第七章通信网基础

通信技术基础主编：于宝明王钧铭主审：宫锦文新世纪高职高专通信类课程规划教材国家级精品课件配套教材大连理工大学出版社7.1通信网分类及通信网的拓扑结构通信网是指由一定数量的节点(包括终端设备和交换设备)和连接节点的传输链路相互有机地组合在一起，以实现两个或多个规定点之间信息传输的通信体系。通信网由传输、交换、终端三大部分组成。传输部分:为网络的链路（Link），交换部分:为网络的节点（Node），终端（Terminal）:是信息的发送者和接收者通信网拓扑结构：所谓拓扑结构是指通信网络中的各节点设备（包括计算机及有关通信设备等）与通信链路相互连接而构成的不同物理几何结构。

网络拓扑结构是决定通信网络性质的关键因素之一。根据各节点在网络中的连接形式，通信网络拓扑结构常分为总线型、环型、星型、树型、网状型(或网孔型)和复合型6种结构。（1）网型（Mesh）网网型网有如下特点：各个用户终端之间直接以通信链路连接；通信建立过程中不需要任何形式的转接；接续质量高，网络的稳定性好；需要有很多的通信链路。线路数:N=½n(n-1)DTE/DCE

网型网（2）星型(Star)网

星型网有如下特点：各用户终端都通过转接中心进行连接；与网型网相比节省许多通信链路；需要有转接设备，转接设备故障可能会造成全网通信瘫痪；星型网可以是多层次的，有时也称为树型结构。

交换机交换机星型网（3）环型(Ring)网环型网有如下特点：环型网的拓扑结构为一封闭环形，传输线路短；初始安装比较容易；故障的诊断比较准确，适于用光纤系统；可靠性、可扩展性和灵活性较其它网络差。DCE

DCE

DCE

DCEDCE

DTE

DTE

DTE

DTE

DTE

环型网（4）总线型(Bus)网总线型网有如下特性：总线型网采用公共总线作为传输介质，信号沿介质进行广播式传送；有智能入网结点；安装容易，可靠性高，新增终端方便；由于采用分布式控制，不易管理，故障诊断和隔离比较困难。总线型网（5）复合（Compound）网复合网的特点如下：由两种以上网络复合;适用于大型网络。

交换机交换机

网型网

星型网

星型网

星型网

交换机

复合网（6）树型（Street）网

树型网络的结构特点是网络中各节点设备采用分级结构彼此连接而形成的一个倒树状结构（又被称为分级的集中式网络），网络中每一节点都是通过它的根节点（或父节点）与它的本级的其它节点或上级节点进行信息传输的，与它下级节点的信息交换则是通过它的子节点实现完成的，如图所示。因此，除了“叶子”节点（末端）外，树型网络中的所有根节点和子节点都是转接节点。树型网不同拓扑结构的网络特点7.3通信网中的各种技术

7.3.1信号交换定义：通信网络上的各个用户之间进行通信，由网上的设备根据用户要求选择通信对象，这就是信号的交换。分类：线路交换、报文交换和分组交换。信号交换线路交换报文交换分组交换虚拟线路数据报程控交换人工交换信号交换分类线路交换（电路交换，CircuitSwitching）在信息（数据）的发送端和接收端之间，直接建立一条临时通路，供通信双方专用，其它用户不能再占用，直到双方通信完毕才能拆除。优点：

直接由物理链路连通；没有其它用户干扰、没有非传输时延；缺点：

通路建立时间较长；线路利用率不高。注意：面向连接；独占物理链路面向连接的服务包含三个过程：连接建立数据传输连接拆除提供“可靠的服务”。该方式适合大数据量的信息传输((A交换机交换机交换机交换机((((((交换机交换机BCD面向连接CO(Connection-Oriented)电话接序示意图报文交换（MessageSwitching）原理：信源将欲传输的信息组成一个数据包，我们称作报文。该报文上写有信宿的地址。这样的数据包送上网络后，每个接收到的节点都先将它存在该节点处，然后按信宿的地址，根据网络的具体传输情况，寻找合适的通路将报文转发到下一个节点。经过这样的多次存储—转发，直至信宿，完成一次数据传输，这种节点存储—转发数据的方式称为报文交换。在报文交换中，报文沿一条路径从一个节点发送到下一个节点，整条报文在每一个节点被接收、存储，然后发向下一个节点。如果其中的某一段链路没有空闲，则它可以在这段链路的上一个节点中等待。注意：无连接；基于“存储-转发”机制

