計算機網絡基礎謝希仁第五版2章use課件

計算機網絡（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物理層下面的傳輸媒體

2.2.1導向傳輸媒體

2.2.2非導向傳輸媒體2.3數(shù)據通信的基礎知識

2.3.1數(shù)據通信系統(tǒng)的模型

2.3.2有關信道的幾個基本概念

2.3.3信道的極限容量

2.3.4信道的極限信息傳輸速率第2章物理層（續(xù)）2.4信道復用技術

2.4.1頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用

2.4.2波分復用

2.4.3碼分復用2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)2.6寬帶接入技術

2.6.1xDSL技術

2.6.2光纖同軸混合網（HFC網）

2.6.3FTTx技術通信分為有線通信和無線通信兩種。有線通信是利用電纜、光纜或電話線來充當傳輸導體的。無線通信是利用衛(wèi)星、微波、紅外線來充當傳輸導體。在通信線路上常用的有線傳輸介質有雙絞線、大對數(shù)線和光纜。2.2物理層下面的傳輸媒體2.2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

調幅無線電

調頻無線電

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

移動無線電電信領域使用的電磁波的頻譜2.2.1導向傳輸媒體雙絞線屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)無屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)

同軸電纜50

同軸電纜75

同軸電纜光纜雙絞線纜線2.2.1導向傳輸媒體雙絞線纜線計算機網絡工程使用4對非屏蔽雙絞線導線，物理結構如圖1-6所示。1．非屏蔽雙絞線電纜的優(yōu)點非屏蔽雙絞線電纜的優(yōu)點如下。1）無屏蔽外套，直徑小，節(jié)省所占用的空間。2）質量小、易彎曲、易安裝。3）將串擾減至最小或加以消除。4）具有阻燃性。5）具有獨立性和靈活性，適用于結構化綜合布線。雙絞線纜線2．雙絞線的絞距在雙絞線電纜內，不同線對具有不同的絞距長度。一般地說，4對雙絞線絞距周期在38.1mm長度內，按逆時針方向扭絞，一對線對的扭絞長度在12.7mm以內。3．雙絞線的生產制造過程銅棒拉絲→單芯覆蓋絕緣層→兩芯絞繞→4對絞繞→覆蓋絕緣層→印刷標記→成卷。4．雙絞線施工影響原因1）網絡雙絞線配線端接工程技術。2）布線拉力。3）布線曲率半徑。4）布線綁扎技術。5）電磁干擾。6）工作溫度。同軸電纜同軸電纜可分為兩種基本類型：基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。目前基帶常用的電纜，其屏蔽線是用銅做成網狀的，特征阻抗為50，如RG-8、RG-58等；寬帶常用的電纜，其屏蔽層通常是用鋁沖壓成的，特征阻抗為75，如RG-59等。同軸電纜根據其直徑大小可以分為粗同軸電纜與細同軸電纜。細纜的直徑為0.26cm，最大傳輸距離為185m，細纜的阻抗是50。粗纜（RG-11）的直徑為1.27cm，最大傳輸距離達到500m，粗纜的阻抗是75。為了保持同軸電纜的正確電氣特性，電纜屏蔽層必須接地，同時兩頭要有終端來削弱信號反射作用。水晶頭與信息模塊1．水晶頭水晶頭，專業(yè)術語為RJ-45連接器（RJ-45是一種網絡接口規(guī)范，類似的還有RJ-11接口，就是我們平常所用的電話接口，用來連接電話線）。之所以把它稱為水晶頭，是因為它的外表晶瑩透亮的原因，如圖1-15所示。水晶頭與信息模塊2．信息模塊信息模塊是網絡工程中經常使用的一種器材，分為6類、超5類和3類，且有屏蔽和非屏蔽之分。信息模塊如圖1-17所示。配線架配線架是管理子系統(tǒng)中最重要的組件，是實現(xiàn)干線和配兩個子系統(tǒng)交叉連接的樞紐，一般放置在管理區(qū)和設備間的機柜中。在網絡工程中常用的配線架有雙絞線配線架和光纖配線架。理線器理線器為電纜提供了平行進入RJ-45模塊的通路，使電纜在壓入模塊之前不再多次直角轉彎，減少了自身的信號輻射損耗，同時也減少了對周圍電纜的輻射干擾。機柜機柜是存放設備和纜線交接的地方，機柜以U為單元區(qū)分（1U=44.45mm）。標準的機柜端接設備寬度為600mm，一般情況下，服務器機柜的深度大于800mm，而網絡機柜的深度小于800mm。機柜網絡機柜可分為兩種：常用服務器機柜和壁掛式網絡機柜。雙絞線安裝工具4．RJ-45單用壓線鉗在雙絞線網線制作過程中，壓線鉗是最主要的制作工具，如圖1-32所示。5．剝線器6．扎帶扎帶分尼龍扎帶與金屬扎帶。綜合布線工程中使用的是尼龍扎帶。尼龍扎帶按緊固方式分為4種：可松式扎帶、插銷式扎帶、固定式扎帶和雙扣式扎帶。還可使用線扣將扎帶和纜線等進行固定，它分粘貼型和非粘貼型兩種。信息模塊端接技術

