計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)-第二章-物理層

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)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)2.6.1xDSL技術(shù)2.6.2光纖同軸混合網(wǎng)（HFC網(wǎng)）2.6.3FTTx技術(shù)2.1物理層的基本概念

物理層標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了信號(hào)、連接器和電纜要求標(biāo)準(zhǔn)制定機(jī)構(gòu)物理層的主要功能：確定與某通信系統(tǒng)連接的傳輸媒體、連接接口和信號(hào)位傳輸效能特性----服務(wù)與協(xié)議（標(biāo)準(zhǔn)）。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。電氣特性指明連接線纜的各通信線上出現(xiàn)的信號(hào)類(lèi)型及相關(guān)參數(shù)。（語(yǔ)法）功能特性指明某通信線上出現(xiàn)的某一信號(hào)狀態(tài)的意義。（語(yǔ)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。（同步、時(shí)序）物理層的PDU名稱(chēng)---位（Bits）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PC機(jī)數(shù)據(jù)通信的概念術(shù)語(yǔ)數(shù)據(jù)：承載消息的實(shí)體（某種符號(hào)系統(tǒng)）。信號(hào)：數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。模擬信號(hào)：信號(hào)參數(shù)的取值是連續(xù)的。數(shù)字信號(hào)：信號(hào)參數(shù)的取值是離散的。碼元：承載數(shù)據(jù)的基本信號(hào)單位稱(chēng)為碼元。用基于時(shí)域的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形稱(chēng)為碼元。在數(shù)字通信中常常用時(shí)間間隔相同的符號(hào)來(lái)表示n位二進(jìn)制數(shù)字，這樣的時(shí)間間隔內(nèi)的信號(hào)稱(chēng)為碼元。而這個(gè)間隔被稱(chēng)為碼元長(zhǎng)度。1碼元可以攜帶nbit的信息量。通信通道：發(fā)送點(diǎn)向接收點(diǎn)傳輸物理信號(hào)的物理通道。物理信道中信號(hào)的表示形式示例

2.2.2信道的基本概念單向通信（單工通信）信道：只能有一個(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）信道：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）信道：通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息?；鶐?baseband)信號(hào)和

帶通(bandpass)信號(hào)

基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）——來(lái)自信源的原本信號(hào)。數(shù)字信號(hào)具有基帶信號(hào)的特征。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)。調(diào)制：用一種信號(hào)（基帶信號(hào)）來(lái)控制（調(diào)）另一種信號(hào)（載波---便于在某種信道傳輸?shù)男盘?hào)）的定式變化（制）.帶通信號(hào)（寬帶信號(hào)）——用基帶信號(hào)對(duì)載波調(diào)制后，把基帶信號(hào)的（有效）頻率范圍搬移到一個(gè)較高的頻率范圍后的信號(hào)。該信號(hào)在規(guī)定的信號(hào)頻段（信道）可與其它信號(hào)頻段（信道）中的帶通信號(hào)在同一媒體中傳輸?；鶐?shù)字信號(hào)的

幾種最基本的調(diào)制方法調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。頻移鍵控FSK（frequencyshiftkeying）調(diào)相(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。

相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）

基帶數(shù)字信號(hào)ASK、FSK、PSK示例

010011100基帶信號(hào)1.調(diào)幅2.調(diào)頻3.調(diào)相正交幅度調(diào)制QAM

(QuadratureAmplitudeModulation)

r(r,)可供選擇的相位有12種，而對(duì)于每一種相位有1或2種振幅可供選擇。16種信號(hào)波形（碼元）由于4bit編碼共有16種不同的組合，因此這16個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于一種4bit的編碼。若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越困難。舉例：16QAM信號(hào)的星座圖2.2.3信道的極限容量實(shí)際信道，在傳輸信號(hào)時(shí)因多種干擾而產(chǎn)生失真。

碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，信?hào)傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，信號(hào)波形的失真就越嚴(yán)重。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)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號(hào)波形限制碼元在信道上傳輸速率因素：

