计算机网络技术 CH2-物理层

1、计算机网络技术计算机网络技术课件制作人：白成杰第2章 物 理 层 物理层的基本概念物理层的基本概念2.1数据通信的基础知识数据通信的基础知识2.2物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体2.3模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输2.4主要内容(1)课件制作人：白成杰主要内容(2)信道复用技术信道复用技术2.5同步光纤网同步光纤网SONETSONET和同步数字系列和同步数字系列SDHSDH2.6物理层标准举例物理层标准举例EIA232EIA232接口标准接口标准2.7宽带接入技术宽带接入技术2.8课件制作人：白成杰2.1 物理层的基本概念n物理层的物理层的定义定义与与功能功能n物理层的物理层的主

2、要任务主要任务n物理层的物理层的研究内容研究内容课件制作人：白成杰物理层的物理层的定义定义与与功能功能nISO/OSI 关于物理层的关于物理层的定义定义：物理层提供机械：物理层提供机械的、电气的、功能的和规程的特性，目的是启的、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动、维护和关闭数据链路实体之间进行比特传输的输的物理连接物理连接。这种连接可能通过。这种连接可能通过中继系统中继系统，在中继系统内的传输也是在物理层的。在中继系统内的传输也是在物理层的。n功能功能：在两个网络设备之间提供：在两个网络设备之间提供透明的透明的比特流比特流传输。传输。课件制作人：白成

3、杰物理层的物理层的主要任务主要任务n物理层物理层的的主要任务主要任务描述为确定与传输媒体的描述为确定与传输媒体的接口的一些特性接口的一些特性 n机械特性机械特性:指明接口所用接线器的形状和尺寸、指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等引线数目和排列、固定和锁定装置等n电气特性电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围压的范围n功能特性功能特性:指明某条线上出现的某一电平的电压指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义表示何种意义n规程特性规程特性:指明对于不同功能的各种可能事件的指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序出现顺序课

4、件制作人：白成杰物理层的物理层的研究内容研究内容n物理连接的启动和关闭，正常数据的物理连接的启动和关闭，正常数据的传输，以及维护管理。传输，以及维护管理。n注意注意：物理层的协议：物理层的协议也常称为也常称为物理层物理层规程规程(procedure)(procedure)课件制作人：白成杰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 信道的最高码元传输速率2.2.4 信道的极限信息传输速率课件制作人：白成杰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

5、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：白成杰几个术语（）n信息信息: 数据、消息或信号所包含的内容，用来消除数据、消息或信号所包含的内容，用来消除对客观事物认识的不确定性。对客观事物认识的不确定性。n数据(data)运送信息的实体。本课程所说的数本课程所说的数据据,指的是具有离散形式的并由字母、符号、数码指的是具有离散形式的并由字母、符号、数码等表示的信息。而在研究具体的传输问题时等表示的信息。而在研究具体的传输问题时,常常常常把数据限定为数字计算机和其他数字设备输出的把数据限定为数字计算机和其他数字设备输出的二进制

6、代码。二进制代码。n消息消息:关于人或事物情况的报道。关于人或事物情况的报道。n信号信号(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。 课件制作人：白成杰几个术语（）u数据传输数据传输:利用信号把数据从一个地方送到利用信号把数据从一个地方送到另一个地方的过程。另一个地方的过程。u数据通信数据通信:包括数据传输和数据在传输前后包括数据传输和数据在传输前后的处理的处理(如数据集中、数据交换等如数据集中、数据交换等)。它是机。它是机器与机器、机器与人之间的通信。器与机器、机器与人之间的通信。课件制作人：白成杰几个术语（）n“模拟的”(analogous)连续变化的。n“数字的”

7、(digital)取值是离散数值。n调制把数字信号转换为模拟信号的过程。n解调把模拟信号转换为数字信号的过程。 课件制作人：白成杰信号转换的四种情况 模拟数据模拟信号放大器调制器模拟数据数字信号 PCM编码器数字数据模拟信号调制器数字数据数字信号 数字发送器课件制作人：白成杰 2.2.2 有关信道的几个基本概念n信道:一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体n信道和电路并不等同:一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道课件制作人：白成杰通信的三种基本方式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

