/rxl@河南中医药大学信息管理与信息系统教研室信息技术学院网络与信息系统科研工作室 2020.9 本章教学计划 物理层的基本概念数据通信的基础知识传输媒体 信道复用技术数字传输系统宽带接入技术
2 基础知识数字通信技术 河南中医药大学/阮晓龙// 3
1.物理层的基本概念 物理层位于OSI参考模型的最底层，它直接面向实际承担数据传输的物理媒体（即通信通道），物理层的传输单位为比特（bit），即一个二进制位（“0”或“1”）。
实际的比特传输必须依赖于传输设备和物理媒体，但物理层不是指具体的物理设备，也不是指信号传输的物理媒体，而是指在物理媒体之上为上一层（数据链路层）提供一个传输原始比特流的物理连接。
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是讨论具体的传输媒体。
河南中医药大学/阮晓龙// 4
1.物理层的基本概念 物理层的主要任务为确定与传输媒体的接口的一些特性，主要包括的有： ◼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。
河南中医药大学/阮晓龙// 5
1.物理层的基本概念 数据在计算机内部多采用并行传输方式。
数据在通信线路上多采用串行传输方式。
物理层必须要完成传输方式的转换工作。
河南中医药大学/阮晓龙//
2.数据通信基础 6 2.1数据通信系统的模型 两台计算机通过普通电话线连接，基于公共电话网进行通信。
河南中医药大学/阮晓龙//
2.数据通信基础 数据通信系统可划分为三个部分： ◼源系统： 又称为发送端、发送方。
◼传输系统： 又称为传输网络。
◼目的系统： 又称为接收端、接收方。
7 2.1数据通信系统的模型 河南中医药大学/阮晓龙// 数据通信系统 输入数字比特流模拟信号汉字 公用电话网 PC 调制解调器 源系统 传输系统
8 模拟信号数字比特流 显示汉字 调制解调器 PC 目的系统 输源点输发送器 入 入 信 数 息 据 发送的信号 传输系统 接收器 终点 接收 输 输 的信号 出 出 数 信 据 息 河南中医药大学/阮晓龙//
9 2.数据通信基础 2.1数据通信系统的模型 数据通信系统可划分为三个部分： ◼源系统，又称为发送端、发送方。
源系统一般包括两个部分：源点（Source）和发送器。
源点设备产生要传输的数据。
发送器将源点生成的数字比特流在传输系统中进行传输。
典型的发送器就是调制器。
◼传输系统，又称为传输网络。
◼目的系统，又称为接收端、接收方。
河南中医药大学/阮晓龙//
2.数据通信基础 数据通信系统可划分为三个部分： ◼源系统，又称为发送端、发送方。
◼传输系统，又称为传输网络。
10 2.1数据通信系统的模型 ◼目的系统，又称为接收端、接收方。
目的系统一般包括两个部分：接收器和终点（destination）。
接收器接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备 处理的信息。
终点设备从接收器获取传送过来的数字比特流，然后把信息输出。
典型的接收器就是解调器。
河南中医药大学/阮晓龙//
2.数据通信基础 数据通信系统可划分为三个部分： ◼源系统，又称为发送端、发送方。
11 2.1数据通信系统的模型 ◼传输系统，又称为传输网络。
传输系统可能是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。
◼目的系统，又称为接收端、接收方。
河南中医药大学/阮晓龙// 12
2.数据通信基础 数据通信系统中的几个常用术语： ◼消息（message）： 通信的目的就是传送消息。
◼数据（data）： 运送消息的实体，通常是有意义的符号序列。
◼信号（signal）： 数据的电气的或电磁的表现离散的。
2.1数据通信系统的模型 河南中医药大学/阮晓龙// 13
2.数据通信基础 2.1数据通信系统的模型 数据通信系统中的几个常用术语： ◼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。
河南中医药大学/阮晓龙// 14
2.数据通信基础 2.2有关信道的几个基本概念 信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
◼信道是传送信息的物理性通道。
◼信息是抽象的，但传送信息必须通过具体的媒质。
例如二人对话，靠声波通过二人间的空气来传送，因而二人间的空气部分就是信道。
物流的信道是指运载工具及其经过的设施和道路。
无线电话的信道就是电波传播所通过的空间。
有线电话的信道是电缆。
每条信道都有特定的信源和信宿。
一条通信电路通常包含一条发送信道和一条接收信道。
河南中医药大学/阮晓龙// 15
2.数据通信基础 2.2有关信道的几个基本概念 从通信双方的信息交互方式来看，可以有三种基本信道： ◼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。
河南中医药大学/阮晓龙// 16
