計算機網絡原理-第2章物理層課件

計算機網絡原理

第2章物理層主講：劉紅旗

(0377)62076344第2章物理層

2.1物理層的基本概念2.2數據通信系統(tǒng)的基本概念2.3數據通信系統(tǒng)的指標2.4信道的極限容量（重點、難點）

2.5數據通信方式2.6

數據編碼與數據調制（重點）2.7物理層下面的傳輸媒體2.8信道復用技術（重點、難點）2.9數字傳輸系統(tǒng)2.10寬帶接入技術2.1物理層的基本概念 物理層位于傳輸媒體（傳輸介質）之上，它的作用是盡量屏蔽具體物理設備或傳輸媒體的差異，為上層（數據鏈路層）提供統(tǒng)一的服務。 因此，物理層的主要任務是確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：機械特性指明采用的連接器的幾何尺寸、插件的引腳及分布位置。電氣特性指明在接口電纜的各條線上出現的電壓的范圍。功能特性指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。過程特性指明對于不同功能的各種可能事件的出現順序。2.2.2信息、數據與信號信息(Information)

是人們對現實世界的事物的存在方式及其運動狀態(tài)的認識。數據(Data)

運送信息的實體，是把事件的某些屬性規(guī)范化后的表現形式。信號(Signal)

是數據傳輸的載體，即數據的具體物理表現，如電壓、電流、磁場的強度等。雪六角形涼白色信息數據信號信息：人對雪花和馬的認識數據：文字，二進制數，十進制數信號：電壓，光，磁場強度2.2.3模擬與數字模擬——連續(xù)

數字——離散tt模擬數據模擬數據的值是某個區(qū)間內的連續(xù)值。模擬數據的物理信號容易實現，但不精確且容易受干擾。數字數據數字數據的值是某個區(qū)間內的有限個離散值。數字數據具有精確以及受擾動可以恢復的特性。模擬數據和數字數據tt模擬信道和數字信道信道（channel）向某一個方向傳輸信息的媒體。模擬信道是用來傳輸連續(xù)的模擬信號(如正弦波信號)的信道；如果利用模擬信道傳送數字數據，則必須經過數字與模擬信號之間的變換（A/D變換器）。數字信道是用來傳輸離散的數字信號(如脈沖信號)的信道。

模擬數據和數字數據都可以用模擬信號或數字信號來表示，因而也可以用其中任意一種形式傳輸。模擬數據模擬信號放大器調制器數字數據模擬信號調制器模擬數據數字信號PCM編碼器數字數據數字信號數字發(fā)送器2.2.4數據傳輸的形式DTE通過DCE與通信傳輸線路相連DTEDCEDCE串行比特傳輸信號線與控制線用戶環(huán)境通信環(huán)境用戶設施通信設施DTE信號線與控制線用戶設施用戶環(huán)境按照DCE之間傳輸的信號類型，又可將通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數字通信系統(tǒng)：DCE之間傳輸模擬信號的系統(tǒng)是模擬通信系統(tǒng)；DCE之間傳輸數字信號的系統(tǒng)是數字通信系統(tǒng)。2.3數據通信系統(tǒng)的指標數據通信系統(tǒng)的性能指標主要有以下幾項：波特率

——碼元的傳輸速率比特率

——信息的傳輸速率信道容量

——信道能達到的最大傳輸能力。

誤碼率

——數據通信系統(tǒng)的傳輸可靠性的指標波特率和比特率碼元是承載數據的基本信號單元。波特率（碼元傳輸速率）：每秒傳輸的碼元數，單位是Baud（波特）比特率：指的是每秒傳輸的二進制比特數，速率的單位是b/s，或kb/s,Mb/s,Gb/s等。誤碼率誤碼率：是二進制碼元在信道中被傳錯的概率。根據概率統(tǒng)計理論，此概率近似等于被傳錯的碼元數與所傳送的碼元總數之比。即：

Pe=Ne/N

其中：

Ne為被傳錯的碼元數；N為所傳送的碼元總數；Pe為誤碼率。在計算機網絡通信系統(tǒng)中，要求誤碼率低于10-6。如果實際傳輸的不是二進制碼元，需折合成二進制碼元計算。信道容量信道容量（也稱為傳輸帶寬）：

