计算机网络第二章物理层华北电力大学科技学院ppt课件

1、张长明张长明hdjsjwl126hdjsjwl126ncepubdncepubd第第 2 章章 物理层物理层2.1 物理层的根本概念物理层的根本概念2.2 数据通讯的根底知识数据通讯的根底知识2.3 物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体2.4 信道复用技术信道复用技术2.5 数字传输系统数字传输系统2.6 宽带接入技术宽带接入技术2.1 2.1 物理层的根本概念物理层的根本概念1 1、物理层关注的内容是什么？、物理层关注的内容是什么？物理层思索的是怎样才干在衔接各种计算机的传物理层思索的是怎样才干在衔接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指详细的传输输媒体上传输数据比特流，而不是指

2、详细的传输媒体。媒体。2 2、为什么要设置物理层？、为什么要设置物理层？现有的计算机网络中的硬件设备和传输媒体种类现有的计算机网络中的硬件设备和传输媒体种类繁多，通讯手段也有多种不同方式。物理层的作繁多，通讯手段也有多种不同方式。物理层的作用就是尽能够屏蔽多样性带来的差别，使数据链用就是尽能够屏蔽多样性带来的差别，使数据链路层只需思索如何完本钱层的协议和效力，无需路层只需思索如何完本钱层的协议和效力，无需思索详细传输媒体。思索详细传输媒体。3 3、物理层的主要义务：确定与传输媒体的接口、物理层的主要义务：确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即有关的一些特性，即 机械特性：指明接口所用接线器的外

3、形和尺寸、机械特性：指明接口所用接线器的外形和尺寸、引线数目和陈列、固定和锁定安装等等。引线数目和陈列、固定和锁定安装等等。电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。压的范围。功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。表示何种意义。过程特性：指明对于不同功能的各种能够事件的过程特性：指明对于不同功能的各种能够事件的出现顺序。出现顺序。 4 4、物理层还要完成并、串行传输方式的转换。、物理层还要完成并、串行传输方式的转换。2.2 2.2 数据通讯的根底知识数据通讯的根底知识2.2.1 2.

4、2.1 数据通讯系统的模型数据通讯系统的模型传输系统输入信息输入数据发送的信号接纳的信号输出数据源点终点发送器接纳器源系统目的系统传输系统输出信息数据通讯系统调制解调器PC 机公用网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 输入汉字显示汉字PC 机数据通讯系统模型举例1 1、几个术语、几个术语数据数据运送音讯的实体。运送音讯的实体。模拟数据模拟数据取值为延续数值的数据。取值为延续数值的数据。数字数据数字数据取值为离散数值的数据。取值为离散数值的数据。信号信号数据的电气的或电磁的表现。数据的电气的或电磁的表现。 模拟信号模拟信号代表音讯的参数的取值是延续的。代表音讯的参数的取值是延续的。

5、数字信号数字信号代表音讯的参数的取值是离散的。代表音讯的参数的取值是离散的。 码元码元在运用时间域简称为时域的波形表在运用时间域简称为时域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的根本波形。示数字信号时，代表不同离散数值的根本波形。2 2、模拟的和数字的数据、信号、模拟的和数字的数据、信号 模拟数据模拟信号放大器调制器模拟数据数字信号 PCM编码器数字数据模拟信号调制器数字数据数字信号 数字发送器2.2.2 2.2.2 有关信道的几个根本概念有关信道的几个根本概念1 1、信道：表示向某一方向传送信息的媒体。、信道：表示向某一方向传送信息的媒体。2 2、三种信息交互方式：、三种信息交互方式：单向通

6、讯单工通讯单向通讯单工通讯只能有一个方向的通只能有一个方向的通讯而没有反方向的交互。讯而没有反方向的交互。双向交替通讯半双工通讯双向交替通讯半双工通讯通讯的双方都通讯的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送可以发送信息，但不能双方同时发送( (当然也就当然也就不能同时接纳不能同时接纳) )。双向同时通讯全双工通讯双向同时通讯全双工通讯通讯的双方可通讯的双方可以同时发送和接纳信息。以同时发送和接纳信息。 3 3、基带、基带(baseband)(baseband)信号和带通信号和带通(band pass)(band pass)信号信号基带信号即根本频带信号基带信号即根本频带信号信源发出的没信源发出