信息模塊的端接有兩種標準：EIA/TIA568A和EIA/TIA568B。如圖所示為兩種標準規(guī)定的導線排列順序。信息模塊端接技術二、信息模塊端接技術要點

下面介紹IBDNGigaFlex模塊壓接的具體操作步驟。剝除線纜外皮；剝除線纜至末端10cm處；剪除線纜的外皮及抗拉線；將線對插入模塊的槽帽內；壓緊槽帽并整理線對；線纜及槽帽一起壓入模塊插座；將各線對壓入模塊各槽位內；使用打線工具加固線對與插座的連接。如下圖所示：信息插座安裝要求

模塊端接完成后，接下來就要安裝到信息插座內，以便工作區(qū)內終端設備的使用。下面以IBDNEZ-MDVO插座安裝為例，介紹信息插座的安裝步驟。模塊卡接到面板插槽內；面板與底盒接合在一起；用螺絲固定插座面板；在插座面板上安裝標簽條。14RJ45-RJ45跳線端接技術1.RJ45-RJ45跳線簡介

RJ45-RJ45跳線是由一根雙絞線電纜與兩個RJ45連接頭端接而成的，如圖所示。RJ45-RJ45跳線根據連接系統(tǒng)性能的要求分為5類、超5類、6類跳線。只有設備之間級聯(lián)時才會使用反序跳線連接，即兩端線序的1、2線對分別與3、6線對連接。下面主要介紹常用的直通RJ45-RJ45跳線端接技術。

RJ45-RJ45跳線RJ45-RJ45跳線端接技術

2.RJ45-RJ45跳線端接技術要點在綜合布線施工中，RJ45接頭端接也要遵循一定的標準規(guī)范。RJ45接頭端接具體步驟如下：切開電纜直至距端頭20mm；

4對導線解鈕并平行排列；將導線排列整齊并修整；將導線插入RJ45接頭；使用壓線壓接RJ45接頭；重復以上步驟，在雙絞線的另一端壓接另一個RJ45接頭，最終得到一根完整的RJ45-RJ45跳線。110配線系統(tǒng)安裝技術一、110配線系統(tǒng)構成

