計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-第2章-mayb課件

第2章

物理層第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)2.3物理層下面的傳輸媒體2.4信道復(fù)用技術(shù)2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)2.6寬帶接入技術(shù)2.1物理層的基本概念物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是指具體的傳輸媒體。物理層的作用是要盡可能地屏蔽掉不同傳輸媒體和通信手段的差異。用于物理層的協(xié)議也常稱為物理層規(guī)程

(procedure)。物理層的主要任務(wù)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。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。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。主要任務(wù)：確定與傳輸媒體的接口的一些特性。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2.2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括三大部分：源系統(tǒng)（或發(fā)送端、發(fā)送方）、傳輸系統(tǒng)（或傳輸網(wǎng)絡(luò)）和目的系統(tǒng)（或接收端、接收方）。傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)(數(shù)字的或模擬的)接收的信號(hào)(數(shù)字的或模擬的)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數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型常用術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)(data)——運(yùn)送消息的實(shí)體。信號(hào)(signal)——數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。模擬信號(hào)(analogoussignal)——代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。數(shù)字信號(hào)(digitalsignal)——代表消息的參數(shù)的取值是離散的。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。

2.2.2有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念信道

——一般用來(lái)表示向某一個(gè)方向傳送信息的媒體。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。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。2.2.2有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念基帶信號(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)?；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)。2.2.2有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念調(diào)制分為兩大類：基帶調(diào)制：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)仍然是基帶信號(hào)。把這種過(guò)程稱為編碼

(coding)。帶通調(diào)制：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，并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，這樣就能夠更好地在模擬信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過(guò)信道）。帶通信號(hào)：經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后的信號(hào)。(1)常用編碼方式不歸零制：正電平代表1，負(fù)電平代表0。歸零制：正脈沖代表1，負(fù)脈沖代表0。曼徹斯特編碼：位周期中心的向上跳變代表0，位周期中心的向下跳變代表1。但也可反過(guò)來(lái)定義。差分曼徹斯特編碼：在每一位的中心處始終都有跳變。位開(kāi)始邊界有跳變代表0，而位開(kāi)始邊界沒(méi)有跳變代表1。(1)常用編碼方式不歸零制曼徹斯特1111100000比特流差分曼徹斯特歸零制數(shù)字信號(hào)常用的編碼方式(2)基本的帶通調(diào)制方法基帶信號(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。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)。最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：調(diào)幅(AM)：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)基本的帶通調(diào)制方法010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相最基本的三種調(diào)制方式正交振幅調(diào)制QAM

(QuadratureAmplitudeModulation)

r(r,)不是碼元越多越好。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，出錯(cuò)率增加。舉例為了達(dá)到更高的信息傳輸速率，必須采用技術(shù)上更為復(fù)雜的多元制的振幅相位混合調(diào)制方法。例如：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?？偣灿?6種組合，即16個(gè)碼元。由于4bit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4bit的編碼。數(shù)據(jù)傳輸率可提高4倍。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)生各種失真以及帶來(lái)多種干擾。

碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，或傳輸媒體質(zhì)量越差，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。數(shù)字信號(hào)通過(guò)實(shí)際的信道實(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)波形有失真，但可識(shí)別發(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)波形失真大，無(wú)法識(shí)別2.2.3信道的極限容量

從概念上講，限制碼元在信道上的傳輸速率的因素有以下兩個(gè)：信道能夠通過(guò)的頻率范圍信噪比信道能夠通過(guò)的頻率范圍具體的信道所能通過(guò)的頻率范圍總是有限的。信號(hào)中的許多高頻分量往往不能通過(guò)信道。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)_，碼元的傳輸速率的上限值。信道能夠通過(guò)的頻率范圍在任何信道中，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)信噪比噪聲存在于所有的電子設(shè)備和通信信道中。噪聲是隨機(jī)產(chǎn)生的，它的瞬時(shí)值有時(shí)會(huì)很大。因此噪聲會(huì)使接收端對(duì)碼元的判決產(chǎn)生錯(cuò)誤。但噪聲的影響是相對(duì)的。如果信號(hào)相對(duì)較強(qiáng)，那么噪聲的影響就相對(duì)較小。信噪比就是信號(hào)的平均功率和噪聲的平均功率之比。常記為

S/N，并用分貝(dB)作為度量單位。即：

信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)例如，當(dāng)

S/N

=10時(shí)，信噪比為10dB，而當(dāng)

S/N

=1000時(shí)，信噪比為30dB。

(2)信噪比1984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)公式）。信道的極限信息傳輸速率C可表達(dá)為：

C

=Wlog2(1+S/N)

