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文档简介

1、计算机网络第 2 章 物理层第 2 章 物理层2.1 物理层的基本概念2.2 数据通信的基础知识2.2.1 数据通信系统的模型2.2.2 有关信道的几个基本概念2.2.3 信道的极限容量2.2.4 信道的极限信息传输速率2.3 物理层下面的传输媒体2.3.1 导向传输媒体2.3.2 非导向传输媒体第 2 章 物理层(续)2.4 信道复用技术 2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 2.4.2 波分复用 2.4.3 码分复用2.5 数字传输系统2.6 宽带接入技术 2.6.1 xDSL技术 2.6.2 光纤同轴混合网(HFC 网) 2.6.3 FTTx 技术2.1 物理层的基本概念物理层标

2、准规定了信号、连接器和电缆要求标准制定机构标准制定机构物理层的主要功能:n确定与某通信系统连接的传输媒体、连接接口和信号位传输效能特性-服务与协议(标准)。n机械特性机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。引线数目和排列、固定和锁定装置等等。n电气特性电气特性 指明连接线缆的指明连接线缆的各通信线各通信线上出现的上出现的信号类型及相关参数。(语法)信号类型及相关参数。(语法)n功能特性功能特性 指明指明某通信线某通信线上出现的某一信号状上出现的某一信号状态的意义。(语义)态的意义。(语义)n过程特性过程特性 指明对于不同功能

3、的各种可能事件指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。的出现顺序。 (同步、时序)(同步、时序)物理层的PDU名称-位(Bits)2.2 数据通信的基础知识2.2.1数据通信系统数据通信系统的模型的模型传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据源点终点发送器接收器调制解调器PC 机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 输入汉字显示汉字数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息PC 机数据通信的概念术语n数据:承载消息的实体(某种符号系统)。n信号:数据的电气的或电磁的表现。 n模拟信号:信号参数的取值是连续的。 n数字信号:信号参数的取值是离散的。 n码元:l承

4、载数据的基本信号单位称为码元。承载数据的基本信号单位称为码元。l用基于用基于时域时域的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形称的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形称为码元。为码元。l在数字通信中常常用在数字通信中常常用时间间隔相同时间间隔相同的符号来表示的符号来表示n位二进制数字,这样位二进制数字,这样的的时间间隔内时间间隔内的信号称为码元。的信号称为码元。 而这个间隔被称为码元长度。而这个间隔被称为码元长度。 l1码元可以携带码元可以携带nbit的信息量的信息量 。n通信通道:发送点向接收点传输物理信号的物理通道。物理信道中信号的表示形式示例 2.2.2 信道的基本概念n

5、单向通信(单工通信)信道:只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。n双向交替通信(半双工通信)信道:通信的双方都可以发送信息,但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。n双向同时通信(全双工通信)信道:通信的双方可以同时发送和接收信息。 基带(baseband)信号和带通(band pass)信号 n基带信号(即基本频带信号)来自信源的原本信号。数字信号具有基带信号的特征。 基带信号往往包含有较多的低频成分,甚至有直流成分,而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制(modulation)。 调制:用一种信号(基带信号)来控制(调)另一种信号(载波-便于在某种信道

6、传输的信号)的定式变化(制). n带通信号(宽带信号)用基带信号对载波调制后,把基带信号的(有效)频率范围搬移到一个较高的频率范围后的信号。该信号在规定的信号频段(信道)可与其它信号频段(信道)中的带通信号在同一媒体中传输。基带数字信号的几种最基本的调制方法 n调幅(AM):载波的振幅随基带数字信号而变化。 幅移键控幅移键控 ASK(Amplitude Shift Keying )n调频(FM):载波的频率随基带数字信号而变化。 频移键控频移键控 FSK (frequency shift keying )n调相(PM):载波的初始相位随基带数字信号而变化。 相移键控相移键控 PSK (Phas

