《网络》第2章(zy).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第,2,章 数据通信基础和物理层,2.1,物理层的基本概念,2.2,数据通信基础知识,2.3,物理层下面的传输媒体（传输介质）,2.4,数字传输系统,2.5,信道复用技术,2.6,宽带接入技术,2.1,物理层的基本概念,实现在特定介质上的数据发送和接收,发送时：将比特流转换成适合在介质上传输的信号,接收时：将介质上的接收到的信号转换成相应的比特流,为上层提供接口,(,特性,),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。,电气特性,：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。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。,规程特性,：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。,相邻层的依赖关系,i,层只规定其功能及其对上层（,i+1,层）服务的接口,i,层只能使用为其提供服务的底层（,i-1,层）所提供的接口，而不能要求底层（,i-1,层）应采用什么样的接口方式,2.2,数据通信的基础知识,一、数据通信系统模型,调制解调器,公用电话网,源系统,目的系统,传输系统,数据通信系统,调制解调器,终点,接收器,发送器,数据,传输系统,信号,源点,信息,术语,数据和信号,数据,(data),信息的抽象表示方式（,0/1,，代码）。,信号,(signal),信息的物理表现（电,/,磁,/,光）。,模拟和数字,模拟,(analogous),信号,取值和时间都是连续变化的信号。,数字,(digital),信号,取值和时间上是离散的信号。,调制和解调,调制,(modulation),把数据放到信号中。,解调,(demodulation),提取信号中的数据。,传输系统,数字传输系统,：用户将数字数据通过接口送到传输系统中；或从系统直接收到数字数据。,模拟传输系统,：用户将数字数据转换成模拟信号后通过接口送到传输系统中；或从系统收到模拟信号。,数字数据网,编码解码器,编码解码器,公用电话网,调制解调器,调制解调器,源系统,传输系统,目的系统,二、有关通信系统的几个基本概念,信道（,channel,）,传送信息的媒体（介质），,一条电路上至少包含一条发送信道和一条接收信道,通信的交互方式,单向通信,（单工通信）,只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。,双向交替通信,（半双工通信）,通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送。,双向同时通信,（全双工通信）,通信的双方可以同时发送和接收信息。,信号的分类,基带信号,(,baseband,),：来自信源的信号,数字基带信号：,1/0,用两种不同的电压表示，形成脉冲波形，直接送到线路上去传输,。,宽带信号,(broadband),多个不同频率范围（频带）的模拟信号同时在同一信道上传输，构成宽带信号。,三信道的极限传输速率,模拟信道,带宽,（单位：赫兹，,Hz,）,模拟信道可通过的信号频率范围,通频带，可用幅频特性曲线（频谱）,A=,g(f,),描述,W=,f,H,-,f,L,实际信道带宽总是有限的,模拟信号带宽,模拟信号的频带范围,频率在,f,L,f,H,之内的信号,，能通过信道*,f,L,f,H,f,A,1,0,实际的特性曲线,理想的特性曲线,只能传输幅度范围有限的信号,信号功率（幅度）不能太大,功率太大能耗高，且有危险,通常在毫瓦数量级（电压不超过,24V,）,信号功率（幅度）不能太小,信道上有噪声,功率或幅度太小，会被噪声“淹没”，不能有效接收,噪声较小的信道,噪声较大的信道,数字信道速率（数字带宽）,数字信道也有一定的带宽，即速率上限,数字数据的速率不能超过信道的速率上限,模拟带宽,数字带宽？,已知：,模拟带宽,W(Hz,),信道中实际传输的是模拟信号,信道中传输信号功率上限,S(w,);,信道中噪声功率有下限,N(w,);,求：信道传输数据的上限值,C(bps),。