第5讲物理层(2)

1、刘宏刘宏月印月印2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT3/86物理层的基本特性；物理层的基本特性；信息、数据与信号等的基本概念；信息、数据与信号等的基本概念；模拟数据与数字数据的编码方法。模拟数据与数字数据的编码方法。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT4/86n掌握物理层的基本概念。掌握物理层的基本概念。n理解信道复用的基本概念及常用的信道复用技术，理解信道复用的基本概念及常用的信道复用技术，掌握频分复用、时分复用、码分复用的原

2、理。掌握频分复用、时分复用、码分复用的原理。n了解信道的极限容量的计算；掌握几种传输媒体：了解信道的极限容量的计算；掌握几种传输媒体：双绞线、同轴电缆、光纤。双绞线、同轴电缆、光纤。n了解数字传输系统的主要标准了解数字传输系统的主要标准PCM、SONET、SDH、DSL等，以及对应系统的特点。等，以及对应系统的特点。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT5/864. 信道的极限容量信道的极限容量5. 信道复用技术信道复用技术6. 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体7. 数字传输系统数字传输系统8. 接入技术接入

3、技术2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT6/86任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时因存任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时因存在多种干扰而会产生在多种干扰而会产生各种失真各种失真。 码元传输的码元传输的速率越高速率越高，或信号传输的，或信号传输的距离越远距离越远，在，在信道的输出端波形失真就越严重。信道的输出端波形失真就越严重。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT7/86奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)准则准则n1

4、924年，奈奎斯特推导出具有年，奈奎斯特推导出具有理想低通理想低通矩形特性的信矩形特性的信道道在无噪声情况下的最高速率与带宽关系在无噪声情况下的最高速率与带宽关系的公式：的公式：最大数据传输率最大数据传输率 RMAX2W (b/s) 其中，其中，W表示理想信道带宽表示理想信道带宽(赫兹赫兹)。n例如：对于二进制数据，如果信道带宽例如：对于二进制数据，如果信道带宽B=3kHz，则最，则最大数据传输速率为大数据传输速率为6000bps。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT8/86香农香农(Shannon)定理定理n

5、1948年，香农利用信息论的理论推导出了带宽受限且年，香农利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有高斯白噪声干扰的信道极限极限、无差错无差错信息传输速率：信息传输速率：最大数据传输率最大数据传输率 RMAXWlog2(1+S/N) (b/s) 其中，其中，W为带宽，为带宽，S/N为信噪比。为信噪比。信噪比信噪比S/N通常以通常以dB(分贝分贝)数表示。若数表示。若S/N=30(dB)，那，那么信噪比根据公式：么信噪比根据公式：S/N (dB)10lg(S/N)可得可得 S/N1000。若带宽。若带宽W3000Hz，那么，那么Rmax3000log2(1+1000) 30kbp

6、s。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT9/86香农公式香农公式CW log2(1+S/N) b/s表明表明 n信道的带宽或信道中的信道的带宽或信道中的信噪比信噪比S/N越大，则信息的极限传越大，则信息的极限传输输速率速率就越高。就越高。 n只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定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。可以找到某种办法来实现无差错的传输。 n若信道带宽若信道带宽W或信噪比或信噪比S/N没有上限没有上限(当然实际信道不可能当然实际信道不可能

7、是这样的是这样的)，则信道的极限信息传输速率，则信道的极限信息传输速率C也就也就没有上限没有上限。n实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少速率低不少。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT10/86Nyquist准则与准则与Shannon定理的比较定理的比较n奈奎斯特准则奈奎斯特准则描述了描述了有限带宽有限带宽、无噪声的无噪声的理想信道的最理想信道的最大传输速率与信道带宽的关系。大传输速率与信道带宽的关系。n香农定理香农定理则描述了则描述了

8、有限带宽有限带宽、有随机热噪声有随机热噪声信道的最大信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系。传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系。请思考：请思考：对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能再对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且码元传输速率也达到了上限值，那么还有办提高了，并且码元传输速率也达到了上限值，那么还有办法提高信息的传输速率吗？法提高信息的传输速率吗？n用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。 2022-4-26College of Information Science and Technol