指信道能達到的最大傳輸能力，即信道的最大（極限）數據傳輸速率。……………………….2.4信道的極限容量任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產生各種失真以及帶來多種干擾。碼元傳輸的速率越高，或信號傳輸的距離越遠，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴重。2.4.1奈奎斯特(Nyquist)準則理想低通信道的最高碼元傳輸速率=2WBaudW是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz)不能通過能通過0頻率(Hz)W(Hz)在任何信道中，碼元傳輸的速率是有限的，傳輸速率超過此上限，就會出現嚴重的碼間串擾的問題，使接收端對碼元的識別成為不可能。如果信道的頻帶越寬，也就是能過通過的信號高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現干擾。 如果編碼方式的碼元狀態(tài)數為M，就得到了理想低通信道的極限信息傳輸速率（即信道容量）Cmax： Cmax=2Wlog2M(bps) 因為信道總是有噪聲的，因此奈奎斯特準則給出的是理論上的上限。實際的信道所能傳輸的最高數據傳輸速率（或者最高碼元速率），要明顯地低于奈奎斯特準則給出上限數值。另一種形式的奈奎斯特準則理想帶通信道的最高碼元傳輸速率=WBaudW是理想帶通信道的帶寬，單位為赫(Hz)

不能通過能通過0頻率(Hz)W(Hz)不能通過如果編碼方式的碼元狀態(tài)數為M，就得到了理想帶通信道的極限信息傳輸速率（即信道容量）Cmax： Cmax=Wlog2M(bps)2.4.2香農定理香農(Shannon)用信息論的理論推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率C（即傳輸帶寬）可表達為

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

W

為信道的帶寬（以Hz為單位）；S

為信道內所傳信號的平均功率；N為信道內部的高斯噪聲功率。S/N—信噪比，常以分貝(dB)表示

記為：信噪比(dB)=10*log10(S/N)

(dB)

練習： 求信噪比為30分貝，帶寬為4kHz的信道的最大數據速率(信道容量)。

2.5.1數據通信的方向 從通信的雙方信息交互的方式來看，可以有以下三種類型：單向通信（單工通信）——信息只能朝著一個方向傳遞，信息傳輸方向不能改變。只需一條信道。雙向交替通信（半雙工通信）——數據信息可以雙向傳遞，但不能同時進行。在此方式中信息流輪流使用發(fā)送和接收裝置。雙向同時通信（全雙工通信）——能同時進行雙向通信。需要兩條不同方向的信道。2.5.2并行傳輸和串行傳輸在計算機通信系統(tǒng)中，根據組成字符的各個二進制位是否同時傳輸，通信方式分為:并行傳輸和串行傳輸。并行傳輸幾位數據同時從一個設備發(fā)往另一設備，傳輸速度快。計算機內部常用（并行數據傳輸線稱為“總線”）。亦用于短距傳輸。串行傳輸數據一位位地按順序傳送，一次只能傳送一位。實現容易，但傳輸速度慢，通常用于遠程通信。與線路接口處需要有“并-串”或“串-并”轉換器。串行傳輸又分為：同步方式和異步方式。2.5.3同步傳輸和異步傳輸 所謂同步，就是要求接收端按照發(fā)送端所發(fā)送碼元的頻率或起止時間來接收數據，使得收發(fā)雙方在時序上保持一致。 通常采用的同步方式有兩種：異步法（異步傳輸）：收發(fā)雙方獨立產生同步時鐘，但定期進行同步。以字符為單位進行傳輸。傳輸的效率比較低。常用于計算機與Modem之間的數據傳輸。同步法（同步傳輸）：接收方的時鐘完全由發(fā)送方控制。以幀為單位進行傳輸。適用于快速的和較大規(guī)模的信息傳輸。計算機網絡通信采用同步傳輸。2.5.4基帶傳輸和頻帶傳輸基帶信號：將來自信源的信號常稱為基帶信號。像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數字信號都屬于基帶信號。另一種定義：基帶信號就是將數字信號1或0直接用兩種不同的電壓來表示，然后送到線路上去傳輸。

