信道復(fù)用技術(shù)課件

第2章物理層本章內(nèi)容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)2.7物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例本章重點(diǎn)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)常見(jiàn)的傳輸媒體模擬傳輸與數(shù)字傳輸信道復(fù)用技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層思考題：物理層的任務(wù)是什么？網(wǎng)絡(luò)中常用的傳輸媒體有哪些？媒體中數(shù)據(jù)傳輸速率取決于哪些因素？模擬信道為何能傳送數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)？為什么一些傳輸媒體能同時(shí)傳送多道信號(hào)?第3章物理層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.1物理層的基本概念物理層考慮的是如何在連接計(jì)算機(jī)等各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸媒體中傳輸數(shù)據(jù)的比特流。物理層應(yīng)盡可能地屏蔽各種媒體之間的差異，使其上面的數(shù)據(jù)鏈路層感覺(jué)不到這些差異。

物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性：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：指明線路上出現(xiàn)的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。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(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)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)幾個(gè)術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)(data)——運(yùn)送消息的實(shí)體。信息(information)——數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。信號(hào)(signal)——數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)?！澳M的”(analogous)——代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。“數(shù)字的”(digital)——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。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)都可以通過(guò)模擬信號(hào)傳輸。模擬傳輸：模擬數(shù)據(jù)、模擬信號(hào)：如早期的電話系統(tǒng)；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、模擬傳輸：需要調(diào)制。模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)放大器調(diào)制器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)調(diào)制器計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)也都可以通過(guò)數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、數(shù)字信號(hào)：可直接傳輸；模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字信號(hào)：先將模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)

PCM編碼器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)數(shù)字發(fā)送器計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)2.2.2有關(guān)信號(hào)的幾個(gè)基本概念三種通信方式發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備數(shù)據(jù)流發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備數(shù)據(jù)流接收設(shè)備接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備數(shù)據(jù)流接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備單工通信半雙工通信全雙工通信計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)信道：信號(hào)傳遞的通路。它建立在傳輸介質(zhì)之上，包含傳輸媒介和必要的設(shè)備。同一傳輸介質(zhì)上可提供多條信道，一條信道允許一路信號(hào)通過(guò)。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。實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號(hào)波形輸出信號(hào)波形(失真不嚴(yán)重)輸入信號(hào)波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號(hào)波形(失真嚴(yán)重)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)信道上傳送的信號(hào)分為基帶信號(hào)和寬帶信號(hào)?；鶐盘?hào)（即基本頻帶信號(hào)）——來(lái)自信源的信號(hào)，將數(shù)字信號(hào)1或0直接用不同的電壓來(lái)表示，然后送到線路上傳輸——基帶傳輸，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)。寬帶信號(hào)——將基帶信號(hào)載波調(diào)制后把信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸。由于每一路基帶信號(hào)可以搬移到不同的頻段，因此，在一條線纜中可以同時(shí)傳送多路數(shù)字信號(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)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：y=A

sin(ω

t+φ)

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。010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)正交振幅調(diào)制QAM(QuadratureAmplitudeModulation)r(r,)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。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。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。舉例計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)2.2.3信道的極限傳輸容量碼元：時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元的開(kāi)始

同步脈沖也可位于碼元的中部一個(gè)碼元也可有多個(gè)同步脈沖相對(duì)應(yīng)t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號(hào)同步脈沖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)（1）信道能夠通過(guò)的頻率范圍奈奎斯特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，超過(guò)這個(gè)上限就會(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)_。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)奈奎斯特準(zhǔn)則理想低通信道的最高碼元傳輸速率=2WBaud，即每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個(gè)碼元。理想帶通信道的最高碼元傳輸速率=WBaud，即每赫帶寬的帶通信道的最高碼元傳輸速率為每秒1個(gè)碼元。不能通過(guò)能通過(guò)0頻率(Hz)W(Hz)不能通過(guò)不能通過(guò)能通過(guò)0頻率(Hz)W(Hz)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)（2）信噪比香農(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。信道的極限信息傳輸速率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。香農(nóng)定理表明：信道的帶寬信噪比越大，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傳輸速率，就一定可以找到某種辦法實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸，但并未給出具體實(shí)現(xiàn)方法。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)[例]普通電話線路帶寬約3kHz，則碼元速率極限值B=2*W=2*3k=6kBaud；若碼元的離散值個(gè)數(shù)N=16，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率計(jì)算公式C=2*W*log2N(bps)