7、e Shift Keying ) 基带数字信号ASK、FSK、PSK示例 010011100基带信号1. 调幅2.调频3.调相正交幅度调制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation) r(r, )可供选择的相位有 12 种,而对于每一种相位有 1 或2 种振幅可供选择。16种信号波形(码元) 由于4 bit 编码共有16 种不同的组合,因此这 16 个点中的每个点可对应于一种 4 bit 的编码。 若每一个码元可表示的比特数越多,则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难。 举例:16QAM信号的星座图2.2.3 信道的极限容量 n实际信道,在传输信号时因多

8、种干扰而产生失真。 n码元传输的速率越高,信号传输的距离越远,信号波形的失真就越严重。 实际的信道(带宽受限、有噪声、干扰和失真)发送信号波形接收信号波形发送信号波形实际的信道(带宽受限、有噪声、干扰和失真)接收信号波形限制码元在信道上传输速率因素:(1)信道能够通过的频率范围n1924 年,奈奎斯特(Nyquist) 的奈氏准则,给出了在理想条件下,为了避免码间串扰,码元的传输速率的上限值: C=2Hlog2(V) b/s , H:信道(低通滤波后的)带宽(以 Hz 为单位) V:信号码元的离散级别数n表明:如果信道的频带越宽,也就是能够通过的信号高频分量越多,那么就可以用更高的速率传送码元

9、而不出现码间串扰。 限制码元在信道上传输速率因素:(2) 信噪比 n信噪比 = 10log10(S/N) (dB)n香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率。n信道的极限信息传输速率 C 可表达为 C = W log2(1+S/N) b/s nW:信道带宽;nS :为信道内所传信号的平均功率;nN :为信道内部的高斯噪声功率。n表明:只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率,就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。编码编码n如信道频带宽度已确定的,信噪比不能再提高了,码元传输速率也达到了上限值,可用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信

10、息量。n编码:在将比特表达到介质上之前,对它进行的比特分组、代码映射等编码处理,改善数据传输的效率。n使用代码组的使用代码组的优点优点有:有:l 降低比特电平错误:编码考虑位同步。降低比特电平错误:编码考虑位同步。l 限制传输到介质中的效能:编码考虑限制传输到介质中的效能:编码考虑DC 平衡(平衡发送的平衡(平衡发送的 1 和和 0 数量)。数量)。 l 帮助甄别数据比特和控制比特:考虑数据和控制比特的编码(模式)区分。帮助甄别数据比特和控制比特:考虑数据和控制比特的编码(模式)区分。l 更有效地检测介质错误:利用无效编码模式检测错误更有效地检测介质错误:利用无效编码模式检测错误编码示例:NR

11、Z 信号n简单的信号方法(编简单的信号方法(编码),适用于低速数码),适用于低速数据链路。据链路。n不能有效使用带宽,不能有效使用带宽,且易受电磁干扰。且易受电磁干扰。l没有可用于同步发送没有可用于同步发送节点比特时间的跳变。节点比特时间的跳变。l连续传输长串连续传输长串 0 或或 1 时,单个比特位之间时,单个比特位之间的边界会模糊。的边界会模糊。l接收节点在这种情况接收节点在这种情况下,不能检测到介质下,不能检测到介质上的电压跳变。上的电压跳变。编码示例:曼彻斯特编码n曼彻斯特编码方案不是用简单的电压值来表示比特,而是用电压跳变来表示比特值n电压跳变在每个比特时间的中间发生。这种跳变可确保

12、接收节点的比特时间与发送节点的比特时间同步n曼彻斯特编码效率低,是 10BaseT 以太网采用的信号方法。编码示例: 4B/5B(信号模式组)2.3 物理层下面的传输媒体无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波 调幅无线电 调频无线电 海事无线电光纤电视(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动无线电 电

13、信领域使用的电磁波的频谱2.3.1 导向传输媒体信号传输受限于媒体(导体)路径n双绞线n屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)n无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP无屏蔽双绞线 UTP图示屏蔽双绞线 STP图示屏蔽双绞线电缆的典型应用双绞线线序常用双绞线绞合线类型带宽典型应用316MHz低速网络,模拟电话420MHz短距离的10BASE-T以太网5100MHz10BASE-T以太网,100快速以太网5E(超5类) 100MHz100BASE