8、(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：白成杰基带信号和宽带信号 n基带信号(baseband) :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宽带信号(broadband) :则是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号。 课件制作人：白成杰2.2.3 信道的最高码元传输速率 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。n码元码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号：时间轴上

9、的一个信号编码单元。编码单元。课件制作人：白成杰t t码元码元1 1码元码元2 2码元码元3 3码元码元4 4码元码元5 5信号信号同步脉冲同步脉冲同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始课件制作人：白成杰数字信号通过实际的信道 n失真不严重n失真严重 实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输入信号波形输出信号波形(失真不严重)输入信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输出信号波形(失真严重)课件制作人：白成杰奈氏(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

10、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) 课件制作人：白成杰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：白成杰要强调以下两点 n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。n波特(Baud)和比特(bit)是两个不同的概念。 n波特是码

11、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。n比特是信息量的单位。 课件制作人：白成杰注意 n信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“波特”在数量上却有一定的关系。n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。n若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则 M Baud 的码元传输速率所对应的信息传输速率为 M n b/s。 课件制作人：白成杰2.2.4 信道的极限信息传输速率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

12、 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。 香农公式香农公式课件制作人：白成杰香农公式表明 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：白成杰奈氏准则和香农公式在数据通信

13、系统中的作用范围 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课件制作人：白成杰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 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1

14、018 1020 1022 1024 移动无线电 电信领域使用的电磁波的频谱传输媒体的含义与分类传输媒体的含义与分类课件制作人：白成杰2.3.1 导向传输媒体n双绞线n屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)n无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) n同轴电缆n50 同轴电缆n75 同轴电缆n光缆 课件制作人：白成杰双绞线双绞线（Twist Pair，TP）-螺旋绞合的双导线螺旋绞合的双导线-每根每根4对、对、25对、对、1800对对-典型连接距离典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头插座、插头-优缺点：优缺点： 成本低成

15、本低 组装密度高、节省空间组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统）安装容易（综合布线系统） 平衡传输（高速率）平衡传输（高速率） 抗干扰性一般抗干扰性一般 连接距离短连接距离短应用领域：电话网络、计算机局域网应用领域：电话网络、计算机局域网内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘内屏蔽内屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套课件制作人：白成杰屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP) 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以减少干扰和串音，应用较少双绞线外无任何屏蔽层，应用广泛常用的双绞线：常用的双绞线：3类（类（16Mb/s） 和和5类（类（155Mb/s）两种）两种课件制作人：白成杰双绞线的连接标准色彩标记和连接方

16、法： 白棕，棕4白绿，绿3白橙，橙2白蓝，蓝1色彩码线对87654321876543218765432187654321交叉线交叉线EIA-568B直连线直连线EIA-568A交叉线：交换机-交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口)直连线：PC/路由器-交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口)课件制作人：白成杰光纤光纤（Optical Fiber）依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播优缺点：优缺点： 传输带宽高：传输带宽高：仅受光电转换器件的限制（仅受光电转换器件的限制（100Gb/s） 传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输

17、抗干扰性能极好、误码率低，保密性好抗干扰性能极好、误码率低，保密性好 轻便轻便 价格较高价格较高 需要光电转换需要光电转换纤芯材料：纤芯材料： 塑料塑料 二氧化硅二氧化硅 （高纯玻璃）（高纯玻璃）纤芯包层保护层课件制作人：白成杰光纤传输原理光纤传输原理光的反射光的反射光从折射率高的介质入射到折射率低的介质时会产光从折射率高的介质入射到折射率低的介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射角角临界值时产生全反射，不会泄漏。临界值时产生全反射，不会泄漏。 纤芯纤芯-折射率高，玻璃包层折射率高，玻璃包层-折射率低折射率低亮度调制：有光脉冲亮度调制

