計(jì)算機(jī)文化

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),第二章：物理層,阮曉龍13938213680 / rxl@hactcm.edu.cnhttp://ke.51xueweb.cn河南中醫(yī)學(xué)院管理信息工程學(xué)科河南中醫(yī)學(xué)院網(wǎng)絡(luò)信息中心2014.2,1,本章教學(xué)計(jì)劃,物理層的基本概念數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)傳輸媒體信道復(fù)用技術(shù)數(shù)字傳輸系統(tǒng)寬帶接入技術(shù),2,,基礎(chǔ)知識(shí),,數(shù)字通信技術(shù),1.物理層的基本概念,物理層位于OSI參考模型的最底層，它直接面向?qū)嶋H承擔(dān)數(shù)據(jù)

2、傳輸?shù)奈锢砻襟w（即通信通道），物理層的傳輸單位為比特（bit），即一個(gè)二進(jìn)制位（“0”或“1”）。實(shí)際的比特傳輸必須依賴于傳輸設(shè)備和物理媒體，但是，物理層不是指具體的物理設(shè)備，也不是指信號(hào)傳輸?shù)奈锢砻襟w，而是指在物理媒體之上為上一層（數(shù)據(jù)鏈路層）提供一個(gè)傳輸原始比特流的物理連接。物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是討論具體的傳輸媒體。,3,,1.物理層的基本概念,物理層的主要任務(wù)為確定與傳輸媒體的

3、接口的一些特性，主要包括的有： 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。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。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。過(guò)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。,4,,1.物理層的基本概念,數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中多采用并行傳輸方式。數(shù)據(jù)在通信線路上多采用串行傳輸方式。物理層還必須要完成傳輸方式的轉(zhuǎn)換工作。,5,,2.數(shù)據(jù)通信基

4、礎(chǔ),6,2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型,兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)普通電話線連接，基于公共電話網(wǎng)進(jìn)行通信。,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為三個(gè)部分：源系統(tǒng)，又稱為發(fā)送端、發(fā)送方；傳輸系統(tǒng)，又稱為傳輸網(wǎng)絡(luò)；目的系統(tǒng)，又稱為接收端、接收方。,7,2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),8,2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為三個(gè)部分：源系統(tǒng)，又稱為發(fā)送端、發(fā)送方；源系統(tǒng)一般包括兩個(gè)部分：源點(diǎn)（Source）和

5、發(fā)送器。源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器將源點(diǎn)生成的數(shù)字比特流在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。典型的發(fā)送器就是調(diào)制器。傳輸系統(tǒng)，又稱為傳輸網(wǎng)絡(luò)；目的系統(tǒng)，又稱為接收端、接收方。,9,2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為三個(gè)部分：源系統(tǒng)，又稱為發(fā)送端、發(fā)送方；傳輸系統(tǒng)，又稱為傳輸網(wǎng)絡(luò)；目的系統(tǒng)，又稱為接收端、接收方。目的系統(tǒng)一般包括兩個(gè)部分：接收器和終點(diǎn)（destination）。接收器接收傳輸系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)

6、的信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。典型的接收器就是調(diào)制解調(diào)器。終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送過(guò)來(lái)的數(shù)字比特流，然后把信息輸出。,10,2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為三個(gè)部分：源系統(tǒng)，又稱為發(fā)送端、發(fā)送方；傳輸系統(tǒng)，又稱為傳輸網(wǎng)絡(luò)；傳輸系統(tǒng)可能是簡(jiǎn)單的傳輸線，也可以是連接在源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。目的系統(tǒng)，又稱為接收端、接收方。,11,2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

7、,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的幾個(gè)常用術(shù)語(yǔ)：消息（message）：通信的目的就是傳送消息。數(shù)據(jù)（data）：運(yùn)送消息的實(shí)體，通常是有意義的符號(hào)序列。信號(hào)（signal）：數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)離散的。,12,2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的幾個(gè)常用術(shù)語(yǔ)：“模擬的”（analogous）：代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。 “數(shù)字的”（digital）：代表消息的參數(shù)的取值是離散的。 碼元（code）：在使用時(shí)

