計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課件-第2章-物理層要點(diǎn)

2023/12/61計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第6版）物理層2023/12/62主要內(nèi)容物理層的基本概念數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)傳輸媒體信道復(fù)用技術(shù) 2023/12/63物理層理解OSI模型的最低層；不是具體物理設(shè)備、媒體,但物理層協(xié)議與具體物理設(shè)備、媒體有關(guān)；制定系統(tǒng)與通信媒體的接口規(guī)則，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)物理設(shè)備之間二進(jìn)制比特流的傳輸（物理層PDU是位）；物理層協(xié)議主要通過(guò)接口特性來(lái)描述:機(jī)械特性、電氣特性、功能特性和規(guī)程特性2023/12/64物理層的接口特性機(jī)械特性：主要規(guī)定了DTE/DCE接口連接器的尺寸、芯數(shù)和芯的安排、連線的根數(shù)等。電氣特性：主要規(guī)定了每種信號(hào)的電平、信號(hào)的脈沖寬度、允許的數(shù)據(jù)傳輸速率和最大傳輸距離等。功能特性：規(guī)定了接口電路引腳的功能和作用。規(guī)程特性：規(guī)定了事件發(fā)生順序，即接口電路信號(hào)發(fā)出的時(shí)序、應(yīng)答關(guān)系和操作過(guò)程。2023/12/65物理層的接口標(biāo)準(zhǔn)舉例美國(guó)電子工業(yè)協(xié)議會(huì)制定通用接口標(biāo)準(zhǔn)EIARS-232CEIA-232接口調(diào)制解調(diào)器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-232接口調(diào)制解調(diào)器電話網(wǎng)2023/12/66EIA-232使用ISO2110插頭插座標(biāo)準(zhǔn)。

25針：DB-25

簡(jiǎn)化接插口9針：DB-9機(jī)械特性2023/12/67

規(guī)定了什么電路應(yīng)當(dāng)連接到接插頭中的哪一根引腳，以及該引腳的作用功能特性2023/12/68采用負(fù)邏輯電平。用-15V～-3V表示邏輯“1”電平，用+3V～+15V表示邏輯“0”電平。當(dāng)連接電纜長(zhǎng)度不超過(guò)15m時(shí)，允許數(shù)據(jù)傳輸速率不超過(guò)20kbps。電氣特性TTL電平高電平：＋2.4V～＋5V低電平：0V～0.4V2023/12/69規(guī)程特性

如圖，當(dāng)DTE請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，首先使RTS信號(hào)有效，表示向DCE發(fā)出發(fā)送請(qǐng)求，如果DCE已準(zhǔn)備就緒，則使CTS信號(hào)有效，表示允許DTE發(fā)送數(shù)據(jù)，至此雙方完成握手計(jì)算機(jī)DTEMODEMDCE信號(hào)地SG（5）發(fā)送數(shù)據(jù)TxD（3）接收數(shù)據(jù)RxD（2）請(qǐng)求發(fā)送RTS（7）允許發(fā)送CTS（8）DTE準(zhǔn)備好DTR（4）DCE準(zhǔn)備好DSR（6）載波檢測(cè)DCD（1）振鈴指示RI（9）RS-232DB9接口電路圖2023/12/610以太網(wǎng)10Base-T物理層

機(jī)械特性：電口/RJ-45接口，用來(lái)連接雙絞線。以太網(wǎng)網(wǎng)卡、HUB、交換機(jī)、路由器都提供RJ-45接口。

電氣特性：10Mb/s速率，主機(jī)到HUB距離不超過(guò)100米，基帶傳輸，曼徹斯特編碼等2023/12/611

功能特性：接頭腳號(hào)功能功能代碼1傳送+Tx+2傳送-Tx-3接收+Rx+4保留5保留6接收-Rx-7保留8保留網(wǎng)卡上RJ-45插座引腳功能接頭腳號(hào)功能功能代碼1接收+Rx+2接收-Rx-3傳送+Tx+4保留5保留6傳送-Tx-7保留8保留HUB上RJ-45插座引腳功能

