物理层计算机网络.ppt

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1、第1章 概述 1/97第第2章章物理层物理层2.1物理层基本概念物理层基本概念2.2数字通信的基本概念数字通信的基本概念2.3传输介质传输介质2.4多路复用技术多路复用技术2.5数字传输系统数字传输系统2.6宽带接入技术宽带接入技术第1章 概述 2/972.1物理层（物理层（physicallayer）v与传输媒体的接口，完成传输媒体上的与传输媒体的接口，完成传输媒体上的信号与二进制数据间的转换信号与二进制数据间的转换物理接口上发送或接收的是一串以某种规则表示物理接口上发送或接收的是一串以某种规则表示的二进制的数据的二进制的数据物理层定义的是接口的机械特性、电气特性、功物理层定义的是接口的机械

2、特性、电气特性、功能和过程特性等能和过程特性等例如：插头、插座的几何尺寸，每根引脚的功能例如：插头、插座的几何尺寸，每根引脚的功能定义，逻辑定义，逻辑0和和1的电平定义，信号宽带定义的电平定义，信号宽带定义第1章 概述 3/97举例：举例：RS-232C标准标准机械特性：机械特性：25针针D型插座及相关的长、宽、高型插座及相关的长、宽、高25PIN9PINDTE端为端为MaleDCE端为端为Female电气特性：逻辑电气特性：逻辑0：+12V逻辑逻辑1：-12V最长传输距离最长传输距离15m最大传输速率最大传输速率20kb/s第1章 概述 4/97计算机或终端通过计算机或终端通过RS-232-

3、C接口与调制解调器连接接口与调制解调器连接12345678201234567820Frame GroundTransmit DataReceive DataRequest To SendClear To SendData Set ReadySignal GroundCarrier DetectData Terminal Ready调调制制解解调调器器DCE计计算算机机或或终终端端DTE第1章 概述 5/97计算机或终端通过计算机或终端通过RS-232-C接口与计算机连接接口与计算机连接Frame GroundTransmit DataReceive DataRequest To SendCle

4、ar To SendData Set ReadySignal GroundCarrier DetectData Terminal Ready12345678201234567820计算机或终端DTE计算机DTE第1章 概述 6/972.2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 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 机第1章 概述 7/971.数字信号的数字信号的Fourier分析分析2.数据与信号数据与信号3.信道和信道基本参

5、数信道和信道基本参数4.信道工作方式信道工作方式5.数据传输数据传输6.异步通信和同步通信异步通信和同步通信7.串行通信和并行通信串行通信和并行通信第1章 概述 8/971、数字信号的、数字信号的Fourier分析分析傅立叶级数：任何正常周期为傅立叶级数：任何正常周期为T的函数的函数g(t)，都可由（无限个）正弦和余弦函数合成：都可由（无限个）正弦和余弦函数合成：其中，其中，f=1/T是基频，是基频，an和和bn称为正弦和余弦称为正弦和余弦函数的函数的n次谐波的振幅，次谐波的振幅，c是常数是常数第1章 概述 9/97任何信号的传输都可理解为以任何信号的传输都可理解为以傅立叶级数的形式传递傅立叶

6、级数的形式传递如每个傅立叶级数的信号分量被等量衰减，则合如每个傅立叶级数的信号分量被等量衰减，则合成后，振幅有所衰减，基本形状不变成后，振幅有所衰减，基本形状不变对任何已知的对任何已知的g(t)，可求得：，可求得：第1章 概述 10/97谐波数越高，传输质量越好谐波数越高，传输质量越好如传输如传输ASCII字符字符b，即，即01100010，可求得：，可求得：第1章 概述 11/97t/st/s更进一步的细化可见：http:/第1章 概述 12/97对指定的最高频率，传输带宽是有限的对指定的最高频率，传输带宽是有限的v比特率：数据传输速率比特率：数据传输速率bpsv波特率：每秒可以得到多少个信

