第二章计算机网络 物理层

1、计算机网络（第计算机网络（第 6 版）版） 第 2 章 物理层 第第 2 章章 物理层物理层 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 导引型传输媒体 2.3.2 非导引型传输媒体 第第 2 章章 物理层（续）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 ADSL技术 2.6.

2、2 光纤同轴混合网（HFC 网） 2.6.3 FTTx 技术 2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念 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： l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。 l电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的 范围。 l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。 l过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现 顺序。 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 l数据(data)通常是指预先约定的具有某种含义 的数字、符号和字母的组合。 l信号(signal)数据在传输过程中的电磁波的表

3、示 形式。 l“模拟的”(analogous)连续变化的。 l“数字的”(digital)取值是离散的。 l调制把数字信号转换为模拟信号的过程。 l解调把模拟信号转换为数字信号的过程。 l信道表示向某一方向传送数据的传输介质。 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 数据和信号 模拟数据 数字数据 信息数据 模拟信号 数字信号 有意义的实体 涉及数据的 内容和解释 在某个区间产生连续的值 产生离散的值 是数据的电磁 (或电子)编码 涉 及 到 事 物的形式 是一种连续变化的电磁波 是一系列的电压脉冲 信号 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 模拟数据模拟信号 放大器 调制器 模拟数

4、据数字信号 PCM 编码器 数字数据模拟信号调制器 数字数据数字信号 数字 发送器 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 信源和信宿：信源就是信息的发送端，是发出待传送信息的设备；信宿就是信息的接收 端，是接收所传送信息的设备。 信号转换设备：是将信源发出的信息转换成适合于在信道上传输的信号的设备。 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 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 正文 正文

5、 数据通信系统 源系统目的系统传输系统 输 出 信 息 PC 机 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 通信系统举例 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 通信系统举例 (b) 局域网用户通过Internet上网通信 SiSi Internet SiSi Token-ring 2.2 数据通信的基础知识数据通信的基础知识 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

6、数据通信系统 源系统目的系统传输系统 输 出 信 息 PC 2.2数据传输方式数据传输方式 1、并行传输与串行传输 2、异步传输与同步传输 3、单工、半双工和全双工传输 4、模拟传输和数字传输 2.2数据传输方式数据传输方式 并行传输 并行传输指的是数据以成组 的方式， 在多条并行信道上同时进行 传输。 2.2数据传输方式数据传输方式 串行传输 串行传输指的是组成字符 的若干位二进制码排列成 数据流在一条信道上逐位 顺序传输。 2.2数据传输方式数据传输方式 异步传输 不论字符所采用的代码 为多少位，在发送每一 个字符代码（即字符的 数据位）时，都要在前 面加上一个起始位，表 示一个字符的开始

7、；后 面加上一个停止位，表 示一个字符的结束。 2.2数据传输方式数据传输方式 同步传输 2.2数据传输方式数据传输方式 l单工传输只能有一个方向的通信而没有反方向 的交互。 l半双工传输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)。 l全双工传输通信的双方可以同时发送和接收信 息。 2.2数据传输方式数据传输方式 l模拟传输 模拟信号：时间和幅度取值连续变化 的信号量。 模拟信道：适于模拟信号传输的信道 模拟传输系统：传输模拟信号的通信系统 l数字传输 数字信号：时间和幅度取值离散 （不连续变化）的信号量。 数字信道：适于数字信号传输的信道 数字传输系统：传输数字信

8、号的通信系统 幅度 时间 幅度 时间 2.2.2 有关信号的几个基本概念有关信号的几个基本概念 l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。 l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)。 l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。 2.3数据传送技术数据传送技术 l1、数据序列的电信号表示 l2、信道容量的概念 l3、基带传输 l4、频带传输 l5、数字数据传输 2.3数据传送技术数据传送技术 数据序列 单极性不归零码 单极性归零码 双极性不归零码 双极性归零码 0 1 0 0 1 1 0 0

9、0 1 1 1 2.3数据传送技术数据传送技术 数据序列 伪三元编码 曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码 差分编码 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 2.3数据传送技术数据传送技术 基带信号 在数据通信中，表示计算机中二进制比特序列 的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号。人们把矩 形脉冲信号的固有频带称作基本频带(简称为基带)， 这种矩形脉冲信号就叫做基带信号。 在数字信道上，计算机中的数据是以矩形 脉冲信号直接传送的，这种传送方法称为基带传 输。 2.3数据传送技术数据传送技术 l频带传输又称为调制传输，就是先 将基带信号变换成便于在模拟信道 中传输的、具有较高频率范围的信 号（频带