IBDN110配線系統(tǒng)主要由配線架、連接塊、線纜管理槽、標簽、膠條等組成。（1）100對或300對110配線架，如圖所示；（2）4線對連接塊、5線對連接塊，如圖所示。100對或300對110配線架4對或5對連接塊110配線系統(tǒng)構成（3）膠條和標簽條，用于標注各連接塊的信息，如圖所示。（4）線纜管理槽和線纜管理環(huán)，安裝在配線架上用于整理和固定線纜，如圖所示。膠條和標簽條線纜管理環(huán)和線纜管理槽110配線系統(tǒng)安裝技術要點下面詳細介紹使用110配線系統(tǒng)構建4對UTP電纜交叉連接管理系統(tǒng)的步驟：（1）在墻上標記好110配線架安裝的水平和垂直位置，如圖所示。（2）300線對配線架及線纜管理槽固定方法，如圖所示。100線對配線架及線纜管理槽固定方法，如圖。8英寸76英寸12110配線系統(tǒng)安裝技術要點（3）成組綁扎電纜并引入配線架。（4）在配線架上標注各線纜連接的位置。110配線系統(tǒng)安裝技術要點（5）按連接接線塊的位置整理線纜。（6）剝除電纜外皮。（7）按線序將線對壓入槽內。110配線系統(tǒng)安裝技術要點（8）將多根線纜的線對壓入上下相鄰的槽位（9）使用110壓線工具將線對沖壓入線槽內110配線系統(tǒng)安裝技術要點（10）使用多線對壓接工具將4線對連接塊壓接到配線架上。（11）在配線架上下槽位間安裝標簽條。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光纜1．光纜光纜通常是由石英玻璃制成，是橫截面積很小的雙層同心圓柱體，也稱為纖芯，它質地脆，易斷裂，由于這一缺點，需要外加一保護層，其結構如圖1-10所示。光纜是數(shù)據傳輸中最有效的一種傳輸介質，它有以下幾個優(yōu)點：1）較寬的頻帶。2）電磁絕緣性能好。3）衰減較小。4）中繼器的間隔距離較大。光纜2．光纖的種類光纖主要有兩大類，即單模光纖和多模光纖。單模光纖的纖芯直徑很小，在給定的工作波長上只能以單一模式傳輸，傳輸頻帶寬，傳輸容量大。多模光纖是在給定的工作波長上，能以多個模式同時傳輸?shù)墓饫w。1）按照纖芯直徑可劃分為以下幾種。 50/125緩變型多模光纖。 62.5/125緩變增強型多模光纖。 10/125緩變型單模光纖。2）按照光纖芯的折射率分布可分為以下幾種。 階躍型光纖（StepIndexFiber，SIF）。 梯度型光纖（GradedIndexFiber，GIF）。 環(huán)形光纖（RingFiber）。 W形光纖。光纜3．光纖通信系統(tǒng)簡述（1）光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)是以光波為載體、光導纖維為傳輸介質的通信方式，起主導作用的是光源、光纖、光發(fā)送機和光接收機。（2）光纖通信系統(tǒng)的主要優(yōu)點1）傳輸頻帶寬、通信容量大，短距離時達幾千兆的傳輸速率。2）線路損耗低、傳輸距離遠。3）抗干擾能力強，應用范圍廣。4）抗化學腐蝕能力強。（3）光端機光端機是光通信的一個主要設備，其外觀如圖1-11所示，主要分兩大類：模擬信號光端機和數(shù)字信號光端機。在網絡工程中，一般是62.5/125規(guī)格的多模光纖，有時用50/125規(guī)格的多模光纖。戶外布線大于2km時可選用單模光纖。1、光纖熔接需用到的工具光纖安裝工具1．光纖剝離鉗2．光纖切割刀切割長度一般為16～20mm。3．光纖熔接機光纖熔接技術是用光纖熔接機（如圖1-38所示）進行高壓放電，使待接續(xù)光纖端頭熔融，合成一段完整的光纖。這種方法接續(xù)損耗?。ㄒ话阈∮?.1dB），而且可靠性高，是目前最普遍使用的方法。2.先將光纖穿過光纖收容箱

3、光纖熔接的準備工作

步驟一：剝光纖加固鋼絲

(約剝1米長)

步驟二：2

步驟三：3

步驟四：剝光纖外皮(約剝1米長)

步驟五：剝光纖金屬保護層

(用美工刀輕刻)

步驟6：輕拆光纖讓金屬保護層斷裂(注彎曲角度不能大于45度)

步驟7：

(用美工刀在四周輕刻，不要太用力以免損傷光纖。)

步驟8：輕拆光纖讓塑料保護管斷裂(注彎曲角度不能大于45度)

步驟9：9

步驟十：

用較好紙巾沾酒精

步驟11：

清潔每一小根光纖

步驟12：套光纖熱縮套管

下圖是光纖熱縮套管

步驟13：剝光纖絕緣層

步驟14：用沾酒精紙巾將光纖擦試干凈

步驟15：用光纖切割器斬切光纖

(斬切長度要適中)

步驟16：將斬好的光纖放到光纖熔接機的一側(如下圖最好)

步驟17：固定好光纖

步驟18、光纖跳線的加工，當中剪斷分開(兩頭圓口)。

19剪光纖跳線石棉保護層

(要用石英剪刀)

步驟20：剝好的跳線內絕緣層與外保護層之間長度至少20cm

步驟21：

用沾酒精紙巾將光纖擦試干凈

步驟22：

用光纖切割器斬切光纖跳線

(斬切長度要適中)

步驟23：

將斬好的光纖跳線放到光纖熔接機的另一側(注：兩光纖盡量對齊)

步驟24：固定光纖跳線

步驟25：按“SET”鍵開始熔接光纖

步驟26：光纖

X、Y

軸自動調節(jié)

步驟27：熔接結束觀察損耗值若熔接不成功會告知原因

步驟28：用光纖熱縮套管完全套住剝掉絕綠層部份(剝光纖時要控制好長度)