7、号（每秒采样的次波特率：每秒可以得到多少个信号（每秒采样的次数）数）如果信号分为如果信号分为2级：级：01，则，则波特率波特率=比特率比特率如果信号分为如果信号分为8级：级：01234567，则比特率，则比特率=3波特率波特率即一次信号变化（一次采样）可表示即一次信号变化（一次采样）可表示3bit如信号分为如信号分为V级，则级，则比特率比特率=log2V波特率波特率设波特率设波特率=比特率比特率=bbps则：发送则：发送8bit(1B)需要需要T=8/b秒，因而基频秒，因而基频f=1/T=b/8Hz如：截止频率为如：截止频率为F则：最大的谐波次数则：最大的谐波次数n满足满足nf=F，即：，即：

8、n=F/f=8F/b第1章 概述 13/97当截止频率为当截止频率为F为为3000HZ时时数据传输速率数据传输速率(bps)发送的谐波数发送的谐波数n30080600401200202400104800596002192001384000TnbmP89Fig.2-2传输速率与谐波的关系传输速率与谐波的关系第1章 概述 14/97波特率和比特率波特率和比特率v两者数值上的差别在于每次采样的量化值两者数值上的差别在于每次采样的量化值011000101110001000 01 10 10 00 11 01 10 00 00 00 11 10 11 00 10第1章 概述 15/972、数据与信号、数

9、据与信号v数据涉及的是事物的表现形式数据涉及的是事物的表现形式v数据有模拟数据和数字数据两种形式数据有模拟数据和数字数据两种形式模拟数据是指在某个时间段产生的连续的值，例如声模拟数据是指在某个时间段产生的连续的值，例如声音和视频、温度和压力等都是时间的连续函数音和视频、温度和压力等都是时间的连续函数 数字数据是指产生的离散的值，例如文本信息和整数数字数据是指产生的离散的值，例如文本信息和整数v信号是数据的表示形式，或称数据的电磁或电子编码，信号是数据的表示形式，或称数据的电磁或电子编码，它使数据能以适当的形式在介质上传输它使数据能以适当的形式在介质上传输信号有模拟信号和数字信号两种基本形式信号

10、有模拟信号和数字信号两种基本形式传输信号的信道也有模拟信道和数字信道之分传输信号的信道也有模拟信道和数字信道之分第1章 概述 16/97模拟传输和数字传输模拟传输和数字传输v模拟传输：是指模拟数据的传输，不关心所传输信号模拟传输：是指模拟数据的传输，不关心所传输信号的内容，而只关心尽量减少信号的衰减和噪声，长距的内容，而只关心尽量减少信号的衰减和噪声，长距离传输时，采用信号放大器放大被衰减的信号，但同离传输时，采用信号放大器放大被衰减的信号，但同时也放大了信号中的噪声时也放大了信号中的噪声v数字传输：是指数字数据的传输，关心信号的内容，数字传输：是指数字数据的传输，关心信号的内容，可以数字信号

11、传输，也可以模拟信号传输，长距离传可以数字信号传输，也可以模拟信号传输，长距离传输时，采用转发器，可消除噪声的累积输时，采用转发器，可消除噪声的累积结论：长距离传输时，通常采用的是数字传输结论：长距离传输时，通常采用的是数字传输数据传输以信号为载体数据传输以信号为载体第1章 概述 17/973、信道参数和名称解释、信道参数和名称解释v数据的传输速率、带宽数据的传输速率、带宽v信号的传播速率信号的传播速率v载波频率载波频率v采样频率采样频率v量化量化v噪声、信噪比噪声、信噪比第1章 概述 18/97香农香农(Shannon)定理定理在在噪噪声声信信道道中中，当当带带宽宽为为WHz，信信噪噪比比为

12、为S/N，则：则：最大数据传输速率最大数据传输速率(b/s)=Wlog2(1+S/N)很多情况下信噪比用分贝（很多情况下信噪比用分贝（dB）表示表示信噪比（信噪比（dB）=10log10S/N如：如：信噪比为信噪比为30dB，则，则S/N=1000第1章 概述 19/97举例：噪声信道中的传输速率举例：噪声信道中的传输速率在噪声信道（话音信道）中，当带宽为在噪声信道（话音信道）中，当带宽为3500Hz，信噪比为信噪比为30dB（较为典型的电话信道），则：（较为典型的电话信道），则：最大数据传输速率最大数据传输速率(b/s)=Wlog2(1+S/N)=3500log2(1+1000)35000(