8、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。,13,2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),信道一般都是用來(lái)表示向某一個(gè)方向傳送信息的媒體。信道是傳送信息的物理性通道。信息是抽象的，但傳送信息必須通過(guò)具體的媒質(zhì)。例如二人對(duì)話，靠聲波通過(guò)二人間的空氣來(lái)傳送，因而二人間的空氣部分就是信道。物流的信道是指運(yùn)載工具及其經(jīng)過(guò)的設(shè)施和道路。無(wú)線電話的信道就是電波傳播所通過(guò)的空間。有線電話的信道是電纜。每條信道都有

9、特定的信源和信宿。一條通信電路通常包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。,14,2.2有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),從通信的雙方信息交互的方式來(lái)看，可以有三種基本信道：?jiǎn)蜗蛲ㄐ牛▎喂ねㄐ牛┲荒苡幸粋€(gè)方向的通信而沒(méi)有反方向的交互。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）。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。,15,2.2有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念

10、,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）：來(lái)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)?；鶐盘?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)。 帶通信號(hào)：把基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)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(guò)信道）。,16,2.2有關(guān)信道的幾個(gè)基本

11、概念,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),調(diào)制分為兩大類：基帶調(diào)制：僅僅對(duì)基帶信號(hào)的波形進(jìn)行變換，使它能夠與信道特征相適應(yīng)。變換后的信號(hào)仍然是基帶信號(hào)。通常把這個(gè)過(guò)程叫做編碼（coding）。帶通調(diào)制：使用載波（carrier）進(jìn)行調(diào)制，把基帶信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段，并轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，這樣就能夠更好地在模擬信道中傳輸。經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后的信號(hào)稱為帶通信號(hào)。,17,2.2有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),18,2.2有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念,

12、2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),19,2.2有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),20,2.2有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),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(lái)多種干擾。 碼元傳輸?shù)乃俾试礁撸蛐盘?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。,21,2.3信道的極限容量,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),22,2.3信道的極限容量,有失真，可識(shí)別,失真大，不識(shí)別,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),信道能夠通過(guò)的頻率范圍1924

13、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。在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜?，否則就會(huì)出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問(wèn)題，使接收端對(duì)碼元的判決（即識(shí)別）成為不可能。如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過(guò)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)_。,23,2.3信道的極限容量,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),信噪比噪聲存在于所有的電子設(shè)備和通信信道中。由于

14、噪聲是隨機(jī)產(chǎn)生的，它的瞬時(shí)值有時(shí)會(huì)很大。噪聲會(huì)使接收端對(duì)碼元的判決發(fā)生錯(cuò)誤，例如把1判為0或0判為1。噪聲對(duì)通信的影響是相對(duì)的，如果信號(hào)的強(qiáng)度很大，那么噪聲的影響就會(huì)相對(duì)很小。信噪比就是信號(hào)的平均功率和噪聲的平均功率之比，常記作S/N，并用分貝（dB）作為度量單位。信噪比（dB）=10 log10(S/N)(dB),24,2.3信道的極限容量,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),信噪比香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯

15、白噪聲干擾的信道的極限、無(wú)差錯(cuò)的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率 C 可表達(dá)為C = W log2(1+S/N) b/s W 為信道的帶寬（以 Hz 為單位）；S 為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；N 為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。 香農(nóng)的理論說(shuō)明，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。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(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要

16、比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。,25,2.3信道的極限容量,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),信噪比香農(nóng)的理論說(shuō)明：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。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(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒(méi)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(méi)有上限。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。,26

17、,2.3信道的極限容量,2.數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),在極限中提升傳輸速率對(duì)于頻帶寬度已經(jīng)確定的信道，如果信噪比也不能夠再提高，并且碼元傳輸速率也達(dá)到了上限值。是否就沒(méi)有辦法來(lái)提升信息的傳輸速率呢？用編碼的方法讓每一個(gè)碼元攜帶更多比特的信息量。提升信息傳輸速率的方式很多，例如提升碼元的傳輸速率、提升信噪比、使用更有效率的信息編碼算法等。,27,2.3信道的極限容量,3.傳輸媒體,傳輸媒體也稱為傳輸介質(zhì)或傳輸媒介，它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送