(bit/s)其中：

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。

香農(nóng)公式表明信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。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(méi)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(méi)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。請(qǐng)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。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。2.3

物理層下面的傳輸媒體2.3.1

導(dǎo)引型傳輸媒體2.3.2

非導(dǎo)引型傳輸媒體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，它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。傳輸媒體可分為兩大類，即導(dǎo)引型傳輸媒體和非導(dǎo)引型傳輸媒體。在導(dǎo)引型傳輸媒體中，電磁波被導(dǎo)引沿著固體媒體（銅線或光纖）傳播。非導(dǎo)引型傳輸媒體就是指自由空間。在非導(dǎo)引型傳輸媒體中，電磁波的傳輸常稱為無(wú)線傳輸。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)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024

移動(dòng)無(wú)線電電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜：2.3.1

導(dǎo)引型傳輸媒體雙絞線最常用的傳輸媒體。模擬傳輸和數(shù)字傳輸都可以使用雙絞線，其通信距離一般為幾到十幾公里。屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)帶金屬屏蔽層無(wú)屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)

2.3.1

導(dǎo)引型傳輸媒體銅線聚氯乙烯套層絕緣層(a)無(wú)屏蔽雙絞線銅線聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層(b)屏蔽雙絞線3類線5類線(c)不同的絞合度的雙絞線雙絞線的示意圖雙絞線標(biāo)準(zhǔn)1991年，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA和電信行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)布了一個(gè)用于室內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的無(wú)屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線的標(biāo)準(zhǔn)

EIA/TIA-568。1995年將布線標(biāo)準(zhǔn)更新為

EIA/TIA-568-A。此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了

5個(gè)種類的UTP標(biāo)準(zhǔn)（從1類線到5類線）。對(duì)傳送數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在最常用的UTP是5類線（Category5或CAT5）。雙絞線標(biāo)準(zhǔn)絞合線類別帶寬線纜特點(diǎn)典型應(yīng)用316MHz2對(duì)4芯雙絞線模擬電話；曾用于傳統(tǒng)以太網(wǎng)（10Mbit/s）420MHz4對(duì)8芯雙絞線曾用于令牌局域網(wǎng)5100MHz與4類相比增加了絞合度傳輸速率不超過(guò)100Mbit/s的應(yīng)用5E（超5類）125MHz與5類相比衰減更小傳輸速率不超過(guò)1Gbit/s的應(yīng)用6250MHz與5類相比改善了串?dāng)_等性能傳輸速率高于1Gbit/s的應(yīng)用7600MHz使用屏蔽雙絞線傳輸速率高于10Gbit/s的應(yīng)用常用的絞合線的類別、帶寬和典型應(yīng)用2.3.1

導(dǎo)引型傳輸媒體同軸電纜同軸電纜具有很好的抗干擾特性，被廣泛用于傳輸較高速率的數(shù)據(jù)。同軸電纜的帶寬取決于電纜的質(zhì)量。50

同軸電纜——LAN/數(shù)字傳輸常用75

同軸電纜——有線電視/模擬傳輸常用內(nèi)導(dǎo)體外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層同軸電纜的結(jié)構(gòu)2.3.1

導(dǎo)引型傳輸媒體光纜光纖是光纖通信的傳輸媒體。由于可見(jiàn)光的頻率非常高，約為108MHz的量級(jí)，因此一個(gè)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。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）包層纖芯光線在光纖中的折射當(dāng)光線從高折射率的媒體射向低折射率的媒體時(shí)，其折射角將大于入射角。因此，如果入射角足夠大，就會(huì)出現(xiàn)全反射，光也就沿著光纖傳輸下去。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瓷涔獠ㄔ诶w芯中的傳播只要從纖芯中射到纖芯表面的光線的入射角大于某個(gè)臨界角度，就可產(chǎn)生全反射。多模光纖與單模光纖多模光纖

可以存在多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。這種光纖就稱為多模光纖。單模光纖若光纖的直徑減小到只有一個(gè)光的波長(zhǎng)，則光纖就像一根波導(dǎo)那樣，它可使光線一直向前傳播，而不會(huì)產(chǎn)生多次反射。這樣的光纖稱為單模光纖。多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖多模光纖(a)和

