第七章通信網(wǎng)基礎(chǔ)

通信技術(shù)基礎(chǔ)主編：于寶明王鈞銘主審：宮錦文新世紀高職高專通信類課程規(guī)劃教材國家級精品課件配套教材大連理工大學(xué)出版社7.1通信網(wǎng)分類及通信網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)是指由一定數(shù)量的節(jié)點(包括終端設(shè)備和交換設(shè)備)和連接節(jié)點的傳輸鏈路相互有機地組合在一起，以實現(xiàn)兩個或多個規(guī)定點之間信息傳輸?shù)耐ㄐ朋w系。通信網(wǎng)由傳輸、交換、終端三大部分組成。傳輸部分:為網(wǎng)絡(luò)的鏈路（Link），交換部分:為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點（Node），終端（Terminal）:是信息的發(fā)送者和接收者通信網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)：所謂拓撲結(jié)構(gòu)是指通信網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點設(shè)備（包括計算機及有關(guān)通信設(shè)備等）與通信鏈路相互連接而構(gòu)成的不同物理幾何結(jié)構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是決定通信網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。根據(jù)各節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的連接形式，通信網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)常分為總線型、環(huán)型、星型、樹型、網(wǎng)狀型(或網(wǎng)孔型)和復(fù)合型6種結(jié)構(gòu)。（1）網(wǎng)型（Mesh）網(wǎng)網(wǎng)型網(wǎng)有如下特點：各個用戶終端之間直接以通信鏈路連接；通信建立過程中不需要任何形式的轉(zhuǎn)接；接續(xù)質(zhì)量高，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性好；需要有很多的通信鏈路。線路數(shù):N=?n(n-1)DTE/DCE

網(wǎng)型網(wǎng)（2）星型(Star)網(wǎng)

星型網(wǎng)有如下特點：各用戶終端都通過轉(zhuǎn)接中心進行連接；與網(wǎng)型網(wǎng)相比節(jié)省許多通信鏈路；需要有轉(zhuǎn)接設(shè)備，轉(zhuǎn)接設(shè)備故障可能會造成全網(wǎng)通信癱瘓；星型網(wǎng)可以是多層次的，有時也稱為樹型結(jié)構(gòu)。

交換機交換機星型網(wǎng)（3）環(huán)型(Ring)網(wǎng)環(huán)型網(wǎng)有如下特點：環(huán)型網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)為一封閉環(huán)形，傳輸線路短；初始安裝比較容易；故障的診斷比較準確，適于用光纖系統(tǒng)；可靠性、可擴展性和靈活性較其它網(wǎng)絡(luò)差。DCE

DCE

DCE

DCEDCE

DTE

DTE

DTE

DTE

DTE

環(huán)型網(wǎng)（4）總線型(Bus)網(wǎng)總線型網(wǎng)有如下特性：總線型網(wǎng)采用公共總線作為傳輸介質(zhì)，信號沿介質(zhì)進行廣播式傳送；有智能入網(wǎng)結(jié)點；安裝容易，可靠性高，新增終端方便；由于采用分布式控制，不易管理，故障診斷和隔離比較困難?？偩€型網(wǎng)（5）復(fù)合（Compound）網(wǎng)復(fù)合網(wǎng)的特點如下：由兩種以上網(wǎng)絡(luò)復(fù)合;適用于大型網(wǎng)絡(luò)。

交換機交換機

網(wǎng)型網(wǎng)

星型網(wǎng)

星型網(wǎng)

星型網(wǎng)

交換機

復(fù)合網(wǎng)（6）樹型（Street）網(wǎng)

樹型網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點是網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點設(shè)備采用分級結(jié)構(gòu)彼此連接而形成的一個倒樹狀結(jié)構(gòu)（又被稱為分級的集中式網(wǎng)絡(luò)），網(wǎng)絡(luò)中每一節(jié)點都是通過它的根節(jié)點（或父節(jié)點）與它的本級的其它節(jié)點或上級節(jié)點進行信息傳輸?shù)?，與它下級節(jié)點的信息交換則是通過它的子節(jié)點實現(xiàn)完成的，如圖所示。因此，除了“葉子”節(jié)點（末端）外，樹型網(wǎng)絡(luò)中的所有根節(jié)點和子節(jié)點都是轉(zhuǎn)接節(jié)點。樹型網(wǎng)不同拓撲結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)特點7.3通信網(wǎng)中的各種技術(shù)

7.3.1信號交換定義：通信網(wǎng)絡(luò)上的各個用戶之間進行通信，由網(wǎng)上的設(shè)備根據(jù)用戶要求選擇通信對象，這就是信號的交換。分類：線路交換、報文交換和分組交換。信號交換線路交換報文交換分組交換虛擬線路數(shù)據(jù)報程控交換人工交換信號交換分類線路交換（電路交換，CircuitSwitching）在信息（數(shù)據(jù)）的發(fā)送端和接收端之間，直接建立一條臨時通路，供通信雙方專用，其它用戶不能再占用，直到雙方通信完畢才能拆除。優(yōu)點：

直接由物理鏈路連通；沒有其它用戶干擾、沒有非傳輸時延；缺點：

通路建立時間較長；線路利用率不高。注意：面向連接；獨占物理鏈路面向連接的服務(wù)包含三個過程：連接建立數(shù)據(jù)傳輸連接拆除提供“可靠的服務(wù)”。該方式適合大數(shù)據(jù)量的信息傳輸((A交換機交換機交換機交換機((((((交換機交換機BCD面向連接CO(Connection-Oriented)電話接序示意圖報文交換（MessageSwitching）原理：信源將欲傳輸?shù)男畔⒔M成一個數(shù)據(jù)包，我們稱作報文。該報文上寫有信宿的地址。這樣的數(shù)據(jù)包送上網(wǎng)絡(luò)后，每個接收到的節(jié)點都先將它存在該節(jié)點處，然后按信宿的地址，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的具體傳輸情況，尋找合適的通路將報文轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點。經(jīng)過這樣的多次存儲—轉(zhuǎn)發(fā)，直至信宿，完成一次數(shù)據(jù)傳輸，這種節(jié)點存儲—轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的方式稱為報文交換。在報文交換中，報文沿一條路徑從一個節(jié)點發(fā)送到下一個節(jié)點，整條報文在每一個節(jié)點被接收、存儲，然后發(fā)向下一個節(jié)點。如果其中的某一段鏈路沒有空閑，則它可以在這段鏈路的上一個節(jié)點中等待。注意：無連接；基于“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”機制

