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1、第 2 章 物理层授课教师:谢怡2.1 物理层的基本概念ISO/OSI 关于物理层的定义：物理层提供机械的、电气的、功能的和规程的特性，目的是启动、维护和关闭数据链路实体之间进行比特传输的物理连接。连接可能通过中继系统，在中继系统内的传输也是在物理层的。机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围。功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件出现顺序。2.2.1 数据通信系统的模型 传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据源点终点发送器接收器调制解调
2、器PC 机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 输入汉字显示汉字数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息PC 机几个术语消息(message)如话音、文字、图像等。数据(data)运送消息的实体。信号(signal)数据的电气的或电磁的表现。“模拟的”(analogous)代表消息的参数的取值是连续的。“数字的”(digital)代表消息的参数的取值是离散的。码元(code)在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。信道(channel)向某一方向传送信息的媒体。模拟信号发送（模拟信道）模拟数据(声音)模拟信号数字数据(二进制脉冲)模拟
3、信号数字信号发送（数字信道）模拟数据 数字信号数字数据(二进制脉冲)数字信号数字信号发送的优点是优点是：价格便宜，对噪声不敏感；缺点是缺点是：易受衰减，频率越高，衰减越厉害。电话系统调制解调器MODEM编码解码器CODEC数字编码解码器信号发送方式 2.2.2 有关信道的几个基本概念单向通信（单工通信）只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。双向交替通信（半双工通信）通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。双向同时通信（全双工通信）通信的双方可以同时发送和接收信息。基带(baseband)信号和带通(band pass)信号 基带信号基带信号（即基本频带信号）来自
4、信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制调制(modulation)。基带调制基带调制仅仅对基带信号的波形进行变换带通调制带通调制把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（此带通信号带通信号仅在一段频率范围内能够通过信道）。（1）数字数据用模拟信号表示 根据傅立叶分析，任何电磁信号可以由若干具有不同振幅、频率和相位的周期模拟信号（正弦波）组成。任何一个周期为T的有理周期性函数 g(t)可分解为若干项（可能无限
5、多项）正弦和余弦函数之和。最基本的带通调制方法有以下几种：调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。多元制的振幅相位混合调制方式，如QAM。对基带数字信号的几种调制方法 010011100基带信号调幅调频调相正交振幅调制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)r(r,)可供选择的相位有 12 种，而对于每一种相位有 1 或2 种振幅可供选择。由于4 bit 编码共有16 种不同的组合，因此这 16 个点中的每个点可对应于一种 4 bit 的编码。若每一个码元可表
6、示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难。举例(2)数字数据用数字信号表示离散的数字信号可以用不连续的电压或电流的脉冲序列表示。每个脉冲代表一个信号单元,称为码元；每秒钟发送的二进制码元的数目称为码速。单极性码:有电流发出表示二进制的”1”无电流发出则代表”0”码元时间中心是采样时间,判决门限为半幅度电平,即0.5.若接收到信号在0.5-1之间,就判为1。双极性码“1”码是正电流,“0”码是负电流,正和负的幅度相等。(3)模拟数据用数字信号表示在发送端设置一个模拟-数字转换器（称为编码器），在接收端设置一个数字-模拟转换器（称为解码器）。对模拟信号进行数字化编码的最常见
7、的方法是脉冲编码调制PCM（Pulse Code Modulation）。模拟信号-采样-电平量化-编码-数字信号如：对4kHz的电话信道，产生8位数字序列，每秒采样8000次增量调制方法DM2.2.3 信道的极限容量 任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。数字通信的优点数字通信的优点对失真信号的容忍度对失真信号的容忍度码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或噪声干扰越大，或传输媒体质量越差，在信道的输出端的波形的失真就越严重。数字信号通过实际的信道 有失真，但可识别失真大，无法识别 实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）发送信号波形接收信号波形发送信