（1）信道能夠通過(guò)的頻率范圍1924年，奈奎斯特(Nyquist)的奈氏準(zhǔn)則,給出了在理想條件下，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值：C=2Hlog2(V)b/s,H:信道（低通濾波后的）帶寬（以Hz為單位）V:信號(hào)碼元的離散級(jí)別數(shù)表明：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)_。限制碼元在信道上傳輸速率因素：(2)信噪比

信噪比=10log10（S/N)（dB）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信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率C可表達(dá)為

C=Wlog2(1+S/N)b/sW：信道帶寬；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。表明：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。編碼如信道頻帶寬度已確定的，信噪比不能再提高了，碼元傳輸速率也達(dá)到了上限值，可用編碼的方法讓每一個(gè)碼元攜帶更多比特的信息量。編碼：在將比特表達(dá)到介質(zhì)上之前，對(duì)它進(jìn)行的比特分組、代碼映射等編碼處理，改善數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。使用代碼組的優(yōu)點(diǎn)有：降低比特電平錯(cuò)誤：編碼考慮位同步。限制傳輸?shù)浇橘|(zhì)中的效能：編碼考慮DC平衡（平衡發(fā)送的1和0數(shù)量）。幫助甄別數(shù)據(jù)比特和控制比特：考慮數(shù)據(jù)和控制比特的編碼（模式）區(qū)分。更有效地檢測(cè)介質(zhì)錯(cuò)誤：利用無(wú)效編碼模式檢測(cè)錯(cuò)誤編碼示例：NRZ信號(hào)簡(jiǎn)單的信號(hào)方法（編碼），適用于低速數(shù)據(jù)鏈路。不能有效使用帶寬，且易受電磁干擾。沒(méi)有可用于同步發(fā)送節(jié)點(diǎn)比特時(shí)間的跳變。連續(xù)傳輸長(zhǎng)串0或1時(shí)，單個(gè)比特位之間的邊界會(huì)模糊。接收節(jié)點(diǎn)在這種情況下，不能檢測(cè)到介質(zhì)上的電壓跳變。編碼示例：曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼方案不是用簡(jiǎn)單的電壓值來(lái)表示比特，而是用電壓跳變來(lái)表示比特值電壓跳變?cè)诿總€(gè)比特時(shí)間的中間發(fā)生。這種跳變可確保接收節(jié)點(diǎn)的比特時(shí)間與發(fā)送節(jié)點(diǎn)的比特時(shí)間同步曼徹斯特編碼效率低，是10BaseT以太網(wǎng)采用的信號(hào)方法。編碼示例：4B/5B（信號(hào)模式組）2.3物理層下面的傳輸媒體無(wú)線電微波紅外線可見(jiàn)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(wú)線電調(diào)頻無(wú)線電海事無(wú)線電光纖電視(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移動(dòng)無(wú)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

信號(hào)傳輸受限于媒體（導(dǎo)體）路徑雙絞線屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)無(wú)屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)

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無(wú)屏蔽雙絞線UTP圖示屏蔽雙絞線STP圖示屏蔽雙絞線電纜的典型應(yīng)用雙絞線線序常用雙絞線絞合線類(lèi)型帶寬典型應(yīng)用316MHz低速網(wǎng)絡(luò)，模擬電話420MHz短距離的10BASE-T以太網(wǎng)5100MHz10BASE-T以太網(wǎng)，100快速以太網(wǎng)5E(超5類(lèi)）100MHz100BASE-T快速以太網(wǎng)，1000BASE-T吉比特以太網(wǎng)6250MHz1000BASE-T吉比特以太網(wǎng)，ATM網(wǎng)絡(luò)7600MHz可能用于10吉比特以太網(wǎng)以太網(wǎng)物理介質(zhì)特性雙絞線連接器正確的連接器端接同軸電纜編織線外導(dǎo)體/屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體同軸電纜連接器光纖介質(zhì)常見(jiàn)的光纖連接器直通式光纖連接器(ST)（商標(biāo)為AT&T）-一種很常見(jiàn)的刺刀型連接器，廣泛用于多模光纖。用戶(hù)連接器(SC)-一種使用推拉機(jī)制確保正面插入的連接器。此類(lèi)連接器廣泛用于單模光纖。朗訊連接器(LC)-一種廣泛用于單模光纖且支持多模光纖的小型連接器。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）包層纖芯特點(diǎn)：低損耗、高帶寬、高抗擾、無(wú)輻射、體積小、重量輕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瓷溆腥齻€(gè)紅外區(qū)域的電磁波段在纖芯中傳輸由較低的衰減：0.85μm，1.30μm，1.55μm輸入脈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與單模光纖規(guī)格綜合（結(jié)構(gòu)化）布線系統(tǒng)