步驟29：

將套好熱縮套管的光纖放到加熱器中

步驟30：按“HEAT”鍵加熱

步驟31：取出已加熱好的光纖

上述項是焊一芯光纖步驟，重復至其它熔接完成。

步驟32：取出已加熱好的光纖將熔接好的光纖裝入光纖收容箱

步驟33：取出已加熱好的光纖將光纖盤好并用封箱膠紙固定

步驟34：取出已加熱好的光纖固定好盤光纖并將光纖接頭接入光纖耦合器

步驟35：取出已加熱好的光纖固定光纖收容箱

步驟36：取出已加熱好的光纖跳線的另一頭(方口)接SWITCH

HUB光纖模塊

2.2.2非導向傳輸媒體無線傳輸所使用的頻段很廣。短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質量較差。微波在空間主要是直線傳播。地面微波接力通信衛(wèi)星通信

增加：

綜合布線系統(tǒng)實例網吧布線系統(tǒng)的發(fā)展網吧在我國開始于20世紀90年代中期，網絡布線采用同軸電纜。2000年，五類雙絞線100M星型、2MADSL接入，網絡布線主要5類雙絞線。2010年，六類雙絞線1000M星型、100M光纖專線接入。網吧布線系統(tǒng)設計網吧綜合布線的一般要求如下：1）選用四芯單模光纖與電信部門連接，目前電信部門給定帶寬100M，但光纖的傳輸速率可達到千兆以上，為將來網絡速度的提高提供了冗余。2）服務器與核心交換機之間采用多模光纖連接，保證核心層千兆連接。3）核心交換機與接入層交換機之間采用六類雙絞線，保證交換機之間最高達到千兆的連接。4）接入層交換機與客戶計算機之間采用超五類雙絞線連接，保證網絡到達桌面為100M。網吧布線系統(tǒng)設計網吧綜合布線的一般要求如下：5）網吧監(jiān)控服務器與攝像頭之間用75同軸電纜，保證視頻信號的傳輸。在網吧布線設計時，必須確認：雙絞線最長的通信距離和交換機最大的級聯(lián)數(shù)目。網吧布線系統(tǒng)實施

1）掌握雙絞線正確接法

建議使用568B的接線標準，定義的標準線序是橙白、橙、綠

白、藍、藍白、綠、棕白、棕。2）選擇質量過關的水晶頭3）正確安放交換機的位置4）合理布放雙絞線5）盡量布放備份線路6）做好線路標記網吧布線系統(tǒng)測試1）網線測試。2）網絡設備測試。3）綜合測試。綜合布線的發(fā)展1984年，世界上第一座智能大廈產生。1985年初，計算機工業(yè)協(xié)會（CCIA）提出對大樓布線系統(tǒng)標準化的倡議。1991年7月，ANSI/EIA/TIA568即《商業(yè)大樓電信布線標準》問世，同時，與布線通道及空間、管理、電纜性能及連接硬件性能等有關的相關標準也同時推出。1995年底，EIA/TIA568標準正式更新為EIA/TIA/568A，同時，國際標準化組織（ISO）推出相應標準ISO/IEC/IS11801。1997年，TIA出臺六類布線系統(tǒng)草案，同期，基于光纖的千兆網標準推出。1999年至今，TIA又陸續(xù)推出了六類布線系統(tǒng)正式標準，ISO推出七類布線標準。

綜合布線的發(fā)展綜合布線是自20世紀90年代初傳入我國的，特別是我國于2007年10月1日開始實施的《綜合布線系統(tǒng)工程設計規(guī)范》（GB50311—2007）和《綜合布線系統(tǒng)工程驗收規(guī)范》（GB50312—2007）兩個國家標準。1.2.2綜合布線系統(tǒng)概述