报文交换不像线路交换那样需要建立专用通道。报文交换1.优点：中继电路利用率高；不同速率和规程的终端之间可以通信。2.缺点：时延大；占用大量的内存和外存。3.应用：短报文；实时性要求低的用户。分组交换（PacketSwitching）分组交换是数据量有限的报文交换，即把一个大数据包分成若干个小数据包（俗称打包），每个小数据包的长度是固定的然后再按报文交换的方式进行数据交换。在报文交换中，我们对一个数据包的大小没有限制，比如你要传输一篇文章，不管这篇文章有多长，它就是一个数据包，报文交换把它一次性传送出去（可见报文交换要求每个节点必须具有足够大的存储空间）。而在分组交换中，要限制一个数据包的大小。为区分这两种交换方式，把小数据包（即分组交换中的数据传输单位）称为分组（Packet）。分组交换（包交换）分组的组成数据数据数据

在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）依次把各分组发送到接收端接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数据分组11010011101•

•••••••00101001110报文发送端首部分组数据首部分组首部数据发送发送发送在前发送接收端数据首部数据首部数据首部11010011101•

•••••••00101001110数据分组在网络中有两种传输方式：数据报（Datagram）和虚电路（VirtualCircuit）。数据报：该方式非常像报文交换，是一种无连接型的服务。每个分组数据包的报头包含了分组的最终目的地及其在报文中的位置。与虚拟电路的数据分组包报头不同的是，它不包含路径的信息。当分组数据包通过网络移动时，每一个节点将做出路由选择。每一个节点读取数据分组报头的目的地信息，并在那一刻选择可获得的最佳路径，然后将分组发向下一个节点。在最后一个节点，分组被存储，直到所有构成报文的其它的分组都到达并重新按报头指示的顺序排列起来。每个分组在网络中的传输路径与时间完全由网络的具体情况而随机确定。因此，会出现信宿收到的分组顺序与信源发送时的不一样，先发的可能后到，而后发的却有可能先到。这就要求信宿有对分组重新排序的能力，具有这种功能的设备叫分组拆装设备(PAD，PacketAssemblyandDisassemblyDevice），通信双方各有一个。数据报要求每个数据分组都包含终点地址信息以便于分组交换机为各个数据分组独立寻找路径。注意：

无连接；基于“存储-转发”虚电路（VirtualCircuit）：1.概念：虚拟线路类似于传统的线路交换。首先由源发出一个呼叫请求包到第一个节点A，节点A继续把它传送到第二个节点B，最后传到目的地。目的地将呼叫应答包发送回源。中间仍然需要存储转发.2.注意：

面向连接，但是与电路交换的区别在于它占用的是一条“逻辑链路”；并非独自占用

注意:面向连接,存储-转发方式数据报和虚电路的对比：（1）数据报省掉了呼叫的建立和清除过程，如果只传送少量的分组，那么采用数据报方式的传输效率会比较高。（2）对于数据报方式，由于每个分组是各自独立在网络中传输的，所以分组不一定按照发送时的顺序到达网络终点，因此在网络终点必须对分组重新排序。而对于虚电路的方式，分组按已建立的路径顺序通过网络，在网络终点不需要对分组重新排序。（3）在数据报方式下，由于每个数据分组都要独立的寻找路径，所以单个数据分组传输的时延较大。而虚电路一旦建立，单个数据分组的传输时延则会小得多。（4）数据报方式对网络的适应能力较强。我班接到通知，“明天早上到古平岗老校区集合！”电路交换：公安封锁道路，为我班提供“专线”，等我班通过之后才撤去。报文交换：全班同学集体行动，转公交车到古平岗。仙林校区->165路->45路->古平岗校区分组交换之“虚电路”：班长去“探路”，到目的地立即短信告知路线，全班同学依计行事。分组交换之“数据报”：全班同学各走各的，“殊途同归”。（学号分组序号）异步转移模式（ATM，AsynchronousTransferMode）

ATM交换方式属于快速分组交换，但它不仅仅是简化了控制，提高了速率的分组交换，同时为了满足实时业务的要求，还使用了一些电路交换中的方法。ATM改进了电路交换的功能，使其能灵活地适配不同速率的业务；ATM改进了分组交换功能，满足实时性业务的要求。所以ATM交换方式又可以看作是电路交换方式和分组交换方式的结合。

