(nèi)容回顧通信系統(tǒng)模型基本術(shù)語(yǔ)信道與信號(hào)信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憙蓚€(gè)定理數(shù)字通信系統(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)基本術(shù)語(yǔ)信息（information）：消息的內(nèi)容/內(nèi)涵。消息/數(shù)據(jù)（message/data）：信息的載體。模擬消息：連續(xù)變化，溫度、語(yǔ)音等。數(shù)字消息：離散變化，整數(shù)，漢字等。信號(hào)（signal）：消息的電氣/電磁形式。模擬(analogous)信號(hào)——代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。數(shù)字(digital)信號(hào)——代表消息的參數(shù)的取值是離散的。信源：產(chǎn)生和發(fā)生消息的設(shè)備。信宿：接收和處理消息的設(shè)備。信道：信源和信宿之間的通信線路。模擬信道：采用模擬信號(hào)傳輸消息的信道。數(shù)字信道：采用數(shù)字信號(hào)傳輸消息的信道。某個(gè)信號(hào)具有的頻帶寬度（集中了信號(hào)絕大多數(shù)能量），單位Hz。語(yǔ)音信號(hào)：300Hz~3400Hz信號(hào)帶寬信道帶寬信道只能允許一定頻帶范圍的信號(hào)通過(guò)，在其它頻率范圍內(nèi)的信號(hào)，信道的衰減非常大。傳輸過(guò)程中振幅不會(huì)明顯減弱的頻率范圍稱為信道帶寬，通常是指從0到某一個(gè)能保留一半能量的頻率處。信道帶寬是信道的物理屬性，取決于材料、厚度和長(zhǎng)度。信道對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懶诺酪氲膫鬏敁p傷衰減（attenuation）：所有的傳輸設(shè)施在傳輸過(guò)程中都會(huì)損失一些能量。傳輸設(shè)施對(duì)不同頻率分量衰減不同時(shí)延（transmissiondelay）：不同頻率分量在信道中產(chǎn)生的時(shí)延不同噪聲（noise）：信道噪聲、外部噪聲信道的帶寬受限對(duì)信號(hào)的影響信道引入的傳輸損傷有失真，但是能辨別失真過(guò)大，無(wú)法辨別實(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)波形信道模型信道可以被看做是一個(gè)“濾波器”低通帶通為分析方便，可認(rèn)為信道在其帶寬內(nèi)對(duì)信號(hào)的幅度增益為常數(shù)，帶寬外幅度增益為0理想信道：無(wú)任何噪聲例：理想信道帶寬對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懺夹盘?hào)的頻譜帶寬=128Hz帶寬=64Hz帶寬=16Hz結(jié)論：當(dāng)信號(hào)通過(guò)一個(gè)低通濾波器后，信號(hào)的高頻分量被濾除，對(duì)于輸出信號(hào)而言，損失了原始信號(hào)的高頻分量（頻域），表現(xiàn)為信號(hào)被“展寬”（時(shí)域）低通濾波器的帶寬越大，通過(guò)的高頻分量就越多，輸出信號(hào)被“展寬”的程度就越低，就越接近于原始信號(hào)?！罢箤挕焙蟮男盘?hào)，會(huì)相互影響，影響輸出端的判決。信道帶寬對(duì)信號(hào)的影響碼間串?dāng)_：相鄰數(shù)字信號(hào)（碼元）波形在時(shí)間上相互重疊，影響接收端對(duì)碼元的判決（即識(shí)別）。給定碼元間距，信道的帶寬越大，碼間串?dāng)_的程度越低。即信道帶寬存在下限。給定信道帶寬，碼元速率會(huì)受到限制，以避免在輸出端“展寬”后的信號(hào)間相互干擾。在給定帶寬的信道中，碼元傳輸?shù)乃俾蚀嬖谏舷?，即信道的極限容量。奈奎斯特準(zhǔn)則1924年，奈奎斯特(Nyquist)就推導(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)_。理想信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率奈奎斯特定理：若某信號(hào)通過(guò)一個(gè)理想的無(wú)噪聲、帶寬為H（Hz）的低通濾波器，信道極限容量為

若信號(hào)包含了V個(gè)離散級(jí)數(shù)（即一個(gè)碼元代表log2V比特）無(wú)噪聲3kHz信道，其最大碼元（符號(hào)）傳輸速率為6000波特。碼元傳輸速率(波特，symbol/s)與數(shù)據(jù)傳輸速率(bps)的區(qū)別。實(shí)際信道比理想信道糟多了任何實(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。碼元傳輸?shù)乃俾试礁撸蛐盘?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。有噪信道條件下最大數(shù)據(jù)傳輸速率1948年，香農(nóng)(Shannon)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的極限、無(wú)差錯(cuò)的信息傳輸速率。香農(nóng)定理：帶寬為H（Hz）、信噪比為S/N的有噪聲信道，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率（信道容量）C為：信噪比表示，分貝：10lg(S/N)，dB帶寬3kHz，信噪比30dB，則最大信息傳輸速率不超過(guò)30Kbps。N=0或者S=，則C=若想使信道容量增大，則可通過(guò)減小噪聲N或者增加信號(hào)功率S來(lái)實(shí)現(xiàn)。H時(shí)，C1.44S/n0，N=Hn0；保持S/n0一定，信道帶寬無(wú)限增加并不能使信道容量無(wú)限增加，因?yàn)樵肼暪β室糙呌跓o(wú)窮大。香農(nóng)定理的討論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。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。香農(nóng)定理指出傳輸媒體傳輸媒體：數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。有導(dǎo)向傳輸媒體：電磁波被導(dǎo)向沿著固體媒體（銅線or光纖）傳播。非導(dǎo)向傳輸媒體：即自由空間，通常稱在非導(dǎo)向傳輸媒體中電磁波的傳輸為無(wú)線傳輸。2.2有導(dǎo)向的傳輸介質(zhì)每種傳輸介質(zhì)都有自己的特性帶寬遲延造價(jià)安裝和維護(hù)的難易程度常用的有線傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纖2.2.1磁介質(zhì)高帶寬低成本極高的時(shí)延2.2.2雙絞線雙絞線（twistedpair）：兩根絕緣銅線以螺旋狀的形式絞在一起，以減少電線輻射。線徑大約1mm。幾乎所有的電話都是通過(guò)雙絞線連接到交換局雙絞線可以延伸幾公里而不需要放大。雙絞線可以傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。其帶寬取決于銅線的直徑和傳輸距離：幾公里的傳輸距離內(nèi)可達(dá)幾Mbps。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無(wú)屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STPUTP（UnshieldedTwistedPair，無(wú)屏蔽雙絞線）3類（category3）雙絞線，16MHz5類（category5）雙絞線，100MHz常用雙絞線雙絞線類型帶寬典型應(yīng)用316MHz低速網(wǎng)絡(luò)，模擬電話420MHz短距離10Base-T以太網(wǎng)5100MHz10Base-T以太網(wǎng)，100Base-T快速以太網(wǎng)E5100MHz100Base-T快速以太網(wǎng)，1000Base-T吉比特以太網(wǎng)6250MHz1000Base-T吉比特以太網(wǎng)，ATM7600MHz10吉比特以太網(wǎng)雙絞線（TwistedPair）雙絞線RJ-45連接器RJ-11連接器交叉線vs.平行線交叉線（crossing-line）：對(duì)等線兩端的網(wǎng)線序交叉。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)網(wǎng)線直接連接或者兩個(gè)Hub和uplink口相連。平行線（parallelline）：對(duì)等線兩端的網(wǎng)線序相同。用來(lái)連接電腦和交換機(jī)。交叉線