18、器和接收器之間的物理通路。傳輸媒體可分為兩大類：引導(dǎo)型傳輸媒體：電磁波被沿著固定媒體傳播。非引導(dǎo)型傳輸媒體：傳輸媒體就是自由空間，在非引導(dǎo)型傳輸媒體中電磁波的傳輸被稱為無(wú)線傳輸。,28,,3.傳輸媒體,29,,電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜,3.傳輸媒體,雙絞線是最常用的傳輸媒體。把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合（twist）起來(lái)，就構(gòu)成了雙絞線。絞合的目的在于減少每根線纜對(duì)相鄰導(dǎo)線的電磁干擾。雙絞線使用

19、最廣泛的就是電話系統(tǒng)，幾乎所有的電話都用雙絞線連接到電話交換機(jī)。這段線纜被稱為用戶線或用戶環(huán)線（subscriber loop）。,30,3.1雙絞線,31,3.傳輸媒體,雙絞線分為兩種：無(wú)屏蔽雙絞線（UTP，Unshielded Twisted Pair）UTP無(wú)金屬屏蔽材料，只有一層絕緣膠皮包裹，價(jià)格相對(duì)便宜，組網(wǎng)靈活。除某些特殊場(chǎng)合(如受電磁輻射嚴(yán)重、對(duì)傳輸質(zhì)量要求較高等)在布線中使用STP外，一般情況下都采用UTP。屏蔽雙

20、絞線（STP，Shielded Twisted Pair）STP外面由一層金屬材料包裹，以減小輻射，防止信息被竊聽(tīng)，同時(shí)具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，但價(jià)格較高，安裝也比較復(fù)雜。,32,3.1雙絞線,3.傳輸媒體,33,3.1雙絞線,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,無(wú)屏蔽雙絞線 UTP,屏蔽雙絞線 STP,3.傳輸媒體,34,3.1雙絞線,3.傳輸媒體,35,3.1雙絞線,3.傳輸媒體,36,3.1雙絞線,3

21、.傳輸媒體,同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層以及保護(hù)塑料外層所組成。由于外導(dǎo)體屏蔽層的作用，同軸電纜具有很好的抗干擾特性，被廣泛用于傳輸較高速率的數(shù)據(jù)。同軸電纜從用途上分可分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜（即網(wǎng)絡(luò)同軸電纜和視頻同軸電纜）。同軸電纜分50Ω 基帶同軸電纜和75Ω寬帶同軸電纜兩類。基帶電纜又分細(xì)同軸電纜和粗同軸電纜兩類?；鶐щ娎|僅僅用于數(shù)字傳輸，數(shù)據(jù)率可達(dá)10Mbps。,37,3.2同軸電纜,3

22、.傳輸媒體,38,3.2同軸電纜,外導(dǎo)體屏蔽層,絕緣層,絕緣保護(hù)套層,,內(nèi)導(dǎo)體,同軸電纜,3.傳輸媒體,光纜(optical fiber cable)是為了滿足光學(xué)、機(jī)械或環(huán)境的性能規(guī)范而制造的，它是利用置于包覆護(hù)套中的一根或多根光纖作為傳輸媒質(zhì)并可以單獨(dú)或成組使用的通信線纜組件。光纜主要是由光導(dǎo)纖維（細(xì)如頭發(fā)的玻璃絲）和塑料保護(hù)套管及塑料外皮構(gòu)成，光纜內(nèi)沒(méi)有金、銀、銅鋁等金屬，一般無(wú)回收價(jià)值。,39,3.3光纜,3.傳輸媒體,光纜是