得：C=2*3k*log216=24kbps。[例]在3.1KHz的標(biāo)準(zhǔn)電話信道，如果信噪比S/N=2500，那么由香農(nóng)定理可知，無(wú)論采用何種先進(jìn)的編碼技術(shù)，信息的傳輸速率不可能超過(guò)3100×log2(1+2500)b/s=35Kbps。[例]已知信噪比為30dB，帶寬為3kHz，求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。

∵10lg(S/N)=30

∴S/N=1030/10=1000

∴C=3klog2(1+1000)≈30kbps

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層3.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)比特率與波特率是兩個(gè)不同的概念（補(bǔ)充）波特率是每秒傳送碼元的個(gè)數(shù)，而比特率是每秒傳輸二進(jìn)位數(shù)的位數(shù)一個(gè)碼元可以攜帶n個(gè)信息位，所以比特率是波特率的n倍。若碼元傳輸速率為Mbaud，則比特率為M×nbps。例：一個(gè)帶寬為3KHz的理想低通信道，其最高碼元傳輸速率為6000Baud。若1個(gè)碼元可攜帶3個(gè)比特的信息量，則最高信息傳輸速率=18000bps。問(wèn)題：如何使1個(gè)碼元攜帶3個(gè)信息位？調(diào)制！如多相制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層3.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)定理的作用范圍源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器輸入信息輸出信息輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)碼元傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的限制信息傳輸速率受香農(nóng)公式的限制計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.3物理層下面的傳輸媒體傳輸媒體也叫傳輸介質(zhì)或傳輸媒介。傳輸媒體分為導(dǎo)向傳輸媒體和非導(dǎo)向傳輸媒體。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)線電計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.3物理層下面的傳輸媒體2.3.1導(dǎo)向傳輸媒體(1)雙絞線:把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起,然后用規(guī)則的方法絞合起來(lái),以減少相鄰導(dǎo)線間的電磁干擾.用戶線:電話機(jī)到電話交換機(jī)之間的雙絞線可支持模擬傳輸和數(shù)字傳輸,長(zhǎng)距離需放大或中繼分類:屏蔽雙絞線STP:雙絞外加上金屬網(wǎng)屏蔽層無(wú)屏蔽雙絞線UTP:常用雙絞線類別（EIA/TIA標(biāo)準(zhǔn)-568）：3類、4類、5類、超5類、6類和7類。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.3物理層下面的傳輸媒體雙絞線內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套--螺旋絞合的雙導(dǎo)線，≈1mm--每根4對(duì)、25對(duì)、1800對(duì)--典型連接距離100m（LAN）--RJ45插座、插頭--優(yōu)缺點(diǎn)：成本低組裝密度高、節(jié)省空間安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離短計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.3物理層下面的傳輸媒體(2)同軸電纜結(jié)構(gòu)T型分接頭：連接計(jì)算機(jī)非插入式：剪斷導(dǎo)線再連接插入式：無(wú)需剪斷導(dǎo)線分類基帶同軸電纜（50電纜）：用于數(shù)字傳輸，帶寬為10Mbps，可將信號(hào)傳送1KM，信號(hào)編碼可采用曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼寬帶同軸電纜（75電纜）：用于模擬信號(hào)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)寬帶模擬傳輸，帶寬可達(dá)300～500MHz

，如CATV。500MHz以上信號(hào)可傳達(dá)100KM，傳送的信號(hào)采用了頻分多路復(fù)用的寬帶信號(hào)，每一個(gè)6MHz的信道可傳送一路電視信號(hào)，傳送數(shù)字信號(hào)時(shí)的數(shù)據(jù)率可達(dá)3Mbps。外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層細(xì)同軸電纜，可靠性稍差BNCT型接頭連接總線型拓?fù)溆糜谵k公室LAN細(xì)纜BNC接頭NIC每段最大長(zhǎng)度185m每段最多站點(diǎn)數(shù)30兩站點(diǎn)間最短距離0.5m網(wǎng)絡(luò)最大跨度925m網(wǎng)絡(luò)最多5個(gè)段同軸電纜用于10Base2LAN2.3物理層下面的傳輸媒體計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.3物理層下面的傳輸媒體粗同軸電纜，可靠性好，抗干擾能力強(qiáng)收發(fā)器:發(fā)送/接收,沖突檢測(cè),電氣隔離AUI:連接件單元接口總線型拓?fù)溆糜诰W(wǎng)絡(luò)骨干連接最大段長(zhǎng)度500米每段最多站點(diǎn)數(shù)100兩站點(diǎn)間最小距離2.5米