7、的没有经过调制的原始电信号有经过调制的原始电信号 。像计算机输出的代。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。号。基带信号特征：往往包含有较多的低频成分，甚基带信号特征：往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分。至有直流成分。基带信号的两种调制方法：基带信号的两种调制方法：基带调制：仅对基带信号的波形进展变换。基带调制：仅对基带信号的波形进展变换。带通调制：运用载波进展调制，把基带信号的频带通调制：运用载波进展调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段。率范围搬移到较高的频段。带通讯号带通讯号经过载波调制的信号称为带通讯号。经过载

8、波调制的信号称为带通讯号。4 4、几种调制方法、几种调制方法1 1最根本的调制方法：最根本的调制方法：调幅调幅(AM)(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。：载波的振幅随基带数字信号而变化。 调频调频(FM)(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。：载波的频率随基带数字信号而变化。调相调相(PM)(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变：载波的初始相位随基带数字信号而变化。化。 最根本的二元制调制方法：010011100基带信号调频调相调幅载波2 2正交振幅调制正交振幅调制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) QAM(Quadrature Ampl

9、itude Modulation) r(r, )每一个码元可表示的比特数越多，那么在接纳端进展解调时要正每一个码元可表示的比特数越多，那么在接纳端进展解调时要正确识别每一种形状就越困难。确识别每一种形状就越困难。 由于由于4 bit 4 bit 编码共有编码共有16 16 种不同的种不同的组合，因此这组合，因此这 16 16 个点中的每个个点中的每个点可对应于一种点可对应于一种 4 bit 4 bit 的编码。的编码。 可供选择的相位有可供选择的相位有 12 12 种，种，而对于每一种相位有而对于每一种相位有 1 1 或或2 2 种振幅可供选择。种振幅可供选择。 举例2.2.3 2.2.3 信

10、道的极限容量信道的极限容量任何实践的信道都不是理想的，在传输信号时会任何实践的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真。产生各种失真。实践的信道带宽受限、有噪声、干扰和失真发送信号波形接纳信号波形有失真，但可识别有失真，但可识别发送信号波形实践的信道带宽受限、有噪声、干扰和失真接纳信号波形失真大，无法识别失真大，无法识别n码元传输的速率越高，或信号传输的间隔越远，在信码元传输的速率越高，或信号传输的间隔越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。道的输出端的波形的失真就越严重。n限制码元在信道上的传输速率的要素有限制码元在信道上的传输速率的要素有n信道可以经过的频率范围信道可以经过的频率范围

11、n信噪比信噪比1 1、信道可以经过的频率范围、信道可以经过的频率范围任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否那任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否那么就会出现码间串扰的问题，使接纳端对码元的么就会出现码间串扰的问题，使接纳端对码元的判决即识别成为不能够。判决即识别成为不能够。1924 1924 年，奈奎斯特年，奈奎斯特(Nyquist)(Nyquist)推导出著名的奈氏推导出著名的奈氏准那么准那么, ,给出了在假定的理想条件下，为了防止给出了在假定的理想条件下，为了防止码间串扰，码元传输速率的上限值。码间串扰，码元传输速率的上限值。 奈氏奈氏(Nyquist)(Nyquist)准那么准那么

12、 1 1理想低通讯道的最高码元传输速率理想低通讯道的最高码元传输速率 = 2W Baud = 2W Baud W W 是理想低通讯道的带宽，单位为赫是理想低通讯道的带宽，单位为赫(Hz) (Hz) Baud Baud 是波特，是码元传输速率的单位，是波特，是码元传输速率的单位，1 1 波特为每波特为每秒传送秒传送 1 1 个码元。个码元。 另一种表述：每赫带宽的理想低通讯道的最高码另一种表述：每赫带宽的理想低通讯道的最高码元传输速率是每秒元传输速率是每秒 2 2 个码元。个码元。不能经过能经过0频率(Hz)W (Hz) 2理想带通特性信道的最高码元传输速率 = W Baud W 是理想带通讯道

