1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第 5 版）第 2 章 物理層第 2 章 物理層2.1 物理層的基本概念2.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型2.2.2 有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念2.2.3 信道的極限容量2.2.4 信道的極限信息傳輸速率2.3 物理層下面的傳輸媒體2.3.1 導(dǎo)向傳輸媒體2.3.2 非導(dǎo)向傳輸媒體第 2 章 物理層（續(xù)）2.4 信道復(fù)用技術(shù) 2.4.1 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 2.4.2 波分復(fù)用 2.4.3 碼分復(fù)用2.5 數(shù)字傳輸系統(tǒng)2.6 寬帶接入技術(shù) 2.6.1 xDSL技術(shù) 2.6.2 光纖同軸混合網(wǎng)（HFC 網(wǎng)） 2.6.3 FTTx 技術(shù)2.1 物理層的基

2、本概念 物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即： n機(jī)械特性 指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。n電氣特性 指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。n功能特性 指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。n過程特性 指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。 物理層的機(jī)械特性示例2.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型 傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC 機(jī)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號(hào)模擬信號(hào) 輸入漢字顯示漢字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息

3、PC 機(jī)幾個(gè)術(shù)語n數(shù)據(jù)(data)運(yùn)送消息的實(shí)體。n信號(hào)(signal)數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。 n“模擬的”(analogous)代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。 n“數(shù)字的”(digital)代表消息的參數(shù)的取值是離散的。 n碼元(code)在使用時(shí)間域（或簡(jiǎn)稱為時(shí)域）的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。 2.2.2 有關(guān)信號(hào)的幾個(gè)基本概念n單向通信（單工通信）只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。n雙向交替通信（半雙工通信）通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時(shí)接收)。n雙向同時(shí)通信（全雙工通信）通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。 基帶(baseb

4、and)信號(hào)和帶通(band pass)信號(hào) n基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）來自信源的信號(hào)。像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)。n基帶信號(hào)往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。 n帶通信號(hào)把基帶信號(hào)經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。 幾種最基本的調(diào)制方法 n基帶信號(hào)往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。為了解決這一問題，就必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modula

5、tion)。 n最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種：n調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。 n調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。n調(diào)相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。 對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)的幾種調(diào)制方法 010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相2.2.3 信道的極限容量 n任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。 n碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。 數(shù)字信號(hào)通過實(shí)際的信道 n有失真，但可識(shí)別n失真大，無法識(shí)別 實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號(hào)波形接收信號(hào)波形發(fā)送信號(hào)波形實(shí)

6、際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號(hào)波形信道能夠通過的頻率范圍n1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推導(dǎo)出了著名的奈氏準(zhǔn)則。他給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值。n在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜模駝t就會(huì)出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問題，使接收端對(duì)碼元的判決（即識(shí)別）成為不可能。n如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號(hào)高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_。 (2) 信噪比 n香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯(cuò)的信息傳輸速率。n信道的極限信息傳輸速率 C 可表達(dá)為n C

7、= W log2(1+S/N) b/s nW 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；nS 為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；nN 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。 香農(nóng)公式表明 n信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。 n只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的傳輸。 n若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限。n實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。 傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器輸出信息碼元傳輸速率受奈氏

8、準(zhǔn)則的限制信息傳輸速率受香農(nóng)公式的限制n例：n一條信噪比為30dB,帶寬為3Khz的信道，其最大信息傳輸速率為多少？請(qǐng)注意 n對(duì)于頻帶寬度已確定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且碼元傳輸速率也達(dá)到了上限值，那么還有辦法提高信息的傳輸速率。這就是用編碼的方法讓每一個(gè)碼元攜帶更多比特的信息量。 2.3 物理層下面的傳輸媒體無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波 調(diào)幅無線電 調(diào)頻無線電 海事無線電光纖電視(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014

