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1、第02章物理层本讲稿第一页，共六十六页本章内容本章内容2.1 2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念2.2 2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识2.3 2.3 物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术2.5 2.5 宽带接入技术宽带接入技术本讲稿第二页，共六十六页2.1 2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念 物理层考虑的是怎样在连接各种计算机的传物理层考虑的是怎样在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流输媒体上传输数据比特流,而不是具体的传输媒而不是具体的传输媒体。体。它作用是屏蔽掉各种传输媒体的差异它作用是屏蔽掉各种传输媒体的差异,使其
2、上的使其上的数据链路层感觉不到这些差异数据链路层感觉不到这些差异,以实现透明传送比以实现透明传送比特流。特流。本讲稿第三页，共六十六页2.1 2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念物物理理层层的的主主要要任任务务描描述述为为确确定定与与传传输输媒媒体体的的接接口口的的一一些些特特性，即：性，即：机械特性：机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列等数目和排列等电气特性：电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围范围功能特性：功能特性：指明某条线上出现在的某一电平的电压表示何指明某条线上出现在的某一电
3、平的电压表示何种意义。种意义。过程特性：过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序顺序。本讲稿第四页，共六十六页2.2 2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识2.2.1 2.2.1 数据通信系统的模型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器PC 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本讲稿第五页，共六十六页几个术语几个术语数据数据(data)(data)运送消息的实体。运送消息的实体。信号信号(sign
4、al)(signal)数据的电气的或电磁的表现。数据的电气的或电磁的表现。模拟信号模拟信号(analogous)(analogous)代表消息的参数的取值代表消息的参数的取值是连续的。是连续的。数字信号数字信号(digital)(digital)代表消息的参数的取值是代表消息的参数的取值是离散的。离散的。本讲稿第六页，共六十六页电话传输系统电话传输系统数字电视传输系数字电视传输系统统使用调制解调器使用调制解调器上网上网10BASE-T10BASE-T以太网以太网模拟数据和数字数据都可以互相转换模拟数据和数字数据都可以互相转换因此我们有以下四种情况：因此我们有以下四种情况：本讲稿第七页，共六十六
5、页2.2.2 2.2.2 有关信道的几个基本概念有关信道的几个基本概念n什么是信道？什么是信道？向某一方向传送信息的媒体，一条通信电路向某一方向传送信息的媒体，一条通信电路包含两条信道。包含两条信道。n信道可以分成传送模拟信号的信道可以分成传送模拟信号的模拟信道模拟信道和传送数字和传送数字信号的信号的数字信道数字信道两大类。两大类。n信道上传送的信号还有信道上传送的信号还有基带信号基带信号和和带通信号带通信号之分。之分。本讲稿第八页，共六十六页信道的通信方式信道的通信方式（1 1）单单向向通通信信：又又称称为为单单工工通通信信，即即只只能能有有一一个个方方向向的的通通信信而而没没有有反反方方向
6、向的交互。的交互。无线电广播和电视无线电广播和电视（2 2）双双向向交交替替通通信信：又又称称为为半半双双工工通通信信，即即通通信信的的双双方方都都可可以以发发送送信信息息，但但不不能能双双方方同同时时发发送送(当当然然也也就就不不能能同同时时接接收收)。“对讲机对讲机”和和“步话机步话机”（3 3）双双向向同同时时通通信信：又又称称为为全全双双工工通通信信，即即通通信信的的双双方方可可以以同同时时发发送送和和接接收收信信息息。电话电话本讲稿第九页，共六十六页基带信号和带通信号基带信号和带通信号 n基带信号基带信号（即基本频带信号）（即基本频带信号）来自信源的信号。像来自信源的信号。像计算机输