單模光纖(b)的比較光纖通信中使用的光波的波段常用的三個(gè)波段的中心分別位于

850nm,1300nm和1550nm。所有這三個(gè)波段都具有

25000~30000GHz的帶寬，可見(jiàn)光纖的通信容量非常大。光纖優(yōu)點(diǎn)(1)通信容量非常大。(2)傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)。(2)抗雷電和電磁干擾性能好。(3)無(wú)串音干擾，保密性好。(4)體積小，重量輕。2.3.2非導(dǎo)引型傳輸媒體將自由空間稱為“非導(dǎo)引型傳輸媒體”。無(wú)線傳輸所使用的頻段很廣。短波通信（即高頻通信）主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質(zhì)量較差，傳輸速率低。微波在空間主要是直線傳播。傳統(tǒng)微波通信有兩種方式：地面微波接力通信衛(wèi)星通信

無(wú)線局域網(wǎng)使用的ISM頻段2683.5125頻帶MHzMHzMHz頻率9029282.42.48355.7255.850MHzMHzGHzGHzGHzGHz要使用某一段無(wú)線電頻譜進(jìn)行通信，通常必須得到本國(guó)政府有關(guān)無(wú)線電頻譜管理機(jī)構(gòu)的許可證。但是，也有一些無(wú)線電頻段是可以自由使用的。例如：ISM。各國(guó)的ISM標(biāo)準(zhǔn)有可能略有差別。無(wú)線局域網(wǎng)使用的ISM頻段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2.4.1頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用

A1A2B1B2C1C2(a)使用單獨(dú)的信道+()+A1A2B1B2C1C2共享信道(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。它允許用戶使用一個(gè)共享信道進(jìn)行通信，降低成本，提高利用率。復(fù)用的示意圖頻分復(fù)用FDM

(FrequencyDivisionMultiplexing)將整個(gè)帶寬分為多份，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（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)間頻帶1頻帶2頻帶n頻帶3頻分復(fù)用時(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。時(shí)分復(fù)用TDM

頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAATDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀周期性出現(xiàn)時(shí)分復(fù)用時(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。ABCDaabbcdbcattttt4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi)當(dāng)某用戶暫時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，在時(shí)分復(fù)用幀中分配給該用戶的時(shí)隙只能處于空閑狀態(tài)。統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用

STDM

(StatisticTDM)STDM幀不是固定分配時(shí)隙，而是按需動(dòng)態(tài)地分配時(shí)隙。因此統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用可以提高線路的利用率。用戶ABCDabcdttttt3個(gè)STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的工作原理2.4.2波分復(fù)用WDM

(WavelengthDivisionMultiplexing)波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。使用一根光纖來(lái)同時(shí)傳輸多個(gè)光載波信號(hào)。1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm70

1550nm1

1551nm2

1552nm3

1553nm4

1554nm5

1555nm6

1556nm7

1557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120km光調(diào)制器光解調(diào)器82.5Gb/s1310nm波分復(fù)用的概念2.4.3碼分復(fù)用CDM

(CodeDivisionMultiplexing)常用的名詞是碼分多址

CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。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。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)。碼片序列(chipsequence)每一個(gè)比特時(shí)間劃分為m個(gè)短的間隔，稱為碼片(chip)。每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的mbit碼片序列。如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的mbit碼片序列。如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。

例如，S站的8bit碼片序列是00011011。發(fā)送比特1時(shí)，就發(fā)送序列00011011，發(fā)送比特0時(shí)，就發(fā)送序列11100100。S站的碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)碼片序列實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻假定S站要發(fā)送信息的數(shù)據(jù)率為

b

bit/s。由于每一個(gè)比特要轉(zhuǎn)換成

m個(gè)比特的碼片，因此S站實(shí)際上發(fā)送的數(shù)據(jù)率提高到

mb

bit/s，同時(shí)S站所占用的頻帶寬度也提高到原來(lái)數(shù)值的

m倍。這種通信方式是擴(kuò)頻(spreadspectrum)通信中的一種。擴(kuò)頻通信通常有兩大類：一種是直接序列擴(kuò)頻DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)，如上面講的使用碼片序列就是這一類。另一種是跳頻擴(kuò)頻FHSS(FrequencyHoppingSpreadSpectrum)。CDMA的重要特點(diǎn)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)。在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。

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)等于0：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。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。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2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)在早期電話網(wǎng)中，從市話局到用戶電話機(jī)的用戶線是采用最廉價(jià)的雙絞線電纜，而長(zhǎng)途干線采用的是頻分復(fù)用FDM的模擬傳輸方式。與模擬通信相比，數(shù)字通信無(wú)論是在傳輸質(zhì)量上還是經(jīng)濟(jì)上都有明顯的優(yōu)勢(shì)。目前，長(zhǎng)途干線大都采用時(shí)分復(fù)用PCM的數(shù)字傳輸方式。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。2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)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)：北美的24路PCM（簡(jiǎn)稱為T1）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2.048Mbit/s，而T1的速率是1.544Mbit/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。舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在許多缺點(diǎn)最主要的是以下兩個(gè)方面：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(guó)際范圍的基于光纖高速數(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。