粗纜VampiretapBNC端子收發(fā)器AUI電纜NIC網(wǎng)絡(luò)最大跨度2.5公里

粗纜在10Base5LAN中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.3物理層下面的傳輸媒體01001100011

時(shí)鐘NRZManchester差分Manchester常用編碼方式（補(bǔ)充）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.3物理層下面的傳輸媒體(3)光纖：由能傳導(dǎo)光波的石英玻璃纖維，外加保護(hù)層構(gòu)成，利用光脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)：傳送過(guò)程：用光纖來(lái)傳輸電信號(hào)時(shí)，在發(fā)送端先要將其轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，而在接收端又要由光檢波器還原成電信號(hào)。驅(qū)動(dòng)器光源光檢測(cè)器放大器電信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.3物理層下面的傳輸媒體光纖高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷溆?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.3物理層下面的傳輸媒體單模光纖多模光纖多束光線以不同的反射角傳播單束光線沿直線傳播輸入脈沖輸出脈沖輸入脈沖輸出脈沖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.3物理層下面的傳輸媒體光纖光纖的特點(diǎn)通信容量非常大傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)，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(tīng)或截取數(shù)據(jù)體積小，重量輕缺點(diǎn)是光纖精確地連接需用專用設(shè)備每根光纖只能單向通信，如要雙向通信必須成對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.3物理層下面的傳輸媒體2.3.2非導(dǎo)向傳輸媒體適用于：高山或島嶼，甚至城市，無(wú)法或很難架設(shè)線纜以及移動(dòng)數(shù)據(jù)通信。無(wú)線傳輸：LF、MF、HF，以及V、U、S和E。目前高帶寬的計(jì)算機(jī)通信主要使用三種技術(shù)：微波，紅外線和激光。微波：載波頻率為2—40GHZ范圍，直線傳播，可同時(shí)傳送大量信息。地面微波接力通信：由于地球表面是曲面，需在地面建立中繼站，天線越高距離越遠(yuǎn)。衛(wèi)星通信：人造同步衛(wèi)星位于36000KM的高空，可作為中繼器實(shí)現(xiàn)微波接力通信。紅外通信和激光通信也像微波通信一樣，有很強(qiáng)的方向性。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.3物理層下面的傳輸媒體地球22,300公里地球計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層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)分利用復(fù)用：把許多信號(hào)組合在單一的物理傳輸線纜上用單一的傳輸設(shè)備進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)可大大節(jié)省線纜的安裝和維護(hù)費(fèi)用，同時(shí)大大提高信道的利用率。DEMUX復(fù)用器解復(fù)用器共享信道MUX信源信宿計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)（1）頻分復(fù)用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)間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號(hào)f復(fù)用器計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)（2）時(shí)分復(fù)用時(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）。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。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)（2）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幀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)（2）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幀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)（2）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幀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)（2）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幀計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi)

用戶在所分得的時(shí)隙中可能處于空閑狀態(tài)

ABCDaabbcdbcattttt4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)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)用集中器計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)E1標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)分復(fù)用幀2.048Mb/s傳輸線路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1…………時(shí)分復(fù)用幀T

CH0

CH1

CH2…

CH15

CH16

CH17

CH30CH31CH0…8bitt時(shí)分復(fù)用幀時(shí)分復(fù)用幀T=125ms15個(gè)話路15個(gè)話路計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)（3）波分復(fù)用波分復(fù)用，實(shí)際上是光的頻分復(fù)用，它把多種波長(zhǎng)的光復(fù)用到一根光纖上傳輸?，F(xiàn)在最多可在一路光纖上復(fù)用80路或更多路數(shù)的光載波信號(hào)——密集波分復(fù)用F2F1F3

光譜F1F2F3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖棱柱/衍射光柵光纖5光纖6光纖4F2F1F3棱柱/衍射光柵計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)（3）波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用

