《网络》第2章(zy)

1、第 2 章 物理层*2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念*2.2 数据通信的基础知识n 2.2.1 数据通信系统的模型n 2.2.2 有关信道的几个基本概念n 2.2.3 信道的极限容量信道的极限容量2.3 物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体n 2.3.1 导向传输媒体导向传输媒体n 2.3.2 非导向传输媒体非导向传输媒体*2.4 信道复用技术n 2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用n 2.4.2 波分复用n 2.4.3 码分复用n SONET/SDH*2.5 数字传输系统数字传输系统n 模拟传输系统模拟传输系统n 数字传输系统数字传输系统*2.6 宽带接入技术n 2.6.

2、1 xDSL技术技术n 2.6.2 光纤同轴混合网（HFC网）n 2.6.3 FTTx技术2.1 物理层的基本概念n实现在特定介质上的数据发送和接收发送时：将比特流转换成适合在介质上传输的信号接收时：将介质上的接收到的信号转换成相应的比特流n为上层提供接口(特性)l机械特性：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。l电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。l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。l规程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。 n相邻层的依赖关系li层只规定其功能及其对上层（i+1层）服务的接口li层只能使用为其提

3、供服务的底层（i-1层）所提供的接口，而不能要求底层（i-1层）应采用什么样的接口方式2.2 数据通信的基础知识2.2.1 数据通信系统模型调制解调器公用电话网源系统源系统目的系统目的系统传输系统传输系统数据通信系统数据通信系统调制解调器终点接收器发送器数据传输系统信号源点信息n术语l数据和信号u数据(data)信息的抽象表示方式（0/1，代码）。u信号(signal)信息的物理表现（电/磁/光） 。 l模拟和数字u模拟(analogous)信号取值和时间都是连续变化的信号。u数字(digital)信号取值和时间上是离散的信号。l调制和解调u调制(modulation)把数据放到信号中。u解调

4、(demodulation)提取信号中的数据。 l传输系统数字传输系统：用户将数字数据通过接口送到传输系统中；或从系统直接收到数字数据。模拟传输系统：用户将数字数据转换成模拟信号后通过接口送到传输系统中；或从系统收到模拟信号。数字数据网数字数据网编码解码器编码解码器公用电话网公用电话网调制解调器调制解调器源系统传输系统目的系统2.2.2 有关通信系统的几个基本概念n信道（channel）传送信息的媒体（介质），一条电路上至少包含一条发送信道和一条接收信道n通信的交互方式l单向通信（单工通信）u只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。l双向交替通信（半双工通信）u通信的双方都可以发送信息，但不能

5、双方同时发送。l双向同时通信（全双工通信）u通信的双方可以同时发送和接收信息。 n信号的分类l基带信号(baseband)：来自信源的信号u数字基带信号： 1/0 用两种不同的电压表示，形成脉冲波形，直接送到线路上去传输。l宽带信号(broadband) u多个不同频率范围（频带）的模拟信号同时在同一信道上传输，构成宽带信号。2.2.3 信道的极限传输速率n模拟信道l带宽（单位：赫兹，Hz）u模拟信道可通过的信号频率范围通频带，可用幅频特性曲线（频谱） A=g(f) 描述W = fH- fLl实际信道带宽总是有限的实际信道带宽总是有限的l模拟信号带宽u模拟信号的频带范围u频率在 fL fH 之

6、内的信号，能通过信道*fLfHfA10实际的特性曲线实际的特性曲线理想的特性曲线理想的特性曲线l只能传输幅度范围有限的信号u信号功率（幅度）不能太大l功率太大能耗高，且有危险功率太大能耗高，且有危险l通常在毫瓦数量级（电压不超过通常在毫瓦数量级（电压不超过24V）u信号功率（幅度）不能太小l信道上有噪声信道上有噪声l功率或幅度太小，会被噪声功率或幅度太小，会被噪声“淹没淹没”，不能有效接，不能有效接收收噪声较小的信道噪声较小的信道噪声较大的信道噪声较大的信道n数字信道速率（数字带宽）l数字信道也有一定的带宽，即速率上限l数字数据的速率不能超过信道的速率上限模拟带宽数字带宽？已知：u模拟带宽W(