8、号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）接收信号波形(1)信道能够通过的频率范围1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏奈氏准则准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间码间串扰串扰，码元的传输速率的上限值。在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。信道的最大数据传输速率 1924年，奈魁斯特(H.Nyquist)推导出无噪声有限带宽信无噪声有限带宽信道道的最大数据传输率公式最大数据传输
9、率=2Wlog2V(bps)任意信号通过一个带宽为W的低通滤波器，则每秒采样2W次就能完整地重现该信号(采样频率超过2W次/秒呢？)，信号电平(离散级数)分为V级。已知电话信道带宽是4kHz,PCM产生8位数字序列，其采样频率应该是多少？如果有四种信号，分别表示00，01，10，11，那么一个信号就表示2位，最大数据传输率是多少？(2)信噪比 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。信道的极限信息传输速率 C 可表达为 C=W log2(1+S/N)b/s W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；S 为信道内所传信号的平均功率；N
10、 为信道内部的高斯噪声功率。热噪声出现的大小用信噪比（信号功率S与噪声功率N之比）来衡量，10log10S/N，单位：分贝电话系统的典型信噪比为30dB，S/N=?与信号电平级数、采样速度无关。香农公式表明 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。请注意 对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且码元
11、传输速率也达到了上限值，那么还有办法提高信息的传输速率。这就是用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。例如调相 0度和180度的平移,一个时间间隔传输1位信息45/135/225/315度的平移，一个时间间隔可以传输几位一个时间间隔可以传输几位信息？信息？2.3 物理层下面的传输媒体无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波 调幅无线电 调频无线电 海事无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102
12、104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动无线电 电信领域使用的电磁波的频谱2.3.1 导向传输媒体双绞线屏蔽双绞线 STP(Shielded Twisted Pair)无屏蔽双绞线 UTP(Unshielded Twisted Pair)同轴电缆50 同轴电缆75 同轴电缆光缆 各种电缆铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝缘层外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP同轴电缆光线在光纤中的折射 折射角入射角 包层（低折射率的媒体）包层（低折射率的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层纤芯-
13、因为任何以大于临界值的角度入射的光线，在介质边界都将被完全地反射回介质，因而不同的光线在介质内部以不同的反射角传播。光纤的工作原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射-光传输系统由三个部分组成，即光源、传输介质和检测器。光纤只能单向传输，双向必须用一对。多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤（a）多模光纤产生了多次反射，它限制了传输速度。（b）单模光纤只允许一条传输路径，因此能够在目的端产生干净、强烈的信号。How?2.3.2 非导向传输媒体 无线传输所使用的频段很广。短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。微波在空间
14、主要是直线传播。地面微波接力通信特点,p.45卫星通信 特点,p.46VSAT工、科、医频段，ISM中间轨道卫星与GPS 在低一点高度上，可以找到MEO(Medium Earth Orbit,中间地球轨道）卫星。MEO的典型应用是“全球定位系统”（Global Positioning System,GPS)这是世界范围的无线电波导航系统,包括位于海拔17600 km的24颗卫星组成的星座和各个卫星的地面站。GPS使用球面三角学的原理，根据来自至少4颗GPS卫星的距离决定GPS接收端的位置。先进的GPS设备使用这些卫星作为参考点，计算出地球上任意地方的位置，误差只有几米。使用高级形式的GPS，差