報文交換不像線路交換那樣需要建立專用通道。報文交換1.優(yōu)點：中繼電路利用率高；不同速率和規(guī)程的終端之間可以通信。2.缺點：時延大；占用大量的內(nèi)存和外存。3.應(yīng)用：短報文；實時性要求低的用戶。分組交換（PacketSwitching）分組交換是數(shù)據(jù)量有限的報文交換，即把一個大數(shù)據(jù)包分成若干個小數(shù)據(jù)包（俗稱打包），每個小數(shù)據(jù)包的長度是固定的然后再按報文交換的方式進行數(shù)據(jù)交換。在報文交換中，我們對一個數(shù)據(jù)包的大小沒有限制，比如你要傳輸一篇文章，不管這篇文章有多長，它就是一個數(shù)據(jù)包，報文交換把它一次性傳送出去（可見報文交換要求每個節(jié)點必須具有足夠大的存儲空間）。而在分組交換中，要限制一個數(shù)據(jù)包的大小。為區(qū)分這兩種交換方式，把小數(shù)據(jù)包（即分組交換中的數(shù)據(jù)傳輸單位）稱為分組（Packet）。分組交換（包交換）分組的組成數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

在發(fā)送端把要發(fā)送的報文分隔為較短的數(shù)據(jù)塊每個塊增加帶有控制信息的首部構(gòu)成分組（包）依次把各分組發(fā)送到接收端接收端剝?nèi)ナ撞?，抽出?shù)據(jù)部分，還原成報文數(shù)據(jù)分組11010011101?

???????00101001110報文發(fā)送端首部分組數(shù)據(jù)首部分組首部數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送發(fā)送在前發(fā)送接收端數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部11010011101?

???????00101001110數(shù)據(jù)分組在網(wǎng)絡(luò)中有兩種傳輸方式：數(shù)據(jù)報（Datagram）和虛電路（VirtualCircuit）。數(shù)據(jù)報：該方式非常像報文交換，是一種無連接型的服務(wù)。每個分組數(shù)據(jù)包的報頭包含了分組的最終目的地及其在報文中的位置。與虛擬電路的數(shù)據(jù)分組包報頭不同的是，它不包含路徑的信息。當分組數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)絡(luò)移動時，每一個節(jié)點將做出路由選擇。每一個節(jié)點讀取數(shù)據(jù)分組報頭的目的地信息，并在那一刻選擇可獲得的最佳路徑，然后將分組發(fā)向下一個節(jié)點。在最后一個節(jié)點，分組被存儲，直到所有構(gòu)成報文的其它的分組都到達并重新按報頭指示的順序排列起來。每個分組在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸路徑與時間完全由網(wǎng)絡(luò)的具體情況而隨機確定。因此，會出現(xiàn)信宿收到的分組順序與信源發(fā)送時的不一樣，先發(fā)的可能后到，而后發(fā)的卻有可能先到。這就要求信宿有對分組重新排序的能力，具有這種功能的設(shè)備叫分組拆裝設(shè)備(PAD，PacketAssemblyandDisassemblyDevice），通信雙方各有一個。數(shù)據(jù)報要求每個數(shù)據(jù)分組都包含終點地址信息以便于分組交換機為各個數(shù)據(jù)分組獨立尋找路徑。注意：

無連接；基于“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”虛電路（VirtualCircuit）：1.概念：虛擬線路類似于傳統(tǒng)的線路交換。首先由源發(fā)出一個呼叫請求包到第一個節(jié)點A，節(jié)點A繼續(xù)把它傳送到第二個節(jié)點B，最后傳到目的地。目的地將呼叫應(yīng)答包發(fā)送回源。中間仍然需要存儲轉(zhuǎn)發(fā).2.注意：

面向連接，但是與電路交換的區(qū)別在于它占用的是一條“邏輯鏈路”；并非獨自占用

注意:面向連接,存儲-轉(zhuǎn)發(fā)方式數(shù)據(jù)報和虛電路的對比：（1）數(shù)據(jù)報省掉了呼叫的建立和清除過程，如果只傳送少量的分組，那么采用數(shù)據(jù)報方式的傳輸效率會比較高。（2）對于數(shù)據(jù)報方式，由于每個分組是各自獨立在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)?，所以分組不一定按照發(fā)送時的順序到達網(wǎng)絡(luò)終點，因此在網(wǎng)絡(luò)終點必須對分組重新排序。而對于虛電路的方式，分組按已建立的路徑順序通過網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)終點不需要對分組重新排序。（3）在數(shù)據(jù)報方式下，由于每個數(shù)據(jù)分組都要獨立的尋找路徑，所以單個數(shù)據(jù)分組傳輸?shù)臅r延較大。而虛電路一旦建立，單個數(shù)據(jù)分組的傳輸時延則會小得多。（4）數(shù)據(jù)報方式對網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)能力較強。我班接到通知，“明天早上到古平崗老校區(qū)集合！”電路交換：公安封鎖道路，為我班提供“專線”，等我班通過之后才撤去。報文交換：全班同學(xué)集體行動，轉(zhuǎn)公交車到古平崗。仙林校區(qū)->165路->45路->古平崗校區(qū)分組交換之“虛電路”：班長去“探路”，到目的地立即短信告知路線，全班同學(xué)依計行事。分組交換之“數(shù)據(jù)報”：全班同學(xué)各走各的，“殊途同歸”。（學(xué)號分組序號）異步轉(zhuǎn)移模式（ATM，AsynchronousTransferMode）