18、：有光脉冲-1，无光脉冲，无光脉冲-0光传输系统：光源、介质、光检测光传输系统：光源、介质、光检测光源：光源：850nm/1300nm/1500nm，发光二极管，发光二极管/激光二极管激光二极管 光检测器：光电二极管光检测器：光电二极管PIN/雪崩二极管雪崩二极管APD单向传输，双向需两根光纤单向传输，双向需两根光纤应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接课件制作人：白成杰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） 包层纤芯光纤所用材料为玻璃，外层有包层和缓冲涂覆层光纤所用材料为玻璃，外层

19、有包层和缓冲涂覆层课件制作人：白成杰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电转换LED发送端输入光电转换PIN接收端输出光纤光信号课件制作人：白成杰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课件制作人：白成杰典型的光缆单芯光缆单芯光缆多芯光缆多芯光缆常见规格：纤芯常见规格：纤芯50um缓变型缓变型-MMF 62.5um缓变型缓变型/增强型增强型-MMF 8.3um突变型突变型-SMF 包层包层125um玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外壳外壳课件制作人：白成杰n

20、高密度多芯光缆高密度多芯光缆剖面结构剖面结构芯芯封套封套外套外套加强芯加强芯光纤光纤外鞘外鞘加强芯加强芯光纤束光纤束课件制作人：白成杰2.3.2 非导向传输媒体 n信号在大气或外层空间自由传播信号在大气或外层空间自由传播n使用电磁波或光波携带信息使用电磁波或光波携带信息n优缺点：优缺点：无需物理连接无需物理连接适用于长距离或适用于长距离或不便布线的场合不便布线的场合易受干扰易受干扰反射，为障碍物反射，为障碍物所阻隔所阻隔n主要类型主要类型：无线电无线电地面微波地面微波通信卫星通信卫星红外线红外线课件制作人：白成杰无线电无线电基站与终端之间通信采用无线链路应用领域：移动通信、无线局域网（WLAN

21、）BS基站覆盖的无线电区域基站覆盖的无线电区域BS基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端课件制作人：白成杰地面微波地面微波通过地面站之间接力传送通过地面站之间接力传送接力站之间距离：接力站之间距离：50 -100 km速率：每信道速率：每信道 45 Mb/s地球地球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课件制作人：白成杰地球同步卫星地球同步卫星与地面站相对固定位置，使用3颗卫星即可覆盖全球，传输延迟时间长（270ms），广播式传输，应用领域：电视传输、长途电话、专用网络、广域网35,784公里公里地球地球课件制作人：白成杰2.4 模拟传输与数字传输 2.4.1 模拟

22、传输系统 电话交换网的结构电话交换网的结构课件制作人：白成杰电话交换网n长途干线最初采用频分复用 FDM 的传输方式nFDM (Frequency Division Multiplexing)n目前我国长途通信线路已实现了数字化，因而现在的模拟通信电路就只剩下从用户电话机到市话交换机之间的这一段几公里长的用户线上。课件制作人：白成杰2.4.2 调制解调器 n数据经过模拟传输系统后可能会出现差错。 出现差错010010 0100还原后的数据t接收到的失真信号010011100t发送的基带信号t采样时刻课件制作人：白成杰调制解调器的作用n调制解调器(modem)包括：n调制器(MOdulator)

23、：把要发送的数字信号转换为频率范围在 3003400 Hz 之间的模拟信号，以便在电话用户线上传送。n解调器(DEModulator)：把电话用户线上传送来的模拟信号转换为数字信号。n本书中的调制解调器是指使用在标准的二线模拟话路（3.1 kHz 的标准话路带宽）上的调制解调器。 课件制作人：白成杰调制解调器的作用（续）n调制器的主要作用就是个波形变换器，它把基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形 n解调器的作用就是个波形识别器，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。n若识别不正确，则产生误码。n在调制解调器中还要有差错检测和纠正的设施。 课件制作人：白成杰几种最基本的

24、调制方法 n调制就是进行波形变换（频谱变换）。 n最基本的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：白成杰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：白成杰一种正交调制 QAM nQAM (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