9、1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動(dòng)無線電 電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜2.3.1 導(dǎo)向傳輸媒體n雙絞線n屏蔽雙絞線 STP (Shielded Twisted Pair)n無屏蔽雙絞線 UTP (Unshielded Twisted Pair) n同軸電纜n50 同軸電纜n75 同軸電纜n光纜 各種電纜銅線銅線聚氯乙烯 套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體無屏蔽雙絞線 UTP屏蔽雙絞線 STP同軸電纜n絞合可減少對(duì)相鄰導(dǎo)線的電磁干擾n1991年，美國電子工

10、業(yè)協(xié)會(huì)和電信工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-568, EIA/TIA-568-A,1995年。雙絞線的標(biāo)準(zhǔn)nCat 5：n適用于100Mbps的100Base-TX和100Base-T4n支持高達(dá)100MHz的數(shù)據(jù)通信n傳輸頻率為100MHzn用于語音傳輸和最高傳輸速率為1000Mbps的數(shù)據(jù)傳輸n主要用于100base-T和10base-T網(wǎng)絡(luò)。nCat 5e：超五類雙絞線nCat 6:n傳輸頻率為200MHzCat 5e UTPCat 5e STP雙絞線的重要性能指標(biāo)參數(shù)名稱參數(shù)含義合格標(biāo)準(zhǔn)（100MHz）衰減（Attenuation）信號(hào)經(jīng)過線纜時(shí)的強(qiáng)度損失，單位為分貝21.6近端串

11、擾（NEXT，Near-End Cross Talk）電纜中某導(dǎo)線上傳輸?shù)男盘?hào)對(duì)其它導(dǎo)線信號(hào)產(chǎn)生的噪聲稱為串?dāng)_，近端串?dāng)_是出現(xiàn)在發(fā)送端的串?dāng)_32.3額定傳輸速度（NVP，Nominal Velocity of Propagation）是信號(hào)在線纜中傳輸?shù)乃俣?，以光速的百分比形式表?090衰減串?dāng)_比（ACR， Attenuation-to-Crosstalk Ratio）串?dāng)_與衰減量的比例關(guān)系，單位為分貝10.7回波損耗（RL，Return Loss）信號(hào)源輸入給數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的信號(hào)與信號(hào)源接收到的反射信號(hào)的功率之比11.0n以超五類雙絞線為例，其性能參數(shù)如下：網(wǎng)線的制作n標(biāo)準(zhǔn)568B：白橙-1

12、，橙-2，白綠-3，藍(lán)-4，白藍(lán)-5，綠-6，白棕-7，棕-8 n標(biāo)準(zhǔn)568A：白綠-1，綠-2，白橙-3，藍(lán)-4，白藍(lán)-5，橙-6，白棕-7，棕-8 除兩臺(tái)PC機(jī)之間用交叉線連接之外，一般情況我們使用的直連線連接。 管腳號(hào)用途顏色1發(fā)送 +白綠2發(fā)送 -綠3接收 +白橙4不被使用藍(lán)5不被使用白藍(lán)6接收 -橙7不被使用白棕8不被使用棕T568A標(biāo)準(zhǔn)中RJ-45連接器的管腳號(hào)和顏色編碼（10/100Base-T ）n同軸電纜n50 同軸電纜（基帶同軸電纜）傳送基帶數(shù)字信號(hào)傳輸基帶信號(hào)時(shí)的兩種編碼方法：（差分）曼徹斯特編碼n75 同軸電纜（寬帶同軸電纜）CATV中的標(biāo)準(zhǔn)傳輸電纜傳輸模擬信號(hào)，頻分復(fù)

13、用技術(shù) 29/67FDM的應(yīng)用舉例中央一臺(tái)中央二臺(tái)頻率頻率江蘇一臺(tái)江蘇二臺(tái)1、位中間位中間電平從高到低跳變表示“0”； 位中間位中間電平從低到高跳變表示“1”。 2、在一些計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)書籍中： 位中間位中間 電平從高到低跳變表示1； 位中間位中間電平從低到高跳變表示0。 在清華大學(xué)出版的計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)教程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第4版）也是這么說的，就以此為標(biāo)準(zhǔn)，我們就叫這為標(biāo)準(zhǔn)曼徹斯編碼標(biāo)準(zhǔn)曼徹斯編碼。至于第一種，我們?cè)谶@里就叫它曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼 n差分曼徹斯特編碼n碼元1：其前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元后半個(gè)碼元的電平一樣。n碼元0：其前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元后半個(gè)碼元的電平相反