9、ogy, HAUT11/864. 信道的极限容量信道的极限容量5. 信道复用技术信道复用技术6. 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体7. 数字传输系统数字传输系统8. 接入技术接入技术2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT12/86什么是复用技术？什么是复用技术？n复用是指两对或多对用户复用是指两对或多对用户公用信道的一种机制。公用信道的一种机制。共享信道共享信道信道信道A1A2B1B2C1C2信道信道信道信道A1A2B1B2C1C2复用复用分用分用(a) 不使用复用技术(b) 使用复用技术2022-4-26C

10、ollege of Information Science and Technology, HAUT13/86为什么要使用复用技术？为什么要使用复用技术？n网络中网络中，为了充分利用传输介质的带宽，需要在一条物理，为了充分利用传输介质的带宽，需要在一条物理线路上建立多条通信信道。线路上建立多条通信信道。n用于通信线路架设的用于通信线路架设的，需要充分利用通信，需要充分利用通信线路的容量。线路的容量。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT14/86多路复用技术的分类多路复用技术的分类n频分多路复用频分多路复用(FD

11、M)n时分多路复用时分多路复用(TDM)n波分多路复用波分多路复用(WDM)n码分多路复用码分多路复用(CDM)：又称码分多址：又称码分多址(CDMA)2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT15/86频分多路复用频分多路复用FDM(Frequency Division Multiplexing)n用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。占用这个频带。n 所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(频率带宽而不是

12、频率带宽而不是数据的发送速率数据的发送速率)。频率频率时间时间频率频率1频率频率2频率频率3频率频率4频率频率52022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT16/86时分多路复用时分多路复用TDM (Time Division Multiplexing)n将时间划分为将时间划分为等长的时分复用帧等长的时分复用帧(TDM帧帧)。每一个时分。每一个时分复用的用户在每一个复用的用户在每一个TDM帧中帧中占用固定序号的时隙占用固定序号的时隙。n每一个用户所占用的时隙是每一个用户所占用的时隙是周期性地出现周期性地出现(其周期就是

13、其周期就是 TDM帧的长度帧的长度)。频率频率时间时间B CDB CDB CDB CDAAAAA在在TDM帧中帧中的位置不变的位置不变TDM 帧帧 TDM 帧帧 TDM 帧帧 TDM 帧帧TDM 帧帧2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT17/86时分多路复用时分多路复用TDM (Time Division Multiplexing)nTDM更适合于数字信号的传输。更适合于数字信号的传输。nTDM可以分为两类：可以分为两类：2022-4-26College of Information Science and T

14、echnology, HAUT18/86STDM将时间片将时间片预先分配预先分配给各个信道，并且给各个信道，并且时间片固时间片固定不变定不变，因此各个信道的，因此各个信道的发送与接收必须是同步的发送与接收必须是同步的。频率频率时间时间B C DB C DB C DB C DAAAAA在在TDM帧中帧中的位置不变的位置不变TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT19/86频率频率时间时间B C DB C DB C DB C DAAAAB 在在TDM帧中帧中的

15、位置不变的位置不变TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT20/86频率频率时间时间B C DB C DB C DB C DAAAAC 在在TDM帧中帧中的位置不变的位置不变TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT21/86nSTDM信号也称为等时信号也称为等时(isochronous)信号，所有用户信号，所有用户是在

16、是在不同的时间不同的时间占用占用同样的频带宽度同样的频带宽度。频率频率时间时间B C DB C DB C DB C DAAAAD 在在TDM帧中帧中的位置不变的位置不变TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT22/86STDM的特点的特点 这种采用这种采用固定时间片与信道固定时间片与信道的方法实现简单；但是，由于计算的方法实现简单；但是，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不利用率一般是不高的

17、高的，会造成信道资源的浪费。，会造成信道资源的浪费。ABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用帧个时分复用帧#1acbcd同步时分复用同步时分复用#2#3#4用户用户2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT23/86ATDM允许动态地分配时间片。允许动态地分配时间片。 ATDM就是只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙就是只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它；当用户暂停发送数据时则不给它分配时隙。分配给它；当用户暂停发送数据时则不给它分配时隙。 用户用户ABCDabcdttttt3个个STDM帧

18、帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用统计时分复用2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT24/86波分多路复用波分多路复用WDM (Wavelength Division Multiplexing) nWDM是光信号的频分多路复用是光信号的频分多路复用8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/sEDFA120 km0 1550nm 1 1551nm 2 1552nm 3 1553nm 4 1554nm 5 1555nm 6 1556nm 7 1557nm 复复用用器器光调制器光调制器 1550nm

