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1、计算机网络-谢希仁-第2章-物理层2.1 2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念 机械特性机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排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。列、固定和锁定装置等等。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范围。指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。功能特性功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。过程特性过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些
2、特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：性，即：2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 基本术语基本术语数据数据(data)(data)从数据通信的角度来看，数据可以被定义为从数据通信的角度来看，数据可以被定义为计算机可识别的任何有意义的实体计算机可识别的任何有意义的实体。运送消息的实体。运送消息的实体。信号信号(signal)(signal)是数据的一种电磁编码或光编码。是数据是数据的一种电磁编码或光编码。是数据传输中的一种表现形式。传输中的一种表现形式。数据传输数据传输是指通过传输信道以电信号是指通过传输信道以电信号(或光信号或光信号)的形式的形式把数据从
3、一端传递到另一端的过程。把数据从一端传递到另一端的过程。通信通信利用电子等技术手段，借助电利用电子等技术手段，借助电(或光或光)信号实现从某信号实现从某一端一端(常称为信源端或发送端常称为信源端或发送端)向另一端向另一端(常称为信宿端或接常称为信宿端或接收端收端)进行信息的有效传递和交换。进行信息的有效传递和交换。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2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 数据通信系统的模
4、型数据通信系统的模型2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 信息源信息源(简称信源简称信源)的作用是把待传输的数据转换成原始电信号，的作用是把待传输的数据转换成原始电信号，如电话系统中的电话机、网络系统中的终端或计算机等都如电话系统中的电话机、网络系统中的终端或计算机等都可看成是信源。可看成是信源。信道信道是信号传输的通路，是信号传输的通路，信道中自然会叠加上噪声。信道中自然会叠加上噪声。信宿信宿(也称受信者或接收终端也称受信者或接收终端)是将复原的原始信号转换成相应是将复原的原始信号转换成相应的信息，如电话机将对方传来的电信号还原成了声音，终的信息，如电话机将对方传来的电信号还
5、原成了声音，终端或计算机将对方传来的电信号还原成文本数据或图像数端或计算机将对方传来的电信号还原成文本数据或图像数据等。据等。2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 有关信道的基本概念有关信道的基本概念通信方式通信方式是指数据在信道上传输所采取的方式。通常有三种分类是指数据在信道上传输所采取的方式。通常有三种分类方法，按数据代码传输的顺序分为：方法，按数据代码传输的顺序分为：串行传输和并行传输串行传输和并行传输；按数据传输的同步方式分为：按数据传输的同步方式分为：同步传输和异步传输同步传输和异步传输；按数据；按数据传输的流向和时间关系分为：传输的流向和时间关系分为：单工、半双工和
6、全双工传输单工、半双工和全双工传输。单向通信（单工通信）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只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。交互。双向交替通信（半双工通信）双向交替通信（半双工通信）通信的双方都可以发送信息，但通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送不能双方同时发送(当然也就不能同时接收当然也就不能同时接收)。双向同时通信（全双工通信）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通信的双方可以同时发送和接收信息。信息。2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 返回2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 返回2.2 2.2 数据通
7、信的基本知识数据通信的基本知识 2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 基带信号和带通信号基带信号和带通信号u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。像计算机来自信源的信号。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。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。u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信号进行调制调制(modulation)(
8、modulation)，即变换基带信号的波形，称为，即变换基带信号的波形，称为基基带调制带调制，或，或编码编码。u带通信号带通信号把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围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（即仅在一段频率范围内搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道），并转换为模拟信号，以便在模拟信道中传输。能够通过信道），并转换为模拟信号，以便在模拟信道中传输。而使用载波的调制称为而使用载波的调制称为带通调制带通调制。2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 常用的编码方式常用的编码方式1000100111比特流
