数据通信基础与物理层学习教案.pptx

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1、数据通信基础数据通信基础(jch)与物理层与物理层第一页，共78页。1、物理层的基本概念第2页/共78页第1页/共78页第二页，共78页。1.1 物理层的概念(ginin)物理层：对如何在连接的各种传输媒体上传输比特流进行物理层：对如何在连接的各种传输媒体上传输比特流进行物理层：对如何在连接的各种传输媒体上传输比特流进行物理层：对如何在连接的各种传输媒体上传输比特流进行(jnxng)(jnxng)规范。规范。规范。规范。指明接口所用接线器的形状和尺寸、引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。线数目和排列、固定和锁定装置等等。指明在接口电缆的各条线上出现的电压指明在

2、接口电缆的各条线上出现的电压的范围。的范围。机械特性机械特性指明某条线上出现的某一电平的电压表指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。示何种意义。电气特性电气特性指明对于不同功能的各种可能事件的出指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。现顺序。功能特性功能特性规程特性规程特性物理层的任务：确定与传输媒体的接口有关物理层的任务：确定与传输媒体的接口有关(yugun)的一些特性。的一些特性。第3页/共78页第2页/共78页第三页，共78页。1.2 计算机网络的性能指标速率(sl)带宽时延吞吐量时延带宽(di kun)积利用率第4页/共78页第3页/共78页第四页，共78页。1）带宽(di

3、kun)数字信道所能传送的数字信道所能传送的数字信道所能传送的数字信道所能传送的“最高数据率最高数据率最高数据率最高数据率”单位单位单位单位(dnwi)(dnwi)：“比特每秒比特每秒比特每秒比特每秒”，或，或，或，或 b/s(bit/s)b/s(bit/s)。每秒 106 个比特时间1 0 1 0 1 11 s带宽为1 Mb/s 时间每秒 4 106 个比特0.25 s带宽为4 Mb/s 第5页/共78页第4页/共78页第五页，共78页。机械自动化学院 AAB BAAB B宽带(kun di)线路窄带(zhi di)线路数据(shj)串行发送宽带线路：每秒有更多比特注入到线路。宽带与窄带第6

4、页/共78页第5页/共78页第六页，共78页。2）时延(delay 或 latency)发送时延：发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体发送时延：发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。所需要的时间。传播时延：电磁波在信道中需要传播一定传播时延：电磁波在信道中需要传播一定(ydng)(ydng)的距的距离而花费的时间。离而花费的时间。发送时延=数据块长度（比特）信道带宽（比特/秒）传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）第7页/共78页第6页/共78页第七页，共78页。其他(qt)时延 处理时延：交换结点为存储转发而进行处理时延：交换结点为存储转发而进行处理时延：交

5、换结点为存储转发而进行处理时延：交换结点为存储转发而进行(jnxng)(jnxng)一些必要的处理所花费的时间。一些必要的处理所花费的时间。一些必要的处理所花费的时间。一些必要的处理所花费的时间。排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时排队时延：结点缓存队列中分组排队所经历的时延。延。延。延。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。总时延=发送(f sn)时延+传播时延+处理

6、时延+排队时延第8页/共78页第7页/共78页第八页，共78页。机械自动化学院 四种(s zhn)时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 1发送器队列(duli)在链路上产生传播时延结点(ji din)B结点 A在发送器产生传输时延(即发送时延)在结点 A 中产生处理时延和排队时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据链路第9页/共78页第8页/共78页第九页，共78页。3）时延带宽(di kun)积链路的时延带宽链路的时延带宽(di kun)(di kun)积又称为以比特为单位的积又称为以比特为单位的链路长度。链路长度。（传播(chunb)）时延链路带宽时延带宽积=传播时延 带宽时延带宽积第

7、10页/共78页第9页/共78页第十页，共78页。4）利用率信道利用信道利用(lyng)(lyng)率指出某信道有百分之几的时间是被利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用(lyng)(lyng)的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用(lyng)(lyng)率是率是零。零。网络利用网络利用(lyng)(lyng)率则是全网络的信道利用率则是全网络的信道利用(lyng)(lyng)率的加权平均率的加权平均值。值。信道利用信道利用(lyng)(lyng)率并非越高越好。率并非越高越好。第11页/共78页第10页/共78页第十一页，共78页。时延与网络(wngl