7、出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属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。于基带信号。？调制的目的？调制的目的n基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成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。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因此必须对基带信号进行调制调制。本讲稿第十页，共六十六页调制调制什么是调制？什么是调制？n对信号源的信息进行处理，使其变为适合于信道传输形式的对信号源的信息进行处理，使其变为适合于信道传输形式的过程。过程。调制分类：调制分类：n一类是仅仅对基带信号的波
8、形进行变换，使它能够与信道一类是仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后特性相适应。变换后仍是基带信号仍是基带信号，这种调制称为，这种调制称为基带调基带调制制。由于这种基带调制是把。由于这种基带调制是把数字信号转换为另一种形式的数字信号转换为另一种形式的数字信号数字信号，因此也称为因此也称为编码编码。n另一种调制则需要另一种调制则需要载波载波进行调制，把信号的频率范围搬进行调制，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输，并移到较高的频段以便在信道中传输，并转为模拟信号转为模拟信号，经过载波调制后的信号称为经过载波调制后的信号称为带通信号带通信号，而使用载波的调制，
9、而使用载波的调制称为称为带通调制带通调制。本讲稿第十一页，共六十六页常用编码方法常用编码方法n非归零码非归零码NRZ n归零制归零制n曼彻斯特编码曼彻斯特编码n差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码本讲稿第十二页，共六十六页非归零码非归零码n非归零码（非归零码（NRZNRZ，nonnonreturn to zeroreturn to zero）NRZ NRZ 码可以规码可以规定用负电平表示逻辑定用负电平表示逻辑“0 0”，用正电平表示逻辑，用正电平表示逻辑“1 1”；也可；也可以有其他表示方法以有其他表示方法nNRZNRZ码的优点：信息密度高，码的优点：信息密度高，n缺点：是无法判断一位的开始与结束
10、，收发双方不能保持同步；缺点：是无法判断一位的开始与结束，收发双方不能保持同步；并有误码积累并有误码积累请看下图请看下图到底有几个到底有几个”1 1”（用高电平表示）（用高电平表示）?本讲稿第十三页，共六十六页非归零码非归零码n为保证收发双方的同步，必须在发送为保证收发双方的同步，必须在发送NRZ码的同时，用另一个信道同时传码的同时，用另一个信道同时传送同步信号；送同步信号；本讲稿第十四页，共六十六页 曼彻斯特编码技术曼彻斯特编码技术n曼彻斯特编码技术曼彻斯特编码技术n在每一位时间的中间，信号有一个跳变（在每一位时间的中间，信号有一个跳变（“高高低低”或或“低低高高”）n这个跳变既可作为同步信
11、号，也可表示数据这个跳变既可作为同步信号，也可表示数据n由高到低的跳变用来表示由高到低的跳变用来表示“1 1”，由低到高，由低到高的跳变用来表示的跳变用来表示“0 0”（也可以反过来定义）（也可以反过来定义）n也称为也称为“自同步码自同步码”本讲稿第十五页，共六十六页差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码n差分曼彻斯特编码是曼彻斯特编码的一种差分曼彻斯特编码是曼彻斯特编码的一种变形。在这种编码方式中，每位的中间跳变形。在这种编码方式中，每位的中间跳变只用于作为同步时钟信号，而用位的起变只用于作为同步时钟信号，而用位的起始处有无跳变来区分始处有无跳变来区分“0 0”和和“1 1”，若有跳，若有跳变表示