EIA/TIA-568（商用建筑物電信布線標(biāo)準(zhǔn)）

GB50311-2007綜合布線工程設(shè)計(jì)規(guī)范網(wǎng)絡(luò)綜合布線系統(tǒng)工程結(jié)構(gòu)示意圖電信間FD與電話交換配線方式

電信間FD與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的連接方式綜合布線系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)機(jī)柜、信息插座、水平布線橋架：梯級(jí)式、槽式、托盤(pán)式布線設(shè)計(jì)例題-1已知某建筑物其中一樓層采用光纖到桌面的布線方案，該樓層共有40個(gè)光纖點(diǎn)，每個(gè)光纖信息點(diǎn)均布設(shè)一根室內(nèi)2芯多模光纖至建筑物的設(shè)備間，請(qǐng)問(wèn)設(shè)備間的機(jī)柜內(nèi)應(yīng)選用何種規(guī)格的IBDN光纖配線架？數(shù)量多少？需要訂購(gòu)多少個(gè)光纖耦合器？提示：IBDN光纖配線架的規(guī)格為12口、24口、48口。解答：根據(jù)題目得知共有40個(gè)光纖信息點(diǎn)，由于每個(gè)光纖信息點(diǎn)需要連接一根雙芯光纖，因此設(shè)備間配備的光纖配線架應(yīng)提供不少于80個(gè)接口，考慮網(wǎng)絡(luò)以后的擴(kuò)展，可以選用3個(gè)24口的光纖配線架和1個(gè)12口的光纖配線架。光纖配線架配備的耦合器數(shù)量與需要連接的光纖芯數(shù)相等，即為80個(gè)。布線設(shè)計(jì)例題-2已知某校園網(wǎng)分為三個(gè)片區(qū)，各片區(qū)機(jī)房需要布設(shè)一根24芯的單模光纖至網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房，以構(gòu)成校園網(wǎng)的光纖骨干網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)管中心機(jī)房為管理好這些光纜應(yīng)配備何種規(guī)格的光纖配線架？數(shù)量多少？光纖耦合器多少個(gè)？需要訂購(gòu)多少根光纖跳線？解答：（1）根據(jù)題目得知各片區(qū)的三根光纖合在一起總共有72根纖芯，因此網(wǎng)管中心的光纖配線架應(yīng)提供不少于72個(gè)接口。（2）由以上接口數(shù)可知網(wǎng)管中心應(yīng)配備24口的光纖配線架3個(gè)。（3）光纖配線架配備的耦合器數(shù)量與需要連接的光纖芯數(shù)相等，即為72個(gè)。（4）光纖跳線用于連接光纖配線架耦合器與交換機(jī)光纖接口，因此光纖跳線數(shù)量與耦合器數(shù)量相等，即為72根。2.3.2非導(dǎo)向傳輸媒體--無(wú)線媒體信號(hào)傳輸不像銅介質(zhì)和光纖介質(zhì)那樣受限于媒體（導(dǎo)體）路徑。信號(hào)形式：無(wú)線電微波紅外線可見(jiàn)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(wú)線電

調(diào)頻無(wú)線電

海事無(wú)線電光纖電視(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024

移動(dòng)無(wú)線電

頻率、波長(zhǎng)和速率fλ=c設(shè)：λ的單位是米，f的單位是MHz,可有fλ≈300例如：f=100MHz，λ≈3m另：f=c/λ,兩邊對(duì)λ求微分df/dλ=-c/λ2，用有限差分代替微分，且只看絕對(duì)值，有⊿f=c⊿λ/λ2

