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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：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。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,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,PC 机,几个术语,数据(data)运送消息的实体。信号(signal)数据的电气的或电磁的表现。“模拟的”(analogous)代表消息的参数的取值是连续的。“数字的”(digital)代表消息的参数的取值是离散的。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。信道(channel)用来表示向某一方向传送信息的媒体。一条通信电路一般包含一条发送信道和一条接收信道。,2.2.2 有关信号的几个基本概念,从通信双方交互的方式：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(当然也就不能同时接收)。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,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。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)。基带调制：仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能适应信道的特性，变换后的信号仍然是基带信号。带通调制：使用载波把基带信号的频率范围搬移到较高的频段一边在信道中传输，经过载波调制的信号称为带通信号。,几种最基本的调制方法,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）。最基本的二元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困难。,举例,2.2.3 信道的极限容量,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。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。限制码元在信道上的传输速率的因素有两个：信道能够通过的频率范围信噪比,数字信号通过实际的信道,有失真，但可识别失真大，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,信道能够通过的频率范围,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。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。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。,奈氏(Nyquist)准则,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。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。,理想低通信道的最高码元传输速率=2W Baud,W 是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz),不能通过,能通过,0,频率(Hz),W(Hz),另一种形式的奈氏准则,每赫带宽的理想带通信道的最高码元传输速率是每秒 1 个码元。,理想带通特性信道的最高码元传输速率=W Baud,W 是理想带通信道的带宽，单位为赫(Hz),不能通过,能通过,0,频率(Hz),W(Hz),不能通过,要强调以下两点,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。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。,要注意,信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“波特”在数量上却有一定的关系。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。若 1 个码元携带 n bit 的信息量，则M Baud 的码元传输速率所对应的信息传输速率为 M n b/s。,(2)信噪比,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。信道的极限信息传输速率 C 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。,香农公式表明,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。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（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。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,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,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,THF,波段,104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016,100 102 104 106 108 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,双绞线屏蔽双绞线 STP(Shielded Twisted Pair)无屏蔽双绞线 UTP(Unshielded Twisted Pair)交叉双绞线：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕直通双绞线:白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕同轴电缆50 同轴电缆75 同轴电缆光缆,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,多模光纤与单模光纤,多模光纤,光纤,优点：通信容量大，可达108MHz带宽传输损耗小，中继距离长抗雷电和电磁干扰性能好无串音干扰，保密性好，不易被窃听或截取数据体积小，重量轻缺点：将两根光纤连接需要专用设备，比较贵适用的拓扑结构：环形T型接头：有源和无源,2.3.2 非导向传输媒体,无线传输所使用的频段很广。短波通信（即高频通信）主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。微波在空间主要是直线传播。