14、。光線在光纖中的折射 折射角入射角 包層（低折射率的媒體） 包層（低折射率的媒體） 纖芯（高折射率的媒體） 包層纖芯光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷漭斎朊}沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖多模光纖和單模光纖的比較單模光纖多模光纖用于高速度、長(zhǎng)距離用于低速度、短距離成本高成本低端接較難端接較易窄芯線，需要激光源寬芯線，聚光好，光源可采用激光或發(fā)光二極管耗散極小，高效耗散大，低效光纜的結(jié)構(gòu)和傳播特性n光纜的結(jié)構(gòu)n光纜的傳播特性n損耗n色散外護(hù)套遠(yuǎn)供電源線光纖及其包層填充物加強(qiáng)芯包帶層光傳輸系統(tǒng)n光傳輸系統(tǒng)由三個(gè)部分組成：光

15、纖傳輸介質(zhì)、光源和檢測(cè)器 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器 光源光源光檢測(cè)器光檢測(cè)器 放大器放大器 電信號(hào)電信號(hào)電信號(hào)電信號(hào)光信號(hào)光信號(hào)光纖光纖超細(xì)玻璃超細(xì)玻璃熔硅纖維熔硅纖維發(fā)光二極管發(fā)光二極管激光二極管激光二極管光電二極管光電二極管2.3.2 非導(dǎo)向傳輸媒體 n無線傳輸所使用的頻段很廣。1、短波通信：主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質(zhì)量較差。2、微波通信在空間主要是直線傳播。n地面微波接力通信 傳輸距離受限：50KM, 100KM(天線塔高100M)n衛(wèi)星通信 1）通信距離遠(yuǎn)，費(fèi)用與距離無關(guān) 甚小孔徑地球站VSAT 2）有較大的傳播時(shí)延，兩地球站間270ms3、紅外通信2022-4-3040/67共享信

16、道2.4 信道復(fù)用技術(shù)2.4.1 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 n復(fù)用(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本概念。 信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2復(fù)用分用(a) 不使用復(fù)用技術(shù)(b) 使用復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用 FDM(Frequency Division Multiplexing) n用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個(gè)頻帶。n頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源（請(qǐng)注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。 頻率時(shí)間頻率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻率 5時(shí)分復(fù)用TDM(Time Division Multip

17、lexing) n時(shí)分復(fù)用則是將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)分復(fù)用幀（TDM 幀）。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一個(gè) TDM 幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。n每一個(gè)用戶所占用的時(shí)隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是 TDM 幀的長(zhǎng)度）。nTDM 信號(hào)也稱為等時(shí)(isochronous)信號(hào)。n時(shí)分復(fù)用的所有用戶是在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度。時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間B C DB C DB C DB C DAAAAA 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間C DC DC DAAAABBBB C DB 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀

18、TDM 幀時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間BDBDBDAAAA BCCCC DC 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時(shí)分復(fù)用 頻率時(shí)間B CB CB CAAAA B CDDDDD 在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi) ABCDaabbcdb cattttt4 個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶使用時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)，用戶對(duì)分配到的子信道的利用率一般是不高的。 統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 STDM(Statistic TDM) 用戶ABCDabcdttttt3

19、 個(gè) STDM 幀#1acbab bcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用 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 2.4.2 波分復(fù)用 WDM(Wavelength Division Multiplexing) n波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120 km光調(diào)制器

20、光解調(diào)器2.4.3 碼分復(fù)用 CDM(Code Division Multiplexing) n常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。n各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會(huì)造成干擾。n這種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。 n每一個(gè)比特時(shí)間劃分為 m 個(gè)短的間隔，稱為碼片(chip)。 碼片序列(chip sequence) n每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的 m bit 碼片序列。n如發(fā)送比特 1，則發(fā)送自己的 m bit 碼片序列。n如發(fā)送比特 0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。 n例如，S 站的