15、分GPS技术，一个人可以测量地球的表面，精确到1厘米。中间轨道卫星与GPS关键问题：确定卫星的位置以及到它们的距离所需条件：因为每个GPS卫星的轨道都非常精确，根据计算机中的年历程序，地面上所有GPS接收器都可以说出每一时刻每颗卫星在天空中的位置。每颗卫星都装备有一个非常精确、非常昂贵的原子时钟。每颗卫星都不断地广播惟一的而且非常复杂的“伪随机码”(PRC,Pseudo Random Code)序列，以确定自己，同时也作为同步基础供测量时间用。中间轨道卫星与GPSGPS卫星以12小时的周期环绕地球运行。GPS地面设备安装有多信道接收器，它能够同时从至少4颗卫星接受信号。每个GPS接收器也安装有
16、不很精确的便宜时钟和一个伪随机码生成器，该生成器能够复制从任何GPS卫星接受到的代码。GPS接收器接收来自相距最近的4颗或更多卫星的信号，找出每个信号从卫星到接收器所需要的传播时间。然后用时间乘以光速（信号的传播速度）就得到了到达卫星的距离。GPS原理根据3或4颗卫星的位置以及相互之间的距离，就可以决定GPS接收器的位置。Why？由于卫星的位置精确可知，在GPS观测中，我们可得到卫星到接收机的距离。利用三维坐标中的距离公式，利用3颗卫星，就可以组成3个方程式，解出观测点的位置(X、Y、Z)。考虑到卫星的时钟与接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X、Y、Z和钟差，因而需要引入第4颗卫星，形
17、成4个方程式进行求解。得到观测点的经纬度、高程，再根据经纬度计算精确时间等信息。基本三角定位原理卫星和接收机的钟差、大气传播延迟、多路径效应等误差。GPS的精度标准定位精度(Standard Position System,SPS),其水平方向精确度约为30公尺精密定位精度(Precis Position System,PPS),定位精确度水平值为20公尺,垂直为27.7公尺。选择可用性SA政策(Selective Availability)含选择性误差SA-SPS,精确度水平值100公尺,垂直为156公尺。利用差分定位法(Differential GPS,DGPS)达到210公尺內的定位精度
18、。2000年5月，美国取消选择性误差干扰(平均误差15公尺),但军方可在任何地区选择性地阻碍精度。差分GPS使用固定的接收器作为附加的参考，专门用于处理错误信息。因为这些固定接收器的位置是固定的，而且得到了精确测量，所以固定接收器可以根据它自己的位置，使用相反的过程测定定时错误。通过比较理想的传输时间和实际的传输时间，固定接收器可以发现错的修正值。中间轨道卫星与GPS低轨道卫星LEO（Low-Earth Orbit，低地球轨道）卫星，由于它们的运动速度极快，所以，一个完整的系统需要大量的LEO卫星。这些卫星与地球相距如此之近，所以地面站并不需要多大的功率，而且，上下往返两程的延迟往往只有几个毫
19、秒。2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。共享信道信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2复用分用(a)不使用复用技术(b)使用复用技术频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing)用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 5时分复用TDM(Time Division Multiplexing)时分复用时分复用则是
20、将时间划分为一段段等长的时分时分复用帧复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期性地出现周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。TDM 信号也称为等时等时(isochronous)信号。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样同样的的频带宽度。时分复用 频率时间B C DB C DB C DB C DAAAAA 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧时分复用 频率时间C DC DC DAAAABBBB C DB 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TD
21、M 帧时分复用 频率时间BDBDBDAAAA BCCCC DC 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧时分复用 频率时间B CB CB CAAAA B CDDDDD 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧时分复用可能会造成线路资源的浪费 ABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3#4用户使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。统计时分复用 STDM(Statistic TDM)用户ABCDabcdttttt3 个 S
22、TDM 帧其时隙输小于用户数#1acbab bcacd#2#3统计/异步时分复用地址信息集中器 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 波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)波分复用就是光的频分复用。8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s复用器分用器ED