ATM交換方式屬于快速分組交換，但它不僅僅是簡化了控制，提高了速率的分組交換，同時為了滿足實時業(yè)務(wù)的要求，還使用了一些電路交換中的方法。ATM改進了電路交換的功能，使其能靈活地適配不同速率的業(yè)務(wù)；ATM改進了分組交換功能，滿足實時性業(yè)務(wù)的要求。所以ATM交換方式又可以看作是電路交換方式和分組交換方式的結(jié)合。

電路交換方式適用于電話業(yè)務(wù)；分組交換適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；而ATM既適用于電話業(yè)務(wù)，又適用于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，并且還能適用于其他業(yè)務(wù)。

7.3.2頻分多路復(fù)用（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplex）

基帶信號對載波進行調(diào)制后其頻譜被搬到了載波的兩邊，載頻不同，調(diào)制后頻譜的位置也不同。利用調(diào)制的這一特點，我們可以將多個基帶信號（例如話音信號或數(shù)字基帶信號）對不同頻率的載波進行調(diào)制，使它們在頻率軸上處于不同的位置，然后將它們疊加在一起進行處理（如調(diào)制、放大等）并在一個信道中傳輸。在接收端，用不同中心頻率的帶通濾波器進行分離，再用各自的解調(diào)器解調(diào)后恢復(fù)原來的基帶信號。以這種方式實現(xiàn)多路信號在一個信道中傳輸?shù)募夹g(shù)稱為頻分多路復(fù)用（FDM）。有的信道有很寬的頻率范圍，但用戶的信息帶寬卻很窄，用這樣的信道去傳輸一個用戶的信號顯然會造成頻率資源的浪費。這時可以將一個信道按頻率劃分成多個子信道，每個信道分配一個載波，傳送一個用戶的信號，這種方式稱為頻分多路復(fù)用（FDM）。采用頻分多路復(fù)用方式時數(shù)字基帶信號必須通過調(diào)制將頻譜搬到對應(yīng)的子信道上。

fC

低通濾波器

調(diào)制器

帶通濾波器

合路器

載波發(fā)生器

低通濾波器

調(diào)制器

帶通濾波器

基帶信號

Ⅰ

基帶信號

Ⅱ

低通濾波器

調(diào)制器

帶通濾波器

基帶信號

N

(a)

f1

f2

fN

調(diào)制器

圖中N路基帶信號分別通過低通濾波器限制帶寬，然后送入相應(yīng)的調(diào)制器對頻率為f1、f2、……fN的載波進行調(diào)制。各載波之間有一定的頻率間隔，以保證已調(diào)波的頻譜不發(fā)生重疊。合路器將多個已調(diào)波混合成一路，并將這個多路復(fù)用信號當作一路基帶信號對高頻載波fC進行調(diào)制，最終送入信道。fC

低通濾波器

解調(diào)器

帶通濾波器

分路器

低通濾波器

解調(diào)器

帶通濾波器

基帶信號

Ⅰ

基帶信號

Ⅱ

低通濾波器

解調(diào)器

帶通濾波器

基帶信號

N

(b)

f1

f2

fN

解調(diào)器

信道

上述組成框圖與發(fā)送部分是對應(yīng)的。解調(diào)器對接收到的信號進行解調(diào)，得到頻分復(fù)用信號，由分路器將復(fù)用信號送入中心頻率分別為f1、f2、……fN的帶通濾波器。帶通濾波器的中心頻率與發(fā)送端各載波的頻率是一致的，它將其它各路信號以及傳輸過程中引入的干擾濾除，輸出一個較為純凈的單路已調(diào)信號。最終各個解調(diào)器對每一路信號進行解調(diào)恢復(fù)原基帶信號。

頻分多路復(fù)用更多地用于模擬通信系統(tǒng)中，并且可以進行多層的頻分復(fù)用。下圖表示用于衛(wèi)星通信的CCITT900路主群各級頻分復(fù)用的情況。一個CCITT900路主群由15個超群構(gòu)成，每個超群又由5個基群構(gòu)成，每個基群由12個語音基帶信號復(fù)合而成，總的信號數(shù)為15×5×12=900路。每一路信號的頻率范圍為300～3400Hz，900路主群的頻率范圍從308kHz到4028kHz，帶寬約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

基帶信號

60108kHz

312

552kHz

308

4028kHz

2時分多路復(fù)用(TDM)為什么要進行時分多路復(fù)用一個大型的數(shù)字通信系統(tǒng)具有較高的信息傳遞速率，而單個用戶所需要的碼率卻往往并不很高，因此在數(shù)字通信中有時要將多路信號復(fù)合，在同一個通信系統(tǒng)（或傳輸信道）中進行傳輸。由于數(shù)字信號具有時間上離散的特點，因此可以將多路信號進行分時傳送。什么是時分多路復(fù)用將信道的工作時間按一定的長度分段，每一段稱為一幀，一幀又分為若干個時隙。用戶的信號在每一幀中各自占用一個預(yù)先分配的時隙。這樣就可以實現(xiàn)多路信號在同一個信道中的不同時間里進行傳輸。