7、Hz)信道中实际传输的是模拟信号u信道中传输信号功率上限S(w);u信道中噪声功率有下限N(w);求：信道传输数据速率速率的上限值C (bps)。n香农公式计算信道上的信息传输极限速率C ：信道的极限信息传输速率（b/s）W ：信道的模拟带宽（Hz）S/N：信道上的信噪比uS：信道内所传信号的平均功率uN：信道内部的高斯噪声功率C = Wlog2 (1+S/N) (b/s)l香农公式物理意义u信道的带宽(W)或信道中的信噪比(S/N)越大，信息的极限传输速率就越高u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。 u若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上

8、限，则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。（实际信道不可能如此）u实际信道的信息传输速率要比极限传输速率低一些。 【例1】对频率范围3003400Hz，S/N2500的标准话音信道，计算极限信息传输速率。解：W34003003100Hz，SN2500，由香农公式CWlog2 (1SN) 3100log2 (2500+1） 35Kbps。（目前编码技术水平已接近该数值，为33.6Kbps）【例2】3003400Hz标准话音信道中（有接近2400Hz理想带宽），若信息传输速率 c 19200 bps，计算最高信噪比。解：信息传输速率 C 19200 bps，带宽 W 2400 Hz由仙农公式

9、计算信噪比的最大值SN 2(CW)1 2(192002400) 1 255（该信噪比不高，较容易达到。）2.3 物理层下面的传输媒体n通信使用的电磁波的频谱无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线(Hz)f100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024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)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 移动无线电 2.3.1 导向

10、传输介质n双绞线（电缆）两相互绝缘的铜导线，规则地纽绞后构成一对双绞线。4对或更多对组合加上护套，构成双绞线电缆。纽绞（twist）：有效地减少电磁干扰，提高传输性能l双绞线分类u屏蔽双绞线 (STP, Shielded Twisted Pair)l双绞线电缆外有抗干扰的金属屏蔽层双绞线电缆外有抗干扰的金属屏蔽层l特征阻抗为特征阻抗为150u非屏蔽双绞线 (UTP, Unshielded Twisted Pair) l双绞线电缆外无金属屏蔽层双绞线电缆外无金属屏蔽层l特征阻抗为特征阻抗为100屏蔽双绞线 STP非屏蔽双绞线 UTP带绝缘层的铜导线聚氯乙烯套层聚氯乙烯套层屏蔽层带绝缘层的铜导线l

11、双绞线标准uEIA/TIA-568（商用建筑物电信布线标准）：室内采用STP和UTPuEIA/TIA-568-A（商用建筑物电信布线标准）：室内采用16级（ Category，CAT，类）UTPl常用双绞线u3级（Category 3）UTPu5级（Category 5）UTPl改进导线质量改进导线质量l标准的线径：标准的线径：24AWG（American Wire Gauge）l增加单位长度的绞合次数增加单位长度的绞合次数增强了增强了UTP的的“衰减衰减”和和“近端串扰近端串扰”等传输等传输特性。特性。l双绞线的特点标准化u得到更多厂商的广泛支持u施工规范l100米规定米规定l专用接续方式（

12、专用接续方式（RJ45，插头，插头/插座）及相应的制作插座）及相应的制作设备（插座用打线器，插头用专用钳）设备（插座用打线器，插头用专用钳）l标准线序标准线序u可靠性高l无焊接点无焊接点l星型拓扑（点星型拓扑（点点）点）u支持传输多种信号l网络（网络（10BT，100BTx，1000B，TPDDI）l话音，音视频，楼宇控制话音，音视频，楼宇控制n同轴电缆l结构：由（单/多芯）内导体、绝缘层、外导体（屏蔽层）和保护外套构成。抗干扰性能好，传输距离远，带宽高；u50 同轴电缆u75 同轴电缆外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导线l50基带同轴电缆常用于传输网络基带信号u方波频率为10M时，可无中继传

13、输1KM，常见的方波信号有“曼彻斯特编码”和“差分曼彻斯特编码”、“曼码”、“差分曼码”与基带数字波形的关系。u细同轴电缆采用 “T型连接器”实现分接。l75宽带同轴电缆常用于传输宽带信号u带宽在300400MHz，CATV经常采用作为用户接入信号电缆和近距离次主干信号电缆使用，可传100KM不用信号“再生”，每6MHz为一个信道（传输一路电视信号） 频分复用。u采用“插入式分接头” 实现分接。n光纤（光缆）l光纤（一芯）结构u光纤芯（透明度高的石英玻璃丝）u包层（折射率低的介质）l光缆：多芯光纤 + 保护和强化护套等组成包层纤芯l光纤工作原理u利用全反射原理，构成光纤的光传道通路l发送端：数