9、不归零制归零制曼彻斯特差分曼彻斯特2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 基本的带通调制方法基本的带通调制方法n 调幅调幅(AM)(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0 0和和1 1分别对应于无载波或有载波。分别对应于无载波或有载波。n 调频调频(FM)(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。载波的频率随基带数字信号而变化。n 调相调相(PM)(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。载波的初始相位随基带数字信号而变化。为了达到更高的信息传输速率，必须采用技术上更为为了达到更高的信息传输速率，必须采用技术上更为复杂的多元制的
10、振幅相位混合调制方法。例如，复杂的多元制的振幅相位混合调制方法。例如，正交振幅正交振幅调制调制QAMQAM。2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 基本的带通调制方法基本的带通调制方法010011100基带信号调幅调频调相信道的极限容量信道的极限容量l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。真以及带来多种干扰。l码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输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。出端的波形的失真就越严重。n有失真，但有失真，但可识别可识
11、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n失真大，失真大，无法识别无法识别 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2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 u1924 1924 年，奈奎斯特年，奈奎斯特(Nyquist)(Nyquist)就推导出了著名的就推导出了著名的奈氏准则奈氏准则。他。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输给出了在假
12、定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。速率的上限值。u在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码码间串扰间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。u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，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。那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。u奈奎斯特准则奈奎斯特准则：二进制数据信号的最大数据传输速率：二进制数据信号的最大数据传输速率R R
13、maxmax与通与通信信道带宽信信道带宽W W（W=fW=f，单位，单位HzHz）的关系为）的关系为R Rmaxmax=2=2f f（bpsbps）(1)(1)信道能够通过的频率范围信道能够通过的频率范围限制码元在信道上的传输速率的因素有两个限制码元在信道上的传输速率的因素有两个:2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识(2)(2)信噪比信噪比限制码元在信道上的传输速率的因素有两个限制码元在信道上的传输速率的因素有两个:u香农香农(Shannon)(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白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噪声干扰的信道的极限极
14、限、无差错的无差错的信息传输速率。信息传输速率。u在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，信道的极限信息信道的极限信息传输速率传输速率R Rmaxmax可表达为可表达为 R Rmaxmax=W W log log2 2(1+(1+S S/N N)bps)bps W W 为信道的带宽（以为信道的带宽（以 Hz Hz 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平均功率；N N 为信道内部的随机噪声功率。为信道内部的随机噪声功率。S/NS/N为信噪比为信噪比 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信道的带宽或信道中的信
15、噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。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。以找到某种办法来实现无差错的传输。若信道带宽若信道带宽W W 或信噪比或信噪比S S/N N 没有上限（当然实际信道不可能没有上限（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是这样的），则信道的极限信息传输速率R Rmaxmax也就没有上限。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。率低不少。香农公式表明香农公式表明
16、 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。码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。注意：注意：2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 让每个码元携带更多比特的让每个码元携带更多比特的信息量信息量。可用振幅调制、频率调制、相位调制。可用振幅调制、频率调制、相位调制。编码编码【举例举例】假定基带信号是：假定基带信号是：101011000