1<------------>3

2<------------>6

3<------------>1

6<------------>2平行線

1<------------>1

2<------------>2

3<------------>3

6<------------>6

配線架與卡線刀雙絞線的主要特點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易安裝，UTP較便宜傳輸速率較高信號(hào)隨距離衰減較大，傳輸距離受限有輻射，容易被竊聽(tīng)主要應(yīng)用場(chǎng)合室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)終端或工作站的連接（LAN）實(shí)現(xiàn)星型或總線型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.2.3同軸電纜Coaxialcable,coax比雙絞線有更好的屏蔽性，更好的抗噪性能兩種：50歐姆細(xì)纜，數(shù)字傳輸；75歐姆粗纜，模擬傳輸和有線電視，廣泛使用。高帶寬，可以達(dá)到1GHz；傳輸距離長(zhǎng)廣泛的使用于有線電視和城域網(wǎng)中同軸電纜卡銷式BNC連接器T型頭同軸電纜的特點(diǎn)頻帶較寬，損耗較低，傳輸距離較遠(yuǎn)輻射低，保密性好，抗干擾能力強(qiáng)可以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用傳輸主要應(yīng)用場(chǎng)合：計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)時(shí)，室內(nèi)用細(xì)纜，室外用粗纜應(yīng)用于多路復(fù)用傳輸和各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2.2.4光纖（FiberOptics）光纖傳輸原理：折射與反射折射角入射角

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瓷涔饫w的分類多模光纖：不同的光束以不同模式（不同的反射角）傳播。單模光纖：光纖直徑減至幾個(gè)波長(zhǎng)大小時(shí)，光在光纖內(nèi)直線傳播。隨著廣泛使用，價(jià)格已經(jīng)大大降低。廣泛用于長(zhǎng)距離傳輸。50Gbps傳輸100km而不用光放大器。輸入脈沖輸出脈沖輸入脈沖輸出脈沖光纖的衰減用于光纖通信的三個(gè)波段：0.85、1.30、1.55um，每個(gè)波段有25000～30000GHz帶寬；后兩段有很好的衰減特性。光纖的色散：光在光纖中傳播時(shí)會(huì)發(fā)散。色散程度與波長(zhǎng)有關(guān)。塑料外套保護(hù)著這束光纖金屬線加固電纜使光纜不會(huì)在一個(gè)折斷光纖的角度彎曲光纜由許多玻璃光纖組成光纖和包層裝在塑料外殼內(nèi)光纖被包層包裹著或覆蓋著，這些包層用來(lái)反射在光纖中傳輸?shù)墓饷扛饫w的核心是直徑比人發(fā)還細(xì)、構(gòu)造完美的玻璃管光纜是一捆極細(xì)的玻璃管。每一根比人的頭發(fā)還細(xì)的管子稱之為光纖光纖的組成光纖的連接在連接器上終止，并插入到光纖接口中，損失10%~20%的光機(jī)械手段結(jié)合，10%的光損失熔合，少量光損失光纖傳輸系統(tǒng)光源：一個(gè)光脈沖表示比特1，沒(méi)有光則表示0。傳輸介質(zhì)：極細(xì)的玻璃纖維檢測(cè)器：光信號(hào)的接收光敏二極管：光照產(chǎn)生電脈沖，典型的響應(yīng)時(shí)間是1ns（限制數(shù)據(jù)傳輸率為1Gbps）光源LED（LightEmittingDiodes，發(fā)光二極管）半導(dǎo)體激光波長(zhǎng)調(diào)節(jié)：通過(guò)在光纖和光源間插入以下干涉計(jì)，可以對(duì)波長(zhǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。Fabry-Perot干涉計(jì)Mach-Zehnder干涉計(jì)光纖網(wǎng)絡(luò)具有有源中繼器的光纖環(huán)網(wǎng)：信號(hào)再生無(wú)源星型連接光纖的特點(diǎn)通信容量非常大傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)，適用于遠(yuǎn)距離通信抗雷電和電磁干擾無(wú)串音干擾，保密性好體積小，重量輕主要應(yīng)用場(chǎng)合：骨干網(wǎng)絡(luò)為什么光纖如此誘人？給定波段寬帶?λ，就可計(jì)算頻段?f，繼而計(jì)算出數(shù)據(jù)傳輸速率。波段越寬，數(shù)據(jù)傳輸速率越高。E.g.λ=1.3um,?λ=0.17um;?f=30THz。若編碼效率為8bit/Hz，則數(shù)據(jù)傳輸速率為240Tbps。1966年，英籍華人高錕，2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主，《光頻介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)》，提出用石英玻璃纖維（光纖）傳送光信號(hào)來(lái)進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離、大容量通信。1970年，損失為20db/km光纖，康寧公司花費(fèi)3000萬(wàn)美元，得到30米光纖樣品。1976年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室在亞特蘭大到華盛頓間建立了世界第一條實(shí)用化的光纖通信線路，速率為45Mbps。上世紀(jì)70年代末，大容量的單模光纖和長(zhǎng)壽命的半導(dǎo)體激光器研制成功。1996年WDM技術(shù)取得突破，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了WDM技術(shù)，美國(guó)MCI公司在1997年開(kāi)通了商用的WDM線路。光纖通信系統(tǒng)的速率從單波長(zhǎng)的2.5Gbps和10Gbps爆炸性地發(fā)展到多波長(zhǎng)的Tbps（1Tbps=1000Gbps）傳輸。當(dāng)今實(shí)驗(yàn)室光系統(tǒng)速率已達(dá)10Tbps。光纖通信的歷史光纖和銅線的比較光纖的優(yōu)點(diǎn)光纖具有寬得多的帶寬，并且每公里衰減小不受電源震蕩、電磁波干擾，不受空氣中腐蝕化學(xué)物質(zhì)侵蝕的影響對(duì)電話公司的吸引力：細(xì)，重量輕，便宜。1000根1km雙絞線重達(dá)8000kg；同樣容量和長(zhǎng)度的兩根光纖，重100kg。安全性：不漏光光纖的缺點(diǎn)對(duì)光纖的處理需要較高的操作技能過(guò)度彎曲容易造成光纖損壞單工。雙向通信時(shí)需要兩根光纖，或者頻分雙工。接口成本高光進(jìn)銅退2.3無(wú)線傳輸2.3.1電磁波譜電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電磁波電磁波可以在空氣中傳播(通過(guò)天線)電磁波每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)稱為它的頻率f相鄰兩個(gè)波峰（或波谷）間的距離稱為它的波長(zhǎng)λ光速c=λf100MHz：3m；1000MHz：0.3m;3000MHz：0.1m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)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024