21、 8 bit 碼片序列是 00011011。n發(fā)送比特 1 時(shí)，就發(fā)送序列 00011011，n發(fā)送比特 0 時(shí)，就發(fā)送序列 11100100。nS 站的碼片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1) CDMA 的重要特點(diǎn)n每個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。n在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。 碼片序列的正交關(guān)系 n令向量 S 表示站 S 的碼片向量，令 T 表示其他任何站的碼片向量。 n兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量 S 和T 的規(guī)格化內(nèi)積(inner product)都是 0： 011miiiTSmTS(2-3)碼片序列的正交關(guān)系舉

22、例 n令向量 S 為(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向量 T 為(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 n把向量 S 和 T 的各分量值代入(2-3)式就可看出這兩個(gè)碼片序列是正交的。 n任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1 。n一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是 1。 正交關(guān)系的另一個(gè)重要特性 mimiimiiimSmSSm112211) 1(111SSCDMA 的工作原理 S 站的碼片序列 S110ttttttm 個(gè)碼片tS 站發(fā)送的信號(hào) SxT 站發(fā)送的信號(hào) Tx總的發(fā)送信號(hào) Sx + Tx規(guī)格化內(nèi)積 S Sx規(guī)格化內(nèi)積 S Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)

23、送端接收端模擬傳輸系統(tǒng)1、長(zhǎng)途干線最初采用頻分復(fù)用FDM的傳輸方式，多個(gè)用戶共享線路，但占用的頻率不同而互不干擾。2、目前我國長(zhǎng)途通信線路已數(shù)字化，用戶到市話交換機(jī)之間是模擬通信標(biāo)準(zhǔn)話路的頻率范圍3003400HZ, 標(biāo)準(zhǔn)話路帶寬4KHZ（國際標(biāo)準(zhǔn)）3、長(zhǎng)途干線：四線制，用兩對(duì)線分別進(jìn)行發(fā)送和接收，發(fā)送和接收各占用一條信道。 市話: 二線制。4、回波（回聲）：二、四線之間轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生一方的話音信號(hào)傳到對(duì)方的二、四線轉(zhuǎn)換器時(shí)，一部分話音信號(hào)又反傳回來進(jìn)入講話人的耳機(jī)。5、回波抑制器：把全雙工通信變?yōu)榘腚p工通信。失真原因n頻率范圍n電話線路中存在的噪聲和各種干擾調(diào)制解調(diào)器的速率nV.34 33.6K

24、bpsnV.90 56Kbpsn電話帶寬3.1KHZ已固定，要提高信息傳輸速率，只能高法提高信息噪比n在電話的用戶線上，最大的噪聲來自于模擬到數(shù)字的模數(shù)轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的量化噪聲。n量化噪聲：模數(shù)轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的誤差對(duì)信號(hào)傳輸帶來的失真。模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí)，相接近的許多模擬值都轉(zhuǎn)換為同樣的離散值，使信號(hào)還原后和原來的數(shù)值不同，即產(chǎn)生失真。產(chǎn)生量化噪聲的地方調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器D/A2/4D/AA/DA/D4/2D/AA/DAB交換機(jī)1交換機(jī)2產(chǎn)生量化噪聲產(chǎn)生量化噪聲產(chǎn)生量化噪聲產(chǎn)生量化噪聲2.5 數(shù)字傳輸系統(tǒng)1. 脈碼調(diào)制 PCM 體制 n脈碼調(diào)制 PCM 體制最初是為了在電話局之間的中繼線上傳送多路的電話。n由

25、于歷史上的原因，PCM 有兩個(gè)互不兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的 24 路 PCM（簡(jiǎn)稱為 T1）和歐洲的 30 路 PCM（簡(jiǎn)稱為 E1）。我國采用的是歐洲的 E1 標(biāo)準(zhǔn)。nE1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。n當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時(shí)，可采用復(fù)用的方法。 n歐洲30路PCM（E1）n取樣周期為8kHz，即一個(gè)話路每秒產(chǎn)生8000個(gè)脈沖信號(hào)。n每個(gè)碼元采用8比特編碼。nE1的時(shí)分復(fù)用幀共劃分32個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙發(fā)送8bit，每秒傳送8000個(gè)幀n一次群數(shù)率3288000=2.048Mb/s北美24路PCM（T1）n共24個(gè)話路n每個(gè)話路的取樣脈沖用7bit

