计算机网络课件CH2-5ed物理层.ppt

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1、计算机网络（第计算机网络（第 5 版）版）第第 2 章章 物理层物理层第 2 章 物理层2.1 物理层的基本概念物理层的基本概念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2.2.2 有关信道的几个基本概念有关信道的几个基本概念2.2.3 信道的极限容量信道的极限容量2.2.4 信道的极限信息传输速率信道的极限信息传输速率2.3 物理层下面的传输媒体物理层下面的传输媒体2.3.1 导向传输媒体导向传输媒体2.3.2 非导向传输媒体非导向传输媒体第 2 章 物理层（续）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

2、分复用、时分复用和统计时分复用 2.4.2 波分复用波分复用 2.4.3 码分复用码分复用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 2.6.1 xDSL技术技术 2.6.2 光纤同轴混合网（光纤同轴混合网（HFC 网）网）2.6.3 FTTx 技术技术2.1 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：特性，即：n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。数目和排列、固定和锁定装置等等。n电气特性电气特性 指明在

3、接口电缆的各条线上出现的电压的指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。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表示指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。何种意义。n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指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。顺序。2.2 数据通信的基础知识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 机几个术语n数据数据(data)运送

4、消息的实体。运送消息的实体。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。n“模拟的模拟的”(analogous)代表消息的参数的取值是连代表消息的参数的取值是连续的。续的。n“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的。的。n码元码元(code)在使用时间域（或简称为时域）的波形在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。2.2.2 有关信号的几个基本概念n单向通信单向通信（单工通信）（单工通信）只能有一个方向的通只能有一个方向的通信而没有

5、反方向的交互。信而没有反方向的交互。n双向交替通信双向交替通信（半双工通信）（半双工通信）通信的双方都通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不当然也就不能同时接收能同时接收)。n双向同时通信双向同时通信（全双工通信）（全双工通信）通信的双方可通信的双方可以同时发送和接收信息。以同时发送和接收信息。基带(baseband)信号和带通(band pass)信号 n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

6、信号。于基带信号。n基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，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必须对基带信号进行调制调制(modulation)。n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过信道）。段频率范围内能够通过信道）。几种最基本的调制方法 n基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流基带

7、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分量。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行分量。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制调制(modulation)。n最基本的二元制调制方法有以下几种：最基本的二元制调制方法有以下几种：n调幅调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。：载波的振幅随基带数字信号而变化。n调频调频(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)：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。对基带数字信号

8、的几种调制方法 010011100基带信号调幅调频调相数字信号的Fourier分析傅立叶级数：任何正常周期为T的函数g(t)，都可由（无限个）正弦和余弦函数合成：其中，f=1/T是基频，an和bn称为正弦和余弦函数的n次谐波的振幅，c是常数任何信号的传输都可理解为以傅立叶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，则合成后，振幅有所衰减，基本形状不变对任何已知的g(t)，可求得：谐波数越高，传输质量越好如传输ASCII字符b，即，可求得：t/st/s正交振幅调制 QAM(Quadrature Amplitude Modulation)r(r,)可供选择的相位有可供选择的相位有 12 种

9、，种，而对于每一种相位有而对于每一种相位有 1 或或2 种振幅可供选择。种振幅可供选择。由于由于4 bit 编码共有编码共有16 种不同的种不同的组合，因此这组合，因此这 16 个点中的每个个点中的每个点可对应于一种点可对应于一种 4 bit 的编码。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。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 n任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时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。会产生各种失真以及带来多种干扰

10、。n码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，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。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 n有失真，但可识别n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(1)信道能够通过的频率范围n1924 年，奈奎斯特年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的就推导出了著名的奈氏奈氏准则准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间。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。串

11、扰，码元的传输速率的上限值。n在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现会出现码间串扰码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。识别）成为不可能。n如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分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。码间串扰。(2)信噪比 n香农香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽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受限且有高斯白噪声干

12、扰的信道的极限极限、无差无差错的错的信息传输速率。信息传输速率。n信道的极限信息传输速率信道的极限信息传输速率 C 可表达为可表达为n C=W log2(1+S/N)b/s nW 为信道的带宽（以为信道的带宽（以 Hz 为单位）；为单位）；nS 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；nN 为信道内部的高斯噪声功率。为信道内部的高斯噪声功率。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。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

13、到某种办法来实现无差错的传输。一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。n若信道带宽若信道带宽 W 或信噪比或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道没有上限（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不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率 C 也也就没有上限。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。传输速率低不少。请注意 n对于频带宽度已确定的信道，如果信噪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达到了上

14、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。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 1018 1020 1022 1024 移动

