第9章物理層與物理層協(xié)議9.1物理層的基本概念9.2信息、數(shù)據(jù)與信號9.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)9.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信方式9.5傳輸介質(zhì)的主要類型9.6數(shù)據(jù)傳輸速率的定義與信道速率的極限9.7多路復(fù)用技術(shù)9.8同步光纖網(wǎng)SONET與同步數(shù)字體系SDH習(xí)題

9.1物理層的基本概念

9.1.1物理層的主要服務(wù)功能

物理層處于網(wǎng)絡(luò)參考模型的最底層，它向數(shù)據(jù)鏈路層提供比特流傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體通過與物理層的接口將數(shù)據(jù)比特流傳送給物理層，物理層將比特流按照傳輸介質(zhì)的需要進(jìn)行編碼，然后將信號通過傳輸介質(zhì)傳輸?shù)较乱粋€結(jié)點(diǎn)的物理層。物理層的主要功能是進(jìn)行物理連接的建立、維護(hù)與釋放以及比特流的傳輸。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用的傳輸介質(zhì)與通信設(shè)備種類繁多，各種通信技術(shù)存在很大的差異，并且各種新的通信技術(shù)在快速發(fā)展。設(shè)置物理層的目的是屏蔽物理層采用的傳輸介質(zhì)、通信設(shè)備與通信技術(shù)的差異性，使數(shù)據(jù)鏈路層只需考慮本層的服務(wù)，而不需要考慮網(wǎng)絡(luò)具體使用哪種傳輸介質(zhì)、設(shè)備與技術(shù)。9.1.2物理層協(xié)議的類型

1．點(diǎn)-點(diǎn)通信線路的物理層協(xié)議

OSI參考模型對物理層的定義是：物理層為建立、維護(hù)和釋放數(shù)據(jù)鏈路實(shí)體之間二進(jìn)制比特傳輸?shù)奈锢磉B接提供機(jī)械的、電氣的、功能的和規(guī)程的特性。EIA-232-C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了計算機(jī)串行通信接口卡與調(diào)制解調(diào)器之間物理接口的機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程的具體參數(shù)與工作流程。目前有很多低速的數(shù)據(jù)通信設(shè)備仍然采用EIA-232-C標(biāo)準(zhǔn)。

ADSL物理層協(xié)議定義了上行與下行傳輸

速率標(biāo)準(zhǔn)、傳輸信號的編碼格式以及電平、同步方式、連接接口裝置物理尺寸等內(nèi)容。線纜調(diào)制解調(diào)器與有線電視線纜接入的物理層標(biāo)準(zhǔn)主要有線纜數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接口規(guī)范DOCSIS與IEEE802.14物理層標(biāo)準(zhǔn)。DOCSIS與IEEE802.14物理層標(biāo)準(zhǔn)分為物理介質(zhì)相關(guān)(PMD)子層和傳輸匯聚(TC)子層，規(guī)定了線纜調(diào)制解調(diào)器的頻帶、上行與下行速率、信號調(diào)制方式與電平同步方式等內(nèi)容。

2．廣播通信線路的物理層協(xié)議

使用有線傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng)802.3協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)就包括了多個物理層協(xié)議。例如，802.3標(biāo)準(zhǔn)的物理層協(xié)議包括10BASE-2、10BASE-5與10BASE-T標(biāo)準(zhǔn)；100BASE-T、快速以太網(wǎng)802.3u標(biāo)準(zhǔn)的物理層協(xié)議包括100BASE-TX標(biāo)準(zhǔn)、100BASE-4與100BASE-FX標(biāo)準(zhǔn)；千兆以太網(wǎng)802.3z標(biāo)準(zhǔn)的物理層協(xié)議包括1000BASE-T、1000BASE-CX、1000BASE-LX與1000BASE-SX標(biāo)準(zhǔn)；十千兆以太網(wǎng)802.3ae標(biāo)準(zhǔn)的物理層協(xié)議包括LANPHY標(biāo)準(zhǔn)與WANPHY標(biāo)準(zhǔn)。無線局域網(wǎng)802.11分別為跳頻擴(kuò)頻與直接序列擴(kuò)頻通信制定了物理層標(biāo)準(zhǔn)。無線個人局域網(wǎng)的802.15.4物理層標(biāo)準(zhǔn)定義了無線信道頻段、調(diào)制方式、信號編碼方式、發(fā)射與接收功率以及同步方式。