23、一定數(shù)量的光纖按照一定方式組成纜心，外包有護(hù)套，有的還包覆外護(hù)層，用以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)傳輸?shù)囊环N通信線路。光纜由光纖（光傳輸載體）經(jīng)過(guò)一定的工藝而形成的線纜。光纜的基本結(jié)構(gòu)一般是由纜芯、加強(qiáng)鋼絲、填充物和護(hù)套等幾部分組成，另外根據(jù)需要還有防水層、緩沖層、絕緣金屬導(dǎo)線等構(gòu)件。,40,3.3光纜,3.傳輸媒體,41,3.3光纜,3.傳輸媒體,42,3.3光纜,光線在光纖中的折射,3.傳輸媒體,43,3.3光纜,光纖的工作原理,3.傳輸媒體,4

24、4,3.3光纜,多模光纖的工作原理,單模光纖的工作原理,,3.傳輸媒體,45,3.3光纜,光纖剖面的示意圖,3.傳輸媒體,光纖現(xiàn)在廣泛應(yīng)用在因特網(wǎng)、電信網(wǎng)和有線電視網(wǎng)的主干網(wǎng)絡(luò)中，因?yàn)樗峁┝撕芎玫膸挘倚詢r(jià)比很高。在高速局域網(wǎng)中，通常也采用光纖作為傳輸介質(zhì)。例如FC-SAN的網(wǎng)絡(luò)中。,46,3.3光纜,3.傳輸媒體,在引導(dǎo)型傳輸媒體中，除了雙絞線、同軸電纜、光纜之外，還有一種曾廣泛應(yīng)用的架空明線。架空明線是由電桿支持架于地面上

25、的裸導(dǎo)線通信線路，簡(jiǎn)稱明線線路。這是一種有線電通信線路，用于傳送電報(bào)、電話、傳真等。,47,3.4架空明線,3.傳輸媒體,架空明線的主要特點(diǎn)是：明線線路設(shè)備簡(jiǎn)單，容易架設(shè)和拆除，發(fā)生故障時(shí)較易修理，初次架設(shè)投資較少，但每一電話電路的平均建設(shè)投資則高于電纜線路。容易受天氣、自然災(zāi)害和外界電磁場(chǎng)的影響。容量較小。傳輸頻帶窄，不能傳送電視等寬頻帶信號(hào)。目前很多國(guó)家已經(jīng)停止了鋪設(shè)架空明線。目前我國(guó)在一些農(nóng)村和邊緣地區(qū)的通信仍使用架空

26、明線。,48,3.4架空明線,3.傳輸媒體,49,3.4架空明線,3.傳輸媒體,地面微波系統(tǒng)主要用于長(zhǎng)途電信服務(wù)，可代替同軸電纜和光纖，通過(guò)地面接力站中繼。 用于建筑物之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)線路。 常見(jiàn)的用于傳輸?shù)念l率范圍為2GHz～40GHz。頻率越高，可能的帶寬就越寬，因此可能的數(shù)據(jù)傳輸速率也就越高。,50,3.5地面微波,3.傳輸媒體,通信衛(wèi)星實(shí)際上一個(gè)微波接力站，用于將兩個(gè)或多個(gè)稱為地球站或地面站的地面微波發(fā)送器/接收器連接起來(lái)。衛(wèi)

27、星使用上下行兩個(gè)頻段：接收一個(gè)頻段(上行)上的傳輸信號(hào)，放大或再生信號(hào)后，再在另一個(gè)頻段(下行)上將其發(fā)送出去。 衛(wèi)星主要應(yīng)用：電視廣播、長(zhǎng)途電話傳輸和個(gè)人用商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。衛(wèi)星傳輸?shù)淖罴杨l率范圍為1GHz～10GHz。,51,3.6衛(wèi)星微波,3.傳輸媒體,廣播無(wú)線電波是全向性的，不要求使用碟形天線，天線也無(wú)須嚴(yán)格地安裝到一個(gè)精確地校準(zhǔn)位置上。無(wú)線電波(Radio) 是籠統(tǒng)術(shù)語(yǔ)，頻率范圍為3KHz~300GHz。非正式術(shù)語(yǔ)廣播無(wú)線電波