,香农公式,计算信道上的信息传输极限速率,C,：信道的极限信息传输速率（,b/s,）,W,：信道的模拟带宽（,Hz,）,S/N,：信道上的信噪比,S,：信道内所传信号的平均功率,N,：信道内部的高斯噪声功率,C=Wlog,2,(1+S/N)(,b/s,),香农公式物理意义,信道的带宽,(W),或信道中的信噪比,(S/N),越大，信息的极限传输速率就越高,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。,若信道带宽,W,或信噪比,S/N,没有上限，则信道的极限信息传输速率,C,也就没有上限。（实际信道不可能如此）,实际信道的信息传输速率要比极限传输速率低一些。,【,例,1】,对频率范围,300,3400Hz,，,S/N2500,的标准话音信道，计算极限信息传输速率。,解：,W,3400,300,3100Hz,，,S,N,2500,，,由香农公式,C,Wlog,2,(1,S,N),3100log,2,(2500+1,）,35Kbps,。,（目前编码技术水平已接近该数值，为,33.6Kbps,）,【,例,2】300,3400Hz,标准话音信道中（有接近,2400Hz,理想带宽），若信息传输速率,c,19200 bps,，计算最高信噪比。,解：信息传输速率,C,19200 bps,，带宽,W,2400 Hz,由仙农公式计算信噪比的最大值,S,N,2,(C,W),1,2,(19200,2400),1,255,（该信噪比不高，较容易达到。）,2.3,物理层下面的传输媒体,通信使用的电磁波的频谱,无线电,微波,红外线,可见光,紫外线,X,射线,射线,(Hz),f,10,0,10,2,10,4,10,6,10,8,10,10,10,12,10,14,10,16,10,18,10,20,10,22,10,24,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,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,THF,波段,10,4,10,5,10,6,10,7,10,8,10,9,10,10,10,11,10,12,10,13,10,14,10,15,10,16,移动,无线电,一、导向传输介质,双绞线（电缆）,两相互绝缘的铜导线，规则地纽绞后构成一对双绞线。,4,对或更多对组合加上护套，构成双绞线电缆。,纽绞（,twist,）：有效地减少电磁干扰，提高传输性能,双绞线分类,屏蔽双绞线,(STP,Shielded Twisted Pair),双绞线电缆外有抗干扰的金属屏蔽层,特征阻抗为,150,非屏蔽双绞线,(UTP,Unshielded Twisted Pair),双绞线电缆外无金属屏蔽层,特征阻抗为,100,屏蔽双绞线,STP,非屏蔽双绞线,UTP,带绝缘层的,铜导线,聚氯乙烯套层,聚氯乙烯套层,屏蔽层,带绝缘层的,铜导线,双绞线标准,EIA/TIA-568,（商用建筑物电信布线标准）：室内采用,STP,和,UTP,EIA/TIA-568-A,（商用建筑物电信布线标准）：室内采用,16,级（,Category,，,CAT,，类）,UTP,常用双绞线,3,级（,Category 3,）,UTP,5,级（,Category 5,）,UTP,改进导线质量,标准的线径：,24AWG,（,American Wire Gauge,）,增加单位长度的绞合次数,增强了,UTP,的“衰减”和“近端串扰”等传输特性。,双绞线的特点,标准化,得到更多厂商的广泛支持,施工规范,100,米规定,专用接续方式（,RJ45,，插头,/,插座）及相应的制作设备（插座用打线器，插头用专用钳）,标准线序,可靠性高,无焊接点,星型拓扑（点,点）,支持传输多种信号,网络（,10BT,，,100BTx,，,1000B,，,TPDDI,）,话音，音视频，楼宇控制,同轴电缆,结构：由（单,/,多芯）内导体、绝缘层、外导体屏蔽层）和保护外套构成。抗干扰性能好，传输距离远，带宽高；,50,同轴电缆,75,同轴电缆,外导体屏蔽层,绝缘层,绝缘保护套层,内导线,50,基带同轴电缆,常用于传输网络基带信号,方波频率为,10M,时，可无中继传输,1KM,，常见的方波信号有“曼彻斯特编码”和“差分曼彻斯特编码”、“曼码”、“差分曼码”与基带数字波形的关系。,细同轴电缆采用“,T,型连接器”实现分接。