电路交换方式适用于电话业务；分组交换适用于数据业务；而ATM既适用于电话业务，又适用于数据业务，并且还能适用于其他业务。

7.3.2频分多路复用（FDM，FrequencyDivisionMultiplex）

基带信号对载波进行调制后其频谱被搬到了载波的两边，载频不同，调制后频谱的位置也不同。利用调制的这一特点，我们可以将多个基带信号（例如话音信号或数字基带信号）对不同频率的载波进行调制，使它们在频率轴上处于不同的位置，然后将它们叠加在一起进行处理（如调制、放大等）并在一个信道中传输。在接收端，用不同中心频率的带通滤波器进行分离，再用各自的解调器解调后恢复原来的基带信号。以这种方式实现多路信号在一个信道中传输的技术称为频分多路复用（FDM）。有的信道有很宽的频率范围，但用户的信息带宽却很窄，用这样的信道去传输一个用户的信号显然会造成频率资源的浪费。这时可以将一个信道按频率划分成多个子信道，每个信道分配一个载波，传送一个用户的信号，这种方式称为频分多路复用（FDM）。采用频分多路复用方式时数字基带信号必须通过调制将频谱搬到对应的子信道上。

fC

低通滤波器

调制器

带通滤波器

合路器

载波发生器

低通滤波器

调制器

带通滤波器

基带信号

Ⅰ

基带信号

Ⅱ

低通滤波器

调制器

带通滤波器

基带信号

N

(a)

f1

f2

fN

调制器

图中N路基带信号分别通过低通滤波器限制带宽，然后送入相应的调制器对频率为f1、f2、……fN的载波进行调制。各载波之间有一定的频率间隔，以保证已调波的频谱不发生重叠。合路器将多个已调波混合成一路，并将这个多路复用信号当作一路基带信号对高频载波fC进行调制，最终送入信道。fC

低通滤波器

解调器

带通滤波器

分路器

低通滤波器

解调器

带通滤波器

基带信号

Ⅰ

基带信号

Ⅱ

低通滤波器

解调器

带通滤波器

基带信号

N

(b)

f1

f2

fN

解调器

信道

上述组成框图与发送部分是对应的。解调器对接收到的信号进行解调，得到频分复用信号，由分路器将复用信号送入中心频率分别为f1、f2、……fN的带通滤波器。带通滤波器的中心频率与发送端各载波的频率是一致的，它将其它各路信号以及传输过程中引入的干扰滤除，输出一个较为纯净的单路已调信号。最终各个解调器对每一路信号进行解调恢复原基带信号。

频分多路复用更多地用于模拟通信系统中，并且可以进行多层的频分复用。下图表示用于卫星通信的CCITT900路主群各级频分复用的情况。一个CCITT900路主群由15个超群构成，每个超群又由5个基群构成，每个基群由12个语音基带信号复合而成，总的信号数为15×5×12=900路。每一路信号的频率范围为300～3400Hz，900路主群的频率范围从308kHz到4028kHz，带宽约4MHz。

3003400Hz

308

4028kHz

312552kHz

60108kHz

基群

超群

CCITT主群基群形成

超群形成

主群形成

基带信号

60108kHz

312

552kHz

308

4028kHz

2时分多路复用(TDM)为什么要进行时分多路复用一个大型的数字通信系统具有较高的信息传递速率，而单个用户所需要的码率却往往并不很高，因此在数字通信中有时要将多路信号复合，在同一个通信系统（或传输信道）中进行传输。由于数字信号具有时间上离散的特点，因此可以将多路信号进行分时传送。什么是时分多路复用将信道的工作时间按一定的长度分段，每一段称为一帧，一帧又分为若干个时隙。用户的信号在每一帧中各自占用一个预先分配的时隙。这样就可以实现多路信号在同一个信道中的不同时间里进行传输。

图中，圆弧表示导电片，箭头表示簧片，左边机构为复用器，右边机构为解复用器，两者以相同的速度旋转。设a、b、c为三个发送信号的用户，a’、b’、c’为对应的接收用户，与用户相连的线路称为用户线路，复用器与解复用器之间的线路称为中继线路。寄存器寄存器1011001000110101101100101011001000110101001101010110取样门取样门取样门保持电路编码器时钟选通电路第一路取样第一路保持第一路编码第二路取样第二路保持第二路编码第三路取样第三路保持第三路编码第二帧开始第一帧开始在30/32路PCM系统中，每32个时隙内只有30个时隙用于消息的传送；第1个时隙（TS0）在偶帧时传送同步码，码组固定为*0011011，其中*作为备用码元，奇帧时传送监测告警信号；第十七个时隙（TS16）传送信令，每个信令用4位码组表示，每帧的TS16可以传送两个信令。每16帧构成一个复帧，每个复帧的第16帧中的TS16的前4位码组用来传送复帧同步码，码组固定为0000。30/32路数字通信系统的总码率为fA=8000328=2048kbit/s30/32路PCM终端各取样器的开关频率相同（8kHz），但取样时刻不同，它们分别在各自规定的时间内进行取样和编码，另外也可以在有些时隙内传送数据信号，如计算机数据或传真；在TS0时刻和TS16时刻插入同步信号和信令信号；汇总器将各种信号汇合后，其输出已是一个完整的30/32路PCM复用信号，经码型变换（如HDB3）后即可送入调制信道。30/32路PCM终端信道输出的信号经再生整形后进行码型反变换，然后由分离器将话音信码与其他码元分离。话音信码经PCM解调后由分路器分别送至各用户。7.3.3扩频技术（SpreadSpectrum）