移動(dòng)無(wú)線電VHF,UHF,SHF,EHF,THF：甚高頻，特高頻，超高頻，極高頻，巨高頻電磁波的帶寬給定波段寬帶?λ，就可計(jì)算頻段?

f，繼而計(jì)算出數(shù)據(jù)傳輸速率。波段越寬，數(shù)據(jù)傳輸速率越高。E.g.λ=1.3um,?λ=0.17um;?f=30THz。若編碼效率為8bit/Hz，則數(shù)據(jù)傳輸速率為240Tbps。電磁頻譜政策ITU-RWARC協(xié)調(diào)頻率分配方案；FCC授權(quán)頻段：3G頻段非授權(quán)頻段：TheISM（Industrial,Scientific,Medical，工業(yè)的/科學(xué)的/醫(yī)藥的）無(wú)需授權(quán)，小功率擴(kuò)頻：減小彼此干擾藍(lán)牙，WLAN，微波爐等等2.3.2無(wú)線電傳輸容易產(chǎn)生，可以長(zhǎng)距離傳輸，易于穿透建筑物，全方向。特性和頻率相關(guān)：低頻部分，穿透性好，但單位距離衰減大。頻率越高，越傾向于直線傳播，穿透性變差，單位距離衰減小。雨水吸收，易受干擾。在VLF/LF/MF波段，無(wú)線電波沿地面?zhèn)鬏斣贖F/VHF波段，地面波被地球吸收，到達(dá)電離層（距地表100~500km）的波可以被電離層反射回來(lái)（遠(yuǎn)距離通信），但是電離層不穩(wěn)定，且存在多徑效應(yīng)，因而通信速率較低。2.3.3微波傳輸在100MHz以上的頻段內(nèi)，電波幾乎按直線傳播。使用拋物面天線：信噪比高，不同方向可復(fù)用。主要采用兩種形式：微波接力：微波塔越高，微波能走的距離越遠(yuǎn)。塔高100m則中繼器間的距離可以為80km。衛(wèi)星通信微波對(duì)建筑物的穿透力不好。多徑衰落（multipathfading）：不同相，信號(hào)抵消。在4GHz左右，微波會(huì)被雨水吸收。雨霧衰減廣泛用于：長(zhǎng)途電話網(wǎng)、移動(dòng)電話網(wǎng)、電視轉(zhuǎn)播優(yōu)點(diǎn)微波波段頻率高，頻段范圍寬。通信容量很大工業(yè)干擾和天波干擾的主要頻率成份比微波頻率低的多，干擾小，傳輸質(zhì)量高通信建設(shè)投資少，相對(duì)便宜，見(jiàn)效快缺點(diǎn)地面接力相鄰站之間必須直視：視距受惡劣天氣影響隱蔽性和保密性差中繼站的維護(hù)成本2.3.4紅外線和毫米波廣泛用于短距離通信方向性便宜，易于制造不能穿透固體物質(zhì)：墻壁。有利有弊使用無(wú)需經(jīng)過(guò)政府許可2.3.5光波傳輸將兩個(gè)建筑物中的LAN通過(guò)屋頂上安裝激光連接起來(lái)。單向，兩端都需要激光發(fā)生器和光檢測(cè)器低成本，高帶寬安裝簡(jiǎn)單，無(wú)需政府許可不能穿透雨霧。激光束很窄。方向性強(qiáng)。氣流可以干擾激光通信系統(tǒng)2.4通信衛(wèi)星人造衛(wèi)星，天空中的“微波中繼站”有多個(gè)異頻收發(fā)器（transponder）每個(gè)異頻收發(fā)器監(jiān)聽(tīng)頻譜的一部分，對(duì)進(jìn)來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大，再在另一個(gè)頻率上重新發(fā)送出去向下波束的覆蓋范圍：可寬可窄影響衛(wèi)星安放位置的因素：衛(wèi)星軌道周期隨著軌道半徑的3/2次冪變化，高度越高，周期越長(zhǎng)。范艾倫帶：受地球磁場(chǎng)影響的高度帶電的粒子層。在該高度，粒子會(huì)撞毀衛(wèi)星。避開(kāi)適合的三個(gè)區(qū)域：低軌道（LEO）、中軌道（MEO）、地球同步軌道（GEO）2.4.1地球同步衛(wèi)星GEO（GeostationaryEarthOrbit，地球同步軌道），赤道軌道上方35,800km高度。為避免干擾，同步衛(wèi)星之間的距離不能小于2°。太空中最多有180顆同步衛(wèi)星。ITU負(fù)責(zé)分配軌道槽以避免混亂頻率分配為增大傳輸容量：各異頻收發(fā)器之間：頻分復(fù)用（FDM）每個(gè)異頻收發(fā)器內(nèi)：時(shí)分復(fù)用（TDM）VSAT（VerySmallApertureTerminals，小孔終端）：低成本微型站天線?。?m左右）；功耗?。?W左右）對(duì)于無(wú)足夠功率實(shí)現(xiàn)相互通信的微型站來(lái)說(shuō)，增加中心站（hub，高增益天線）用于轉(zhuǎn)發(fā)VSAT之間的流量。通信衛(wèi)星的一些特點(diǎn)端到端延遲比較長(zhǎng)，典型值270ms，對(duì)于使用了中心站的VSAT系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，典型值為540ms。地面微波鏈路典型傳播遲延：3us/km;有線鏈路(coax,fiber)典型傳播遲延：5us/km天生的廣播介質(zhì)傳輸一條消息的成本和經(jīng)過(guò)的距離無(wú)關(guān)錯(cuò)誤率極低部署快速2.4.2中間軌道（MEO）衛(wèi)星中間地球軌道（Medium-EarthOrbit），軌道周期大約6小時(shí)，尚未應(yīng)用于通信領(lǐng)域美國(guó)：GPS（GlobalPositioningSystem，全球定位系統(tǒng)），18000km高度，24顆星歐盟：伽利略定位系統(tǒng)，23222km高度，38顆星中國(guó)：北斗1號(hào)（已投入使用，區(qū)域性導(dǎo)航系統(tǒng)）和北斗2號(hào)（建設(shè)中，全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，預(yù)計(jì)2015年建成）北斗二號(hào)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗二號(hào)是中國(guó)開(kāi)發(fā)的獨(dú)立的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，規(guī)劃5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星。2012年左右，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)將首先提供覆蓋亞太地區(qū)的導(dǎo)航、授時(shí)和短報(bào)文通信服務(wù)能力。提供即開(kāi)放服務(wù)和授權(quán)服務(wù)。開(kāi)放服務(wù)是在服務(wù)區(qū)免費(fèi)提供定位、測(cè)速和授時(shí)服務(wù)，定位精度為10米，授時(shí)精度為10納秒，測(cè)速精度為0.2米/秒。授權(quán)服務(wù)是向授權(quán)用戶提供更安全的定位、測(cè)速、授時(shí)和通信服務(wù)以及系統(tǒng)完好性信息。