,75,宽带同轴电缆,常用于传输宽带信号,带宽在,300400MHz,，,CATV,经常采用作为用户接入信号电缆和近距离次主干信号电缆使用，可传,100KM,不用信号“再生”，每,6MHz,为一个信道（传输一路电视信号）,频分复用。,采用“插入式分接头”实现分接。,光纤（光缆）,光纤（一芯）结构,光纤芯（透明度高的石英玻璃丝）,包层（折射率低的介质）,光缆：多芯光纤,+,保护和强化护套等组成,包层,纤芯,光纤工作原理,利用全反射原理，构成光纤的光传道通路,发送端：数据 光信号,接收端：光信号 数据,纤芯,（高折射率的,介质,）,折射角,入射角,包层,（低折射率的介质）,包层,（低折射率的,介质,）,包层,纤芯,光纤分类：单模光纤、多模光纤,多模光纤,光纤芯的直径相对较大，多条频率不同、入射角不同的光线在同一光纤中传播,全反射次数不同，传播的距离不同，到达的时间不同，造成“色散”,单模光纤,采用单色光源,激光（半导体激光器）,光纤芯的直径足够小到光波长的数量级，只有一种“模式”的光在传播；色散极小，传输距离可增加,1,个以上数量级,光纤通信特点,高带宽，通信容量大。,带宽可达,25T30THz,。,传输损耗小，中继距离长。,在光纤中光传播的衰减随传输距离增加。,抗干扰能力强。,无串音干扰。,保密性好。,光难以“泄漏”。,体积小，重量轻。,二、非导向传输介质,无线传输，频段很宽,无线电短波（,radio,）,通信,靠电离层的反射,通信质量较差,速率低（,100Mbps270ms=27M,b,一个,MB,级的文件“同时”在空中传播,红外（,infrared,）,通信,频率在,10,11,10,14,Hz,间的电磁波，室外不能采用。,可见光（,visible light,）,通信,频率在,10,14,10,15,Hz,间的电磁波，如激光通信。,2.5,数字传输系统,一、模拟传输系统,长途干线,：早期是采用频分复用（,FDM,）的模拟传输系统，,现已实现了数字化（数字传输系统）,用户线：,（从用户电话机到市话交换机之间几公里长）,多为模拟传输,公用电话网,模拟传输,模拟传输,数字化传输,调制解调器,调制解调器,公用电话网,电话网：,仅能传输,300,3400Hz,的信号,数据,1/0,：有更宽的频率范围，不能在电话线上直接传输,F,L,=300Hz,F,H,=3400Hz,f,A,1,0,f,L,3400Hz,调制解调器,(MODEM),调制解调器,=,调制器,+,解调器,MODEM=,MO,dulator,+,DEM,odulator,（音频）调制解调器的作用,调制器：把要发送的数字信号（基带信号）加载到频率范围在,3003400 Hz,之间的模拟信号上。,以便在电话用户线上传送。,解调器：把电话用户线上传送来的模拟信号中的数据识别出来。,若识别不正确，则产生误码,在调制解调器中还要有差错检测和纠正的设施。,调制原理,正弦波,Y=Asin(2 f t+),具有单一频率成分,频率在,300,3400Hz,内,即可在电话线上传输,正弦波,Y=Asin(2 f t+),受到数据,b,的控制,将数据,b,调制到正弦波,Y=Asin(2 f t+),中,Y(b,)=,A(b),sin,(2 f t+),Y(b,)=,A,sin,(2,f(b,),t+),Y(b,)=,A,sin,(2 f t+,(b,),),F,L,F,H,f,A,1,0,f,=1000Hz,正弦波,Y=A,sin(2 f t+),中,“,载有,”,数据,载波信号,幅度调制（调幅，,AM,，,Amplitude Modulation,）,Y(b,)=,A(b),sin,(2 f t+),或称：移幅键控（,ASK,，,Amplitude Shift Keying,）,载波信号的振幅,A,随 数据,b,而变化。,例如：,b1”,，,A=A(1),b=“0”,，,A=A(0),1 0 1 1 0 0 0 1,A(1),1,，,A(0)0,；,AM/ASK,信号波形,数据,b=,频率调制（调频，,FM,，,Frequency Modulation,）,Y(b,)=,Asin,(2,f(b,),t+),或称：移频键控（,FSK,，,Frequency Shift Keying,）,载波信号的频率随 数据,b,而变化。,例如：,b=“1”,，,f=f(1),b=“0”,，,f=f(0),1 0 1 1 0 0 0 1,f(1)=4f,，,f(0)=f,；,FM/FSK,信号波形,数据,b=,相位调制（调相,，,PMPhase Modulation,）,Y(b,)=,Asin,(2 f t+,(b,),),或称：移相键控（,PSK,，,Phase Shift Keying,）,载波信号的初始相位,随 数据,b,变化。