8、u)利用率的关系其中其中(qzhng)(qzhng)：D D：网络当前的时延：网络当前的时延U U：网络的利用率：网络的利用率（0 U 1 0 U 1）D0 D0：网络空闲时的时延：网络空闲时的时延第12页/共78页第11页/共78页第十二页，共78页。2 数据通信基础(jch)第13页/共78页第12页/共78页第十三页，共78页。机械自动化学院 2.1 数据通信系统(xtng)模型 1414调制解调器PC 机计算机网络调制解调器数据信号信号 信息信息数据通信系统源系统目的系统传输系统PC 机数据(shj)信道：信号的传输媒介信道：信号的传输媒介(miji)，它是传输信号的路径。，它是传输信

9、号的路径。信源：信息的来源，或是发送数据的地方信源：信息的来源，或是发送数据的地方信宿：信息的归宿，或信宿：信息的归宿，或是接收数据的地方是接收数据的地方第14页/共78页第13页/共78页第十四页，共78页。数据数据(data)：运送消息的实体。运送消息的实体。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。模拟的模拟的(analogous)：代表消息的参数的取值是连续的。代表消息的参数的取值是连续的。数字的数字的(digital)：代表消息的参数的取值是离散代表消息的参数的取值是离散(lsn)的。的。码元码元(code)：在使用时间域（或简称为时域）的波形表示

10、数字信号时，代表不同离散在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散(lsn)数值的基本波形。数值的基本波形。一些(yxi)概念第15页/共78页第14页/共78页第十五页，共78页。模拟信号和数字信号 1616tta)模拟信号b)数字信号第16页/共78页第15页/共78页第十六页，共78页。一些(yxi)概念（续1）单工通信（单向通信）：单工通信（单向通信）：单工通信（单向通信）：单工通信（单向通信）：只能有一个只能有一个只能有一个只能有一个(y)(y)(y)(y)方向的通信而没有反方向的交互。方向的通信而没有反方向的交互。方向的通信而没有反方向的交互。方向的通信而没有反

11、方向的交互。半双工通信（双向交替通信）：半双工通信（双向交替通信）：半双工通信（双向交替通信）：半双工通信（双向交替通信）：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送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当然也就不能同时接收当然也就不能同时接收当然也就不能同时接收)。全双工通信（双向同时通信）：全双工通信（双向同时通信）：全双工通信（双向同时通信）：全双工通信（双向同时通信）：通信的双方可以同时发送和接收信息。通信的双方可以同时发送和接收信息。通信的双方可以同时发送和接收信息。

12、通信的双方可以同时发送和接收信息。第17页/共78页第16页/共78页第十七页，共78页。一些(yxi)概念（续2）基带信号（即基本频带信号）基带信号（即基本频带信号）基带信号（即基本频带信号）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来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或来自信源的信号。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。图像文件的数据信号都属于基带信号。图像文件的数据信号都属于基带信号。图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流基带信号往往包含有较多的

13、低频成分，甚至有直流基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流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成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流成分，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分量。因此必须对基带信号进行调制分量。因此必须对基带信号进行调制分量。因此必须对基带信号进行调制(modulation)(modulation)(modulation)(modulation)。带通信带通信带通信带通信(tng xn)(tng xn)(tng xn)(tng xn)号

14、号号号把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬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（即仅在一段频移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频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）。率范围内能够通过信道）。率范围内能够通过信道）。率范围内能够通过信道）。第18页/共78页第17页/共78页第十八页，共78页。最基本的二元制调制方法有以下几种(j zhn)：调幅(AM)载波的振幅随基带数字信号而变化

15、。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。第19页/共78页第18页/共78页第十九页，共78页。机械自动化学院 线路(xinl)编码技术 基带数字信号曼彻斯特(mn ch s t)编码 码元1111100000出现电平(din pn)转换802.3标准以太网使用差分曼彻斯特编码。差分：遇1跳变，遇0不变。第20页/共78页第19页/共78页第二十页，共78页。正交振幅正交振幅(zhnf)调制调制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)r(r,)可供选择的相位有 12 种，而对于(duy)每一种相位有 1 或

16、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(din zhn)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。二维信号星图1 2第21页/共78页第20页/共78页第二十一页，共78页。数据(shj)传输方式l l基带传输：不调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。基带传输：不调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。基带传输：不调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。基带传输：不调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。例如：以太网例如：以太网例如：以太网例如：以太