13、b/s)最最大大数数据据传传输输速速率率为为35kbps，这这是是在在噪噪声声信信道道中中的的传传输输速率极限，实际上是不可能达到的速率极限，实际上是不可能达到的第1章 概述 20/974 4、信道工作方式、信道工作方式 v单工通信：单向传输，如广播、电视单工通信：单向传输，如广播、电视v半双工：双方都可以发送或接收，但不半双工：双方都可以发送或接收，但不能同时，即当一方发送时，另一方接收能同时，即当一方发送时，另一方接收v全双工：双方同时可以发送和接收信息全双工：双方同时可以发送和接收信息全双工则需要两条信道全双工则需要两条信道第1章 概述 21/975、数据传输、数据传输v数字数据在模拟信

14、道上传输数字数据在模拟信道上传输v数字数据在数字信道上传输数字数据在数字信道上传输v模拟数据在数字信道上传输模拟数据在数字信道上传输第1章 概述 22/97（1）数字数据在模拟信道上传输）数字数据在模拟信道上传输将数字数据调制成模拟信号进行传输，将数字数据调制成模拟信号进行传输，通常有三种基本的调制方式：通常有三种基本的调制方式：1)调幅调幅ASK(AmplitudeShiftKeying)2)调频调频FSK(FrequencyShiftKeying)3)调相调相PSK(PhaseShiftKeying)目前广泛应用的调制技术是正交调相：目前广泛应用的调制技术是正交调相：QPSK(Quadra

15、turePhaseShiftKeying)第1章 概述 23/97调幅调幅ASK(AmplitudeShiftKeying)用载波的两个不同用载波的两个不同的振幅来表示两个的振幅来表示两个二进制值二进制值如用无信号表示如用无信号表示0有信号表示有信号表示101ASK第1章 概述 24/97调频调频FSK(FrequencyShiftKeying)01FSK用载波附近的两个不同用载波附近的两个不同的频率来表示两个二进的频率来表示两个二进制值制值如用信号频率为如用信号频率为f表示表示0信号频率为信号频率为2f表示表示1第1章 概述 25/97调相调相PSK(PhaseShiftKeying)用载波

16、的相位移动来用载波的相位移动来表示两个二进制值表示两个二进制值如用信号相位角为如用信号相位角为0表示表示0相位角为相位角为 表示表示1PSK01第1章 概述 26/97数字数据的调制举例数字数据的调制举例基带信号基带信号调幅调幅调频调频调相调相010011100第1章 概述 27/97正交调相正交调相QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)QAM-646bit/采样QAM-164bit/采样QPSK2bit/采样TnbmP128Fig.2-25(a)(b)(c)第1章 概述 28/97（2）数字数据的数字信号传输）数字数据的数字信号传输最简单的方法是用两个不同的电压信号

17、值来表示最简单的方法是用两个不同的电压信号值来表示两个二进制的数字数据值两个二进制的数字数据值0和和1常用的数字信号编码有：常用的数字信号编码有：v不归零编码不归零编码v曼切斯特编码曼切斯特编码第1章 概述 29/97不归零编码不归零编码NRZ（nonreturn-tozero）正电平表示正电平表示1，零电平表示，零电平表示0，并且在表示完一个，并且在表示完一个码元后，电平毋需回到零码元后，电平毋需回到零缺点是存在发送方和接收方的同步问题缺点是存在发送方和接收方的同步问题10100110时钟脉冲时钟脉冲二进制二进制bit流流不归零制编码不归零制编码其实，用不归零制编码时，一个时钟周期可表示两个