23、FA120 km光调制器光解调器2.4.3 码分复用 CDM(Code Division Multiplexing)常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)。码片序列(chip sequence)每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。例如，S 站的
24、8 bit 码片序列是 00011011。发送比特 1 时，就发送序列 00011011，发送比特 0 时，就发送序列 11100100。S 站的码片序列：(1 1 1+1+1 1+1+1)CDMA 的重要特点每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(orthogonal)。在实用的系统中是使用伪随机码序列。码片序列的正交关系 令向量 S 表示站 S 的码片向量，令 T 表示其他任何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和T 的规格化内积内积(inner product)都是 0：(2-3)码片序列的正交关系举例 令向量 S 为(1 1 1+1+1 1+1+1)
25、，向量 T 为(1 1+1 1+1+1+1 1)。把向量 S 和 T 的各分量值代入(2-3)式就可看出这两个码片序列是正交的。任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 1。正交关系的另一个重要特性 CDMA 的工作原理 S 站的码片序列 S110ttttttm 个码片tS 站发送的信号 SxT 站发送的信号 Tx总的发送信号 Sx+Tx规格化内积 S Sx规格化内积 S Tx数据码元比特发送端接收端1.脉码调制 PCM 体制 脉码调制 PCM 体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。由于历史上的原因，PCM 有两个互不兼容
26、的国际标准，即北美的 24 路 PCM（简称为 T1）和欧洲的 30 路 PCM（简称为 E1）。我国采用的是欧洲的 E1 标准。E1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。时分复用帧当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。p.542.同步光纤网 SONET 和同步数字系列 SDH 旧的数字传输系统存在着许多缺点。其中最主要的是以下两个方面：速率标准不统一。如果不对高次群的数字传输速率进行标准化，国际范围的高速数据传输就很难实现。不是同步传输。在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的数字网主要是采用准同步方式。同步光纤网 SONET同步光纤网 SONET(
27、Synchronous Optical Network)的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。第 1 级同步传送信号 STS-1(Synchronous Transport Signal)的传输速率是 51.84 Mb/s。光信号则称为第 1 级光载波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。同步数字系列 SDH ITU-T 以美国标准 SONET 为基础，制订出国际标准同步数字系列 SDH(Synchronous Digital Hierarchy)。一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词。SDH 的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第 1 级同步传递模块(Synch
28、ronous Transfer Module)，即 STM-1，相当于 SONET 体系中的 OC-3 速率。线路速率(Mb/s)SONET符号ITU-T符号表示线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-96S
29、TM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/s39813.120 OC-768/STS-768 STM-256 40 Gb/s SONET 的 OC 级/STS 级与 SDH 的 STM 级的对应关系 SONET 的体系结构 光子层路径层线路层段层线路(line)光子层路径层线路层段层光子层线路层段层光子层段层光子层线路层段层光子层段层SDH终端SDH终端复用器或分用器复用器或分用器转发器转发器段段段路径(path)(section)(section)(section)SONET 标准定义了四个光接口层 光子层(Photonic Layer)*处理跨越光缆的比
30、特传送。段层(Section Layer)*在光缆上传送 STS-N 帧。线路层(Line Layer)负责路径层的同步和复用。路径层(Path Layer)处理路径端接设备 PTE(Path Terminating Element)之间的业务的传输。2.6 宽带接入技术2.6.1 xDSL技术xDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。虽然标准模拟电话信号的频带被限制在 3003400 kHz 的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过 1 MHz。xDSL 技术就把 04 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上