信道中不可避免地存在着干扰与噪声，并且信道的频带宽度也总是有限的，因此信道传送信码的能力会受噪声和带宽的限制。信道极限的传输能力（也就是信道最大的信息传输速率）称为信道容量，当系统传输的信息速率超过信道容量时，系统误码率将会大大增加。香农公式指出了信道容量C与信道带宽B和信噪比S/N的关系：

上式表明，增加信道的传输带宽或提高信号传输的信噪比都可以增加信道容量，或者说信道传输带宽与传输信噪比之间可以互换。从信号的角度看，如果将信号的频带展宽（当然传输系统要提供相应的带宽），就可以在信号功率较小而干扰或噪声较大的情况下获得较低的误码率。扩频技术正是基于香农公式而发展的一种通信技术。

扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列：SpreadSequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。扩频通信的特点：（1）易于重复使用频率，提高了无线频谱利用率（2）抗干扰性强，误码率低（3）隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小（4）可以实现码分多址（５）抗多径干扰（６）能精确地定时和测距（7）适合数字话音和数据传输，以及开展多种通信业务（8）安装简便，易于维护1PN（PseudorandomNoise）码

扩频技术是扩展频谱技术的简称，它是一种伪噪声编码通信技术。扩频可以直接对基带信号进行，称为直接扩频；也可以对已调信号进行，称为跳频。无论是直接扩频还是跳频，都要用到一种特别的码，即伪随机（PN）码。

PN码序列是一种与白噪声类似的信号，它是一种具有特殊规律的周期信号。这类码序列最重要的特性是具有近似于随机信号的性能。因为噪声具有完全的随机性，也可以说具有近似于噪声的性能。但是，真正的随机信号和噪声是不能重复再现和产生的。我们只能产生一种周期性的脉冲信号来近似随机噪声的性能，故称为伪随机码或PN码。PN码的相关函数具有尖锐特性，因此易于从其它信号或干扰中分离出来，且有良好的抗干扰特性。PN码的类型有多种，其中最大长度线性移位寄存器序列（简称m序列）性能最好，在通信中普遍使用。m序列的最大长度决定于移位寄存器的级数，若n为级数，则所能产生的最大长度的码序列为2n-1位。m序列的码结构决定于反馈抽头的位置和数量。不同的抽头组合可以产生不同长度和不同结构的码序列，但也有的抽头组合并不能产生最长周期的序列。现在已经得到3～100级m序列发生器的连接图和所产生的m序列的结构。

下图是一个周期为31的PN码序列，在一个周期内“1”或“0”码的出现似乎是随机的。PN码序列的这种特性称为伪随机性，因为它既具有随机序列的特性，又具有一定的规律，可以人为地产生与复制。PN码可以通过寄存器产生。下图是由5级移位寄存器通过线性反馈组成的PN码序列产生电路。图中，每一级移位寄存器的输入码（1或0）在CP脉冲到来时被转移到输出端，而D1的输入是D2输出与D5输出的模2加的结果。CP

D1

D5

D4

D3

D2

Q5

Q4

Q3

Q2

Q1

＋上图中各个CP脉冲周期内每一个移位寄存器的输出状态如下表所示PN序列产生器工作状态表CP周期移位寄存器输出CP周期移位寄存器输出CP周期移位寄存器输出Q1Q2Q3Q4Q5Q1Q2Q3Q4Q5Q1Q2Q3Q4Q5111111120010023101112011111300010241101130011114000012501101410011151000026001105110011601000270001160110017101002810001710110180101029110008010111910101301110090010120110103111110101001021111011111111101001220111022直接序列扩频