25、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。 课件制作人：白成杰调制解调器的速率 n目前调制解调器的信息传输速率已很接近于香农的信道容量极限了。 n要提高信息传输速率，只能设法提高信噪比。 n在电话的用户线上，最大的噪声来自模拟到数字的模数转换所带来的量化噪声。 课件制作人：白成杰产生量化噪声的地方（经过 A/D 变化的地方） A2/4A/DA/DD/AD/A数字信号数字信号交换机 1交换机 2V.34 33.6 kb/s 调制解调器BD/AA/D4/2V.34 33.6 kb/s 调制解调器产生量化噪声产生量化噪声使

26、用 V.34 调制解调器（33.6 kb/s） 产生量化噪声产生量化噪声用户环路模拟信号用户环路模拟信号课件制作人：白成杰产生量化噪声的地方（续） （经过 A/D 变化的地方） 使用 V.90 调制解调器（56 kb/s） A2/4A/DA/D交换机因特网服务提供者V.90 56 kb/s调制解调器D/AV.90 56 kb/s调制解调器数字信号数字信号 至因特网（数字信号）用户环路模拟信号仅在此处产生量化噪声仅在此处产生量化噪声课件制作人：白成杰调制解调器使用异步通信方式 n数据通信可分为同步通信和异步通信两大类：n同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致。发送端发送连续的比特流。n异

27、步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。 n异步通信的通信开销较大，但接收端可使用廉价的、具有一般精度的时钟来进行数据通信。课件制作人：白成杰2.4.3 数字传输系统 n现在的数字传输系统均采用脉码调制 PCM (Pulse Code Modulation)体制。 采样周期 Tt信号t采样1001001111000010t编码t解码t还原课件制作人：白成杰时分复用 n为了有效地利用传输线路，可将多个话路的PCM 信号用时分复用 TDM (Time Division Multiplexing)的方法装成时分复用帧，然后发送到线路上

28、。n中国采用欧洲体制，以 E1 为一次群。n美国和日本等国采用北美体制，以 T1 为一次群。课件制作人：白成杰E1 的时分复用帧 2.048 Mb/s传输线路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1时分复用帧T CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH08 bitt时分复用帧时分复用帧T = 125 ms15 个话路15 个话路课件制作人：白成杰2.5 信道复用技术 2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 含义含义:由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号

29、所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号同时共用一条物理线路。信号同时共用一条物理线路。课件制作人：白成杰频分复用 频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 5n频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。课件制作人：白成杰时分复用 频率时间B C DB C DB C DB C DAAAA在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧n时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。 课件制作人：白成杰

30、时分复用 频率时间C DC DC DAAAABBBB C D在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧课件制作人：白成杰时分复用 频率时间BDBDBDAAAA BCCCC D在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧课件制作人：白成杰时分复用 频率时间B CB CB CAAAA B CDDDD在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧课件制作人：白成杰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用户课件制作人：白成杰

31、统计时分复用 STDM 用户ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用课件制作人：白成杰 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 2.5.2 波分复用 WDM 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课

32、件制作人：白成杰2.5.3 码分复用 CDM 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：白成杰码片序列(chip sequence) n每个站被指派一个惟一的 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 bit 码片序列是 00

33、011011。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：白成杰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：白成杰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： 011miiiTSmTS(A)课件制作人：白成杰

34、内积运算n内积(dot product,scalar product,inner product)是一种向量运算。设向量A=a1,a2,.an，B=b1,b2.bn则向量A和B的内积表示为:AB=(A,B)a1b1a2b2anbn 课件制作人：白成杰码片序列的正交关系举例 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(A)式就可看出这两个码片序列是正交的。 课件制作人：白成杰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。

35、正交关系的另一个重要特性 mimiimiiimSmSSm112211) 1(111SS课件制作人：白成杰CDMA 的工作原理n假设X站接收来自多个站的发送数据,现要确定S站向X站发送的数据,其过程如下:nX站必须知道站必须知道S站特有的码片序列站特有的码片序列n将得到的码片向量将得到的码片向量S与接收到的未知信与接收到的未知信号进行求内积的运算号进行求内积的运算n经过上面之后就会过滤掉来自其他站经过上面之后就会过滤掉来自其他站的信号的信号,当结果为当结果为+1时时,说明说明S站发送的站发送的比特比特1;当结果为当结果为-1时时,说明说明S站发送的站发送的比特比特0课件制作人：白成杰2.6 同步