12、变表示“0 0”，无跳变表示，无跳变表示“1 1”。本讲稿第十六页，共六十六页本讲稿第十七页，共六十六页下图所示数字信号的波形为哪种编码方法（下图所示数字信号的波形为哪种编码方法（）A A、不归零编码、不归零编码 B B、曼彻斯特编码、曼彻斯特编码 C C、差分曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码 D D、均不正确、均不正确 B本讲稿第十八页，共六十六页带通调制原理带通调制原理:设采用的载波信号为设采用的载波信号为:U(t)=U sin(t+)式中式中,U,U、和和分别代表函数的幅度、频率和相分别代表函数的幅度、频率和相位位.用数字信号对这三个变量进行调制用数字信号对这三个变量进行调制,分别称为分别
13、称为调幅调幅(AM),(AM),调频调频(FM)(FM)和调相和调相(PM),(PM),实质是将基带数实质是将基带数字信号的频谱变换为适合于在模拟信道上传输的字信号的频谱变换为适合于在模拟信道上传输的频谱频谱.调制后波形如下调制后波形如下:模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输本讲稿第十九页，共六十六页本讲稿第二十页，共六十六页2.2.3 2.2.3 信道的极限容量信道的极限容量 n任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时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。会产生各种失真以及带来多种干扰。本讲稿第二十一页，共六十六页数字信号通过实际的信道数字信号通过实际的信道
14、 n有失真，但有失真，但可识别可识别n失真大，失真大，无法识别无法识别 实际的信道实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）（带宽受限、有噪声、干扰和失真）发送信号波形发送信号波形接收信号波形接收信号波形发送信号波形发送信号波形实际的信道实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）（带宽受限、有噪声、干扰和失真）接收信号波形接收信号波形本讲稿第二十二页，共六十六页信道带宽与信道容量信道带宽与信道容量 n码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或噪声干扰越大或噪声干扰越大,或传输媒体质量越差或传输媒体质量越差,在接收端在接收端的波形的失真就越严重。的波形
15、的失真就越严重。n限制码元在信道上的传输速率的因素两个限制码元在信道上的传输速率的因素两个:n信道能够通过的频率范围信道能够通过的频率范围n信噪比信噪比本讲稿第二十三页，共六十六页2.2.3 2.2.3 信道上的极限容量信道上的极限容量n奈奎斯特准则奈奎斯特准则:在理想低通信道下在理想低通信道下,为避免码间为避免码间串扰串扰,码元的传输速率的上限。码元的传输速率的上限。n什么是码元什么是码元?码元指在使用时间域（或简称为时域）的波形表码元指在使用时间域（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。示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。n若码元的传输速率超过了奈氏准则给出
16、的数值，若码元的传输速率超过了奈氏准则给出的数值，则将出现码元的相互干扰，以致在接收方无法正则将出现码元的相互干扰，以致在接收方无法正确判断发送方所发送的码元是确判断发送方所发送的码元是1 1还是还是0 0本讲稿第二十四页，共六十六页（1 1）一一个个实实际际的的信信道道所所能能传传输输的的最最高高码码元元速速率率，要要明明显显地低于奈氏准则给出的这个上限数值。地低于奈氏准则给出的这个上限数值。（2 2）若若要要提提高高信信息息的的传传输输速速率率，可可以以采采用用有有效效的的编编码技术，使每一个码元能够携带较多的信息量。码技术，使每一个码元能够携带较多的信息量。强调以下两点：强调以下两点：本
17、讲稿第二十五页，共六十六页19481948年年，香香农农(C(CShannon)Shannon)把把奈奈奎奎斯斯特特的的定定理理进进一一步步扩扩展展到了信道受到随机噪声干扰的情况，即香农定理。到了信道受到随机噪声干扰的情况，即香农定理。香香农农认认为为，在在有有噪噪声声的的环环境境中中，信信道道容容量量将将与与信信噪噪功功率率比有关。比有关。信道的极限信息传输速率信道的极限信息传输速率C C可表达为可表达为 C=W log2(1+S/N)bit/s (香农公式）香农公式）其中：其中：W W为信道的带宽为信道的带宽(以以HzHz为单位为单位)；S S为信道内所传信号的平均功率；为信道内所传信号的