15、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 导向传输媒体n双绞线双绞线n屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STP(Shielded Twisted Pair)n无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线 UTP(Unshielded Twisted Pair)n同轴电缆同轴电缆n50 同轴电缆同轴电缆n75 同轴电缆同轴电缆n光缆光缆 2.3.2 非导向传输媒体 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。波信道的通信质量较差。n微波在空间主要是直线传播。微波在空间主要是直线传播。n地面微波接力

16、通信地面微波接力通信n卫星通信卫星通信 双绞线（twisted pair）n线间干扰较小、价格便宜、易于安装n可传输模拟信号，也可传输数字信号n 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，用于传输模拟信号n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100 m 如如Cat3（10 Mbps）和）和Cat5（100 Mbps）同轴电缆n50同轴电缆n50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n75同轴电缆n

17、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n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：光缆 n多模光缆：信号通过光的折射在光纤中传输，距离2 kmn单模光缆：直线传输，距离10 km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）、光检测器光缆相对铜缆的特性 n带宽高 距离远 损耗低 重量轻无电磁干扰 防窃听n端口设备价格高无线传输 n无线电传输 n微波传输 n红外线和毫米波 n

18、光波传输 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 地面无线通信模型n传输距离：天线的高度、类型和信号强度n传输可靠性：障碍物n传输正确性：气象条件卫星通信模型VSAT：甚小孔径卫星终端very small aperture satellite terminals地面站地球同步卫星36000km端到端单程 270ms往返 540ms地球同步卫星VSAT中央站VSAT共享信道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 n复用复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。是通信技术中的基本概念。信道

19、A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2复用分用(a)不使用复用技术(b)使用复用技术频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing)n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。n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时分复用TDM(Time Div

20、ision Multiplexing)n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。n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）。nTDM 信号也称为信号也称为等时等时(isochronous)信号。信号。n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。时分复用 频率时间

21、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TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧时分复用 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 ABCDaabbcdb

22、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，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。分配到的子信道的利用率一般是不高的。同步TDMn时间片与输入装置一一对应，即同步时间片与输入装置一一对应，即同步n如如某某个个时时间间片片对对应应的的输输入入装装置置无无数数据据发送，则该时间片空闲（浪费）发送，则该时间片空闲（浪费）n传传输输介介质质的的传传输输速速率率不不能能低低于于各各个个输输入信号的数据速率之和入信号的数据速率之和 统计时分复用 STDM

23、(Statistic TDM)用户ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用n时间片是按需动态分配的时间片是按需动态分配的n时间片与输入装置之间没有对应关系，任何一时间片与输入装置之间没有对应关系，任何一个时间片都可以被用于传输任何一路输入信号个时间片都可以被用于传输任何一路输入信号n在传输的数据单元中必须包含地址信息，以便在传输的数据单元中必须包含地址信息，以便寻址目的节点寻址目的节点n传输介质的传输速率只要不低于各个输入信号传输介质的传输速率只要不低于各个输入信号的平均数据速率即可的平均数据速率即可n异步异步TDM又称为统计又称为统计TDM

24、（STDM）异步（统计）异步（统计）TDM 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 WDM(Wavelength Division Multiplexing)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光调制器光解调器2.4.3 码分复

25、用 CDM(Code Division Multiplexing)n常用的名词是常用的名词是码分多址码分多址 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。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。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每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为个短的间隔，称为码片码片(chip)。码片序列(chip sequence)n每个站被指

26、派一个唯一的每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。码片序列。n如发送比特如发送比特 1，则发送自己的，则发送自己的 m bit 码片序列。码片序列。n如发送比特如发送比特 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。n例如，例如，S 站的站的 8 bit 码片序列是码片序列是。n发送比特发送比特 1 时，就发送序列时，就发送序列，n发送比特发送比特 0 时，就发送序列时，就发送序列。nS 站的码片序列：站的码片序列：(1 1 1+1+1 1+1+1)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，并且还每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互

27、相必须互相正交正交(orthogonal)。n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。码片序列的正交关系 n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 表示其他任表示其他任何站的码片向量。何站的码片向量。n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 的规的规格化格化内积内积(inner product)都是都是 0：(2-3)码片序列的正交关系举例 n令向量令向量 S 为为(1 1 1+1+1 1+1+1)，向量，向量 T 为为(1 1+1 1+1+1+1 1)。n把向量把向量 S 和和 T 的各分量值代

28、入的各分量值代入(2-3)式就可看出这式就可看出这两个码片序列是正交的。两个码片序列是正交的。n任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是都是1。n一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是是 1。正交关系的另一个重要特性 CDMA 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2.5 数字传输系统1.脉码调制 PCM 体制 n脉码调制脉码调制 PCM