28、(broadcast radio) 包括VHF頻段和部分的UHF頻段：30MHz～1GHz。,52,3.7廣播無(wú)線電波,3.傳輸媒體,紅外線傳輸不能超過(guò)視線范圍，距離短紅外線傳輸無(wú)法穿透墻體。微波系統(tǒng)中遇到的安全性和干擾問(wèn)題在紅外線傳輸中都不存在。紅外線不需要頻率分配許可。,53,3.8紅外線,3.傳輸媒體,頻率更高的光波，主要指非導(dǎo)向光波，而非用于光纖的導(dǎo)向光波。提供非常高的帶寬，成本也很低，相對(duì)容易安裝，而且與微波不同，不要求

29、FCC許可。激光的強(qiáng)度(非常窄的一束光)是它的弱點(diǎn)，不易瞄準(zhǔn)。激光束不能穿透雨或者濃霧，白天太陽(yáng)的熱量是氣流上升也會(huì)激光束產(chǎn)生偏差。,54,3.9光波,4.信道復(fù)用技術(shù),復(fù)用(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本概念。,55,4.1頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),頻分復(fù)用 FDM(Frequency Division Multiplexing)用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過(guò)程中自始至終都占用該頻帶。

30、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。,56,4.1頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),時(shí)分復(fù)用TDM(Time Division Multiplexing)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。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）。TDM 信號(hào)也稱為等時(shí)(isochronous)信

31、號(hào)。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。,57,4.1頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),時(shí)分復(fù)用TDM(Time Division Multiplexing),58,4.1頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),時(shí)分復(fù)用TDM(Time Division Multiplexing)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。,

32、59,4.1頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM(Statistic TDM)STDM是對(duì)TDM的改進(jìn)，它能夠明顯的提高信道的利用率。STDM又稱為異步時(shí)分復(fù)用，TDM則稱為同步時(shí)分復(fù)用。,60,4.1頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),波分復(fù)用 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。,61,4.2波分復(fù)用,4.信道

33、復(fù)用技術(shù),碼分復(fù)用 CDM(Code Division Multiplexing)波分復(fù)用常用的名詞是碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。各用戶使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會(huì)造成干擾。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)。CDMA技術(shù)最早用于軍方。隨著技術(shù)進(jìn)步，CDMA設(shè)備的價(jià)格和體積都大幅度下降，目前已經(jīng)廣泛用于民用，特別是無(wú)限局域網(wǎng)

34、中。采用CDMA可提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，減少干擾影響，增大通信系統(tǒng)的容量（是GSM的4-5倍），降低手機(jī)的功率等。,62,4.3碼分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),1G、2G和3G1995年問(wèn)世的第一代模擬制式手機(jī)（1G）只能進(jìn)行語(yǔ)音通話1996到1997年出現(xiàn)的第二代GSM、CDMA等數(shù)字制式手機(jī)（2G）便增加了接收數(shù)據(jù)的功能，如接收電子郵件或網(wǎng)頁(yè)。第三代移動(dòng)通信技術(shù)（3rd-generation，3G），是指支持高速

35、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)。3G并不是2009年誕生的，早在2002年國(guó)外就已經(jīng)產(chǎn)生3G了，而中國(guó)也于2003年開(kāi)發(fā)中國(guó)的3G，但2009年才正式上市。,63,4.3碼分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),1G、2G和3G3G是第三代通信網(wǎng)絡(luò)，國(guó)際電聯(lián)確定3G三個(gè)無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)，分別是美國(guó)CDMA2000，歐洲WCDMA，中國(guó)TD-SCDMA。國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）是在芬蘭赫爾辛基于2000年5月確定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA

36、三大主流無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)，寫入3G技術(shù)指導(dǎo)性文件《2000年國(guó)際移動(dòng)通訊計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱IMT—2000）。目前國(guó)內(nèi)支持國(guó)際電聯(lián)確定三個(gè)無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)，分別是中國(guó)電信的CDMA2000，中國(guó)聯(lián)通的WCDMA，中國(guó)移動(dòng)的TD-SCDMA。,64,4.3碼分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),1G、2G和3G第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)采用頻分多址(FDMA)的模擬調(diào)制方式，這種系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是頻譜利用率低，信令干擾話音業(yè)務(wù)。第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要采用時(shí)分多址(TD