規(guī)程特性：半雙工/全雙工通信等2023/12/612數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型調(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)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)送器接收器輸出信息PC機(jī)2023/12/613幾個(gè)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)?！澳M的”(analogous)—取值是連續(xù)的?！皵?shù)字的”(digital)—取值是離散的。碼元(code)—在使用時(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。2023/12/614有關(guān)信號(hào)的幾個(gè)基本概念單向通信（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)送或同時(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。2023/12/615基帶信號(hào)基帶信號(hào)：來(lái)自信源的沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的原始信號(hào)。像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字、圖像等信息的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)基帶傳輸：直接傳輸基帶信號(hào)就叫基帶傳輸近距離范圍內(nèi)傳輸基帶信號(hào)時(shí)衰減不大，從而信號(hào)內(nèi)容不會(huì)發(fā)生變化。因此在近距離傳輸時(shí)，可以采用基帶傳輸。例如大多數(shù)的局域網(wǎng)都使用基帶傳輸方式。遠(yuǎn)距離傳輸基帶信號(hào)時(shí)，信號(hào)衰減較大，因此必須將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后再傳輸。2023/12/616基帶信號(hào)的調(diào)制調(diào)制分兩大類：基帶調(diào)制、帶通調(diào)制基帶調(diào)制：僅對(duì)基帶信號(hào)波形進(jìn)行變換，目的是使它能夠滿足一定的功能需求，如提高抗干擾性能、進(jìn)行同步控制、降低信號(hào)傳輸速率等。但變換后的信號(hào)仍然是基帶信號(hào)這種基帶調(diào)制實(shí)際就是把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成另一種形式的數(shù)字信號(hào)，因此習(xí)慣上稱為編碼2023/12/617曼碼優(yōu)點(diǎn)：自同步基帶調(diào)制（編碼）舉例2023/12/618帶通調(diào)制帶通調(diào)制：使用載波進(jìn)行調(diào)制，將原始的基帶信號(hào)搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸。帶通信號(hào)：僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過(guò)信道的信號(hào)叫帶通信號(hào)。帶通調(diào)制就是將基帶信號(hào)調(diào)制成帶通信號(hào)。帶通調(diào)制使用的載波信號(hào)：f(t)=AmSin(2πfmt+θm)基本調(diào)制方法：幅移鍵控法ASK（AmplitudeShiftKeying）頻移鍵控法FSK（FrequencyShiftKeying）相移鍵控法PSK（PhaseShiftKeying）2023/12/619三種基本的帶通調(diào)制方法010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相多元調(diào)制方法：多元相位，多元相位振幅調(diào)制等，可達(dá)到更高信息傳輸速率2023/12/620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。共有16種不同的組合，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09考研試題:無(wú)噪聲情況下，若某通信鏈路的帶寬為3kHz，采用4個(gè)相位，每個(gè)相位具有4種振幅的QAM調(diào)制技術(shù)，則該通信鏈路的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是

A．12kbpsB.24kbpsC.48kbpsD.96kbps

2023/12/621

數(shù)據(jù)率(比特率)：數(shù)據(jù)傳輸速率，每秒傳送的二進(jìn)制位數(shù)，單位為bps；碼元率（波特率）：信號(hào)傳輸速率，調(diào)制速率,單位時(shí)間內(nèi)載波調(diào)制狀態(tài)改變次數(shù)，單位為波特Baud；信道上用碼元承載比特?cái)?shù)據(jù)；通過(guò)不同的調(diào)制方法,可以在一個(gè)碼元上承載多個(gè)比特；數(shù)據(jù)率＝波特率*調(diào)制系數(shù)n(單個(gè)調(diào)制狀態(tài)對(duì)應(yīng)的比特位數(shù))。數(shù)據(jù)傳輸率、碼元傳輸率2023/12/6220001101100011011101100調(diào)制系數(shù)=2比特率=2*波特率調(diào)制系數(shù)=1比特率=1*波特率2023/12/623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)波形數(shù)字信號(hào)通過(guò)實(shí)際的信道會(huì)產(chǎn)生失真，碼元率越高，失真越嚴(yán)重2023/12/624信道的碼元率受信道帶寬及其它因素的限制，即碼元率有極限值（Nyquist定理）Q：根據(jù)二者關(guān)系比特率=n*波特率，可否無(wú)限提高每個(gè)碼元攜帶的信息量來(lái)達(dá)到信息傳輸率的無(wú)限提高？信道的碼元率否！理想低通、有限帶寬、無(wú)噪聲信道下的最高碼元傳輸率公式(Nyquist)=2WBaud理想帶通情況下，最高碼元率WBaud2023/12/6251948年，香農(nóng)定理：在帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道內(nèi)信道帶寬與信道容量的關(guān)系為：C=Wlog2(1+S/N)C－信道容量，W－信道帶寬，N－噪聲功率，S－信號(hào)功率