19、0 1551nm 1 1552nm 2 1553nm 3 1554nm 4 1555nm 5 1556nm 6 1557nm 7分分用用器器光解调器光解调器2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT25/86波分多路复用波分多路复用WDM nWDM的工作原理的工作原理2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT26/86码分多路复用码分多路复用 CDM (Code Division Multiplexing)，又称，又称(Code Divis

20、ion Multiple Access)。n CDMA实际上是实际上是二战时期二战时期为了适应军事通信为了适应军事通信而研制的一种直接而研制的一种直接序列扩频通信技术。序列扩频通信技术。n 1995年第一个商用的基于年第一个商用的基于CDMA的的正式使用，目正式使用，目前已经成为前已经成为3G/4G的重要技术标准之一。的重要技术标准之一。n 作为作为3G的主流技术，的主流技术，CDMA有有3种主要的协议标准：种主要的协议标准：2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT27/86n各用户使用经过各用户使用经过特殊挑选的

21、不同码型特殊挑选的不同码型，彼此，彼此互不干扰互不干扰。nCDMA系统发送的信号具有系统发送的信号具有很强的抗干扰能力很强的抗干扰能力，其频谱，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。类似于白噪声，不易被敌人发现。 n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，称为个短的间隔，称为码片码片(chip).2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT28/86 n每个站被指派一个唯一的每个站被指派一个唯一的m bit的码片序列。的码片序列。n如发送比特如发送比特 1，则发送自己的，则发送自己的m bit码片序列。码片

22、序列。n如发送比特如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。，则发送该码片序列的二进制反码。 n例如，例如，S站的站的8bit码片序列是码片序列是00011011。nS站的码片序列：站的码片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT29/86 n每个站分配的码片序列不仅必须每个站分配的码片序列不仅必须各不相同各不相同，并且还必，并且还必须须互相正交互相正交。011miiiTSmTS举例：举例： 令向量令向量S为为(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)， 向量向

23、量T为为(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)，测试两个码片序列是否正交。测试两个码片序列是否正交。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT30/86 n正交关系的另一个重要特性正交关系的另一个重要特性 mimiimiiimSmSSm112211)1(111SS2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT31/86 发发送送端端接接收收端端110t数据码元比特数据码元比特S站的码片序列站的码片序列Stm个码片个码片tS站发送的信号站发送

24、的信号SxtT站发送的信号站发送的信号Txt总的发送信号总的发送信号Sx+Txt规格化内积规格化内积S Sxt规格化内积规格化内积S Tx2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT32/86有有4个站进行码分多址通信。个站进行码分多址通信。4个站的码片序列为个站的码片序列为A：（：（11111111） B：（：（11111111）C：（：（11111111） D：（：（11111111）现收到的码片序列现收到的码片序列S：（：（11311311）问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的是问哪个站发送数据了？发送数据的站

25、发送的是0还是还是1？2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT33/86拿站点的码片与拿站点的码片与S进行规格化内积，若结果为进行规格化内积，若结果为+1，则该站，则该站点发送了二进制点发送了二进制1；若结果为；若结果为-1，则该站点发送了二进制，则该站点发送了二进制0；若结果为；若结果为0，则该站点没有发送数据。，则该站点没有发送数据。n如：如：(-1)(-1)+(-1)1+(-1)(-3)+11+1(-1) +(-1) (-3)+11+11)/81n故故A发送比特发送比特1。n同理同理，B乘积乘积-1，故，故B

26、发送了发送了0。nC乘积乘积0，故，故C没有发送数据。没有发送数据。D 乘积乘积1，故，故D发送了发送了1。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT34/864. 信道的极限容量信道的极限容量5. 信道复用技术信道复用技术6. 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体7. 数字传输系统数字传输系统8. 接入技术接入技术2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT35/86电信领域使用的电磁波的频谱电信领域使用的电磁波的频谱无线电无线电微波微波红

27、外线红外线可见光可见光紫外线紫外线X 射线射线 射线射线(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHFUHF SHFEHFTHF波段波段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双绞线双绞线卫星卫星地面微波地面微波 调幅调幅无线电无线电 海事海事无线电无线电光纤光纤电视电视 移动移动无线电无线电 同轴电缆同轴电缆 调频调频无线电无线电2022-4-26College of Information Science