2.数据通信基础 2.2有关信道的几个基本概念 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)。
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）。
河南中医药大学/阮晓龙// 17
2.数据通信基础 2.2有关信道的几个基本概念 调制分为两大类： ◼基带调制： 仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特征相适应。
变换后的信号仍然是基带信号。
通常把这个过程叫做编码（coding）。
◼带通调制： 使用载波（carrier）进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输。
经过载波调制后的信号称为带通信号。
河南中医药大学/阮晓龙//
2.数据通信基础 18 2.2有关信道的几个基本概念 河南中医药大学/阮晓龙//
2.数据通信基础 19 2.2有关信道的几个基本概念 河南中医药大学/阮晓龙// Picsfrom
2.数据通信基础 20 2.2有关信道的几个基本概念 河南中医药大学/阮晓龙//
2.数据通信基础 21 2.2有关信道的几个基本概念 河南中医药大学/阮晓龙// 22
2.数据通信基础 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。
河南中医药大学/阮晓龙//
2.数据通信基础 有失真，可识别实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真） 发送信号波形 23 2.3信道的极限容量 接收信号波形 失真大，不识别实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真） 发送信号波形 河南中医药大学/阮晓龙// 接收信号波形 24
2.数据通信基础 2.3信道的极限容量 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。
河南中医药大学/阮晓龙// 25
2.数据通信基础 2.3信道的极限容量 信噪比 ◼噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。
由于噪声是随机产生的，它的瞬时值有时会很大。
噪声会使接收端对码元的判决发生错误，例如把1判为0或0判为
1。
噪声对通信的影响是相对的，如果信号的强度很大，那么噪声的影响 就会相对很小。
◼信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记作S/N，并用分贝（dB）作为度量单位。
信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB) 河南中医药大学/阮晓龙// 26
2.数据通信基础 2.3信道的极限容量 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=Wlog2(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。
河南中医药大学/阮晓龙//
2.数据通信基础 C=Wlog2(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。
27 2.3信道的极限容量 信噪比 ◼香农的理论说明： 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的多。
河南中医药大学/阮晓龙// 28
2.数据通信基础 2.3信道的极限容量 在极限中提升传输速率 ◼对于频带宽度已经确定的信道，如果信噪比也不能够再提高，并且码元传输速率也达到了上限值。
◼是否就没有办法来提升信息的传输速率呢？ 用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。
◼提升信息传输速率的方式很多，例如： 提升码元的传输速率提升信噪比使用更有效率的信息编码算法等。
河南中医药大学/阮晓龙// 29
3.传输媒体 传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
传输媒体可分为两大类： ◼引导型传输媒体： 电磁波被沿着固定媒体传播。
◼非引导型传输媒体： 传输媒体就是自由空间。
在非引导型传输媒体中电磁波的传输被称为无线传输。
河南中医药大学/阮晓龙// 30 电信领域使用的电磁波的频谱 f(Hz)10010210410610810101012101410161018102010221024 无线电 微波 红外线 X射线 射线 f(Hz)波段 可见光 10410510610710810910101011 双绞线 卫星 同轴电缆 地面微波 海事调幅无线电无线电 调频移动无线电无线电 电视 紫外线 10121013 LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF 10141015 光纤 1016 河南中医药大学/阮晓龙// 31