14、据发送端：数据 光信号光信号l接收端：光信号接收端：光信号 数据数据 纤芯（高折射率的介质） 折射角入射角 包层（低折射率的介质） 包层（低折射率的介质）包层纤芯l光纤分类：单模光纤、多模光纤u多模光纤l光纤芯的直径相对较大，多条频率不同、入射角不光纤芯的直径相对较大，多条频率不同、入射角不同的光线在同一光纤中传播同的光线在同一光纤中传播l全反射次数不同，传播的距离不同，到达的时间不全反射次数不同，传播的距离不同，到达的时间不同，造成同，造成“色散色散”u单模光纤l采用单色光源采用单色光源激光（半导体激光器）激光（半导体激光器）l光纤芯的直径足够小到光波长的数量级，只有一种光纤芯的直径足够小到

15、光波长的数量级，只有一种“模式模式”的光在传播；色散极小，传输距离可增加的光在传播；色散极小，传输距离可增加1个以上数量级个以上数量级l光纤通信特点u高带宽，通信容量大。带宽可达25T30THz。u传输损耗小，中继距离长。在光纤中光传播的衰减随传输距离增加。u抗干扰能力强。无串音干扰。u保密性好。光难以“泄漏”。u体积小，重量轻。2.3.2 非导向传输介质无线传输，频段很宽n无线电短波（radio）通信l靠电离层的反射l通信质量较差l速率低（100Mbps270ms=27Mb 一个MB级的文件“同时”在空中传播n红外（infrared）通信l频率在10111014Hz间的电磁波，室外不能采用。

16、n可见光（visible light）通信l频率在10141015Hz间的电磁波，如激光通信。2.5 数字传输系统(2.5.1) 模拟传输系统长途干线：早期是采用频分复用（FDM）的模拟传输系统，现已实现了数字化（数字传输系统）用户线：（从用户电话机到市话交换机之间几公里长）多为模拟传输公用电话网模拟传输模拟传输数字化传输调制解调器调制解调器公用电话网 电话网：仅能传输仅能传输3003400Hz的信号的信号 数据1/0：有更宽的频率范围，不能在电话线上直接传输FL =300HzFH =3400HzfA10fL 3400Hzn调制解调器 (MODEM)调制解调器 = 调制器 + 解调器 MODE

17、M = MOdulator + DEModulatorl（音频）调制解调器的作用u调制器：把要发送的数字信号（基带信号）加载到频率范围在 3003400 Hz 之间的模拟信号上 。l以便在电话用户线上传送。以便在电话用户线上传送。u解调器：把电话用户线上传送来的模拟信号中的数据识别出来。l若识别不正确，则产生误码若识别不正确，则产生误码l在调制解调器中还要有差错检测和纠正的设施。在调制解调器中还要有差错检测和纠正的设施。 l调制原理调制原理u正弦波 Y=Asin(2 f t + )l具有单一频率成分具有单一频率成分l频率在频率在3003400Hz内内即可在电话线上传输即可在电话线上传输u正弦波

18、Y=Asin(2 f t + )受到数据b的控制 将数据b调制到正弦波 Y=Asin(2 f t + )中Y(bY(b)=)=A(b)A(b)sinsin( 2 f t + )( 2 f t + )Y(b)=AsinY(b)=Asin( 2 ( 2 f(bf(b) ) t + ) t + ) Y(b)=AsinY(b)=Asin( 2 f t + ( 2 f t + (b(b) ) ) ) FLFHfA10f =1000Hz正弦波正弦波Y=Asin(2 f t + )Y=Asin(2 f t + )中中“载有载有”数据数据载波信号载波信号l幅度调制（调幅，幅度调制（调幅，AM， Amplitu

19、de Modulation） Y(b)=A(b)sin( 2 f t + ) u或称：移幅键控（ASK，Amplitude Shift Keying ）u载波信号的振幅A随 数据b 而变化。例如：例如：lb =“1”，A = A(1)lb =“0”，A = A(0) 1 0 1 1 0 0 0 1A(1) 1，A(0) 0 ；AM/ASK信号波形信号波形数据 b=l频率调制（调频，频率调制（调频，FM， Frequency Modulation ）Y(b)=Asin( 2 f(b) t + ) u或称：移频键控（FSK，Frequency Shift Keying ）u载波信号的频率随 数据b