地面微波接力通信卫星通信,微波接力通信的优缺点,优点：频率很高，频段范围很宽，所以通信信道的容量很大。工业和天电干扰的主要频谱比微波的频率低的多，所以微波传输质量较高。与相同容量和长度的电缆载波通信相比，微波接力通信建设投资少，见效快，易于跨越山区和江河。缺点：相邻站之间必须直视，不能有障碍物。有时会受到恶劣天气的影响。与有线介质相比，微波通信的隐蔽性和保密性比较差。对大量中继站的使用和维护耗费人力和物力。,卫星通信的特点,通信距离远，通信费用与通信距离无关。较大的传播时延，约为270ms，传播时延大约为3.3s/km。覆盖面积大，适合广播通信。保密性差。,卫星通信的常用频段,卫星通信领域中常用：甚小孔径地球站 低轨道卫星通信系统,其他无线通信介质,红外线激光ISM频段,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,复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。,信道,A1,A2,B1,B2,C1,C2,信道,信道,A1,A2,B1,B2,C1,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),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。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）。,时分复用TDM(Time Division Multiplexing),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。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）。TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。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 在 TDM 帧中的位置不变,时分复用,频率,时间,C,D,C,D,C,D,A,A,A,A,C,D,B 在 TDM 帧中的位置不变,时分复用,频率,时间,B,D,B,D,B,D,A,A,A,A,B,D,C 在 TDM 帧中的位置不变,时分复用,频率,时间,B,C,B,C,B,C,A,A,A,A,B,C,D 在 TDM 帧中的位置不变,时分复用可能会造成线路资源的浪费,A,B,C,D,a,a,b,b,c,d,b,c,a,t,t,t,t,t,4 个时分复用帧,#1,a,c,b,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,A,B,C,D,a,b,c,d,t,t,t,t,t,3 个 STDM 帧,#1,a,c,b,a,b,b,c,a,c,d,#2,#3,统计时分复用,统计时分复用 STDM(Statistic TDM),集中器(concentrator)常使用STDM。STDM使用STDM帧传送复用的数据。一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数。STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态的分配时隙，即某一用户占用的时隙不是周期性的出现，也称为异步时分复用。,1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 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,2.4.2 波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexing),波分复用就是光的频分复用。DWDM,8 2.5 Gb/s1310 nm,20 Gb/s,复用器,分用器,EDFA,120 km,光调制器,光解调器,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 S,1,1,0,t,t,t,t,t,t,m 个码片,t,S 站发送的信号 Sx,T 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 体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。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。,T1速率,BELL系统的T1载波使用PCM和TDM技术，使24路采样声音信号复用一个通道，数据率达到1.544Mbps。,E1速率,ITU建议的一种2.048Mbps速率的PCM载波标准。,模拟信号转变为数字信号,对模拟数据进行数字信号编码均采用脉码调制 PCM(Pulse Code Modulation)体制。PCM通常对声音信号进行编码。PCM以采样定理为基础，该定理从数学上证明：对连续变化的模拟信号进行周期性采样，只要采样频率(Fs)大于等于有效信号最高频率(Fmax)或其带宽(Hs)的两倍，则采样值便包含原始信号的全部信息。标准的电话信号的最高频率为3.4kHz，为了方便，采样频率就定位8kHz。,信号数字化的转换过程包括：,采样以采样频率把模拟信号的值采出。量化使连续模拟信号变为时间轴上的离散值，即把采样的值按量级“取整”得到的是一个不连续的值。通常采用128或256个量化等级，即用7位或8位二进制数码表示，这样的二进制码组称为一个码字，其位数称为字长。编码将离散值编成一定位数的二进制数码。,2.模拟数据的数字信号编码,例：设语音数据的频率为4000Hz，若使用PCM进行编码，采用128个量化等级，则语音信号的传输速率为多少？,24000/s7b56000bps56Kbps,调制解调器的速率,目前调制解调器的信息传输速率已很接近于电话系统香农的信道容量极限（35Kbps）了。为了进一步提高数据传输率，许多Modem在传输数据前，先对数据进行压缩。所有的Modem都使用全双工的方式工作，两个方向上使用不同的频率。35Kbps由电话系统中本地回路的平均长度决定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。,产生量化噪声的地方（经过 A/D 变化的地方）,A,2/4,A/D,A/D,D/A,D/A,交换机 1,交换机 2,V.34 33.6 kb/s 调制解调器,B,D/A,A/D,4/2,V.34 33.6 kb/s 调制解调器,使用 V.34 调制解调器（33.6 kb/s）,产生量化噪声的地方（续）（经过 A/D 变化的地方）,使用 V.90 调制解调器（56 kb/s）,A,2/4,A/D,A/D,交换机,因特网服务提供者,V.90 56 kb/s调制解调器,D/A,V.90 56 kb/s调制解调器,调制解调器的速率,当连接的一端是数字传输的时候，即取消了一个本地回路，是则最大速率就可以增加一倍，达到70Kbps。如果两个家庭用户使用Modem和模拟线路来连接，则最大速率只能是33.6Kbps。但实际使用的Modem的速率为56Kbps，这与奈氏准则有关。电话信道的宽度大约为4000Hz（包括防护频段），每个采样的位数是8，其中一位被用于控制，所以 数据传输率=8000*7=56Kbps在欧洲，所有的8位，都给用户使用，达到64Kbps。