18、其实，用不归零制编码时，一个时钟周期可表示两个bit所以，不归零制编码是效率最高的编码所以，不归零制编码是效率最高的编码但它不能携带时钟信号，且无法表示没有数据传输但它不能携带时钟信号，且无法表示没有数据传输第1章 概述 30/97曼切斯特编码曼切斯特编码（Manchesterencoding）bit中间有信号中间有信号低低-高跳变为高跳变为110bit中间有信号中间有信号高高-低跳变为低跳变为0采用曼切斯特编码采用曼切斯特编码，一个时钟周期只可表示一个，一个时钟周期只可表示一个bit，并且必须通过两次采样才能得到一个并且必须通过两次采样才能得到一个bit但它能携带时钟信号，且可表示没有数据传

19、输但它能携带时钟信号，且可表示没有数据传输第1章 概述 31/97二种编码方式的比较二种编码方式的比较v不归零制编码的编码密度最高，接收端不归零制编码的编码密度最高，接收端一次采样可得到一个一次采样可得到一个bit，即波特率等于，即波特率等于比特率，但不能携带时钟比特率，但不能携带时钟v曼切斯特编码的编码密度最低，接收端曼切斯特编码的编码密度最低，接收端二次采样才可得到一个二次采样才可得到一个bit，即波特率是，即波特率是比特率的两倍，但每个比特率的两倍，但每个bit中都有信号跳中都有信号跳变，即携带了时钟变，即携带了时钟第1章 概述 32/97（3）模拟数据在数字信道上传输）模拟数据在数字信

20、道上传输采用脉冲编码调制采用脉冲编码调制PCM技术技术（PulseCodeModulation）PCM以采样定理为基础以采样定理为基础采样定理：如果在规定的时间间隔内，以有效信采样定理：如果在规定的时间间隔内，以有效信号号f(t)最高频率的二倍或二倍以上的速率对该信号最高频率的二倍或二倍以上的速率对该信号进行采样，则这些采样值中包含了全部原始信号进行采样，则这些采样值中包含了全部原始信号信息信息第1章 概述 33/97采样、量化和编码采样、量化和编码A B C D E F G Ht256192128640ABCDEFGH1882442401448072122200101111001111010

21、0111100001001000001010000010010000111110011001000第1章 概述 34/97话音信道的数据传输速率话音信道的数据传输速率对对于于每每一一个个采采样样值值还还需需要要用用一一个个（一一位位或或多多位位的的）二二进进制制代代码码来来表表示示，二二进进制制代代码码的的位位数数代代表表了了采采样样值值的的量量化化精精度度，在在主主干干上上，对对每每一一路路话话音音信信号号通通常常采采用用8位位二二进进制制代代码码来来表表示示一一个个采采样样值值，那那么么，对对话话音音信信号号进进行行PCM编编码码后后所所得得到到的的数数据据传传输速率为：输速率为：8bit

22、8000次采样次采样/秒秒64kb/s第1章 概述 35/976 6、异步通信与同步通信、异步通信与同步通信 在数字数据通信中，一个最基本的要求是发送端在数字数据通信中，一个最基本的要求是发送端和接收端之间以某种方式保持位同步，只有保证和接收端之间以某种方式保持位同步，只有保证了位同步才可能保证帧同步，所以接收端必须对了位同步才可能保证帧同步，所以接收端必须对它所接收的数据流中每一位进行正确的采样，才它所接收的数据流中每一位进行正确的采样，才能确保数据接收的正确性，为此，通信双方必须能确保数据接收的正确性，为此，通信双方必须遵循同一个通信规程，使用相同的位同步方式进遵循同一个通信规程，使用相同

23、的位同步方式进行数据传输，根据通信规程所定义的位同步方式，行数据传输，根据通信规程所定义的位同步方式，可分为异步通信和同步通信两大类可分为异步通信和同步通信两大类第1章 概述 36/97异步通信异步通信 v异步通信是指发送方和接收方的采样时钟不是同一个，故异步通信是指发送方和接收方的采样时钟不是同一个，故名，是以字符为单位的数据传输，常用的是名，是以字符为单位的数据传输，常用的是ASCII字符集字符集v数据块以字符为单位，每个字符都要附加数据块以字符为单位，每个字符都要附加1位起始位和位起始位和1位位停止位作标志，以标记字符的开始和结束停止位作标志，以标记字符的开始和结束v此外，还要附加此外，