20、 而变化。例如：例如：lb =“1” ，f = f (1)lb =“0” ，f = f (0)1 0 1 1 0 0 0 1f(1) = 4f，f(0) = f；FM/FSK信号波形信号波形数据 b=l相位调制（调相相位调制（调相，PM ， Phase Modulation ）Y(b)=Asin( 2 f t + (b) )u或称：移相键控（PSK，Phase Shift Keying ）u载波信号的初始相位随 数据b 变化。 例如：例如：lb =“1” ， = (1)l b = “0” ， = (0)1 0 1 1 0 0 0 1 (0) = 0 (0) = 0， (1) = (1) = ；

21、PM/PSKPM/PSK信号波形信号波形数据=l总结 1 0 1 1 0 0 0 1TAMASKA(1) = 1A(0)= 0FMFSKf(1) = 4Ff(0) = FPMPSK(1) (1) = 0(0) =数据b=2相调制：用正弦波幅度、频率或初相位的2种状态表示1和0F(00) / F(01) / F(10) / F(11) F(xx)，F(xxx)，A(1) / A(0)A(1) / A(0)；f(1) / f(0)f(1) / f(0)；(1) / (0) (1) / (0) l星座图描述调制解调原理u星座图：码元（信号）幅度、相位表示在平面坐标系0，A = 01，A= 12-AS

22、K星座图0，= 01，= 2-PSK星座图l多相调制（不要求掌握）u载波（正弦波）频率较低，数据发送速率较高时，波形不是正弦波，难以解调u正弦波至少持续1个周期，发送多个比特，2相调制不能满足要求M (=2k) 相调制1 0 1 1 0 0 0 11/2000s1/2000s2000Hz2000Hz1/8000s1/8000su调制相数：码元数（波形的状态数）l正弦波持续的最短时间正弦波持续的最短时间码元周期码元周期l码元周期倒数码元周期倒数码元速率（波特率）码元速率（波特率）u信息传输速率（C）、调制相数（M）与码元速率（B）之间的关系 C = B log 2 Ml2-ASK/PSK，M=2

23、， C = B log 2 M= Bl16-ASK/PSK，M=16， C = B log 2 M= 4B【例】4-PSK。解：不失一般性，种相位= 0 ，代表00 = /2 ，代表01= ，代表10= 3/2 ，代表11波特率 B1(2T)信息传输速率 C1T1 0 1 1 0 0 0 1 : 3 / 2 0 / 22T10= 00= 001= /211= 3/21 0 1 1 0 0 0 1 : 3 / 2 0 / 22T1 0 1 1 0 0 0 1 : / 2 0 3 / 22T10= 00= 011= /201= 3/2课题练习（作业）数据数据b= 10000110，请画出下列调制方

24、式的波形：，请画出下列调制方式的波形：（1）AMASK波形。波形。A(0) = A，A(1) = 0.5A；（2）FMFSK波形。波形。f(0) = 2F，f(1) = F；（3）PMPSK波形。波形。(0) = 0，(1) =；星座图星座图（4）PMPSK波形。波形。(0) = /2，(1) =3/2。星座图星座图l正交调制（QAM，Quadrature Amplitude Modulation）u可供选择的相位有 12 种，每一种相位有 1 或2 种振幅可供选择。u4 bit 编码共有16 种不同的组合，16 个点中的每个点可对应于一种 4 bit 的编码。 u每一个码元表示的比特数越多，

25、解调时要正确识别每一种状态就越难。0010000100000100100110000011011101011010011010111100111011111101r(r, )u目前调制解调器的信息传输速率已很接近于香农的信道容量极限了。 u要提高信息传输速率，只能设法提高信噪比。 u在电话的用户线上，最大的噪声来自模拟到数字的模数转换所带来的量化噪声。 (2.5.2) 数字传输系统n电话交换网（PSTN，Public Switched Tone Network）l用户话机和线路是模拟的（设备/线路）l交换机和干线（中继线）是数字化设备和线路n语音编码（Speech Code）将话音变成数字数据

26、l基本语音编码技术：脉冲编码调制(PCM)、增量调制(DM)、线性预测编码(LPC)l改进语音编码技术：插值PCM(DPCM)，自适应插值PCM(ADPCM)，自适应DM(ADM)n脉冲编码调制(PCM)工作过程采样：按一定时间间隔获取原信号的值采样值量化：将采样值用有限个事先规定的数值就近取值量化值编码：将每个量化值用为若干位二进制表示（编码）U(v)t(s)T=1/8000s=125 sl采样：按一定时间间隔获取信号的值采样值。u采样定理：对最高频率为f0的信号，采用2f0频率采样，采样值包含信号中断所有信息。u电话系统用户线路带宽3003400Hz，最高频率3400Hz，每秒采样8000