,例如：,b=“1”,，,=,(1),b=“0”,，,=,(0),1 0 1 1 0 0 0 1,(1)=0,，,(0)=,；,PM/PSK,信号波形,数据,=,总结,1 0 1 1 0 0 0 1,T,AM,ASK,A(1)=1,A(0)=0,FM,FSK,f,(1),=4F,f,(0),=F,PM,PSK,(1),=0,(0),=,数据,b=,2,相调制：用正弦波幅度、频率或初相位的2,种状态表示,1,和,0,F(00)/F(01)/F(10),/F(11),F(xx,),，,F(xxx,),，,A(1)/A(0),；,f(1)/f(0),；,(1)/(0),星座图,描述调制解调原理,星座图：码元（信号）幅度、相位表示在平面坐标系,0,，,A=0,1,，,A=1,2-ASK,星座图,0,，,=,0,1,，,=,2-PSK,星座图,多相调制,（不要求掌握）,载波（正弦波）频率较低，数据发送速率较高时，波形不是正弦波，难以解调,正弦波至少持续,1,个周期，发送多个比特，,2,相调制不能满足要求,M(=2,k,),相调制,1 0 1 1 0 0 0 1,1/2000s,2000Hz,1/8000s,调制相数：码元数（波形的状态数）,正弦波持续的最短时间,码元周期,码元周期倒数,码元速率（波特率）,信息传输速率（,C,）、调制相数（,M,）与码元速率（,B,）之间的关系,C=B log,2,M,2-ASK/PSK,，,M=2,，,C=B log,2,M=B,16-ASK/PSK,，,M=16,，,C=B log,2,M=4B,【,例,】4-PSK,。,解：不失一般性，种相位,=0,，代表,00,=/2,，代表,01,=,，代表,10,=3/2,，代表,11,波特率,B,1,(2T),信息传输速率,C,1,T,1 0 1 1 0 0 0 1,:,3/2 0 /2,2T10,=,00,=0,01,=/2,11,=3/2,1 0 1 1 0 0 0 1,:,3/2 0 /2,2T,1 0 1 1 0 0 0 1,:,/2,0,3/2,2T,10,=,00,=0,11,=/2,01,=3/2,课题练习（作业）,数据,b=10000110,，请画出下列调制方式的波形：,（,1,）,AM,ASK,波形。,A(0)=A,，,A(1)=0.5A,；,（,2,）,FM,FSK,波形。,f(0)=2F,，,f(1)=F,；,（,3,）,PM,PSK,波形。,(0),=0,，,(1),=,；,星座图,（,4,）,PM,PSK,波形。,(0),=/2,，,(1),=3/2,。星座图,正交调制（,QAM,，,Quadrature,Amplitude Modulation,）,可供选择的相位有,12,种，每一种相位有,1,或,2,种振幅可供选择。,4 bit,编码共有,16,种不同的组合，,16,个点中的每个点可对应于一种,4 bit,的编码。,每一个码元表示的比特数越多，解调时要正确识别每一种状态就越难。,0010,0001,0000,0100,1001,1000,0011,0111,0101,1010,0110,1011,1100,1110,1111,1101,r,(r,),目前调制解调器的信息传输速率已很接近于香农的信道容量极限了。,要提高信息传输速率，只能设法提高信噪比。,在电话的用户线上，最大的噪声来自模拟到数字的模数转换所带来的量化噪声。,三、数字传输系统,电话交换网（,PSTN,，,Public Switched Tone Network,）,用户话机和线路是模拟的（设备,/,线路）,交换机和干线（中继线）是数字化设备和线路,语音编码（,Speech Code,）,将话音变成数字数据,基本语音编码技术：,脉冲编码调制,(PCM),、增量调制,(DM),、线性预测编码,(LPC),改进语音编码技术：插值,PCM(DPCM),，自适应插值,PCM(ADPCM),，自适应,DM(ADM),脉冲编码调制,(PCM),工作过程,采样,：按一定时间间隔获取原信号的值,采样值,量化,：将采样值用有限个事先规定的数值就近取值,量化值,编码：,将每个量化值用为若干位二进制表示（编码）,U(v,),t(s),T=1/8000s=125,s,采样：按一定时间间隔获取信号的值,采样值。