36、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。 课件制作人：白成杰同步光纤网 SONETn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。 n第 1 级同步传送信号 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的传输速率是 51.84 Mb/s。n光信号

37、则称为第 1 级光载波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。 课件制作人：白成杰同步数字系列 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。 SONET 的 OC 级/STS 级与 SDH 的 STM 级的对应关系 课件制作人：白

38、成杰SONET 的体系结构 光子层路径层线路层段层线路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课件制作人：白成杰SONET 标准定义了四个光接口层 n光子层(Photonic Layer)n处理跨越光缆的比特传送。n段层(Section Layer)n在光缆上传送 STS-N 帧。n线路层(Line Layer)n负责路径层的同步和复用。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。 课件制作人：白成杰2.

39、7 物理层标准举例EIA-232-E 接口标准nDTE (Data Terminal Equipment) 是数据终端设备，是具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。nDCE (Data Circuit-terminating Equipment)是数据电路端接设备，它在 DTE 和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。 课件制作人：白成杰DTE 通过 DCE 与通信传输线路相连 DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户环境通信环境用户设施通信设施DTE信号线与控制线用户设施用户环境课件制作人：白成杰EIA-232/V.24 的信号定义

40、 (1) 保护地(2) 发送数据(3) 接收数据(4) 请求发送(5) 允许发送(6) DCE 就绪(7) 信号地(8) 载波检测(20) DTE 就绪(22) 振铃指示DTEDCE计算机或终端调制解调器课件制作人：白成杰两个 DTE 通过 DCE进行通信的例子 EIA-232/ V.24 接口调制解调器DTE-ADTE-BDCE-ADCE-BEIA-232/ V.24 接口调制解调器网 络课件制作人：白成杰2.8 宽带接入技术n2.8.1 2.8.1 xDSL技术技术n2.8.2 2.8.2 光纤同轴混合网（光纤同轴混合网（HFCHFC网）网）n2.8.3 FTTx2.8.3 FTTx技术技

41、术课件制作人：白成杰2.8.1 2.8.1 xDSL技术技术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。 课件制作人：白成杰DSL的含义nDSL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。课件制作人：白成杰DSL的种类nADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) 是非对称数字用户线 附录B:W-ADSLnHDSL (High speed DSL) 是高速数字用户线nSDSL (Single-line DSL) 是1对线的数字用户线

42、nVDSL (Very high speed DSL) 是甚高速数字用户线。 课件制作人：白成杰ADSLnADSL在现成的用户线（铜线）的两端各安装一个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。 课件制作人：白成杰DMT技术的频谱分布技术的频谱分布课件制作人：白成杰ADSL的接入网的结构n基于ADSL的接入网由以下3大部分组成：n数字用户线接入复用器数字用户线接入复用器DSLAM (DSL DSLAM (DSL Access Multiplexer)Access Multiplexer)n用户线用户线n居民家庭中的一些设施居

43、民家庭中的一些设施课件制作人：白成杰基于基于ADSL的接入网的组成的接入网的组成课件制作人：白成杰数字用户线接入复用器n数字用户线接入复用器包括许多ADSL调制解调器。ADSL调制解调器又称为接入端接单元ATU (Access Termination Unit)。 课件制作人：白成杰ADSL调制解调器与电话分路器n在电话端局（或远端站）和居民家中所用的ADSL调制解调器分别记为ATU-C（C代表端局Central Office）和ATU-R（R代表远端Remote）。n用户电话通过电话分路器PS (POTS Splitter) 和ATU-R连在一起，经用户线到端局，并再次经过一个电话分路器PS

44、把电话连到本地电话交换机。 课件制作人：白成杰ADSL中的“D ”nADSL中的“D（数字）”应理解为“使用数字技术”。nADSL的用户线上传送的仍然是模拟信号而不是数字信号。 课件制作人：白成杰2.8.2 光纤同轴混合网（HFC网）n光纤同轴混合网（HFC网），是在1988年被提出。nHFC是Hybrid Fiber Coax的缩写。nHFC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。课件制作人：白成杰（1）HFC网的主干线路采用光纤nHFC网将原CATV网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，并使用