18、平均功率；N N为信道内部的高斯噪声功率。为信道内部的高斯噪声功率。香农定理香农定理本讲稿第二十六页，共六十六页香农定理香农定理n信信道道传传输输速速率率RCRC，一一定定存存在在一一种种编编码码，使使信信息息源源能能以以任任意意小的差错率通过信道进行传输；反之是不可能的；小的差错率通过信道进行传输；反之是不可能的；n对对于于给给定定的的C C，若若减减小小W W，则则必必须须增增大大S/NS/N，即即提提高高信信号号强强度；反之，若有较大的传输带宽，则可用较小的信噪比。度；反之，若有较大的传输带宽，则可用较小的信噪比。n香香农农公公式式表表明明，信信道道的的带带宽宽或或信信道道中中的的信信噪
19、噪比比越越大大，则则信信息息的的极极限限传传输输速速率率就就越越高高。更更重重要要的的是是，香香农农公公式式指指出出了了：只只要要信信息息传传输输率率低低于于信信道道的的极极限限传传输输速速率率就就一一定定可可以找到某种办法来实现无差错的传输。以找到某种办法来实现无差错的传输。本讲稿第二十七页，共六十六页2.2.3 2.2.3 信道上的极限容量信道上的极限容量对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比也不能提对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比也不能提高，并且码元的传输速率也达到了上限值，还有什么办高，并且码元的传输速率也达到了上限值，还有什么办法提高信息的传输速率？法提高信息的传输速率？用编码的方
20、法让每一个码元携带更多比特的信息量用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量本讲稿第二十八页，共六十六页例：如果我们使用模拟电话系统传输二进制信号，例：如果我们使用模拟电话系统传输二进制信号，即使用话音级信道，带宽即使用话音级信道，带宽3000Hz3000Hz，那么最大传输速，那么最大传输速率为率为6000bps6000bps。现在大多数电话拨号上网用户采用的。现在大多数电话拨号上网用户采用的就是模拟电话系统，即利用就是模拟电话系统，即利用3000Hz3000Hz的话音级信道，的话音级信道，来传输计算机信息，实际上现在一般拨号上网的速来传输计算机信息，实际上现在一般拨号上网的速率都在率都在1
21、4000bps14000bps以上，这又是怎么会事呢？以上，这又是怎么会事呢？这是因为采用了特殊的编码方法，将这是因为采用了特殊的编码方法，将V V（一码元（一码元携带的位数）的值增大，自然就提高了数据传输速率。携带的位数）的值增大，自然就提高了数据传输速率。返回返回本讲稿第二十九页，共六十六页2.3 2.3 物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体n计计算算机机网网络络中中采采用用的的物物理理传传输输媒媒体体可可分分为为导导向向传传输输媒体媒体和和非导向传输媒体非导向传输媒体两类。两类。n双绞线、同轴电缆双绞线、同轴电缆和和光纤光纤是常用的三种导向媒体。是常用的三种导向媒体。n卫星、无线电通
22、信、红外通信、激光通信卫星、无线电通信、红外通信、激光通信以及以及微波微波通信通信传送信息的载体都属于非导向传输媒体传送信息的载体都属于非导向传输媒体本讲稿第三十页，共六十六页1 1双绞线双绞线把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法规则的方法绞合绞合(twist)(twist)起来就构成了双绞线。起来就构成了双绞线。2.3.1 2.3.1 导向传输媒体导向传输媒体铜线铜线铜线铜线聚氯乙烯聚氯乙烯 套层套层聚氯乙烯聚氯乙烯套层套层屏蔽层屏蔽层绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线 UTPUTP屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STPSTP本讲
23、稿第三十一页，共六十六页各种电缆各种电缆无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线 UTPUTP屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STPSTP本讲稿第三十二页，共六十六页2 2同轴电缆同轴电缆同同轴轴电电缆缆由由内内导导体体铜铜质质芯芯线线(单单股股实实心心线线或或多多股股绞绞合合线线)、绝绝缘缘层层、网网状状编编织织的的外外导导体体屏屏蔽蔽层层(也也可可以是单股的以是单股的)以及保护塑料外层所组成以及保护塑料外层所组成本讲稿第三十三页，共六十六页（1 1）50 50 同轴电缆同轴电缆5050 同轴电缆又称为同轴电缆又称为基带同轴电缆基带同轴电缆。（2 2）7575 同轴电缆同轴电缆75 75 同轴电缆又称为同轴电缆又称为