31、网使用。DSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。而 DSL 的前缀 x 则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。xDSL 的几种类型 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用户线HDSL(High speed DSL)：高速数字用户线SDSL(Single-line DSL)：1 对线的数字用户线VDSL(Very high speed DSL)：甚高速数字用户线DSL：ISDN 用户线。RADSL(Rate-Adaptive DSL)：速率自适应 DSL，是 ADSL 的一个子集，可自动调节线路速率
32、。ADSL 的极限传输距离ADSL 的极限传输距离与数据率以及用户线的线径都有很大的关系（用户线越细，信号传输时的衰减就越大），而所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关。p.57 表2-5例如，0.5 毫米线径的用户线，传输速率为 1.5 2.0 Mb/s 时可传送 5.5 公里，但当传输速率提高到 6.1 Mb/s 时，传输距离就缩短为 3.7 公里。如果把用户线的线径减小到0.4毫米，那么在6.1 Mb/s的传输速率下就只能传送2.7公里。ADSL 的特点上行和下行带宽做成不对称的。上行指从用户到 ISP，而下行指从 ISP 到用户。ADSL 在用户线（铜线）的两端各安
33、装一个 ADSL 调制解调器。我国目前采用的方案是离散多音调 DMT(Discrete Multi-Tone)调制技术。这里的“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。DMT 技术DMT 调制技术采用频分复用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端频谱划分为许多的子信道，其中 25 个子信道用于上行信道，而 249 个子信道用于下行信道。每个子信道占据 4 kHz 带宽（严格讲是 4.3125 kHz），并使用不同的载波（即不同的音调）进行数字调制。这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据。DMT 技术的频谱分布 频谱频率上行信道传统电话04下行
34、信道(kHz)401381100ADSL 的数据率由于用户线的具体条件往往相差很大（距离、线径、受到相邻用户线的干扰程度等都不同），因此 ADSL 采用自适应调制技术使用户线能够传送尽可能高的数据率。当 ADSL 启动时，用户线两端的 ADSL 调制解调器就测试可用的频率、各子信道受到的干扰情况，以及在每一个频率上测试信号的传输质量。ADSL 不能保证固定的数据率。对于质量很差的用户线甚至无法开通 ADSL。通常下行数据率在 32 kb/s 到 6.4 Mb/s 之间，而上行数据率在 32 kb/s 到 640 kb/s 之间。典型的ADSL部署结构在顾客的家里安装一个NID（Network
35、Interface Device，网络接口设备）。在靠近NID的地方是一个分离器（splitter）（有时候，分离器也组合在NID中），分离器是一个模拟滤波器，它将POTS使用的04000Hz频段与数据分离开。POTS信号被路由到原来的电话机或者传真机，而数据信号则被路由到ADSL调制解调器中。ADSL调制解调器实际上是一个数字信号处理器，它们在不同的频率上并行地工作。由于当前大多数的ADSL调制解调器都是外置的，所以计算机与它必须通过高速方式连接起来。通常的做法是，在计算机中安装一块以太网卡。偶尔情况下，也可以使用USB端口。一个典型的一个典型的ADSL设备配置图设备配置图编解码器分离器DS
36、LAM至ISP ADSL 调制解调器电话机以太网计算机NID分离器电话线电话公司端局用户的家ADSL电话公司的端局，也要安装一个对应的分离器。信号的语音部分在这里被过滤出来，并送到语音交换机中。频率在26KHz以上的信号则被路由到一种新的称为DSLAM（Digital Subscriber Line Access Multiplexer，数字用户线路访问复用器）的设备中。DSLAM包含一个数字信号处理器，与ADSL调制解调器中的一样。一旦数字信号被恢复成一个位流，就可以重新构造出分组来，然后送给ISP。ADSL只是一个物理层的标准。在它之上运行什么，这要取决于承运商。ADSL 的组成 ATU-
37、CATU-CATU-RATU-C用户线 电话分离器 区域宽带网至 ISP居民家庭基于 ADSL 的接入网端局或远端站DSLAM至本地电话局PSPS数字用户线接入复用器 DSLAM(DSL Access Multiplexer)接入端接单元 ATU(Access Termination Unit)ATU-C（C 代表端局 Central Office）ATU-R（R 代表远端 Remote）电话分离器 PS(POTS Splitter)第二代 ADSL ADSL2（G.992.3 和 G.992.4）ADSL2+（G.992.5）通过提高调制效率得到了更高的数据率。例如，ADSL2 要求至少应支