從以上分析中可以看出，隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中物理層的協(xié)議類型變化也十分迅速。只要網(wǎng)絡(luò)采用一種新的通信技術(shù)，相應(yīng)地就需要制定一種新的物理層標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層與傳輸層協(xié)議的類型相對比較穩(wěn)定，物理層協(xié)議的類型增加是最快、最復(fù)雜的。

9.2信息、數(shù)據(jù)與信號

9.2.1信息與數(shù)據(jù)

通信的目的是交換信息，信息的載體可以是文字、語音、圖形或圖像。計算機(jī)產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像的組合。為了傳送這些信息，首先要將字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像用二進(jìn)制代碼來表示。

數(shù)據(jù)通信是實(shí)現(xiàn)不同計算機(jī)之間傳輸表示字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像的二進(jìn)制代碼比特流的模擬或數(shù)字信號的過程。對于數(shù)據(jù)通信來說，被傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼稱為“數(shù)據(jù)”；數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)據(jù)涉及對事物的表示形式，信息涉及對數(shù)據(jù)所表示內(nèi)容的解釋。數(shù)據(jù)通信的任務(wù)就是要傳輸二進(jìn)制代碼比特流，而不是解釋代碼所表示的內(nèi)容。在數(shù)據(jù)通信中，習(xí)慣將被傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼0、1稱為碼元。表9-1列出了ASCII碼的部分字符編碼。ASCII碼采用7位二進(jìn)制位編碼，可以表示128個字符。字符分為圖形字符與控制字符兩類。圖形字符包括數(shù)字、字母、運(yùn)算符號、商用符號等?？刂谱址糜跀?shù)據(jù)通信收發(fā)雙方工作的協(xié)調(diào)與信息格式

的表示。二進(jìn)制編碼按高位到低位(b6b5b4b3b2b1b0)的順序排列，而b7位一般用于字符的校驗。如果采用奇校驗，則字符串“ABCD”的ASCII碼二進(jìn)制比特流應(yīng)該是“11000001110000100100001111000100”。如果要從主機(jī)A將這個比特流傳送到主機(jī)B，并且主機(jī)A、B都使用ASCII編碼，則主機(jī)B可以將接收的比特流解釋為“ABCD”。9.2.2信號與信道

圖9-1給出了模擬信號與數(shù)字信號波形。用數(shù)字信號進(jìn)行的傳輸稱為數(shù)字傳輸，用模擬信號進(jìn)行的傳輸稱為模擬傳輸。圖9-1模擬信號與數(shù)字信號波形9.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)

9.3.1數(shù)據(jù)編碼類型

計算機(jī)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的數(shù)據(jù)編碼類型，主要取決于通信信道所支持的數(shù)據(jù)通信類型。用于數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)編碼方式分為兩類：模擬數(shù)據(jù)編碼與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼。隨著高速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了一系列新的編碼技術(shù)。圖9-2給出了數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)編碼方式的關(guān)系。圖9-2數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)編碼方式的關(guān)系9.3.2模擬數(shù)據(jù)編碼方法

將發(fā)送端的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的過程稱為調(diào)制(Modulation)；將接收端的模擬信號還原成數(shù)字信號的過程稱為解調(diào)(Demodulation)。具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器(Modem)。在調(diào)制過程中，首先選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率ω的正(余)弦信號作為載波，該正(余)弦信號可以寫u(t)=um·sin(ωt+ψ0)。在載波u(t)中，有3個可以改變的電參量(振幅um、角頻率ωt和相位ψ0)?？梢酝ㄟ^改變3個電參量來

實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號的編碼。圖9-3給出了模擬數(shù)據(jù)信號的編碼方法。

1．移幅鍵控ASK(AmplitudeShiftKeying)

移幅鍵控方法是通過改變載波信號的振幅來表示數(shù)字信號1、0。例如，可以用載波幅度為um表示1，用載波幅度為0表示數(shù)字0。圖9-3(a)給出了ASK信號波形，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：ASK信號實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，但抗干擾能力較差。圖9-3模擬數(shù)據(jù)信號的編碼方法