24、宽带同轴电缆宽带同轴电缆。按特性阻抗数值的不同，将同轴电缆分为按特性阻抗数值的不同，将同轴电缆分为本讲稿第三十四页，共六十六页光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径只有只有8-100 8-100 m m。正是这个纤芯用来传导光波。当。正是这个纤芯用来传导光波。当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角。如果入射角足够大，就会出折射角将大于入射角。如果入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到
25、包层时就会折射到纤芯，这现全反射，即光线碰到包层时就会折射到纤芯，这个过程不断重复，光就能沿着光纤传输下去。个过程不断重复，光就能沿着光纤传输下去。3 3光缆光缆本讲稿第三十五页，共六十六页光线在光纤中的折射光线在光纤中的折射 折射角折射角入射角入射角 包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体）包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体）纤芯纤芯（高折射率的媒体）（高折射率的媒体）包层包层纤纤芯芯本讲稿第三十六页，共六十六页光纤的工作原理光纤的工作原理高折射率高折射率(纤芯纤芯)低折射率低折射率(包层包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射本讲稿第三十七
26、页，共六十六页输入脉冲输入脉冲输出脉冲输出脉冲单模光纤单模光纤多模光纤与单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲输入脉冲输出脉冲输出脉冲多模光纤多模光纤本讲稿第三十八页，共六十六页光光纤纤不不仅仅具具有有通通信信容容量量非非常常大大的的优优点点，而而且且还还具具有其他的一些特点：有其他的一些特点：（1）传传输输损损耗耗小小，中中继继距距离离长长，对对远远距距离离传传输输特特别别经济。经济。（2）抗抗雷雷电电和和电电磁磁干干扰扰性性能能好好。这这在在有有大大电电流流脉冲干扰的环境下尤为重要。脉冲干扰的环境下尤为重要。（3）无无串串音音干干扰扰，保保密密性性好好，也也不不易易被被窃窃听听或或截截取取数据
27、。数据。（4）体积小，重量轻。）体积小，重量轻。光纤的优点光纤的优点本讲稿第三十九页，共六十六页1 1无线传输无线传输2 2地面微波接力通信地面微波接力通信其主要特点是：其主要特点是：微微波波波波段段频频率率很很高高，其其频频段段范范围围也也很很宽宽，因因此此其其通通信信信道的容量很大；信道的容量很大；因因为为工工业业干干扰扰和和天天电电干干扰扰的的主主要要频频谱谱成成分分比比微微波波频频率率低低得得多多，对对微微波波通通信信的的危危害害比比对对短短波波和和米米波波通通信信小小得得多多，因而微波传输质量较高；因而微波传输质量较高；与与相相同同容容量量和和长长度度的的电电缆缆载载波波通通信信比比
28、较较，微微波波接接力力通通信建设投资少，见效快。信建设投资少，见效快。2.3.2 2.3.2 非导向传输媒体非导向传输媒体本讲稿第四十页，共六十六页相邻站之间必须直视，不能有障碍物，有时相邻站之间必须直视，不能有障碍物，有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线，因而造成失真；的路径到达接收天线，因而造成失真；微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响；微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响；与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差；保密性较差；对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力对大量中继站