24、还要附加1位奇偶校验位位奇偶校验位波特率波特率字符长度字符长度奇偶校验奇偶校验停止位长度停止位长度异步通信必须指定的四个参数：异步通信必须指定的四个参数：第1章 概述 37/97同步通信同步通信 v同步通信是指发送方和接收方的采样时钟是同一同步通信是指发送方和接收方的采样时钟是同一个。个。v通常发送方在发送数据的编码中包含时钟，而接通常发送方在发送数据的编码中包含时钟，而接收方则从数据流中提取时钟用以采样，所以说双收方则从数据流中提取时钟用以采样，所以说双方所用的时钟是同一个方所用的时钟是同一个第1章 概述 38/977、串行通信和并行通信、串行通信和并行通信v串行通信：串行通信：数据按比特为

25、单位，以时间为序数据按比特为单位，以时间为序v并行通信：并行通信：数据按字符为单位，以时间为序数据按字符为单位，以时间为序第1章 概述 39/97典型的串行接口典型的串行接口RS-232CRS-232-C是用于计算机或终端与是用于计算机或终端与Modem间的物间的物理层协议，所谓物理层协议是定义接口的机械、理层协议，所谓物理层协议是定义接口的机械、电气、功能和过程特性电气、功能和过程特性计算机或终端设备：计算机或终端设备：DTE（dataterminalequipment）调制解调器：调制解调器：DCE（datacircuit-terminatingequipment）第1章 概述 40/97

26、常用的串行接口常用的串行接口v常用的串行接口有常用的串行接口有25pin和和9pin两种两种25pin9pin功能功能简称简称1FrameGroundFG23TransmitDataTxD32ReceiveDataRxD47RequestToSendRTS58ClearToSendCTS66DataSetReadyDSR75SignalGroundGND81CarrierDetectCD204DataTerminalReadyDTR第1章 概述 41/97并行接口并行接口打印机是常用的并行接口打印机是常用的并行接口Pin信号信号Pin信号信号1-STROBE10-ACK2DATA011BUSY

27、3DATA112PaperEmpty4DATA213Select5DATA314-AutoFeed6DATA415-ERROR7DATA516-INIT8DATA617-SELECTIN9DATA718-25GROUND第1章 概述 42/972.3传输介质传输介质v双绞线双绞线v同轴电缆同轴电缆v光缆光缆v无线传输无线传输第1章 概述 43/971、双绞线、双绞线（twistedpair）v线间干扰较小、价格便宜、易于安装线间干扰较小、价格便宜、易于安装v可传输模拟信号，也可传输数字信号可传输模拟信号，也可传输数字信号在电话系统的最后一公里，用于传输模拟信号在电话系统的最后一公里，用于传输模

28、拟信号在计算机网络中，用于传输数字信号，常用在计算机网络中，用于传输数字信号，常用8芯芯无屏蔽双绞线（无屏蔽双绞线（UTP）通常的传输距离为）通常的传输距离为100m如如Cat3（10Mbps）和）和Cat5（100Mbps）第1章 概述 44/972 2、同轴电缆、同轴电缆v50同轴电缆同轴电缆50同轴电缆用于数字信号传输，目前基同轴电缆用于数字信号传输，目前基本已被双绞线所替代本已被双绞线所替代v75同轴电缆同轴电缆75同轴电缆用于模拟信号传输，目前主同轴电缆用于模拟信号传输，目前主要用于电视信号的传输要用于电视信号的传输由于由于75同轴电缆的带宽极宽，所以，也同轴电缆的带宽极宽，所以，也

29、被用于城域网，如有线通被用于城域网，如有线通常用的同轴电缆有两种：常用的同轴电缆有两种：第1章 概述 45/973 3、光缆、光缆 v多模光缆：信号通过光的折射在光纤多模光缆：信号通过光的折射在光纤中传输，距离中传输，距离2kmv单模光缆：直线传输，距离单模光缆：直线传输，距离10km光传输系统包括：光传输系统包括：光源、传输介质（光纤）、光检测器光源、传输介质（光纤）、光检测器第1章 概述 46/97光缆相对铜缆的特性光缆相对铜缆的特性 v带宽高带宽高距离远距离远损耗低损耗低重重量轻无电磁干扰量轻无电磁干扰防窃听防窃听v端口设备价格高端口设备价格高第1章 概述 47/974 4、无线传输、无

