第二章计算机网络物理层报告.ppt

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1、计算机网络（第 6 版）第 2 章 物理层第 2 章 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 2 章 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 光纤同轴混合网（HFC 网）2.6.3 FTTx 技术2.1 物理层

2、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1 1、数据、信息和信号 数据、信息和信号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示形式。l“模拟的”(analogous)连续变化的。l“数字的”(digita

3、l)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1 1、数据、信息和信号 数据、信息和信号2.1 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1 1、数据、信息和信号 数据、信息和信

4、号2.1 数据通信的基本概念2 2、数据通信系统 数据通信系统2.1 数据通信的基本概念2 2、数据通信系统 数据通信系统信 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2 2、数据通信系统 数据通信系统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 正文正文数据通信系统源系统

5、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2 2、数据通信系统 数据通信系统 数据通信系统举例2.1 数据通信的基本概念2 2、数据通信系统 数据通信系统 数据通信系统举例(b)局域网用户通过Internet 上网通信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 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PC2.2 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

6、传输4、模拟传输和数字传输2.2 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 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 异步传输2 2、异步传输与同步传输、异步传输与同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；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 同步传输2.2 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，

7、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：传输数字信号的通信系统幅度时间幅度时间2.3 数据传送技术l 1、数据序列的电信号表示l 2、信道容量的概念l 3、基带传输l 4、频带传输l 5、数字数据传输2.3 数据传送技术1 1、数据序列的电信号表示、数据序列的电信号表示数据序列单极性不

8、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 0 1 1 1 2.3 数据传送技术1 1、数据序列的电信号表示、数据序列的电信号表示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 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l 频带传输又称为调制传输，就是先

9、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（频带信号），再将这种频带信号在信道中传输。2.3 数据传送技术4 4、频带传输、频带传输 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

10、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。4 4、频带传输、频带传输 数字数据，模拟传输2.3 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。4 4、频带传输、频带传输 数字数据，模拟传输2.3 数据传送技术4 4、频带传输、频带传输2.3 数据传送技术0 1 0 0 1 1

11、1 0 0基带信号调幅调频调相5 5、数字数据传输、数字数据传输2.3 数据传送技术 在数字信道中传输数据信号称为数据信号的数字传输，简称为 在数字信道中传输数据信号称为数据信号的数字传输，简称为 数字数据传输 数字数据传输。抽样量化编码模拟数据数字信号数字信道解码 恢复数字信号模拟数据5 5、数字数据传输、数字数据传输2.3 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

12、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 0 1 0 0 1 1 1 0 0基带信号调幅调频调相正交振幅调制 QAM(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

13、困难。举例2.2.3 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 l 有失真，但可识别l 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2 2、信道容量的概念、信道容量的概念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l

14、1924 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 Baudl W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)奈奎斯特(Nyquist)定理不能通过 能通过0 频率(Hz)W(Hz)2.3 数据传送技术2 2、信道容量的概念、信道容量的概念l 在理想低通

15、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。l Baud 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 数据传送技术2 2、信道容量的概念、信道容量的概念 奈奎斯特(Nyquist)定理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2 2、信道容量的概念、信

16、道容量的概念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。2.3 数据传送技术2 2、信道容量的概念、信道容量的概念传输比特流 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)t32102.3 数据传送技术2 2、信道容量的概念、信道容量的概念l 无噪声的情况下，在带宽为W 的信道，

17、其最大的数据传输速率C（信道容量）为 C=2Wlog2M2.3 数据传送技术2 2、信道容量的概念、信道容量的概念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 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2 2、信道容量的概念、信道容量的概念 香农(Shannon)定理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

18、会超过多少？应用举例2.3 数据传送技术2 2、信道容量的概念、信道容量的概念解：已知信噪比电平为20dB，则信噪功率比 S/N=100 C=3000 log2(1+100)=3000 6.66=19.98 kbit/s 数据率不会超过19.98 kbit/sl 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。香农公式表明2.3 数据传送技术2 2、信道容量的概念、信道容量的概念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

19、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2 2、信道容量的概念、信道容量的概念 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2 2、信道容量的概念、信道容量的概念香农公式表明 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

20、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 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)fLF MF HF VHF UHF SHF EHF THF波段104 105 106 107 108

21、 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 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2.3.1 导引型传输媒体l 双绞线 屏蔽双绞线 STP(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 UTP屏蔽双绞线 STP同轴

22、电缆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，

23、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（2 40GHz，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1 20 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，

24、两微波站间的通信距离一般为30 50 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；隐蔽、保密性差；人力物力消耗大；地面微波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。卫星微波 卫星微波波段波段频率频率(GHz)(GHz)下行下行(GHz)(GHz)上行上行(GHz)(GHz)问题问题CC4/64/63.74.23.74.25.9256.4255.9256.425地面上的