38、持下行 8 Mb/s、上行 800 kb/s的速率。而 ADSL2+则将频谱范围从 1.1 MHz 扩展至2.2 MHz，下行速率可达 16 Mb/s（最大传输速率可达25 Mb/s），而上行速率可达 800 kb/s。采用了无缝速率自适应技术 SRA(Seamless Rate Adaptation)，可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下，自适应地调整数据率。改善了线路质量评测和故障定位功能，这对提高网络的运行维护水平具有非常重要的意义。2.6.2 光纤同轴混合网HFC(Hybrid Fiber Coax)HFC 网是在目前覆盖面很广的有线电视网 CATV 的基础上开发的一种居民宽带接入
39、网。HFC 网除可传送 CATV 外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。现有的 CATV 网是树形拓扑结构的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。而 HFC 网则需要对 CATV 网进行改造。HFC 的主要特点 (1)HFC网的主干线路采用光纤HFC 网将原 CATV 网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，并使用模拟光纤技术。在模拟光纤中采用光的振幅调制 AM，这比使用数字光纤更为经济。模拟光纤从头端连接到光纤结点(fiber node)，即光分配结点 ODN(Optical Distribution Node)。在光纤结点光信号被转换为电信号。在光纤结点以下就是同轴电
40、缆。(2)HFC 网采用结点体系结构 同轴电缆头端模拟光纤放大器引入线分路器光纤结点服务区服务区服务区(3)HFC 网具有比 CATV 网更宽的频谱，且具有双向传输功能 下行信道上行信道5 40 50 550 750 1000原有模拟电视数字信号频率(MHz)保留(4)每个家庭要安装一个用户接口盒 用户接口盒 UIB(User Interface Box)要提供三种连接，即：使用同轴电缆连接到机顶盒(set-top box)，然后再连接到用户的电视机。使用双绞线连接到用户的电话机。使用电缆调制解调器连接到用户的计算机。电缆调制解调器(cable modem)电缆调制解调器是为 HFC 网而使用
41、的调制解调器。电缆调制解调器最大的特点就是传输速率高。其下行速率一般在 310 Mb/s之间，最高可达 30 Mb/s，而上行速率一般为 0.22 Mb/s，最高可达 10 Mb/s。电缆调制解调器比普通电话线上使用的调制解调器要复杂得多，且不是成对使用，而是只安装在用户端。HFC 网的最大优点 具有很宽的频带，并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网。要将现有的 450 MHz 单向传输的有线电视网络改造为 750 MHz 双向传输的 HFC 网（还要将所有的用户服务区互连起来而不是一个个 HFC 网的孤岛），也需要相当的资金和时间。在电信政策方面也有一些需要协调解决的问题。2.6.3
42、FTTx 技术 FTTx（光纤到）也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里字母 x 可代表不同意思。光纤到家光纤到家 FTTH(Fiber To The Home)：光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方法。光纤到大楼光纤到大楼 FTTB(Fiber To The Building)：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。光纤到路边光纤到路边 FTTC(Fiber To The Curb)：从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。作业 二2-07、2-08、2-09、2-11、2-16、2-18补充：傅立叶分析（1）对信号的数字分析研究信号在通信信道上
43、传输时的数学表示及其所受到的限制。在网络通信中，信息是以电磁信号（或简称信号）的形式传输的电磁信号是时间的函数（时域观）也可以表示成频率的函数（频域观）对于理解数据传输来讲，信号的频域观比时域观更重要。傅立叶分析（2）傅立叶分析任何一个周期为T的有理周期性函数 g(t)可分解为若干项（可能无限多项）正弦和余弦函数之和：g(t)=c+f=1/T基本频率an,bnn次谐波项的正弦和余弦振幅值傅立叶分析（3）已知 g(t)，求c,an,bn-将等式两边从到积分可得 cc=-用sin(2kft)乘等式两边，并从到积分，可得an an=-用cos(2kft)乘等式两边，并从到积分，可得bnbn=傅立叶分析（4）对于二进制编码(b的ASCII码)，其输出电压波形为：g(t)=傅立叶分析（5）其傅立叶分析的系数为an=cos(n/4)-cos(3 n/4)+cos(6 n/4)-cos(7 n/4)bn=sin(3n/4)-sin（n/4)+sin(7 n/4)-sin(6 n/4)c=3/4傅立叶分析（6）根据傅立叶分析，任何电磁信号可以由若干具有不同振幅、频率和相位的周期模拟信号（正弦波）组成。反过来，只要有足够的具有适当振幅、频率和相位的正弦波，就可以构造任何一个信号。