直接序列（DS）扩频是一种应用较多的扩频技术，简称直扩，它直接用具有高码元速率的PN码序列在发送端扩展基带信号的频谱，在接收端用相同的PN码序列进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。

图中，数字基带信号首先与PN码序列相乘，得到被扩频的信号（仍为数字基带信号），随后与正弦载波相乘并通过带通滤波器，得到射频宽带信号。在接收端，信号经带通滤波器滤波后先与本地载波相乘进行相干检波，得到基带扩频信号，然后再与PN码相乘解扩，恢复原始数字基带信号。

a

c

d

f

信码频谱

PN码频谱

直扩后信号频谱

fC

f

f

f

调制后信号频谱

b

从波形的角度看，经过扩频的信码每一个码元由多个码片构成（图中是12个，实际上更多），从波形上看脉冲的宽度小了，因而信号的频谱展宽，这也是将这种技术称为扩频技术的原因。

从频谱的角度看，图（a）是基带信号的频谱，这是一个窄带信号；图（b）是PN码序列的频谱，其带宽要比信号宽得多；两者相乘后信码的频谱被展宽，但频谱密度大大降低，如图（c）；正弦调制后基带信号的频谱被搬移到载波的两边，如图（d）。扩频系统的抗干扰原理3跳频在扩频通信中，另一种最常用的扩频方式是跳变频率(FrequencyHopping)工作方式，简称跳频(FH)方式。通常我们所接触到的无线通信系统都是载波频率固定的通信系统，如无线对讲机，汽车移动电话等，都是在指定的频率上进行通信，所以也称作定频通信。这种定频通信系统，一旦受到干扰就将使通信质量下降，严重时甚至使通信中断。

定频通信系统容易暴露目标且易于被截获，这时，采用跳频通信就比较隐蔽也难以被截获。因为跳频通信是“打一枪换一个地方”的游击通信策略、使敌方不易发现通信使用的频率，一旦被敌方发现，通信的频率也已经“转移”到另外一个频率上了。当敌方摸不清“转移规律”时，就很难截获我方的通信内容。因此，跳频通信具有抗干扰、抗截获的能力，并能作到频谱资源共享。所以在当前现代化的电子战中跳频通信已显示出巨大的优越性。另外，跳频通信也应用到民用通信中以抗衰落、抗多径、抗网间干扰和提高频谱利用率。

在二进制FSK系统中，1码与0码表现为两个不同频率的载波，分别计为f1和f2，跳频系统在FSK的基础上使f1和f2以相同的规律作随机跳变，也就是说，实际的发送频率是

ft=fN+f1当发送1码时

ft=fN+f2当发送0码时这里fN是按伪随机变化的频率，通常可由PN码控制频率合成器产生。

图中所用的频率合成器是一种能产生多个频率点的高稳定度的正弦信号源，在通信系统中被广泛地应用。频率合成器的输出频率可以受并行输入的二进制代码控制。串行输入的PN码经过移位寄存器后并行输出，每输入一位PN码就有一组码输出，相应地控制频率合成器输出一个频率。设频率合成器的输入码组长度为4，其输出频率有16种，若用周期为31的PN码，则各个时钟周期内PN码与频率合成器的输出频率fN对照如下表。PN码与频率合成器输出对照表时钟周期移位寄存器输出fN时钟周期移位寄存器输出fN时钟周期移位寄存器输出fN11111f15120010f2231110f1421111f15130100f4241101f1331110f14141000f8251011f1141100f12150000f0260110f651001f9160001f1271100f1260011f3170010f2281000f870110f6180101f5290001f181101f13191010f10300011f391010f10200101f5310111f7100100f4211011f11321111f15111001f9220111f7331111f15周期为31的PN码序列：1111100110100100001010111011000f2

0T1T2T3T4T5

10111

f1ffNf0+fN或f1+fNf0f5f10f15f15t

图中，在0～T1时刻，信码为1，BPSK信号的频率为f1。在这段时间内，fN变化了8次（如图中虚线段所示），所以实际发送的信号的频率是分8段变化的频率（图中粗线段所示），每一小段的发送频率都比f

N高了f1；在T1～T2时刻，信码为0，BPSK信号的频率为f2，fN又随机变化了8次，这段时间内发送的信号频率也是分8小段变化，每一小段的发送频率比fN高了f2。图中粗线段表示了跳频系统发送信号的频率，这个图称为跳频图案。