,采样定理：对最高频率为,f,0,的信号，采用,2f,0,频率采样，采样值包含信号中断所有信息。,电话系统用户线路带宽,3003400Hz,，最高频率,3400Hz,，每秒采样,8000,次，话音成分不丢失。,3,1,-1,-3,-4,2,0,-2,4,量化：将采样值用有限个事先规定的数值就近取值,2,n,个量化等级,引入噪声（“就近取值”，与原值有差别）,U(v,),ts),编码：将量化值用进行二进制表示并压缩,用,n,位二进制编码，有,2,n,个不同的量化数值,按,ITU-T/CCITT G.711 A/,率压缩到,m,位,欧洲、中国等用,A,律,美国、日本等用,律,t(s),3,1,-1,-3,-4,2,0,-2,4,1111111,1111101,0111111,0000001,0000000,1111110,1111100,0111110,编码,U(v,),一路,PCM,话音的速率,每个采样值的,m,位编码在一个采样周期,T,内传输，传输速率,=m/T,。,m=7,时，速率,7bit(1/8000)s,56Kbps,m=8,时，速率,8bit(1/8000)s,64Kbps,PCM,解码：恢复原信号,低通滤波,D/A,转换,2.4,信道复用技术,概念：,多路复用,在一个信道上“同时”传输多路数据（信号），而不相互影响。,分类,频分复用（,FDM,）,时分复用（,TDM,）,码分复用（,CDM,）,一、频分复用、时分复用和统计时分复用,频分复用（,FDM,，,Frequency Division Multiplexing,）,所有用户在同样的时间占用信道不同的带宽资源,用于传输模拟数据,无线电广播：,AM,中波段、短波段，,FM,超短波,电视信号传播（,VL,、,VH,、,U,等频段）,频率,Hz,时间,VH,频率段,U,频段,VL,频率段,FM,频率段,AM,频率段,时分复用（,TDM,，,Time Division Multiplexing,）,将时间划分为周期（,125s,），每个周期再划分成固定数量,n,个时隙（,slot,），,n,路数据信号分别在各自的时隙内使用全部的频率传输,一个周期内的,n,路数据构成一个,TDM,帧,有效地提高了传输线路利用率,话路,A,：在,TDM,帧中的位置不变,频率,时间,A,A,A,A,TDM,帧,TDM,帧,TDM,帧,TDM,帧,TDM,帧,话路,B,：在,TDM,帧中的,位置不变,话路,C,：在,TDM,帧中的,位置不变,话路,D,：在,TDM,帧中的,位置不变,B,B,B,B,C,C,C,C,D,D,D,D,f,2,f,1,125s,TDM,实例,1T1,Tx,北美体制中话音数据（,56Kbps,）的复用标准,时分复用,(TDM),T1,最低复用等级，,“,一次群”,/“,基群,”,T3,，,T4,T1,帧的构成（,TDM-T1,帧）,PCM,采样频率,8000,次,/,秒,采样周期,=125s,每帧：,125s,，复用,24,个,PCM,话路，,1Bit,帧标志（分帧码）开始,每个,T1,帧,PCM,话路：数据,7Bit,编码,+1Bit,信号位（信令）,T1,帧格式：,1,个,T1,帧,(24,个话路，,125s,内发送,),1234,1bit,帧标志,(,分帧码,)/,帧,7,位数据,/,话路,1bit,信号位,(,信令,)/,话路,24,话路序号：,125s,内发送,1234,7,位话路数据,24,计算,T1,的速率、效率和开销率,速率,=,（,24,（,7+1,）,+1,）,bit,125s,=193 bit,125,s,=1.544 Mb/s,193,比特中，有,7bit/,路,24,路,=168bit,用户数据,效率,=168,19387%,开销率,=(193,168),19313%,（效率,+,开销率,=1,）,（,TDM,）实例,2 E1,：欧洲体制“一次群”,(,最小复用单位,),E1,的构成,PCM,采样频率,8000,次,/,秒，采样周期,=125s,采用,256,级量化，,8,位编码,每个,PCM,采样周期传输,1,路,8Bit,同步信息,115,路,PCM 8Bit,编码,1,路,8Bit,控制信令,1630,路,PCM 8Bit,编码,E1,速率,=8(15+1)2)=2.048Mbps,E1,效率,=15/(15+1)=15/16=93.75%,E1,开销率,=1-E1,效率,=1/16=6.25%,作业：查文献，画出,E1,的帧格式。