30、线传输 v无线电传输无线电传输v微波传输微波传输v红外线和毫米波红外线和毫米波v光波传输光波传输根据波长分成不同的波段，依次为无线根据波长分成不同的波段，依次为无线电、微波、红外、可见光、紫外等电、微波、红外、可见光、紫外等 第1章 概述 48/97用于通信的电磁波频段用于通信的电磁波频段无线电波无线电波微波微波红外线红外线可可见见光光紫紫外外线线X射线射线射线射线f(Hz)1001 021041061081010101 2101 4101 6101 81020102 2102 4f(Hz)1041 051 061 071 081 091 0101 0111 01 21 01 31 01 41

31、 01 51 01 6双绞线双绞线TVFMAM同轴电缆同轴电缆微波通信微波通信卫星通信卫星通信光通信光通信波波长长 30 k m3 k m3 0 m3 m3 0 m m3 m m30 m3 mTnbmP101Fig.2-11用于通信的电磁波频段用于通信的电磁波频段第1章 概述 49/97地面无线通信模型地面无线通信模型v传输距离：天线的高度、类型和信号强度传输距离：天线的高度、类型和信号强度v传输可靠性：障碍物传输可靠性：障碍物v传输正确性：气象条件传输正确性：气象条件第1章 概述 50/97卫星通信模型卫星通信模型VSAT：甚小孔径卫星终端：甚小孔径卫星终端verysmallaperture

32、satelliteterminals地面站地面站地球同步卫星地球同步卫星36000km端到端端到端单程单程270ms往返往返540ms地球同地球同步卫星步卫星VSAT中央站中央站VSAT第1章 概述 51/972.4信道多路复用技术信道多路复用技术v频分复用频分复用v时分复用时分复用v波分复用波分复用v码分复用码分复用第1章 概述 52/97共享信道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v复用复用(multiplexing)是通信技术中的基本是通信技术中的基本概念。概念。信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2复用分用(a)不使用复用技术

33、(b)使用复用技术第1章 概述 53/97频分复用频分复用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)v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。v频分复用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 5第1章 概述 54/97FDM图示图示音频信号音频信号调制基频调制基频调制后信号调制后信号

34、信号的频分多路复用信号的频分多路复用第1章 概述 55/97时分复用时分复用TDM(TimeDivisionMultiplexing)v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时分复用帧用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一帧）。每一个时分复用的用户在每一个个TDM帧中占用固定序号的时隙。帧中占用固定序号的时隙。v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（其周期就是期就是TDM帧的长度）。帧的长度）。vTDM信号也称为信号也称为等时等时(isochronous)信号。信号。v时分复用的所有用户是在不同的时间占用时

35、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。第1章 概述 56/97时分复用时分复用频率时间B C DB C DB C DB C DAAAATDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第1章 概述 57/97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。第1章 概述 58/97统计时分复用统计时分复用STDM(StatisticTDM)用户ABCDabcdt

36、tttt3 个 STDM 帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用第1章 概述 59/97 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波分复用波分复用WDM(WavelengthDivisionMultiplexing)v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/s1310 n

37、m20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km光调制器光解调器第1章 概述 60/972.4.3码分复用码分复用CDM(CodeDivisionMultiplexing)v常用的名词是常用的名词是码分多址码分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。v各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼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。此不会造成干扰。v这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其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。频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。v每一个比特时间划分为每一个比特时间划分为m 个短的间隔