2.移頻鍵控FSK(FrequencyShiftKeying)

移頻鍵控方法是通過改變載波信號的角頻率來表示數(shù)字信號1、0。例如，可以用角頻率ω1表示數(shù)字1，用角頻率ω2表示數(shù)字0。

圖9-3(b)給出了FSK信號波形，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

3.移相鍵控PSK(PhaseShiftKeying)

1)絕對調(diào)相

在載波信號u(t)中，ψ0為載波信號的相位。最簡單的情況是：用相位的絕對值來表示它所對應(yīng)的數(shù)字信號。

圖9-3(c)給出了絕對調(diào)相的信號波形。當(dāng)表示數(shù)字1時，取ψ0=0；當(dāng)表示數(shù)字0時，取ψ0=π。這種簡單的絕對調(diào)相方法的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

2)相對調(diào)相

相對調(diào)相用載波在兩位數(shù)字信號的交接處產(chǎn)生的相對偏移來表示載波所表示的數(shù)字信號。最簡單的相對調(diào)相方法是：兩比特信號交接處遇0，載波信號相位不變；兩比特信號交接處遇1，載波信號相位偏移π。

圖9-3(d)給出了相對調(diào)相的信號波形。

3)多相調(diào)制

以上討論的是二相調(diào)制的方法，用兩個相位值分別表示二進(jìn)制數(shù)0、1。在模擬數(shù)據(jù)通信中，為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率，常采用多相調(diào)制的方法。例如，將待發(fā)送的數(shù)字信號按兩比特一組的方式組織，兩位二進(jìn)制比特可以有四種組合：00、01、10、11。每組是一個雙比特碼元，用四個不同相位值表示這四組雙比特碼元。在調(diào)相信號傳輸過程中，相位每改變一次，傳送兩個二進(jìn)制比特。這種調(diào)相方法稱為4相調(diào)制。9.3.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法

頻帶傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是可以利用目前覆蓋面最廣、普遍應(yīng)用的模擬語音信道。電話交換網(wǎng)技術(shù)成熟并且造價較低，它的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸率低?；鶐鬏斣诨静桓淖償?shù)字信號頻帶(即波形)的情況下直接傳輸數(shù)字信號，可以達(dá)到很高的數(shù)據(jù)傳輸速率?；鶐鬏斒悄壳鞍l(fā)展迅速的數(shù)據(jù)通信方式。

圖9-4給出了數(shù)字信號的編碼方式。圖9-4數(shù)字信號的編碼方式

1．非歸零碼

圖9-4(a)給出了非歸零碼(NonReturntoZero，NRZ)波形。NRZ碼可以規(guī)定用低電平表示邏輯“0”，用高電平表示邏輯“1”；也可以用其他方法表示。

NRZ碼的缺點(diǎn)是無法判斷一位的開始和結(jié)束，收發(fā)雙方不能保持同步。為了保證收發(fā)雙方的同步，必須在發(fā)送NRZ碼的同時用另一個信道同時傳送同步信號。另外，如果信號中“1”與“0”的個數(shù)不相等，就會存在直流分量，這是在數(shù)據(jù)傳輸中不希望存在的。

2．曼徹斯特編碼

曼徹斯特(Manchester)編碼是目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一。圖9-4(b)給出了典型的曼徹斯特編碼波形。曼徹斯特編碼的規(guī)則是：每比特的周期T分為前T/2與后T/2兩部分；通過前T/2傳送該比特的反碼，后T/2傳送該比特的原碼。根據(jù)曼徹斯特編碼規(guī)則，被編碼的數(shù)據(jù)b0=0，它的前T/2取0的反碼(0用低電平表示，其反碼為高電平)，后T/2取0的原碼(低電平)。b1=1，前T/2取1的反碼(低電平)，后T/2取1的原碼(高電平)。b2=0，前T/2為高電平，后T/2為低電平。b3=0，前T/2為高電平，后T/2為低電平。按這個規(guī)律可以畫出曼徹斯特編碼信號的波形圖。曼徹斯特編碼的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)每個比特的中間有一次電平跳變，兩次電平跳變的時間間隔可以是T/2或T，利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號。曼徹斯特編碼信號稱為“自含時鐘編碼”信號，發(fā)送曼徹斯特編碼信號時無需另外發(fā)送同步信號。