,统计时分复用（,Statistic-TDM,，,STDM,）,在传输数据时，由于数据传输突发性，不同用户的需求不同，并在不断的变化，按实际需求分配“,TDM,时隙”,统计复用。FDM,通常不采用统计复用，模拟信号事先分配带宽。,是,TDM,的改进。,STDM,帧长度不固定（不固定分配时隙），提高信道利用率。,适用于传输突发数据，多用于分组网。,异步时分复用,A1,B1,B2,C1,A2,C2,D1,4,个,STDM,帧,1 2 3 4,A1,B1,B2,C1,A2,C2,D1,TDM,帧,TDM,帧,TDM,帧,TDM,帧,A2,B2,C2,A1,B1,C1,D1,二、波分复用（,WDM,，,Wave Division Multiplexing,）,密集波分复用,DWDM,光的频分复用,一个波长（频率）内时分复用,提高光纤的利用率,1550 nm 0,1551 nm 1,1552 nm 2,1553 nm 3,1554 nm 4,1555 nm 5,1556 nm 6,1557 nm 7,0 1550 nm,1 1551 nm,2 1552 nm,3 1553 nm,4 1554 nm,5 1555 nm,6 1556 nm,7 1557 nm,8,2.5,Gb/s,1550,1557nm,20,Gb/s,复,用,器,分,用,器,EDFA,：掺铒光纤放大器,120 km,三、码分复用（,CDM,，,Code Division Multiplexing,）,码分多址（,CDMA,，,Code Division Multiple Access,）,CDMA的基本原理,各移动终端（用户）使用基站提供的特定码型代表比特,1,，其反向码型代表比特,0,。,各终端的码型相互不同且正交,(orthogonal),，有很强的抗干扰能力,频谱类似于白噪声，不易被发现,码片序列,(chip sequence),每一个比特时间划分为,m,个短的间隔，称为码片,(chip),，一个比特的,m,个码片,(chip),为码片序列,(CS,chip sequence),，,每个终端被指派一个惟一的,m bit,码片序列,CS,，如,00011011,。,比特,1,，发送自己的 码片序列,CS,。,比特,0,，发送该码片序列的二进制反码,CS,将,CS,按“,1 1”,0 1”,写成向量,V,则：,1CS =CS,，,V(1)=(+1,+1,+1,1,1,+1,1,1),-1CS=-CS,，,V(-1)=(+1,+1,+1,1,1,+1,1,1,）,例如，某终端的码片序列,CS=00011011,发送（或接收）比特,1,时,1CS=00011011,，信号波形为,比特“,1”,码型向量,=(+1,+1,+1,1,1,+1,1,1)=S,发送比特,0,时,-1CS=11100100,，信号波形为,比特“,0”,码型向量,=(+1,+1,+1,1,1,+1,1,1)=-S,1 1 1+1,+1,1+1,+1,+1+1,+1,1 1+1 1 1,码型信号的叠加,基站与一个终端通信时传送,0,或,1,，不通信时不传送信号,基站与多个终端同时通信时，各码型向量的信号波形是“同步叠加”的。,例：终端,A,、,B,、,C,的码型向量分别为,VA,：（,1 1 1 1+1,+1,+1,+1,）,VB,：（,1 1+1,+1,1 1+1,+1,）,VC,：（,1+1 1+1,+1,1+1 1,）,A,、,B,、,C,分别发送,1,、,1,、,0,叠加后码型信号,=1VA+1 VB+(-1)VC,=VA+VB VC,=,-1,-3,1,-1,1,-1,3,1,定义,:,向量,S,与向量,T,的规格化内积,(inner product)“,S,T,”,码型向量的正交,令向量,S,、,T,表示两个码片向量。,若：,则：,S,与,T,“,正交”,m=,向量的维数,式,1,，,(2-3),例,:,S=,(1,1,1,+1,+1,1,+1,+1),T=,(1,+1,+1,1,+1,+1,+1,1),S,与,T,“,正交”,一个码片向量和自己的规格化内积是,1,。,一个码片向量和自己反码向量的规格化内积值是,1,。,式,2,，,(2-4),式,3,一个,CDMA,通信系统由,K,个移动终端和一个基站组成。基站分配了任意两两正交的,m,位码片向量,Sj,（,j=1,K,）给各终端，用于在基站和终端间通信。