綜合布線系統(tǒng)指用通信電纜、光纜、各種軟電纜及有關連接硬

件構成的通用布線系統(tǒng)，它能支持語音、數(shù)據、影像和其他信息技術的標準應用系統(tǒng)。設計等級分為三大類。1）基本型綜合布線系統(tǒng)2）增強型綜合布線系統(tǒng)3）綜合型綜合布線系統(tǒng)綜合布線系統(tǒng)子系統(tǒng)《綜合布線系統(tǒng)工程設計規(guī)范》（GB50311—2007）規(guī)定，在綜合布線系統(tǒng)工程設計中，需要按照下列七個部分進行：工作區(qū)子系統(tǒng)、配線子系統(tǒng)、干線子系統(tǒng)、建筑群子系統(tǒng)、設備間、進線間和管理。綜合布線系統(tǒng)子系統(tǒng)1．工作區(qū)系統(tǒng)工作區(qū)子系統(tǒng)又稱為服務區(qū)子系統(tǒng)，它是由跳線與信息插座所連接的設備組成。其中信息插座包括墻面型、地面型、桌面型等，常用的終端設備包括計算機、電話機、傳真機、報警探頭、攝像機、監(jiān)視器、各種傳感器件、音響設備等。工作區(qū)子系統(tǒng)的設計要點：1）從RJ-45插座到計算機等終端設備間的連線宜用雙絞線，且不要超過5m。2）RJ-45插座宜首先考慮安裝在墻壁上或不易被觸碰到的地方。3）RJ-45信息插座與電源插座等應盡量保持20cm以上的距離。4）對于墻面型信息插座和電源插座，其底邊距離地面一般應為30cm。綜合布線系統(tǒng)子系統(tǒng)2．配線子系統(tǒng)配線子系統(tǒng)應由工作區(qū)信息插座模塊、模塊到摟層管理間連接纜線、配線架、跳線等組成。配線子系統(tǒng)的設計要點如下：1）確定介質布線方法和纜線的走向。2）雙絞線的長度一般不超過90m。3）盡量避免水平線路長距離與供電線路平行走線，應保持一定的距離（非屏蔽纜線一般為30cm，屏蔽纜線一般為7cm）。4）纜線必須走線槽或在天花板吊頂內布線，盡量不走地面線槽。5）如在特定環(huán)境中布線要對傳輸介質進行保護，使用線槽或金屬管道等。綜合布線系統(tǒng)子系統(tǒng)3．干線子系統(tǒng)干線子系統(tǒng)提供建筑物的干線電纜、負責連接管理間子系統(tǒng)到設備間子系統(tǒng)的子系統(tǒng)，實現(xiàn)主配線架與中間配線架，計算機、PBX、控制中心與各管理子系統(tǒng)間的連接，該子系統(tǒng)由所有的布線電纜組成，或由導線和光纜以及將此光纜連接到其他地方的相關支撐硬件組合而成。干線子系統(tǒng)的設計要點如下：1）干線子系統(tǒng)一般選用光纜，以提高傳輸速率。2）干線子系統(tǒng)應為星形拓撲結構。3）干線子系統(tǒng)干線光纜的拐彎處不要用直角拐彎，而應該有相當?shù)幕《?，以避免光纜受損，干線電纜和光纜布線的交叉不應該超過兩次，從樓層配線到建筑群配線架間只應有一個配線架。4）主干線電纜要防破壞，確定大樓的干線要求和防雷電設施。綜合布線系統(tǒng)子系統(tǒng)4．管理間管理間主要安裝建筑物配線設備，是專門安裝樓層機柜、配線架、交換機的樓層管理間。在交接區(qū)應有良好的標記系統(tǒng)，如建筑物名稱、建筑物樓層位置、區(qū)號、起始點和功能等標志。管理間子系統(tǒng)的布線設計要點如下：1）配線架的配線對數(shù)由所管理的信息點數(shù)決定。2）進出線路以及跳線應采用色表或者標簽等進行明確標識。3）供電、接地、通風良好、機械承重合適，保持合理的溫度、濕度和亮度。4）采取防塵、防靜電、防火和防雷擊措施。綜合布線系統(tǒng)子系統(tǒng)5．設備間設備間在實際應用中一般稱為網絡中心或者機房，是在每棟建筑物適當?shù)攸c進行網絡管理和信息交換的場地。設備間在設計方面要注意的要點如下：1）設備間的位置和大小應根據建筑物的結構、布線規(guī)模和管理方式及應用系統(tǒng)設備的數(shù)量綜合考慮。2）設備間要有足夠的空間。3）良好的工作環(huán)境：溫度應保持在0～27℃、相對濕度應保持在60%～80%、亮度適宜。5）設備間具有防靜電、防塵、防火和防雷擊措施。綜合布線系統(tǒng)子系統(tǒng)6．進線間進線間是建筑物外部通信和信息管線的入口部位，并可作為入口設施和建筑群配線設備的安裝場地。進線間纜線入口處的管孔數(shù)量應滿足建筑物之間、外部接入業(yè)務及多家電信業(yè)務經營者纜線接入的需求，并應留有2～4孔的余量。7．建筑群子系統(tǒng)建筑群子系統(tǒng)實現(xiàn)樓與樓之間的通信連接，一般采用光纜并配置相應設備，它支持樓宇之間通信所需的硬件，包括纜線、端接設備和電氣保護裝置。設計時應考慮布線系統(tǒng)周圍的環(huán)境，確定樓間傳輸介質和路由，并使線路長度符合相關網絡標準規(guī)定。布線系統(tǒng)中除了纜線外，槽管是一個重要的組成部分。金屬槽、PVC槽、金屬管、PVC管是綜合布線系統(tǒng)的基礎性材料。除了槽管以外，水晶頭、信息模塊、信息插座面板、底盒、配線架、理線架和機柜等也都是綜合布線系統(tǒng)中常見的布線器材。金屬線槽和塑料線槽1．金屬槽金屬槽由槽底和槽蓋組成，每根槽一般長度為2m，槽與槽連接時使用相應尺寸的鐵板和螺釘固定，槽的外形如圖1-12所示。在綜合布線系統(tǒng)中，一般使用的金屬槽有50mm×100mm、100mm×100mm、100mm×200mm、100mm×300mm和200×400mm等多種規(guī)格。2．塑料槽塑料槽與金屬槽類似，只是材質不同。與PVC槽配套的附件有陽角、陰角、直轉角、平三通、左三通、右三通、連接頭、終端頭和接線盒（暗盒、明盒）等。金屬管和塑料管1．金屬管金屬管是用于分支結構或暗埋的線路，以其外徑（單位為mm）進行區(qū)分。金屬管的外形如圖1-13所示。工程施工中常用的金屬管有D16、D20、D25、D32、D40、D50、D63和D110等規(guī)格，一般管內填充物占30%左右。2．塑料管塑料管產品分為兩大類：PE阻燃導管和PVC阻燃導管。塑料管的外形與金屬管類似。與PVC管安裝配套的附件有接頭、螺圈、彎頭、彎管彈簧、一通接線盒、二通接線盒、三通接線盒、四通接線盒、開口管卡和專用截管器等。橋架橋架分為普通型橋架、重型橋架和槽式橋架。在普通橋架中還可分為普通型橋架和直邊普通型橋架。橋架的外形如圖1-14所示。在普通橋架中，有以下主要配件供組合：梯架、彎通、三通、四通、多節(jié)二通、凸彎通、凹彎通、調高板、端向連接板、調寬板、垂直轉角連接件、連接板、小平轉角連接板和隔離板等。2.3數(shù)據通信的基礎知識