1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120km光調(diào)制器光解調(diào)器計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)（4）碼分復(fù)用CDM碼分多址CDMA技術(shù)允許每個(gè)用戶可在同樣的時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信，但各用戶使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會(huì)造成干擾。每一個(gè)比特時(shí)間劃分為m個(gè)短的間隔，稱為碼片(chip)，m常取64或128。每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的mbit碼片序列，各站互不相同。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)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)（4）碼分復(fù)用CDM碼片序列的正交關(guān)系兩個(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：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（-1表示“0”）。分析案例：向量S為(–1–1–1+1+1–1+1+1)，向量T為(–1–1+1–1+1+1+1–1)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)（4）碼分復(fù)用CDMCDMA的工作原理當(dāng)X站要接收S站發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，X站必須知道S站所特有的碼片向量S，然后用它與所收到的未知信號(hào)進(jìn)行求內(nèi)積。X站接收到的信號(hào)是各個(gè)站發(fā)送的碼片序列之和。根據(jù)疊加原理可知，所求得的內(nèi)積結(jié)果是：所有其它站的信號(hào)都被濾掉（內(nèi)積為0），只剩下S站發(fā)送來(lái)的信號(hào)。若S站發(fā)送比特1時(shí)，則X站計(jì)算內(nèi)積的結(jié)果為1；當(dāng)S站發(fā)送比特0時(shí)，內(nèi)積的結(jié)果為-1。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)（4）碼分復(fù)用CDMCDMA的工作原理圖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)送端接收端計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.4信道復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用的比較

CDMA與TDMA和FDMA的區(qū)別，就好像一個(gè)國(guó)際會(huì)議上，TDMA是任何時(shí)間只有一個(gè)人講話，其他人輪流發(fā)言；FDMA則是把與會(huì)的人員分成幾個(gè)小組，分別進(jìn)行討論；而CDMA就像大家在一起，每個(gè)國(guó)家的人使用自己國(guó)家的語(yǔ)言進(jìn)行討論。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)1、脈沖代碼調(diào)制PCMPCM：最初是為了在電話局之間的中繼線上傳送多路的電話。采樣是指在每隔固定長(zhǎng)度的時(shí)間點(diǎn)上抽取模擬數(shù)據(jù)的瞬時(shí)值，作為從這一次抽樣到下一次抽樣之間該模擬數(shù)據(jù)的代表值。根據(jù)采樣定理，當(dāng)抽樣的頻率大于或等于模擬數(shù)據(jù)的頻帶寬度(最高變化頻率)的兩倍時(shí)，所得的離散信號(hào)可以無(wú)失真地代表被抽樣的模擬數(shù)據(jù)。量化則是把抽樣取得的電平幅值按照一定的分級(jí)標(biāo)度轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字值，并取整數(shù)。這樣，把連續(xù)的電平幅值轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量。編碼把量化的結(jié)果轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制編碼。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)脈沖代碼調(diào)制PCM計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸?shù)墓ぷ髟聿蓸又芷赥t信號(hào)t采樣1001001111000010t編碼t解碼t還原計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)歐洲E1標(biāo)準(zhǔn)：復(fù)用幀劃分為32個(gè)時(shí)隙（30路電話，2路信令），每個(gè)時(shí)隙傳送8位，每秒傳送8000個(gè)幀。因此，E1一次群的數(shù)據(jù)率2.048Mbps

。北美T1標(biāo)準(zhǔn)：24個(gè)話路，采樣脈沖用7位編碼，再加上1位信令，24路編碼之后加1位同步碼，故每幀193位。每秒傳送8000幀，T1一次群的數(shù)據(jù)率1.544Mbps

。當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時(shí)，可采用復(fù)用的方法。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字傳輸系統(tǒng)高次群的話路數(shù)和數(shù)據(jù)率系統(tǒng)類型一次群二次群三次群四次群五次群歐洲體制符號(hào)話路數(shù)數(shù)據(jù)率(Mb/s)E1302.048E21208.488E348034.368E41920139.264E57680565.148北美體制符號(hào)話路數(shù)數(shù)據(jù)率(Mb/s)T1241.544T2966.312T367244.736T44032274.176計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)2、同步光纖網(wǎng)SONET和同步數(shù)字系列SDH舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點(diǎn)：速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，如E1標(biāo)準(zhǔn)與T1標(biāo)準(zhǔn)。不是同步傳輸，無(wú)統(tǒng)一時(shí)鐘。同步光纖網(wǎng)SONET整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的各級(jí)時(shí)鐘來(lái)自一個(gè)精確的主時(shí)鐘第1級(jí)同步傳送信號(hào)