基帶傳輸是在信道中直接傳送基帶信號。使用數字信號的傳輸都是基帶傳輸?；鶐鬏敳恍枰{制解調器，設備費用低，適合短距離的數據輸。頻帶傳輸是將基帶信號調制成模擬信號，放到信道的通頻帶寬之內進行傳輸。寬帶信號：是將基帶信號進行調制后形成的頻分復用模擬信號?！?2.6數據編碼與數據調制2.6.1數字數據的數字信號編碼2.6.2模擬數據的數字信號編碼2.6.3數字數據的模擬信號編碼2.6.1數字數據的數字信號編碼使用基帶傳輸時：在發(fā)送端要將數字數據變換為數字信號，以便在數字通信系統(tǒng)中傳輸，這一過程稱為編碼。在接收端，要將數字信號還原為原來的形式，這一過程稱為解碼。最常用的數字信號編碼技術有以下幾種：（1）非歸零碼NRI；（2）曼徹斯特編碼；（3）差分曼徹斯特編碼。不歸零編碼（NRZ）負電平用于表示一個二進制值，正電平用于表示另一個二進制值由比特值決定信號的電平。NRZ碼是最容易實現的，實際上是直接將計算機發(fā)出的信號加到通信線路上，未作任何處理，代價也最低。但NRZ碼的缺點是接收方無法判斷一位的開始和結束，即不具備同步特性。主要用于計算機內部通信。曼徹斯特編碼每個比特的中間位置處都存在一個跳變。這種中間處的跳變既含有時鐘信息，也含有數據信息：從低到高的跳變代表1，從高到低的跳變代表0(注意有些系統(tǒng)也可能相反)。差分曼徹斯特編碼比特中間位置處的跳變僅含有時鐘信息。在比特間隔開始處如果出現跳變表示0，如果沒有跳變表示1。曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的應用曼徹斯特編碼是IEEE802.3（以太局域網）標準規(guī)定的編碼（使用同軸電纜和雙絞線）。差分曼徹斯特編碼是IEEE802.5（令牌局域網）標準規(guī)定的編碼（使用屏蔽雙絞線）?！?2.6.2模擬數據的數字信號編碼1.PCM脈沖編碼調制

——是最基本的模擬數據數字化編碼方法對模擬信號進行幅度采樣，使連續(xù)信號變?yōu)闀r間軸上的離散信號。該方法的理論基礎是奈奎斯特(Nyquist)的采樣定理：

設模擬信號f(t)的最高頻率為fm(Hz)

，如果對該模擬信號進行周期性采樣，只要采樣的頻率f

滿足f≥2fm

，則這些離散采樣值可以無失真地恢復成原來的模擬信號。主要過程：采樣→量化→二進制編碼（1）采樣每隔一定的時間間隔，把模擬信號的幅值取出來作為樣值來代表原信號。采樣頻率f≥2fm。（2）量化為了將模擬信號進一步離散化，將幅值劃分成n個量化級。把采樣所得到的樣值用取整或四舍五入等方法歸并到某個臨近的整數幅值。（3）編碼用一定位數的二進制數字來表示量化后的幅值，其位數稱為字長。字長=log2n“數字-數字”編碼使用各種“數字數據-數字信號”編碼技術將二進制數字轉換為數字信號進行傳送。習題：PCM用于數字語音系統(tǒng)聲音數據通常限于4000Hz以下的頻率，聲音數字化時常采用128個量化級。問題：每秒采樣多少次可完整地表示聲音信號的特征?信道的數據傳輸速率應達到多少？如果每個樣本增加1位冗余，數據傳輸速率應達到多少？……………………….在計算機通信網中，為了利用廉價的公共電話交換網（模擬信道）進行遠程通信，必須使用調制解調器進行信號變換。調制器：把要發(fā)送的數字信號轉換為頻率范圍在300~3400Hz之間的模擬信號（載波信號，載波通常是正弦波或余弦波），以便在電話用戶線上傳送。解調器：把電話用戶線上傳送來的模擬信號轉換為數字信號。所有調制技術均涉及載波信號的下列一個或多個參數的變化：振幅、頻率和相位。，分別稱為振幅調制、頻率調制和相位調制。PSTN2.6.3數字數據的模擬信號編碼振幅調制振幅調制又稱振幅鍵控(ASK)，就是用被傳輸的數字數據去調制載波信號的振幅。若載波信號為Acos(2πft+θ)

，則振幅調制信號可以表示為：振幅調制數字數據數字數據為1數字數據為0頻率調制頻率調制又稱頻率鍵控(FSK)，就是用被傳輸的數字數據去調制載波信號的頻率。若載波信號為Acos(2πft+θ)

，則頻率調制信號可以表示為：數字數據為1數字數據為0頻率調制數字數據相位調制相位調制又稱相位鍵控(PSK)，就是用被傳輸的數字數據去調制載波信號的相位。若載波信號為Acos(2πft+θ)

，則相位調制信號可以表示為：數字數據相位調制數字數據為1數字數據為0三種類型的調制01001011代碼脈沖編碼1.振幅調制2.頻率調制3.相位調制四相位PSK我們還可以采用四種相位變化方式，讓每一種變化代表兩個比特(4-PSK)。此時我們可以用兩倍于2-PSK的速率傳輸數據。正交振幅調制一種常用于ADSL（非對稱數字用戶線路）和無線通信的模擬信號傳輸技術。振幅調制(ASK)和相位調制(PSK)技術的綜合(同時改變正弦波三個特性中的振幅和相位)?！?2.7物理層下面的傳輸媒體傳輸媒體也稱為傳輸介質或傳輸媒介，它就是數據傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。傳輸媒體可以分為兩大類，即導向傳輸媒體（有線）：電磁波被導向沿著固體媒體傳播：雙絞線、同軸電纜、光纖非導向傳輸媒體（無線）：地面微波、衛(wèi)星、紅外線2.7.1導向傳輸媒體雙絞線屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)無屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)