27、次，话音成分不丢失。31-1-3-420-24l量化：将采样值用有限个事先规定的数值就近取值u2n 个量化等级u引入噪声（“就近取值”，与原值有差别）U(v)t(s)l编码：将量化值用进行二进制表示并压缩u用n位二进制编码，有2n 个不同的量化数值u按ITU-T/CCITT G.711 A/率压缩到m位l欧洲、中国等用欧洲、中国等用A律律l美国、日本等用美国、日本等用律律t(s)31-1-3-420-2411111111111101011111100000010000000111111011111000111110编码U(v)l一路PCM话音的速率每个采样值的m位编码在一个采样周期T内传输，传

28、输速率=m/T。um =7时，速率7bit(1/8000)s 56Kbpsum =8时，速率8bit(1/8000)s 64KbpslPCM解码：恢复原信号u低通滤波uD/A转换2.4 信道复用技术概念：多路复用在一个信道上“同时”传输多路数据（信号），而不相互影响。n分类l频分复用（FDM）l时分复用（TDM）l码分复用（CDM）2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用n频分复用（FDM，Frequency Division Multiplexing） 所有用户在同样的时间占用信道不同的带宽资源l用于传输模拟数据u无线电广播：AM中波段、短波段，FM超短波u电视信号传播（VL、VH、U等

29、频段）频率Hz时间VH频率段U 频段VL频率段FM频率段AM频率段n时分复用（TDM，Time Division Multiplexing）l将时间划分为周期（125s ），每个周期再划分成固定数量n个时隙（slot），n路数据信号分别在各自的时隙内使用全部的频率传输l一个周期内的n路数据构成一个TDM帧l有效地提高了传输线路利用率话路A：在 TDM 帧中的位置不变频率时间AAAATDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧话路B：在 TDM 帧中的位置不变话路C：在 TDM 帧中的位置不变话路D：在 TDM 帧中的位置不变BBBBCCCCDDDDf2f1125slTDM 实例1T1uT

30、x北美体制中话音数据（56Kbps）的复用标准l时分复用时分复用(TDM)lT1最低复用等级，最低复用等级，“一次群一次群” / “基群基群”lT3，T4uT1帧的构成（ TDM-T1帧）PCM采样频率采样频率8000次次/秒秒采样周期采样周期 = 125sl每帧：每帧：125s，复用，复用24个个PCM话路，话路，1Bit帧标志帧标志（分帧码）开始（分帧码）开始l每个每个T1帧帧PCM话路：数据话路：数据7Bit编码编码 + 1Bit信号位信号位（信令）（信令）lT1帧格式：帧格式：1个T1帧 (24个话路，125s内发送)12341bit帧标志(分帧码)/帧7位数据/话路1bit信号位(信

31、令)/话路24话路序号：125s内发送12347位话路数据24u计算T1的速率、效率和开销率l速率速率 =（24（7+1）+1）bit 125s =193 bit 125 s =1.544 Mb/s193比特中，有 7bit/路24路=168bit 用户数据l效率效率 = 16819387%l开销率开销率 = (193168)19313%（效率（效率+ +开销率开销率 =1 =1 ）l（TDM）实例2 E1：欧洲体制“一次群”(最小复用单位 )uE1的构成PCM采样频率8000次/秒，采样周期=125s采用256级量化，8位编码每个PCM采样周期传输l1路路8Bit同步信息同步信息l115路路

32、PCM 8Bit编码编码l1路路8Bit控制信令控制信令l1630路路PCM 8Bit编码编码uE1速率 = 8(15+1)2) = 2.048MbpsuE1效率 = 15/(15+1) =15/16 = 93.75%uE1开销率 = 1- E1效率 = 1/16 = 6.25%作业：查文献，画出E1的帧格式。n统计时分复用（Statistic-TDM，STDM）l在传输数据时，由于数据传输突发性，不同用户的需求不同，并在不断的变化，按实际需求分配“TDM时隙”统计复用。uFDM通常不采用统计复用，模拟信号事先分配带宽。u是TDM的改进。STDM帧长度不固定（不固定分配时隙），提高信道利用率。