28、 and Technology, HAUT36/86导向传输媒体（有线传输）导向传输媒体（有线传输）n双绞线双绞线n同轴电缆同轴电缆n光缆光缆 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT37/86双绞线双绞线(Twisted Pair)的主要特征的主要特征nTP由按规则螺旋结构排列的由按规则螺旋结构排列的2根、根、4根或根或8根绝缘导线根绝缘导线组成。组成。n双绞线按其外部包缠的外皮材料不同可分为：双绞线按其外部包缠的外皮材料不同可分为：2022-4-26College of Information Science

29、and Technology, HAUT38/86双绞线双绞线(Twisted Pair)的主要特征的主要特征铜线铜线铜线铜线聚氯乙烯聚氯乙烯 套层套层聚氯乙烯聚氯乙烯套层套层屏蔽层屏蔽层绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线屏蔽双绞线STP2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT39/86双绞线的传输特性双绞线的传输特性nUTP按照传输特性可以分为五类。典型的以太网常用第三类按照传输特性可以分为五类。典型的以太网常用第三类和第五类的和第五类的UTP。n随着千兆以太网的出现，高性能双绞线标

30、准不断推出随着千兆以太网的出现，高性能双绞线标准不断推出。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT40/86双绞线线序标准双绞线线序标准nEIA/TIA(美国电子工业标准协会美国电子工业标准协会)布线标准中规定了布线标准中规定了两种制作双绞线的两种制作双绞线的线序线序568A与与线序线序568B。n为保持最佳的兼容性，普遍采用为保持最佳的兼容性，普遍采用568B标准制作网线。标准制作网线。引针号引针号12345678T568A标准标准 白白/绿绿绿绿白白/橙橙蓝蓝白白/蓝蓝橙橙白白/棕棕棕棕T568B标准标准 白白

31、/橙橙橙橙白白/绿绿蓝蓝白白/蓝蓝绿绿白白/棕棕棕棕2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT41/86连接标准：连接标准：568B棕棕白棕白棕白兰白兰白橙白橙白绿白绿绿绿兰兰橙橙8765432187654321BrownWhite/BrownGreenWhite/BlueBlueWhite/GreenOrangeWhite/Orange2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT42/86同轴电缆同轴电缆(Coaxial Cable)n同轴

32、电缆的特点是抗干扰能力较强同轴电缆的特点是抗干扰能力较强n根据根据传输传输能力，同轴电缆可以分成两类：能力，同轴电缆可以分成两类：2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT43/86同轴电缆同轴电缆(Coaxial Cable)外导体屏蔽层外导体屏蔽层绝缘层绝缘层绝缘保护套层绝缘保护套层内导体内导体2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT44/86光纤光纤(optical fiber)n光纤是传输介质中性能最好、应用前景最广的一种。光纤是

33、传输介质中性能最好、应用前景最广的一种。光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。输媒体的带宽。折射角折射角入射角入射角 包层包层(低折射率的媒体低折射率的媒体) 包层包层(低折射率的媒体低折射率的媒体) 纤芯纤芯(高折射率的媒体高折射率的媒体) 包层包层纤纤芯芯2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT45/86光纤光纤(optical fiber)n 光纤是传输介质中性能最好、应用前景最广的一种。光纤是传输介质中性能最好、应用前景最广的一种。光纤通信系统

34、的传输带宽远远大于目前其他各种传输光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。媒体的带宽。高折射率高折射率( (纤芯纤芯) )低折射率低折射率( (包层包层) )光线在纤芯光线在纤芯中中传输的方式是不断地全反射传输的方式是不断地全反射2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT46/86光纤光纤(optical fiber)n光纤的分类：多模光纤与单模光纤光纤的分类：多模光纤与单模光纤输入脉冲输入脉冲输出脉冲输出脉冲单模光纤单模光纤输入脉冲输入脉冲输出脉冲输出脉冲多模光纤多模光纤2022-4-26Coll

35、ege of Information Science and Technology, HAUT47/86光纤光纤(optical fiber)：光纤的工作模式光纤的工作模式n多模光纤多模光纤(Multi Mode Fiber)n单模光纤单模光纤(Single Mode Fiber)2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT48/86光纤光纤(optical fiber)：光纤连接器光纤连接器ST： 插入锁定插入锁定SC：568A标准，方形，插入锁定标准，方形，插入锁定ST型光耦合器型光耦合器2022-4-26Coll