37、MA)的數(shù)字調(diào)制方式，提高了系統(tǒng)容量，并采用獨(dú)立信道傳送信令，使系統(tǒng)性能大大改善，但TDMA的系統(tǒng)容量仍然有限，越區(qū)切換性能仍不完善。第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是CDMA。,65,4.3碼分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),1G、2G和3G全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)（GSM，Global System of Mobile communication），是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。GSM標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用使得在移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)商之間簽署“漫游協(xié)定”后用戶

38、的國(guó)際漫游變得簡(jiǎn)單。GSM 信令和語(yǔ)音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是第二代 (2G)移動(dòng)電話系統(tǒng)?！SM 是一個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，也就是說(shuō)移動(dòng)電話要連接到它能搜索到的最近的蜂窩單元區(qū)域。GSM設(shè)備采用的是時(shí)分多址。,66,4.3碼分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),1G、2G和3G全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)（GSM，Global System of Mobile communication），是當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。GSM標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用使

39、得在移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)商之間簽署“漫游協(xié)定”后用戶的國(guó)際漫游變得簡(jiǎn)單。GSM 信令和語(yǔ)音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是第二代 (2G)移動(dòng)電話系統(tǒng)?！SM 是一個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，也就是說(shuō)移動(dòng)電話要連接到它能搜索到的最近的蜂窩單元區(qū)域。GSM設(shè)備采用的是時(shí)分多址。,67,4.3碼分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),1G、2G和3G全球移動(dòng)通訊系統(tǒng)（GSM，Global System of Mobile communication），是當(dāng)前應(yīng)用最

40、為廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)。GSM標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用使得在移動(dòng)電話運(yùn)營(yíng)商之間簽署“漫游協(xié)定”后用戶的國(guó)際漫游變得簡(jiǎn)單。GSM 信令和語(yǔ)音信道都是數(shù)字式的，因此GSM被看作是第二代 (2G)移動(dòng)電話系統(tǒng)?！SM 是一個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)，也就是說(shuō)移動(dòng)電話要連接到它能搜索到的最近的蜂窩單元區(qū)域。GSM設(shè)備采用的是時(shí)分多址。,68,4.3碼分復(fù)用,4.信道復(fù)用技術(shù),69,4.3碼分復(fù)用,Hedy Lamarr海蒂·拉瑪,5.數(shù)字傳輸系統(tǒng),早期

41、電話網(wǎng)中，從市話局到用戶電話機(jī)的用戶線采用最廉價(jià)的雙絞線，長(zhǎng)途干線采用的是頻分復(fù)用FDM的模擬傳輸方式。由于數(shù)據(jù)通信與模擬通信相比，無(wú)論是傳輸質(zhì)量還是經(jīng)濟(jì)上都有明顯優(yōu)勢(shì)，目前長(zhǎng)途干線大都采用時(shí)分復(fù)用PCM的數(shù)字傳輸方式。當(dāng)前，模擬傳輸線路就僅存于用戶電話機(jī)到市話交換機(jī)的這一段用戶線上。,70,,5.數(shù)字傳輸系統(tǒng),當(dāng)今，電信網(wǎng)早不是僅有語(yǔ)音的單一業(yè)務(wù)，大量需要傳輸視頻、圖像和各種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。所以，需要一種能承載來(lái)自其他各種業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的

42、傳輸網(wǎng)絡(luò)。在數(shù)字化的同時(shí)，光纖成為長(zhǎng)途干線的最主要最常見(jiàn)傳輸媒體。而早期的數(shù)字傳輸系統(tǒng)卻存在著許多缺點(diǎn)：速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。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(guó)際范圍的高速數(shù)據(jù)傳輸就很難實(shí)現(xiàn)。 不是同步傳輸。在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，為了節(jié)約經(jīng)費(fèi)，各國(guó)的數(shù)字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同步方式。,71,,5.數(shù)字傳輸系統(tǒng),為了解決早期數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的問(wèn)題，美國(guó)在1988年提出了一個(gè)新的數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn)，叫做同步光纖網(wǎng)SONET（Synchronous