33、u适用于传输突发数据，多用于分组网。u异步时分复用A1 B1 B2 C1A2C2D14 4个个STDMSTDM帧帧1 2 3 4A1 B1B2 C1A2C2D1TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧A2B2C2A1B1C1D12.4.2 波分复用n波分复用(Wave-length Division Multiplexing, WDM)l光的频分复用n密集波分复用(DWDM, Dense Wave Length Division Multiplexing )l一个波长（频率）内时分复用l提高光纤的利用率 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4

34、 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 8 2.5 Gb/s15501557nm20 Gb/s复用器分用器EDFA：掺铒光纤放大器 120 km2.4.3 码分复用码分复用（CDM，Code Division Multiplexing）码分多址（CDMA，Code Division Multiple Access）nCDMA的基本原理l各移动终端（用户）使用基站提供的特定码型代表比特1，其反向码型代表比特0。l各终端

35、的码型相互不同且正交(orthogonal) ，有很强的抗干扰能力l频谱类似于白噪声，不易被发现n码片序列(chip sequence)l每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)，一个比特的m个码片(chip) 为码片序列(CS, chip sequence) ，l每个终端被指派一个惟一的 m bit 码片序列CS，如00011011 。u比特 1，发送自己的 码片序列 CS。u比特 0，发送该码片序列的二进制反码 CSn将CS按“1 1”；“0 1”写成向量V则： 1CS = CS ， V(1) = (+1, +1, +1, 1, 1, +1, 1, 1)-1CS = -C

36、S ， V(-1)= ( +1, +1, +1, 1, 1, +1, 1, 1）例如，某终端的码片序列CS= 00011011l发送（或接收）比特 1 时 1CS = 00011011，信号波形为比特“1”码型向量 = (+1, +1, +1, 1, 1, +1, 1, 1) = Sl发送比特 0 时-1CS = 11100100 ，信号波形为比特“0”码型向量 = ( +1, +1, +1, 1, 1, +1, 1, 1) = -S 1 1 1 + 1 + 1 1 + 1 + 1+ 1 + 1 + 1 1 1 + 1 1 1n码型信号的叠加l基站与一个终端通信时传送0或1，不通信时不传送信号

37、l基站与多个终端同时通信时，各码型向量的信号波形是 “同步叠加”的。例：终端A、B、C的码型向量分别为VA：（1 1 1 1 +1 +1 +1 +1 ）VB：（1 1 +1 +1 1 1 +1 +1 ）VC：（1 +1 1 +1 +1 1 +1 1 ）lA、B、C分别发送1、1、0 叠加后码型信号 = 1VA +1 VB + (-1) VC =VA + VB VC = -1-1-3-31 1-1-11 1-1-13 31 1l定义: 向量S与向量T的规格化内积(inner product) “S T” l码型向量的正交令向量 S 、 T 表示两个码片向量。若：则：S与T “正交正交”miiiT

38、Sm11TSm = 向量的维数011miiiTSmTS式式1，(2-3)例: S = (1, 1, 1, +1, +1, 1, +1, +1) T = (1, +1, +1, 1, +1, +1, +1, 1) S与T “正交正交”)1() 1() 1() 1() 1() 1() 1() 1(811811iiimiiiTSTSmTS0) 1() 1() 1() 1() 1() 1() 1() 1(81l一个码片向量和自己的规格化内积是1 。l一个码片向量和自己反码向量的规格化内积值是 1。miimiiiSmSSm12111SSmim121) 1(1式式2，(2-4)miiiSSm11)( SS

39、mim121)1(1miiSm121式式3n一个CDMA通信系统由K个移动终端和一个基站组成。基站分配了任意两两正交的m位码片向量Sj（ j=1, K）给各终端，用于在基站和终端间通信。则由于通信中不能同时发送/接收1和0，式、式不能同时成立，因此在终端j和基站间采用CDMA通信，不会收到其它终端与基站通信的影响。1iiSS1)-iiSS （0jiSS， i, j=1, K, ij例：终端A、B、C的码型向量分别为VA：（1 1 1 1 +1 +1 +1 +1 ）VB：（1 1 +1 +1 1 1 +1 +1 ）VC：（1 +1 1 +1 +1 1 +1 1 ）lA、B、C分别发送1、1、0

40、叠加后码型信号 = 1VA +1 VB + (-1) VC = l收到码型信号X= uVA X= 1，终端A：数据 1uVB X= 0 0，终端B：无数据 uVC X= 1 ，终端C：数据 1-1-1-3-31 1-1-11 1-1-13 31 1-2-20 0-2-20 00 02 20 02 2(补充) SONET / SDHn复用：在高性能电缆或光纤上传输更多路PCM话音数据l高等级（高速）复用技术标准l在一定的频率点采用时分多路复用（TDM）l采用高精度时钟源，达到更高的同步性能lSONET (Synchronous Optical Network，同步光纤网)lSDH (Synchr