設(shè)λ=1.3×10-6m，⊿λ=0.17×10-6m可得⊿f≈30THz，若編碼率為8位/Hz,則數(shù)據(jù)傳輸速率=240Tbps無(wú)線介質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)和類(lèi)型IEEE802.11-通常也稱(chēng)為Wi-Fi，是一種無(wú)線LAN(WLAN)技術(shù)IEEE802.15-無(wú)線個(gè)域網(wǎng)(WPAN)標(biāo)準(zhǔn)，通常稱(chēng)為“藍(lán)芽“。IEEE802.16-通常稱(chēng)為WiMAX（微波接入全球互通），提供無(wú)線帶寬接入。全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)-包括可啟用第2層通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)(GPRS)協(xié)議的物理層規(guī)范，提供通過(guò)移動(dòng)電話網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。無(wú)線LAN標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備IEEE802.11a-工作頻段5GHz，速度高達(dá)54Mbps。此標(biāo)準(zhǔn)的工作頻率較高，因此它的覆蓋面積較小、透過(guò)建筑物的效率較低。據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)工作的設(shè)備不能和基于802.11b和802.11g標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備互操作。IEEE802.11b-工作頻段2.4GHz,速度高達(dá)11Mbps.比基于802.11a標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備有更好的透過(guò)建筑物的能力。IEEE802.11g-工作頻段2.4GHz，速度高達(dá)54Mbps。與802.11b工作在相同的射頻范圍內(nèi)。IEEE802.11n標(biāo)準(zhǔn)正在起草中。提議的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定頻率為2.4Ghz或5GHz。預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)速率為100Mbps至210Mbps、距離長(zhǎng)達(dá)70米。共享信道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

信道復(fù)用技術(shù)：就是按照一定的規(guī)律，在同一物理信道（無(wú)線或有線信道）中實(shí)現(xiàn)傳輸多路信號(hào)的技術(shù)。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)信道復(fù)用技術(shù)的種類(lèi)頻分多路復(fù)用（FDM）時(shí)分多路復(fù)用（TDM）波分多路復(fù)用（WDM）碼分多路復(fù)用（CDM）空分多路復(fù)用（SDM）頻分復(fù)用FDM

(FrequencyDivisionMultiplexing)頻分復(fù)用就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶（或稱(chēng)子信道），每一個(gè)子信道傳輸1路信號(hào)。所有子信道傳輸?shù)男盘?hào)以同時(shí)并行的方式工作，信源各自同時(shí)占用不同的帶寬資源。信源在分配到一定頻帶的子信道后，在通信過(guò)程中自始至終都占用這個(gè)子信道頻帶。頻率時(shí)間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率5FDM頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用TDM

(TimeDivisionMultiplexing)時(shí)分復(fù)用是將整個(gè)信道傳輸信息的時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)分復(fù)用幀（TDM幀）。每個(gè)TDM幀劃分成若干時(shí)間片（簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)隙），每一個(gè)信源在每一個(gè)TDM幀中分配并占用固定序號(hào)的時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。TDM幀周期性出現(xiàn)，每一個(gè)信源在TDM幀中所占用的時(shí)隙也周期性出現(xiàn)。時(shí)分復(fù)用信源是在不同的時(shí)間占用同樣的帶寬資源。時(shí)分復(fù)用技術(shù)因時(shí)隙事先分配且固定不變，也叫同步/靜態(tài)時(shí)分復(fù)用。頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAAA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TDM同步(靜態(tài))TDM同步(靜態(tài))TDM的缺點(diǎn)ABCDaabbcdbcattttt4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4信源當(dāng)某信源沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的信道會(huì)出現(xiàn)空閑，而其他繁忙的信道無(wú)法占用這個(gè)空閑的信道，因此會(huì)降低線路的利用率。由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信的突發(fā)性，使用同步時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)傳遞時(shí)，造成信道利用率不高。統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用