17、网l l频带传输：调制成模拟信号后再传送，接收频带传输：调制成模拟信号后再传送，接收频带传输：调制成模拟信号后再传送，接收频带传输：调制成模拟信号后再传送，接收(jishu)(jishu)方需要解调。方需要解调。方需要解调。方需要解调。例如：通过电话模拟信道传输例如：通过电话模拟信道传输例如：通过电话模拟信道传输例如：通过电话模拟信道传输l l宽带传输：指比音频更宽的频带宽带传输：指比音频更宽的频带宽带传输：指比音频更宽的频带宽带传输：指比音频更宽的频带,包括大部分电磁波频谱包括大部分电磁波频谱包括大部分电磁波频谱包括大部分电磁波频谱2222第22页/共78页第21页/共78页第二十二页，共7

18、8页。数据和信号(xnho)的转换 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 数字发送器第23页/共78页第22页/共78页第二十三页，共78页。失真(sh zhn)现象l 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失真以及(yj)(yj)带来多种干扰。带来多种干扰。l l码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的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。输出端的波形的失真就越严重。2424第24页/共78页第23页/共78页第

19、二十四页，共78页。失真(sh zhn)现象2525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)第25页/共78页第24页/共78页第二十五页，共78页。信道能够通过的频率(pnl)范围1924 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。他给出了在假定的理想条件下，为了奈氏准则。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。避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。在任何信道中，码元传输的速率

20、是有上限的，否在任何信道中，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）成为不可能判决（即识别）成为不可能(knng)(knng)。如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高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。而不出现码间串扰。第26页/共78页第25页/共78页第二十六页，共78页。(2)信噪比 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噪声用信息论的理论推导出了

21、带宽受限且有高斯白噪声(zoshng)(zoshng)干扰干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。的信道的极限、无差错的信息传输速率。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)b/s C=W log2(1+S/N)b/s 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 为信道内部的高斯噪声为信道内部的高斯噪声(zoshng)(zoshng)功率。功率。第27页/共78页第26页/共78页第二十七页，共78页。香农公式(gngsh)表明 信

22、道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息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。的极限传输速率就越高。只要信息传输速率低于信道的极限信息传输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速率，就一定可以找到某种办法来实现(shxin)(shxin)无差错的传输。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/N S/N 没有上限（当没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率限信息传输速率 C C 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实际信道上能够

23、达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。农的极限传输速率低不少。第28页/共78页第27页/共78页第二十八页，共78页。请注意(zh y)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用编码的方法让每一个(y)(y)码元携带更多比特的信息量。码元携带更多比特的信息量。第29页/共78页第28页/共78页第二十九页，共78页。信道(xn do)的极限信息传输速率 源系统传输系

24、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第30页/共78页第29页/共78页第三十页，共78页。3 传输媒体第31页/共78页第30页/共78页第三十一页，共78页。机械自动化学院 电磁波的频谱3232第32页/共78页第31页/共78页第三十二页，共78页。3.1 导向(do xin)传输媒体1 1）双绞线）双绞线由一对直径为由一对直径为1mm1mm的绝缘铜线的绝缘铜线(tn xin)(tn xin)缠绕而成。缠绕而成。减少线间的电磁干扰。减少线间的电磁干扰。有屏蔽与非屏蔽之分，均为有屏

25、蔽与非屏蔽之分，均为8 8芯电缆芯电缆双绞线的类型由单位长度内的绞环数确定。双绞线的类型由单位长度内的绞环数确定。Category 3 UTPCategory 5 UTP第33页/共78页第32页/共78页第三十三页，共78页。网线接法l l直通缆（标准直通缆（标准568B568B）：）：两端线序一样两端线序一样(yyng)(yyng)l l白橙，橙，白绿，蓝，白橙，橙，白绿，蓝，白蓝，绿，白棕，棕。白蓝，绿，白棕，棕。l l交叉缆（标准交叉缆（标准568A568A）：）：l l一端为直通缆的线序，一端为直通缆的线序，另一端为：另一端为：l l白绿，绿，白橙，蓝，白绿，绿，白橙，蓝，白蓝，橙，