14、-T快速以太网, 1000BASE-T吉比特以太网6250MHz1000BASE-T吉比特以太网,ATM网络7600MHz可能用于10吉比特以太网以太网物理介质特性双绞线连接器正确的连接器端接同轴电缆编织线外导体/屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体同轴电缆连接器同轴电缆连接器光纤介质常见的光纤连接器直通式光纤连接器直通式光纤连接器 (ST)(商标为(商标为 AT&T)- 一种一种很常见的刺刀型连接器,很常见的刺刀型连接器,广泛用于多模光纤。广泛用于多模光纤。用户连接器用户连接器 (SC) - 一种一种使用推拉机制确保正面插使用推拉机制确保正面插入的连接器。此类连接器入的连接器。此类连接器广

15、泛用于单模光纤。广泛用于单模光纤。朗讯连接器朗讯连接器 (LC) - 一一种广泛用于单模光纤种广泛用于单模光纤且支持多模光纤的小且支持多模光纤的小型连接器。型连接器。光线在光纤中的折射 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) 包层纤芯特点:低损耗、高带宽、高抗扰、无辐射、体积小、重量轻特点:低损耗、高带宽、高抗扰、无辐射、体积小、重量轻光纤的工作原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射有三个红外区域的电磁波段在纤芯中传输由较低的衰减: 0.85m,1.30 m ,1.55 m 输入脉冲输出脉冲单模光纤多模光纤与单模光

16、纤输入脉冲输出脉冲多模光纤多模光纤与单模光纤规格综合(结构化)布线系统 EIA/TIA-568(商用建筑物电信布线标准)GB50311-2007综合布线工程设计规范网络综合布线系统工程结构示意图 电信间FD与电话交换配线方式电信间FD与计算机网络设备之间的连接方式综合布线系统的各个子系统机柜、信息插座、水平布线桥架:梯级式、槽式、托盘式布线设计例题布线设计例题-1n已知某建筑物其中一楼层采用光纤到桌面的布线方案,该楼层共有40个光纤点,每个光纤信息点均布设一根室内2芯多模光纤至建筑物的设备间,请问设备间的机柜内应选用何种规格的IBDN光纤配线架?数量多少?需要订购多少个光纤耦合器?n提示:IB

17、DN光纤配线架的规格为12口、24口、48口。n解答:解答: 根据题目得知共有40个光纤信息点,由于每个光纤信息点需要连接一根双芯光纤,因此设备间配备的光纤配线架应提供不少于80个接口,考虑网络以后的扩展,可以选用3个24口的光纤配线架和1个12口的光纤配线架。光纤配线架配备的耦合器数量与需要连接的光纤芯数相等,即为80个。布线设计例题布线设计例题-2n已知某校园网分为三个片区,各片区机房需要布设一根24芯的单模光纤至网络中心机房,以构成校园网的光纤骨干网络。网管中心机房为管理好这些光缆应配备何种规格的光纤配线架?数量多少?光纤耦合器多少个?需要订购多少根光纤跳线?n解答:解答:(1)根据题目

18、得知各片区的三根光纤合在一起总共有72根纤芯,因此网管中心的光纤配线架应提供不少于72个接口。(2)由以上接口数可知网管中心应配备24口的光纤配线架3个。(3)光纤配线架配备的耦合器数量与需要连接的光纤芯数相等,即为72个。(4)光纤跳线用于连接光纤配线架耦合器与交换机光纤接口,因此光纤跳线数量与耦合器数量相等,即为72根。2.3.2 非导向传输媒体-无线媒体n信号传输不像铜介质和光纤介质那样受限于媒体(导体)信号传输不像铜介质和光纤介质那样受限于媒体(导体)路径。路径。n信号形式:信号形式:无线电无线电微波微波红外线红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星卫星地面微波地面微波 调幅调幅

19、无线电无线电 调频调频无线电无线电 海事海事无线电无线电光纤电视(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动移动无线电无线电 频率、波长和速率nf=cn设:的单位是米, f的单位是MHz, 可有f300 例如:f=100MHz ,3mn另: f=c/ ,两边对求微分 df/d =-c / 2 , 用有限差分代替微分,且只看绝对值,