同軸電纜50同軸電纜75同軸電纜光纖單模光纖多模光纖（1）雙絞線把兩根互相絕緣的銅導線并排放在一起,然后用規(guī)則的方法絞合起來就構成了雙絞線。各個線對絞和的目的是為了使各線對之間的電磁干擾最小。雙絞線既可以傳輸模擬信號，也可以傳輸數字信號。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屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP局域網中所使用的雙絞線有:屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線。常用的雙絞線，根據其電氣性能，可以分為六類。最常用的雙絞線有3類和5類，均由4對雙絞線組成，3類雙絞線傳輸速率可達10Ｍbps，5類雙絞線傳輸速率可達100Ｍbps。它們之間的區(qū)別在于單位長度的絞合次數不同：3類的絞合長度為7.5cm~10cm，5類為0.6cm~0.85cm。雙絞線類別帶寬典型應用316MHz低速網絡；模擬電話420MHz16Mbps令牌環(huán)局域網；短距離的10BASE-T以太網5100MHz10BASE-T以太網；某些100BASE-T快速以太網5E（超5類）100MHz100BASE-T快速以太網；某些1000BASE-T千兆以太網6250MHz1000BASE-T千兆以太網；ATM網絡7600MHz屏蔽雙絞線，可能用于今后的萬兆以太網常用的雙絞線的類別……………………….（2）同軸電纜由內導體銅質芯線（單股實心線或多股絞合線）、絕緣層、網狀編織的外導體屏蔽層（也可以是箔狀）以及絕緣保護外層所組成。內導體絕緣層外導體屏蔽層絕緣保護外層通常按特性阻抗的不同,可分為:50Ω同軸電纜和75Ω同軸電纜。50Ω同軸電纜主要用于在數據通信中傳輸數字信號，因此又稱為基帶同軸電纜。75Ω同軸電纜用于模擬傳輸系統(tǒng)，在這種電纜上傳送的信號采用了頻分復用的寬帶信號，因此又稱為寬帶同軸電纜。有線電視系統(tǒng)CATV中使用的就是75Ω同軸電纜。同軸電纜的分類50Ω同軸電纜又分為粗纜和細纜兩種。粗纜傳輸性能優(yōu)于細纜。常用于10Base-5的以太網中，單根最大傳輸距離500米。而細纜常用于10Base-2的以太網中，單根最大傳輸距離185米?！?（3）光纖光纖（光導纖維）是一種直徑為8μm～100μm的柔軟、能傳導光波的介質，多種玻璃和塑料可以用來制造光纖，其中使用超高純度石英玻璃纖維制作的光纖可以得到最低的傳輸損耗。在折射率較高的單根光纖外面,用折射率較低的包層包裹起來，就可以構成一條光纖通道；多條光纖組成一束，就構成一條光纜。四芯光纜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)光線在纖芯中傳輸的方式是不斷地全反射按光纖傳輸模式的不同，可以分為：（1）單模光纖（直徑8μm～10μm）（2）多模光纖（通常為50μm或62.5μm）只要從纖芯中射到纖芯表面的光線的入射角大于臨界角，就可產生全反射。因此，可以存在許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。若光纖的直徑減小到只有一個光的波長，它可使光線一直向前傳播，而不會產生多次反射。這樣的光纖就稱為單模光纖。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 由于單模光纖完全避免了模式散射，使得單模光纖的傳輸頻帶很寬，因而適用于大容量、長距離的光纖通信。 多模與單模光纖相比，芯徑大得多，色散大得多，限制了傳輸數字信號的頻率，傳輸容量較小，傳輸距離也較短，一般只有幾千米。 光纖不僅具有通信容量非常大的優(yōu)點，而且還具有其他的一些特點：（1）傳輸損耗小，中繼距離長，對遠距離傳輸特別經濟。（2）抗雷電和電磁干擾性能好。這在有大電流脈沖干擾的環(huán)境下尤為重要。（3）無串音干擾，保密性好，不易被竊聽或截取數據。（4）體積小，重量輕。光纖的優(yōu)點……………………….2.7.2非導向傳輸媒體——用自由空間作為傳輸介質來進行數據通信。特點:信號沿直線傳播適用:架設或鋪埋電纜或光纜較困難的地方,廣泛應用于電話領域構成的蜂窩式無線電話網。分類:地面微波接力通信、衛(wèi)星通信、紅外線與毫米波通信電信領域使用的電磁波的頻譜無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波調幅無線電調頻無線電海事無線電光纖電視(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移動無線電（1）地面微波接力通信原理:長距離傳輸時每隔一段距離就需架中繼站,將前一信號放大向后傳。優(yōu)點:頻帶寬、通信容量大、傳輸質量高、可靠性較好、投資少、見效快、靈活等。缺點:相鄰站間必須直視，不能有障礙物；受氣候干擾較大、保密性差、中繼站的使用與維護問題等。（2）衛(wèi)星通信原理：用位于36000公里高空的人造同步衛(wèi)星做中繼器的一種微波接力通信。優(yōu)點：頻帶很寬,通信容量大,信號受干擾小；通信比較穩(wěn)定，通信距離遠。缺點：保密性較差,造價較高，具有較大的傳輸延遲適用：廣播電視通信。（3）紅外線與毫米波通信優(yōu)點：價格便宜，易制造，有良好的安全性，不易被竊聽。缺點：不能穿透堅硬的物體。適用：被廣泛應用于短距離通信，紅外線成為室內無線局域網的主要選擇對象。性能雙絞線同軸電纜（基帶）同軸電纜（寬帶）光纖地面微波衛(wèi)星通信帶寬/Hz<1G<100M<300M<300G0.3~300G500M距離/km<0.3<2.5<10010040~50不受限制抗強電干擾性較差高高極高差差安裝難易程度易中中較難易易保密性一般好好極好差差經濟性低較低較低較高中較高時延小小小小小大幾種通信介質的性能比較……………………….共享信道2.8信道復用技術復用(multiplexing)是將多個信源的彼此無關的信號，組合在一條物理信道上進行傳送的技術。多路復用的目的：充分利用昂貴的通信線路，盡可能地容納較多的用戶傳輸較多的信息。信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2復用分用(a)不使用復用技術(b)使用復用技術常用的多路復用技術有：頻分多路復用（FDM，FrequencyDivisionMultiplexing）時分多路復用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）波分多路復用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）碼分多路復用（CDM，CodeDivisionMultiple）2.8.1頻分復用FDM按照頻率區(qū)分信號的方法，把傳輸頻帶分為若干個較窄的頻帶，每個頻帶構成一個子信道，獨立地傳輸信息。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頻帶。頻分復用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數據的發(fā)送速率）。頻率時間頻帶1頻帶2頻帶3頻帶4頻帶5頻分復用的用途：主要用于模擬信道的復用。如有線電視頻分多路復用的實現過程頻分多路復用技術對整個物理信道的可用帶寬進行分割，并利用載波調制技術，實現原始信號的頻譜遷移，使得多路信號在整個物理信道帶寬允許的范圍內實現頻譜上的不重疊。為了避免兩個相鄰頻段的信號互相干擾，頻段之間要保留一定的隔離頻帶，稱為保護帶。S1S2S3頻分復用器頻分復用器f2f1f3保護帶頻分多路復用技術示例

