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1、课件制作人：谢希仁计算机网络（第 5 版）第 2 章 物理层课件制作人：谢希仁第 2 章 物理层2.1 物理层的基本概念2.2 数据通信的基础知识2.2.1 数据通信系统的模型2.2.2 有关信道的几个基本概念2.2.3 信道的极限容量2.2.4 信道的极限信息传输速率2.3 物理层下面的传输媒体2.3.1 导向传输媒体2.3.2 非导向传输媒体课件制作人：谢希仁第 2 章 物理层（续）2.4 信道复用技术 2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 2.4.2 波分复用 2.4.3 码分复用2.5 数字传输系统2.6 宽带接入技术 2.6.1 xDSL技术 2.6.2 光纤同轴混合网（HF
2、C 网）2.6.3 FTTx 技术引导词n机械特性、电气特性、功能特性、规程特性n单向通信、双向交替通信、双向同时通信n调幅、调频、调相n频分复用、时分复用、统计时分复用、波分复用、码分复用2.1 物理层的基本概念n物理层考虑的问题：n怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输比特流，而不是连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体。n物理层的作用：n尽可能地屏蔽掉不同物理设备和传输媒体以及通信手段之间的差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异。课件制作人：谢希仁2.1 物理层的基本概念 物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性，即：n机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、
3、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。n电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。n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。n规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。课件制作人：谢希仁2.2 数据通信的基础知识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 机课件制作人：谢希仁几个术语n数据(data)运送消息的实体。n信号(signal)数据的电气的或电磁的表现。
4、n“模拟的”(analogous)代表消息的参数的取值是连续的。n“数字的”(digital)代表消息的参数的取值是离散的。n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。课件制作人：谢希仁 2.2.2 有关信道的几个基本概念n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。n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)。n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。课件制作人：谢希仁基带(baseband)信号和带通(band pass)信号 n基带信号（即基本频带信
5、号）来自信源的信号。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。就是将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。n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(modulation)。课件制作人：谢希仁几种最基本的调制方法 n基带调制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。变换后的信号仍然是基带信号。n带通调制使用载波进行调制，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。n最基本的
6、二元制调制方法有以下几种：n调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。n调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。n调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。课件制作人：谢希仁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课件制作人：谢希仁正交振幅调制 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。若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行
7、解调时要正确识别每一种状态就越困难。举例课件制作人：谢希仁2.2.3 信道的极限容量 n任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。n码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。课件制作人：谢希仁数字信号通过实际的信道 n有失真，但可识别n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）接收信号波形课件制作人：谢希仁(1)信道能够通过的频率范围n1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避
8、免码间串扰，码元的传输速率的上限值。n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的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。n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。奈氏(Nyquist)准则 n每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒 2 个码元。nBaud 是波特，是码元传输速率的单位，1 波特为每秒传送 1 个码元。理想低通信道的最高码元传输速率=2W Baud W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)不能通过能通过0频率(Hz)W(Hz)另一种形式的奈氏准则 n每赫带宽的理想低通信道的最高码元
9、传输速率是每秒 1 个码元。理想带通特性信道的最高码元传输速率=W Baud W 是理想带通信道的带宽，单位为赫(Hz)不能通过能通过0频率(Hz)W(Hz)不能通过课件制作人：谢希仁(2)信噪比 n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。n信道的极限信息传输速率 C 可表达为n C=W log2(1+S/N)b/s nW 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；nS 为信道内所传信号的平均功率；nN 为信道内部的高斯噪声功率。课件制作人：谢希仁香农公式表明 n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。n只要信息传输
10、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。n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。n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。课件制作人：谢希仁请注意 n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。2.3 物理层下面的传输媒体n传输媒体也称为传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。n物理媒体可分为两大类，即n导向传输媒体n