17、110111010.如果直接发送，每个码元携带的信息量是如果直接发送，每个码元携带的信息量是1bit。假如通过相位调制，用相。假如通过相位调制，用相位位0表示表示000，1表示表示001，2表示表示010，3表示表示011，4表示表示100，5表示表示101，6表示表示110，7表示表示111。那么刚才的。那么刚才的18个码元可转换为个码元可转换为6个新码元进个新码元进行发送：行发送：101011000110111010.=5 3 0 6 7 2若以同样速率发送码元，则相同时间内所发送的信息量就提高到若以同样速率发送码元，则相同时间内所发送的信息量就提高到3倍。倍。比如：信号发送速率为比如：信
18、号发送速率为2000b/s，经过以上，经过以上8种相位调制后，可获得相当于种相位调制后，可获得相当于多大的最高发送率？多大的最高发送率？2000b/s*3=6000b/s2.2 2.2 数据通信的基本知识数据通信的基本知识 传输介质就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理传输介质就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。传输介质可以分为两大类：通路。传输介质可以分为两大类：有线传输介质有线传输介质和和无线传输介无线传输介质，或引导型传输媒体或非引导型传输媒体。质，或引导型传输媒体或非引导型传输媒体。2.3 2.3 传输介质传输介质 传输介质的特性传输介质的特性物理特性：物理特性：传
19、输媒体的材质特性（物质构成、机械特性、温度性能、化学性能、几何尺寸、物理性质）传输特性：传输特性：传输容量、传输频率范围、衰减特性连通性：连通性：点对点？多点连接地理范围：地理范围：不用中间设备并将失真限制在允许范围内，整个网络所允许的最大距离。抗干扰性：抗干扰性：抵抗噪音、电磁干扰相对价格：相对价格：线路+元件+安装+维护=？线路使用方面：线路使用方面：1条？多条？定时、同步；控制信号、数据信号、定时信号怎么区分？u 双绞线双绞线 有线介质有线介质2.3 2.3 传输介质传输介质 双绞线双绞线RJ-45 和和AUIAttachment Unit Interface 屏蔽双绞线屏蔽双绞线STP
20、STP 无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线UTPUTP有线介质有线介质2.3 2.3 传输介质传输介质 有线介质有线介质2.3 2.3 传输介质传输介质 错误制作的错误制作的RJ-45RJ-45头头正确制作的正确制作的RJ-45RJ-45头头568A：白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕568B：白绿绿白橙蓝白蓝橙白棕棕 双绞线的制作主要使用双绞线的制作主要使用19911991年，美国电子工业协会年，美国电子工业协会EIAEIA和电和电信行业协会信行业协会TIATIA联合发布的标准联合发布的标准EIA/TIA-568EIA/TIA-568有线介质有线介质2.3 2.3 传输介质传输介质 u 同轴电缆同轴电缆5050
21、 同轴电缆同轴电缆7575 同轴电缆同轴电缆有线介质有线介质2.3 2.3 传输介质传输介质 外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体有线介质有线介质2.3 2.3 传输介质传输介质 服务器服务器客户机客户机客户机客户机客户机客户机BNC TBNC T型连接器型连接器 终端终端电阻电阻终端终端电阻电阻2.3 2.3 传输介质传输介质 u 光缆光缆 有线介质有线介质特点：特点：抗干扰能力强抗干扰能力强 低损耗低损耗 宽频带宽频带 高速率高速率 低误码率低误码率 安全性好安全性好 体积小重量轻体积小重量轻输入脉冲输入脉冲输出脉冲输出脉冲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
22、冲输出脉冲多模光纤2.3 2.3 传输介质传输介质 有线介质有线介质2.3 2.3 传输介质传输介质 无线介质无线介质非引导性传输媒体非引导性传输媒体电信领域使用的电磁波的频谱电信领域使用的电磁波的频谱2.3 2.3 传输介质传输介质 无线介质无线介质n无线传输所使用的频段很广。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。差。n微波在空间主要是直线传播。微波信号没有绕射功能，两个微波在空间主要是直线传播。微波信号没有绕射功能，两个微波信号只能在可视情况下才能正常接收微波信号只能在可视情况下才能正常接收,
23、大气对微波信号大气对微波信号的吸收与散射影响较大。的吸收与散射影响较大。地面微波接力通信地面微波接力通信卫星通信卫星通信 2.3 2.3 传输介质传输介质 无线介质无线介质微波接力通信模型微波接力通信模型2.3 2.3 传输介质传输介质 无线介质无线介质优点：优点：微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大 因为工业干扰和自然干扰对微波通信小，因而传输质量较高因为工业干扰和自然干扰对微波通信小，因而传输质量较高 与同容量和长度的电缆载波通信比较，建设投资少，见效快，易于跨越与同容量和长度的电缆载波通信比较，建设投资少
24、，见效快，易于跨越山区江河山区江河缺点：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 与电缆通信系统相比，它的隐蔽性和保密性较差与电缆通信系统相比，它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较多的人力和物力对大量中继站的使用和维护要耗费较多的人力和物力2.3 2.3 传输介质传输介质 无线介质无线介质 卫星通信是在地球站之间利用位于约卫星通信是在地球站之间利用位于约3万万6千公里高空的人千公里高空的人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信。造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通