41、onous Digital Hierarchy，同步数字系列)lSDH 与 SONET有明确的对应速率u可认为 SDH 与 SONET 是同义词 u写成：SONETSDHn准同步数字传输系统（TE系列）的问题l速率标准不统一u国际范围的高速数据传输，要求高次群的数字传输速率标准化l不同复用等级间转换复杂u不同复用等级间转换要“分配（解复用）”下信号u再重新“复用” 上信号u“下信号上信号”不是简单的“叠加”l“准同步”系统u时钟精确度低，造成的误差需要通过填充脉冲，同步程度不能满足高速传输要求u过去的数字网采用准同步方式n同步光纤网 SONET lSONET(Synchronous Optic

42、al Network) ：美国国家标准，各级时钟都来自一个非常精确的主时钟u基本速率是 51.84 Mb/s，称为第 1 级同步传送信号 STS-1。STS ：Synchronous Transport Signal。u光信号则称为第 1 级光载波 OC-1，OC：Optical Carrier。 n同步数字系列 SDH lITU-T 以美国标准 SONET 为基础，制订的国际标准。uSDH 的基本速率为 155.52 Mb/s， 称为第 1 级同步传递模块 STM-1。相当于 SONET 的 OC-3 速率。u STM: Synchronous Transfer Module，l125 s（

43、1/8000s）发送/接收一个帧各复用等级相同nSONET/SDH的帧结构STS-1块帧l1/8000 s 发送/接收一个帧l9行前3字节为“开销”，说明9行后87字节“数据”的构成/处理方法l速率 = (9行90字节/行8bit/字节)(1/8000s) = 51.84Mbps1291 2 3 4 5 89 90开销数据nSONET 的 OC /STS等级与 SDH 的 STM等级的对应关系 10 Gb/sSTM-64OC-192/STS-1929953.280STM-32OC-96/STS-964876.6402.5 Gb/sSTM-16OC-48/STS-482488.320*STM-1

44、2OC-36/STS-361866.240STM-8OC-24/STS-241244.160STM-6OC-18/STS-18 933.120622 Mb/sSTM-4OC-12/STS-12 622.080*STM-3OC-9/STS-9 466.560155 Mb/sSTM-1OC-3/STS-3 155.520*OC-1/STS-1 51.840表示线路速率的常用近似值ITU-T符号SONET符号线路速率(Mb/s)nSONET/SDH的高等级复用lSDH的STM-1 = SONET的STS-3 = 3 SONET的STS-1l速率 = 351.84 Mbps = 155.52 Mbps

45、l操作： 复用：“叠加”；分用（解复用）：“拆分”STS-1帧STS-1帧STS-1帧STS-3 / STM-1帧2.6 宽带接入技术2.6.1 xDSLn xDSL概念lxDSL 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。uDSL (数字用户线，Digital Subscriber Line)u前缀 x：不同宽带方案。 l标准模拟话路的频带 3003400 kHzl但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过 1 MHz。u04 kHz 低端频谱留给电话，u原来没利用的高端频谱留给用户上网使用。nxDSL 的类型lADSL (Asymmetric Digital S

46、ubscriber Line，非对称数字用户线）lHDSL (High speed DSL，高速数字用户线）lVDSL (Very high speed DSL，甚高速数字用户线）lSDSL (Single-line DSL，1 对线的数字用户线）lDSL ：ISDN 用户线。lRADSL (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。 nADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，不对称数字用户线）l非对称上行和下行不对称。u上行信道：用户到 ISP，带宽窄（速率低）u下行信道： ISP 到用户，

47、带宽宽（速率高）l离散多音调（DMT，Discrete Multi-Tone)调制技术。u多音调：“多载波”或“多子信道” 。uDMT是频分复用(FM)l 40 kHz 到到 1.1 MHz（高端频谱）划分为多个子信（高端频谱）划分为多个子信道。其中道。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 249 个子个子信道用于下行信道。信道用于下行信道。l每个子信道占据每个子信道占据 4 kHz 带宽，使用不同的载波带宽，使用不同的载波（音调）进行数字调制。（音调）进行数字调制。相当于在一对用户线相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器上使用许多小的调制解调器并行地并行地传送数据