13、的带宽，单位为赫(Hz) 另一种表述：每赫带宽的理想带通讯道的最高码元传输速率是每秒 1 个码元。不能经过能经过0频率(Hz)W (Hz) 不能经过需求留意的问题：需求留意的问题：实践的信道所能传输的最高码元速率，要明显地低于奈实践的信道所能传输的最高码元速率，要明显地低于奈氏准那么给出的上限数值。氏准那么给出的上限数值。波特波特(Baud)(Baud)和比特和比特(bit)(bit)是两个不同的概念。是两个不同的概念。 波特是码元传输的速率单位每秒传多少个码元。码波特是码元传输的速率单位每秒传多少个码元。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号

14、速率。比特是信息量的单位。比特是信息量的单位。信息传输速率信息传输速率“比特比特/ /秒秒与码元传输速率与码元传输速率“波特波特在数在数量上有一定关系。量上有一定关系。假设假设1 1个码元只携带个码元只携带1 bit1 bit的信息量，那么的信息量，那么“比特比特/ /秒秒和和“波特波特在数值上相等。在数值上相等。假设假设 1 1 个码元携带个码元携带 n bit n bit 的信息量，那么的信息量，那么M BaudM Baud的码的码元传输速率所对应的信息传输速率为元传输速率所对应的信息传输速率为 M M n b/s n b/s。2 2、信噪比、信噪比噪声会影响接纳端对码元的判决，但影响是相

15、对噪声会影响接纳端对码元的判决，但影响是相对的：假设信号相对较强，那么噪声影响相对的：假设信号相对较强，那么噪声影响相对较小。较小。香农公式给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的香农公式给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无过失的信息传输速率。信道的极限、无过失的信息传输速率。信道的极限信息传输速率信道的极限信息传输速率 C C 可表达为可表达为 C = W log2(1+S/N) b/s C = W log2(1+S/N) b/s ，其中，其中W W 为信道的带宽以为信道的带宽以 Hz Hz 为单位；为单位；S S 为信道内所传信号的平均功率；为信道内所传信号的平均功率；N N 为信道

16、内部的高斯噪声功率。为信道内部的高斯噪声功率。 对香农公式的了解：对香农公式的了解： 信道的带宽或信道中的信噪比越大，那么信息的极限信道的带宽或信道中的信噪比越大，那么信息的极限传输速率就越高。传输速率就越高。 香农公式意义：只需信息传输速率低于信道的极限传香农公式意义：只需信息传输速率低于信道的极限传输速率，就一定能找到某种方法来实现无过失的传输。输速率，就一定能找到某种方法来实现无过失的传输。 实践信道上可以到达的信息传输速率要比香农的极限实践信道上可以到达的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。传输速率低不少。2.3 2.3 物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体传输媒体指数据传输

17、系统中在发送器和接纳器之传输媒体指数据传输系统中在发送器和接纳器之间的物理通路，也称为传输介质、传输媒介。间的物理通路，也称为传输介质、传输媒介。2.3.1 2.3.1 导向传输媒体导向传输媒体双绞线双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) STP (Shielded Twisted Pair)无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) UTP (Unshielded Twisted Pair) 同轴电缆同轴电缆50 50 同轴电缆同轴电缆75 75 同轴电缆同轴电缆光缆光缆 一、双绞线一、双绞线把两根相互绝缘

18、的铜导线并排放在一同，然后用把两根相互绝缘的铜导线并排放在一同，然后用规那么的方法绞合起来就构成了双绞线，也规那么的方法绞合起来就构成了双绞线，也称为双扭线。称为双扭线。模拟传输和数字传输都可用，通讯间隔普通为几模拟传输和数字传输都可用，通讯间隔普通为几到十几公里。到十几公里。间隔太长时要加放大器以便将衰减了的信号放大间隔太长时要加放大器以便将衰减了的信号放大到适宜的数值到适宜的数值(对于模拟传输对于模拟传输)，或者加上中继，或者加上中继器以便将失真了的数字信号进展整形，再转器以便将失真了的数字信号进展整形，再转发。发。导线越粗，通讯间隔越远，价钱也越高。导线越粗，通讯间隔越远，价钱也越高。通