,则,由于通信中不能同时发送,/,接收,1,和,0,，式、式不能同时成立，因此在终端,j,和基站间采用,CDMA,通信，不会收到其它终端与基站通信的影响。,，,i,j=1,K,ij,例：终端,A,、,B,、,C,的码型向量分别为,VA,：（,1 1 1 1+1,+1,+1,+1,）,VB,：（,1 1+1,+1,1 1+1,+1,）,VC,：（,1+1 1+1,+1,1+1 1,）,A,、,B,、,C,分别发送,1,、,1,、,0,叠加后码型信号,=1VA+1 VB+(-1)VC,=,收到码型信号,X=,VA,X=1,，终端,A,：数据,1,VB,X=,0,，终端,B,：无数据,VC,X=1,，终端,C,：数据,1,-1,-3,1,-1,1,-1,31,-2,0,-2,0,0,2,0,2,四、,SONET,和,SDH,在高性能电缆或光纤上传输更多路,PCM,话音数据,高等级（高速）复用技术标准,在一定的频率点采用时分多路复用（,TDM,）,采用高精度时钟源，达到更高的同步性能,SONET(Synchronous Optical Network,，同步光纤网,),SDH(Synchronous Digital Hierarchy,，同步数字系列,),SDH,与,SONET,有明确的对应速率,可认为,SDH,与,SONET,是同义词,写成：,SONET,SDH,准同步数字传输系统（,T,E,系列）的问题,速率标准不统一,国际范围的高速数据传输，要求高次群的数字传输速率标准化,不同复用等级间转换复杂,不同复用等级间转换要“分配（解复用）”,下信号,再重新“复用”,上信号,“下信号上信号”不是简单的“叠加”,“准同步”系统,时钟精确度低，造成的误差需要通过填充脉冲，同步程度不能满足高速传输要求,过去的数字网采用准同步方式,同步光纤网,SONET,SONET(Synchronous,Optical Network),：美国国家标准，各级时钟都来自一个非常精确的主时钟,基本速率是,51.84 Mb/s,，称为第,1,级同步传送信号,STS-1,。,STS,：,Synchronous Transport Signal,。,光信号则称为第,1,级光载波,OC-1,，,OC,：,Optical Carrier,。,同步数字系列,SDH,ITU-T,以美国标准,SONET,为基础，制订的国际标准。,SDH,的基本速率为,155.52 Mb/s,，称为第,1,级同步传递模块,STM-1,。相当于,SONET,的,OC-3,速率。,STM:Synchronous Transfer Module,，,125,s,（,1/8000s,）发送,/,接收一个帧,各复用等级相同,SONET/SDH,的帧结构,STS-1,块帧,1/8000 s,发送,/,接收一个帧,9,行,前,3,字节,为“开销”，说明,9,行,后,87,字节,“数据”的构成,/处理方法,速率,=(9,行,90,字节,/,行,8bit/,字节,)(1/8000s),=51.84Mbps,1,2,9,1 2 3 4 5,89 90,开销,数据,SONET,的,OC/STS,等级与,SDH,的,STM,等级的对应关系,10,Gb/s,STM-64,OC-192/STS-192,9953.280,STM-32,OC-96/STS-96,4876.640,2.5,Gb/s,STM-16,OC-48/STS-48,2488.320*,STM-12,OC-36/STS-36,1866.240,STM-8,OC-24/STS-24,1244.160,STM-6,OC-18/STS18,933.120,622 Mb/s,STM-4,OC-12/STS-12,622.080*,STM-3,OC-9/STS-9,466.560,155 Mb/s,STM-1,OC-3/STS-3,155.520*,OC-1/STS-1,51.840,表示线路速率,的常用近似值,ITU-T,符号,SONET,符号,线路速率,(Mb/s),SONET/SDH,的高等级复用,SDH,的,STM-1=SONET,的,STS-3=3 SONET,的,STS-1,速率,=351.84 Mbps=155.52 Mbps,操作：复用：“叠加”；分用（解复用）：“拆分”,STS-1,帧,STS-1,帧,STS-1,帧,STS-3/STM-1,帧,2.6,宽带接入技术,一、,xDSL,xDSL,概念,xDSL,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。