3.传输媒体 3.1双绞线 双绞线是最常用的传输媒体。
◼把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合（twist）起来，就构成了双绞线。
◼绞合的目的在于减少每根线缆对相邻导线的电磁干扰。
双绞线使用最广泛的就是电话系统，几乎所有的电话都用双绞线连接到电话交换机。
◼这段线缆被称为用户线或用户环线（subscriberloop）。
河南中医药大学/阮晓龙// 32 河南中医药大学/阮晓龙// 33
3.传输媒体 3.1双绞线 双绞线分为两种： ◼无屏蔽双绞线（UTP，UnshieldedTwistedPair） UTP无金属屏蔽材料，只有一层绝缘胶皮包裹。
价格相对便宜，组网灵活。
除某些特殊场合(如受电磁辐射严重、对传输质量要求较高等)在布线中 使用STP外，一般情况下都采用UTP。
◼屏蔽双绞线（STP，ShieldedTwistedPair） STP外面由一层金属材料包裹，以减小辐射，防止信息被窃听，同时具有较高的数据传输速率。
但价格较高，安装也比较复杂。
河南中医药大学/阮晓龙//
3.传输媒体 无屏蔽双绞线UTP 34 3.1双绞线 屏蔽双绞线STP 聚氯乙烯套层 绝缘层铜线 聚氯乙烯套层屏蔽层绝缘层铜线 河南中医药大学/阮晓龙//
3.传输媒体 35 3.1双绞线 河南中医药大学/阮晓龙//
3.传输媒体 36 3.1双绞线 河南中医药大学/阮晓龙//
3.传输媒体 37 3.1双绞线 河南中医药大学/阮晓龙// 38
3.传输媒体 3.2同轴电缆 同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成。
◼由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。
◼同轴电缆从用途上分可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆（即网络同轴电缆和视频同轴电缆）。
◼同轴电缆分50Ω基带同轴电缆和75Ω宽带同轴电缆两类。
基带电缆又分细同轴电缆和粗同轴电缆两类。
基带电缆仅仅用于数字传输，数据率可达10Mbps。
河南中医药大学/阮晓龙//
3.传输媒体 39 3.2同轴电缆 同轴电缆绝缘保护套层外导体屏蔽层绝缘层 内导体 河南中医药大学/阮晓龙// 40
3.传输媒体 3.3光缆 光缆(opticalfibercable)是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的。
◼它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件。
◼光缆主要是由光导纤维（细如头发的玻璃丝）和塑料保护套管及塑料外皮构成。
◼光缆内没有金、银、铜铝等金属，无回收价值。
河南中医药大学/阮晓龙// 41
3.传输媒体 3.3光缆 光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。
◼光缆是光纤（光传输载体）经过一定工艺而形成的线缆。
◼光缆由缆芯、加强钢丝、填充物和护套等几部分组成。
另外根据需要还有防水层、缓冲层、绝缘金属导线等构件。
河南中医药大学/阮晓龙// 42 纤芯数量 局域网使用2芯/4芯/8芯12芯/24芯广域网使用144芯/288芯 多模传输模式 单模光纤 MM50μm/62.5μm纤芯直径 SM<9μm 使用场合 室内 室外室内/外通用室外铠装 河南中医药大学/阮晓龙//
3.传输媒体 包层纤芯 光线在光纤中的折射 43 3.3光缆 折射角入射角 包层（低折射率的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层（低折射率的媒体） 河南中医药大学/阮晓龙//
3.传输媒体 光纤的工作原理 44 3.3光缆 低折射率(包层)高折射率(纤芯)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射 河南中医药大学/阮晓龙//
3.传输媒体 输入脉冲 多模光纤的工作原理 输入脉冲 单模光纤的工作原理 河南中医药大学/阮晓龙// 45 3.3光缆 输出脉冲 输出脉冲
3.传输媒体 光纤剖面的示意图 46 3.3光缆 河南中医药大学/阮晓龙// 47
3.传输媒体 3.3光缆 光纤现在广泛应用在因特网、电信网和有线电视网的主干网络中，因为它提供了很好的带宽，而且性价比很高。
在高速局域网中，通常也采用光纤作为传输介质。
◼例如FC-SAN的网络中。
河南中医药大学/阮晓龙// 48
3.传输媒体 3.4架空明线 在引导型传输媒体中，除了双绞线、同轴电缆、光缆之外，还有一种曾广泛应用的架空明线。
架空明线是由电杆支持架于地面上的裸导线通信线路，简称明线线路。
◼这是一种有线电通信线路，用于传送电报、电话、传真等。
河南中医药大学/阮晓龙// 49