26、白棕，棕。白蓝，橙，白棕，棕。第34页/共78页第33页/共78页第三十四页，共78页。接线(ji xin)的一般规则同种类型设备之间使用交叉线连接，不同类型设备之间使用直通线连接；路由器和PC属于(shy)DTE类型设备，交换机和HUB属于(shy)DCE类型设备；直通线用于连接:主机和switch/hub;route交叉线用于连接:PC-PCHUB-HUB普通口HUB-HUB级连口-级连口 HUB-SWITCHDTE;DataTerminalEquipment（数据终端设备）的首字母缩略词，具有(jyu)一定的数据处理能力和数据收发能力的设备。DCE是Data Communications

27、 Equipment(数据通信设备)的首字母缩略词，它在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码功能，并负责建立、保持和释放链路的连接第35页/共78页第34页/共78页第三十五页，共78页。2）同轴电缆(tn zhu din ln)10base5 10base5 粗同轴电缆粗同轴电缆(tn zhu din ln)(tn zhu din ln)10base2 10base2 细同轴电缆细同轴电缆(tn zhu din ln)(tn zhu din ln)第36页/共78页第35页/共78页第三十六页，共78页。同轴电缆的主要(zhyo)特性1.1.优点优点传输距离较远，覆盖的地域范围较大传输距离

28、较远，覆盖的地域范围较大技术非常成熟技术非常成熟2.2.缺点缺点电缆硬，折曲困难，重量重电缆硬，折曲困难，重量重3.3.局域网常用同轴电缆局域网常用同轴电缆粗同轴电缆：特征粗同轴电缆：特征(tzhng)(tzhng)阻抗阻抗50 50，直径，直径1cm1cm细同轴电缆：特征细同轴电缆：特征(tzhng)(tzhng)阻抗阻抗5050，直径，直径0.5cm0.5cm4.4.同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线第37页/共78页第36页/共78页第三十七页，共78页。各种各种(zhn)(zhn)电缆线电缆线3838铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层绝

29、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 UTP屏蔽双绞线 STP同轴电缆第38页/共78页第37页/共78页第三十八页，共78页。3）光纤3939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）包层纤芯光线(gungxin)在纤芯中传输的方式是不断地全反射第39页/共78页第38页/共78页第三十九页，共78页。光纤工作(gngzu)原理4040输入脉冲输出脉冲单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤第40页/共78页第39页/共78页第四十页，共78页。光缆(un ln)类别4141玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯单芯光缆单芯光缆单芯光缆

30、单芯光缆多芯光缆多芯光缆多芯光缆多芯光缆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第41页/共78页第40页/共78页第四十一页，共78页。高密度多芯光缆剖面(pumin)结构4242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第42页/共78页第41页/共78页第四十二页，共78页。3.2 非导向(do xin)传输媒体 4343无线传输所使用的频段很广。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。微波在空间主要是直线传播。地面微波接力通信卫星通信(wixng tngxn)ISM（Industrial Scientific 和 Medic

31、al）工科医频段第43页/共78页第42页/共78页第四十三页，共78页。1）地面微波接力(jil)通信4444两个地面站之间传送两个地面站之间传送距离：距离：50-100 km地球地球地球地球地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路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微波传送塔微波传送塔第44页/共78页第43页/共78页第四十四页，共78页。2）地球(dqi)同步卫星4545与地面站相对固定位置使用3个卫星就能覆盖全球(qunqi)传输延迟时间长22,300公里公里地球地球第45页/共78页第44页/共78页第四十五页，共78页。4、信道(xn do)复用技术 第

32、46页/共78页第45页/共78页第四十六页，共78页。频分复用频分复用所有用户在同样的时所有用户在同样的时间占用不同的带宽资间占用不同的带宽资源。源。时分复用时分复用所有用户在不同的时所有用户在不同的时间占用同样的频带宽间占用同样的频带宽度。度。第47页/共78页第46页/共78页第四十七页，共78页。4.1 频分复用(f yn)（Frequency-Division Multiplexing，FDM）所有所有(suyu)(suyu)用户在同样的时间占用不同的带宽资源用户在同样的时间占用不同的带宽资源4848频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 5第48页/共78页第47页/共78页