當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎芨邥r(shí)，收發(fā)雙方的時(shí)鐘同步就成為很大的問(wèn)題。

同步光纖網(wǎng)SONET同步光纖網(wǎng)

SONET(SynchronousOpticalNetwork)

的各級(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)對(duì)電信信號(hào)稱為第1級(jí)同步傳送信號(hào)STS-1(SynchronousTransportSignal)，其傳輸速率是51.84Mbit/s。對(duì)光信號(hào)則稱為第1級(jí)光載波OC-1(OC表示OpticalCarrier)。現(xiàn)已定義了從51.84Mbit/s(即OC-1)一直到9953.280Mbit/s(即OC-192/STS-192)的標(biāo)準(zhǔn)。

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。其主要不同點(diǎn)是：SDH的基本速率為155.52Mbit/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。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-1155Mbit/s466.560OC-9/STS-9STM-3622.080OC-12/STS-12STM-4622Mbit/s933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-82488.320OC-48/STS-48STM-162.5Gbit/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410Gbit/s39813.120OC-768/STS-768STM-25640Gbit/sSONET的OC級(jí)/STS級(jí)

與SDH的STM級(jí)

的對(duì)應(yīng)關(guān)系SONET/SDH標(biāo)準(zhǔn)的意義使不同的數(shù)字傳輸體制在

STM-1等級(jí)上獲得了統(tǒng)一。第一次真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字傳輸體制上的世界性標(biāo)準(zhǔn)。已成為公認(rèn)的新一代理想的傳輸網(wǎng)體制。SDH標(biāo)準(zhǔn)也適合于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)募夹g(shù)體制。2.6寬帶接入技術(shù)2.6.1ADSL技術(shù)2.6.2光纖同軸混合網(wǎng)（HFC網(wǎng)）2.6.3FTTx技術(shù)2.6寬帶接入技術(shù)用戶要連接到互聯(lián)網(wǎng)，必須先連接到某個(gè)ISP。在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展初期，用戶都是利用電話的用戶線通過(guò)調(diào)制解調(diào)器連接到ISP的，電話用戶線接入到互聯(lián)網(wǎng)的速率最高只能達(dá)到56kbit/s。美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)FCC認(rèn)為只要雙向速率之和超過(guò)200kbit/s就是寬帶。2.6寬帶接入技術(shù)從寬帶接入的媒體來(lái)看，可以劃分為兩大類：有線寬帶接入無(wú)線寬帶接入下面討論有線的寬帶接入。2.6.1ADSL技術(shù)非對(duì)稱數(shù)字用戶線ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)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)。標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號(hào)的頻帶被限制在300~3400Hz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。ADSL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(méi)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。DSL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

(DigitalSubscriberLine)：數(shù)字用戶線。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）。ADSL的傳輸距離ADSL的傳輸距離取決于數(shù)據(jù)率和用戶線的線徑（用戶線越細(xì)，信號(hào)傳輸時(shí)的衰減就越大）。ADSL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1.5~2.0Mbit/s時(shí)可傳送5.5公里，但當(dāng)傳輸速率提高到6.1Mbit/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6.1Mbit/s的傳輸速率下就只能傳送2.7公里。ADSL的特點(diǎn)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。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)。DMT技術(shù)的頻譜分布…頻譜頻率ADSL的數(shù)字業(yè)務(wù)上行信道傳統(tǒng)電話04下行信道…(kHz)~40~138~1100ADSL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(kāi)通ADSL。通常下行數(shù)據(jù)率在32kbit/s到6.4Mbit/s之間，而上行數(shù)據(jù)率在32kbit/s到640kbit/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PSPSDSLAM(DSLAccessMultiplexer)：數(shù)字用戶線接入復(fù)用器ATU(AccessTerminationUnit)：接入端接單元ATU-C(C代表端局CentralOffice) ATU-R(R代表遠(yuǎn)端Remote)PS(POTSSplitter)：電話分離器基于ADSL的接入網(wǎng)的組成第二代ADSL包括ADSL2（G.992.3和G.992.4）和ADSL2+（G.992.5）通過(guò)提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率。ADSL2要求至少應(yīng)支持下行8Mbit/s、上行800kbit/s的速率。ADSL2+則將頻譜范圍從1.1MHz擴(kuò)展至2.2MHz，下行速率可達(dá)16Mbit/s（最大傳輸速率可達(dá)25Mbit/s），而上行速率可達(dá)800kbit/s。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，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