注:信噪比S/N單位是dB，用10log10S/N表示，如信噪比為20dB時(shí)，S/N為100.信道的極限信息傳輸速率(信道容量)2023/12/626結(jié)論無(wú)論采用何種先進(jìn)的編碼技術(shù)，信道的傳輸率也不能超過(guò)信道極限容量例如，對(duì)于3.1kHz的話路，若信噪比為2500，其最大傳輸率不會(huì)突破35kb/s。要想突破該限制,只能提高帶寬或增大信噪比2023/12/627設(shè)信道帶寬為3000Hz，根據(jù)奈奎斯特(Nyquist)定理，理想信道的波特率為(1)波特，若采用QPSK(4相)調(diào)制，其數(shù)據(jù)速率應(yīng)為(2)，如果該信道信噪比為30dB，則該信道的容量約為(3)。(1)A．3000

B．6000

C．12000

D．24000

(2)A．6Kb／sB．12Kb／s

C．18Kb／s

D．24Kb／s

(3)A．10Kb／sB．20Kb／s

C．30Kb／s

D．40Kb／s

C=Wlog2(1+S/N)dB=10log10S/N例題若將“若采用QPSK(4相)調(diào)制”改為“采用二進(jìn)制信號(hào)發(fā)送數(shù)據(jù)”，那么第（2）問(wèn)數(shù)據(jù)率又是多少？2023/12/628據(jù)奈氏準(zhǔn)則，最大的碼元率=2W=6kBaud,由于發(fā)送二進(jìn)制信號(hào)，所以能得到的最大的數(shù)據(jù)速率也是6kb/s。根據(jù)香農(nóng)公式C=Wlog2(1+S/N)b/s，10分貝的S/N=10，所以信道容量C=3klog2(11)b/s>6kb/s由于信道同時(shí)受限于這兩個(gè)準(zhǔn)則，故當(dāng)前可得到的最大數(shù)據(jù)速率為6kb/s。一般數(shù)據(jù)率達(dá)不到其信道容量值。C=Wlog2(1+S/N)dB=10log10S/N例題：一個(gè)帶寬3kHZ的信道，信噪比為10分貝，二進(jìn)制編碼信號(hào)發(fā)送，問(wèn)當(dāng)前條件下信道能得到的最大數(shù)據(jù)速率是多少？2023/12/629傳輸媒體導(dǎo)向媒體非導(dǎo)向媒體2023/12/630導(dǎo)向傳輸媒體雙絞線屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)無(wú)屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)

同軸電纜50

同軸電纜75

同軸電纜光纜2023/12/631非屏蔽雙絞線UTP既能用于傳輸模擬信號(hào)，又能用于傳輸數(shù)字信號(hào)雙絞的作用：克服線擾2023/12/632特點(diǎn)：便宜、易安裝短距離(LAN)在EIA/TIA－568標(biāo)準(zhǔn)中，將雙絞線按電氣特性分為：三類、四類、五類

，最常用的是三類線和五類線，類號(hào)越高性能越好。3類：傳輸特性16MHz，數(shù)據(jù)速率可達(dá)16Mbps5類：傳輸特性100MHz，數(shù)據(jù)速率可達(dá)160Mbps2023/12/633