(2)曼徹斯特編碼信號不含直流分量。

曼徹斯特編碼的缺點(diǎn)是效率較低，如果信號傳輸速率是

10Mb/s，則發(fā)送時鐘信號頻率應(yīng)為20MHz。

3．差分曼徹斯特編碼

差分曼徹斯特(DifferenceMancherster)編碼是對曼徹斯特編碼的改進(jìn)。典型的差分曼徹斯特編碼波形如圖9-4(c)所示。差分曼徹斯特編碼與曼徹斯特編碼的不同點(diǎn)是：每比特的中間跳變僅做同步使用。每比特的值根據(jù)其開始邊界是否跳變來決定。某個比特開始處發(fā)生電平跳變表示傳輸二進(jìn)制“0”，不發(fā)生跳變表示傳輸二進(jìn)制“1”。按照差分曼徹斯特編碼規(guī)則，它與曼徹斯特編碼的不同之處在于：b0之后的b1為1，在兩個比特波形的交接處不發(fā)生電平跳變；b2=0，在b1與b2交接處要發(fā)生電平跳變；b3=0，在b2與b3交接處仍然要發(fā)生電平跳變。按這個規(guī)律可以畫出差分曼徹斯特編碼信號的波形。9.3.4脈沖編碼調(diào)制方法

PCM技術(shù)的典型應(yīng)用是語音數(shù)字化。語音可以用模擬信號的形式通過電話線路傳輸，但是要將語音與計算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字、文字、圖像同時傳輸，就必須首先將語音信號數(shù)字化。發(fā)送端通過PCM編碼器將語音信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過通信信道傳送到接收端，接收端通過PCM解碼器將它還原成語音信號。數(shù)字化語音數(shù)據(jù)的傳輸效率高、失真小，可以存儲在計算機(jī)中，并且要進(jìn)行必要的處理。圖9-5給出了PCM的工作原理。圖9-5PCM的工作原理

1．采樣

模擬信號數(shù)字化的第一步是采樣。模擬信號是電平連續(xù)變化的信號。采樣是每隔一定的時間間隔，將模擬信號的電平幅度取出作為樣本，讓其表示原來的信號。采樣頻率f?≥2B或f?=1/T≥2·fmax。其中，B為通信信道帶寬，T為采樣周期，fmax為信道允許通過的信號最高頻率。研究結(jié)果表明：如果以大于或等于通信信道帶寬2倍的速率對信號采樣，其樣本可以包含足以重構(gòu)原模擬信號的所有信息。圖9-6給出了PCM的采樣與量化過程。圖9-6PCM的采樣與量化過程

2．量化

量化是將樣本幅度按量化級決定取值的過程。經(jīng)過量化后的樣本幅度為離散的量化級值，已不是連續(xù)值。量化前要規(guī)定將信號分為若干量化級。例如，可以分為8級或16級，這要根據(jù)精度要求決定。同時，要規(guī)定每級對應(yīng)的幅度范圍，然后將樣本幅值與上述量化級幅值進(jìn)行比較。例如，1.28取值1.3，1.52取值為1.5，即通過取整來定級。

3．編碼

編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化后的樣本的量化級。如果有k個量化級，則二進(jìn)制的位數(shù)為lbk。例如，如果量化級有16個，就需要4位編碼。在目前常用的語音數(shù)字化系統(tǒng)中，通常采用128個量化級，需要7位編碼。編碼后的樣本都用相應(yīng)的編碼脈沖表示。D5取樣幅度為1.52，取整后為1.5，量化級為15，樣本編碼為1111。將二進(jìn)制編碼1111發(fā)送到接收端，接收端可以將它還原成量化級15，對應(yīng)的電平幅度為1.5。當(dāng)PCM用于數(shù)字化語音系統(tǒng)時，它將聲音分為128個量化級，每個量化級采用7位二進(jìn)制編碼表示。由于采樣速率為8000樣本/秒，因此，數(shù)據(jù)傳輸速率能達(dá)到7×8000=56kb/s。另外，PCM可以用在計算機(jī)中的圖形、圖像數(shù)字化與傳輸處理中。PCM的缺點(diǎn)是采用二進(jìn)制編碼，使用的二進(jìn)制位數(shù)較多，因此PCM的編碼效率比較低。