2.4.3低軌道衛(wèi)星LEO（Low-EarthOrbit，低地球軌道）優(yōu)點(diǎn)：終端功耗低，往返遲延?。◣缀撩耄┤秉c(diǎn)：完整的通信系統(tǒng)需要大量的衛(wèi)星實(shí)例或構(gòu)想：銥計(jì)劃：摩托羅拉，話音通信GlobalStar：話音通信Teledesic：微軟，Internet服務(wù)銥計(jì)劃（Iridium）:Motorola由1990年提出。1998年11月服務(wù)，1999年8月宣布破產(chǎn)原定77（“銥”）顆，后修訂為66顆低軌道衛(wèi)星。離地高度750km，往返遲延幾毫秒。6條衛(wèi)星項(xiàng)鏈覆蓋全球；每顆衛(wèi)星最多48個(gè)單元格（點(diǎn)波束）提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、尋呼、導(dǎo)航等服務(wù)，針對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)星上交換信息Globalstar48顆LEO衛(wèi)星組成地面交換，復(fù)雜性放到地面。Teledesic：空中互聯(lián)網(wǎng)Teledesic通信衛(wèi)星系統(tǒng)定位于提供全球化的，高帶寬的Internet服務(wù)。2002年計(jì)劃中止。計(jì)劃為用戶提供上行100Mb/s，下行720Mb/S的帶寬，而每位用戶則使用一個(gè)小的，VSAT天線完成它設(shè)計(jì)使用288顆衛(wèi)星，排列成為12平面，位于距地高度1350KM處。后改成30顆。2.4.4衛(wèi)星vs.光纖衛(wèi)星同樣可以提供很高的帶寬對(duì)移動(dòng)通信的支持廣播信息的發(fā)布惡劣地形或地面設(shè)施很差的地區(qū)難于獲得路權(quán)的地區(qū)快速部署網(wǎng)絡(luò)2.5公共交換電話網(wǎng)絡(luò)（PSTN）2.5.1電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)公共交換電話網(wǎng)絡(luò)（PublicSwitchedTelephoneNetwork，PSTN）電話系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)全連接->中心控制->多層分級(jí)電話系統(tǒng)的三個(gè)主要部件本地回路（雙絞線，模擬信號(hào)）干線（光纖，數(shù)字信號(hào)）：長(zhǎng)途干線交換局（干線間的交換）：端局、長(zhǎng)途局、中心交換局?jǐn)?shù)字vs.模擬數(shù)字信號(hào)更容易再生，高速率，低成本，更容易維護(hù)數(shù)字信號(hào)更便于計(jì)算機(jī)的高速處理2.5.2本地回路傳統(tǒng)的調(diào)制解調(diào)器ADSL無(wú)線本地回路調(diào)制解調(diào)器的應(yīng)用形式傳輸線路的三個(gè)主要問(wèn)題衰減（attenuation）：信號(hào)在傳輸過(guò)程中的能量損失（dB/km），和頻率相關(guān)。延遲畸變（delaydistortion）：信號(hào)不同頻率的傅立葉分量在線路上的傳播速度不同。噪聲（noise）：一些來(lái)自于非發(fā)射器的多余能量（熱噪聲、串?dāng)_、脈沖噪聲等）當(dāng)計(jì)算機(jī)希望通過(guò)模擬線路傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的時(shí)候，必須將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬的形式。這是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)的方波具有很寬的頻譜，因而衰減和延遲畸變很嚴(yán)重；基帶信號(hào)不適合，必須進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制解調(diào)器的作用基本調(diào)制技術(shù)調(diào)幅（AmplitudeModulation，AM）：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化，在數(shù)字信號(hào)調(diào)制中稱為幅移鍵控（AmplitudeShiftKeying，ASK）調(diào)頻（FrequencyModulation，F(xiàn)M）：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化，在數(shù)字信號(hào)調(diào)制中稱為頻移鍵控（FrequencyShiftKeying，F(xiàn)SK）調(diào)相（PhaseModulation，PM）：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化，稱為相移鍵控（PhaseShiftKeying，PSK）調(diào)制方式為了在每個(gè)符號(hào)中傳輸盡可能多的位，多種調(diào)制方法可以組合使用。QPSKQAM-16（QuadratureAmplitudeModulation，正交振幅調(diào)制）QAM-64標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制解調(diào)器，通常采用2400波特的采樣速率V.32：32個(gè)星座點(diǎn)（32-QAM），每個(gè)碼元傳輸4個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)校驗(yàn)位，速率2400*4=9600bpsV.32bis：128個(gè)星座點(diǎn)（128-QAM），每個(gè)碼元傳送6個(gè)數(shù)據(jù)位和1個(gè)校驗(yàn)位，速率2400*6=14,400bpsV.34：每個(gè)碼元傳送12個(gè)數(shù)據(jù)位，速率2400*12=28.8kbpsV.34bis：每個(gè)碼元傳送14個(gè)數(shù)據(jù)位，速率2400*14=33.6kbps所有的調(diào)制解調(diào)器都是全雙工的（full-duplex）（不同方向使用不同頻率）。半雙工，單工標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制解調(diào)器截止于33.6kbps電話系統(tǒng)的香農(nóng)限制是35kbps（與本地回路的平均長(zhǎng)度和這些線路的質(zhì)量有關(guān)）計(jì)算機(jī)~ISP1間存在兩個(gè)模擬本地回路：源端本地回路和目的端本地回路產(chǎn)生量化噪聲的地方