从跳频图案中可以看到，发送的信号频率变化似乎是随机的，但实际上它有一定的规律，主要决定于控制fN产生的PN码。经过一个PN码周期后，f

N重复变化，跳频图案也会重复出现（实际上，因为信码的变化，一个PN码周期后跳频图案还是与前一周期不同的）。跳频速率通常采用等于或大于信息码速率。如果每个码有多次跳频，称为快跳频，如果跳频速率与码率相同则称为慢跳频。跳频技术指标考察一个系统的跳频技术性能，应注意下列各项指标：跳频带宽、跳频频率的数目、跳频的速率、跳频码的长度(周期)、跳频系统的同步时间

一般说来，希望跳频带宽要宽，跳频的频率数目要多，跳频的速率要快，跳频码的周期要长，跳频系统的同步时间要短。跳频系统的主要特点由于它是瞬时窄带系统，它易于与目前的窄带通信系统兼容。由于它是宏观的宽带系统，它具有扩展频谱的抗干扰能力。由于它是按照跳频图案进行频率跳变的，它具有码分多址和频带共享的组网通信能力。由于它是载波频率快速跳变的，它具有频率分集的功能。跳时(TH)方式

跳变时间(TimeHopping)工作方式，与跳频相似，跳时(TH－TimeHopping)是使发射信号在时间轴上跳变。首先把时间轴分成许多时片。在一帧内哪个时片发射信号由扩频码序列去进行控制。可以把跳时理解为：用一定码序列进行选择的多时片的时移键控。由于采用了窄得很多的时片去发送信号，相对说来，信号的频谱也就展宽了。

跳时也可以看成是一种时分系统，所不的地方在于它不是在一帧中固定分配一定位置的时片，而是由扩频码序列控制的按一定规律跳变位置的时片。跳时系统的处理增益等于一帧中所分的时片数。由于简单的跳时抗于拢性不强，很少单独使用。跳时通常都与其他方式结合使用，组成各种混合方式。宽带线性调频宽带线性调频(ChirpModulation)工作方式，简称Chirp方式。如果发射的射频脉冲信号在一个周期内，其载频的频率作线性变化，则称为线性调频。因为其频率在较宽的领带内变化，信号的频带也被展宽了。这种扩频调制方式主要用在雷达中，但在通信中也有应用。

各种混合方式

在上述几种基本的扩频方式的基础上，可以组合起来，构成各种混合方式。例如DS／FH、DS／TH、DS／FH／TH等等。一般说来，采用混合方式看起来在技术上要复杂一些，实现起来也要困难一些。但是，不同方式结合起来的优点是有时能得到只用其中一种方式得不到的特性。7.3.5基于双绞线的接入技术

目前世界上最长的通信线路＋（不只是一简单的加）数字化终端（如计算机、传真机、数字电话机、互联网等）＝利用现有的双绞线进行数字终端的接入。目前基于双绞线的数据传输系统大致有三类：①不改变电话网的结构，在用户终端之间引入modem将数据信号转化为与话音信号类似的模拟信号（频率范围限制在300Hz～3400Hz）；②利用现有的双绞线，对端局交换机的用户电路部分作一些改造，数据信号以数字方式在线路中传输，典型的例子是xDSL、ISDN；③用于局域网（LAN）内各终端之间的数据传输。

1双绞线

双绞线(TP:TwistedPairwire)是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起,可降低信号干扰的程度,每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。

双绞线的性能取决于双绞线的各种参数，EIA/TIA-568-A（商用楼布线标准）将双绞线分为两种类型：屏蔽双绞线（STP,ShieldedTwistedPair）与非屏蔽双绞线（UTP,UnshieldedTwistedPair））。

双绞线虽不是最好的传输介质，但它价格低廉且已被广泛应用。用于数据传输的双绞线一般是四对封装成一条电缆（一条电话电缆会包容更多对的双绞线），每对双绞线的特征阻抗都是100Ω。双绞线的频带宽度与线规、线类及长度有关，3类线100m的传输带宽为16MHz，而5类线的100m传输带宽为100MHz。2利用模拟电话用户线进行数据传输电话网与模拟电话用户线电话网通过交换机（exchange）和通信链路实现多个电话用户的相互通信。与用户直接相连的交换机称为市话交换机或端局交换机。电话网可以通过增加端局交换机来扩大服务区域，各交换机之间可以互连形成网型网或用汇接交换机连接形成星型网。汇接交换机是交换机的交换机，当距离很远时汇接交换机也称为长途交换机。交换机之间的线路称为中继线，一般采用同轴电缆或光纤作为传输介质。