STDM

(StatisticTDM)ABCDabcdttttt3個(gè)STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用信源也稱(chēng)為標(biāo)記復(fù)用、智能時(shí)分多路復(fù)用、動(dòng)態(tài)或異步時(shí)分復(fù)用。帶寬動(dòng)態(tài)分配：采用時(shí)隙動(dòng)態(tài)按需分配，而不非固定時(shí)隙分配。根據(jù)信號(hào)源是否要發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)和對(duì)帶寬的需求情況來(lái)分配時(shí)隙。STDMATDM異步時(shí)分復(fù)用2.4.2波分復(fù)用WDM

(WavelengthDivisionMultiplexing)復(fù)用方式：1310nm和1550nm波長(zhǎng)的波分復(fù)用僅用兩個(gè)波長(zhǎng)：1310nm窗口和1550nm窗口各一個(gè)波長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)單纖雙窗口傳輸。稀疏波分復(fù)用（CWDM，CoarseWavelengthDivisionMultiplexing）

稀疏(波長(zhǎng)間隔大)波分復(fù)用，相鄰信道的間距≥20nm

波長(zhǎng)數(shù)目一般為4波或8波，最多16波使用1200~1700nm的寬窗口，目前主要應(yīng)用波長(zhǎng)在1550nm的系統(tǒng)中。密集波分復(fù)用（DWDM，DenseWavelengthDivisionMultiplexing）

密集(波長(zhǎng)間隔小)波分復(fù)用，相鄰信道間距≤1.6nm，例0.4nm

可以承載8～160個(gè)波長(zhǎng)，單根光纖可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量高達(dá)400Gbit/s1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nmDWDM密集波分復(fù)用示意圖摻鉺光纖放大器82.5Gb/s1310nm20Gb/s復(fù)用器分用器EDFA（Erbium-dopedOpticalFiberAmplifier）120km光調(diào)制器光解調(diào)器2.4.3碼分復(fù)用CDM

(CodeDivisionMultiplexing)

碼分多路復(fù)用CDM又稱(chēng)碼分多址（多路）訪問(wèn)（CodeDivisionMultipleAccess,CDMA）,CDM與FDM及TDM不同,它既共享信道的頻率,也共享時(shí)間。各信源使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的彼此不會(huì)造成干擾的不同編碼序列（碼型）實(shí)現(xiàn)信道共享。

編碼序列-----碼片序列(chipsequence)

將每一個(gè)比特時(shí)間再劃分為m個(gè)短的間隔，稱(chēng)為碼片(chip)每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的mbit碼片序列(chipsequence)。如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的mbit碼片序列。如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。

例如，S站的8bit碼片序列是00011011。發(fā)送比特1時(shí)，就發(fā)送序列00011011，發(fā)送比特0時(shí)，就發(fā)送序列11100100。110ttm個(gè)碼片信源的數(shù)據(jù)比特信源的碼片序列chipsequence碼片序列時(shí)間片序列Chip/碼片/時(shí)間片CDMA效能例：1MHz的頻段用于100個(gè)站,使用FDMA,每站有10KHz的帶寬,數(shù)據(jù)速率可為10kbps(設(shè)bit/Hz)使用CDMA,每站使用完全的1MHz頻段，劃分成1M的時(shí)間片，若每位使用時(shí)間片<100，每站的有效帶寬>FDMA信源的1bit位寬信源S100的碼片序列小于100時(shí)間片的碼片序列1MHz