圖中，圓弧表示導(dǎo)電片，箭頭表示簧片，左邊機構(gòu)為復(fù)用器，右邊機構(gòu)為解復(fù)用器，兩者以相同的速度旋轉(zhuǎn)。設(shè)a、b、c為三個發(fā)送信號的用戶，a’、b’、c’為對應(yīng)的接收用戶，與用戶相連的線路稱為用戶線路，復(fù)用器與解復(fù)用器之間的線路稱為中繼線路。寄存器寄存器1011001000110101101100101011001000110101001101010110取樣門取樣門取樣門保持電路編碼器時鐘選通電路第一路取樣第一路保持第一路編碼第二路取樣第二路保持第二路編碼第三路取樣第三路保持第三路編碼第二幀開始第一幀開始在30/32路PCM系統(tǒng)中，每32個時隙內(nèi)只有30個時隙用于消息的傳送；第1個時隙（TS0）在偶幀時傳送同步碼，碼組固定為*0011011，其中*作為備用碼元，奇幀時傳送監(jiān)測告警信號；第十七個時隙（TS16）傳送信令，每個信令用4位碼組表示，每幀的TS16可以傳送兩個信令。每16幀構(gòu)成一個復(fù)幀，每個復(fù)幀的第16幀中的TS16的前4位碼組用來傳送復(fù)幀同步碼，碼組固定為0000。30/32路數(shù)字通信系統(tǒng)的總碼率為fA=8000328=2048kbit/s30/32路PCM終端各取樣器的開關(guān)頻率相同（8kHz），但取樣時刻不同，它們分別在各自規(guī)定的時間內(nèi)進行取樣和編碼，另外也可以在有些時隙內(nèi)傳送數(shù)據(jù)信號，如計算機數(shù)據(jù)或傳真；在TS0時刻和TS16時刻插入同步信號和信令信號；匯總器將各種信號匯合后，其輸出已是一個完整的30/32路PCM復(fù)用信號，經(jīng)碼型變換（如HDB3）后即可送入調(diào)制信道。30/32路PCM終端信道輸出的信號經(jīng)再生整形后進行碼型反變換，然后由分離器將話音信碼與其他碼元分離。話音信碼經(jīng)PCM解調(diào)后由分路器分別送至各用戶。7.3.3擴頻技術(shù)（SpreadSpectrum）

信道中不可避免地存在著干擾與噪聲，并且信道的頻帶寬度也總是有限的，因此信道傳送信碼的能力會受噪聲和帶寬的限制。信道極限的傳輸能力（也就是信道最大的信息傳輸速率）稱為信道容量，當系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⑺俾食^信道容量時，系統(tǒng)誤碼率將會大大增加。香農(nóng)公式指出了信道容量C與信道帶寬B和信噪比S/N的關(guān)系：

上式表明，增加信道的傳輸帶寬或提高信號傳輸?shù)男旁氡榷伎梢栽黾有诺廊萘浚蛘哒f信道傳輸帶寬與傳輸信噪比之間可以互換。從信號的角度看，如果將信號的頻帶展寬（當然傳輸系統(tǒng)要提供相應(yīng)的帶寬），就可以在信號功率較小而干擾或噪聲較大的情況下獲得較低的誤碼率。擴頻技術(shù)正是基于香農(nóng)公式而發(fā)展的一種通信技術(shù)。

擴頻通信是將待傳送的信息數(shù)據(jù)被偽隨機編碼(擴頻序列：SpreadSequence)調(diào)制，實現(xiàn)頻譜擴展后再傳輸；接收端則采用相同的編碼進行解調(diào)及相關(guān)處理，恢復(fù)原始信息數(shù)據(jù)。擴頻通信的特點：（1）易于重復(fù)使用頻率，提高了無線頻譜利用率（2）抗干擾性強，誤碼率低（3）隱蔽性好，對各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很?。?）可以實現(xiàn)碼分多址（５）抗多徑干擾（６）能精確地定時和測距（7）適合數(shù)字話音和數(shù)據(jù)傳輸，以及開展多種通信業(yè)務(wù)（8）安裝簡便，易于維護1PN（PseudorandomNoise）碼

擴頻技術(shù)是擴展頻譜技術(shù)的簡稱，它是一種偽噪聲編碼通信技術(shù)。擴頻可以直接對基帶信號進行，稱為直接擴頻；也可以對已調(diào)信號進行，稱為跳頻。無論是直接擴頻還是跳頻，都要用到一種特別的碼，即偽隨機（PN）碼。

PN碼序列是一種與白噪聲類似的信號，它是一種具有特殊規(guī)律的周期信號。這類碼序列最重要的特性是具有近似于隨機信號的性能。因為噪聲具有完全的隨機性，也可以說具有近似于噪聲的性能。但是，真正的隨機信號和噪聲是不能重復(fù)再現(xiàn)和產(chǎn)生的。我們只能產(chǎn)生一種周期性的脈沖信號來近似隨機噪聲的性能，故稱為偽隨機碼或PN碼。PN碼的相關(guān)函數(shù)具有尖銳特性，因此易于從其它信號或干擾中分離出來，且有良好的抗干擾特性。PN碼的類型有多種，其中最大長度線性移位寄存器序列（簡稱m序列）性能最好，在通信中普遍使用。m序列的最大長度決定于移位寄存器的級數(shù)，若n為級數(shù)，則所能產(chǎn)生的最大長度的碼序列為2n-1位。m序列的碼結(jié)構(gòu)決定于反饋抽頭的位置和數(shù)量。不同的抽頭組合可以產(chǎn)生不同長度和不同結(jié)構(gòu)的碼序列，但也有的抽頭組合并不能產(chǎn)生最長周期的序列?，F(xiàn)在已經(jīng)得到3～100級m序列發(fā)生器的連接圖和所產(chǎn)生的m序列的結(jié)構(gòu)。

下圖是一個周期為31的PN碼序列，在一個周期內(nèi)“1”或“0”碼的出現(xiàn)似乎是隨機的。PN碼序列的這種特性稱為偽隨機性，因為它既具有隨機序列的特性，又具有一定的規(guī)律，可以人為地產(chǎn)生與復(fù)制。PN碼可以通過寄存器產(chǎn)生。下圖是由5級移位寄存器通過線性反饋組成的PN碼序列產(chǎn)生電路。圖中，每一級移位寄存器的輸入碼（1或0）在CP脈沖到來時被轉(zhuǎn)移到輸出端，而D1的輸入是D2輸出與D5輸出的模2加的結(jié)果。CP