38、，称为个短的间隔，称为码片码片(chip)。第1章 概述 61/97课件制作：谢希仁码片序列码片序列(chipsequence)v每个站被指派一个唯一的每个站被指派一个唯一的mbit码片序列。码片序列。如发送比特如发送比特1，则发送自己的，则发送自己的mbit码片序列。码片序列。如发送比特如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反，则发送该码片序列的二进制反码。码。v例如，例如，S站的站的8bit码片序列是码片序列是00011011。发送比特发送比特1时，就发送序列时，就发送序列00011011，发送比特发送比特0时，就发送序列时，就发送序列11100100。vS站的码片序列：站的码片序列：(1

39、11+1+11+1+1)第1章 概述 62/97CDMA的重要特点的重要特点v每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相并且还必须互相正交正交(orthogonal)。v在实用的系统中是使用在实用的系统中是使用伪随机码序列伪随机码序列。第1章 概述 63/97码片序列的正交关系码片序列的正交关系v令向量令向量S 表示站表示站S的码片向量，令的码片向量，令T 表表示其他任何站的码片向量。示其他任何站的码片向量。v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 和和T 的规格化的规格化内积内积(innerproduct)都是都

40、是0：(2-3)第1章 概述 64/97码片序列的正交关系举例码片序列的正交关系举例v令向量令向量S 为为(111+1+11+1+1)，向量向量T 为为(11+11+1+1+11)。v把向量把向量S 和和T 的各分量值代入的各分量值代入(2-3)式就可式就可看出这两个码片序列是正交的。看出这两个码片序列是正交的。第1章 概述 65/97v任何一个码片向量和该码片向量自己的规格任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是化内积都是1。v一个码片向量和该码片反码的向量的规格化一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是内积值是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第1章 概述

41、66/97CDMA的工作原理的工作原理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第1章 概述 67/972.5数字传输系统数字传输系统vPCMv采样和量化采样和量化vT1线路线路vE1线路线路vSONET和和SDH主干线常采用多路复用技术以提高线路的利用率主干线常采用多路复用技术以提高线路的利用率第1章 概述 68/97PCM（PulseCodeModulation）v脉冲编码调制脉冲编码调制PCM由于数字传输的明显优势，所以，主干线都采用数由于数字传输的

42、明显优势，所以，主干线都采用数字传输，于是终端用户（如电话的语音信号）的模字传输，于是终端用户（如电话的语音信号）的模拟数据到达本地局后，都必须转换成数字数据，以拟数据到达本地局后，都必须转换成数字数据，以适合主干线的传输适合主干线的传输vPCM以采样定理为基础以采样定理为基础采样定理：如果在规定的时间间隔内，以有效信号采样定理：如果在规定的时间间隔内，以有效信号f(t)最高频率的二倍或二倍以上的速率对该信号进行最高频率的二倍或二倍以上的速率对该信号进行采样，则这些采样值中包含了全部原始信号信息采样，则这些采样值中包含了全部原始信号信息第1章 概述 69/97采样和量化采样和量化v采样速率：采

43、样速率：8000次次/秒秒电话系统的历史及其对整个世界的覆盖决定了计算电话系统的历史及其对整个世界的覆盖决定了计算机网络必须机网络必须OVER在电话系统的承载网上在电话系统的承载网上根据人的听觉功能，电话系统中每个信道的频宽为根据人的听觉功能，电话系统中每个信道的频宽为4000Hz，根据，根据Nyquist定理，对于定理，对于4000Hz的信号，的信号，多于多于8000次次/秒的采样是无意义的秒的采样是无意义的v采样值的量化采样值的量化一次采样值分成多少个等级，将决定量化后的数据一次采样值分成多少个等级，将决定量化后的数据量，如等分成量，如等分成256个等级，则必须用个等级，则必须用8bit表

44、示表示第1章 概述 70/97采样和量化举例采样和量化举例A B C D E F G Ht256192128640ABCDEFGH18824424014480721222001011110011110100111100001001000001010000010010000111110011001000第1章 概述 71/97T1线路线路1.544Mb/svT1线路由线路由24个多路复用信道组成个多路复用信道组成每个信道采样每个信道采样8000次次/秒，每次采样量化为秒，每次采样量化为7bit每个信道每次采样生成每个信道每次采样生成7bit数据位加数据位加1bit控制位，即控制位，即7b+1b即