19、常将一定数量双绞线捆成电缆，在其外面加上护套。通常将一定数量双绞线捆成电缆，在其外面加上护套。为了提高双绞线的抗电磁干扰才干，可在双绞线的外为了提高双绞线的抗电磁干扰才干，可在双绞线的外面再加上一层用金属丝编织成的屏蔽层，这就是屏蔽面再加上一层用金属丝编织成的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线。双绞线。铜线聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层屏蔽双绞线 STP铜线聚氯乙烯套层绝缘层无屏蔽双绞线 UTP二、同轴电缆二、同轴电缆同轴电缆由内导体铜质芯线同轴电缆由内导体铜质芯线(单股实心线或多股单股实心线或多股绞合线绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及维护塑料外层所组成。以及维护塑

20、料外层所组成。主要有两类同轴电缆：主要有两类同轴电缆：50 同轴电缆，主要用于传输基带信号。同轴电缆，主要用于传输基带信号。75 同轴电缆，主要用于模拟传输系统。同轴电缆，主要用于模拟传输系统。外导体屏蔽层绝缘层绝缘维护套层内导体三、光缆三、光缆光纤通讯：就是利用光导纤维光纤通讯：就是利用光导纤维(简称光纤简称光纤)传送光传送光脉冲来进展通讯。脉冲来进展通讯。有光脉冲为有光脉冲为1无光脉冲为无光脉冲为0光纤是光纤通讯的传输媒体。光纤是光纤通讯的传输媒体。在发送端有光源，可采用发光二极管或半导体激在发送端有光源，可采用发光二极管或半导体激光器，在电脉冲的作用下产生出光脉冲。光器，在电脉冲的作用下

21、产生出光脉冲。在接纳端利用光电二极管做成光检测器，在检测在接纳端利用光电二极管做成光检测器，在检测到光脉冲时可复原出电脉冲。到光脉冲时可复原出电脉冲。 光纤的构成：通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，光纤的构成：通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成的双层同心圆柱体。纤芯很细，主要由纤芯和包层构成的双层同心圆柱体。纤芯很细，其直径只需其直径只需8 100 m。 光线在光纤中的传输原理：包层较纤芯有较低的折射光线在光纤中的传输原理：包层较纤芯有较低的折射率。当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，率。当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角，假设入射角足

22、够大，就会构其折射角将大于入射角，假设入射角足够大，就会构成全反射。这个过程不断反复，光也就沿着光纤传播成全反射。这个过程不断反复，光也就沿着光纤传播下去。下去。包层纤芯折射角入射角 包层低折射率的媒体包层低折射率的媒体 纤芯高折射率的媒体 多模光纤与单模光纤多模光纤与单模光纤 只需从纤芯中射到纤芯外表的光线的入射角大于某一只需从纤芯中射到纤芯外表的光线的入射角大于某一个临界角度，就可产生全反射，因此可以存在多条不个临界角度，就可产生全反射，因此可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。这种光纤就称同角度入射的光线在一条光纤中传输。这种光纤就称为多模光纤。为多模光纤。 假设光纤的直径减小

23、到只需一个光的波长，那么光纤假设光纤的直径减小到只需一个光的波长，那么光纤就像一根波导那样，它可使光线不断向前传播，而不就像一根波导那样，它可使光线不断向前传播，而不会产生多次反射。这样的光纤就称为单模光纤。会产生多次反射。这样的光纤就称为单模光纤。输入脉冲输出脉冲单模光纤多模光纤与单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤2.3.2 2.3.2 非导向传输媒体非导向传输媒体无线传输所运用的频段很广，目前常用的有：无无线传输所运用的频段很广，目前常用的有：无线电波短波、微波、红外线和激光线电波短波、微波、红外线和激光 。无线电短波通讯主要是靠电离层的反射，但短波无线电短波通讯主要是靠电