43、Optical Network）。同步光纖網(wǎng) SONET (Synchronous Optical Network) 的各級(jí)時(shí)鐘都來(lái)自一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘（銫原子鐘）。第 1 級(jí)同步傳送信號(hào) STS-1 (Synchronous Transport Signal)的傳輸速率是 51.84 Mb/s。光信號(hào)則稱為第 1 級(jí)光載波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。,72,5.1 SONET,5.數(shù)字傳輸系統(tǒng),ITU

44、-T以美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)SONET為基礎(chǔ)，制訂出國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)。一般可認(rèn)為 SDH 與 SONET 是同義詞。SDH 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。,73,5.2 SDH,5.數(shù)字傳輸系統(tǒng),74,5.3 SDH/S

45、ONET,SONET的OC級(jí)/STS級(jí)與SDH的STM級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,5.數(shù)字傳輸系統(tǒng),SDN/SONET標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為公認(rèn)的新一代理想的傳輸網(wǎng)體制，對(duì)世界電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重大的意義。,75,5.3 SDH/SONET,6.寬帶接入技術(shù),ADSL 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)。標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號(hào)的頻帶被限制在 300~3400 Hz 的范圍內(nèi)，但用戶線本身實(shí)際可通過(guò)的信號(hào)頻率仍然超過(guò) 1 MHz。

46、ADSL 技術(shù)就把 0~4 kHz 低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，而把原來(lái)沒(méi)有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用。DSL 就是數(shù)字用戶線(Digital Subscriber Line)的縮寫。,76,6.1 ADSL,6.寬帶接入技術(shù),DSL的常見(jiàn)類型：ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非對(duì)稱數(shù)字用戶線HDSL (High speed DSL)：高速數(shù)字用戶線SDSL (Singl

47、e-line DSL)：1 對(duì)線的數(shù)字用戶線VDSL (Very high speed DSL)：甚高速數(shù)字用戶線DSL ：ISDN 用戶線。RADSL (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）。,77,6.1 ADSL,6.寬帶接入技術(shù),ADSL 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

48、速率與實(shí)際的用戶線上的信噪比密切相關(guān)。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。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。,78,6.1 ADSL,6.寬帶接入技術(shù),ADSL技術(shù)的主要特點(diǎn)：上行和下行帶寬做成不對(duì)稱的。上行指從用戶到 ISP，而下行指從

49、 ISP 到用戶。ADSL 在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個(gè)ADSL調(diào)制解調(diào)器。我國(guó)目前采用的方案是離散多音調(diào)DMT(Discrete Multi-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。,79,6.1 ADSL,6.寬帶接入技術(shù),DMTDMT 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

50、信道用于下行信道。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)。,80,6.1 ADSL,6.寬帶接入技術(shù),ADSL的數(shù)據(jù)率：由于用戶線的具體條件往往相差很大（距離、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。當(dāng)ADSL啟動(dòng)時(shí)，用戶線兩端

51、的ADSL調(diào)制解調(diào)器就測(cè)試可用頻率、各子信道受到的干擾情況，以及在每個(gè)頻率上測(cè)試信號(hào)的傳輸質(zhì)量。ADSL不能保證固定數(shù)據(jù)率。對(duì)于質(zhì)量很差的用戶線甚至無(wú)法開(kāi)通。通常下行數(shù)據(jù)率在32kb/s到6.4Mb/s之間，而上行數(shù)據(jù)率在32kb/s到640kb/s之間。,81,6.1 ADSL,6.寬帶接入技術(shù),ADSL的組成：,82,6.1 ADSL,數(shù)字用戶線接入復(fù)用器 DSLAM (DSL Access Multiplexer)接入端接單

52、元 ATU (Access Termination Unit) C 代表端局 Central Office，R 代表遠(yuǎn)端 Remote電話分離器 PS (POTS Splitter),6.寬帶接入技術(shù),ADSL2（G.992.3 和 G.992.4），ADSL2+（G.992.5）通過(guò)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