45、每个信道每秒生成即每个信道每秒生成56K+8K的传输速率的传输速率24个多路复用信道的每次采样组成一个帧，即每帧为：个多路复用信道的每次采样组成一个帧，即每帧为：8bitx24=192bit，每帧间加一个，每帧间加一个bit，所以每帧为，所以每帧为193bit193bitx8000次采样次采样/秒秒=1544000bit/s=1.544Mb/s北美、日本使用北美、日本使用T1线路线路第1章 概述 72/97E1线路线路2.048Mb/svE1线路由线路由32个多路复用信道组成个多路复用信道组成每个信道采样每个信道采样8000次次/秒，每次采样量化为秒，每次采样量化为8bit，其中，其中包括用于

46、信令的包括用于信令的bit32个多路复用信道的每次采样组成一个帧，即每帧为：个多路复用信道的每次采样组成一个帧，即每帧为：8bitx32个信道个信道=256bit256bitx8000次采样次采样/秒秒=2.048Mb/s欧洲、中国使用欧洲、中国使用E1线路线路第1章 概述 73/97多个多个T1或或E1线路的复用线路的复用v一次群：一次群：T1=1.544Mb/sE1=2.048Mb/sv二次群：二次群：T2=T1x4+=6.312Mb/sE2=E1x4+=8.848Mb/sv三次群：三次群：T3=T2x6+=44.736Mb/sE3=E2x4+=34.304Mb/sv四次群：四次群：T4=

47、T3x7+=274.176Mb/sE4=E3x4+=139.264Mb/s第1章 概述 74/97SONET/SDHvSONET（SynchronousOpticalNetwork）同步光纤网同步光纤网美国标准美国标准ANSIT1.105106STS-1（SynchronousTransportSignal）同步传送信号）同步传送信号（电信号）（电信号）OC-1（OpticalCarrier）光载波）光载波（光信号）光信号）采用每采用每125 s送出一帧，每帧送出一帧，每帧810B，即，即810路电话。因此路电话。因此基本速率为基本速率为8bx810Bx8000次采样次采样/秒秒=51.84M

48、b/svSDH（SynchronousDigitalHierarchy）同步数字体系同步数字体系CCITT推荐的标准推荐的标准STM-1（SynchronousTransportModule）同步传送模块）同步传送模块基本速率为基本速率为155.52Mb/s第1章 概述 75/97SONET的的OC级和级和STS级与级与SDH的的STM级的比较级的比较在在40Mb/s以下，北美的以下，北美的T1T3和欧洲的和欧洲的E1E3不同不同在更高速率的标准上，在更高速率的标准上，SONET和和SDH基本相同基本相同线路速率线路速率(Mb/s)SONET（美）（美）SDH（欧）（欧）OC级级STS级级ST

49、M级级51.84OC-1STS-1155.52OC-3STS-3STM-1466.56OC-9STS-9STM-3622.08OC-12STS-12STM-4933.12OC-18STS-18STM-61244.16OC-24STS-24STM-81866.24OC-36STS-36STM-122488.32OC-48STS-48STM-169953.28OC-192STS-192STM-64TnbmP146Fig.2-37SONET和和SDH复用率复用率第1章 概述 76/972.6Internet的本地接入的本地接入v拨号接入拨号接入vADSL接入接入vHFC第1章 概述 77/97拨号接

50、入拨号接入v家庭主机拨号上网示意图家庭主机拨号上网示意图vMODEM调制解调器调制解调器通过电话线路访问远程服务器通过电话线路访问远程服务器使用调制解调器将数字信号转换成模拟信号使用调制解调器将数字信号转换成模拟信号必须在某必须在某ISP注册成为合法用户注册成为合法用户服务器端采用服务器端采用DHCP协议，为接入者分配一个临时协议，为接入者分配一个临时的的IP地址地址第1章 概述 78/97MODEM调制解调器调制解调器vMODEM包括调制和解调两个功能包括调制和解调两个功能v调制方式有：调制方式有：调幅调幅 调频调频 调相调相或是上述的组合或是上述的组合v常用的调制解调器接口有常用的调制解调