20、 有 f=c/ 2 n设=1.310-6m, =0.1710-6m 可得 f 30THz, 若编码率为8位/Hz, 则数据传输速率=240Tbps无线介质的标准和类型nIEEE 802.11 - 通常也通常也称为称为 Wi-Fi,是一种无,是一种无线线 LAN (WLAN) 技术技术nIEEE 802.15 - 无线个无线个域网域网 (WPAN) 标准,标准,通常称为通常称为“蓝芽蓝芽“。nIEEE 802.16 - 通常称通常称为为 WiMAX(微波接入(微波接入全球互通),提供无全球互通),提供无线带宽接入。线带宽接入。n全球移动通信系统全球移动通信系统 (GSM) - 包括可启用第包括可

21、启用第 2 层通用分组无线业务层通用分组无线业务 (GPRS) 协议的物理层协议的物理层规范,提供通过移动规范,提供通过移动电话网络的数据传输。电话网络的数据传输。无线 LAN标准和设备IEEE 802.11a - 工作频段 5 GHz,速度高达 54 Mbps。此标准的工作频率较高,因此它的覆盖面积较小、透过建筑物的效率较低。据此标准工作的设备不能和基于 802.11b 和 802.11g 标准的设备互操作。IEEE 802.11b - 工作频段 2.4 GHz,速度高达 11 Mbps.比基于 802.11a 标准的设备有更好的透过建筑物的能力。IEEE 802.11g - 工作频段 2.

22、4 GHz,速度高达 54 Mbps。与 802.11b工作在相同的射频范围内。IEEE 802.11n 标准正在起草中。提议的标准规定频率为 2.4 Ghz 或 5 GHz。预计数据速率为 100 Mbps 至 210 Mbps、距离长达 70 米。共享信道2.4 信道复用技术2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 n信道复用技术:就是按照一定的规律,在同一物理信道(无线或有线信道)中实现传输多路信号的技术 。信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2复用分用(a) 不使用复用技术(b) 使用复用技术信道复用技术的种类n频分多路复用(FDM)n时分多路复用(TDM)n

23、波分多路复用(WDM)n码分多路复用(CDM)n空分多路复用(SDM)频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing) n频分复用就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道),每一个子信道传输1路信号。 n所有子信道传输的信号以同时并行的方式工作,信源各自同时占用不同的带宽资源。n信源在分配到一定频带的子信道后,在通信过程中自始至终都占用这个子信道频带。频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 5FDM频分复用 时分复用TDM(Time Division Multiplexing) n时分复用是将整个信道传输信息的时间划分为一段段等长的时分复

24、用帧(TDM 帧)。n每个TDM 帧划分成若干时间片(简称时隙),每一个信源在每一个 TDM 帧中分配并占用固定序号的时隙进行数据传输。nTDM帧周期性出现,每一个信源在TDM帧中所占用的时隙也周期性出现。n时分复用信源是在不同的时间占用同样的带宽资源。n时分复用技术因时隙事先分配且固定不变,也叫同步/静态时分复用。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 帧时分复用TDM同步(静态) TDM同步(静态) TDM的缺点 ABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3

25、#4信源n当某信源没有数据传输时,它所对应的信道会出现空闲,当某信源没有数据传输时,它所对应的信道会出现空闲,而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道,因此会降低而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道,因此会降低线路的利用率。线路的利用率。n由于计算机数据通信的突发性,使用同步时分复用系统传由于计算机数据通信的突发性,使用同步时分复用系统传递时,造成信道利用率不高。递时,造成信道利用率不高。 统计时分复用 STDM(Statistic TDM) ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用信源n也称为标记复用、智能时分多路复用、动态或异步时分复用。