9.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與通信方式

9.4.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在討論了數(shù)據(jù)通信編碼方式后，下面以采用曼徹斯特編碼的數(shù)據(jù)通信過程為例，對數(shù)據(jù)通信過程做一個總結(jié)，同時進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)(如圖9-7所示)。圖9-7數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

在數(shù)據(jù)通信過程中，將發(fā)送數(shù)據(jù)的一方叫做“信源”，將接收數(shù)據(jù)的一方叫做“信宿”。發(fā)送方的計算機(jī)所產(chǎn)生的二進(jìn)制代碼波形是不能夠直接在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)?。最簡單的理由是：如果不采取其他措施，則信源與信宿無法實(shí)現(xiàn)傳輸比特流的同步。因此，要完成信源與信宿之間的比特流傳輸，首先要將待傳輸?shù)亩M(jìn)制比特流通過數(shù)據(jù)信號編碼器轉(zhuǎn)換為曼徹斯特編碼信號，再由發(fā)送方的數(shù)據(jù)信號發(fā)送設(shè)備通過通信線路傳送到接收方。9.4.2數(shù)據(jù)通信方式

1．串行通信與并行通信

數(shù)據(jù)通信分為兩種類型：串行通信與并行通信。圖9-8給出了串行通信與并行通信的示意圖。在計算機(jī)中，通常是用8位的二進(jìn)制代碼來表示一個字符。在數(shù)據(jù)通信中，將表示一個字符的二進(jìn)制代碼按由低位到高位的順序依次發(fā)送的方式稱為串行通信；將表示一個字符的二進(jìn)制代碼同時通過8條并行的通信信道發(fā)送，每次發(fā)送一個字符代碼的方式稱為并行通信。圖9-8串行通信與并行通信的示意圖

2．單個、半雙工與全雙工通信

按照信號傳送方向與時間的關(guān)系，數(shù)據(jù)通信分為三種類型：單工通信、半雙工通信與全雙工通信。圖9-9給出了三種通信類型示意圖。在單工通信方式中，信號只能向一個方向傳輸，任何時候都不能改變信號的傳送方向。在半雙工通信方式中，信號可以雙向傳送，但是必須交替進(jìn)行，一個時間只能向一個方向傳送。在全雙工通信方式中，信號可以同時雙向傳送。圖9-9三種通信類型示意圖

3．同步技術(shù)

1)同步的概念

同步是數(shù)字通信中必須解決的一個重要問題。同步是要求通信雙方在時間基準(zhǔn)上保持一致的過程。計算機(jī)通信過程與人們使用電話通話的過程有很多相似之處。在正常的通話過程中，人們在撥通電話并確定對方是要找的人時，雙方就可以進(jìn)入通話狀態(tài)。在通話過程中，說話人要講清楚每個字，講完每句話需要停頓。

2)位同步

盡管作為數(shù)據(jù)通信雙方的兩臺計算機(jī)的時鐘頻率相同，但實(shí)際上不同計算機(jī)的時鐘頻率肯定存在差異。這種時鐘頻率的差異將導(dǎo)致不同計算機(jī)發(fā)送和接收的時鐘周期產(chǎn)生誤差。盡管這種差異是微小的，但在大量數(shù)據(jù)的傳輸過程中，其積累誤差足以造成接收比特取樣周期和傳輸數(shù)據(jù)的錯誤。實(shí)現(xiàn)位同步的主要方法有以下兩種：

(1)外同步法。它是在發(fā)送端發(fā)送一路數(shù)據(jù)信號的同時，另外發(fā)送一路同步時鐘信號的方法。接收端根據(jù)接收到的同步時鐘信號來校正時間基準(zhǔn)和時鐘頻率，實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的位同步。

(2)內(nèi)同步法。它是從自含時鐘編碼的發(fā)送數(shù)據(jù)中提取同步時鐘的方法。曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼都是自含同步時鐘的編碼方法。