25、信。2.3 2.3 传输介质传输介质 无线介质无线介质 卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距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。离无关。和微波接力通信相似，卫星通信的频带很宽，通信容量很和微波接力通信相似，卫星通信的频带很宽，通信容量很大，信号所受到的干扰也较小，通信比较稳定。大，信号所受到的干扰也较小，通信比较稳定。卫星通信非常适合于广播通信，因为它的覆盖面很广。但卫星通信非常适合于广播通信，因为它的覆盖面很广。但从安全方面考虑，卫星通信系统的保密性是较差的。从安全方面考虑，卫星通信系统的保密性是较差的。2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术 复用复用是
26、通信技术中的基本概念。是指在发送端将多路低速是通信技术中的基本概念。是指在发送端将多路低速信号合并成一路高速信号，在一条高速信道上传输，在接收端信号合并成一路高速信号，在一条高速信道上传输，在接收端在分解成多路低速信号。在分解成多路低速信号。共享信道信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2复用分用不使用复用技术使用复用技术 在进行通信时，在进行通信时，复用器复用器总是和总是和分用器分用器成对地使用。在复用成对地使用。在复用器和分用器之间是用户共享的器和分用器之间是用户共享的高速信道高速信道。分用器的作用正好和。分用器的作用正好和复用器的相反，它把高速信道传送过来的数据进行分
27、解，分别复用器的相反，它把高速信道传送过来的数据进行分解，分别送交到相应的用户。送交到相应的用户。2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术频分复用频分复用u在一条通信线路上设置多个信道，每路信道的信号以不同的在一条通信线路上设置多个信道，每路信道的信号以不同的载波频率进行调制。载波频率进行调制。u各个载波频率是不重叠的各个载波频率是不重叠的,一条通信线路就可以同时独立地一条通信线路就可以同时独立地传输多路信号。传输多路信号。u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。这个频带。u频分复用频分复用的所有用户在同样的时间占用不
28、同的带宽资源（请的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的注意，这里的“带宽带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。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 52.4 2.4 信道复用技术信道复用技术时分复用时分复用u时分复用时分复用则是将时间划分为一段段等长的则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧时分复用帧（TDM TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDMTDM帧中占用固定序号帧中占用固定序号的时隙。的时隙。u每一个用户所占用的时隙是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（其周
29、期就是TDM TDM 帧的长度）。帧的长度）。uTDM TDM 信号也称为信号也称为等时等时(isochronous)(isochronous)信号。信号。u时分复用的所有用户是在不同的时间占用时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的同样的频带宽度。频带宽度。2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术时分复用时分复用频率时间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2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术时分复用时分复用频率时间C DC DC DAAAABBBB C DB 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧
30、TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术时分复用时分复用频率时间BDBDBDAAAA BCCCC DC 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术时分复用时分复用频率时间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，
31、由于计算机数据的突发性质，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。用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。时分复用时分复用2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术时分复用时分复用用户ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab b cac d#2#3统计时分复用统计时分复用统计时分复用STDM(Statistic TDM)STDM(Statistic TDM)统计时分复用是一种改进的时分复用，它能明显地提高信统计时分复用是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。也称为道的利用率。也称为异步时分复用异步时分复
32、用。可能存在缓存溢出，增大。可能存在缓存溢出，增大开销等问题。开销等问题。2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术波分复用波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing）l波分复用就是波分复用就是光的频分复用光的频分复用；l在一根光纤上复用两路光载波信号，这种复用方式称为波分在一根光纤上复用两路光载波信号，这种复用方式称为波分复用复用WDM;WDM;l在一根光纤上复用几十路或更多路的光载波信号称为密集波在一根光纤上复用几十路或更多路的光载波信号称为密集波分复用分复用DWDMDWDM；l目前单模光纤的数据传输速率最高可以达到目前单模光纤的数据传输速率最高可以达到