24、离层的反射，但短波信道的通讯质量较差。信道的通讯质量较差。微波在空间主要是直线传播。微波在空间主要是直线传播。 地面微波接力通讯地面微波接力通讯卫星通讯卫星通讯激光通讯：利用激光传输信息的通讯方式激光通讯：利用激光传输信息的通讯方式 ，按，按传输媒体的不同可分为传输媒体的不同可分为“大气激光通讯大气激光通讯和和“光纤通讯光纤通讯。红外线通讯：利用红外线传输信息的方式，用于红外线通讯：利用红外线传输信息的方式，用于视距通讯及遥控。如电视遥控器、笔记本、视距通讯及遥控。如电视遥控器、笔记本、手机等。手机等。2.4 信道复用技术信道复用技术信道定义：通俗地说，信道是指以传输媒介为根信道定义：通俗地说

25、，信道是指以传输媒介为根底的信号通道。详细地说是指由有线或无线底的信号通道。详细地说是指由有线或无线线路提供的信号通道。线路提供的信号通道。信道复用：为了提高信道的利用率，使多路信号信道复用：为了提高信道的利用率，使多路信号沿同一信道传输而相互不干扰的技术。沿同一信道传输而相互不干扰的技术。共享信道信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2复用器分用器(a) 不运用复用技术(b) 运用复用技术复用器：未来自假设干单独分信道的独立信号复合起复用器：未来自假设干单独分信道的独立信号复合起来，在一公共信道的同一方向上进展传输的设备。来，在一公共信道的同一方向上进展传输的设备。 分用

26、器：恢复复用信号中的合成信号，并将这些信号分用器：恢复复用信号中的合成信号，并将这些信号在各自独立的信道中复原的设备。在各自独立的信道中复原的设备。 共享信道A1A2B1B2C1C2复用器分用器2.4.1 2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用1 1、频分复用、频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing) FDM(Frequency Division Multiplexing)频分复用原理：在物理信道的可用带宽超越了单个原始频分复用原理：在物理信道的可用带宽超越了单个原始信号所需带宽情况下，可将物理信道的带宽分割成假信

27、号所需带宽情况下，可将物理信道的带宽分割成假设干个与传输单个信号带宽一样或略宽的子信道，设干个与传输单个信号带宽一样或略宽的子信道，然后在每个子信道上传输一路信号，以实如今同一信然后在每个子信道上传输一路信号，以实如今同一信道中传输多路信号。道中传输多路信号。频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 52.4.1 2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用1 1、频分复用、频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing) FDM(Frequency Division Multiplexing)频分复用特点：频分复用特点：一

28、切用户在同样的时间占用不同的带宽资源请留意，一切用户在同样的时间占用不同的带宽资源请留意，这里的这里的“带宽带宽是频率带宽。是频率带宽。用户在分配到一定的频带后，在通讯过程中自始至终都用户在分配到一定的频带后，在通讯过程中自始至终都占用这个频带。占用这个频带。频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 52、时分复用、时分复用TDM(Time Division Multiplexing)时分复用：将时间划分为一段段等长的时分复用帧时分复用：将时间划分为一段段等长的时分复用帧TDM 帧。每一个时分复用的用户在每一个帧。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。帧中占用固定序

29、号的时隙。频率时间B C DB C DB C DB C DAAAAA 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧2、时分复用、时分复用TDM(Time Division Multiplexing)时分复用：将时间划分为一段段等长的时分复用帧时分复用：将时间划分为一段段等长的时分复用帧TDM 帧。每一个时分复用的用户在每一个帧。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。帧中占用固定序号的时隙。频率时间C DC DC DBBBB C DAAAAB 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧2、时分复用、时分复用

30、TDM(Time Division Multiplexing)时分复用：将时间划分为一段段等长的时分复用帧时分复用：将时间划分为一段段等长的时分复用帧TDM 帧。每一个时分复用的用户在每一个帧。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。帧中占用固定序号的时隙。频率时间BDBDBDBCCCC DAAAAC 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧2、时分复用、时分复用TDM(Time Division Multiplexing)时分复用：将时间划分为一段段等长的时分复用帧时分复用：将时间划分为一段段等长的时分复用帧TDM 帧。每一个时分复用

31、的用户在每一个帧。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。帧中占用固定序号的时隙。频率时间BBBBCCCCDDDDAAAAD 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧时分复用特点：时分复用特点：每一个用户所占用的时隙是周期性地出现其周期每一个用户所占用的时隙是周期性地出现其周期就是就是 TDM帧的长度。帧的长度。时分复用的一切用户是在不同的时间占用同样的频时分复用的一切用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。带宽度。时分复用的缺乏：能够会呵斥线路资源的浪费！时分复用的缺乏：能够会呵斥线路资源的浪费！ 运用时分复用系统传送计算机数据时，由于