（經(jīng)過(guò)A/D變化的地方）A2/4A/DA/DD/AD/A數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)交換機(jī)1交換機(jī)2V.3433.6kb/s

調(diào)制解調(diào)器BD/AA/D4/2V.3433.6kb/s

調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)生量化噪聲產(chǎn)生量化噪聲使用V.34調(diào)制解調(diào)器（33.6kb/s）

產(chǎn)生量化噪聲產(chǎn)生量化噪聲用戶環(huán)路模擬信號(hào)用戶環(huán)路模擬信號(hào)56kbps的modem去掉一個(gè)（目的端）模擬本地回路，減小了噪聲。計(jì)算機(jī)~ISP256kbps要求ISP使用數(shù)字回路。標(biāo)準(zhǔn)上行信道速率下行信道速率V.3433.6kb/s33.6kb/sV.9033.6kb/s56kb/sV.9248kb/s56kb/s產(chǎn)生量化噪聲的地方

（經(jīng)過(guò)A/D變化的地方）使用V.90調(diào)制解調(diào)器（56kb/s）

A2/4A/DA/D交換機(jī)1因特網(wǎng)服務(wù)提供者V.9056kb/s調(diào)制解調(diào)器D/AV.9056kb/s調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)

至因特網(wǎng)（數(shù)字信號(hào)）用戶環(huán)路模擬信號(hào)僅在此處產(chǎn)生量化噪聲僅在此處產(chǎn)生量化噪聲下行信道：Internet->交換機(jī)1均為數(shù)字傳輸，少一次模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)字用戶線路（DSL）數(shù)字用戶線路（digitalsubscriberlines）調(diào)制解調(diào)器慢速的原因：局端的濾波器限制了本地回路的帶寬只有4000Hz解決的方法：去掉局端濾波器，充分發(fā)揮本地回路的全部承載能力xDSLADSL(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）DSL的極限傳輸距離DSL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)。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3類UTP用于DSL時(shí)，帶寬和距離的關(guān)系DSL的設(shè)計(jì)目標(biāo)必須在現(xiàn)有的3類UTP上工作不能影響現(xiàn)有的業(yè)務(wù)必須提供高于56kbps的業(yè)務(wù)能力服務(wù)總可用，按照月租方式收費(fèi)使用最多的是ADSL上行和下行帶寬做成不對(duì)稱的。上行指從用戶到ISP，而下行指從ISP到用戶。ADSL采用離散多音調(diào)

DMT(DiscreteMulti-Tone)調(diào)制技術(shù)。DMT離散的多信道調(diào)制技術(shù)劃分1.1MHz可用頻譜（頻分復(fù)用FDM）POTS（PlainOldTelephoneService，傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單電話服務(wù)）上行數(shù)據(jù)流下行數(shù)據(jù)流分為256個(gè)獨(dú)立子信道信道0用于POTS，信道1-5用于語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的保護(hù)間隔剩余250條信道中，兩條做上行、下行控制外，全部用于用戶數(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)~25~1100例：每條信道內(nèi)采樣率4000波特，每個(gè)波特15位數(shù)據(jù)，224條下行信道可達(dá)速率13.44MbpsADSL（AsymmetricDSL，非對(duì)稱數(shù)字用戶線路。標(biāo)準(zhǔn)：ITUG.992.1(也稱G.DMT，有分離器的ADSL收發(fā)器)；上行640kbps/下行8MbpsG.992.2(也稱G.Lite，無(wú)分離器的ADSL收發(fā)器)；640k/1.5MbpsG.992.3(也稱ADSL2，有分離器)；1.2M/12MbpsG.992.4(無(wú)分離器的ADSL2收發(fā)器)；G.992.5-2003（也稱ADSL2+，增強(qiáng)功能的ADSL2收發(fā)器)。1.2M/24Mbps。(帶寬增至2.2MHz)ADSL設(shè)備連接圖無(wú)線本地回路無(wú)線本地回路（WirelessLocalLoop，WLL）比雙絞線更經(jīng)濟(jì)的的本地回路為用戶提供高速度Internet連接服務(wù)便于安裝指向端局的大的有向天線用戶從不移動(dòng)MMDS（MultichannelMultipointDistributionService，多信道多點(diǎn)分發(fā)服務(wù)）：原本分配給教育臺(tái)的頻道（共198MHz）被回收用于WLL。在2.1GHz和2.5GHz附近。帶寬較窄。LMDS（LocalMultipintDistributionService，本地多點(diǎn)分發(fā)服務(wù)）工作頻段：28~31GHz（歐洲40GHz）；頻帶寬度1.3GHz后來(lái)發(fā)展成為IEEE802.16（WMAN）標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用目標(biāo)：數(shù)字電話、Internet訪問(wèn)、連接兩個(gè)遠(yuǎn)距離的LAN、電視和電臺(tái)廣播等毫米波具有很強(qiáng)的方向性，每個(gè)天線指向不同的方向，對(duì)應(yīng)一個(gè)扇形工作區(qū)，相互獨(dú)立，傳輸范圍2~5km非對(duì)稱的帶寬分配：下行速率高。每扇區(qū)36Mbps下行，1Mbps上行，扇區(qū)中所有用戶共享每扇區(qū)支持的活動(dòng)用戶數(shù)不應(yīng)超過(guò)9000個(gè)LMDS存在的問(wèn)題毫米波直線傳播，屋頂和塔之間必須有一條很清晰的視線樹(shù)葉和雨水都會(huì)吸收毫米波共享信道2.5.3多路復(fù)用概念和方法復(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)常見(jiàn)的多路復(fù)用技術(shù)FDM（FrequencyDivisionMultiplexing，頻分多路復(fù)用）：頻譜被分為頻段，每個(gè)用戶可以單獨(dú)擁有某個(gè)頻段（廣播電臺(tái)）TDM（TimeDivisionMultiplexing，時(shí)分復(fù)用）：用戶輪流獲得整個(gè)帶寬，每次僅使用一小段時(shí)間（大會(huì)上的輪流發(fā)言）頻分復(fù)用FDM