33、20Gb/s 20Gb/s。2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术波分复用波分复用8 2.5 Gb/s1310 nm 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 20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km光调制器光解调器掺铒光纤放大器掺铒光纤放大器2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术码分复用码分复用u常用的名词是常
34、用的名词是码分多址码分多址 CDMA(Code Division Multiple CDMA(Code Division Multiple Access)Access)。每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行。每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。通信。u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。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。u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。声，不易被敌人发现。u在在CDMACDMA中，每一个比特时间划分为中，每一个比特时间
35、划分为m m个短的间隔，称为个短的间隔，称为码片码片。通常通常m m的值是的值是6464或或1281282.4 2.4 信道复用技术信道复用技术码分复用码分复用u每个站被指派一个唯一的每个站被指派一个唯一的 m bit m bit 码片序列。码片序列。如发送比特如发送比特 1 1，则发送自己的，则发送自己的 m bit m 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。u例如，例如，S S 站的站的 8 bit 8 bit 码片序列是码片序列是 0001101100011011。发送比特发送比特 1 1 时，就发送序列时，
36、就发送序列 0001101100011011，发送比特发送比特 0 0 时，就发送序列时，就发送序列 1110010011100100。uS S 站的码片序列：站的码片序列：(1 1 1+1+1 1+1+1)(1 1 1+1+1 1+1+1)u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交(orthogonal)(orthogonal)。u在实用的系统中是使用伪随机码序列。在实用的系统中是使用伪随机码序列。2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术码分复用码分复用u令向量令向量 S S 表示站表示站 S 的码片向量，令的码片向量，
37、令 T T 表示其他任何站的码表示其他任何站的码片向量。片向量。u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 的的规格化内积规格化内积(inner product)(inner product)都是都是 0 0：在实际系统中是使用伪随机码序列。：在实际系统中是使用伪随机码序列。u【举例】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)。带入公式可知，S与T向量正交。2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术码分复用码分复用u任何一个码片向量和该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
38、的规格化内积都是1 1。u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 11。2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术码分复用码分复用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数据码元比特发送端接收端2.4 2.4 信道复用技术信道复用技术码分复用码分复用【举例举例】四个基站用码分多址通信。四个站的码片分别为四个基站用码分多址通信。四个站的码片分别为:A:(-1-1-1+1+1-1+1+1)B:(-1-1+1-1+1+1+1-1)C:(-1+1-1+1
39、+1+1-1-1)D:(-1+1-1-1 -1 -1+1-1)（1）现收到这样序列）现收到这样序列:(0-2 0 0 0-2 2 2).问哪个站发送数据了问哪个站发送数据了？发送的数据是？发送的数据是1还是还是0？A:1,C:0（2）假如）假如B和和D同时分别发送数据同时分别发送数据1和和0，A和和C不发送，那么不发送，那么基站收到的序列是什么？基站收到的序列是什么？(0-2 2 0 2 2 0 0)2.5 2.5 数字传输系统数字传输系统脉码调制脉码调制PCM体制体制n在数字传输系统中在数字传输系统中脉码调制脉码调制PCMPCM体制最初是为了在电话局之体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送
40、多路的电话。间的中继线上传送多路的电话。n由于历史上的原因，由于历史上的原因，PCMPCM有两个互不兼容的国际标准，即北有两个互不兼容的国际标准，即北美的美的2424路路PCMPCM（简称为（简称为T1T1）和欧洲的）和欧洲的3030路路PCMPCM（简称为（简称为 E1E1）。）。我国采用的是欧洲的我国采用的是欧洲的E1E1标准。标准。nE1E1的速率是的速率是2.048Mb/s2.048Mb/s，而，而T1T1的速率是的速率是1.544Mb/s1.544Mb/s。n模拟电话信号转变为数字信号的大致如下。首先必须根据模拟电话信号转变为数字信号的大致如下。首先必须根据采样定理采样定理，只要采样
41、频率不低于电话信号最高频率的，只要采样频率不低于电话信号最高频率的2 2倍，倍，就可以从采样脉冲信号无失真地恢复出原来的电话信号。就可以从采样脉冲信号无失真地恢复出原来的电话信号。n当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。通常总是当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。通常总是将许多个话路的将许多个话路的PCMPCM信号用时分复用信号用时分复用TDMTDM的方法装成帧，然的方法装成帧，然后在送往线路上一帧一帧地传输。后在送往线路上一帧一帧地传输。2.5 2.5 数字传输系统数字传输系统脉码调制脉码调制PCM数字传输系统存在两个主要缺点数字传输系统存在两个主要缺点u速率标准不统一速率标准不统
