计算机网络课件谢希仁CH2物理层

计 算 机 网 络 （ 第 5 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 向 传 输 媒 体2.3.2 非 导 向 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 xDSL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 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 ： n 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 。n 电 气 特 性 指 明 在 接 口 电 缆 的 各 条 线 上 出 现 的电 压 的 范 围 。n 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 。 n 过 程 特 性 指 明 对 于 不 同 功 能 的 各 种 可 能 事 件的 出 现 顺 序 。 2.2 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 (data)运 送 消 息 的 实 体 。n 信 号 (signal)数 据 的 电 气 的 或 电 磁 的 表 现 。 n “ 模 拟 的 ” (analogous)代 表 消 息 的 参 数 的 取 值 是 连续 的 。 n “ 数 字 的 ” (digital)代 表 消 息 的 参 数 的 取 值 是 离 散 的 。 n 码 元 (code)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 。 2.2.2 有 关 信 号 的 几 个 基 本 概 念n 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 。n 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 (当 然 也 就 不 能 同 时 接 收 )。n 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 。 基 带 (baseband)信 号 和带 通 (band pass)信 号 n 基 带 信 号 （ 即 基 本 频 带 信 号 ） 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 ，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 调 制 (modulation)。 n 带 通 信 号 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 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)。 n 最 基 本 的 二 元 制 调 制 方 法 有 以 下 几 种 ：n 调 幅 (AM)： 载 波 的 振 幅 随 基 带 数 字 信 号 而 变 化 。 n 调 频 (FM)： 载 波 的 频 率 随 基 带 数 字 信 号 而 变 化 。n 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 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 会 产 生 各 种 失 真 以 及 带 来 多 种 干扰 。 n 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 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n 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 。n 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 。n 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 。 (2) 信 噪 比 n 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 。n 信 道 的 极 限 信 息 传 输 速 率 C 可 表 达 为n C = W log2(1+S/N) b/s n W 为 信 道 的 带 宽 （ 以 Hz 为 单 位 ） ；n S 为 信 道 内 所 传 信 号 的 平 均 功 率 ；n N 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 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 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 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 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 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(H z)f (H z)f LF MF H F VH F UH F SH F EH F TH F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 动无 线 电 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n 屏 蔽 双 绞 线 STP (Shielded Twisted Pair)n 无 屏 蔽 双 绞 线 UTP (Unshielded Twisted Pair) n 同 轴 电 缆n 50 同 轴 电 缆n 75 同 轴 电 缆n 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 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 2.3.2 非 导 向 传 输 媒 体 n 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 短波 信 道 的 通 信 质 量 较 差 。n 微 波 在 空 间 主 要 是 直 线 传 播 。 n 地 面 微 波 接 力 通 信n 卫 星 通 信 共 享 信 道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 n 复 用 (multiplexing)是 通 信 技 术 中 的 基 本 概念 。 信 道A1 A2B1 B2C1 C2信 道信 道 A1 A2B1 B2C1 C2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 用这 个 频 带 。n 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 率 1频 率 2频 率 3频 率 4频 率 5 时 分 复 用 TDM(Time Division Multiplexing) n 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 。n 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 ） 。 n TDM 信 号 也 称 为 等 时 (isochronous)信 号 。n 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BCD BCD BCD BCDA A A A A 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CD CD CDA A A AB B B BCDB 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 D B D B DA A A ABC C C CD C 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BC BC BCA A A ABCD D D D D 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 ABC D a abb c d b catttt t4 个 时 分 复 用 帧#1 a cb c 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ABC D ab cd tttt t3 个 STDM 帧#1 a cb ab b ca 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) 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 用 CDM(Code Division Multiplexing) n 常 用 的 名 词 是 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 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 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 m 个 短 的 间 隔 ， 称为 码 片 (chip)。 码 片 序 列 (chip sequence) n 每 个 站 被 指 派 一 个 唯 一 的 m bit 码 片 序 列 。n 如 发 送 比 特 1， 则 发 送 自 己 的 m bit 码 片 序 列 。n 如 发 送 比 特 0， 则 发 送 该 码 片 序 列 的 二 进 制 反 码 。 n 例 如 ， S 站 的 8 bit 码 片 序 列 是 00011011。n 发 送 比 特 1 时 ， 就 发 送 序 列 00011011，n 发 送 比 特 0 时 ， 就 发 送 序 列 11100100。n S 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 必 须 互 相 正 交 (orthogonal)。n 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 n 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 。 n 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： 01 1 mi iiTSmTS (2-3) 码 片 序 列 的 正 交 关 系 举 例 n 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)。 n 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 。 n 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 。n 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 mi miimi ii mSmSSm 1 1 221 1)1(111SS CDMA 的 工 作 原 理 S 站 的 码 片 序 列 S 1 1 0 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 S x + 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 PCM 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 。n 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 。 n E1 的 速 率 是 2.048 Mb/s， 而 T1 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 。 2. 同 步 光 纤 网 SONET 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 是 以 下 两 个 方 面 ： n 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 的 高 速 数 据 传 输 就 很 难 实 现 。 n 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 要 是 采 用 准 同 步 方 式 。 同 步 光 纤 网 SONETn 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 。 n 第 1 级 同 步 传 送 信 号 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的 传 输 速 率 是 51.84 Mb/s。n 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 n 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)。n 一 般 可 认 为 SDH 与 SONET 是 同 义 词 。n 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 51.840 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 2.5 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 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 n 光 子 层 (Photonic Layer)n 处 理 跨 越 光 缆 的 比 特 传 送 。n 段 层 (Section Layer)n 在 光 缆 上 传 送 STS-N 帧 。n 线 路 层 (Line Layer) n 负 责 路 径 层 的 同 步 和 复 用 。n 路 径 层 (Path Layer) n 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n 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 。n 虽 然 标 准 模 拟 电 话 信 号 的 频 带 被 限 制 在 3003400 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。n xDSL 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 。 n 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 n ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)： 非对 称 数 字 用 户 线n HDSL (High speed DSL)： 高 速 数 字 用 户 线n SDSL (Single-line DSL)： 1 对 线 的 数 字 用 户 线n VDSL (Very high speed DSL)： 甚 高 速 数 字 用 户线n DSL ： ISDN 用 户 线 。n 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n 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 。n 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 。 n 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n 上 行 和 下 行 带 宽 做 成 不 对 称 的 。n 上 行 指 从 用 户 到 ISP， 而 下 行 指 从 ISP 到 用 户 。n ADSL 在 用 户 线 （ 铜 线 ） 的 两 端 各 安 装 一 个 ADSL 调 制 解 调 器 。n 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n 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 。n 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 电 话0 4 下 行 信 道 (kHz)40 138 1100 ADSL 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 、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 。n 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 。 n 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。n 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-C ATU-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PS PS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）电 话 分 离 器 PS (POTS Splitter) 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 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。 n 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 。n 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)n 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 。n 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 。n 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n 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 。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 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 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 n 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 。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 。