個(gè)時(shí)間片信源S1的碼片序列每信源數(shù)據(jù)速率>10Kbps1M

個(gè)時(shí)間片÷碼片序列時(shí)間片(<100)碼片序列的正交關(guān)系每個(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)碼片序列表示方法：雙極表示法例：二進(jìn)制碼片序列雙極表示法碼片序列A站00011011-1-1-1+1+1-1+1+1B站00101110-1-1+1-1+1+1+1-1正交令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。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(innerproduct)都是0：例：可計(jì)算A·B=0因?yàn)镾和T得分量中，對(duì)應(yīng)分量相等的數(shù)目與不相等數(shù)目是一樣的，且若：S·T=0,則S·T=0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。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CDMA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)送端接收端S·T=0S·T=0S·T=0S·S=1S·S=-1（二進(jìn)制0）S·S=1S·T=0被過(guò)濾S·T=±1被接收CDMA的技術(shù)原理CDMA的技術(shù)原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼（PN）進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，完成信息通信。例：信源原本發(fā)送B位,使用碼片序列編碼后需發(fā)送mB位，信息量增加了m倍，所以需要帶寬擴(kuò)頻m倍?！居懻摗?jī)纱髾?quán)威的矛盾！——關(guān)于碼分多路復(fù)用（CDMA）謝希仁和馮博琴兩位老師都是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教育界的泰斗，但我發(fā)現(xiàn)他們關(guān)于碼分多路復(fù)用（CDMA）原理的問(wèn)題上有矛盾。謝希仁老師說(shuō)，發(fā)送方按照自己的碼片序列調(diào)制將要發(fā)送的信息，接收方要先獲得發(fā)送方的碼片序列，然后用該序列與接收到的混合信息做內(nèi)積，從而檢測(cè)出發(fā)送方想要發(fā)送的信息。

而馮博琴老師說(shuō)，發(fā)送方將要發(fā)送信息的時(shí)候，先要獲得接收方的碼片序列，用這個(gè)序列調(diào)制將要發(fā)送的信息，接收方用自己的碼片序列與接收到的混合信息做內(nèi)積，從而檢測(cè)出發(fā)送方想要發(fā)送的信息。

兩者正好相反！2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)

1.脈碼調(diào)制PCM體制

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。由于歷史上的原因，PCM有兩個(gè)互不兼容的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的24路PCM（簡(jiǎn)稱(chēng)為T(mén)1）和歐洲的30路PCM（簡(jiǎn)稱(chēng)為E1）。我國(guó)采用的是歐洲的E1標(biāo)準(zhǔn)。PCM信號(hào)成幀后裝入TDM時(shí)隙E1幀和T1幀E1的速率:32×8×1/(125×10-6)=2.048Mb/s,12332幀片時(shí)長(zhǎng)125微妙，分為32個(gè)時(shí)隙每個(gè)時(shí)隙傳送8bitE1幀T1的速率:(24×8+1×1)/(125×10-6)=1.544Mb/s1224幀片時(shí)長(zhǎng)125微妙，分為24個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙傳送8bit，每幀有一位同步碼T1幀PCM高次群的話路數(shù)和數(shù)據(jù)率當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時(shí)，可采用進(jìn)一步的復(fù)用方法。系統(tǒng)類(lèi)型一次群二次群三次群四次群五次群符號(hào)E1E2E3E4E5歐洲體制話路數(shù)3012048019207680數(shù)據(jù)率（Mb/s）2.0488.44834.368139.264565.148符號(hào)T1T2（4T1）T3（7T2)T4（6T3)北美體制話路數(shù)24966724032數(shù)據(jù)率（Mb/s）1.5446.31244.736274.176T載波層級(jí)2.同步光纖網(wǎng)SONET和

同步數(shù)字系列SDH舊的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點(diǎn)。最主要的是以下兩個(gè)方面：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。注：準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)的系統(tǒng)，是在數(shù)字通信網(wǎng)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)上都分別設(shè)置高精度的時(shí)鐘，這些時(shí)鐘的信號(hào)都具有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)速率。盡管每個(gè)時(shí)鐘的精度都很高，但總還是有一些微小的差別。為了保證通信的質(zhì)量，要求這些時(shí)鐘的差別不能超過(guò)規(guī)定的范圍。因此，這種同步方式嚴(yán)格來(lái)說(shuō)不是真正的同步，所以叫做“準(zhǔn)同步”。同步光纖網(wǎng)SONET

與同步數(shù)字系列SDH同步光纖網(wǎng)SONET(SynchronousOpticalNetwork)各級(jí)時(shí)鐘都來(lái)自一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘。以傳輸速率51.84Mb/s為基礎(chǔ)對(duì)應(yīng)電信號(hào)為STS-1---第1級(jí)同步傳送信號(hào)(SynchronousTransportSignal)對(duì)應(yīng)光信號(hào)則稱(chēng)為OC-1---第1級(jí)光載波（OpticalCarrier）。ITU-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(SynchronousDigitalHierarchy)。一般可認(rèn)為SDH與SONET是同義詞。SDH的基本速率為155.52Mb/s，稱(chēng)為第1級(jí)同步傳遞模塊(SynchronousTransferModule)，即STM-1，相當(dāng)于SONET體系中的OC-3速率。SONET圖示線路速率(Mb/s)SONET符號(hào)ITU-T符號(hào)表示線路速率的常用近似值51.840OC-1/STS-1155.520OC-3/STS-3STM-1155Mb/s466.560OC-9/STS-9STM-3622.080OC-12/STS-12STM-4622Mb/s933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-82488.320OC-48/STS-48STM-162.5Gb/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410Gb/s39813.120