屏蔽雙絞線STP

雙絞線外有鋁箔包裹，于屏蔽干擾信號(hào),價(jià)格相對(duì)昂貴。

銅線聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層2023/12/634外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體同軸電纜

同軸電纜（CoaxialCable）的主要特性基帶同軸電纜（50Ω）：（BasebandCoaxialCable）傳輸數(shù)字信號(hào)，基帶傳輸速率10Mbps，常用于局域網(wǎng)的安裝和家庭CATV寬帶同軸電纜（75Ω）（BroadbandCoaxialCable）傳輸多路不同頻率的模擬信號(hào)，“寬帶系統(tǒng)”指采用頻分復(fù)用和模擬傳輸技術(shù)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)300M或450Mbps，100km，老的局域網(wǎng)和CATV主干網(wǎng)，目前在以太網(wǎng)中基本被淘汰有時(shí)稱作“六類線”帶寬超過(guò)100Mbps帶寬范圍：100K—500M2023/12/635同軸電纜（CoaxialCable）細(xì)纜T型頭2023/12/636同軸電纜（CoaxialCable）粗纜2023/12/637光纖（FiberOptics）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色層裝在塑料外殼內(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2023/12/638光纖電纜的主要特性依靠光波承載信息：一個(gè)光脈沖“1”

無(wú)光脈沖“0”高傳送速率（幾個(gè)－－幾十個(gè)Gbit/s），通信容量大傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸，傳輸5000英里而不需放大（不管是雙絞線還是同軸電纜在傳輸小于1英里時(shí)都需要電子放大）抗雷電和電磁干擾性能好，保密性好輕便

成本高、施工專業(yè)被認(rèn)為是“七類線”2023/12/639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）包層纖芯光線不斷全反射進(jìn)行傳輸2023/12/640光脈沖的產(chǎn)生發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器光電二極管2023/12/641單模光纖（single-modefiber）與多模光纖（multimodefiber）許多不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸每一束光線有一個(gè)不同的mode光脈沖展寬，失真適合于近距離傳輸直徑只有一個(gè)光的波長(zhǎng)衰減較小傳輸距離遠(yuǎn)制造成本高發(fā)光源昂貴2023/12/642非導(dǎo)向傳輸媒體無(wú)線傳輸所使用的頻段很廣。短波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

2023/12/643信道復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用的目的：充分利用通信線路帶寬，提高信道利用率。當(dāng)物理信道的可用帶寬超過(guò)單個(gè)原始信號(hào)所需的帶寬時(shí)，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)固定帶寬的子信道，每個(gè)子信道用于傳輸一路信號(hào)。這種多路信號(hào)共用一個(gè)信道的技術(shù)稱為信道復(fù)用技術(shù)。2023/12/644信道復(fù)用示意圖終端終端終端終端終端終端多路復(fù)用器多路復(fù)用器信道2023/12/645常用的多路復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用FDMFrequencyDivisionMultiplexing時(shí)分復(fù)用TDMTimeDivision

Multiplexing

碼分復(fù)用CDMCodeDivisionMultiplexing

2023/12/646頻率時(shí)間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率5

頻分復(fù)用FDM各路信號(hào)利用不同的頻段同時(shí)進(jìn)行傳輸2023/12/647

時(shí)分復(fù)用TDM各路信號(hào)可利用相同的頻段分時(shí)占用信道頻率時(shí)間BCBCBCAAAABCDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀2023/12/648

時(shí)分復(fù)用的缺限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)2023/12/649

統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM(StatisticTDM)也稱異步時(shí)分復(fù)用用戶ABCDabcdttttt3個(gè)STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用不固定分配時(shí)隙,按需動(dòng)態(tài)分配時(shí)間片,因此可以提高信道利用率。采用STDM的各信號(hào)在每個(gè)時(shí)隙中都必須攜帶地址信息。分組交換采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)2023/12/650