2.3.1數(shù)據通信系統(tǒng)的模型

傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據源點終點發(fā)送器接收器調制解調器PC機公用電話網調制解調器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號輸入漢字顯示漢字數(shù)據通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機幾個術語數(shù)據(data)——運送消息的實體。信號(signal)——數(shù)據的電氣的或電磁的表現(xiàn)?！澳M的”(analogous)——代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的?！皵?shù)字的”(digital)——代表消息的參數(shù)的取值是離散的。碼元(code)——在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。2.3.2有關信號的幾個基本概念單向通信（單工通信）——只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。雙向交替通信（半雙工通信）——通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當然也就不能同時接收)。雙向同時通信（全雙工通信）——通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息?；鶐?baseband)信號和

帶通(bandpass)信號基帶信號（即基本頻帶信號）——來自信源的信號。像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據信號都屬于基帶信號?；鶐盘柾休^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。因此必須對基帶信號進行調制(modulation)。帶通信號——把基帶信號經過載波調制后，把信號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能夠通過信道）。幾種最基本的調制方法基帶信號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，就必須對基帶信號進行調制(modulation)。最基本的二元制調制方法有以下幾種：調幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。調頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。調相(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。

對基帶數(shù)字信號的幾種調制方法010011100基帶信號調幅調頻調相正交振幅調制QAM

(QuadratureAmplitudeModulation)

r(r,)可供選擇的相位有12種，而對于每一種相位有1或2種振幅可供選擇。由于4bit編碼共有16種不同的組合，因此這16個點中的每個點可對應于一種4bit的編碼。若每一個碼元可表示的比特數(shù)越多，則在接收端進行解調時要正確識別每一種狀態(tài)就越困難。舉例2.3.3信道的極限容量任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產生各種失真以及帶來多種干擾。