32、计算机运用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率普通数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率普通是不高的。是不高的。ABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3#4用户3、统计时分复用、统计时分复用 STDMStatistic TDM)统计时分复用是一种改良的时分复用，集中器常运用这统计时分复用是一种改良的时分复用，集中器常运用这种统计时分复用。集中器是衔接终端、计算机或通讯种统计时分复用。集中器是衔接终端、计算机或通讯设备的中心衔接点设备。设备的中心衔接点设备。统计时分复用运用统计时分复用运用STDM帧

33、传送复用的数据，但每一个帧传送复用的数据，但每一个STDM帧中的时隙数小于衔接在集中器上的用户数。帧中的时隙数小于衔接在集中器上的用户数。用户ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab b cac d#2#3统计时分复用集中器各用户数据随时发往集中器输入缓存，然后集中器依次扫描输各用户数据随时发往集中器输入缓存，然后集中器依次扫描输入缓存，假设有数据就放入入缓存，假设有数据就放入STDM帧，否那么跳过。一帧满就帧，否那么跳过。一帧满就发送。发送。STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态分配时隙，从而提帧不是固定分配时隙，而是按需动态分配时隙，从而提高线路的利用率。高线路的利用

34、率。某个用户所占用的时隙不是周期性出现，因此统计时分复用又某个用户所占用的时隙不是周期性出现，因此统计时分复用又称为异步时分复用，而普通的时分复用称为同步时分复用。称为异步时分复用，而普通的时分复用称为同步时分复用。统计时分复用的每个时隙中还必需有用户的地址信息。统计时分复用的每个时隙中还必需有用户的地址信息。用户ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab b cac d#2#3统计时分复用集中器2.4.2 2.4.2 波分复用波分复用WDM(Wavelength Division WDM(Wavelength Division Multiplexing)Multiplexi

35、ng)借助传统的载波的频分复用的概念，运用一根光纤来同时借助传统的载波的频分复用的概念，运用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号，使光纤的传输才传输多个频率很接近的光载波信号，使光纤的传输才干成倍提高。干成倍提高。由于光载波的频率很高，因此习惯上用波长而不用频率来由于光载波的频率很高，因此习惯上用波长而不用频率来表示所运用的光载波，由此得到波分复用的概念。表示所运用的光载波，由此得到波分复用的概念。最初人们只能在一根光纤上复用两路光载波信号，这种复最初人们只能在一根光纤上复用两路光载波信号，这种复用方式称为波分复用。用方式称为波分复用。如今可在一根光纤上复用如今可在一根光纤上复用808

36、0路或更多路的光载波信号，于路或更多路的光载波信号，于是运用了密集波分复用是运用了密集波分复用DWDMDWDM这一名词。这一名词。 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 波分复用举例波分复用举例 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km光调制器光解调器8 2.5 Gb/s1310

37、 nm2.4.3 2.4.3 码分复用码分复用CDMCDMCode Division MultiplexingCode Division Multiplexing更常用的叫法是码分多址更常用的叫法是码分多址 CDMA CDMA不同用户传输信息所用的信号不是根据频率不同或时隙不同用户传输信息所用的信号不是根据频率不同或时隙不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分。假不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分。假设从频域或时域来察看，多个设从频域或时域来察看，多个CDMACDMA信号是相互重叠的，信号是相互重叠的，接纳机用相关器可以在多个接纳机用相关器可以在多个CDMACDMA信号中检出其中运用

38、信号中检出其中运用预定码型的信号，其它运用不同码型的信号由于和接预定码型的信号，其它运用不同码型的信号由于和接纳机本地产生的码型不同而不能被解调。纳机本地产生的码型不同而不能被解调。 这种系统发送的信号有很强的抗干扰才干，其频谱类似这种系统发送的信号有很强的抗干扰才干，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。于白噪声，不易被敌人发现。 在在CDMA系统中，系统中，每一个比特时间划分为每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片个短的间隔，称为码片(chip)。每个站被指派一个独一的每个站被指派一个独一的 m bit 码片序列。码片序列。如发送比特如发送比特 1，那么发送本人的，那么发送本人的 m