10、信号），再将这种频带信 号在信道中传输。 2.3数据传送技术数据传送技术 数字数据，模拟传输 l有些传输媒体只适合于传输模拟信号，为充 分利用现有的传输资源，必须将数字数据转 换为模拟信号才能传输。 l将数字数据转换为模拟信号的过程叫调制 （实际上是用数字信号控制模拟信号的某些 参数，使模拟信号携带信息）。 l将携带信息的模拟信号转换成数字数据（或 称从已调制的模拟信号中提取数字数据）的 过程叫解调。 l最常用的数字数据模拟信号转换设备是 调制解调器（MODEM），同时具有调制 和解调的功能，在数据通信系统中，是一 种典型的DCE设备。 l常用的调制技术： 载波：一种便于发射和接收，及技术实现

11、的高 频简谐波或周期性脉冲信号。 当载波为高频简谐波时，可用三个参数描述： 振幅、频率、相位。控制这三个参数变化，可 以实现调制功能。 数字数据，模拟传输 2.3数据传送技术数据传送技术 l以数字数据控制载波的幅度，称为数字调幅， 又称幅移键控，简称ASK。 l以数字数据控制载波的相位，称为数字调相， 又称相移键控，简称PSK。 l以数字数据控制载波的频率，称为数字调频， 又称频移键控，简称FSK。 数字数据，模拟传输 2.3数据传送技术数据传送技术 2.3数据传送技术数据传送技术 010011100 基带信号 调幅 调频 调相 2.3数据传送技术数据传送技术 抽样量化编码 模拟数据 数字信号

12、 数字 信道 解码恢复 数字信号 模拟数据 2.3数据传送技术数据传送技术 时间量化 幅值量化 采样间隔Ts 2 fc 模拟数据 数字信号 基带基带(baseband)信号和信号和 带通带通(band pass)信号信号 l基带信号（即基本频带信号）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。 l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)。 l带通信号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能够通

13、过 信道）。 几种最基本的调制方法几种最基本的调制方法 l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。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行 调制(modulation)。 l最基本的二元制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。 对基带数字信号的几种调制方法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 正交振幅调制正交振幅调制 QAM (Quadrature Amplitude

14、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 解调时要正确识别每一种状态就越困难。 举例 2.2.3 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， 在信道的输出端的波形的失真就越严重。 数字信号通过实际的信道数字信号通过实际的信道 l有失真，但可识别有失真，

15、但可识别 l失真大，无法识别失真大，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 l信道容量是指在一定的条件下，给定通信路径 （信道）上所能达到的最大数据传输速率。 2.3数据传送技术数据传送技术 信道容量 噪声 误码率 带宽 数据传输速率 (1) 信道能够通过的频率范围信道能够通过的频率范围 l1924 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，为了避免码间串 扰，码元的传输速率的上限值。 l在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就

16、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。 l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。 l理想低通信道的最高码元传输速率 N= 2W Baud lW 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) 2.3数据传送技术数据传送技术 l在理想低通信道中，如果信道带宽WHz，则最高码 元传输速率是每秒 2 W 个码元。 l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。 lBaud 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。 2.3数据传

17、送技术数据传送技术 l实际的信道所能传输的最高码元速率，要明 显地低于奈氏准则给出上限数值。 l波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。 波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码 元）。码元传输速率也称为调制速率、波形速率 或符号速率。 比特是信息量的单位。 要强调以下两点 2.3数据传送技术数据传送技术 l信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“波 特”在数量上有一定的关系。 l若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则“比特/秒” 和“波特”在数值上相等。 l若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则 N Baud 的码元传输速率所对应的信息传输速率为 N n b/s。

18、 2.3数据传送技术数据传送技术 传输比特流 10011100 10 01 11 00 2bit一组 4种幅度,1个码元携 带2bit信息, n = log2M (M 码元状态数) t 3 2 1 0 2.3数据传送技术数据传送技术 l无噪声的情况下，在带宽为W的信道，其最大的数 据传输速率C（信道容量）为 C=2Wlog2M 2.3数据传送技术数据传送技术 l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。 l信道的极限信息传输速率 C(信道容量） 可表 达为 C = W log2(1+S/N) b/s W 为信道的带宽（以 Hz

19、 为单位）； S 为信道内所传信号的平均功率； N 为信道内部的高斯噪声功率。 2.3数据传送技术数据传送技术 l例2-7 一个数字信号通过两种物理状态经信 噪比为20dB的3kHz带宽的信道传送，其数据 率不会超过多少？ 应用举例 2.3数据传送技术数据传送技术 解：已知信噪比电平为20dB，则信噪功率比 S/N = 100 C = 3000log2(1+100)=30006.66=19.98 kbit/s 数据率不会超过19.98 kbit/s l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。 l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