26、 編碼。n一次群數(shù)率為：1.544Mb/s 24（7+1）+180002. 同步光纖網(wǎng) SONET 和同步數(shù)字系列 SDH n舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點(diǎn)。其中最主要的是以下兩個(gè)方面： n速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。n如果不對(duì)高次群的數(shù)字傳輸速率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，國際范圍的高速數(shù)據(jù)傳輸就很難實(shí)現(xiàn)。 n不是同步傳輸。n在過去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，各國的數(shù)字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同步方式。 同步光纖網(wǎng) SONETn同步光纖網(wǎng) SONET (Synchronous Optical Network) 的各級(jí)時(shí)鐘都來自一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘。 n第 1 級(jí)同步傳送信號(hào) STS-1 (Synchronous Transpor

27、t Signal)的傳輸速率是 51.84 Mb/s。n光信號(hào)則稱為第 1 級(jí)光載波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。 同步數(shù)字系列 SDH nITU-T 以美國標(biāo)準(zhǔn) SONET 為基礎(chǔ)，制訂出國際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。n一般可認(rèn)為 SDH 與 SONET 是同義詞。nSDH 的基本速率為 155.52 Mb/s，稱為第 1 級(jí)同步傳遞模塊 (Synchronous Transfer Module)，即 STM-1，相當(dāng)于 SONET 體系中的 OC-3 速率。 線路速率(Mb/s)SONET符號(hào)ITU-T

28、符號(hào)表示線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-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/s39813.120 OC-768/STS-768 STM-256 40 G

29、b/s SONET 的 OC 級(jí)/STS 級(jí)與 SDH 的 STM 級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系 SONET 的體系結(jié)構(gòu) 光子層路徑層線路層段層線路 (line)光子層路徑層線路層段層光子層線路層段層光子層段層光子層線路層段層光子層段層SDH終端SDH終端復(fù)用器或分用器復(fù)用器或分用器轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)器段段段路徑 (path)(section)(section)(section)SONET 標(biāo)準(zhǔn)定義了四個(gè)光接口層 n光子層(Photonic Layer)n處理跨越光纜的比特傳送。n段層(Section Layer)n在光纜上傳送 STS-N 幀。n線路層(Line Layer)n負(fù)責(zé)路徑層的同步和復(fù)用。n路徑層(Pa

30、th Layer) n處理路徑端接設(shè)備 PTE (Path Terminating Element)之間的業(yè)務(wù)的傳輸。 2.6 寬帶接入技術(shù)2.6.1 xDSL技術(shù)nxDSL 技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的模擬電話用戶線進(jìn)行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。n雖然標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號(hào)的頻帶被限制在 3003400 kHz 的范圍內(nèi)，但用戶線本身實(shí)際可通過的信號(hào)頻率仍然超過 1 MHz。nxDSL 技術(shù)就把 04 kHz 低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用。nDSL 就是數(shù)字用戶線(Digital Subscriber Line)的縮寫。而 DSL 的前綴 x 則表示在數(shù)字

31、用戶線上實(shí)現(xiàn)的不同寬帶方案。 xDSL 的幾種類型 nADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非對(duì)稱數(shù)字用戶線nHDSL (High speed DSL)：高速數(shù)字用戶線nSDSL (Single-line DSL)：1 對(duì)線的數(shù)字用戶線nVDSL (Very high speed DSL)：甚高速數(shù)字用戶線nDSL ：ISDN 用戶線。nRADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自適應(yīng) DSL，是 ADSL 的一個(gè)子集，可自動(dòng)調(diào)節(jié)線路速率）。 ADSL 的極限傳輸距離nADSL 的極限傳輸距離與數(shù)據(jù)率以及用戶線的線徑都有很大的關(guān)系（用