29、 体制最初是为了在电话局之间的中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。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，PCM 有两个互不兼容的国际有两个互不兼容的国际标准，即北美的标准，即北美的 24 路路 PCM（简称为（简称为 T1）和欧洲）和欧洲的的 30 路路 PCM（简称为（简称为 E1）。我国采用的是欧洲）。我国采用的是欧洲的的 E1 标准。标准。nE1 的速率是的速率是 2.048 Mb/s，而，而 T1 的速率是的速率是 1.544 Mb/s。n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。2.同步光纤网 SONE

30、T 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：n速率标准不统一。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。的高速数据传输就很难实现。n不是同步传输。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要是采用准同步方式准同步方式。同步光纤网 SONETn同步光纤网同步光纤网 SONET(Synchronous Optical N

31、etwork)的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。n第第 1 级级同步传送信号同步传送信号 STS-1(Synchronous Transport Signal)的传输速率是的传输速率是 51.84 Mb/s。n光信号则称为第光信号则称为第 1 级级光载波光载波 OC-1，OC 表示表示Optical Carrier。同步数字系列 SDH nITU-T 以美国标准以美国标准 SONET 为基础，制订出国际标为基础，制订出国际标准准同步数字系列同步数字系列 SDH(Synchronous Digital Hierarchy)。n一般可认为一般可认为 SDH

32、 与与 SONET 是同义词。是同义词。nSDH 的基本速率为的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第，称为第 1 级级同同步传递模块步传递模块(Synchronous Transfer Module)，即即 STM-1，相当于，相当于 SONET 体系中的体系中的 OC-3 速率。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-3 622.080OC-12/STS-12STM-4622 Mb/s 933.120OC-18

33、/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-82488.320OC-48/STS-48STM-162.5 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 级的对应关系 2.6 宽带接入技术2.6.1 xDSL技术nxDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户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。线进行改造，使

34、它能够承载宽带业务。n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 3003400 Hz 的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过仍然超过 1 MHz。nxDSL 技术就把技术就把 04 kHz 低端频谱留给传统电话使低端频谱留给传统电话使用，而用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用使用。nDSL 就是就是数字用户线数字用户线(Digital Subscriber Line)的的缩写。而缩写。而 DSL 的前缀的前缀 x 则表示在数字用户线上实则表示在数字用户线上实现的不

35、同宽带方案。现的不同宽带方案。xDSL 的几种类型 nADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称：非对称数字用户线数字用户线nHDSL(High speed DSL)：高速数字用户线：高速数字用户线nSDSL(Single-line DSL)：1 对线的数字用户线对线的数字用户线nVDSL(Very high speed DSL)：甚高速数字用户线：甚高速数字用户线nDSL：ISDN 用户线。用户线。nRADSL(Rate-Adaptive DSL)：速率自适应：速率自适应 DSL，是，是 ADSL 的一个子集，可自动调节线路速率）。的一个子集，可

36、自动调节线路速率）。ADSL 的极限传输距离nADSL 的极限传输距离与数据率以及用户线的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），而所能得到的最高数据传时的衰减就越大），而所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关。输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关。n例如，例如，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 2.0 Mb/s 时可传送时可传送 5.5 公里，但当传输速率公里，但当传输速率提高到提高到 6.1 Mb/s 时，传输距离就缩短为时，传输距离就缩

37、短为 3.7 公里。公里。n如果把用户线的线径减小到如果把用户线的线径减小到0.4毫米，那么在毫米，那么在6.1 Mb/s的传输速率下就只能传送的传输速率下就只能传送2.7公里公里 ADSL 的特点n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。n上行指从用户到上行指从用户到 ISP，而下行指从，而下行指从 ISP 到用户。到用户。nADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个在用户线（铜线）的两端各安装一个 ADSL 调制解调器。调制解调器。n我国目前采用的方案是我国目前采用的方案是离散多音调离散多音调 DMT(Discrete Multi-Tone)调制技术。这里的调制技术。这里的

38、“多多音调音调”就是就是“多载波多载波”或或“多子信道多子信道”的意思。的意思。DMT 技术DMT 离散多音调调制DMT：Discrete MultiTone modulation 将本地回路的将本地回路的可用带宽（约可用带宽（约1.1MHz)分成分成256个个4312.5Hz的独立信道，的独立信道，信道信道0 给传统的电话，给传统的电话，1 5保留，剩下的保留，剩下的250个信道中个信道中一个给上行控制，一个给下行控制，其余全部用于数据一个给上行控制，一个给下行控制，其余全部用于数据传输，由提供者分配哪些给上行，哪些给下行传输，由提供者分配哪些给上行，哪些给下行Tnbm P132 Fig.2