20、错的传输。 香农公式表明 2.3数据传送技术数据传送技术 l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。 l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。 香农公式表明 2.3数据传送技术数据传送技术 奈氏准则和香农公式在数据通信系统作用范围 源系统传输系统目的系统 传输 系统 源点 终点发送器接收器 输 入 信 息 输 出 信 息 输 入 数 据 输 出 数 据 发送的 信号 接收的 信号 码元传输速率受 奈氏准则的限制 信息传输速率受 香农公式的限制 2.3数据传送技术数据传送技术 香农公式表明

21、香农公式表明 l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。 l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。 l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。 l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。 请注意请注意 l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物理层下面的传

22、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)f LFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF 波段 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 100 102 104 106 108 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电信领域使用的电磁波的频谱 2.3.1 导引型传输媒体导引型传输媒体 l双绞线 屏蔽双绞线 STP (

23、Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) l同轴电缆 50 同轴电缆 75 同轴电缆 l光缆 各种电缆各种电缆 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 无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STP 同轴电缆 光线在光纤中的折射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

24、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多模光纤与单模光纤 输入脉冲 输出脉冲 多模光纤 l在交通不便、施工不便的地方（高山、海洋 、城市），或距离较远的情况下，使用无线 传输方式，成本较低。 l信息技术的发展，人们要求在运动中进行电 话通信或计算机通信。 l无线电波可以在自由空间各个方向传播，实 现多种通信。这种通信不使用前述的各种导 向传输媒体，故称为“非导向传输媒体”。 2.3.2 非导引型传输媒体 l无线传输所使用的频段很广，人们可以根据需要使 用不同频段特性进行通信。 l传统无线电：长波、中波、短波 甚高频、特高频、超高频、极高频 l微波通信（240G

25、Hz，直线传播) 地面接力微波：在地面建立若干微波中继站，中 继站将前一站信号接收，放大后转发到下一站， 实现“接力”式传输。 卫星通信：将微波中继站放在卫星上实现。通信 建立远，覆盖面积大。 l无线传输所使用的频段很广。 l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。(多径干扰) l微波在空间主要是直线传播。 地面微波接力通信 卫星通信 l地面微波的工作频率范围一般为120 GHz，其特 点是直线传播，因此只能在视距范围内进行传输。 由于受到地形和天线高度的限制，两微波站间的通 信距离一般为3050 km。 l优点：通信信道容量大；传输质量高；投资少； l缺点：LOS；雨衰；隐

26、蔽、保密性差；人力物力消 耗大； l 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。 l同步卫星发射出的电磁波能辐射到地球上的通信覆 盖区的跨度达18000多公里。 l只要地球赤道上空的同步轨道上，等距离地放置3 颗相隔120度的卫星，就能基本上实现全球的通信 。 l无线电波是一个广义的概念，从含义上讲，无线电 波是全向传播，而微波是定向传播。 l 无线电波不同频段用于不同通信方式 3 30 MHz，用于短波通信； 30300MHz，用于数据通信； 蜂窝无线电移动通信。 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 l 红外线技术已经在计算机通信中得到了应用，例如 两台笔记本电脑对

27、着红外接口，可传输文件。 l 红外线链路只需一对收发器，可调制不相干的红外 光，在视线距离的范围内传输，具有很强的方向性 。 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 调制非相干红外线光 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 无线局域网使用的无线局域网使用的 ISM 频段频段 26 83.5 125 频带 MHz MHz MHz 频率 902 928 2.4 2.4835 5.725 5.850 MHz MHz GHz GHz GHz GHz +( ) 2.4 信道复用技术信道复用技术 2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用、时分复用和统计时分复用 l复用复用(multi

28、plexing)是通信技术中的基本概念是通信技术中的基本概念 + A1A2 B1B2 C1C2 A1A2 B1B2 C1C2 共享信道 (a) 使用单独的信道 (b) 使用共享信道 复用分用 频分复用频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing) l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。 l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 频带 1 频带 2 频带 3 频带 n 时分复用时分复用TDM (Time Division Multiplexing)

29、l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。 l每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。 lTDM 信号也称为等时(isochronous)信号。 l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。 时分复用时分复用 频率 时间 B C DB C DB C DB C DAAAA TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧 TDM 帧 周期性出现周期性出现 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 B C D a ab b c d b ca t t