D1

D5

D4

D3

D2

Q5

Q4

Q3

Q2

Q1

＋上圖中各個CP脈沖周期內(nèi)每一個移位寄存器的輸出狀態(tài)如下表所示PN序列產(chǎn)生器工作狀態(tài)表CP周期移位寄存器輸出CP周期移位寄存器輸出CP周期移位寄存器輸出Q1Q2Q3Q4Q5Q1Q2Q3Q4Q5Q1Q2Q3Q4Q5111111120010023101112011111300010241101130011114000012501101410011151000026001105110011601000270001160110017101002810001710110180101029110008010111910101301110090010120110103111110101001021111011111111101001220111022直接序列擴頻

直接序列（DS）擴頻是一種應(yīng)用較多的擴頻技術(shù)，簡稱直擴，它直接用具有高碼元速率的PN碼序列在發(fā)送端擴展基帶信號的頻譜，在接收端用相同的PN碼序列進行解擴，把展寬的擴頻信號還原成原始的信息。

圖中，數(shù)字基帶信號首先與PN碼序列相乘，得到被擴頻的信號（仍為數(shù)字基帶信號），隨后與正弦載波相乘并通過帶通濾波器，得到射頻寬帶信號。在接收端，信號經(jīng)帶通濾波器濾波后先與本地載波相乘進行相干檢波，得到基帶擴頻信號，然后再與PN碼相乘解擴，恢復(fù)原始數(shù)字基帶信號。

a

c

d

f

信碼頻譜

PN碼頻譜

直擴后信號頻譜

fC

f

f

f

調(diào)制后信號頻譜

b

從波形的角度看，經(jīng)過擴頻的信碼每一個碼元由多個碼片構(gòu)成（圖中是12個，實際上更多），從波形上看脈沖的寬度小了，因而信號的頻譜展寬，這也是將這種技術(shù)稱為擴頻技術(shù)的原因。

從頻譜的角度看，圖（a）是基帶信號的頻譜，這是一個窄帶信號；圖（b）是PN碼序列的頻譜，其帶寬要比信號寬得多；兩者相乘后信碼的頻譜被展寬，但頻譜密度大大降低，如圖（c）；正弦調(diào)制后基帶信號的頻譜被搬移到載波的兩邊，如圖（d）。擴頻系統(tǒng)的抗干擾原理3跳頻在擴頻通信中，另一種最常用的擴頻方式是跳變頻率(FrequencyHopping)工作方式，簡稱跳頻(FH)方式。通常我們所接觸到的無線通信系統(tǒng)都是載波頻率固定的通信系統(tǒng)，如無線對講機，汽車移動電話等，都是在指定的頻率上進行通信，所以也稱作定頻通信。這種定頻通信系統(tǒng)，一旦受到干擾就將使通信質(zhì)量下降，嚴重時甚至使通信中斷。

定頻通信系統(tǒng)容易暴露目標且易于被截獲，這時，采用跳頻通信就比較隱蔽也難以被截獲。因為跳頻通信是“打一槍換一個地方”的游擊通信策略、使敵方不易發(fā)現(xiàn)通信使用的頻率，一旦被敵方發(fā)現(xiàn)，通信的頻率也已經(jīng)“轉(zhuǎn)移”到另外一個頻率上了。當敵方摸不清“轉(zhuǎn)移規(guī)律”時，就很難截獲我方的通信內(nèi)容。因此，跳頻通信具有抗干擾、抗截獲的能力，并能作到頻譜資源共享。所以在當前現(xiàn)代化的電子戰(zhàn)中跳頻通信已顯示出巨大的優(yōu)越性。另外，跳頻通信也應(yīng)用到民用通信中以抗衰落、抗多徑、抗網(wǎng)間干擾和提高頻譜利用率。

在二進制FSK系統(tǒng)中，1碼與0碼表現(xiàn)為兩個不同頻率的載波，分別計為f1和f2，跳頻系統(tǒng)在FSK的基礎(chǔ)上使f1和f2以相同的規(guī)律作隨機跳變，也就是說，實際的發(fā)送頻率是

ft=fN+f1當發(fā)送1碼時

ft=fN+f2當發(fā)送0碼時這里fN是按偽隨機變化的頻率，通?？捎蒔N碼控制頻率合成器產(chǎn)生。

圖中所用的頻率合成器是一種能產(chǎn)生多個頻率點的高穩(wěn)定度的正弦信號源，在通信系統(tǒng)中被廣泛地應(yīng)用。頻率合成器的輸出頻率可以受并行輸入的二進制代碼控制。串行輸入的PN碼經(jīng)過移位寄存器后并行輸出，每輸入一位PN碼就有一組碼輸出，相應(yīng)地控制頻率合成器輸出一個頻率。設(shè)頻率合成器的輸入碼組長度為4，其輸出頻率有16種，若用周期為31的PN碼，則各個時鐘周期內(nèi)PN碼與頻率合成器的輸出頻率fN對照如下表。PN碼與頻率合成器輸出對照表時鐘周期移位寄存器輸出fN時鐘周期移位寄存器輸出fN時鐘周期移位寄存器輸出fN11111f15120010f2231110f1421111f15130100f4241101f1331110f14141000f8251011f1141100f12150000f0260110f651001f9160001f1271100f1260011f3170010f2281000f870110f6180101f5290001f181101f13191010f10300011f391010f10200101f5310111f7100100f4211011f11321111f15111001f9220111f7331111f15周期為31的PN碼序列：1111100110100100001010111011000f2

0T1T2T3T4T5

10111

f1ffNf0+fN或f1+fNf0f5f10f15f15t

圖中，在0～T1時刻，信碼為1，BPSK信號的頻率為f1。在這段時間內(nèi)，fN變化了8次（如圖中虛線段所示），所以實際發(fā)送的信號的頻率是分8段變化的頻率（圖中粗線段所示），每一小段的發(fā)送頻率都比f

N高了f1；在T1～T2時刻，信碼為0，BPSK信號的頻率為f2，fN又隨機變化了8次，這段時間內(nèi)發(fā)送的信號頻率也是分8小段變化，每一小段的發(fā)送頻率比fN高了f2。圖中粗線段表示了跳頻系統(tǒng)發(fā)送信號的頻率，這個圖稱為跳頻圖案。