三路音頻模擬信號復用一個帶寬為12Hz的物理信道：3003400頻分多路復用技術的特點頻分多路復用使信道在同一時刻能同時獨立傳送多路信號，每路信號占用不同的頻帶；在線路上傳輸的是各路信號經過調制后的疊加在一起的復合信號。頻分多路復用技術適用于寬帶網絡。要求傳輸介質的可用帶寬超過各路信源所需帶寬的總和：

B＞∑fiS1S2S3頻分復用器頻分復用器f2f1f3在使用頻分復用時，若每一個用戶占用的帶寬不變，則當復用的用戶數增加時，復用后的信道的總帶寬就跟著變寬?！?2.8.2時分復用TDM 當物理信道可支持的位傳輸速率超過單個原始信號要求的數據傳輸速率時，可以將時間劃分為一段段等長的時分復用幀（TDM幀）。每個幀又劃分成若干個時隙，每一個用戶在每一個TDM幀中占用固定序號的時隙。用戶所占用的時隙是周期性地出現（其周期就是TDM幀的長度）。這種時分復用方式又稱為同步時分多路復用。 主要用于數字信道的復用。 時分復用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度（整個信道的帶寬）。時分復用頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復用頻率時間CDCDCDAAAABBBBCDB在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復用頻率時間BDBDBDAAAABCCCCDC在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復用頻率時間BCBCBCAAAABCDDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀ABCDaabdbcatttttb4個時分復用幀#1④③②①accd時分復用#2#3#4用戶bcC沒有信息D沒有信息A沒有信息D沒有信息A沒有信息B沒有信息D沒有信息B沒有信息C沒有信息1234使用時分復用系統(tǒng)傳送計算機數據時，由于計算機數據的突發(fā)性質，用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的。時分復用可能會造成