29、的使用和维护要耗费一定的人力和物力和物力。微波接力通信微波接力通信缺点缺点本讲稿第四十一页，共六十六页地面微波接力地面微波接力 (Microwave)(Microwave)n两个地面站之间传送两个地面站之间传送n距离：距离：50-100 km50-100 km；频率：；频率：2G 2G-40GHz-40GHzn依赖于天气和频率依赖于天气和频率n应用：长距离传输话音和电视信号；应用：长距离传输话音和电视信号；大厦之间大厦之间LANLAN互连互连地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔地球地球本讲稿第四十二页，共六十六页地球同步卫星地球同步卫星n与地面站相对固定位与地面站相对
30、固定位置置n使用使用3 3个卫星覆盖全个卫星覆盖全球球36,000公里公里地球地球3 3卫星通信卫星通信本讲稿第四十三页，共六十六页卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。费用与通信距离无关。卫星通信的另一特点就是具有卫星通信的另一特点就是具有较大的传播较大的传播时延时延。3 3卫星通信卫星通信返回返回本讲稿第四十四页，共六十六页2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术 信道复用是为了提高信道的利用率，使多个信号信道复用是为了提高信道的利用率，使多个信号沿同一信道传输而互相不干扰的一种技术沿同一信道传输而互相不干扰的一种技术。+()+A
31、A1 1A A2 2B B1 1B B2 2C C1 1C C2 2A A1 1A A2 2B B1 1B B2 2C C1 1C C2 2共享信道共享信道(a)(a)使用单独的信道使用单独的信道(b)(b)使用共享信道使用共享信道复用复用分用分用本讲稿第四十五页，共六十六页信道复用技术信道复用技术本讲稿第四十六页，共六十六页1.1.频分复用频分复用 FDMFDM(Frequency Division Multiplexing)(Frequency Division Multiplexing)n用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始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
32、带。即至终都占用这个频带。即频分复用频分复用的所有用户在同样的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。的时间占用不同的带宽资源。频率频率时间时间频带频带 1 1频带频带 2 2频带频带 3 3频带频带 n n本讲稿第四十七页，共六十六页1.1.频分复用频分复用 FDMFDMn频分复用技术常用于模拟信号传输，如无线电广播、频分复用技术常用于模拟信号传输，如无线电广播、电视和载波电话等，必须与调制解调技术结合使用。电视和载波电话等，必须与调制解调技术结合使用。本讲稿第四十八页，共六十六页2.2.时分多路复用时分多路复用(TDM)(TDM)时分多路复用时分多路复用(Time Division Mul
33、tiplexing)是把时是把时间分为若干个时间槽间分为若干个时间槽(Slot)(Slot)，每个用户分得一个时间，每个用户分得一个时间槽，在其占用的时间槽内，该用户可以独享信道的槽，在其占用的时间槽内，该用户可以独享信道的全部带宽。时间槽的划分有交替性和周期性。交替全部带宽。时间槽的划分有交替性和周期性。交替性是指不会有连续的时间槽被单个用户连续占用，性是指不会有连续的时间槽被单个用户连续占用，而是大家轮流占用各个时间槽；周期性是指时间槽而是大家轮流占用各个时间槽；周期性是指时间槽的分配要有一定周期性地重复出现。的分配要有一定周期性地重复出现。本讲稿第四十九页，共六十六页时分复用时分复用 频
34、率时间BCDB CDB CDB CDAAAATDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧周期性出现本讲稿第五十页，共六十六页时分复用可能会造成时分复用可能会造成线路资源的浪费线路资源的浪费 A AB BC CD Da aa ab bb bc cd db bc ca at tt tt tt tt t4 4 个时分复用帧个时分复用帧#1#1a ac cb bc cd d时分复用时分复用#2#2#3#3#4#4用户用户使用时分复用系统传送计算机数据时，由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。