36、ege of Information Science and Technology, HAUT49/86光纤的特点光纤的特点n优点：优点：n缺点：缺点：2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT50/86光缆光缆n光纤传输系统中使用的是光缆而不是光纤。光纤传输系统中使用的是光缆而不是光纤。n光缆按其中的光纤纤芯的数目可以分成光缆按其中的光纤纤芯的数目可以分成单芯光缆、双单芯光缆、双芯光缆、多芯光缆芯光缆、多芯光缆等。等。n光缆中的加强芯和填充物可以大大提高其机械强度。光缆中的加强芯和填充物可以大大提高其机械强度。20

37、22-4-26College of Information Science and Technology, HAUT51/86非导向传输媒体（无线传输）非导向传输媒体（无线传输）n无线传输所使用的频段很广。无线传输所使用的频段很广。n短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。质量较差。n微波在空间主要是直线传播。微波在空间主要是直线传播。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT52/864. 信道的极限容量信道的极限容量5. 信道复用技术信道复用技术6.

38、 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体7. 数字传输系统数字传输系统8. 接入技术接入技术2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT53/86脉码调制脉码调制PCM体制最初是为了在电话局之间的中继线上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。传送多路的电话。由于历史上的原因，由于历史上的原因，PCM有两个互不兼容的国际标准，有两个互不兼容的国际标准，即北美的即北美的24路路PCM(简称为简称为T1)和欧洲的和欧洲的30路路PCM(简称简称为为E1)。我国采用的是欧洲的。我国采用的是欧洲的E1标准。标准。E1

39、的速率是的速率是2.048Mb/s，而，而T1的速率是的速率是1.544Mb/s。当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT54/86旧的数字传输系统存在两个重要缺陷旧的数字传输系统存在两个重要缺陷 n速率标准不统一速率标准不统一n不是同步传输不是同步传输2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT55/86同步光纤网同步光纤网SONETnSONET (Sy

40、nchronous Optical Network) 的各级时的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。钟都来自一个非常精确的主时钟。 n电信号第电信号第1级级同步传送信号同步传送信号STS-1 (Synchronous Transport Signal)的传输速率是的传输速率是 51.84 Mb/s。n光信号则称为第光信号则称为第1级级光载波光载波OC-1，OC表示表示Optical Carrier。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT56/86同步数字系列同步数字系列SDH nITU-T以美国标准以美国标准S

41、ONET为基础，制订出国际标准为基础，制订出国际标准同同步数字系列步数字系列SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。n一般可认为一般可认为SDH与与SONET是同义词。是同义词。nSDH的基本速率为的基本速率为155.52 Mb/s，称为第，称为第1级级同步传递同步传递模块模块(Synchronous Transfer Module)，即，即STM-1，相当于相当于SONET体系中的体系中的OC-3速率。速率。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT57/86线路速率线路速率(Mb

42、/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-48STM-162.5 Gb/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/s39813.

43、120 OC-768/STS-768 STM-256 40 Gb/s 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT58/864. 信道的极限容量信道的极限容量5. 信道复用技术信道复用技术6. 物理层下的传输媒体物理层下的传输媒体7. 数字传输系统数字传输系统8. 接入技术接入技术2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT59/86接入技术的基本类型接入技术的基本类型n接入技术接入技术解决的是最终用户接入宽带城域网的问题。解决的是最终用户接入

44、宽带城域网的问题。n接入方式涉及用户的环境与需求，大致可以分为：接入方式涉及用户的环境与需求，大致可以分为：n接入技术可以分为：接入技术可以分为：n从实现技术的角度，目前的宽带接入技术主要有：从实现技术的角度，目前的宽带接入技术主要有：2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT60/86拨号连接通过公用电话交换网接入因特网。用户计算机拨号连接通过公用电话交换网接入因特网。用户计算机通过通过Modem和电话网相连，通过和电话网相连，通过ISP接入因特网网络。接入因特网网络。Modem电话线电话线普通电话普通电话PC机机