26、也称为标记复用、智能时分多路复用、动态或异步时分复用。n带宽动态分配:采用时隙动态按需分配,而不非固定时隙分配。带宽动态分配:采用时隙动态按需分配,而不非固定时隙分配。n根据信号源是否要发送数据信号和对带宽的需求情况来分配时隙。根据信号源是否要发送数据信号和对带宽的需求情况来分配时隙。STDMATDM 异步时分复用异步时分复用2.4.2 波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)复用方式复用方式:n1310 nm和1550nm波长的波分复用l仅用两个波长:仅用两个波长:1310 nm窗口和窗口和1550 nm窗口各一个波长,窗口各一个波长, l实现单纤

27、双窗口传输。实现单纤双窗口传输。n稀疏波分复用(CWDM,Coarse Wavelength Division Multiplexing)l 稀疏稀疏(波长间隔大波长间隔大)波分复用,相邻信道的间距波分复用,相邻信道的间距20 nml 波长数目一般为波长数目一般为4波或波或8波,最多波,最多16波波l 使用使用1 2001 700 nm的宽窗口,的宽窗口,l 目前主要应用波长在目前主要应用波长在1550 nm的系统中。的系统中。 n密集波分复用(DWDM,Dense Wavelength Division Multiplexing)l 密集密集(波长间隔小波长间隔小)波分复用,相邻信道间距波分

28、复用,相邻信道间距1.6 nm,例,例0.4 nml 可以承载可以承载8160个波长,个波长,l 单根光纤可以传输的数据流量高达单根光纤可以传输的数据流量高达400 Gbit/s 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 DWDM密集波分复用示意图掺铒光纤放大器 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s复用器分用器

29、EDFA( Erbium-doped Optical Fiber Amplifier )120 km光调制器光解调器2.4.3 码分复用 CDM(Code Division Multiplexing) n码分多路复用CDM又称码分多址(多路)访问访问(Code Division Multiple Access,CDMA),nCDM与FDM及TDM不同,它既共享信道的频率,也共享时间 。n各信源使用经过特殊挑选的彼此不会造成干扰的不同编码序列(码型)实现信道共享。 编码序列-码片序列(chip sequence) n将每一个比特时间再划分为 m 个短的间隔,称为码片(chip)n每个站被指派一个

30、唯一的 m bit 码片序列(chip sequence) 。n如发送比特 1,则发送自己的 m bit 码片序列。n如发送比特 0,则发送该码片序列的二进制反码。 n例如,S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。n发送比特 1 时,就发送序列 00011011,n发送比特 0 时,就发送序列 11100100。110ttm 个码片信源的数据比特信源的数据比特信源的码片序列信源的码片序列chip sequence码片序列码片序列时间片序列时间片序列Chip/码片码片/时间片时间片CDMA效能例:1MHz的频段用于100个站,n 使用FDMA,每站有10KHz的带宽,数据速率可为10

31、kbps(设bit/Hz)n 使用CDMA,每站使用完全完全的1MHz频段,划分成1M的时间片, 若每位使用时间片FDMA信源的信源的1bit位宽位宽信源信源S100的码片序列的码片序列小于小于100时间片的时间片的码片序列码片序列 1MHz 个时间片信源信源S1的码片序列的码片序列每信源数据速率10Kbps1M 个时间片个时间片码片序列时间片码片序列时间片(100)码片序列的正交关系 n每个站分配的码片序列不仅必须各不相同,并且还必须互相正交(orthogonal)n码片序列表示方法:双极表示法 例:二进制码片序列 双极表示法码片序列 A站 0 0 0 1 1 0 1 1 -1 -1 -1

32、+1 +1 -1 +1 +1 B站 0 0 1 0 1 1 1 0 -1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1正交n令向量 S 表示站 S 的码片向量,令 T 表示其他任何站的码片向量。 n两个不同站的码片序列正交,就是向量 S 和T 的规格化内积(inner product)都是 0: 011miiiTSmTS例:可计算例:可计算AB=0因为因为S和和T得分量中,对应分量相等的数目与不相等数目是一样的,得分量中,对应分量相等的数目与不相等数目是一样的,且若:且若:ST=0,则则ST=0n任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1 。n一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是

33、 1。 正交关系的另一个重要特性 mimiimiiimSmSSm112211) 1(111SSCDMA 的工作原理 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ST=0ST=0ST=0SS=1SS=-1(二进制(二进制0)SS=1ST=0 被过滤被过滤ST=1 被接收被接收CDMA的技术原理nCDMA的技术原理是基于扩频技术,即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码(PN)进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,接收端使用