,DSL(,数字用户线，,Digital Subscriber Line),前缀,x,：不同宽带方案。,标准模拟话路的频带,3003400 kHz,但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过,1 MHz,。,04 kHz,低端频谱留给电话，,原来没利用的高端频谱留给用户上网使用。,xDSL,的类型,ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line,，非对称数字用户线）,HDSL(High speed DSL,，高速数字用户线）,VDSL(Very high speed DSL,，甚高速数字用户线）,SDSL(Single-line DSL,，,1,对线的数字用户线）,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。,二、,ADSL(Asymmetric,Digital Subscriber Line,，不对称数字用户线）,非对称,上行和下行不对称。,上行信道：用户到,ISP,，带宽窄（速率低）,下行信,道,：,ISP,到用户，带宽宽（速率高）,离散多音调（,DMT,，,Discrete Multi-Tone),调制技术。,多音调：“多载波”或“多子信道”。,DMT,是频分复用,(FM),40 kHz,到,1.1 MHz,（高端频谱）划分为多个子信道。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，使用不同的载波（音调）进行数字调制。,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。,幅度,（增益）,频率,上行信道,带宽小,速率低,传统电话,带宽小,0,4,下行信道,带宽大,速率高,(kHz),40,138,1100,DMT,技术的频谱分布,ADSL,的组成：,居民家庭端,用户线,端局,PS,：电话分离器，,POTS Splitter,ATU,：,接入端接单元，,Access Termination Unit,，,调制解调器,ATU-C,（端局），,ATU-R,（远端）,DSLAM,：,(,数字用户线接入复用器，,DSL Access Multiplexer,电话线,Internet,居民家庭端,端局（远端站）,PS,PS,ATU-R,ATU-C,ATU-C,ATU-C,DSLAM,本地电话网,用户线,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，信号衰减大,最高数据传输速率与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,的速率,下行：,32 kb/s,6.4 Mb/s,上行：,32 kb/s,640 kb/s,措施,采用自适应,DMT,。用户线间差异很大，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。,差异：距离、线径、受到相邻用户线的干扰程度等都不同,启动时测试。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。,不能保证固定的数据率。质量很差的用户线甚至无法开通,ADSL,。,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。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，提高网络的运行维护水平。,三、,HFC,HFC (Hybrid Fiber Coax,，光纤同轴混合网,),结构,在,CATV,上开发,主干采用光纤,结点体系结构（头端、用户端）,头端,用户端：宽带双向传输,服务,数字电视、,VoD,、网络浏览,用户采用“机顶盒”,Cable MODEM,加密、认证,四、,FTTx,Fiber To The,，光纤到,FTT,H,Fiber To The,Home,，光纤到家,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。,FTT,B,Fiber To The,Building,，光纤到大楼,