电话用户线是从普通电话用户到电信网端局交换机之间传送模拟信号的通信线路，它以双绞线为传输介质，受交换机中用户电路的限制，模拟电话用户线所能传输的信号频率范围为3003400Hz。

用户电话机用一对双绞线（双线）接入电话网，另外用两对线（四线）分别与话筒和耳机相连，因此在同一对双绞线上必须传送双向同频的话音信号。在电话机中有一个混合回路（也称为“二——四”线转换器）用于实现出入信号的合路与分路。模拟电话用户线中的数据传输

利用模拟电话用户线进行数据传输时，首先必须将数据信号转换成频率范围为3003400Hz的模拟信号，这个过程由调制解调器（Modem）完成。

（PSTN）

IDN

IInternet

Modem模拟用户线

端局交换机

PSTN各交换机之间已完全实现了信号的数字化传输与处理，这部分称为综合数字网络（IDN），它包含了各种数字交换设备、数字通信链路（局间中继线路）；IDN与模拟用户线相连的部分是这个通信网中端局交换机与模拟用户线的接口电路，具有滤波、PCM编解码等各种功能；数据终端是指用户的数字化终端，如计算机、传真机等。3xDSL技术用户线的数字化已成为近年来的热门技术，也是实现用户端到端的全数字式多媒体通信的关键。与干线通信网不同的是，由于每个用户要承担各自用户线的费用，因此降低成本、提高传输速率、扩展新业务等都是在用户环路数字化过程中必须考虑的问题。数字用户线路（DSL）是以双绞线为传输介质的传输技术组合，它包括非对称数字用户线（ADSL）、高速数字用户线（HDSL）、对称数字用户线（SDSL）等，一般称之为xDSL。它们主要的区别就是体现在信号传输速度和距离的不同以及上行速率和下行速率对称性的不同这两个方面。对称DSL技术对称DSL技术主要用于替代传统T1/E1接入技术，与传统的T1/E1接入相比，DSL技术具有对线路质量要求低、安装调试简便等特点，而且通过复用技术，还可以提供语音、视频与数据多路传送等服务。目前，对称DSL技术主要HDSL、SDSL、MVL及IDSL等几种。HDSL（高比特率DSL）是目前众多DSL技术中较为成熟的一种，并已得到了一定程度的应用。这种技术的特点是利用两对双绞线实现数据传输，支持N×64kbps各种速率，最高可达E1速率。HDSL无需借助放大器即可实现3.6公里以内的正常数据传输。与传统T1/E1技术相比，HDSL最突出的优势是部署成本低廉、安装简便，是T1/E1较为理想的替代技术之一。SDSL（单线DSL）是HDSL的单线版本，可提供双向高速可变比特率连接，速率范围从160kbps到2.084Mbps。SDSL利用单对双绞线，可支持最高达E1速率的多种连接速率，在0.4mm双绞线上的最大传输距离可达3公里以上。与HDSL相比，SDSL可节省一对双绞线，因而部署更为简单方便。MVL（多路虚拟DSL）是Paradyne公司开发的低成本DSL传输技术，能够利用一对双绞线实现高速数据接入，部署成本及功耗都相对较低，并可进行高密度安装，能够利用与ISDN技术相同的频率段，有效传输距离可达7公里左右。IDSL（ISDN数字用户线）通过在用户端使用ISDN终端适配器和在另一端使用与ISDN兼容的接口卡，IDSL可以提供128kbps的服务。它与ISDN的最大区别在于IDSL的数据交换不通过交换机。

非对称性DSL技术非对称DSL技术适用于对双向带宽要求不一致的应用，诸如Web浏览、多媒体点播及信息发布等，非对称DSL技术主要有ADSL、RADSL及VDSL等。ADSL（非对称DSL）能够在现有电话双绞线上提供高达8Mbps的高速下行速率，及1Mbps的上行速率，有效传输距离可达3至5公里。ADSL能够充分利用现有PSTN电话网络，只须在线路两端加装ADSL设备即可为用户提供高速宽带服务，无需重新布线，因而可极大地降低服务成本。RADSL（速率自适应DSL）允许服务供应商根据实际带宽需求情况调整连接带宽，并较好地克服了传输距离与传输质量限制。主要特点是可利用一对双绞线实现数据传输，能够支持同步与异步传输，并具有速率自适应性能。RADSL的下行传输速率在640kbps到12Mbps之间，上行传输速率则在128kbps到1Mbps之间，并能够支持同时数据与语音传输。