34、完全相同的伪随机码,与接收的带宽信号作相关处理,把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩,完成信息通信。n例:信源原本发送B位, 使用码片序列编码后需发送mB位,信息量增加了m倍,所以需要带宽扩频m倍。【讨论讨论】两大权威的矛盾!两大权威的矛盾!关于码分多路复用(关于码分多路复用(CDMA) 谢希仁和冯博琴两位老师都是计算机网络教育界的泰斗,但我发现他们关于码分多路复用(CDMA)原理的问题上有矛盾。 谢希仁老师说,发送方按照自己的码片序列调制将要发送的信息,接收方要先获得发送方的码片序列,然后用该序列与接收到的混合信息做内积,从而检测出发送方想要发送的信息。而冯博琴老师说,发送方将要发送信息

35、的时候,先要获得接收方的码片序列,用这个序列调制将要发送的信息,接收方用自己的码片序列与接收到的混合信息做内积,从而检测出发送方想要发送的信息。两者正好相反!2.5 数字传输系统1. 脉码调制 PCM 体制 n脉码调制 PCM 体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。n由于历史上的原因,PCM 有两个互不兼容的国际标准,即北美的 24 路 PCM(简称为 T1)和欧洲的 30 路 PCM(简称为 E1)。我国采用的是欧洲的 E1 标准。nPCM信号成帧后装入TDM时隙E1帧和T1帧nE1 的速率:3281/(12510-6)= 2.048 Mb/s,1 2 3 32 帧片时长帧片时

36、长125微妙,分为微妙,分为32个时隙每个时隙传送个时隙每个时隙传送8bitE1帧帧nT1 的速率:(248+11)/(12510-6)=1.544 Mb/s1 2 24帧片时长帧片时长125微妙,分为微妙,分为24个时隙,每个时隙传送个时隙,每个时隙传送8bit,每帧有一位同步码每帧有一位同步码T1帧帧PCM高次群的话路数和数据率n当需要有更高的数据率时,可采用进一步的复用方法。 系统类型一次群二次群三次群四次群五次群符号E1E2E3E4E5欧洲体制话路数3012048019207680数据率(Mb/s)2.0488.44834.368139.264565.148符号T1T2(4T1) T3

37、(7T2)T4(6T3)北美体制话路数24966724032数据率(Mb/s)1.5446.31244.736274.176T 载波层级2. 同步光纤网 SONET 和同步数字系列 SDH n旧的数字传输系统存在着许多缺点。 最主要的是以下两个方面: n速率标准不统一。n如果不对高次群的数字传输速率进行标准化,国际范围的高速数据传输就很难实现。 n不是同步传输。n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。n注:准同步数字系列(PDH)的系统,是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟,这些时钟的信号都具有统一的标准速率。尽管每个时钟的精度都很高,但总还是有一些微

38、小的差别。为了保证通信的质量,要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此,这种同步方式严格来说不是真正的同步,所以叫做“准同步”。同步光纤网 SONET与同步数字系列 SDHn同步光纤网 SONET (Synchronous Optical Network) n各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。 n以传输速率51.84 Mb/s为基础n对应电信号为STS-1-第 1 级同步传送信号 (Synchronous Transport Signal) n对应光信号则称为OC-1-第 1 级光载波(Optical Carrier)。nITU-T 以美国标准 SONET 为基础,制订出国际标准同步数字系

39、列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。n一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词。nSDH 的基本速率为 155.52 Mb/s,称为第 1 级同步传递模块 (Synchronous Transfer Module),即 STM-1,相当于 SONET 体系中的 OC-3 速率。SONET图示线路速率(Mb/s)SONET符号ITU-T符号表示线路速率的常用近似值 51.840OC-1/STS-1 155.520OC-3/STS-3STM-1155 Mb/s 466.560OC-9/STS-9STM-3 622.080OC-12/STS-12STM-4