39、-28 采用DMT调制的ADSL0 1 2 3 4 5 6 7 8 9251 252 253 254 255VoiceUpstreamDownstream 4312.5HzDMT 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)401381100ADSL 的数据率n由于用户线的具体条件往往相差很大（距离、线径、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。据率。n当当 ADSL 启动时，用户线

40、两端的启动时，用户线两端的 ADSL 调制解调器就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。每一个频率上测试信号的传输质量。nADSL 不能保证固定的数据率。对于质量很差的用户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线甚至无法开通 ADSL。n通常下行数据率在通常下行数据率在 32 kb/s 到到 6.4 Mb/s 之间，而上行之间，而上行数据率在数据率在 32 kb/s 到到 640 kb/s 之间。之间。ADSL的接入模型Internet用户侧本地局Ethernet 端口PC机滤波器

41、用户配线架局端滤波器交换机配线架 程控交换机ADSL modemATU-RATU-C：ADSL Transmission UnitCentralATU-R：ADSL Transmission UnitRemote ADSL modemATU-CABFGEDCn采用曼切斯特编码、携带了数字数据的数字信号：An携带了语音数据的模拟信号：C、E、Fv经ADSL modem 调制后的、携带了数字数据的模拟信号：B、D、Gv多个信道，频分多路复用第二代 ADSL ADSL2（G.992.3 和 G.992.4）ADSL2+（G.992.5）n通过提高调制效率得到了通过提高调制效率得到了更高的数据率更高的

42、数据率。例如，。例如，ADSL2 要求至少应支持下行要求至少应支持下行 8 Mb/s、上行、上行 800 kb/s的速率。而的速率。而 ADSL2+则将频谱范围从则将频谱范围从 1.1 MHz 扩展至扩展至2.2 MHz，下行速率可达，下行速率可达 16 Mb/s（最大传输速率可达（最大传输速率可达25 Mb/s），而上行速率可达），而上行速率可达 800 kb/s。n采用了采用了无缝速率自适应技术无缝速率自适应技术 SRA(Seamless Rate Adaptation)，可在运营中不中断通信和不，可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下，自适应地调整数据率。产生误码的情况下，自适应地调整

43、数据率。n改善了线路质量评测和故障定位功能，这对提高改善了线路质量评测和故障定位功能，这对提高网络的运行维护水平具有非常重要的意义。网络的运行维护水平具有非常重要的意义。2.6.2 光纤同轴混合网HFC(Hybrid Fiber Coax)nHFC 网是在目前覆盖面很广的有线电视网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。的基础上开发的一种居民宽带接入网。nHFC 网除可传送网除可传送 CATV 外，还提供电话、数外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。据和其他宽带交互型业务。n现有的现有的 CATV 网是树形拓扑结构的同轴电缆网网是树形拓扑结构的同轴电缆

44、网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。而行单向传输。而 HFC 网则需要对网则需要对 CATV 网进网进行改造，行改造，HFC 的主要特点 (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，并使用模拟光纤技术。n在模拟光纤中采用光的振幅调制 AM，这比使用数字光纤更为经济。n模拟光纤从头端连接到光纤结点(fiber node)，即光分配结点 ODN(Optical Distribution Node)。在光纤结点光信号被转换为电信号。在光纤结点以下就是同轴电缆。(2)HFC 网采用结点体系结构

45、同轴电缆头端模拟光纤放大器引入线分路器光纤结点服务区服务区服务区(3)HFC 网具有比 CATV 网更宽的频谱，且具有双向传输功能 下行信道上行信道5 40 50 550 750 1000原有模拟电视数字信号频率(MHz)保留(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)要提供三种连接，即：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。电缆调制解调器(cable modem)n电缆调制解调器是为 HFC 网而使用的调制解调器。n电缆调制解调

46、器最大的特点就是传输速率高。其下行速率一般在 310 Mb/s之间，最高可达 30 Mb/s，而上行速率一般为 0.22 Mb/s，最高可达 10 Mb/s。n电缆调制解调器比在普通电话线上使用的调制解调器要复杂得多，并且不是成对使用，而是只安装在用户端。HFC 网的最大优点 n具有很宽的频带，并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网。n要将现有的 450 MHz 单向传输的有线电视网络改造为 750 MHz 双向传输的 HFC 网（还要将所有的用户服务区互连起来而不是一个个 HFC 网的孤岛），也需要相当的资金和时间。n在电信政策方面也有一些需要协调解决的问题。2.6.3 FTTx 技术 nFTTx（光纤到）也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里字母 x 可代表不同意思。n光纤到家 FTTH(Fiber To The Home)：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。n光纤到大楼 FTTB(Fiber To The Building)：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。n光纤到路边 FTTC(Fiber To The Curb)：从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。