第4讲 物理层(II).ppt

计算机网络第 4 讲 物理层（II）*21. 基本概念数据、信号、模拟的、数字的、码元2. 数据通信系统的模型3. 频分复用、时分复用和统计时分复用 2.4.3 码分复用 CDM (Code Division Multiplexing) • 常用的名词是码分多址 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)码片序列(chip sequence) • 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 • 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 • S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1) CDMA 的重要特点• 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)。

• 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 • 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 • 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 • 令向量 S 为(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)，向量 T 为(–1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1) • 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 • 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 • 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 S110 ttttttm 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 • 脉码调制 PCM 体制最初是为了在局之间的中 继线上传送多路的 • 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 • E1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s • 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 SONET 和 同步数字系列 SDH • 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： • 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 • 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 SONET• 同步光纤网 SONET (Synchronous Optical Network) 的各级时钟都来自一个非常精确的 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 同步数字系列 SDH • 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)。

• 一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词 • SDH 的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第 1 级同步传递模块 (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51.840OC-1/STS-1155.520OC-3/STS-3STM-1155 Mb/s466.560OC-9/STS-9STM-3622.080OC-12/STS-12STM-4622 Mb/s933.120OC-18/STS-18STM-6 1244.160OC-24/STS-24STM-8 2488.320OC-48/STS-48STM-162.5 Gb/s4976.640OC-96/STS-96STM-32 9953.280OC-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 SONET 的体系结构 光子层路径层 线路层 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)SONET 标准定义了 四个光接口层 • 光子层(Photonic Layer) –处理跨越光缆的比特传送。

• 段层(Section Layer) –在光缆上传送 STS-N 帧 • 线路层(Line Layer) –负责路径层的同步和复用 • 路径层(Path Layer) –处理路径端接设备 PTE (Path Terminating Element)之间的业务的传输 2.6 宽带接入技术 2.6.1 xDSL技术• xDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟用户线 进行改造，使它能够承载宽带业务 • 虽然标准模拟信号的频带被限制在 300~3400 kHz 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 • xDSL 技术就把 0~4 kHz 低端频谱留给传统使 用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网 使用 • DSL 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 xDSL 的几种类型 • ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) ：非对称数字用户线 • HDSL (High speed DSL)：高速数字用户线 • SDSL (Single-line DSL)：1 对线的数字用户线 • VDSL (Very high speed DSL)：甚高速数字用户 线 • DSL ：ISDN 用户线。

• 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• 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 • 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 • 如果把用户线的线径减小到0.4毫米，那么在 6.1 Mb/s的传输速率下就只能传送2.7公里 ADSL 的特点• 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 • ADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个 ADSL 调制解调器 • 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• 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。

• 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DMT 技术的频谱分布 …频谱频率上行信道传统04下行信道…(kHz) ~40~138~1100ADSL 的数据率• 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 • 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 • 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 • 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 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至本地局PSPS数字用户线接入复用器 DSLAM (DSL Access 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） 分离器 PS (POTS Splitter) 第二代 ADSL ADSL2（G.992.3 和 G.992.4） ADSL2+（G.992.5） • 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），而上行速率可达 800 kb/s • 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 • 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)• 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 • HFC 网除可传送 CATV 外，还提供、数据 和其他宽带交互型业务 • 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 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 • 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。

• 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 • 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 同轴电缆头端模拟光纤放大器引入线。