33、第四十八页，共78页。4.2 4.2 时分复用时分复用（Time-Division Time-Division MultiplexingMultiplexing，TDMTDM）所有(suyu)用户在不同的时间占用同样的频带宽度。4949频率(pnl)时间(shjin)BCDBCDBCDBCDAAAA在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第49页/共78页第48页/共78页第四十九页，共78页。4.2 时分复用5050频率(pnl)时间(shjin)CDCDCDAAAABBBBCD在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第

34、50页/共78页第49页/共78页第五十页，共78页。4.2 时分复用5151频率(pnl)时间(shjin)BDBDBDAAAABCCCCD在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第51页/共78页第50页/共78页第五十一页，共78页。4.2 时分复用5252频率(pnl)时间(shjin)BCBCBCAAAABCDDDD在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第52页/共78页第51页/共78页第五十二页，共78页。时分复用带来的浪费(lngfi)5353ABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用帧#1ac

35、bcd时分复用#2#3#4用户第53页/共78页第52页/共78页第五十三页，共78页。4.3 统计(tngj)时分复用 5454用户ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab b cac d#2#3统计时分复用第54页/共78页第53页/共78页第五十四页，共78页。4.4 波分复用(f yn)（Wave-Division Multiplexing，WDM）5555波分复用(f yn)就是光的频分复用(f yn).1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70

36、1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km光调制器光解调器第55页/共78页第54页/共78页第五十五页，共78页。4.5 码分复用(f yn)（Code-Division Multiplexing，CDM）5656常用的名词(mng c)是码分多址 CDMA(Code Division Multiple Access)。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。这种系统发送的信号有很强的

37、抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片(chip)。第56页/共78页第55页/共78页第五十六页，共78页。5 数字传输系统数字传输系统(xtng)第57页/共78页第56页/共78页第五十七页，共78页。5.1 脉码调制脉码调制 （Pulse-code modulation Pulse-code modulation，PCMPCM）脉码调制脉码调制 PCM PCM 体制最初是为了在电话局之间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。的中继线上传送多路的电话。由于历史上的原因，由于历史上的原因，PCM PCM 有两个有两个(lin

38、)(lin)互互不兼容的国际标准，即北美的不兼容的国际标准，即北美的 24 24 路路 PCM PCM（简（简称为称为 T1 T1）和欧洲的）和欧洲的 30 30 路路 PCM PCM（简称为（简称为 E1 E1）。）。我国采用的是欧洲的我国采用的是欧洲的 E1 E1 标准。标准。E1 E1 的速率是的速率是 2.048 Mb/s 2.048 Mb/s，而，而 T1 T1 的速率是的速率是 1.544 Mb/s1.544 Mb/s。当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。第58页/共78页第57页/共78页第五十八页，共78页。5.2.5.2.同步光

39、纤网同步光纤网 SONET SONET 和同步数字和同步数字(shz)(shz)系列系列 SDH SDH 旧的数字传输系统存在着许多缺点。其中最主要的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：是以下两个方面：速率标准不统一。速率标准不统一。如果如果(rgu)(rgu)不对高次群的数字传输速率进行标准化，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。国际范围的高速数据传输就很难实现。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。网主要是采用准同步方式。第59页/

40、共78页第58页/共78页第五十九页，共78页。同步(tngb)光纤网 SONET同步光纤网 SONET(Synchronous Optical Network)的各级时钟都来自(li z)一个非常精确的主时钟。第 1 级同步传送信号 STS-1(Synchronous Transport Signal)的传输速率是 51.84 Mb/s。光信号则称为第 1 级光载波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。第60页/共78页第59页/共78页第六十页，共78页。同步数字(shz)系列 SDH ITU-T ITU-T 以美国标准以美国标准 SONET SONET 为基础，制订出国际

41、标准同步数字系列为基础，制订出国际标准同步数字系列 SDH SDH(Synchronous Digital Hierarchy)(Synchronous Digital Hierarchy)。一般可认为一般可认为 SDH SDH 与与 SONET SONET 是同义词。是同义词。SDH SDH 的基本速率为的基本速率为 155.52 Mb/s 155.52 Mb/s，称为第，称为第 1 1 级同步传递模块级同步传递模块(m kui)(m kui)(Synchronous Transfer Module)(Synchronous Transfer Module)，即，即 STM-1 STM-1，

42、相当于，相当于 SONET SONET 体系中的体系中的 OC-3 OC-3 速速率。率。第61页/共78页第60页/共78页第六十一页，共78页。机械自动化学院 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.