碼元傳輸?shù)乃俾试礁撸蛐盘杺鬏數(shù)木嚯x越遠，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴重。數(shù)字信號通過實際的信道有失真，但可識別失真大，無法識別實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號波形接收信號波形發(fā)送信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號波形信道能夠通過的頻率范圍1924年，奈奎斯特(Nyquist)就推導出了著名的奈氏準則。他給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串擾，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?，否則就會出現(xiàn)碼間串擾的問題，使接收端對碼元的判決（即識別）成為不可能。如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串擾。(2)信噪比香農(Shannon)用信息論的理論推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率C可表達為

C=Wlog2(1+S/N)b/sW為信道的帶寬（以Hz為單位）；S為信道內所傳信號的平均功率；N為信道內部的高斯噪聲功率。

香農公式表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實現(xiàn)無差錯的傳輸。若信道帶寬

W

或信噪比

S/N

沒有上限（當然實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。實際信道上能夠達到的信息傳輸速率要比香農的極限傳輸速率低不少。請注意對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碼元攜帶更多比特的信息量。共享信道2.4信道復用技術

2.4.1頻分復用、時分復用和統(tǒng)計時分復用

復用(multiplexing)是通信技術中的基本概念。信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2復用分用(a)不使用復用技術(b)使用復用技術頻分復用FDM

(FrequencyDivisionMultiplexing)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頻帶。頻分復用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據的發(fā)送速率）。頻率時間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率5時分復用TDM

(TimeDivisionMultiplexing)時分復用則是將時間劃分為一段段等長的時分復用幀（TDM幀）。每一個時分復用的用戶在每一個TDM幀中占用固定序號的時隙。每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是TDM幀的長度）。TDM信號也稱為等時(isochronous)信號。時分復用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。時分復用頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復用頻率時間CDCDCDAAAABBBBCDB在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復用頻率時間BDBDBDAAAABCCCCDC在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復用頻率時間BCBCBCAAAABCDDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復用可能會造成

線路資源的浪費ABCDaabbcdbcattttt4個時分復用幀#1④③②①acbcd時分復用#2#3#4用戶使用時分復用系統(tǒng)傳送計算機數(shù)據時，由于計算機數(shù)據的突發(fā)性質，用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的。統(tǒng)計時分復用

STDM

(StatisticTDM)用戶ABCDabcdttttt3個STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計時分復用1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm2.4.2波分復用WDM

(WavelengthDivisionMultiplexing)

波分復用就是光的頻分復用。82.5Gb/s1310nm20Gb/s復用器分用器EDFA120km光調制器光解調器2.4.3碼分復用CDM

(CodeDivisionMultiplexing)

常用的名詞是碼分多址

CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。每一個比特時間劃分為m個短的間隔，稱為碼片(chip)。

碼片序列(chipsequence)每個站被指派一個唯一的mbit碼片序列。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制反碼。

例如，S站的8bit碼片序列是。發(fā)送比特1時，就發(fā)送序列，發(fā)送比特0時，就發(fā)送序列。S站的碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)CDMA的重要特點每個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)。在實用的系統(tǒng)中是使用偽隨機碼序列。碼片序列的正交關系令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的規(guī)格化內積(innerproduct)都是0：(2-3)碼片序列的正交關系舉例令向量S為(–1–1–1+1+1–1+1+1)，向量T為(–1–1+1–1+1+1+1–1)。把向量S和T的各分量值代入(2-3)式就可看出這兩個碼片序列是正交的。任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內積都是1。一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內積值是–1。正交關系的另一個重要特性CDMA的工作原理S站的碼片序列S110ttttttm

個碼片tS站發(fā)送的信號SxT站發(fā)送的信號Tx總的發(fā)送信號Sx+Tx規(guī)格化內積S

Sx規(guī)格化內積S

Tx數(shù)據碼元比特發(fā)送端接收端2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)

1.脈碼調制PCM體制

脈碼調制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有兩個互不兼容的國際標準，即北美的24路PCM（簡稱為T1）和歐洲的30路PCM（簡稱為E1）。我國采用的是歐洲的E1標準。E1的速率是2.048Mb/s，而T1的速率是1.544Mb/s。當需要有更高的數(shù)據率時，可采用復用的方法。2.同步光纖網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。其中最主要的是以下兩個方面：速率標準不統(tǒng)一。如果不對高次群的數(shù)字傳輸速率進行標準化，國際范圍的高速數(shù)據傳輸就很難實現(xiàn)。