39、 bit 码片序列。码片序列。如发送比特如发送比特 0，那么发送该码片序列的二进制反码。，那么发送该码片序列的二进制反码。 例如，例如，S 站的站的 8 bit 码片序列是码片序列是 00011011，那么，那么 发送比特发送比特 1 时，就发送序列时，就发送序列 00011011， 发送比特发送比特 0 时，就发送序列时，就发送序列 11100100。按惯例将码片序列中的按惯例将码片序列中的0写为写为-1，将，将1写为写为+1，那么，那么S 站的码片序列为站的码片序列为(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)。CDMA CDMA 的重要特点的重要特点1:1:每个站分配的码片序列不仅必需每个

40、站分配的码片序列不仅必需各不一样，并且还必需相互正交各不一样，并且还必需相互正交(orthogonal)(orthogonal)。码片序列的正交关系码片序列的正交关系 令向量令向量 S S 表示站表示站 S S 的码片向量，令的码片向量，令 T T 表表示其他任何站的码片向量。两个不同站的码片序列示其他任何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量正交，就是向量 S S 和和T T 的规格化内积都是的规格化内积都是 0 0：011miiiTSmTS(2-3)CDMACDMA的重要特点的重要特点2:2:任何一个码片向量和该码片向量任何一个码片向量和该码片向量本人的规格化内积都是本人的规格化

41、内积都是1 1 ；一个码片向量和该码片；一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是反码的向量的规格化内积值是 1 1。 mimiimiiimimiimiiimSmSSmmSmSSm11221112211) 1(1)(1)(11) 1(111SSSSCDMA CDMA 的任务原理的任务原理 S 站的码片序列 S110ttttttm 个码片tS 站发送的信号 SxT 站发送的信号 Tx总的发送信号 Sx + Tx规格化内积 S Sx规格化内积 S Tx数据码元比特发送端接收端2.5 数字传输系统数字传输系统1. 脉码调制脉码调制 PCM 体制体制脉码调制脉码调制 PCM 体制最初是为了在局之间

42、的中继体制最初是为了在局之间的中继线上传送多路的。线上传送多路的。由于历史上的缘由，由于历史上的缘由，PCM 有两个互不兼容的国有两个互不兼容的国际规范，即北美的际规范，即北美的 24 路路 PCM简称为简称为 T1和欧洲的和欧洲的 30 路路 PCM简称为简称为 E1。我国采。我国采用的是欧洲的用的是欧洲的 E1 规范。规范。E1 的速率是的速率是 2.048 Mb/s，而，而 T1 的速率是的速率是 1.544 Mb/s。采样周期 Tt信号t采样1001001111000010t编码t解码t复原模拟信号与数字信号的转换模拟信号与数字信号的转换 模拟信号与数字信号的转换模拟信号与数字信号的转

43、换 规范信号最高频率规范信号最高频率3.4kHz3.4kHz，根据采样原理，并，根据采样原理，并思索方便性，采样频率定为思索方便性，采样频率定为8kHz8kHz，即采样周期，即采样周期为为125 s125 s，一路每秒产生，一路每秒产生80008000离散脉冲信号。离散脉冲信号。 采用采用8 8位二进制编码，那么一路每秒产生的数位二进制编码，那么一路每秒产生的数据量为据量为800080008=640008=64000比特，即一个规范话路比特，即一个规范话路的模拟信号转换出的模拟信号转换出PCMPCM信号的速率为信号的速率为64kb/s64kb/s。 为了有效地利用传输线路，可将多个话路的为了有

44、效地利用传输线路，可将多个话路的PCM PCM 信号用时分复用信号用时分复用 TDM TDM的方法装成时分复用的方法装成时分复用帧，然后发送到线路上。帧，然后发送到线路上。E1 E1 的时分复用帧的时分复用帧 2.048 Mb/s传输线路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1时分复用帧T CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH08 bitt时分复用帧时分复用帧T = 125 s15 个话路15 个话路2. 同步光纤网同步光纤网 SONET 和同步数字系列和同步数字系列 SDHPCM数字传输系统存在着许多缺