43、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(duyng)关系 第62页/共78页第61页/共78页第六十二页，共78页。SONET 标准定义(dngy)了四个光接口层 光子层光子层(Photonic Layer)(Photonic Layer)处理跨越光缆的比特传送。处理跨越光缆的比特传送。段层段层(Section Layer)(Section Layer

44、)在光缆上传送在光缆上传送 STS-N STS-N 帧。帧。线路层线路层(Line Layer)(Line Layer)负责路径层的同步和复用。负责路径层的同步和复用。路径层路径层(Path Layer)(Path Layer)处理路径端接处理路径端接(dun ji)(dun ji)设备设备 PTE(Path Terminating Element)PTE(Path Terminating Element)之间的业务的传输。之间的业务的传输。第63页/共78页第62页/共78页第六十三页，共78页。机械自动化学院 SONET 的体系结构 光子(gungz)层路径(ljng)层线路(xinl)层

45、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)第64页/共78页第63页/共78页第六十四页，共78页。6、宽带接入技术(jsh)第65页/共78页第64页/共78页第六十五页，共78页。6.1 xDSL技术(jsh)6666lDSL 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。lxDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电

46、话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。l把 04 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有(mi yu)被利用的高端频谱留给用户上网使用。第66页/共78页第65页/共78页第六十六页，共78页。xDSL 的几种(j zhn)类型 6767lADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用户线：非对称数字用户线lHDSL(High speed DSL)：高速数字用户线：高速数字用户线lSDSL(Single-line DSL)：1 对线的数字用户线对线的数字用户线lVDSL(Very high speed DSL)：甚高速数字用户线：甚高速

47、数字用户线lDSL：ISDN 用户线。用户线。lRADSL(Rate-Adaptive DSL)：速率自适应：速率自适应 DSL，是，是 ADSL 的一个子集的一个子集(z j)，可自动调节线路速率）。，可自动调节线路速率）。第67页/共78页第66页/共78页第六十七页，共78页。ADSL 的极限(jxin)传输距离ADSL ADSL 的极限传输距离与数据率以及用户线的线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

48、噪比密切相关。与实际的用户线上的信噪比密切相关。例如，例如，0.5 0.5 毫米线径的用户线，传输速率为毫米线径的用户线，传输速率为 1.5 1.5 2.0 Mb/s 2.0 Mb/s 时可传送时可传送 5.5 5.5 公里，但当传输速率提高公里，但当传输速率提高(t go)(t go)到到 6.1 Mb/s 6.1 Mb/s 时，传输距离就缩短为时，传输距离就缩短为 3.7 3.7 公里。公里。如果把用户线的线径减小到如果把用户线的线径减小到0.40.4毫米，那么在毫米，那么在6.1 6.1 Mb/sMb/s的传输速率下就只能传送的传输速率下就只能传送2.72.7公里公里 第68页/共78页

49、第67页/共78页第六十八页，共78页。ADSL 的特点(tdin)l l上行和下行带宽做成不对称的。上行和下行带宽做成不对称的。l l上行指从用户上行指从用户(yngh)(yngh)到到 ISP ISP，而下行指从，而下行指从 ISP ISP 到用户到用户(yngh)(yngh)。l lADSL ADSL 在用户在用户(yngh)(yngh)线（铜线）的两端各安装一个线（铜线）的两端各安装一个 ADSL ADSL 调制解调制解调器。调器。l l我国目前采用的方案是离散多音调我国目前采用的方案是离散多音调 DMT(Discrete Multi-Tone)DMT(Discrete Multi-T

50、one)调制技术。这里的调制技术。这里的“多音调多音调”就是就是“多载波多载波”或或“多子信道多子信道”的的意思。意思。6969第69页/共78页第68页/共78页第六十九页，共78页。DMT 技术(jsh)DMT DMT 调制调制(tiozh)(tiozh)技术采用频分复用的方法，把技术采用频分复用的方法，把 40 kHz 40 kHz 以上一直到以上一直到 1.1 MHz 1.1 MHz 的高端频谱划分为的高端频谱划分为许多的子信道，其中许多的子信道，其中 25 25 个子信道用于上行信道，个子信道用于上行信道，而而 249 249 个子信道用于下行信道。个子信道用于下行信道。每个子信道占