從跳頻圖案中可以看到，發(fā)送的信號頻率變化似乎是隨機的，但實際上它有一定的規(guī)律，主要決定于控制fN產(chǎn)生的PN碼。經(jīng)過一個PN碼周期后，f

N重復(fù)變化，跳頻圖案也會重復(fù)出現(xiàn)（實際上，因為信碼的變化，一個PN碼周期后跳頻圖案還是與前一周期不同的）。跳頻速率通常采用等于或大于信息碼速率。如果每個碼有多次跳頻，稱為快跳頻，如果跳頻速率與碼率相同則稱為慢跳頻。跳頻技術(shù)指標考察一個系統(tǒng)的跳頻技術(shù)性能，應(yīng)注意下列各項指標：跳頻帶寬、跳頻頻率的數(shù)目、跳頻的速率、跳頻碼的長度(周期)、跳頻系統(tǒng)的同步時間

一般說來，希望跳頻帶寬要寬，跳頻的頻率數(shù)目要多，跳頻的速率要快，跳頻碼的周期要長，跳頻系統(tǒng)的同步時間要短。跳頻系統(tǒng)的主要特點由于它是瞬時窄帶系統(tǒng)，它易于與目前的窄帶通信系統(tǒng)兼容。由于它是宏觀的寬帶系統(tǒng)，它具有擴展頻譜的抗干擾能力。由于它是按照跳頻圖案進行頻率跳變的，它具有碼分多址和頻帶共享的組網(wǎng)通信能力。由于它是載波頻率快速跳變的，它具有頻率分集的功能。跳時(TH)方式

跳變時間(TimeHopping)工作方式，與跳頻相似，跳時(TH－TimeHopping)是使發(fā)射信號在時間軸上跳變。首先把時間軸分成許多時片。在一幀內(nèi)哪個時片發(fā)射信號由擴頻碼序列去進行控制?？梢园烟鴷r理解為：用一定碼序列進行選擇的多時片的時移鍵控。由于采用了窄得很多的時片去發(fā)送信號，相對說來，信號的頻譜也就展寬了。

跳時也可以看成是一種時分系統(tǒng)，所不的地方在于它不是在一幀中固定分配一定位置的時片，而是由擴頻碼序列控制的按一定規(guī)律跳變位置的時片。跳時系統(tǒng)的處理增益等于一幀中所分的時片數(shù)。由于簡單的跳時抗于攏性不強，很少單獨使用。跳時通常都與其他方式結(jié)合使用，組成各種混合方式。寬帶線性調(diào)頻寬帶線性調(diào)頻(ChirpModulation)工作方式，簡稱Chirp方式。如果發(fā)射的射頻脈沖信號在一個周期內(nèi)，其載頻的頻率作線性變化，則稱為線性調(diào)頻。因為其頻率在較寬的領(lǐng)帶內(nèi)變化，信號的頻帶也被展寬了。這種擴頻調(diào)制方式主要用在雷達中，但在通信中也有應(yīng)用。

各種混合方式

在上述幾種基本的擴頻方式的基礎(chǔ)上，可以組合起來，構(gòu)成各種混合方式。例如DS／FH、DS／TH、DS／FH／TH等等。一般說來，采用混合方式看起來在技術(shù)上要復(fù)雜一些，實現(xiàn)起來也要困難一些。但是，不同方式結(jié)合起來的優(yōu)點是有時能得到只用其中一種方式得不到的特性。7.3.5基于雙絞線的接入技術(shù)

目前世界上最長的通信線路＋（不只是一簡單的加）數(shù)字化終端（如計算機、傳真機、數(shù)字電話機、互聯(lián)網(wǎng)等）＝利用現(xiàn)有的雙絞線進行數(shù)字終端的接入。目前基于雙絞線的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)大致有三類：①不改變電話網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，在用戶終端之間引入modem將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)化為與話音信號類似的模擬信號（頻率范圍限制在300Hz～3400Hz）；②利用現(xiàn)有的雙絞線，對端局交換機的用戶電路部分作一些改造，數(shù)據(jù)信號以數(shù)字方式在線路中傳輸，典型的例子是xDSL、ISDN；③用于局域網(wǎng)（LAN）內(nèi)各終端之間的數(shù)據(jù)傳輸。

1雙絞線

雙絞線(TP:TwistedPairwire)是綜合布線工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)。雙絞線由兩根具有絕緣保護層的銅導(dǎo)線組成。把兩根絕緣的銅導(dǎo)線按一定密度互相絞在一起,可降低信號干擾的程度,每一根導(dǎo)線在傳輸中輻射的電波會被另一根線上發(fā)出的電波抵消。

雙絞線的性能取決于雙絞線的各種參數(shù)，EIA/TIA-568-A（商用樓布線標準）將雙絞線分為兩種類型：屏蔽雙絞線（STP,ShieldedTwistedPair）與非屏蔽雙絞線（UTP,UnshieldedTwistedPair））。

雙絞線雖不是最好的傳輸介質(zhì)，但它價格低廉且已被廣泛應(yīng)用。用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾p絞線一般是四對封裝成一條電纜（一條電話電纜會包容更多對的雙絞線），每對雙絞線的特征阻抗都是100Ω。雙絞線的頻帶寬度與線規(guī)、線類及長度有關(guān)，3類線100m的傳輸帶寬為16MHz，而5類線的100m傳輸帶寬為100MHz。2利用模擬電話用戶線進行數(shù)據(jù)傳輸電話網(wǎng)與模擬電話用戶線電話網(wǎng)通過交換機（exchange）和通信鏈路實現(xiàn)多個電話用戶的相互通信。與用戶直接相連的交換機稱為市話交換機或端局交換機。電話網(wǎng)可以通過增加端局交換機來擴大服務(wù)區(qū)域，各交換機之間可以互連形成網(wǎng)型網(wǎng)或用匯接交換機連接形成星型網(wǎng)。匯接交換機是交換機的交換機，當距離很遠時匯接交換機也稱為長途交換機。交換機之間的線路稱為中繼線，一般采用同軸電纜或光纖作為傳輸介質(zhì)。