40、622 Mb/s 933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-82488.320OC-48/STS-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 的 OC 级/STS 级与 SDH 的 STM 级的对应关系 SONET与SDH体系结构SDH终端终端SDH终端终端复用器复用器或或分用器分用器复用器复用器或或分用器分用器转发器转发器转发器转发器段段

41、段段段段线路线路路径路径路径层路径层线路层线路层段层段层光子层光子层线路层线路层段层段层光子层光子层线路层线路层段层段层光子层光子层路径层路径层线路层线路层段层段层光子层光子层段层段层光子层光子层段层段层光子层光子层光子层:负责跨光缆比特传输,光子层:负责跨光缆比特传输,STS电信号与电信号与OC光信号转换等。光信号转换等。段段 层:负责构成层:负责构成STS-N帧及差错检测等。帧及差错检测等。线路层:负责路径层的同步和复用。线路层:负责路径层的同步和复用。路径层:负责路径端接设备路径层:负责路径端接设备PTE之间接入和的业务数据的传输。之间接入和的业务数据的传输。2.6 宽带接入技术2.6.

42、1 xDSL技术nxDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使它能够承载宽带业务。n虽然标准模拟电话信号的频带被限制在 3003400 kHz 的范围内,但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过 1 MHz。nxDSL 技术就把 04 kHz 低端频谱留给传统电话使用,而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。nDSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。而 DSL 的前缀 x 则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。 ADSL 的组成 ATU-CATU-CATU-RATU-C用户线 电话分离器 区域宽带网至 ISP居民家庭基于 ADS

43、L 的接入网端局或远端站DSLAM至本地电话局PSPSn数字用户线接入复用器 DSLAM (DSL Access Multiplexer)n接入端接单元 ATU (Access Termination Unit)nATU-C(C 代表端局 Central Office)nATU-R(R 代表远端 Remote)n电话分离器 PS (POTS Splitter) ADSL 的特点n上行和下行带宽做成不对称的。n上行指从用户到 ISP,而下行指从 ISP 到用户。nADSL 在用户线(铜线)的两端各安装一个 ADSL 调制解调器。n我国目前采用的方案是离散多音调 DMT (Discrete Mul

44、ti-Tone)调制技术。这里的“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。DMT 技术nDMT 调制技术采用频分复用的方法,把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端频谱划分为许多的子信道,其中 25 个子信道用于上行信道,而 249 个子信道用于下行信道。n每个子信道占据 4 kHz 带宽(严格讲是 4.3125 kHz),并使用不同的载波(即不同的音调)进行数字调制。这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据。DMT 技术的频谱分布 频谱频率上行信道传统电话04下行信道(kHz)401381100 xDSL 的几种类型 nADSL (Asymmetric

45、 Digital Subscriber Line):非对称数字用户线nHDSL (High speed DSL):高速数字用户线nSDSL (Single-line DSL):1 对线的数字用户线nVDSL (Very high speed DSL):甚高速数字用户线nDSL :ISDN 用户线。nRADSL (Rate-Adaptive DSL):速率自适应 DSL,是 ADSL 的一个子集,可自动调节线路速率)。 ADSL 的极限传输距离nADSL 的极限传输距离与数据率以及用户线的线径都有很大的关系(用户线越细,信号传输时的衰减就越大),而所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪

46、比密切相关。n例如,0.5 毫米线径的用户线,传输速率为 1.5 2.0 Mb/s 时可传送 5.5 公里,但当传输速率提高到 6.1 Mb/s 时,传输距离就缩短为 3.7 公里。n如果把用户线的线径减小到0.4毫米,那么在6.1 Mb/s的传输速率下就只能传送2.7公里 ADSL 的数据率n由于用户线的具体条件往往相差很大(距离、线径、受到相邻用户线的干扰程度等都不同),因此 ADSL 采用自适应调制技术使用户线能够传送尽可能高的数据率。n当 ADSL 启动时,用户线两端的 ADSL 调制解调器就测试可用的频率、各子信道受到的干扰情况,以及在每一个频率上测试信号的传输质量。nADSL 不能保证固定的数据率。对于质量

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