,调制解调器的速率,选择56Kbps作为国际标准，这种Modem的标准称为V.90。V.90 Modem提供了33.6Kbps的上行信道（从用户到ISP），56Kbps的下行信道（从ISP到用户）V.92 Modem提供了48Kbps的上行信道。,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。,补充：异步传输和同步传输,通信过程中收、发双方必须在时间上保持同步。码元之间。由码元组成的字符或数据块之间在起止时间上。实现字符或数据块之间在起止时间上同步的常用方法：异步传输同步传输,1.异步传输,即群同步传输 一次只传一个字符（58位组成），每个字符用一位起始位引导，一位停止位结束。起始位为“0”，占一比特时间；停止位为“1”，占1到2比特时间。无数据可发时，发送方可发连续的的停止位（空闲位）。接收方根据“1”到“0”的跳变来判别一个新字符的开始。异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步。发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。异步通信简单便宜，但有额外开销。,2.同步传输,同步传输时，为了使接收方能判定数据块的开始和结束，必须在每个数据块的开始和结束各加一个帧头和帧尾。加有帧头和帧尾的数据称为一帧。同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致。发送端发送连续的比特流。根据帧头和帧尾的特性，同步传输分为：面向字符的面向位的,2.同步传输,面向字符的同步传输每个数据块以一个或多个同步字符（SYN）作为开始。帧尾是一个唯一的控制字符。接收方判别到SYN字符后，就可接收数据块，直到发现帧尾字符为止。IBM公司的二进制同步规程BSC。,2.同步传输,面向位的同步传输把数据块作为位流而不是字符流来处理。帧头和帧尾都用01111110标志表示。为了避免在数据块中出现01111110标志，采用零比特填充法/位插入。ISO的高级数据链路控制规程HDLC。IBM公司的同步数据链路控制规程SDLC。,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。,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，以及交换的自动保护。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电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。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超过 1 MHz。xDSL 技术把 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。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）。,xDSL 的几种类型,xDSL 的极限传输距离,xDSL 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。,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,传统电话,0,4,下行信道,(kHz),40,138,1100,ADSL 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-C,ATU-C,ATU-R,ATU-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）：端局的ADSL ModemATU-R（R 代表远端 Remote）：远端的ADSL Modem电话分离器 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，还提供电话、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,HFC网的主干线路采用光纤。HFC 网采用结点体系结构。HFC 网具有比 CATV 网更宽的频谱，且具有双向传输功能。每个家庭要安装一个用户接口盒。,(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。采用这种结构，使头端到用户家庭所需的放大器的数目只有45个。,HFC的结构图,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,(2)HFC 网采用结点体系结构,结点体系结构的特点：从头端到各个光纤结点用模拟光纤连接，构成星型网。光纤结点以下的同轴电缆组成树形网。一个光纤结点下的所有用户组成一个用户群，或称为邻区。结点体系结构的优点：提高了网络的可靠性，用户群之间相互独立，一个光纤结点或模拟光纤的故障不会影响到其它用户群。简化了上行信道的设计。HFC的上行信道是共享的，划分用户群减少了每个上行信道的共享的用户数。,(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,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),电缆调制解调器是为 HFC 网而使用的调制解调器。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。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。,电缆调制解调器(cable modem),电缆调制解调器要有很好的抗干扰性，因为HFC的上行频段是无线电干扰和各种家电干扰产生集中的频段。而且上行信号沿树形电缆向光纤结点传送的时候，噪声将不断的累计增大。正交相移监控QPSK经常被作为上行信道的调制手段。电缆调制解调器的MAC子层协议还必须解决上行信道中可能出现的冲突问题。因为上行信道是共享的，而每个用户都可能在任何时刻发送上行信息。,HFC 网,HFC 网的最大优点是具有很宽的频带，并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网。但要将现有的 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。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,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。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。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。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。,1.概念和原理掌握和理解：2-01，2-04，2-13，2-14 2.2-07，2-08，2-09，2-16,