48、。传送数据。幅度（增益）频率上行信道带宽小速率低传统电话带宽小04下行信道带宽大速率高(kHz)401381100lDMT 技术的频谱分布lADSL 的组成：居民家庭端用户线端局uPS ：电话分离器，POTS SplitteruATU：接入端接单元，Access Termination Unit，调制解调器lATU-C（端局（端局 ），），ATU-R（远端（远端 ）uDSLAM：(数字用户线接入复用器 ，DSL Access Multiplexer电话线Internet居民家庭端端局（远端站）PSPSATU-RATU-CATU-CATU-CDSLAM本地电话网本地电话网用户线lADSL 的极限

49、传输距离ADSL 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u用户线越细，信号衰减大u最高数据传输速率与用户线上的信噪比密切相关。l例如，例如，0.5 毫米线径的用户线，传输速率为毫米线径的用户线，传输速率为 1.5 2.0 Mb/s 时可传送时可传送 5.5 公里，但当传输速率提高到公里，但当传输速率提高到 6.1 Mb/s 时，传输距离就缩短为时，传输距离就缩短为 3.7 公里。公里。l如果把用户线的线径减小到如果把用户线的线径减小到0.4毫米，那么在毫米，那么在6.1 Mb/s的传输速率下就只能传送的传输速率下就只能传送2.7公里公里 lADSL 的速率下行： 32 kb/s6

50、.4 Mb/s上行： 32 kb/s640 kb/su措施l采用自适应采用自适应DMT。用户线间差异很大，采用自适。用户线间差异很大，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。应调制技术，使用户线能够传送尽可能高的数据率。l差异：距离、线径、受到相邻用户线的干扰程度等差异：距离、线径、受到相邻用户线的干扰程度等都不同都不同l启动时测试。当启动时测试。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用的频率、各子信道受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到的干扰情况，以及在每一个频率上测试信号的传输质量

51、。输质量。u不能保证固定的数据率。质量很差的用户线甚至无法开通 ADSL。l第二代 ADSL ADSL2（G.992.3 和 G.992.4）ADSL2+（G.992.5）u通过提高调制效率得到了更高的数据率。l例如，例如，ADSL2 要求至少应支持下行要求至少应支持下行 8 Mb/s、上行、上行 800 kb/s的速率。而的速率。而 ADSL2+ 则将频谱范围从则将频谱范围从 1.1 MHz 扩展至扩展至2.2 MHz，下行速率可达，下行速率可达 16 Mb/s（最（最大传输速率可达大传输速率可达25 Mb/s），而上行速率可达），而上行速率可达 800 kb/s。u采用了无缝速率自适应技术

52、。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。u改善了线路质量评测和故障定位功能，提高网络的运行维护水平。2.6.2光纤同轴混合网 （HFC）光纤同轴混合网(Hybrid Fiber Coax， HFC)n结构l在CATV上开发l主干采用光纤l结点体系结构（头端、用户端）l头端用户端：宽带双向传输n服务l数字电视、VoD、网络浏览l用户采用“机顶盒”uCable MODEMu加密、认证2.6.3 FTTx 技术nFiber To The ，光纤到nFTTHl Fiber To The Home，光纤到家 l光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方法。nFTTB lFib

53、er To The Building，光纤到大楼 l光纤进入大楼后转换为电信号，用电缆或双绞线分配到各用户。nFTTC lFiber To The Curb，光纤到路边 l从路边到各用户使用星形结构双绞线作为传输媒体。第2章作业：2-012-052-07(选作)2-082-092-12（选作）2-132-142-16 2-18第第2章练习题：章练习题：1.在带宽为50KHz的线路上要传输T1载波（1.544Mb/s）需要多大的信噪比？2.用带宽为3.1KHz、信噪比为20db的信道发送二进制信号时，最大数据传输率是多少？3.画出10000111的ASK、PSK和FSK的波形示意图，及ASK、PSK 波形的星座图。4.分别画出T1和E1的帧结构，计算效率和开销。5.某信道带宽W=3000，信噪比S/N=512，求该信道的极限信息传输速率。若传输速率提高10%，带宽W不变，信噪比应提高到原来的多少倍？00，= 011，= 3/210，= 01，= /26. 某信道信噪比S/N=512，若传输速率提高10%，带宽W不变，信噪比应提高到原来的多少倍？7. 采用正交调制（幅相调制）方式的调制解调器的星座图如右，载频为2KHz，试画出信息10110100的波形示意图。【