線路資源的浪費統(tǒng)計時分復用

STDM用戶ABCDabcdttttt3個STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3

統(tǒng)計時分復用又稱為異步時分多路復用，允許動態(tài)地分配時間片。根據用戶對時間片的需求來分配時間片，沒有數據傳輸的用戶不分配時間片。同時對每個時間片加上用戶標識，以區(qū)別該時間片屬于該用戶?！?2.8.3波分復用WDM波分復用就是光的頻分復用，，它利用了光具有不同的波長的特征。原理：

利用波分復用設備（如衍射光柵）將不同信道的信號調制成不同波長的光，并復用到光纖信道上。在接收方，采用相同設備分離不同波長的光。1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s復用器分用器EDFA120km光調制器光解調器82.5Gb/s1310nm在一根光纖上復用80路或更多路的光載波信號稱為密集波分復用DWDM；……………………….2.8.4碼分復用CDM常用的名詞是碼分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。每個用戶可以在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通信。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現。采用CDMA可提高通信的語音質量和數據傳輸的可靠性，減少干擾對通信的影響，降低手機的平均發(fā)射功率等等。碼片序列(chipsequence)每一個比特時間劃分為m

個短的間隔，稱為碼片(chip)。每個站被指派一個唯一的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制反碼。

例如，S站的8bit碼片序列是00011011。發(fā)送比特1時，就發(fā)送序列00011011，發(fā)送比特0時，就發(fā)送序列11100100。習慣上，我們將碼片中的0寫成-1，1寫成+1，因此，S站的碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)CDMA的重要特點每個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)。在實用的系統(tǒng)中是使用偽隨機碼序列。碼片序列的正交關系令向量S

表示站S的碼片向量，令

T

表示其他任何站的碼片向量。兩個不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的規(guī)格化內積(innerproduct)都是0：(2-3)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)式就可看出這兩個碼片序列是正交的。任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內積都是1。一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內積值是–1。正交關系的另一個重要特性CDMA的工作原理S站的碼片序列S110ttttttm個碼片tS站發(fā)送的信號SxT站發(fā)送的信號Tx總的發(fā)送信號Sx+Tx規(guī)格化內積S

Sx規(guī)格化內積S

Tx數據碼元比特發(fā)送端接收端當S站發(fā)送比特1時，在接收端計算內積的結果是＋1；當S站發(fā)送比特0時，在接收站計算內積的結果是－1；當S站沒有發(fā)送數據時，在接收站計算內積的結果是0。例：共有4個站進行碼分多址CDMA通信。4個站的碼片序列為：A：（－1－1－1＋1＋1－1＋1＋1）B：（－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1）C：（－1＋1－1＋1＋1＋1－1－1）D：（－1＋1－1－1－1－1＋1－1）現收到這樣的碼片序列：（－1＋1－3＋1－1－3＋1＋1）。問哪個站發(fā)送數據了？發(fā)送數據的站發(fā)送的1還是0？答：S?A=（＋1－1＋3＋1－1＋3＋1＋1）／8=1，A發(fā)送1

S?B=（＋1－1－3－1－1－3＋1－1）／8=－1，B發(fā)送0

S?C=（＋1＋1＋3＋1－1－3－1－1）／8=0，C無發(fā)送

S?D=（＋1＋1＋3－1＋1＋3＋1－1）／8=1，D發(fā)送1幾種復用技術的簡單對比例：假設現在在開會

TDM(時分復用)如在同一個房間輪流發(fā)言的方式，但一次只能一個人說，一個說完，另一個繼續(xù)。

FDM(頻分復用)則先將大房間隔成若干個小房間，每個小房間里的人互相交流。

CDMA(碼分多路復用)則是把所有的人放在一個大房間里，他們說著不同的語言。這樣他要交流只要找自己的語言的那個，而不用擔心別的語言的噪聲?！?2.9數字傳輸系統(tǒng)1.脈碼調制PCM體制2.同步光纖網SONET和同步數字系列SDH2.9.1.PCM體制現在的數字傳輸系統(tǒng)均采用脈沖編碼調制PCM體制。為了有效地利用傳輸線路，可將多個話路的PCM信號用時分復用TDM(TimeDivisionMultiplexing)的方法裝成時分復用幀，然后發(fā)送到線路上。由于歷史上的原因，PCM有兩個互不兼容的國際標準，即北美的24路PCM（簡稱為T1）和歐洲的30/31/32路PCM（簡稱為E1）。我國采用的是歐洲的E1標準。E1的速率是2.048Mb/s，而T1的速率是1.544Mb/s。當需要有更高的數據率時，可采用復用的方法。E1線路2.048MbpsE1由32個多路復用信道組成每個信道采樣8000次/秒，每次采樣量化為8bit，則數據傳輸速率為64kbps。32個多路復用信道每次采樣組成一個幀，即每幀為：32個信道*8bit=256bit。256bit*8000次/秒=2.048MbpsT=125μs