3.传输媒体 3.4架空明线 架空明线的主要特点是： ◼明线线路设备简单，容易架设和拆除，发生故障时较易修理，初次架设投资较少，但每一电话电路的平均建设投资则高于电缆线路。
◼容易受天气、自然灾害和外界电磁场的影响。
◼容量较小。
◼传输频带窄，不能传送电视等宽频带信号。
目前很多国家已经停止了铺设架空明线。
目前我国在极少数边缘地区的通信仍部分使用架空明线。
河南中医药大学/阮晓龙//
3.传输媒体 50 3.4架空明线 河南中医药大学/阮晓龙// 51
3.传输媒体 3.5地面微波 地面微波系统主要用于长途电信服务，可代替同轴电缆和光纤，通过地面接力站中继。
◼用于建筑物之间的点对点线路。
◼常见的用于传输的频率范围为2GHz～40GHz。
频率越高，可能的带宽就越宽，因此可能的数据传输速率也就越高。
河南中医药大学/阮晓龙// 52
3.传输媒体 3.6卫星微波 通信卫星实际上是一个微波接力站，用于将两个或多个地球站或地面站的地面微波发送器/接收器连接起来。
◼卫星使用上下行两个频段：接收一个频段(上行)上的传输信号，放大或再生信号后，再在另一个频段(下行)上将其发送出去。
◼卫星主要应用：电视广播、长途电话传输和个人用商业网络。
◼卫星传输的最佳频率范围为1GHz～10GHz。
河南中医药大学/阮晓龙// 53
3.传输媒体 3.7广播无线电波 广播无线电波是全向性的，不要求使用碟形天线，天线也无须严格地安装到一个精确地校准位置上。
◼无线电波(Radio)是笼统术语，频率范围为3KHz~300GHz。
◼非正式术语广播无线电波(broadcastradio)包括VHF频段和部分的UHF频段：30MHz～1GHz。
河南中医药大学/阮晓龙// 54
3.传输媒体 3.8红外线 红外线传输不能超过视线范围，距离短。
◼红外线传输无法穿透墙体。
◼微波系统中遇到的安全性和干扰问题在红外线传输中都不存在。
◼红外线不需要频率分配许可。
河南中医药大学/阮晓龙// 55
3.传输媒体 3.9光波 频率更高的光波，主要指非导向光波，而非用于光纤的导向光波。
◼提供非常高的带宽，成本也很低，相对容易安装，而且与微波不同，不要求FCC许可。
◼激光的强度(非常窄的一束光)是它的弱点，不易瞄准。
◼激光束不能穿透雨或者浓雾，白天太阳热量使气流上升也会造成激光束产生偏差。
河南中医药大学/阮晓龙// 56
4.信道复用技术 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。
A1 B1 C1(a)使用单独的信道 A1 B1 复用 C1 (++)共享信道(b)使用共享信道 河南中医药大学/阮晓龙// A2B2C2 A2 分用 B2 C2 57
4.信道复用技术 4.1频分复用、时分复用和统计时分复用 频分复用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing) ◼用户在分配到一定频带后，在通信过程中自始至终都占用该频带。
◼频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。
频率频带n 频带3频带2频带
1 时间 河南中医药大学/阮晓龙// 58
4.信道复用技术 4.1频分复用、时分复用和统计时分复用 时分复用TDM(TimeDivisionMultiplexing) ◼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。
河南中医药大学/阮晓龙// 59
4.信道复用技术 4.1频分复用、时分复用和统计时分复用 时分复用TDM(TimeDivisionMultiplexing) 频率 周期性出现 ABCDABCDABCDABCD … TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧 河南中医药大学/阮晓龙// 时间 60
4.信道复用技术 4.1频分复用、时分复用和统计时分复用 时分复用TDM(TimeDivisionMultiplexing) ◼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。
用户Aa a Bbb
C cc
D d t① t② t③④ t ab#
1 bc cadt #
2 #
3 #
4 4个时分复用帧 河南中医药大学/阮晓龙// 61
4.信道复用技术 4.1频分复用、时分复用和统计时分复用 统计时分复用STDM(StatisticTDM) ◼STDM是对TDM的改进，它能够明显的提高信道的利用率。
◼STDM又称为异步时分复用，TDM则称为同步时分复用。
用户AaBbb a t① t② 集中器
C cc
D d ③t ④ t 河南中医药大学/阮晓龙// abbccdat#1#2#3 3个STDM帧 62
4.信道复用技术 4.2波分复用 波分复用WDM(WavelengthDivisionMultiplexing) ◼波分复用就是光的频分复用。
光调制器
0 1550nm
1 1551nm
2 1552nm
3 1553nm复
4 1554nm用
5 1555nm器
6 1556nm