11、非导向传输媒体2.3.1 导向传输媒体双绞线n把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来就构成了双绞线。使用双绞线最多的地方就是到处都有的电话系统。n模拟传输和数字传输都可以使用双绞线.n无屏蔽双绞线 UTP(Unshielded Twisted Pair)和屏蔽双绞线 STP(Shielded Twisted Pair)nEIA/TIA-568 标准n双绞线性能中的一个重要指标是近端串扰（Near-End cross Talk），它是指来自一对导体的信号在另一对导体上发生的耦合现象。v什么是什么是近端串扰近端串扰 当电流在一条导线中流通时，会产生一定的电磁场，干当电流在一条
12、导线中流通时，会产生一定的电磁场，干扰相邻导线上的信号。频率越高这种影响就越大。双绞线就扰相邻导线上的信号。频率越高这种影响就越大。双绞线就是利用两条导线绞合在一起后，因为相位相差是利用两条导线绞合在一起后，因为相位相差180180度的原因度的原因而抵消相互间的干扰的。绞距越紧则抵消效果越佳，也就越而抵消相互间的干扰的。绞距越紧则抵消效果越佳，也就越能支持较高的数据传输速率。能支持较高的数据传输速率。近端串扰近端串扰是指在与发送端处于同一边的接收端处所感应是指在与发送端处于同一边的接收端处所感应到的从发送线对感应过来的串扰信号。在串扰信号过大时，到的从发送线对感应过来的串扰信号。在串扰信号过大
13、时，接收器将无法判别信号是远端传送来的微弱信号还是串扰信接收器将无法判别信号是远端传送来的微弱信号还是串扰信号。号。UTP and STPCopper line铜线铜线聚氯乙烯 套层polyvinyl chloride cover聚氯乙烯套层Shield cover屏蔽层DielectricCover绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP同轴电缆coaxial cablen同轴电缆由内导体铜制芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所构成。n由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有很好的抗干扰特性，现被广泛用于传输较高速率的数据。n通常按特性阻抗数
14、值的不同，将同轴电缆分为以下两种：n50 同轴电缆n75 同轴电缆同轴电缆 coaxial cable外导体屏蔽层 outer conductor shield coverDielectric Material绝缘层Dielectric Protection Cover 绝缘保护套层Inertia conductor内导体50 同轴电缆n主要用于在数据通信中传送基带数字信号，因此50同轴电缆又称为基带同轴电缆。n在局域网中广泛使用这种同轴电缆作为物理媒体。n在传送基带数字信号时，可以有多种编码方法，最常用的有两种：n曼彻斯特编码n差分曼彻斯特编码（Differential Manchester
15、 Encoding）。三种常用的编码方法75 同轴电缆n这种同轴电缆用于模拟传输系统，它是有线电视中的标准传输电缆。n在这种电缆上传送的信号采用了频分复用的宽带信号。光纤n光纤通信就是利用光导纤维传递光脉冲来进行通信。n光纤是光纤通信的传输媒体。n在发送端有光源，采用发光二极管或半导体激光器，在电脉冲的作用下能产生光脉冲。n在接收端利用光电二极管做成光监测器，检测到光脉冲时可还原出电脉冲。v光缆光缆 光缆通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由光缆通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯纤芯和和包层包层构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径只有构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径只有8 10
16、0 m。正是这个纤芯用来传导光波。包层较纤芯有较低的折射。正是这个纤芯用来传导光波。包层较纤芯有较低的折射率。当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折率。当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，就会出现全反射，射角将大于入射角，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包层时就会折射回纤芯。这个过程不断重复，光即光线碰到包层时就会折射回纤芯。这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。也就沿着光纤传输下去。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）包层纤芯光纤的工作原理高折射率(纤芯)
17、低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射输入脉冲输出脉冲单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤光缆n光纤非常细，必须将光纤做成结实的光缆。n一根光缆少则只有一根光纤，多则可包括数十至数百根光纤。n加上加强芯和填充物提高机械强度。n必要时放入远供电源线。n加上包带层和外套层，使抗拉强度达到几公斤。四芯光缆光纤的优点和缺点n通信容量大。n传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。n抗雷电和电磁干扰性能好。n无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。n体积小，重量轻。n光纤连接需要专用设备，光电接口较贵。应用n当采用光纤连网时，常常将一段段点到点的链路串接起来构成一个
18、环路，通过 T 形接头连接到计算机。n有源的 T 形接头实际上就是一个有源转发器。n进入的光信号通过光电二极管变成电信号，再生放大后，再经过激光二极管 LED 变成光信号继续向后面传送。n有源转发器的缺点是：一旦 T 形接头出了故障，整个光纤环路即断开不能工作。n现在纯光的信号再生器也已开始使用。由于不需要进行光电和电光转换，因此其工作带宽大大增加。光纤环路2.3.2 非导向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 10
19、8 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 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2.3.2 非导向传输媒体 n无线传输所使用的频段很广。n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。n微波在空间主要是直线传播。n地面微波接力通信n卫星通信 n微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。地面微波接力通信地面微波接力通信优点：优点：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信道道
20、的容量很大；微波传输质量较高；建设投资少，见效快。的容量很大；微波传输质量较高；建设投资少，见效快。缺点：缺点：相邻站之间必须直视，不能有障碍物；相邻站之间必须直视，不能有障碍物；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保密性较差；与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差；对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。卫星通信卫星通信 通信方法是在地球站之间利用位于约通信方法是在地球站之间利用位于约36000公里高空的人造同步公里高空的人造同步地球卫星作为中继器的