45、双绞线双绞线ADSL设备连接示意图设备连接示意图2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT61/86调制解调器（调制解调器（Modem） n目前的电话入户信号基本上都是目前的电话入户信号基本上都是模拟信号模拟信号，而计算机所，而计算机所处理和传输的都是处理和传输的都是数字信号数字信号。n计算机入网通信时必须有能计算机入网通信时必须有能将数字信号转化为模拟信号将数字信号转化为模拟信号及模拟信号转化成数字信号及模拟信号转化成数字信号的转换装置。前者称为的转换装置。前者称为调制调制，后者称为后者称为解调解调，把两种功能做在

46、同一台设备上，就叫做，把两种功能做在同一台设备上，就叫做调制解调器调制解调器。nModem=Modulator+DemodulatornModem的最大传输速度是的最大传输速度是56kbit/s。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT62/86基带信号基带信号(baseband)：将数字信号将数字信号1和和0直接用两种不同直接用两种不同的电平表示，然后加载到线路上。的电平表示，然后加载到线路上。n基带信号往往包含有较多的基带信号往往包含有较多的低频成分低频成分甚至甚至直流成分直流成分，而许多信道并不能传输这种低频

47、分量或直流分量。因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此必须对基带信号进行调制调制(modulation)。 宽带信号宽带信号(broadband)：基带信号进行调制后形成的频分基带信号进行调制后形成的频分复用信号。复用信号。基带传输：基带传输：传输基带信号。传输基带信号。宽带传输：宽带传输：传输宽带信号。传输宽带信号。“宽带宽带” 尚无统一的定义：尚无统一的定义：n有人认为只要接入速率超过有人认为只要接入速率超过56kb/s就是宽带；就是宽带；n美国联邦通信委员会美国联邦通信委员会FCC认为只要双向速率之和认为只要双向速率之和超过超过200kb/s就是宽带；就是

48、宽带；n也有人认为数据率达到也有人认为数据率达到1Mb/s以上才能算是宽带。以上才能算是宽带。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT63/86不要不要混淆两种速率混淆两种速率n在网络中有两种不同的速率：在网络中有两种不同的速率：n这两种速率的意义和单位完全不同。这两种速率的意义和单位完全不同。n宽带传输宽带传输：计算机向网络发送比特的速率较高。：计算机向网络发送比特的速率较高。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT64/86xDSL

49、技术技术 nxDSL技术技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造行改造，使它能够承载，使它能够承载宽带业务宽带业务。n虽然标准模拟电话信号的虽然标准模拟电话信号的频带频带被限制在被限制在3003400Hz 的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过超过1MHz。nxDSL技术就把技术就把04kHz低端频谱留给传统电话使用，低端频谱留给传统电话使用，而而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。2022-4-26College of Informatio

50、n Science and Technology, HAUT65/86xDSL的几种类型的几种类型 DSL (Digital Subscriber Line，数字用户线数字用户线)， DSL的的前缀前缀x表示在数字用户线上实现的不同宽带方案表示在数字用户线上实现的不同宽带方案:nADSL (Asymmetric DSL)：非对称数字用户线：非对称数字用户线nHDSL (High speed DSL)：高速数字用户线：高速数字用户线nSDSL (Single-line DSL)：1对线的数字用户线对线的数字用户线nVDSL (Very high speed DSL)：甚高速数字用户线：甚高速数字

51、用户线nDSL ：ISDN (Integrated Service Digital Network)用户线用户线nRADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自适应：速率自适应DSL，是，是 ADSL的一个子集，可自动调节线路速率。的一个子集，可自动调节线路速率。 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT66/86xDSL对称性下行带宽上行带宽极限传输距离ADSL非对称1.5Mb/s64kb/s4.65.5kmADSL2非对称68Mb/s640kb/s1Mb/s2.73.6kmHDSL(1对线)对称1.