7 1557nm 82.5Gb/s=20Gb/s1310nm 20Gb/s 120km EDFA 光解调器 1550nm
0 1551nm
1 1552nm
2 分1553nm
3 用1554nm
4 器1555nm
5 1556nm
6 1557nm
7 河南中医药大学/阮晓龙// 63
4.信道复用技术 4.3码分复用 码分复用CDM(CodeDivisionMultiplexing) ◼波分复用常用的名词是码分多址CDMA(CodeDivisionMultipleess)。
◼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。
CDMA技术最早用于军方。
◼随着技术进步，CDMA设备的价格和体积都大幅度下降，目前已经广泛用于民用，特别是无限局域网中。
◼采用CDMA可提高通信的话音质量和数据传输的可靠性，减少干扰影响，增大通信系统的容量（是GSM的4-5倍），降低手机的功率等。
河南中医药大学/阮晓龙// 64
4.信道复用技术 4.3码分复用 1G、2G和3G ◼1995年问世的第一代模拟制式手机（1G）只能进行语音通话。
◼1996到1997年出现的第二代GSM、CDMA等数字制式手机（2G）便增加了接收数据的功能，如接收电子邮件或网页。
◼第三代移动通信技术（3rd-generation，3G）是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。
3G并不是2009年诞生的，早在2002年国外就已经产生3G了，而中国也于2003年开发中国的3G，但2009年才正式上市。
河南中医药大学/阮晓龙// 65
4.信道复用技术 4.3码分复用 1G、2G和3G ◼3G是第三代通信网络，国际电联确定3G三个无线接口标准，分别是美国CDMA2000，欧洲WCDMA，中国TD-SCDMA。
◼国际电信联盟（ITU）是在芬兰赫尔辛基于2000年5月确定WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》（简称IMT—2000）。
◼目前国内支持国际电联确定三个无线接口标准，分别是中国电信的CDMA2000，中国联通的WCDMA，中国移动的TD-SCDMA。
河南中医药大学/阮晓龙// 66
4.信道复用技术 4.3码分复用 1G、2G和3G ◼第一代移动通信系统采用频分多址(FDMA)的模拟调制方式，这种系统的主要缺点是频谱利用率低，信令干扰话音业务。
◼第二代移动通信系统主要采用时分多址(TDMA)的数字调制方式，提高了系统容量，并采用独立信道传送信令，使系统性能大大改善，但TDMA的系统容量仍然有限，越区切换性能仍不完善。
◼第三代移动通信系统的技术基础是CDMA。
河南中医药大学/阮晓龙//
4.信道复用技术 67 4.3码分复用 HedyLamarr海蒂·拉玛 河南中医药大学/阮晓龙// 68
4.信道复用技术 4.3码分复用 4G ◼4G是第四代移动通信信息系统，是基于3G通信技术基础上不断优化升级、创新发展而来，融合了3G通信技术的优势，并衍生出了一系列自身固有的特征，以WLAN技术为发展重点。
◼4G技术包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。
严格意义上来讲，LTE只是3.9G，尽管被宣传为4G无线标准，但它其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMTAdvanced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准。
只有升级版的LTEAdvanced才满足国际电信联盟对4G的要求。
河南中医药大学/阮晓龙//
4.信道复用技术 69 4.3码分复用 /1149419 河南中医药大学/阮晓龙// 70
5.数字传输系统 早期电话网中，从市话局到用户电话机的用户线采用最廉价的双绞线，长途干线采用频分复用FDM的模拟传输方式。
由于数据通信与模拟通信相比，无论是传输质量还是经济上都有明显优势，目前长途干线大都采用时分复用PCM的数字传输方式。
◼当前，模拟传输线路就仅存于用户电话机到市话交换机的这一段用户线上。
河南中医药大学/阮晓龙// 71
5.数字传输系统 电信网早不是仅有语音的单一业务，还大量需要传输视频、图像和各种数据业务，所以需要一种能承载来自其他各种业务网络数据的传输网络。
在数字化的同时，光纤成为长途干线的最主要最常见的传输媒体。
早期的数字传输系统却存在着许多缺点： ◼速率标准不统
一。
如果不对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。
河南中医药大学/阮晓龙// 72
5.数字传输系统 5.1SONET 为了解决早期数据传输系统的问题，美国在1988年提出了一个新的数据传输标准，叫做同步光纤网SONET（SynchronousOpticalNetwork）。