不是同步傳輸。在過去相當長的時間，為了節(jié)約經費，各國的數(shù)字網主要是采用準同步方式。

同步光纖網SONET同步光纖網

SONET(SynchronousOpticalNetwork)的各級時鐘都來自一個非常精確的主時鐘。第1級同步傳送信號

STS-1(SynchronousTransportSignal)的傳輸速率是51.84Mb/s。光信號則稱為第1級光載波

OC-1，OC表示OpticalCarrier。

同步數(shù)字系列SDH

ITU-T以美國標準SONET為基礎，制訂出國際標準同步數(shù)字系列

SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。一般可認為SDH與SONET是同義詞。SDH的基本速率為155.52Mb/s，稱為第1級同步傳遞模塊

(SynchronousTransferModule)，即STM-1，相當于SONET體系中的OC-3速率。線路速率(Mb/s)SONET符號ITU-T符號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/STS級與SDH的STM級的對應關系SONET的體系結構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終端復用器或分用器復用器或分用器轉發(fā)器轉發(fā)器段段段路徑(path)(section)(section)(section)SONET標準定義了

四個光接口層光子層(PhotonicLayer)處理跨越光纜的比特傳送。段層(SectionLayer)在光纜上傳送STS-N幀。線路層(LineLayer)負責路徑層的同步和復用。路徑層(PathLayer)處理路徑端接設備PTE(PathTerminatingElement)之間的業(yè)務的傳輸。

2.6寬帶接入技術

2.6.1xDSL技術xDSL技術就是用數(shù)字技術對現(xiàn)有的模擬電話用戶線進行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務。雖然標準模擬電話信號的頻帶被限制在300~3400kHz的范圍內，但用戶線本身實際可通過的信號頻率仍然超過1MHz。xDSL技術就把0~4kHz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使用。DSL就是數(shù)字用戶線(DigitalSubscriberLine)的縮寫。而DSL的前綴x則表示在數(shù)字用戶線上實現(xiàn)的不同寬帶方案。xDSL的幾種類型ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：非對稱數(shù)字用戶線HDSL(HighspeedDSL)：高速數(shù)字用戶線SDSL(Single-lineDSL)：1對線的數(shù)字用戶線VDSL(VeryhighspeedDSL)：甚高速數(shù)字用戶線DSL：ISDN用戶線。RADSL(Rate-AdaptiveDSL)：速率自適應DSL，是ADSL的一個子集，可自動調節(jié)線路速率）。ADSL的極限傳輸距離ADSL的極限傳輸距離與數(shù)據率以及用戶線的線徑都有很大的關系（用戶線越細，信號傳輸時的衰減就越大），而所能得到的最高數(shù)據傳輸速率與實際的用戶線上的信噪比密切相關。例如，0.5毫米線徑的用戶線，傳輸速率為1.5~2.0Mb/s時可傳送5.5公里，但當傳輸速率提高到6.1Mb/s時，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6.1Mb/s的傳輸速率下就只能傳送2.7公里ADSL的特點上行和下行帶寬做成不對稱的。上行指從用戶到ISP，而下行指從ISP到用戶。ADSL在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個ADSL調制解調器。我國目前采用的方案是離散多音調DMT(DiscreteMulti-Tone)調制技術。這里的“多音調”就是“多載波”或“多子信道”的意思。DMT技術DMT調制技術采用頻分復用的方法，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個子信道用于上行信道，而249個子信道用于下行信道。每個子信道占據4kHz帶寬（嚴格講是4.3125kHz），并使用不同的載波（即不同的音調）進行數(shù)字調制。這種做法相當于在一對用戶線上使用許多小的調制解調器并行地傳送數(shù)據。DMT技術的頻譜分布…頻譜頻率上行信道傳統(tǒng)電話04下行信道…(kHz)~40~138~1100ADSL的數(shù)據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采用自適應調制技術使用戶線能夠傳送盡可能高的數(shù)據率。當ADSL啟動時，用戶線兩端的ADSL調制解調器就測試可用的頻率、各子信道受到的干擾情況，以及在每一個頻率上測試信號的傳輸質量。ADSL不能保證固定的數(shù)據率。對于質量很差的用戶線甚至無法開通ADSL。通常下行數(shù)據率在32kb/s到6.4Mb/s之間，而上行數(shù)據率在32kb/s到640kb/s之間。ADSL的組成ATU-CATU-CATU