30、t t t 4 个时分复用帧 #1 a c b cd 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。 统计时分复用统计时分复用 STDM (Statistic TDM) 用户 A B C D a b c d t t t t t 3 个 STDM 帧 #1 a c b ab bcacd #2#3 统计时分复用 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 7 0 1550 nm 1 1551 nm

31、2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 2.4.2 波分复用波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing) l波分复用就是光的频分复用波分复用就是光的频分复用 8 2.5 Gb/s 1310 nm 20 Gb/s 复 用 器 分 用 器 EDFA 120 km 光调制器光解调器 2.4.3 码分复用码分复用 CDM (Code Division Multiplexing) l常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。 l各

32、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。 l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。 l每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片 (chip)。 码片序列码片序列(chip sequence) l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。 l例如，S 站的 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。 lS 站的码片序列：(1 1 1

33、+1 +1 1 +1 +1) CDMA 的重要特点的重要特点 l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)。 l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码片序列的正交关系 l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。 l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： 0 1 1 m i iiT S m TS(2-3) 码片序列的正交关系举例码片序列的正交关系举例 l令向量 S 为(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向量 T 为 (1 1 +1 1 +

34、1 +1 +1 1)。 l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。 l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 。 l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正交关系的另一个重要特性 m i m i i m i ii m S m SS m 11 22 1 1) 1( 111 SS CDMA 的工作原理的工作原理 S 站的码片序列 S 110 t t t t t t m 个码片 tS 站发送的信号 Sx T 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

35、码元比特数据码元比特 发 送 端 接 收 端 2.5 数字传输系统数字传输系统 l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。 l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。 lE1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。 l当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。 旧的数字传输系统旧的数字传输系统 存在着许多缺点存在着许多缺点 最主要的是以下两个方面： l速率标准不统一。 如果不对高次群的数字传输速

36、率进行标准化，国际范围 的高速数据传输就很难实现。 l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。 同步光纤网同步光纤网 SONET l同步光纤网 SONET (Synchronous Optical Network) 的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。 l第 1 级同步传送信号 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的传输速率是 51.84 Mb/s。 l光信号则称为第 1 级光载波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。 同步数字系列同步数字系列 SDH lITU-T 以美国标准 SONET 为基

37、础，制订出国际标 准同步数字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。 l一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词。 lSDH 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 466.560OC-9/STS-9STM-3 622.0

38、80OC-12/STS-12STM-4622 Mb/s 933.120OC-18/STS-18STM-6 1244.160OC-24/STS-24STM-8 2488.320OC-48/STS-48STM-162.5 Gb/s 4976.640OC-96/STS-96STM-32 9953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/s 39813.120 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 2.6 宽带接入技术宽带接入技术 2.6.1 ADSL技术技术 lADSL 技术就是用数字

39、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。 l标准模拟电话信号的频带被限制在 3003400 Hz 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。 lADSL 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。 l具体工作流程是：经ADSL Modem编码后的信号通过电话线 传到电话局后再通过一个分离器，如果是语音信号就传到电 话交换机上，如果是数字信号就接入Internet。 lDSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。 DSL 的几种类型的几种类型 lADSL (As

40、ymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数 字用户线 lHDSL (High speed DSL)：高速数字用户线 lSDSL (Single-line DSL)：1 对线的数字用户线 lVDSL (Very high speed DSL)：甚高速数字用户线 lDSL ：ISDN 用户线。 lRADSL (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）。 ADSL 的极限传输距离的极限传输距离 lADSL 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

41、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。 l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。 l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 的特点的特点 l上行和下行带宽做成不对称的。 l上行指从用户到 ISP，而下行指从 ISP 到用户。 lADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个 ADSL 调 制解调器。 l我国目前采用的方案是离散多音调 DMT (Discrete Multi-Tone)

42、调制技术。这里的“多音调”就是“多载 波”或“多子信道”的意思。 DMT 技术技术 lDMT 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。 l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。每两个子信道之间就有 0.3125kHz的频隔离区。 l理论上每赫兹可以传输15bits数据，所以ADSL的理论 上行速度为25*4*15

43、=1.5Mbps，而理论下行速度为 249415=14.9Mbps DMT 技术的频谱分布技术的频谱分布 频谱 频率 上行信道 传统电话 04 下行信道 (kHz) 401381100 ADSL 的数据率的数据率 l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。 l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。 lADSL 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。 l

44、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。 ADSL 的组成的组成 ATU-C ATU-C ATU-R ATU-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 PS PS 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) 第二代第二代 ADSL ADSL2（G.992.3 和和 G.992.4） ADSL2+（G.992.5） l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 MH