(FrequencyDivisionMultiplexing)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。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

(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。TDM非常適合用于傳輸數(shù)字信號(hào)，并且便于計(jì)算機(jī)處理（而FDM則只適合傳輸模擬信號(hào)，并且不適合計(jì)算機(jī)處理）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幀時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間CDCDCDAAAABBBBCDB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BDBDBDAAAABCCCCDC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BCBCBCAAAABCDDDDD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)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。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2.5.4電話系統(tǒng)中的干線和多路復(fù)用目前，電話系統(tǒng)中用戶環(huán)路外，全部使用數(shù)字技術(shù)。因此話音進(jìn)入端局后需要數(shù)字化。PCM（PulseCodeModulation，脈沖編碼調(diào)制）：8kHz采樣頻率（周期125us），每個(gè)采樣信息用8bits表示。4kHz模擬話音信號(hào)→64kbps數(shù)字信號(hào)電話系統(tǒng)中在較低速度的干線（靠近用戶側(cè)）上主要使用時(shí)分復(fù)用技術(shù)。電話系統(tǒng)中在較高速度的干線（靠近核心網(wǎng)）上主要使用波分復(fù)用技術(shù)。時(shí)分多路復(fù)用只能用于數(shù)字通信，在干線使用。多級(jí)多路復(fù)用T1及其高階多路復(fù)用E1及其高階多路復(fù)用SONET/SDHT1線路（T1carrier）：北美和日本標(biāo)準(zhǔn)8kHz采樣速率（幀長(zhǎng)125us），24條語(yǔ)音信道，每個(gè)信道8比特，一個(gè)幀有24x8比特，另有一個(gè)用于同步的比特位，每個(gè)幀中的比特?cái)?shù)為24x8+1=193，線路速率為193x8k=1.544Mbps。其中23個(gè)信道用于用戶數(shù)據(jù)，第24個(gè)信道用于特定的同步模式，在失去幀同步時(shí)可以快速恢復(fù)。E1線路：歐洲和中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)2.048Mb/s傳輸線路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1…………時(shí)分復(fù)用幀TCH0CH1CH2…CH15CH16CH17CH30CH31CH0…8bitt時(shí)分復(fù)用幀時(shí)分復(fù)用幀T=125μs15個(gè)話路15個(gè)話路幀同步傳送信令8X32bit/0.000125sE1（除了北美和日本）：每125us一幀，每幀中32個(gè)信道，每個(gè)信道8位采樣，其中2個(gè)信道用于信令，其余30個(gè)信道用于用戶數(shù)據(jù)。線路速率為32x8x8000=2.048Mbps多個(gè)T1/E1線路可以被復(fù)用到更高階的線路上T1和E1之間不兼容準(zhǔn)同步數(shù)字序列：異源時(shí)鐘SONET/SDH：TDM傳輸系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)SONET：SynchronousOpticalnetwork，同步光纖網(wǎng)。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。SDH：SynchronousDigitalHierarchy，同步數(shù)字序列。CCITT標(biāo)準(zhǔn)。二者差異很小。用于干線傳輸設(shè)計(jì)目標(biāo)必須使不同的承運(yùn)商可以協(xié)同工作統(tǒng)一美國(guó)、歐洲和日本的數(shù)字系統(tǒng)復(fù)用多條數(shù)字信道必須支持操作、管理和維護(hù)（OAM）SONET的幀組成每125us，810字節(jié)的數(shù)據(jù)塊9行，90列，每個(gè)單元1個(gè)字節(jié)前三列保留用于系統(tǒng)管理前三行為段開(kāi)銷后六行為線路開(kāi)銷87列用戶數(shù)據(jù)（SynchronousPayloadEnvelope，同步凈荷包封）SPE可以從幀內(nèi)的任何地方開(kāi)始?？梢钥缭絻蓚€(gè)幀。線路開(kāi)銷的第一行包含一個(gè)指針，指向SPE的第一個(gè)字節(jié)。SPE的第一列為路徑開(kāi)銷。其余為用戶數(shù)據(jù)速率線路速率：90x9x8x8000=51.84Mbps（STS-1）SPE速率：87x9x8x8000=50.112Mbps用戶數(shù)據(jù)：86x9x8x8000=49.536MbpsSONET幀背靠背（backtoback）傳輸，幀間無(wú)間隔每幀的前兩個(gè)字節(jié)有固定的模式用于同步SONET復(fù)用層次波分多路復(fù)用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）：頻分WDM發(fā)展趨勢(shì)容量越來(lái)越大。2.5Gbps*8=20Gbps→2.5Gbps*40=100Gbps→10Gbps*96=960Gbps。DWDM（DenseWDM，密集波分復(fù)用）:波長(zhǎng)間隔很近（0.1nm）通過(guò)WDM技術(shù)，在不同波長(zhǎng)上并行運(yùn)行多條信道，使得聚合起來(lái)的帶寬隨信道數(shù)目線性增加。單根光纖帶寬大約為25,000GHz全光化，使用全光放大器，光分插復(fù)用器，光交叉連接等設(shè)備，無(wú)需光電轉(zhuǎn)換2.5.5交換（Switching）電路交換（CircuitSwitching）在收發(fā)兩端建立一個(gè)專用的物理通路。專用的物理通路可以是一個(gè)時(shí)隙。通信之前，先建立連接；通信之后，拆除連接電路交換舉例A和B通話經(jīng)過(guò)四個(gè)交換機(jī)通話在A到B的連接上進(jìn)行((((交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA電路交換舉例C和D通話只經(jīng)過(guò)一個(gè)本地交換機(jī)通話在C到D的連接上進(jìn)行((((交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA報(bào)文交換（MessageSwitching）收發(fā)雙方事先不需要建立專用通路發(fā)送方發(fā)送的消息（message），采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，在交換機(jī)中整個(gè)消息被完整的接收下來(lái)再轉(zhuǎn)發(fā)出去；這樣消息逐跳的在交換機(jī)中被中轉(zhuǎn)，直到到達(dá)目的端。缺點(diǎn)長(zhǎng)時(shí)間占用線路，無(wú)法同時(shí)為多個(gè)用戶提供服務(wù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，不利于沿路各交換節(jié)點(diǎn)并行處理數(shù)據(jù)消息越長(zhǎng)，端到端遲延就越大。對(duì)資源的消耗高，錯(cuò)誤恢復(fù)成本高。分組交換（PacketSwitching）以大小受限的分組（packet）為單位，在每一個(gè)中間交換結(jié)點(diǎn)（router）首先被存儲(chǔ)，再轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)，這稱為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式（storeandforward）虛電路：事先建立專門(mén)的路徑，各分組沿相同路徑轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)報(bào)：各分組獨(dú)立被轉(zhuǎn)發(fā)，事先沒(méi)有建立專門(mén)的路徑。