21、一种微波接力通信。地球卫星作为中继器的一种微波接力通信。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。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。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时延较大的传播时延。卫星通信常用的三个频段n为了避免干扰，卫星之间相隔如果不小于2度，那么整个赤道上空只能放置180个同步卫星。n在卫星上使用不同的频段来进行通信。课件制作人：谢希仁共享信道2.4 信道复用技术2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 n复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2
22、C1C2复用分用(a)不使用复用技术(b)使用复用技术课件制作人：谢希仁频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing)n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。n频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，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课件制作人：谢希仁时分复用TDM(Time Division Multiplexing)n时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（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。n每一个用户
23、所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。nTDM 信号也称为等时(isochronous)信号。n时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。课件制作人：谢希仁时分复用 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 帧课件制作人：谢希仁时分复用 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TDM 帧课件制作人：谢希仁时分复用 频率时间BDBDBDAAAA BCCCC DC 在 TDM 帧中的位置不变TDM
24、 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧课件制作人：谢希仁时分复用 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 帧课件制作人：谢希仁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。课件制作人：谢希仁统计时分复用 STDM(Statistic TDM)用户ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab bcacd#2#
25、3统计时分复用课件制作人：谢希仁 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)n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EDFA120 km光调制器光解调器课件制作人：谢希仁2.4.3
26、 码分复用 CDM(Code Division Multiplexing)n常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。n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。n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。n每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)。课件制作人：谢希仁码片序列(chip sequence)n每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。n如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。n如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。n例如，S 站的 8 bi
27、t 码片序列是 00011011。n发送比特 1 时，就发送序列 00011011，n发送比特 0 时，就发送序列 11100100。nS 站的码片序列：(1 1 1+1+1 1+1+1)课件制作人：谢希仁CDMA 的重要特点n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)。n在实用的系统中是使用伪随机码序列。课件制作人：谢希仁码片序列的正交关系 n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。n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(inner product)都是 0：(2-3)课件制作人：谢希仁码片序列的正交关
28、系举例 n令向量 S 为(1 1 1+1+1 1+1+1)，向量 T 为(1 1+1 1+1+1+1 1)。n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。课件制作人：谢希仁n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 1。正交关系的另一个重要特性 课件制作人：谢希仁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课件制作人：谢希仁2.5 数字传输系统
29、1.脉码调制 PCM 体制 n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。n由于历史上的原因，PCM 有两个互不兼容的国际标准，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。nE1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。n当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。课件制作人：谢希仁2.同步光纤网 SONET 和同步数字系列 SDH n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：n速率标准不统一。n如果不对高次群的数字传输速率进行标准化，国际范围的
30、高速数据传输就很难实现。n不是同步传输。n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 SONETn1988年，美国推出了一个数字传输标准：同步光纤网 SONET(Synchronous Optical Network)。整个的同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。nSONET为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构，其传输速率以51.84 Mb/s为基础。n此速率对电信号称为第 1 级同步传送信号 STS-1(Synchronous Transport Signal)；对光信号则称为第 1 级光载波（Optical Carrier），即 OC-
31、1。同步数字系列 SDH nITU-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)。n一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词。nSDH 的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第 1 级同步传递模块(Synchronous 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 466.560O