32、戶線越細(xì)，信號(hào)傳輸時(shí)的衰減就越大），而所能得到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率與實(shí)際的用戶線上的信噪比密切相關(guān)。n例如，0.5 毫米線徑的用戶線，傳輸速率為 1.5 2.0 Mb/s 時(shí)可傳送 5.5 公里，但當(dāng)傳輸速率提高到 6.1 Mb/s 時(shí)，傳輸距離就縮短為 3.7 公里。n如果把用戶線的線徑減小到0.4毫米，那么在6.1 Mb/s的傳輸速率下就只能傳送2.7公里 ADSL 的特點(diǎn)n上行和下行帶寬做成不對(duì)稱的。n上行指從用戶到 ISP，而下行指從 ISP 到用戶。nADSL 在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個(gè) ADSL 調(diào)制解調(diào)器。n我國目前采用的方案是離散多音調(diào) DMT (Discrete Mult

33、i-Tone)調(diào)制技術(shù)。這里的“多音調(diào)”就是“多載波”或“多子信道”的意思。DMT 技術(shù)nDMT 調(diào)制技術(shù)采用頻分復(fù)用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端頻譜劃分為許多的子信道，其中 25 個(gè)子信道用于上行信道，而 249 個(gè)子信道用于下行信道。n每個(gè)子信道占據(jù) 4 kHz 帶寬（嚴(yán)格講是 4.3125 kHz），并使用不同的載波（即不同的音調(diào)）進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。這種做法相當(dāng)于在一對(duì)用戶線上使用許多小的調(diào)制解調(diào)器并行地傳送數(shù)據(jù)。DMT 技術(shù)的頻譜分布 頻譜頻率上行信道傳統(tǒng)電話04下行信道(kHz)401381100ADSL 的數(shù)據(jù)率n由于用戶線的具體條件往往相差很大（距離、

34、線徑、受到相鄰用戶線的干擾程度等都不同），因此 ADSL 采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)使用戶線能夠傳送盡可能高的數(shù)據(jù)率。n當(dāng) ADSL 啟動(dòng)時(shí)，用戶線兩端的 ADSL 調(diào)制解調(diào)器就測(cè)試可用的頻率、各子信道受到的干擾情況，以及在每一個(gè)頻率上測(cè)試信號(hào)的傳輸質(zhì)量。nADSL 不能保證固定的數(shù)據(jù)率。對(duì)于質(zhì)量很差的用戶線甚至無法開通 ADSL。n通常下行數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到 6.4 Mb/s 之間，而上行數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到 640 kb/s 之間。ADSL 的組成 ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線 電話分離器 區(qū)域?qū)拵ЬW(wǎng)至 ISP居民家庭基于 ADSL 的接入網(wǎng)端局或遠(yuǎn)端站DSLA

35、M至本地電話局PSPS數(shù)字用戶線接入復(fù)用器 DSLAM (DSL Access Multiplexer)接入端接單元 ATU (Access Termination Unit)ATU-C（C 代表端局 Central Office）ATU-R（R 代表遠(yuǎn)端 Remote）電話分離器 PS (POTS Splitter) 第二代 ADSL ADSL2（G.992.3 和 G.992.4）ADSL2+（G.992.5）n通過提高調(diào)制效率得到了更高的數(shù)據(jù)率。例如，ADSL2 要求至少應(yīng)支持下行 8 Mb/s、上行 800 kb/s的速率。而 ADSL2+ 則將頻譜范圍從 1.1 MHz 擴(kuò)展至2.2 MHz，下行速率可達(dá) 16 Mb/s（最大傳輸速率可達(dá)25 Mb/s），而上行速率可達(dá) 800 kb/s。n采用了無縫速率自適應(yīng)技術(shù) SRA (Seamless Rate Adaptation)，可在運(yùn)營(yíng)中不中斷通信和不產(chǎn)生誤碼的情況下，自適應(yīng)地調(diào)整數(shù)據(jù)率。n改善了線路質(zhì)量評(píng)測(cè)和故障定位功能，這對(duì)提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行維護(hù)水平具有非常重要的意義。2.6.2 光纖同軸混合網(wǎng)HFC (Hybrid Fiber Coax)nHFC 網(wǎng)是在目前覆