碼分復(fù)用CDM又叫碼分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。特點(diǎn)：每個(gè)用戶可以在同樣的時(shí)間使用同樣的頻率進(jìn)行通信。各個(gè)用戶的信號(hào)不是靠頻率不同或時(shí)隙不同來(lái)區(qū)分，而是用各自不同的地址碼序列來(lái)區(qū)分，或者說(shuō)是靠信號(hào)的不同波形來(lái)區(qū)分。2023/12/651

碼分復(fù)用原理

每個(gè)比特劃分為m個(gè)時(shí)間片，稱為碼片使用CDMA的每個(gè)站分配一個(gè)唯一的m個(gè)碼片序列，發(fā)送1時(shí)，就發(fā)送該序列，發(fā)送0時(shí)則發(fā)其反碼。例如，當(dāng)m取8時(shí)，S用戶的m序列為00011011，當(dāng)發(fā)送1和0時(shí)，發(fā)送序列分別是：0001101111100100發(fā)1：發(fā)0：碼片序列的表示方法：如發(fā)1的碼片序列表示為：-1-1-1+1+1-1+1+12023/12/652

碼片選擇的條件各用戶的碼片不但要唯一而且要互相正交(各向量?jī)?nèi)積為0)。如任意兩用戶S和T，ST和ST-1都應(yīng)為0,例如：S:00011110與T：00000011互相正交碼片向量與該向量?jī)?nèi)積為1，與該向量反碼內(nèi)積為-1。

1mST=1mST-1=1mSS-1=1mSS=SiSiSiSi限定的目的是便于信號(hào)的提取2023/12/653CDMA原理：S站的碼片序列S110tttttm

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計(jì)算S

(Sx+Tx

)=1表示收到1,=-1表示收到0數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端2023/12/654應(yīng)用舉例：設(shè)有4個(gè)站進(jìn)行碼分多址CDMA通信，4個(gè)站的碼片分別為：A：-1-1-1＋1＋1-1＋1＋1B：-1-1＋1-1＋1＋1＋1-1C：-1＋1-1＋1＋1＋1-1-1D：-1＋1-1-1-1-1＋1-1現(xiàn)收到碼片序列：-1＋1-3＋1-1-3＋1＋1，問(wèn)哪個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)了，發(fā)0還是1？對(duì)于A：(1-1+3+1-1+3+1+1)/8＝1，因此A發(fā)送了“1”。2023/12/655

波分復(fù)用WDMWDM（WavelengthDivisionMultiplexing

波分復(fù)用實(shí)際上是光的頻分多路復(fù)用，是在一條光纖中用不同顏色的光波來(lái)傳輸信號(hào)。2023/12/656數(shù)字傳輸系統(tǒng)早期電話網(wǎng)，從用戶到市話局間采用獨(dú)占的模擬傳輸方式，長(zhǎng)途干線采用頻分復(fù)用的模擬傳輸方式隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，長(zhǎng)途干線改用時(shí)分復(fù)用的數(shù)字傳輸方式，而用戶到市局間傳輸方式不變?cè)跀?shù)字傳輸系統(tǒng)中，有兩種數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)，一種叫“準(zhǔn)同步數(shù)字系列”(PlesiochronousDigitalHierarchy)，簡(jiǎn)稱PDH；另一種叫“同步數(shù)字系列”(SynchronousDigitalHierarchy)，簡(jiǎn)稱SDH

2023/12/657數(shù)字傳輸系統(tǒng)采用準(zhǔn)同步(PDH)的系統(tǒng)，是在數(shù)字通信網(wǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都分別設(shè)置高精度的時(shí)鐘，這些時(shí)鐘的信號(hào)都具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)速率。盡管每個(gè)時(shí)鐘的精度都很高，但總還是有一些微小的差別。為了保證通信的質(zhì)量，要求這些時(shí)鐘的差別不能超過(guò)規(guī)定的范圍。因此，這種同步方式嚴(yán)格來(lái)說(shuō)不是真正的同步，所以叫做“準(zhǔn)同步”。2023/12/658數(shù)字傳輸系統(tǒng)在以往的電信網(wǎng)中，多使用PDH設(shè)備。但PDH標(biāo)準(zhǔn)已不能適合現(xiàn)代電信業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)及管理的需求。PDH主要缺點(diǎn)如下：速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一：由于歷史上的原因，