電話用戶線是從普通電話用戶到電信網(wǎng)端局交換機之間傳送模擬信號的通信線路，它以雙絞線為傳輸介質(zhì)，受交換機中用戶電路的限制，模擬電話用戶線所能傳輸?shù)男盘栴l率范圍為3003400Hz。

用戶電話機用一對雙絞線（雙線）接入電話網(wǎng)，另外用兩對線（四線）分別與話筒和耳機相連，因此在同一對雙絞線上必須傳送雙向同頻的話音信號。在電話機中有一個混合回路（也稱為“二——四”線轉(zhuǎn)換器）用于實現(xiàn)出入信號的合路與分路。模擬電話用戶線中的數(shù)據(jù)傳輸

利用模擬電話用戶線進行數(shù)據(jù)傳輸時，首先必須將數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成頻率范圍為3003400Hz的模擬信號，這個過程由調(diào)制解調(diào)器（Modem）完成。

（PSTN）

IDN

IInternet

Modem模擬用戶線

端局交換機

PSTN各交換機之間已完全實現(xiàn)了信號的數(shù)字化傳輸與處理，這部分稱為綜合數(shù)字網(wǎng)絡(luò)（IDN），它包含了各種數(shù)字交換設(shè)備、數(shù)字通信鏈路（局間中繼線路）；IDN與模擬用戶線相連的部分是這個通信網(wǎng)中端局交換機與模擬用戶線的接口電路，具有濾波、PCM編解碼等各種功能；數(shù)據(jù)終端是指用戶的數(shù)字化終端，如計算機、傳真機等。3xDSL技術(shù)用戶線的數(shù)字化已成為近年來的熱門技術(shù)，也是實現(xiàn)用戶端到端的全數(shù)字式多媒體通信的關(guān)鍵。與干線通信網(wǎng)不同的是，由于每個用戶要承擔各自用戶線的費用，因此降低成本、提高傳輸速率、擴展新業(yè)務(wù)等都是在用戶環(huán)路數(shù)字化過程中必須考慮的問題。數(shù)字用戶線路（DSL）是以雙絞線為傳輸介質(zhì)的傳輸技術(shù)組合，它包括非對稱數(shù)字用戶線（ADSL）、高速數(shù)字用戶線（HDSL）、對稱數(shù)字用戶線（SDSL）等，一般稱之為xDSL。它們主要的區(qū)別就是體現(xiàn)在信號傳輸速度和距離的不同以及上行速率和下行速率對稱性的不同這兩個方面。對稱DSL技術(shù)對稱DSL技術(shù)主要用于替代傳統(tǒng)T1/E1接入技術(shù)，與傳統(tǒng)的T1/E1接入相比，DSL技術(shù)具有對線路質(zhì)量要求低、安裝調(diào)試簡便等特點，而且通過復(fù)用技術(shù)，還可以提供語音、視頻與數(shù)據(jù)多路傳送等服務(wù)。目前，對稱DSL技術(shù)主要HDSL、SDSL、MVL及IDSL等幾種。HDSL（高比特率DSL）是目前眾多DSL技術(shù)中較為成熟的一種，并已得到了一定程度的應(yīng)用。這種技術(shù)的特點是利用兩對雙絞線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，支持N×64kbps各種速率，最高可達E1速率。HDSL無需借助放大器即可實現(xiàn)3.6公里以內(nèi)的正常數(shù)據(jù)傳輸。與傳統(tǒng)T1/E1技術(shù)相比，HDSL最突出的優(yōu)勢是部署成本低廉、安裝簡便，是T1/E1較為理想的替代技術(shù)之一。SDSL（單線DSL）是HDSL的單線版本，可提供雙向高速可變比特率連接，速率范圍從160kbps到2.084Mbps。SDSL利用單對雙絞線，可支持最高達E1速率的多種連接速率，在0.4mm雙絞線上的最大傳輸距離可達3公里以上。與HDSL相比，SDSL可節(jié)省一對雙絞線，因而部署更為簡單方便。MVL（多路虛擬DSL）是Paradyne公司開發(fā)的低成本DSL傳輸技術(shù)，能夠利用一對雙絞線實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)接入，部署成本及功耗都相對較低，并可進行高密度安裝，能夠利用與ISDN技術(shù)相同的頻率段，有效傳輸距離可達7公里左右。IDSL（ISDN數(shù)字用戶線）通過在用戶端使用ISDN終端適配器和在另一端使用與ISDN兼容的接口卡，IDSL可以提供128kbps的服務(wù)。它與ISDN的最大區(qū)別在于IDSL的數(shù)據(jù)交換不通過交換機。

非對稱性DSL技術(shù)非對稱DSL技術(shù)適用于對雙向帶寬要求不一致的應(yīng)用，諸如Web瀏覽、多媒體點播及信息發(fā)布等，非對稱DSL技術(shù)主要有ADSL、RADSL及VDSL等。ADSL（非對稱DSL）能夠在現(xiàn)有電話雙絞線上提供高達8Mbps的高速下行速率，及1Mbps的上行速率，有效傳輸距離可達3至5公里。ADSL能夠充分利用現(xiàn)有PSTN電話網(wǎng)絡(luò)，只須在線路兩端加裝ADSL設(shè)備即可為用戶提供高速寬帶服務(wù)，無需重新布線，因而可極大地降低服務(wù)成本。RADSL（速率自適應(yīng)DSL）允許服務(wù)供應(yīng)商根據(jù)實際帶寬需求情況調(diào)整連接帶寬，并較好地克服了傳輸距離與傳輸質(zhì)量限制。主要特點是可利用一對雙絞線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，能夠支持同步與異步傳輸，并具有速率自適應(yīng)性能。RADSL的下行傳輸速率在640kbps到12Mbps之間，上行傳輸速率則在128kbps到1Mbps之間，并能夠支持同時數(shù)據(jù)與語音傳輸。