32、C-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-96STM-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 标准定义了四个光接口层 n光子层(Photoni
33、c Layer)n处理跨越光缆的比特传送，并负责进行同步传送信号STS的电信号和光载波OC的光信号之间的转换。在此层由电光转换器进行通信。n段层(Section Layer)n在光缆上传送 STS-N 帧，有成帧和差错检测功能。n线路层(Line Layer)n负责路径层的同步和复用，以及交换的自动保护。n路径层(Path Layer)n处理路径端接设备 PTE(Path Terminating Element)之间的业务的传输，PTE是具有SONET能力的交换机。课件制作人：谢希仁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
34、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)课件制作人：谢希仁2.6 宽带接入技术2.6.1 xDSL技术nxDSL 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。n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。nxDSL 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网使用。nDSL 就是数字用户线(Digital Subscribe
35、r 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。课件制作人：谢希仁xDSL 的几种类型 nADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用户线nHDSL(High speed DSL)：高速数字用户线nSDSL(Single-line DSL)：1 对线的数字用户线nVDSL(Very high speed DSL)：甚高速数字用户线nDSL：ISDN 用户线。nRADSL(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）。课件制作人：谢希仁ADSL 的极
36、限传输距离nADSL 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。n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。n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 课件制作人：谢希仁ADSL 的特点n上行和下行带宽做成不对称的。n上行指从用户到 ISP，而下行指从 ISP 到用户。nADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一
37、个 ADSL 调制解调器。n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。课件制作人：谢希仁DMT 技术nDMT 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。n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。课件制作人：谢希仁DMT 技术的频谱
38、分布 频谱频率上行信道传统电话04下行信道(kHz)401381100课件制作人：谢希仁ADSL 的数据率n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。n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。nADSL 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。n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。课
39、件制作人：谢希仁ADSL 的组成 ATU-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)课件制作人：谢希仁第二代 ADSL ADSL2（G.992.3 和）ADSL2+（）n通过提高调制效率得到了更高的数据率
40、。例如，ADSL2 要求至少应支持下行 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。n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。n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。课件制作人：谢希仁2.6.2 光纤同轴混合网HFC(Hybrid Fiber Coax)nHFC 网是在目前覆盖面很
41、广的有线电视网 CATV 的基础上开发的一种居民宽带接入网。nHFC 网除可传送 CATV 外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。n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，课件制作人：谢希仁HFC 的主要特点 (1)HFC网的主干线路采用光纤n 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。n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。n模拟光纤从头端连接到光纤结点(fiber node)，即光分配结点 ODN(Optical Dist
42、ribution 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缆。课件制作人：谢希仁(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课件制作人：谢希仁(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)保留课件制作人：谢希仁(4)每个家庭要安装一个用户接口盒 n用户接口盒 UIB(User Interface Box)要提供三种连接，即：n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。
43、n使用双绞线连接到用户的电话机。n使用电缆调制解调器连接到用户的计算机。课件制作人：谢希仁电缆调制解调器(cable modem)n电缆调制解调器是为 HFC 网而使用的调制解调器。n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。n电缆调制解调器比在普通电话线上使用的调制解调器要复杂得多，并且不是成对使用，而是只安装在用户端。课件制作人：谢希仁HFC 网的最大优点 n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。n要将现有的 450 MHz 单向传输的有线
44、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。n在电信政策方面也有一些需要协调解决的问题。课件制作人：谢希仁2.6.3 FTTx 技术 nFTTx（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。n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。n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。n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。