有兩個(gè)互不兼容的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的T1標(biāo)準(zhǔn)和歐洲的E1標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)采用的是E1標(biāo)準(zhǔn)。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，在準(zhǔn)同步系統(tǒng)中，由于各支路信號(hào)的時(shí)鐘頻率有一定的偏差，給時(shí)分復(fù)用和分用帶來(lái)很多麻煩，數(shù)據(jù)傳輸率越高，收發(fā)雙方時(shí)鐘同步越困難。2023/12/659數(shù)字傳輸系統(tǒng)沒(méi)有國(guó)際上統(tǒng)一的光接口規(guī)范，制約了光纖通信技術(shù)發(fā)展。SDH是為滿足新需求而出現(xiàn)的傳輸體系。最早提出SDH概念的是美國(guó)貝爾通信研究所，稱為光同步網(wǎng)絡(luò)(SONET)。目的是在光路上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，便于不同廠家的產(chǎn)品能在光路上互通，從而提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性。1988年，CCITT以SONET為基礎(chǔ)，制定出“同步數(shù)字系列SDH”，使它不僅適用于光纖，也適用于微波和衛(wèi)星傳輸技術(shù)。

2023/12/660SDH主要優(yōu)點(diǎn)統(tǒng)一的比特率，統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，為不同廠家設(shè)備間的互聯(lián)提供了可能。網(wǎng)絡(luò)管理能力大大加強(qiáng)。提出了自愈網(wǎng)的新概念。用SDH設(shè)備組成的帶有自愈保護(hù)能力的環(huán)網(wǎng)形式，可以在傳輸媒體主信號(hào)被切斷時(shí)，自動(dòng)通過(guò)自愈網(wǎng)恢復(fù)正常通信。采用字節(jié)復(fù)接技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)中上下支路信號(hào)變得十分簡(jiǎn)單。由于SDH具有顯著優(yōu)點(diǎn)，目前骨干光傳輸網(wǎng)絡(luò)都采用SDH標(biāo)準(zhǔn)。但在與骨干網(wǎng)相連接的支路和叉路上，PDH標(biāo)準(zhǔn)仍有用武之地。

2023/12/661脈碼調(diào)制PCM原理模擬話音通過(guò)數(shù)字信道傳輸需進(jìn)行編碼，編碼原理如下：2023/12/662模擬語(yǔ)音到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼原理標(biāo)準(zhǔn)電話信號(hào)的最高頻率為3.4kHz采樣頻率取8kHz采用8位二進(jìn)制數(shù)編碼一路標(biāo)準(zhǔn)PCM信號(hào)速率為64Kb/s（8000*8）2023/12/663國(guó)際上有兩個(gè)不兼容的標(biāo)準(zhǔn)，北美的24路PCM(T1)，和歐洲的30/32路PCM(E1)。T1和E1是PDH的兩個(gè)不同的速率標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)采用的是E1標(biāo)準(zhǔn),速率是2.048Mb/s.

PCM封裝成幀標(biāo)準(zhǔn)為了有效地利用傳輸線路，通常將多個(gè)話路的PCM信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用組裝成幀，然后再送到線路上一幀一幀的傳輸2023/12/6642.048Mb/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=125us(1/8000)s15個(gè)話路15個(gè)話路E1的時(shí)分復(fù)用幀2023/12/665E1標(biāo)準(zhǔn)

CH0用作幀同步用，CH16用來(lái)傳送信令。供用戶使用的是30個(gè)話路，E1的一個(gè)幀為32*8bit,每秒傳送8000幀,因此PCM一次群E1數(shù)據(jù)率為：