35、信道的利用率一般是不高的。本讲稿第五十一页，共六十六页统计时分复用统计时分复用STDM(Statistic TDM)STDM(Statistic TDM)在传统的时分多路复用系统中，每个低速信道固定地在传统的时分多路复用系统中，每个低速信道固定地对应于高速信道对应于高速信道(干线干线)的一个时间槽的一个时间槽(Slot)(Slot)，高速信道，高速信道速率等于各低速信道之和。不论每个低速信道是不是有数速率等于各低速信道之和。不论每个低速信道是不是有数据要传输，分给它的时间槽是固定不变的，当它没有数据据要传输，分给它的时间槽是固定不变的，当它没有数据通信时，高速信道分给它的时间槽就浪费掉了。这就
36、好比通信时，高速信道分给它的时间槽就浪费掉了。这就好比“大锅饭大锅饭”一样，显然不利于提高通信干线的利用效率。一样，显然不利于提高通信干线的利用效率。统计时分多路复用能动态地分配时间槽，只把确实要传统计时分多路复用能动态地分配时间槽，只把确实要传送数据的终端接入链路，这样，只有工作的终端才能够分到送数据的终端接入链路，这样，只有工作的终端才能够分到带宽，充分提高了总带宽的利用率。带宽，充分提高了总带宽的利用率。本讲稿第五十二页，共六十六页统计时分复用统计时分复用 STDMSTDM(Statistic TDM)(Statistic TDM)用户用户A AB BC CD Da ab bc cd d
37、t tt tt tt tt t3 3 个个 STDM STDM 帧帧#1#1a ac cb ba ab bb bc ca ac cd d#2#2#3#3统计时分复用统计时分复用本讲稿第五十三页，共六十六页 3.3.波分多路复用波分多路复用(WDM)(WDM)波分多路复用是根据光波波长的不同分隔复用的方法。波分多路复用是根据光波波长的不同分隔复用的方法。不同波长的光波在通过透镜时会有不同的折射率，图表示不同波长的光波在通过透镜时会有不同的折射率，图表示了了WDMWDM的原理。的原理。光也是一种电磁波，光的波长是频率的倒数，所以说光也是一种电磁波，光的波长是频率的倒数，所以说WDMWDM本质上也本
38、质上也是频分多路复用。是频分多路复用。在一根光纤上复用在一根光纤上复用8080路或更多路的光载波信号称为密集波分复用路或更多路的光载波信号称为密集波分复用DWDMDWDM；本讲稿第五十四页，共六十六页n码分复用码分复用CDMCDM(Code Division (Code Division Multiplexing)Multiplexing)是另一种共享信道的方法。每是另一种共享信道的方法。每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会造成干扰码型，因此不会造成干扰。
39、码分复用最初是用于。码分复用最初是用于军事通信，因为这种系统发送的信号军事通信，因为这种系统发送的信号有很强的抗有很强的抗干扰能力干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现现。4.4.码分复用码分复用本讲稿第五十五页，共六十六页码分多路复用码分多路复用n码分多路复用现在已广泛用于移动通信系统，笔记本电码分多路复用现在已广泛用于移动通信系统，笔记本电脑和掌上电脑等移动性计算机的连网通信将会大量使用脑和掌上电脑等移动性计算机的连网通信将会大量使用码分多路复用技术。码分多路复用技术。nCDMCDM的特点是频率和时间资源均为共享的特点是频率和时间资源均为共享，各用户使
40、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。用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。n这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类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。似于白噪声，不易被敌人发现。本讲稿第五十六页，共六十六页码分复用的工作原理码分复用的工作原理n在在CDMACDMA中，每一位时间又分成中，每一位时间又分成mbitmbit时间片时间片,称为码片称为码片(chip)(chip)。n每个站被指派一个唯一的每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。码片序列。n例如，指派例如，指派S 站的站的 8 bit 码片序列为码片序列为
41、00011011。n按惯例，将码片中的按惯例，将码片中的0写为写为-1，1写为写为+1nS 站的码片序列：站的码片序列：(1 1 1+1+1 1+1+1)本讲稿第五十七页，共六十六页码片序列的正交关系码片序列的正交关系 n令向量令向量 S S 表示站表示站 S S 的码片向量，令的码片向量，令 T T 表示其他任何表示其他任何站的码片向量。站的码片向量。n两个不同站的码片序列正交，就是向量两个不同站的码片序列正交，就是向量 S S 和和T T 的规格的规格化化内积内积(inner product)(inner product)都是都是 0 0：本讲稿第五十八页，共六十六页n任何一个码片向量和该