53、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。采用了無(wú)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。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。,83,6.1 ADSL,6

54、.寬帶接入技術(shù),光纖同軸混合網(wǎng)HFC(Hybrid Fiber Coax)是在目前覆蓋面很廣的有線電視網(wǎng)CATV的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的居民寬帶接入網(wǎng)。HFC網(wǎng)除可傳送CATV外，還提供電話、數(shù)據(jù)和其他寬帶交互型業(yè)務(wù)?，F(xiàn)有的CATV網(wǎng)是樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)，它采用模擬技術(shù)的頻分復(fù)用對(duì)電視節(jié)目進(jìn)行單向傳輸。HFC網(wǎng)將原CATV網(wǎng)中的同軸電纜主干部分改換為光纖，并使用模擬光纖技術(shù)。模擬光纖從頭端連接到光纖結(jié)點(diǎn)(fiber node)，即

55、光分配結(jié)點(diǎn) ODN (Optical Distribution Node)。在光纖結(jié)點(diǎn)光信號(hào)被轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。在光纖結(jié)點(diǎn)以下就是同軸電纜。,84,6.2 HFC,6.寬帶接入技術(shù),85,6.2 HFC,,,,,,,,,同軸電纜,,,,,光纖,,光纖結(jié)點(diǎn),,,,,,,,,,,,,,,,高帶寬光纖,,,,同軸電纜,光纖,,6.寬帶接入技術(shù),86,6.2 HFC,,下行信道,,上行信道,5 65 87

56、 1000,,調(diào)頻廣播、模擬和數(shù)字電視、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),頻率(MHz),,6.寬帶接入技術(shù),HFC中，每個(gè)家庭都要安裝一個(gè)用戶接口盒。用戶接口盒UIB(User Interface Box)要提供三種連接，即：使用同軸電纜連接到機(jī)頂盒(set-top box)，然后再連接到用戶的電視機(jī)。使用雙絞線連接到用戶的電

57、話機(jī)。使用電纜調(diào)制解調(diào)器連接到用戶的計(jì)算機(jī)。電纜調(diào)制解調(diào)器是為HFC網(wǎng)而使用的調(diào)制解調(diào)器。其工作比ADSL調(diào)制解調(diào)器要復(fù)雜得多，并且不是成對(duì)使用，而是只安裝在用戶端。雖然HFC的調(diào)制解調(diào)器速度更快，但是由于HFC是共享帶寬，因此在實(shí)際使用中速度是不確定的。,87,6.2 HFC,6.寬帶接入技術(shù),FTTx（光纖到……）也是一種實(shí)現(xiàn)寬帶居民接入網(wǎng)的方案。這里字母 x 可代表不同意思。例如：光纖到戶FTTH(Fiber To The

58、 Home)：光纖一直鋪設(shè)到用戶家庭可能是居民接入網(wǎng)最后的解決方法。光纖到大樓FTTB(Fiber To The Building)：光纖進(jìn)入大樓后就轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后用電纜或雙絞線分配到各用戶。光纖到路邊FTTC(Fiber To The Curb)：光纖放置到路邊機(jī)箱，從路邊到各用戶可使用星形結(jié)構(gòu)雙絞線作為傳輸媒體。光纖到小區(qū)FTTZ(Fiber To The Zone)：光纖接入小區(qū)，從小區(qū)到各用戶使用電纜或雙絞線作為傳輸媒

59、體。… …,88,6.3 FTTx,6.寬帶接入技術(shù),FTTx技術(shù)主要用于接入網(wǎng)絡(luò)光纖化，范圍從區(qū)域電信機(jī)房的局端設(shè)備到用戶終端設(shè)備。局端設(shè)備為光線路終端（Optical Line Terminal; OLT）。用戶端設(shè)備為光網(wǎng)絡(luò)單元(Optical Network Unit; ONU），或光網(wǎng)絡(luò)終端（Optical Network Terminal; ONT）。,89,6.3 FTTx,6.寬帶接入技術(shù),90,6.3 FTTx,