25、干扰地面上的干扰KuKu11/1411/1411.712.211.712.214.014.514.014.5降雨降雨KaKa20/3020/3017.721.717.721.727.530.527.530.5降雨，设备价降雨，设备价格高格高3 3、传输媒体、传输媒体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。无线电波2.1 数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体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着红外接

26、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。红外线技术 2.1 数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体 红外线技术 调制非相干红外线光 2.1 数据通信的基本概念 无线局域网使用的 ISM 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2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 l 复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念+A1A2B1B2C1C2A1A2B1

27、B2C1C2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 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TDM(Time Division Multiplexing)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

28、现（其周期就是 TDM 帧的长度）。l TDM 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 频率时间B C D B C D B C D B C D A A A ATDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧TDM 帧周期性出现时分复用可能会造成线路资源的浪费 ABCDaa bbcdb c attttt4 个时分复用帧#1acbc d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 STDM(Statistic TDM)用户ABCDabc

29、dttttt3 个 STDM 帧#1acba b b c a c d#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 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)l 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EDF

30、A120 km光调制器 光解调器2.4.3 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(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

31、。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。l S 站的码片序列：(1 1 1+1+1 1+1+1)CDMA 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 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：(2-3)码片序列的正交关系举例 l 令向量

32、 S 为(1 1 1+1+1 1+1+1)，向量 T 为(1 1+1 1+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 CDMA 的工作原理 S 站的码片序列 S1 1 0ttttttm 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

33、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。l E1 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 SONETl 同步光纤网 SONET

34、(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 SDH l ITU-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)。l 一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词。l SDH 的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第 1 级同

35、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 51.840 OC-1/STS-1 155.520 OC-3/STS-3 STM-1 155 Mb/s 466.560 OC-9/STS-9 STM-3 622.080 OC-12/STS-12 STM-4 622 Mb/s 933.120 OC-18/STS-18 STM-61244.160 OC-24/STS-24 STM-82488.320 OC-48/STS-48 STM-16 2.

36、5 Gb/s4976.640 OC-96/STS-96 STM-329953.280 OC-192/STS-192 STM-64 10 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 ADSL 技术l ADSL 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。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。l ADSL 技术就把 04 kHz 低端频谱

37、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。l DSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。DSL 的几种类型 l ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用户线l HDSL(High speed DSL)：高速数字用户线l SDSL(Single-line DSL)：1 对线的数字用户线l VDSL(Very high

38、speed DSL)：甚高速数字用户线l DSL：ISDN 用户线。l RADSL(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l ADSL 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

39、在6.1 Mb/s的传输速率下就只能传送2.7 公里 ADSL 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。l ADSL 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)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l DMT 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

40、 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=1.5Mbps，而理论下行速度为249415=14.9MbpsDMT 技术的频谱分布 频谱频率上行信道传统电话0 4下行信道(kHz)40 138 1100ADSL 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

41、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。l ADSL 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 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 ATU-CATU-CATU-RATU-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PSPS数字用户线接入复用器 DSLAM(DSL Access

42、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 ADSL ADSL2（G.992.3 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 MHz 扩展至2.2 MHz，下行速率可达 16 Mb/s（最大传输速率可达25 Mb/s），而上行速率

43、可达 800 kb/s。l 采用了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产生误码的情况下，自适应地调整数据率。l 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。2.6.2 光纤同轴混合网HFC(Hybrid Fiber Coax)l HFC 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。l HFC 网除可传送 CATV 外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。l 现有的 CATV 网是树形拓扑结构的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。而

44、 HFC 网则需要对 CATV 网进行改造，HFC 的主要特点(1)HFC 网的主干线路采用光纤l HFC 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。l 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。l 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 同轴电缆光纤光纤结点头端高带宽光纤同轴电缆 光纤(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

45、行信道5 65 87 1000调频广播、模拟和数字电视、数据业务频率(MHz)(4)每个家庭要安装一个用户接口盒 l 用户接口盒 UIB(User Interface Box)要提供三种连接，即：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。使用双绞线连接到用户的电话机。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)l 电缆调制解调器是为 HFC 网而使用的调制解调器。l 电缆调制解调器最大的特点就是传输速率高。其下行速率一般在 3 10 Mb/s 之间，最高可达 30 Mb/s，而上行速率一般为 0.2 2 Mb/s，最高可达

46、10 Mb/s。l 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。2.6.3 FTTx 技术 FTTx（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。例如：l 光纤到户 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。l 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。l 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。头端1:NONUONU OLT光纤干线光分路器光网络单元ONU 头端1:NONUONU OLT光纤干线ONU 发往特定 ONU 的数据特定 ONU 发来的数据下行上行局端 用户端 光配线网(ODN)无源光配线网的组成