E1的時分復用幀2.048Mb/s傳輸線路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1…………時分復用幀TCH0CH1CH2…CH15CH16CH17CH30CH31CH0…8bitt時分復用幀時分復用幀15個話路15個話路1、一條E1是2.048M的鏈路，用PCM編碼。

2、一個E1的幀長為256bit（T=125μs）,分為32個時隙，一個時隙為8bit。

3、每秒有8k個E1的幀通過接口，即8K*256=2048kbps。

4、每個時隙在E1幀中占8bit，8*8k=64k，即一條E1中含有32個64K。E1幀結構E1有成幀,成復幀與不成幀三種方式：在成幀的E1中第0時隙用于傳輸幀同步數據,其余31個時隙可以用于傳輸有效數據;在成復幀的E1中,除了第0時隙外，第16時隙是用于傳輸信令的,只有第1到15,第17到第31共30個時隙可用于傳輸有效數據;而在不成幀的E1中,所有32個時隙都可用于傳輸有效數據。T1線路1.544MbpsT1由24個多路復用信道組成每個信道采樣8000次/秒，每次采樣量化為7bit。每個信道每次采樣生成的7bit數據加1bit控制位。所以每個信道每秒生成56K+8K的傳輸速率。24個多路復用信道每次組成一個幀，即每幀為：24*8=192bit，每幀間加1bit幀分割，所以每幀為193bit，193bit*8000次/秒=1554000bps=1.544Mbps系統(tǒng)類型一次群二次群三次群四次群五次群歐洲體制符號E1E2E3E4E5話路數3012048019207680數據率（Mb/s）2.0488.44834.368139.264565.148北美體制符號T1T2T3T4話路數24966724032數據率（Mb/s）1.5446.31244.736274.176上表給出了歐洲和北美系統(tǒng)的高次群的話路數和數據率。日本的一次群用T1，但自己另有一套高次群的標準?！?2.9.2.同步光纖網SONET和

同步數字系列SDH舊的數字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點。其中最主要的是以下兩個方面：速率標準不統(tǒng)一。如果不對高次群的數字傳輸速率進行標準化，國際范圍的高速數據傳輸就很難實現。

不是同步傳輸。在過去相當長的時間，為了節(jié)約經費，各國的數字網主要是采用準同步方式。

同步光纖網SONET美國1988年提出了名為同步光纖網SONET(SynchronousOpticalNetwork)的標準，同步光纖網的各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘，并且以51.84Mb/s為基礎定義了同步傳輸的線路速率等級。第1級同步傳送信號STS-1(SynchronousTransportSignal)的傳輸速率是51.84Mb/s（使用的幀稱為STS-1幀）。更高的等級是用N個STS-1幀組成STS-N幀。與第1級同步傳輸信號對應的光信號則稱為第1級光載波OC-1，OC表示OpticalCarrier。

同步數字系列SDHITU-T（國際電信聯盟的電信標準化部門）以美國標準SONET為基礎，制訂出國際標準同步數字系列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。一般可認為SDH與SONET是同義詞。SDH的基本速率為155.52Mb/s，稱為第1級同步傳遞模塊(SynchronousTransferModule)，即STM-1，相當于SONET體系中的OC-3速率。更高的等級是用N個STM-1組成STM-N。線路速率(Mb/s)表示線路速率的常用近似值SONET符號ITU-T符號相當的話路數51.840OC-1/STS-1810155.520155Mb/sOC-3/STS-3STM-12430622.080622Mb/sOC-12/STS-12STM-497201244.160OC-24/STS-24STM-8194402488.3202.5Gb/sOC-48/STS-48STM-16388804976.640OC-96/STS-96STM-32777609953.28010Gb/sOC-192/STS-192STM-6415552039813.12040Gb/sOC-768/STS-768STM-256622080SONET標準與SDH標準的對應關系SONET的體系結構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終端復用器或分用器復用器或分用器轉發(fā)器轉發(fā)器段段段路徑(path)(section)(section)(section)SONET標準定義了

四個光接口層光子層(PhotonicLayer)處理跨越光纜的比特傳送。段層(SectionLayer)在光纜上傳送STS-N幀。線路層(LineLayer)負責路徑層的同步和復用。路徑層(PathLayer)處理路徑端接設備PTE(PathTerminatingElement)之間的業(yè)務的傳輸。

