(1.4)--02物理层二计算机网络计算机网络.ppt

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1、2020计算机网络(第7版)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2.4信道复用技术2020计算机网络(第7版)2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 复用的示意图复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率。A1A2B1B2C1C2(a)使用单独的信道+()+A1A2B1B2C1C2共享信道(b)使用共享信道复用分用2020计算机网络(第7版)频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing)l将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在

2、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 n频带 3频分复用2020计算机网络(第7版)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现（其周期就是TDM帧的长度）的。lTDM 信号也称为等时(isochronous)信号。l时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。2020计

3、算机网络(第7版)时分复用TDM 频率时间BCDBCDBCDBCDAAAATDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧周期性出现时分复用2020计算机网络(第7版)时分复用可能会造成线路资源的浪费 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。时分复用可能会造成线路资源的浪费ABCDabcdttttt4 个时分复用帧#1acb时分复用#2#3#4用户当某用户暂时无数据发送时，在时分复用帧中分配给该用户的时隙只能处于空闲状态。abbadcc2020计算机网络(第7版)统计时分复用 STDM (Statistic TDM)用户 ABCD

4、abcdttttt3 个 STDM 帧#1acb#2#3统计时分复用统计时分复用的工作原理STDM 帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。因此统计时分复用可以提高线路的利用率。abbcacd2020计算机网络(第7版)2.4.2 波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)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

5、 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gbit/s1310 nm20 Gbit/s复用器分用器EDFA光调制器光解调器8 2.5 Gbit/s1310 nm波分复用的概念波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。120 km2020计算机网络(第7版)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

6、。2020计算机网络(第7版)码片序列(chip sequence)l每一个比特时间划分为 mm 个短的间隔，称为码片(chip)。l每个站被指派一个唯一的 mm bit 码片序列。1.如发送比特 1，则发送自己的 mm bit 码片序列。2.如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。l例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。1.发送比特 1 时，就发送序列 00011011，2.发送比特 0 时，就发送序列 11100100。lS 站的码片序列：(1 1 1+1+1 1+1+1)2020计算机网络(第7版)2.6.1 ADSL 技术2.6.2 光纤同轴混合网（HFC网）

7、2.6.3 FTTx 技术2.6宽带接入技术2020计算机网络(第7版)l用户要连接到互联网，必须先连接到某个ISP。l在互联网的发展初期，用户都是利用电话的用户线通过调制解调器连接到ISP的，电话用户线接入到互联网的速率最高仅达到56 kbit/s。l美国联邦通信委员会FCC原来认为只要双向速率之和超过200 kbit/s 就是宽带。但 2015 年重新定义为：宽带下行速率要达到 25 Mbit/s宽带上行速率要达到 3 Mbit/s2.6 宽带接入技术2020计算机网络(第7版)l从宽带接入的媒体来看，可以划分为两大类：1.有线宽带接入2.无线宽带接入l下面讨论有线的宽带接入。2.6 宽带

8、接入技术2020计算机网络(第7版)2.6.1 ADSL 技术l非对称数字用户线 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)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。lADSL 技术就把 04 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。lDSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。2020计算机网络(第7版)DSL 的几种类型 lADS

9、L(Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用户线lHDSL(High speed DSL)：高速数字用户线lSDSL(Single-line DSL)：1 对线的数字用户线lVDSL(Very high speed DSL)：甚高速数字用户线lDSL(Digital Subscriber Line)：数字用户线lRADSL(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）2020计算机网络(第7版)ADSL 的传输距离lADSL 的传输距离取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减

10、就越大）。lADSL 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：1.0.5 毫米线径的用户线，传输速率为 1.52.0 Mbit/s 时可传送5.5公里，但当传输速率提高到 6.1 Mbit/s 时，传输距离就缩短为 3.7 公里。2.如果把用户线的线径减小到 0.4 毫米，那么在 6.1 Mbit/s 的传输速率下就只能传送 2.7 公里。2020计算机网络(第7版)ADSL 的特点l上行和下行带宽做成不对称的。上行指从用户到 ISP，而下行指从 ISP 到用户。lADSL 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 D

11、MT(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。2020计算机网络(第7版)DMT 技术lDMT 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 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。2020计算机网络(第7版)DMT 技术的频谱分布 频谱频率(kHz)ADSL 的数字业务

12、上行信道传统电话04下行信道4013811002020计算机网络(第7版)ADSL 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。lADSL 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 kbit/s到6.4 Mbit/s之间，而上行数据率在 32 kbit/s 到 640 kbit/s 之间。2020

13、计算机网络(第7版)ADSL 的组成DSLAM(DSL Access Multiplexer)：数字用户线接入复用器 ATU(Access Termination Unit)：接入端接单元ATU-C(C 代表端局 Central Office)：ATU-R(R 代表远端 Remote)PS(POTS Splitter)：电话分离器基于 ADSL 的接入网的组成ATU-CATU-CATU-RATU-C用户线 电话分离器至 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 区域宽带网2020计算机网络(第7版)第二代 ADSL l包括 ADSL2（G.992.3 和

14、 G.992.4）和 ADSL2+（G.992.5）。l通过提高调制效率得到了更高的数据率。1.ADSL2 要求至少应支持下行 8 Mbit/s、上行 800 kbit/s的速率。2.ADSL2+则将频谱范围从 1.1 MHz 扩展至 2.2 MHz，下行速率可达 16 Mbit/s（最大传输速率可达 25 Mbit/s），而上行速率可达 800 kbit/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。20

15、20计算机网络(第7版)2.6.2 光纤同轴混合网（HFC网）lHFC(Hybrid Fiber Coax)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。lHFC 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。lHFC 网对 CATV 网进行了改造。2020计算机网络(第7版)HFC 网的主干线路采用光纤lHFC 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。

16、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。2020计算机网络(第7版)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HFC 网的结构图2020计算机网络(第7版)HFC 网具有双向传输功能，扩展了传输频带下行信道上行信道5 65 87 1000调频广播、模拟和数字电视、数据业务频率(MHz)我国的 HFC 网的频谱划分2020计算机网络(第7版)每个家庭要安装一个用户接口盒 l用户接口盒 UIB(User Interf

17、ace Box)要提供三种连接，即：1.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。2.使用双绞线连接到用户的电话机。3.使用电缆调制解调器连接到用户的计算机。2020计算机网络(第7版)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。1.下行速率一般在 3 10 Mbit/s之间，最高可达 30 Mbit/s。2.上行速率一般为 0.2 2 Mbit/s，最高可达 10 Mbit/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

18、用户端。2020计算机网络(第7版)2.6.3 FTTx 技术 lFTTx 是一种实现宽带居民接入网的方案，代表多种宽带光纤接入方式。lFTTx 表示 Fiber To The（光纤到），例如：1.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。2.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。3.光纤到路边 FTTC(Fiber To The Curb)：光纤铺到路边，从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。2020计算机网络(第7版)无源光网络 PON(Passive Optical Network)的组成 头端1:N光纤干线光分路器光网络单元 发往特定 ONU 的数据下行局端用户端光配线网(ODN)头端1:N光纤干线 特定 ONU 发来的数据上行OLT：光线路终端OLTOLTONUONUONUONUONUONU2020计算机网络(第7版)2.6.4无线接入 l无线广域接入：通过蜂窝移动通讯系统接入到Internetl无线局域接入：通过无线局域接入到因特网