42、一如果不对高次群的数字传输速率进行标准化，国际范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。围的高速数据传输就很难实现。u不是同步传输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主要是采用准同步方式准同步方式。2.5 2.5 数字传输系统数字传输系统同步光纤网同步光纤网 SONETSONETu美国美国19881988年首先推出了一个数字传输标准，叫做同步年首先推出了一个数字传输标准，叫做同步光纤光纤网网SONETSONET(Synchronous Optical Network)(Synchro
43、nous Optical Network)。u同步光纤网同步光纤网SONETSONET(Synchronous Optical Network)(Synchronous Optical Network)的各级的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。时钟都来自一个非常精确的主时钟。u第第 1 1 级级同步传送信号同步传送信号 STS-1(Synchronous Transport STS-1(Synchronous Transport Signal)Signal)的传输速率是的传输速率是 51.84 Mb/s51.84 Mb/s。u光信号则称为第光信号则称为第 1 1 级级光载波光载波 OC-1O
44、C-1，OC OC 表示表示Optical Optical CarrierCarrier。2.5 2.5 数字传输系统数字传输系统同步数字系列同步数字系列 SDHSDHuITU-T ITU-T 以美国标准以美国标准SONETSONET为基础，制订出国际标准为基础，制订出国际标准同步数字系同步数字系列列SDH(Synchronous Digital Hierarchy)SDH(Synchronous Digital Hierarchy)。u一般可认为一般可认为 SDH SDH 与与 SONET SONET 是同义词。是同义词。uSDH SDH 的基本速率为的基本速率为155.52Mb/s155.
45、52Mb/s，称为第，称为第1 1级级同步传递模块同步传递模块 STMSTM(Synchronous Transfer Module)(Synchronous Transfer Module)，即，即STM-1STM-1，相当于，相当于 SONETSONET体系中的体系中的OC-3OC-3速率。下表给出了速率。下表给出了SONETSONET和和SDHSDH的比较。的比较。uSDH/SONETSDH/SONET定义了标准光信号，规定了波长定义了标准光信号，规定了波长1310nm1310nm和和1550nm1550nm的的激光源。在物理层为宽带接口使用了帧技术以传递信息，为激光源。在物理层为宽带接
46、口使用了帧技术以传递信息，为数字信号的复用和操作过程定义帧结构。数字信号的复用和操作过程定义帧结构。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-96STM-32
47、9953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/s39813.120 OC-768/STS-768 STM-256 40 Gb/s SONET的OC/STS级与SDH的STM级的对应关系 2.5 2.5 数字传输系统数字传输系统2.6 2.6 宽带接入技术宽带接入技术一、一、xDSLxDSL技术技术uxDSL xDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改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。造，使它能够承载宽带业务。u虽然标准模拟电话信号的频带被限制在虽然标准模拟电话信号的频带被限制在300-3400Hz300-3400Hz的范
48、围内，的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过1MHz1MHz。uxDSL xDSL 技术就把技术就把0-4kHz0-4kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原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。来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。uDSL DSL 就是数字用户线就是数字用户线(Digital Subscriber Line)(Digital Subscriber Line)的缩写。的缩写。而而DSLDSL的前缀的前缀x x则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。2.
49、6 2.6 宽带接入技术宽带接入技术xDSLxDSL的几种类型的几种类型lADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字：非对称数字用户线用户线lHDSL(High speed DSL)HDSL(High speed DSL)：高速数字用户线：高速数字用户线lSDSL(Single-line DSL)SDSL(Single-line DSL)：1 1对线的数字用户线对线的数字用户线lVDSL(Very high speed DSL)VDSL(Very high spee
50、d DSL)：甚高速数字用户线：甚高速数字用户线lDSLDSL：是使用：是使用ISDNISDN（Integrated Services Digital Network)Integrated Services Digital Network)综合业务数字网用户线。综合业务数字网用户线。lRADSL(Rate-Adaptive DSL)RADSL(Rate-Adaptive DSL)：速率自适应：速率自适应DSLDSL，是，是ADSLADSL的一个的一个子集，可自动调节线路速率。子集，可自动调节线路速率。2.6 2.6 宽带接入技术宽带接入技术极限传输距离极限传输距离n极限传输距离与数据率以及用户