……………………….2.10寬帶接入技術為了提高用戶的上網速率，近年來已經有多種寬帶技術開始進入用戶的家庭?！皩拵А鄙袩o統(tǒng)一的定義。有人認為只要接入速率超過56kb/s就是寬帶。美國聯邦通信委員會認為只要雙向速率之和超過200kb/s就是寬帶。也有人認為數據率要達到1Mb/s以上才能算是寬帶。常用的寬帶接入技術有：1.xDSL技術2.光纖同軸混合網3.FTTx技術2.10.1xDSL技術xDSL技術就是用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務。雖然標準模擬電話信號的頻帶被限制在300~3400kHz的范圍內，但用戶線本身實際可通過的信號頻率仍然超過1MHz。xDSL技術就把0~4kHz低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網使用。DSL就是數字用戶線(DigitalSubscriberLine)的縮寫。而DSL的前綴x則表示在數字用戶線上實現的不同寬帶方案。xDSL的幾種類型ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：非對稱數字用戶線HDSL(HighspeedDSL)：高速數字用戶線SDSL(Single-lineDSL)：1對線的數字用戶線VDSL(VeryhighspeedDSL)：甚高速數字用戶線DSL：ISDN用戶線。RADSL(Rate-AdaptiveDSL)：速率自適應DSL，是ADSL的一個子集，可自動調節(jié)線路速率）。ADSL的極限傳輸距離ADSL的極限傳輸距離與數據率以及用戶線的線徑都有很大的關系（用戶線越細，信號傳輸時的衰減就越大）；而所能得到的最高數據傳輸速率與實際的用戶線上的信噪比密切相關。例如，0.5毫米線徑的用戶線，傳輸速率為1.5~2.0Mb/s時可傳送5.5公里，但當傳輸速率提高到6.1Mb/s時，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ADSL的特點上行和下行帶寬做成不對稱的。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ADSL調制解調器。我國目前采用的方案是離散多音調DMT(DiscreteMulti-Tone)調制技術。這里的“多音調”就是“多載波”或“多子信道”的意思。DMT技術DMT調制技術采用頻分復用的方法，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個子信道用于上行信道，而249個子信道用于下行信道。每個子信道占據4kHz帶寬（嚴格講是4.3125kHz），并使用不同的載波（即不同的音調）進行數字調制。這種做法相當于在一對用戶線上使用許多小的調制解調器并行地傳送數據。DMT技術的頻譜分布…頻譜頻率上行信道傳統(tǒng)電話04下行信道…(kHz)~40~138~1100ADSL的數據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采用自適應調制技術使用戶線能夠傳送盡可能高的數據率。ADSL不能保證固定的數據率。對于質量很差的用戶線甚至無法開通ADSL。通常下行數據率在32kb/s到6.4Mb/s之間，而上行數據率在32kb/s到640kb/s之間。第二代ADSL

ADSL2（G.992.3和G.992.4）

ADSL2+（G.992.5）通過提高調制效率得到了更高的數據率。例如，ADSL2要求至少應支持下行8Mb/s、上行800kb/s的速率。而ADSL2+則將頻譜范圍從1.1MHz擴展至2.2MHz，下行速率可達16Mb/s（最大傳輸速率可達25Mb/s），而上行速率可達800kb/s。采用了無縫速率自適應技術SRA(SeamlessRateAdaptation)，可在運營中不中斷通信和不產生誤碼的情況下，自適應地調整數據率。改善了線路質量評測和故障定位功能，這對提高網絡的運行維護水平具有非常重要的意義?！?2.10.2光纖同軸混合網光纖同軸混合網HFC(HybridFiberCoax)網是在目前覆蓋面很廣的有線電視網CATV的基礎上開發(fā)的一種居民寬帶接入網。HFC網除可傳送CATV外，還提供電話、數據和其他寬帶交互型業(yè)務?，F有的CATV網是樹形拓撲結構的同軸電纜網絡，它采用模擬技術的頻分復用對電視節(jié)目進行單向傳輸。而HFC網則需要對CATV網進行改造，HFC的主要特點(1)HFC網的主干線路采用光纖HFC網將原CATV網中的同軸電纜主干部分改換為光纖，并使用模擬光纖技術。在模擬光纖中采用光的振幅調制AM，這比使用數字光纖更為經濟。(2)HFC網采用結點體系結構同軸電纜頭端模擬光纖放大器引入線分路器光纖結點服務區(qū)服務區(qū)服務區(qū)(3)HFC網具有比CATV網更寬的頻