STS-1(SynchronousTransportSignal)的傳輸速率是51.84Mb/s——基本速率光信號(hào)則稱為第1級(jí)光載波

OC-1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列SDH以SONET為基礎(chǔ)基本速率為155.52Mb/s，稱為第1級(jí)同步傳遞模塊

(SynchronousTransferModule)，即STM-1定義了四個(gè)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(fù)責(zé)路徑層的同步和復(fù)用。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。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)SONET體系結(jié)構(gòu)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(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(path)(section)(section)(section)光子層路徑層線路層段層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.6寬帶接入技術(shù)2.6.1xDSL技術(shù)xDSL技術(shù)：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)。用戶線實(shí)際可通過(guò)的信號(hào)頻率超過(guò)1MHz0~4KHz：低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用4KHz~1MHz：高端頻譜留給用戶上網(wǎng)ADSL：非對(duì)稱數(shù)字用戶線上行和下行帶寬做成不對(duì)稱的。在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個(gè)ADSL調(diào)制解調(diào)器。方案是離散多音調(diào)

DMT調(diào)制技術(shù)：把40kHz以上一直到1.1MHz的高端頻譜劃分為許多的子信道25個(gè)子信道用于上行信道：32kb/s到640kb/s249個(gè)子信道用于下行信道：32kb/s到6.4Mb/s

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.6寬帶接入技術(shù)xDSL的幾種類型xDSL對(duì)稱性下行帶寬上行帶寬極限傳輸距離ADSL非對(duì)稱1.5

Mbit/s64

kbit/s4.6～5.5

kmADSL非對(duì)稱6～8

Mbit/s640

kbit/s～1

Mbit/s2.7～3.6

kmHDSL（2對(duì)線）對(duì)稱1.5

Mbit/s1.5

Mbit/s2.7～3.6

kmHDSL（1對(duì)線）對(duì)稱768

kbit/s768

kbit/s2.7～3.6

kmSDSL對(duì)稱384

kbit/s384

kbit/s5.5

kmSDSL對(duì)稱1.5

Mbit/s1.5

Mbit/s3

kmVDSL非對(duì)稱12.96

Mbit/s1.6～2.3

Mbit/s1.4

kmVDSL非對(duì)稱25

Mbit/s1.6～2.3

Mbit/s0.9

kmVDSL非對(duì)稱52

Mbit/s1.6～2.3

Mbit/s0.3

kmDSL(ISDN)對(duì)稱160

kbit/s160

kbit/s4.6～5.5

km計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.6寬帶接入技術(shù)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PSPS數(shù)字用戶線接入復(fù)用器DSLAM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）電話分離器PS(POTSSplitter)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.6寬帶接入技術(shù)2.6.2光纖同軸混合網(wǎng)（HFC網(wǎng)）光纖同軸混合網(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)。HFC網(wǎng)的主干線采用光纖，使用模擬光纖技術(shù)，采用光的振幅調(diào)制。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)

ODNHFC網(wǎng)采用結(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu):一個(gè)光纖結(jié)點(diǎn)下的所有用戶組成了一個(gè)用戶群，或稱為鄰區(qū)。HFC網(wǎng)具有比CATV更寬的頻譜，且具有雙向傳輸功能每個(gè)家庭需要安裝一個(gè)用戶接口盒：機(jī)頂盒：連接電視機(jī)，雙絞線：連接電話機(jī)，電纜調(diào)制解調(diào)器：連接計(jì)算機(jī)下行信道上行信道540505507501000原有模擬電視數(shù)字信號(hào)頻率(MHz)保留計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.6寬帶接入技術(shù)HFC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)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.6寬帶接入技術(shù)2.6.3FTTx技術(shù)FTTx技術(shù)即光纖到……FTTH：光纖到家FTTB：光纖到大樓FTTC：光纖到路邊FTTO：光纖到辦公室FTTN：光纖到鄰區(qū)FTTD：光纖到門戶FTTF：光纖到樓層FTTZ：光纖到小區(qū)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.7物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例（補(bǔ)充）為了各類數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE:DataTerminalEquipment，如微機(jī)、終端等)和數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備（DCE:DataCircuit-TerminatingEquipment，如調(diào)制解調(diào)器等)在計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)中能夠易于互連和互操作，通過(guò)遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)廣泛的兼容性，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)和國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(CCITT)從60年代起就進(jìn)行了不懈的努力，陸續(xù)推出了一些關(guān)于物理接口的標(biāo)準(zhǔn)。DTE具有一定的數(shù)據(jù)處理能力，具有發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的能力DCE在DTE和傳輸線路之間進(jìn)行信號(hào)變換和編碼，負(fù)責(zé)建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.7物理層標(biāo)準(zhǔn)DTE通過(guò)DCE與通信傳輸線路相連計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.7物理層標(biāo)準(zhǔn)2.7.1EIA-232-E接口標(biāo)準(zhǔn)EIA-232-E是由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)中，DTE和DCE之間有許多并行線，包括多種信號(hào)線和控制線。(1)保護(hù)地(2)發(fā)送數(shù)據(jù)(3)接收數(shù)據(jù)(4)請(qǐng)求發(fā)送(5)允許發(fā)送(6)DCE