45、模拟光纤技术， n模拟光纤从头端连接到光纤结点 (fiber node)，它又称为光分配结点ODN (Optical Distribution Node)。 课件制作人：白成杰HFC网的结构图网的结构图课件制作人：白成杰（2）HFC网采用结点体系结构nHFC引入了结点体系结构 (node architecture) 的概念。n一个光纤结点下的所有用户组成了一个用户群 (cluster)，或称为邻区 (neighborhood area)。 课件制作人：白成杰采用结点体系结构的好处n采用结点体系结构的好处首先是能够提高网络的可靠性。 n结点体系结构的另一个优点是简化了上行信道的设计。 课件制作人

46、：白成杰（3）HFC网具有比CATV网更宽的频谱，且具有双向传输功能图图3-31 HFC3-31 HFC网频谱划分举例网频谱划分举例课件制作人：白成杰（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) 要提供以下3种连接。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。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。n电缆调制解调器 (cable modem) 是为HFC网而使用的调制解调器。课件制作人：白成杰HFC网的最大优点nHFC网的最大优点是它具有很宽的频带，并且能够利用已经有相当大的

47、覆盖面的有线电视网。 课件制作人：白成杰2.8.3 FTTx技术n除了上述的xDSL和HFC技术外，FTTx（即光纤到）也是一种实现宽带居民接入网的方案。n这里，字母x可代表不同的意思。课件制作人：白成杰光纤到户FTTHn光纤到户FTTH (Fiber To The Home)，即将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。课件制作人：白成杰光纤到大楼FTTBn当一幢大楼有较多用户需要使用宽带业务时，可采用光纤到大楼FTTB (Fiber To The Building) 方案。现在比较流行的是光纤到路边FTTC (Fiber To The Curb)。 课件制作人：白成杰FTTx

48、还有许多其他种类nFTTx还有许多其他种类，如光纤到办公室FTTO (Office)，光纤到邻区FTTN (Neighbor)，光纤到门户FTTD (Door)，光纤到楼层FTTF (Floor)，光纤到小区FTTZ (Zone)等。 课件制作人：白成杰第2章 小结(1) 物理层的基本概念物理层的基本概念2.1数据通信的基础知识数据通信的基础知识2.2物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体2.3模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输2.4课件制作人：白成杰第2章 小结(2)信道复用技术信道复用技术2.5同步光纤网同步光纤网SONETSONET和同步数字系列和同步数字系列SDHSDH2.6物理层

49、标准举例物理层标准举例EIA232EIA232接口标准接口标准2.7宽带接入技术宽带接入技术2.8课件制作人：白成杰第2章的重要概念n1.物理层的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，如机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。n2.一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统、传输系统和目的系统。源系统包括源点（或源站、信源）和发送器，目的系统包括接收器和终点（或目的站，或信宿）。课件制作人：白成杰n3.通信的目的是传送信息。如话音、文字、图像等都是消息。数据是运送消息的实体。信号则是数据的电气的或电磁的表现。n4.根据信号中代表信息的参数的取值方式不同，信号可分为模拟信号（或连续信号

50、）和数字信号（或离散信号）。代表数字信号不同离散数值的基本波形称为码元。课件制作人：白成杰n5.从通信双方信息交互的方式可以划分为单向通信（或单工通信）、双向交替通信（或半双工通信）和双向同时通信（或全双工通信）。n6.来自信源的信号叫做基带信号。信号要在信道上传输就要经过调制。调制有基带调制和带通调制之分。最基本的带通调制方法有调幅、调频和调相。还有更复杂的调制方法，如正交振幅调制。 课件制作人：白成杰n7.要提高数据在信道上的传输速率，可以使用更好的传输媒体，或使用先进的调制技术。但数据传输速率总不可能被任意提高。n8.传输媒体可分为两大类，即导向传输媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）和非导向传输媒体（无线或红外或大气激光）。n9.常用的信道复用技术有频分复用、时分复用、统计时分复用、码分复用和波分