45、陷。其中最主数字传输系统存在着许多缺陷。其中最主要的是以下两个方面：要的是以下两个方面： 速率规范不一致。假设不对数字传输速率进展规速率规范不一致。假设不对数字传输速率进展规范化，国际范围的高速数据传输就很难实现。范化，国际范围的高速数据传输就很难实现。 不是同步传输。在过去相当长的时间，为了节约不是同步传输。在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的数字网主要是采用准同步方式。经费，各国的数字网主要是采用准同步方式。 美国规范：同步光纤网美国规范：同步光纤网 SONET同步光纤网同步光纤网 SONET (Synchronous Optical Network) 的各级时钟都来自一个非常准确的主

46、时钟。的各级时钟都来自一个非常准确的主时钟。 SONET为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级构造，其传输速率以等级构造，其传输速率以51.84Mb/s为根底：为根底：此速率对于电信号称为第此速率对于电信号称为第 1 级同步传送信号级同步传送信号STS-1此速率对于光信号称为第此速率对于光信号称为第 1 级光载波级光载波 OC-1同步数字系列同步数字系列 SDHITU-T 以美国规范以美国规范 SONET 为根底，制定出国际规范为根底，制定出国际规范同步数字系列同步数字系列 SDH。普通可以为普通可以为 SDH 与与 SONET 是同义词。是同义词。主

47、要不同：主要不同：SDH 的根本速率为的根本速率为 155.52 Mb/s，称为第，称为第1级同步传送模块级同步传送模块 ，即，即 STM-1。线路速率线路速率(Mb/s)SONET符号符号ITU-T符号符号表示线路速率表示线路速率的常用近似值的常用近似值 51.840OC-1/STS-1 155.520OC-3/STS-3STM-1155 Mb/s 466.560OC-9/STS-9STM-3 622.080OC-12/STS-12STM-4622 Mb/s 933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-82488.320OC-48/STS-

48、48STM-162.5 Gb/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/s39813.120 OC-768/STS-768 STM-256 40 Gb/s SONET SONET 的的 OC OC 级级/STS /STS 级与级与 SDH SDH 的的 STM STM 级的对应关系级的对应关系 2.6 宽带接入技术宽带接入技术2.6.1 xDSL技术技术xDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟用户线技术就是用数字技术对现有的模拟用户线进展改造，使它可以承载宽带业务。进展改造，使它可以承载宽带业务。DSL 就是数字用

49、户线就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的的缩写。而缩写。而 DSL 的前缀的前缀 x 那么表示在数字用户那么表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。线上实现的不同宽带方案。虽然规范模拟信号的频带被限制在虽然规范模拟信号的频带被限制在 3003400 kHz 的范围内，但用户线本身实践可经过的的范围内，但用户线本身实践可经过的信号频率依然超越信号频率依然超越 1 MHz。xDSL 技术就把技术就把 04 kHz 低端频谱留给传统运用，低端频谱留给传统运用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网运用。网运用。xDSL 的几种类型的

50、几种类型ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称：非对称数字用户线数字用户线HDSL (High speed DSL)：高速数字用户线：高速数字用户线SDSL (Single-line DSL)：1 对线的数字用户线对线的数字用户线VDSL (Very high speed DSL)：甚高速数字用户线：甚高速数字用户线DSL ：ISDN 用户线用户线RADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自顺应：速率自顺应DSL，是，是ADSL的一个子集，可自动调理线路速率的一个子集，可自动调理线路速率2.6.2 光纤同轴混合网光纤同轴混合网HFC (Hybrid Fiber Coax)HFC 网是在目前覆盖面很广的有线电视网网是在目前覆盖面很广的有线电视网 CATV 的根底的根底上开发的一种居民宽带接入网。上开发的一种居民宽带接入网。HFC 网除可传送网除可传送 CATV 外，还提供、数据和其他宽带交外，还提供、数据和其他宽带交互型业务。互型业务。现有的现有的 CATV 网是树形拓扑构造的同轴电缆网络，它采网是树形拓扑构造的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目