VDSL（超高速DSL）目前仍处于研发之中，它可以在相对短的距离上实现极高的数据传输速率，最高可以实现58Mbps的传输速率。在用户回路长度小于5000英尺的情况下，可提供13Mbps或更高的接入速率。从技术角度而言，VDSL实际上可视作ADSL的下一代技术，其平均传输速率可比ADSL高出5至10倍。另外，根据市场或用户的实际需求，VDSL可以设置成是对称的，也可以设置成不对称的。

为了解决NRZ波形含有直流分量、丢失同步信息、高频分量大等一系列问题，数字用户线上的用户终端侧和交换机侧的设备中都有成对出现的信道编解码器（如AMI码、2B1Q码形成器）、均衡器、波形形成滤波器等电路。双工技术时分双工（TDD,TimeDivisionDuplex

）又称时分法和时间压缩复用方式，即采用时分复用技术把从电话终端或数据终端送来的数字信号进行时间压缩和速率变换，变成高速窄脉冲串，利用中间空隙时间周期性地在一对线上交替传递，犹如打乒乓一样。在接收端，这些高速的窄脉冲被扩展恢复成原来的数字比特流。

用户端

交换机端

TDDTDD回波抑制（Echo-cancellation）

又称单频双向方式，即采用2/4线混合网络，如同二线模拟传输一样，另加装发送信号回波抵消器，以防信号反射。电话线路中的回波主要是由2/4线混合电路阻抗不匹配产生的近端回波和由于传输线路存在的阻抗不匹配产生的远端回波合成的总回波干扰。回波抑制器采用自适应滤波器和加法器组成。自适应滤波器根据输入端的信号合成回波的估计值，在输出端将该估计值减去以达到回波抑制的目的。

用户网络接口

发送

自适应滤波器

接收

+

混合回路

混合回路

自适应滤波器

发送

接收

+

用户网络接口用户线

回波抑制法

利用回波抑制技术，就可以实现回波抑制方式的二线全双工数字传输。采用回波抑制技术的用户线传输系统技术上较为复杂，但采用这种传方式时可达到的传输距离，要比采用乒乓传输法的传输距离长。在采用0.4mm线径时，一般传输距离为4km；采用0.5mm的线径时，传输距离可达5~6km。

非对称数字用户线(ADSL,AsymmetricDigitalSubscriberLine)电话网中每一路电话通道的带宽约为4kHz，这个带宽是通过交换机模拟接口电路中的滤波器形成的，仅就双绞线本身而言，其带宽可能达到几百kHz以上，与线径、长度等因素有关。ADSL正是利用了双绞线的这个特点，它允许在同一双绞线上，在不影响现有的普通电话业务的情况下，进行上下速率不同的非对称性高速数据传输，系统中包含了从网络到用户的高速下行信道和从用户到网络的低速上行信道。因此，在用户环路上就存在了３个信道（或频谱段）4kHz0线上功率f上行数据频带上行数据频带ISDNPOTS

ADSL系统的频率分配下行数字信道：传输高速数据，速率1.6~9.2Mbps的高速下行通道，用于用户下载信息；上行数字信道：传输控制及反向应答信道，速率可达384kpbs或以上。普通电话服务POST信道：用于传输普通电话业务，即使ADSL连接不成功，这个信道也不受影响，换言之，ADSL保留了独立的普通电话业务。ADSL标准ADSL标准的编号为T1.413。此标准规定，ADSL将提供下列多种传输通道：①高速单工通道，此通道提供DS2速率（一般为6Mbps）的下行数据率。该通道可分成4个1.5Mbps通道，两个3Mbps通道或1.5Mbps的任意倍数。②64kbps双工数据传输通道，可配合高速通道使用，可在用户和业务提供者之间进行交互式控制和信息传输。③全双工通道，根据业务需要提供160kbps和576kbps速率。例如，用户以384kbps的速率连接ISDN（综合业务数字网）的基本速率或以576kbps的速率接入高速链路。

ADSL在宽带网络上的作用

目前暂时还没有使用光纤系统、光纤—同轴电缆混合系统、无线系统或其它宽带传输系统的地方，使用ADSL系统可为推广宽带业务提供一种经济实用的手段，以满足商业发展的需要和用户对通信的迫切需求。随着光纤在用户接入网中的应用增加，从端局或从光纤网络单元至用户的距离会越来越短，在这段线路上ADSL的传送速率可进一步提高。ADSL系统结构

ATU-RATU-CADSLmodemADSLmodem接线盒电话交换机InternetADSL的编码技术

当前

ADSL调制解调设备多采用

3种线路编码技术，分别称