52、5Mb/s1.5Mb/s2.73.6kmHDSL(2对线)对称768kb/s768kb/s2.73.6kmSDSL对称384kb/s384kb/s5.5kmSDSL对称1.5Mb/s1.5Mb/s3kmVDSL非对称52Mb/s12Mb/s1.4km2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT67/86xDSL 的几种类型的几种类型 nxDSL的的极限传输距离极限传输距离与数据率以及用户线的线径都有与数据率以及用户线的线径都有很大的关系：很大的关系：n由于用户在上网时主要是从因特网下载各种文档，而向由于用户在上网时主要

53、是从因特网下载各种文档，而向因特网发送的信息一般都不大，因此因特网发送的信息一般都不大，因此ADSL把把上行和下上行和下行带宽行带宽做成做成不对称的不对称的：2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT68/86ADSL的特点的特点nADSL的最大优势的最大优势是可以利用现有电话网的用户线，不是可以利用现有电话网的用户线，不需要重新布线。需要重新布线。nADSL的上行和下行带宽做成不对称的。的上行和下行带宽做成不对称的。nADSL在用户线在用户线(铜线铜线)的两端各安装一个的两端各安装一个ADSL调制解调制解调器。调器

54、。n我国目前采用的方案是我国目前采用的方案是离散多音调离散多音调DMT (Discrete Multi-Tone)调制技术。这里的调制技术。这里的“多音调多音调”就是就是“多载多载波波”或或“多子信道多子信道”的意思。的意思。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT69/86DMT技术技术nDMT调制技术采用频分复用的方法，把调制技术采用频分复用的方法，把40kHz以上一以上一直到直到1.1MHz的高端频谱划分为许多的子信道，其中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，而个子信道用于上行信道，而

55、249个子信道用于下行个子信道用于下行信道。信道。n每个子信道占据每个子信道占据4kHz带宽带宽(严格讲是严格讲是4.3125kHz)，并，并使用不同的载波使用不同的载波(即不同的音调即不同的音调)进行数字调制。这种进行数字调制。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并行地传送数据。传送数据。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT70/86频谱频谱频率频率上行信道上行信道传统电话传统电话04下行信道下行信道(kHz)4013811002022-4-2

56、6College of Information Science and Technology, HAUT71/86ADSL的数据率的数据率n 由于用户线的具体条件往往相差很大由于用户线的具体条件往往相差很大(距离距离、线径线径、受到相、受到相邻用户线的邻用户线的干扰干扰程度等都不同程度等都不同)，ADSL采用自适应调制技术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。使用户线能够传送尽可能高的数据率。n 当当ADSL启动时，用户线两端的启动时，用户线两端的ADSL调制解调器就测试可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用的频率、各子信道受到的干扰情况，以及

57、在每一个频率上测试信号的传输质量。测试信号的传输质量。n ADSL不能保证固定的数据率，对于质量很差的用户线甚至不能保证固定的数据率，对于质量很差的用户线甚至无法开通无法开通ADSL。n 通常下行数据率在通常下行数据率在32kb/s到到6.4Mb/s之间，而上行数据率之间，而上行数据率在在32kb/s到到640kb/s之间。之间。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT72/86ADSL的组成的组成n基于基于ADSL的接入网由以下三大部分组成：的接入网由以下三大部分组成：2022-4-26College of In

58、formation Science and Technology, HAUT73/86ATU-CATU-CATU-RATU-C用户线用户线电话电话分离器分离器 区域宽带网区域宽带网至至ISP居民家庭居民家庭基于基于ADSL的接入网的接入网端局或远端站端局或远端站DSLAM至本地电话局至本地电话局PSPS数字用户线接入复用器数字用户线接入复用器DSLAM (DSL Access Multiplexer)接入端接单元接入端接单元ATU (Access Termination Unit)ATU-C (C 代表端局代表端局 Central Office)ATU-R (R 代表远端代表远端 Remote

59、)电话分离器电话分离器PS (POTS Splitter) 2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT74/86第二代第二代ADSL2 (G.992.3 和和 G.992.4) /ADSL2+ (G.992.5) n通过提高调制效率得到了通过提高调制效率得到了更高的数据率更高的数据率。n采用了采用了无缝速率自适应技术无缝速率自适应技术，可在运营中不中断通信和不，可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下，自适应地调整数据率。产生误码的情况下，自适应地调整数据率。n改善了线路质量评测和故障定位功能，这对提高网络的运改善了

60、线路质量评测和故障定位功能，这对提高网络的运行维护水平具有非常重要的意义。行维护水平具有非常重要的意义。2022-4-26College of Information Science and Technology, HAUT75/86HFC (Hybrid Fiber Coax)简介简介nHFC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的基础的基础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。nHFC网除可传送网除可传送CATV外，还提供电话、数据和其他宽外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。带交互型业务。n现有的现有的CATV网是树形拓扑结构的同轴