三種交換方式性能參數(shù)：吞吐量，時(shí)延三種時(shí)延：發(fā)送時(shí)延；傳播遲延；排隊(duì)遲延項(xiàng)目電路交換分組交換-虛電路分組交換-數(shù)據(jù)報(bào)建立呼叫連接要求要求不要求專門(mén)的物理路徑是否否每分組路徑相同相同不同分組按序到達(dá)是是否單點(diǎn)故障是是否可用帶寬固定動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)可能有浪費(fèi)的帶寬是否否可能擁塞的時(shí)間點(diǎn)連接建立時(shí)連接建立和分組傳送分組傳送時(shí)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制否是是透明傳輸是否否收費(fèi)計(jì)時(shí)記流量記流量電路交換和分組交換的比較服務(wù)質(zhì)量與資源消耗的矛盾2.6移動(dòng)電話系統(tǒng)無(wú)繩電話（cordlessphone）移動(dòng)電話（蜂窩電話，cellphone）第一代：模擬語(yǔ)音第二代：數(shù)字語(yǔ)音第三代：數(shù)字語(yǔ)音和數(shù)據(jù)2.6.1第一代移動(dòng)電話：模擬語(yǔ)音1964年，按鈕啟動(dòng)式通話系統(tǒng)20世紀(jì)60年代，IMTS（ImprovedMobileTelephoneSystem，改進(jìn)的移動(dòng)電話系統(tǒng)）1982年，AMPS（AdvancedMobilePhoneSystem，高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)）：Bell實(shí)驗(yàn)室發(fā)明.AMPS的蜂窩cell每個(gè)地理區(qū)域分成許多蜂窩單元，如上圖（a），每個(gè)cell使用一組頻率，跨度10~20km，并且這組頻率在相鄰蜂窩中不再使用（保證良好的隔離性和較低的干擾），實(shí)現(xiàn)頻率重用。較小的蜂窩單元可以增加系統(tǒng)容量。如上圖(b)微蜂窩：切換handoff：移動(dòng)站從一個(gè)蜂窩到另一個(gè)蜂窩時(shí)的信號(hào)轉(zhuǎn)移過(guò)程。軟切換：同時(shí)與兩個(gè)基站保持信號(hào)聯(lián)系硬切換基站（basestation）位于蜂窩中心，所有的移動(dòng)電話都直接和基站通信基站和MTSO（MobileTelephoneSwitchingOffice，或MSC）連接系統(tǒng)內(nèi)的MTSO形成類似PSTN的多級(jí)連接AMPS的組成AMPS利用FDM分隔信道共有832個(gè)全雙工信道，每個(gè)信道由一對(duì)單工信道組成832個(gè)發(fā)送信道的頻率范圍824—849MHz832個(gè)接收信道的頻率范圍869—894MHz每個(gè)單工信道的帶寬為30kHz相鄰蜂窩不能使用同樣的頻率，每個(gè)蜂窩實(shí)際可用的語(yǔ)音信道為45個(gè)左右信道的分類控制（基站→移動(dòng)電話），用于管理系統(tǒng)呼叫（基站→移動(dòng)電話），用于提醒用戶呼叫到來(lái)訪問(wèn)（雙向），用于呼叫建立和信道分配數(shù)據(jù)（雙向），用于語(yǔ)音、傳真和數(shù)據(jù)AMPS的信道呼叫管理移動(dòng)電話A→基站（我在你的服務(wù)區(qū)）用戶撥號(hào)，被叫號(hào)碼B+主叫號(hào)碼A→基站（我是A，幫我呼叫B）（訪問(wèn)信道）MTSO尋找一條空閑信道f，基站→移動(dòng)電話A（OK，請(qǐng)切換到頻率f）（控制信道）MTSO查找被叫方的主MTSO被叫方所在蜂窩基站→所有區(qū)內(nèi)移動(dòng)電話（B在不在？）（呼叫信道）移動(dòng)電話B→基站（我在）（訪問(wèn)信道）基站→移動(dòng)電話B（有人在頻率f上呼叫你）移動(dòng)電話B切換到頻率f，并開(kāi)始振鈴我國(guó)的第一代模擬蜂窩系統(tǒng)TACS：英國(guó)研制，全接入通信系統(tǒng)采用FDMA接入，以窄帶調(diào)頻（FM）的方式傳送模擬話音信號(hào)工作頻率A頻段890MHz～897.5MHz 移動(dòng)臺(tái)→基站935MHz～942.5MHz基站→移動(dòng)臺(tái)B頻段897.5MHz～905MHz移動(dòng)臺(tái)→基站942.5MHz～950MHz基站→移動(dòng)臺(tái)頻道間隔：25kHz雙工間隔：45MHz2001年底關(guān)閉2.6.2第二代移動(dòng)電話：數(shù)字語(yǔ)音D-AMPS，數(shù)字高級(jí)移動(dòng)電話系統(tǒng)，TheDigitalAdvancedMobilePhoneSystem。廣泛用于美日GSM，全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，GlobalSystemforMobilecommunication。CDMA，碼分多址接入，CodeDivisionMultipleAccess。D-AMPS國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS-54和IS-136AMPS兼容，可以動(dòng)態(tài)改變信道類型（模擬/數(shù)字）新加入1900MHz頻段上行1850~1910MHz下行1930~1990MHz更短的波長(zhǎng)導(dǎo)致了更小的手機(jī)聲音被數(shù)字化并壓縮，PCM編碼降到8kbps以下。聲音編碼器（vocoder）多個(gè)用戶可以通過(guò)TDM共享一對(duì)頻率每個(gè)子信道（一對(duì)頻點(diǎn)）每秒25幀，每幀40ms，分為6個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙6.67ms，324bit（64bit控制+101bit糾錯(cuò)+159bit用戶數(shù)據(jù)），每個(gè)子信道速率324x6x25=48.6kbps三個(gè)用戶輪流使用單個(gè)子信道單向語(yǔ)音數(shù)據(jù)：159x50=7.95kbps六個(gè)用戶輪流使用單個(gè)子信道如何減少編碼時(shí)每條信道所需要的位數(shù):差分脈沖編碼調(diào)制：輸出當(dāng)前樣本與前一個(gè)樣本的差值。增量調(diào)制(deltamodulation)：每個(gè)樣本值與前一個(gè)相差1。預(yù)測(cè)編碼:根據(jù)前面少數(shù)值預(yù)測(cè)下一個(gè)值，然后對(duì)實(shí)際信號(hào)值與預(yù)測(cè)值間的差值進(jìn)行編碼。GSMGSM和D-AMPS的相同點(diǎn)都是蜂窩狀的系統(tǒng)都使用頻分復(fù)用，一對(duì)頻率提供全雙工信道同一信道上利用TDM多個(gè)用戶共享GSM和D-AMPS的不同點(diǎn)GSM提供每信道200kHz帶寬，D-AMPS提供每信道30kHz帶寬D-AMPS用于美日，GSM廣泛用于其他國(guó)家。124對(duì)單工信道組成124個(gè)全雙工信道，每個(gè)信道帶寬200kHz每個(gè)信道使用TDM機(jī)制支持8個(gè)獨(dú)立連接（時(shí)隙），每個(gè)TDM幀長(zhǎng)4.615ms。26個(gè)TDM幀構(gòu)成一個(gè)120ms的復(fù)幀，其中有24個(gè)給用戶使用每個(gè)時(shí)隙含一個(gè)148bit的數(shù)據(jù)子幀，持續(xù)時(shí)間547us每個(gè)信道總的傳輸速率270kbps，由8個(gè)用戶共享每用戶速率33.854kbps，糾錯(cuò)前凈荷速率能達(dá)到24.7kbps考慮到使用糾錯(cuò)，語(yǔ)音數(shù)據(jù)可達(dá)13kbps。GSM中的控制信道廣播控制信道：移動(dòng)站發(fā)現(xiàn)基站專用控制信道：位置更新、注冊(cè)和呼叫建立公共控制信道呼叫信道：移動(dòng)站監(jiān)聽(tīng)以獲知有呼叫到達(dá)隨機(jī)訪問(wèn)信道：允許用戶在專用控制信道上請(qǐng)求一個(gè)時(shí)隙訪問(wèn)授權(quán)信道：宣告在專用控制信道中被分配的時(shí)隙CDMACDMA的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS-95，被認(rèn)為是最佳的技術(shù)方案，是第三代移動(dòng)通信的基礎(chǔ)CDMA和TDMA，F(xiàn)DMACDMA并不將整個(gè)可用的頻率范圍分成窄的信道，而是允許每個(gè)站在任何時(shí)候都可以在整個(gè)頻段范圍內(nèi)發(fā)送信號(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)。假設(shè)信號(hào)可以線性疊加，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。CDMA系統(tǒng)的工作原理將每一個(gè)數(shù)據(jù)比特時(shí)間（bittime）分成m個(gè)時(shí)間間隔，每個(gè)時(shí)間間隔稱為時(shí)間片（chip，碼片）每一個(gè)站分配一個(gè)唯一的m位代碼，稱為時(shí)間片序列（chipsequence）傳送1時(shí)，發(fā)送該站的時(shí)間片序列傳送0時(shí)，發(fā)送該站的時(shí)間片序列的反碼對(duì)系統(tǒng)帶寬的要求增加了m倍（b→mb）CDMA的工作原理S站的碼片序列S110ttttm