8000*32*8=2.048Mb/s

四個(gè)一次群E1合成為一個(gè)二次群E2，速率為8.192Mb/s2023/12/666T1標(biāo)準(zhǔn)24路音頻信道復(fù)用在一條通信線路上；采樣8000次/秒；8位編碼，其中7位是數(shù)據(jù)位，1位用于信道控制；24路PCM信號(hào)輪流將8位數(shù)據(jù)插入到幀中；每幀由24×8=192位組成，另附加一位作為幀開(kāi)始標(biāo)志位，所以每幀共有193位；發(fā)送一幀需要1/8000秒；T1載波的數(shù)據(jù)傳輸速率為8000*193=1.544Mb/s。2023/12/667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。第1級(jí)同步傳送信號(hào)

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

OC-1，OC表示OpticalCarrier。2023/12/668

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。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。2023/12/669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/s466.560OC-9/STS-9STM-3622.080OC-12/STS-12STM-4622Mb/s933.120OC-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/s39813.120OC-768/STS-768STM-25640Gb/sSONET的OC級(jí)/STS級(jí)與SDH的STM級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系2023/12/670SONET的體系結(jié)構(gòu)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(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)2023/12/671SONET標(biāo)準(zhǔn)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。

2023/12/672網(wǎng)絡(luò)接入有線接入： 住宅接入，將家庭主機(jī)接入因特網(wǎng) 公司接入，將商業(yè)或教育機(jī)構(gòu)的主機(jī)接入因特網(wǎng)無(wú)線接入:這些分類不是很嚴(yán)格,如某些公司主機(jī)可能使用我們認(rèn)為屬于住宅接入的接入技術(shù),反之亦然。2023/12/673住宅接入窄帶接入：撥號(hào)上網(wǎng)（56Kb/s），窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)N-ISDNintergratedservicesdigitalnetwork

（128Kb/s）寬帶接入：數(shù)字用戶線xDSLdigitalsubscriberline，混合光纖同軸網(wǎng)HFChybridfibercoax

，光纖到…FTTxFiberToThe

x2023/12/674寬帶接入技術(shù)

xDSL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的范圍內(nèi)，但用戶線本身實(shí)際可通過(guò)的信號(hào)頻率超過(guò)1MHz。xDSL技術(shù)把0-4kHz低頻段留給傳統(tǒng)電話使用，而把原來(lái)沒(méi)有被利用的高頻段留給用戶上網(wǎng)使用。DSL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。2023/12/675xDSL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：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）。2023/12/676ADSL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需在用戶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。通常下行數(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。2023/12/677DMT(DiscreteMulti-Tone)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，并使用不同的載波（即不同的音調(diào)）進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。將數(shù)據(jù)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)分配給每個(gè)子信道，實(shí)現(xiàn)在約1MHZ頻帶內(nèi)達(dá)到6Mb/s傳輸速率。2023/12/678DMT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)~40~138~11002023/12/679ADSL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至本地電話交換機(jī)PSPS數(shù)字用戶線接入復(fù)用器DSLAM(DSLAccessMultiplexer)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)

利用了頻分復(fù)用2023/12/680第二代ADSL

ADSL2和ADSL2+通過(guò)提高調(diào)制效率得到更高的數(shù)據(jù)率。例如，ADSL2要求至少應(yīng)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(kuò)展至2.2MHz，下行速率可達(dá)16Mb/s（最大傳輸速率可達(dá)25Mb/s），而上行速率可達(dá)800kb/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。2023/12/681混合光纖同軸網(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(kāi)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)。下行速率一般在3-10Mb/s，最高可達(dá)30Mb/s，上行速率一般為0.2-2Mb/s。2023/12/682HFC網(wǎng)同軸電纜頭端光纖代替CATV網(wǎng)中的同纜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)每個(gè)家庭要安裝一個(gè)用戶接口盒用戶接口盒要提供三種連接，即：使用同軸電纜連接到機(jī)頂盒(set-topbox)，然后再連接到用戶的電視機(jī)。使用雙絞線連接到用戶的電話機(jī)。使用電纜調(diào)制解調(diào)器連接到用戶的計(jì)算機(jī)。2023/12/683HFC網(wǎng)具有比CATV網(wǎng)更寬的頻譜，且具有雙向