OC-768/STS-768

STM-256

40Gb/s

SONET的OC級(jí)/STS級(jí)與SDH的STM級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系SONET與SDH體系結(jié)構(gòu)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)器段段段線路路徑路徑層線路層段層光子層線路層段層光子層線路層段層光子層路徑層線路層段層光子層段層光子層段層光子層光子層：負(fù)責(zé)跨光纜比特傳輸，STS電信號(hào)與OC光信號(hào)轉(zhuǎn)換等。段層：負(fù)責(zé)構(gòu)成STS-N幀及差錯(cuò)檢測(cè)等。線路層：負(fù)責(zé)路徑層的同步和復(fù)用。路徑層：負(fù)責(zé)路徑端接設(shè)備PTE之間接入和的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸。2.6寬帶接入技術(shù)

2.6.1xDSL技術(shù)xDSL技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的模擬電話用戶(hù)線進(jìn)行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。雖然標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號(hào)的頻帶被限制在300~3400kHz的范圍內(nèi)，但用戶(hù)線本身實(shí)際可通過(guò)的信號(hào)頻率仍然超過(guò)1MHz。xDSL技術(shù)就把0~4kHz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(hù)上網(wǎng)使用。DSL就是數(shù)字用戶(hù)線(DigitalSubscriberLine)的縮寫(xiě)。而DSL的前綴x則表示在數(shù)字用戶(hù)線上實(shí)現(xiàn)的不同寬帶方案。ADSL的組成ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶(hù)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DSLAM至本地電話局PSPS數(shù)字用戶(hù)線接入復(fù)用器DSLAM(DSLAccessMultiplexer)接入端接單元ATU(AccessTerminationUnit)ATU-C（C代表端局CentralOffice）ATU-R（R代表遠(yuǎn)端Remote）電話分離器PS(POTSSplitter)

ADSL的特點(diǎn)上行和下行帶寬做成不對(duì)稱(chēng)的。上行指從用戶(hù)到ISP，而下行指從ISP到用戶(hù)。ADSL在用戶(hù)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(DiscreteMulti-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)DMT調(diào)制技術(shù)采用頻分復(fù)用的方法，把40kHz以上一直到1.1MHz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。每個(gè)子信道占據(jù)4kHz帶寬（嚴(yán)格講是4.3125kHz），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(hù)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)~40~138~1100xDSL的幾種類(lèi)型ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線HDSL(HighspeedDSL)：高速數(shù)字用戶(hù)線SDSL(Single-lineDSL)：1對(duì)線的數(shù)字用戶(hù)線VDSL(VeryhighspeedDSL)：甚高速數(shù)字用戶(hù)線DSL：ISDN用戶(hù)線。RADSL(Rate-AdaptiveDSL)：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ADSL的極限傳輸距離與數(shù)據(jù)率以及用戶(hù)線的線徑都有很大的關(guān)系（用戶(hù)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(hù)線上的信噪比密切相關(guān)。例如，0.5毫米線徑的用戶(hù)線，傳輸速率為1.5~2.0Mb/s時(shí)可傳送5.5公里，但當(dāng)傳輸速率提高到6.1Mb/s時(shí)，傳輸距離就縮短為3.7公里。如果把用戶(hù)線的線徑減小到0.4毫米，那么在6.1Mb/s的傳輸速率下就只能傳送2.7公里ADSL的數(shù)據(jù)率由于用戶(hù)線的具體條件往往相差很大（距離、線徑、受到相鄰用戶(hù)線的干擾程度等都不同），因此AD