就緒(7)信號(hào)地(8)載波檢測(cè)(20)DTE

就緒(22)振鈴指示DTEDCE計(jì)算機(jī)或終端調(diào)制解調(diào)器計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.7物理層標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械特性方面：使用DB-25插針和插孔，引腳分為上下兩排，分別有13根和12根引腳，編號(hào)為1至13和12至25。電氣特性方面：采用負(fù)邏輯，即-3V表示1，+3V表示0，邏輯0相當(dāng)于數(shù)據(jù)的“0”或控制線“接通”狀態(tài)，邏輯1相當(dāng)于數(shù)據(jù)的“1”或控制線的“斷開(kāi)”狀態(tài)。當(dāng)數(shù)據(jù)線不超過(guò)15米時(shí)，數(shù)據(jù)速率可最高可達(dá)20kbps。功能特性方面：規(guī)定了25針各與哪些電路連接，以及每個(gè)信號(hào)的含義。規(guī)程特性方面：規(guī)定了DTE與DCE之間所發(fā)生的事件的合法序列。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.7物理層標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)發(fā)送：在EIA-232-E標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)中，DTE只有在下列4個(gè)電路都處于邏輯0(控制功能為ON)的條件下才可能發(fā)送數(shù)據(jù)：(1)請(qǐng)求發(fā)送RTS(針4)(2)清送CTS(針5)(3)數(shù)據(jù)端接裝置就緒DSR(針6)(4)數(shù)據(jù)終端就緒DTR(針20)

計(jì)算機(jī)或終端調(diào)制解調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)(2)保護(hù)地(1)請(qǐng)求發(fā)送(4)接收數(shù)據(jù)(3)DCE就緒(6)允許發(fā)送(5)載波檢測(cè)(8)信號(hào)地(7)振鈴指示(22)DTE就緒(20)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.7物理層標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程特性（1）當(dāng)DTE-A要與DTE-B通信時(shí),將引腳20“DTE就緒”置為ON，同時(shí)通過(guò)引腳2“發(fā)送數(shù)據(jù)”向DCE-A傳送電話號(hào)碼信號(hào)。（2）DCE-B將引腳22“振鈴指示”置為ON，通知DTE-B有入呼叫信號(hào)到達(dá)，DTE-B將引腳信號(hào)20“DTE就緒”置為ON，接著DCE-B產(chǎn)生載波信號(hào)，將引腳6“DCE就緒”置為ON，準(zhǔn)備接收。（3）當(dāng)DCE-A檢測(cè)到載波信號(hào)，將引腳8“載波檢測(cè)”和引腳6“DCE就緒”置為ON，以便DTE-A知道通信電路已建立。DCE-A還通過(guò)引腳3“接收數(shù)據(jù)”向DTE-A發(fā)送其屏幕上顯示的信息。DTE-ADCE-A網(wǎng)絡(luò)DCE-BDTE-B計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)——物理層2.7物理層標(biāo)準(zhǔn)（4）DCE-A向DCE-B發(fā)送其載波信號(hào)，DCE-B將其引腳8“載波檢”置為ON。（5）當(dāng)DTE-A要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將引腳4“請(qǐng)求發(fā)送”置為ON，DCE-A將引腳8“允許發(fā)送”置為ON。然后，DTE-A通過(guò)引腳2“發(fā)送數(shù)據(jù)”來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，DCE-A將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)向DCE-B發(fā)送。（6）DCE-