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數(shù)據(jù)碼元比特每個(gè)站都有唯一的時(shí)間片序列所有的時(shí)間片序列兩兩正交，即任何兩個(gè)不同的時(shí)間片序列S和T歸一化內(nèi)積S·T為0，即在S和T的分量中，對(duì)應(yīng)分量相等的數(shù)目與不相等的數(shù)目一樣多。CDMA舉例CDMA的優(yōu)勢(shì)與困難大容量抗干擾能力強(qiáng)同步要求嚴(yán)格遠(yuǎn)近效應(yīng)--功率控制2.6.3第三代移動(dòng)電話：數(shù)字語(yǔ)音和數(shù)據(jù)IMT-2000預(yù)期提供的服務(wù)：2Mbps速率（固定時(shí)），384Kbps（移動(dòng)時(shí)）高質(zhì)量的語(yǔ)音；消息服務(wù)；多媒體；Internet現(xiàn)有的提案WCDMA（WidebandCDMA），愛(ài)立信提出；采用直接序列擴(kuò)頻（DSSS）；5MHz信道帶寬；歐盟支持，也叫UMTS（UniversalMobileTelecommunicationsSystem）；可與GSM網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作CDMA2000，Qualcomm，美國(guó)支持采用DSSS，5MHz帶寬，與IS-95兼容TD-SCDMA（timedivisionsynchronouscodedivisionmultipleaccess），大唐移動(dòng)，