42、码片向量自己的规格化内积都是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。n一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 1。正交关系的重要特性 本讲稿第五十九页，共六十六页CDMA CDMA 的工作原理的工作原理n假定所有的站发送码片序列都是同步的。假定所有的站发送码片序列都是同步的。n发送方如发送比特发送方如发送比特 1 1，则发送自己的，则发送自己的 m m bit bit 码片序列。码片序列。如发送比特如发送比特 0 0，则发送该码片序列的二进制反码。，则发送该码片序列的二进制反码。n各站收到的信号是所有站所发码片信号的线性叠加。各
43、站收到的信号是所有站所发码片信号的线性叠加。n接收站将收到的信号与目标站的码片序列做内积运接收站将收到的信号与目标站的码片序列做内积运算，如果得到算，如果得到1 1，则收到的比特是，则收到的比特是1 1，如果得到，如果得到-1-1，则，则收到的比特是收到的比特是0 0。本讲稿第六十页，共六十六页码分复用的工作原理码分复用的工作原理n信息量变成了原来的信息量变成了原来的m m倍倍,因此是一种扩频的通因此是一种扩频的通信形式信形式本讲稿第六十一页，共六十六页2.5 2.5 宽带接入技术宽带接入技术1.xDSL1.xDSL技术技术nDSL(DSL(数字用户线数字用户线)技术是技术是19891989年
44、为视频点播年为视频点播VODVOD业务开业务开发的。现在已有十余种发的。现在已有十余种DSLDSL技术问世，形成了技术问世，形成了xDSLxDSL。我国电信部门为用户提供的主要是我国电信部门为用户提供的主要是ADSLADSL技术技术。nADSLADSL：非对称数字用户线非对称数字用户线ADSLADSL可在现有电话线上提供最高达可在现有电话线上提供最高达8Mbps8Mbps的下行速率和的下行速率和最高最高640Kbps640Kbps的上行速率，有效传输距离达的上行速率，有效传输距离达3 35km5km。本讲稿第六十二页，共六十六页nADSLADSL最大的好处在于可以利用现有的电话网中的用最大的好
45、处在于可以利用现有的电话网中的用户线，户线，ADSLADSL上网和打电话两不误上网和打电话两不误ADSLADSL可以在普通电话线上提供可以在普通电话线上提供三个通道三个通道：n 最低频段部分为最低频段部分为0 04kHz4kHz的话音通道；的话音通道；n 中间频段部分为上行数据通道；中间频段部分为上行数据通道；n 最高频段部分为下行数据通道。最高频段部分为下行数据通道。n ADSLADSL使网上视频服务成为可能：使网上视频服务成为可能：n带宽带宽1.5Mbps(mpeg1)1.5Mbps(mpeg1)相当于相当于VCDVCD图象质量图象质量n带宽带宽3-6Mbps(mpeg2)3-6Mbps(
46、mpeg2)相当于相当于DVDDVD图象质量图象质量n缺点是目前价格仍然偏高缺点是目前价格仍然偏高本讲稿第六十三页，共六十六页本讲稿第六十四页，共六十六页n2.2.光纤同轴混合网（光纤同轴混合网（HFCHFC）HFCHFC网上是在网上是在有线电视网有线电视网CATVCATV的基础上开发的一种居民的基础上开发的一种居民宽带接入技术。宽带接入技术。HFCHFC网除了可以传送网除了可以传送CATVCATV外，还提供电话、外，还提供电话、数据和其他宽带交互业务。数据和其他宽带交互业务。n3.FFx3.FFx技术（光纤到技术（光纤到）光纤接入技术实际就是在接入网中全部或部分采用光纤光纤接入技术实际就是在
47、接入网中全部或部分采用光纤传输介质，构成光纤用户环路传输介质，构成光纤用户环路,实现用户高性能宽带接入实现用户高性能宽带接入的一种方案。的一种方案。根根据据光光网网络络单单元元ONUONU与与用用户户的的距距离离，光光纤纤接接入入网网OANOAN可可分分为为若若干干种种专专门门的的传传输输结结构构。主主要要有有：光光纤纤到到路路边边(FTTC)(FTTC)、光光纤纤到到大大楼楼(FTTB)(FTTB)、光光纤纤到到远远端端节节点点(FTTR)(FTTR)、光光纤纤到到社社区区(FTTZ)(FTTZ)、光光纤纤到到家家庭庭(FTTH)(FTTH)和和光光纤纤到到办办公公室室(FTTO)(FTTO)等。等。本讲稿第六十六页，共六十六页