VDSL（超高速DSL）目前仍處于研發(fā)之中，它可以在相對短的距離上實現(xiàn)極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可以實現(xiàn)58Mbps的傳輸速率。在用戶回路長度小于5000英尺的情況下，可提供13Mbps或更高的接入速率。從技術(shù)角度而言，VDSL實際上可視作ADSL的下一代技術(shù)，其平均傳輸速率可比ADSL高出5至10倍。另外，根據(jù)市場或用戶的實際需求，VDSL可以設(shè)置成是對稱的，也可以設(shè)置成不對稱的。

為了解決NRZ波形含有直流分量、丟失同步信息、高頻分量大等一系列問題，數(shù)字用戶線上的用戶終端側(cè)和交換機側(cè)的設(shè)備中都有成對出現(xiàn)的信道編解碼器（如AMI碼、2B1Q碼形成器）、均衡器、波形形成濾波器等電路。雙工技術(shù)時分雙工（TDD,TimeDivisionDuplex

）又稱時分法和時間壓縮復(fù)用方式，即采用時分復(fù)用技術(shù)把從電話終端或數(shù)據(jù)終端送來的數(shù)字信號進行時間壓縮和速率變換，變成高速窄脈沖串，利用中間空隙時間周期性地在一對線上交替?zhèn)鬟f，猶如打乒乓一樣。在接收端，這些高速的窄脈沖被擴展恢復(fù)成原來的數(shù)字比特流。

用戶端

交換機端

TDDTDD回波抑制（Echo-cancellation）

又稱單頻雙向方式，即采用2/4線混合網(wǎng)絡(luò)，如同二線模擬傳輸一樣，另加裝發(fā)送信號回波抵消器，以防信號反射。電話線路中的回波主要是由2/4線混合電路阻抗不匹配產(chǎn)生的近端回波和由于傳輸線路存在的阻抗不匹配產(chǎn)生的遠端回波合成的總回波干擾?；夭ㄒ种破鞑捎米赃m應(yīng)濾波器和加法器組成。自適應(yīng)濾波器根據(jù)輸入端的信號合成回波的估計值，在輸出端將該估計值減去以達到回波抑制的目的。

用戶網(wǎng)絡(luò)接口

發(fā)送

自適應(yīng)濾波器

接收

+

混合回路

混合回路

自適應(yīng)濾波器

發(fā)送

接收

+

用戶網(wǎng)絡(luò)接口用戶線

回波抑制法

利用回波抑制技術(shù)，就可以實現(xiàn)回波抑制方式的二線全雙工數(shù)字傳輸。采用回波抑制技術(shù)的用戶線傳輸系統(tǒng)技術(shù)上較為復(fù)雜，但采用這種傳方式時可達到的傳輸距離，要比采用乒乓傳輸法的傳輸距離長。在采用0.4mm線徑時，一般傳輸距離為4km；采用0.5mm的線徑時，傳輸距離可達5~6km。

非對稱數(shù)字用戶線(ADSL,AsymmetricDigitalSubscriberLine)電話網(wǎng)中每一路電話通道的帶寬約為4kHz，這個帶寬是通過交換機模擬接口電路中的濾波器形成的，僅就雙絞線本身而言，其帶寬可能達到幾百kHz以上，與線徑、長度等因素有關(guān)。ADSL正是利用了雙絞線的這個特點，它允許在同一雙絞線上，在不影響現(xiàn)有的普通電話業(yè)務(wù)的情況下，進行上下速率不同的非對稱性高速數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)中包含了從網(wǎng)絡(luò)到用戶的高速下行信道和從用戶到網(wǎng)絡(luò)的低速上行信道。因此，在用戶環(huán)路上就存在了３個信道（或頻譜段）4kHz0線上功率f上行數(shù)據(jù)頻帶上行數(shù)據(jù)頻帶ISDNPOTS

ADSL系統(tǒng)的頻率分配下行數(shù)字信道：傳輸高速數(shù)據(jù)，速率1.6~9.2Mbps的高速下行通道，用于用戶下載信息；上行數(shù)字信道：傳輸控制及反向應(yīng)答信道，速率可達384kpbs或以上。普通電話服務(wù)POST信道：用于傳輸普通電話業(yè)務(wù)，即使ADSL連接不成功，這個信道也不受影響，換言之，ADSL保留了獨立的普通電話業(yè)務(wù)。ADSL標準ADSL標準的編號為T1.413。此標準規(guī)定，ADSL將提供下列多種傳輸通道：①高速單工通道，此通道提供DS2速率（一般為6Mbps）的下行數(shù)據(jù)率。該通道可分成4個1.5Mbps通道，兩個3Mbps通道或1.5Mbps的任意倍數(shù)。②64kbps雙工數(shù)據(jù)傳輸通道，可配合高速通道使用，可在用戶和業(yè)務(wù)提供者之間進行交互式控制和信息傳輸。③全雙工通道，根據(jù)業(yè)務(wù)需要提供160kbps和576kbps速率。例如，用戶以384kbps的速率連接ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)）的基本速率或以576kbps的速率接入高速鏈路。

ADSL在寬帶網(wǎng)絡(luò)上的作用

目前暫時還沒有使用光纖系統(tǒng)、光纖—同軸電纜混合系統(tǒng)、無線系統(tǒng)或其它寬帶傳輸系統(tǒng)的地方，使用ADSL系統(tǒng)可為推廣寬帶業(yè)務(wù)提供一種經(jīng)濟實用的手段，以滿足商業(yè)發(fā)展的需要和用戶對通信的迫切需求。隨著光纖在用戶接入網(wǎng)中的應(yīng)用增加，從端局或從光纖網(wǎng)絡(luò)單元至用戶的距離會越來越短，在這段線路上ADSL的傳送速率可進一步提高。ADSL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

ATU-RATU-CADSLmodemADSLmodem接線盒電話交換機InternetADSL的編碼技術(shù)

當前

ADSL調(diào)制解調(diào)設(shè)備多采用

3種線路編碼技術(shù)，分別稱