◼同步光纤网SONET(SynchronousOpticalNetwork)的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟（铯原子钟）。
◼第1级同步传送信号STS-1(SynchronousTransportSignal)的传输速率是51.84Mb/s。
◼光信号则称为第1级光载波OC-
1，OC表示OpticalCarrier。
河南中医药大学/阮晓龙// 73
5.数字传输系统 5.2SDH 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(SynchronousDigitalHierarchy)。
◼一般可认为SDH与SONET是同义词，这两个标准是一样的。
◼SDH的基本速率为155.52Mb/s，称为第1级同步传递模块(SynchronousTransferModule)，即STM-
1。
◼STM-1相当于SONET体系中的OC-3速率。
河南中医药大学/阮晓龙//
5.数字传输系统 74 5.3SDH/SONET SONET的OC级/STS级与SDH的STM级的对应关系 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 51.840155.520466.560622.080933.1201244.160 OC-1/STS-1OC-3/STS-3OC-9/STS-9OC-12/STS-12OC-18/STS-18OC-24/STS-24 ⎯STM-1STM-3STM-4STM-6STM-
8 155Mb/s622Mb/s 2488.320 OC-48/STS-48 STM-16 2.5Gb/s 4976.640 OC-96/STS-96 STM-32 9953.280 OC-192/STS-192 STM-64 10Gb/s 39813.120 OC-768/STS-768 STM-256 40Gb/s 河南中医药大学/阮晓龙// 75
5.数字传输系统 5.3SDH/SONET SDN/SONET标准已经成为公认的理想的传输网体制，对世界电信网络的发展具有重大的意义。
河南中医药大学/阮晓龙// 76
6.宽带接入技术 6.1ADSL ADSL技术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是数字用户线(DigitalSubscriberLine)的缩写。
◼标准模拟电话信号的频带被限制在300~3400Hz的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率超过1MHz。
◼ADSL技术就把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用，把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
河南中医药大学/阮晓龙// 77
6.宽带接入技术 6.1ADSL DSL的常见类型： ◼ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)：非对称数字用户线◼HDSL(HighspeedDSL)：高速数字用户线。
◼SDSL(Single-lineDSL)：1对线的数字用户线。
◼VDSL(VeryhighspeedDSL)：甚高速数字用户线。
◼DSL：ISDN用户线。
◼RADSL(Rate-AdaptiveDSL)： 速率自适应DSL，是ADSL的一个子集，可自动调节线路速率。
河南中医药大学/阮晓龙// 78
6.宽带接入技术 6.1ADSL 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1.5~2.0Mb/s时可传送5.5公里，但当传输速率提高到6.1Mb/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6.1Mb/s的传输速率下就只能传送2.7公里。
河南中医药大学/阮晓龙// 79
6.宽带接入技术 6.1ADSL ADSL技术的主要特点： ◼上行和下行带宽是不对称的，下行速度高，上行速度低。
◼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。
◼我国采用离散多音调DMT(DiscreteMulti-Tone)调制技术。
这里的“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。
河南中医药大学/阮晓龙// 80
6.宽带接入技术 6.1ADSL DMT ◼DMT调制技术采用频分复用的方法，把40kHz以上一直到1.1MHz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4kHz带宽（严格讲是4.3125kHz），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。
频谱 上行信道 传统电话 下行信道 … … 04 ~40 ~138 河南中医药大学/阮晓龙// 频率(kHz)~1100 81
6.宽带接入技术 6.1ADSL 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频率、各子信道受到的干扰情况，以及在每个频率上测试信号的传输质量。
◼ADSL不能保证固定数据率。
对于质量很差的用户线甚至无法开通。
通常下行数据率在32kb/s到6.4Mb/s之间。
通常上行数据率在32kb/s到640kb/s之间。
河南中医药大学/阮晓龙//
6.宽带接入技术 数字用户线接入复用器DSLAM(DSLessMultiplexer)接入端接单元ATU(essTerminationUnit) C代表端局CentralOffice，R代表远端Remote电话分离器PS(POTSSplitter) ADSL的组成： 至ISP区域宽带网 基于ADSL的接入网 端局或远端站 电话分离器 PS PS ATU-
C 用户线 ATU-
C ATU-
C ATU-
R 82 6.1ADSL DSLAM 至本地电话局 居民家庭 河南中医药大学/阮晓龙// 83
6.宽带接入技术 6.1ADSL 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8Mb/s、上行800kb/s的速率。
▪ADSL2+则将频谱范围从1.1MHz扩展至2.2MHz；下行速率可达16Mb/s，最大传输速率可达25Mb/s；上行速率可达800kb/s。
采用了无缝速率自适应技术SRA(SeamlessRateAdaptation)，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。
河南中医药大学/阮晓龙// 84
6.宽带接入技术 6.2HFC 光纤同轴混合网HFC(HybridFiberCoax)是在有线电视网CATV的基础上开发的居民宽带接入网。
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。
◼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。
◼模拟光纤从头端连接到光纤结点(fibernode)，即光分配结点ODN(OpticalDistributionNode)。
◼在光纤结点光信号被转换为电信号，在光纤结点以下是同轴电缆。
河南中医药大学/阮晓龙//
6.宽带接入技术 高带宽光纤头端 光纤结点光纤 85 6.2HFC 同轴电缆 光纤 同轴电缆 河南中医药大学/阮晓龙//
6.宽带接入技术下行信道 86 6.2HFC 上行信道
5 6587 调频广播、模拟和数字电视、数据业务1000频率(MHz) 河南中医药大学/阮晓龙// 87
6.宽带接入技术 6.2HFC HFC中，每个家庭都要安装一个用户接口盒。
用户接口盒UIB(UserInterfaceBox)要提供三种连接，即： ◼使用同轴电缆连接到机顶盒(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。
◼电缆调制解调器是为HFC网而使用的调制解调器，其工作比ADSL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。
虽然HFC的调制解调器速度更快，但是由于HFC是共享带宽，因此在实际使用中速度是不确定的。
河南中医药大学/阮晓龙// 88
6.宽带接入技术 6.3FTTx FTTx（光纤到……）是一种实现宽带居民接入网的方案。
◼字母x可代表不同意思。
◼例如： 光纤到户FTTH(FiberToTheHome)：▪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(FiberToTheBuilding)：▪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(FiberToTheCurb)：▪光纤放置到路边机箱，从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。
光纤到小区FTTZ(FiberToTheZone)：▪光纤接入小区，从小区到各用户使用电缆或双绞线作为传输媒体。
…… 河南中医药大学/阮晓龙// 89
6.宽带接入技术 6.3FTTx FTTx技术主要用于接入网络光纤化，范围从区域电信机房的局端设备到用户终端设备。
◼局端设备为光线路终端（OpticalLineTerminal，OLT）。
◼用户端设备为光网络单元(OpticalNetworkUnit，ONU）或光网络终端（OpticalNetworkTerminal，ONT）。
河南中医药大学/阮晓龙//
6.宽带接入技术 90 6.3FTTx 河南中医药大学/阮晓龙//
6.宽带接入技术 91 6.3FTTx /article/article.asp?
id=142276&bid=8294 河南中医药大学/阮晓龙// 92 河南中医药大学/阮晓龙// 93 Thanks 河南中医药大学/阮晓龙//