3)字符同步

實(shí)現(xiàn)字符同步的方法主要有：

(1)同步方式。采用同步方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸稱為同步傳輸(SynchronousTransmission)。同步方式將字符組成組，以組為單位連續(xù)傳輸。每組字符之前加上一個或多個用于同步控制的同步字符SYN，每個數(shù)據(jù)字符內(nèi)不加附加位。接收端接收到同步字符SYN后，根據(jù)SYN來確定數(shù)據(jù)字符的起始與終止，以實(shí)現(xiàn)同步傳輸功能。圖9-10給出了同步傳輸?shù)墓ぷ髟?。圖9-10同步傳輸?shù)墓ぷ髟?/p>

(2)異步方式。采用異步方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸稱為異步傳輸(AsynchronousTransmission)。異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是：每個字符作為一個獨(dú)立的整體進(jìn)行發(fā)送，字符之間的時間間隔可以是任意的。為了實(shí)現(xiàn)字符同步，每個字符的第1位前加1位起始位(邏輯“1”)，字符的最后1位后加1位或2位停止位(邏輯“0”)。圖9-11給出了異步傳輸?shù)墓ぷ髟?。圖9-11異步傳輸?shù)墓ぷ髟?.5傳輸介質(zhì)的主要類型

9.5.1雙絞線的主要特性

局域網(wǎng)中所使用的雙絞線分為兩類：屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)與非屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)。屏蔽雙絞線由外部保護(hù)層、屏蔽層與多對雙絞線組成。非屏蔽雙絞線由外部保護(hù)層與多對雙絞線組成。圖9-12給出了雙絞線的基本結(jié)構(gòu)。圖9-12雙絞線的基本結(jié)構(gòu)雙絞線按照傳輸特性分為5類。在典型的以太網(wǎng)中，常用第3類與第5類非屏蔽雙絞線(簡稱3類線、5類線)。3類線的帶寬為16MHz，適用于語音與10Mb/s以下的數(shù)據(jù)傳輸；5類線的帶寬為100MHz，適用于語音與100Mb/s的高速數(shù)據(jù)傳輸，可以支持155Mb/s的ATM數(shù)據(jù)傳輸。隨著千兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)，高性能雙絞線標(biāo)準(zhǔn)不斷推出，例如，增強(qiáng)5類線、6類線以及使用金屬箔的7類屏蔽雙絞線。7類屏蔽雙絞線的帶寬已經(jīng)達(dá)到600～1200MHz。9.5.2同軸電纜的主要特性

同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、外屏蔽層及外部保護(hù)層組成。同軸電纜的特性參數(shù)由內(nèi)導(dǎo)體、外屏蔽層及絕緣層的電參量與機(jī)械尺寸決定。同軸電纜的特點(diǎn)是抗干擾能力較強(qiáng)。圖

9-13給出了同軸電纜的基本結(jié)構(gòu)。圖9-13同軸電纜的基本結(jié)構(gòu)9.5.3光纖電纜的主要特性

光纖是性能最好、應(yīng)用前途最廣泛的一種傳輸介質(zhì)。光纖是一種直徑為50～100μm的柔軟、能傳導(dǎo)光波的介質(zhì)，多種玻璃和塑料可以用來制造光纖，其中使用超高純度石英玻璃纖維制作的光纖的纖芯可以得到最低的傳輸損耗。在折射率較高的纖芯外面，用折射率較低的包層包裹起來，外部包裹涂覆層，這樣就可以構(gòu)成一條光纖。多條光纖組成一束，構(gòu)成一條光纜。圖9-14給出了光纖的結(jié)構(gòu)與傳輸原理。圖9-14光纖的結(jié)構(gòu)與傳輸原理圖9-15給出了典型的光纖傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在發(fā)送端使用發(fā)光二極管(LED)或注入型激光二極管(ILD)作為光源。在接收端使用光電二極管(PIN)檢波器或APD檢波器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光載波調(diào)制方法采用移幅鍵控(ASK)調(diào)制方法，即亮度調(diào)制。因此，光纖傳輸速率可以達(dá)到Gb/s量級。圖9-15典型的光纖傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)光纖分為兩種類型：單模光纖與多模光纖。單模光纖是指光纖的光信號僅與光纖軸成單個可分辨角度的單路光載波傳輸。多模光纖是指光纖的光信號與光纖軸成多個可分辨角度的多路光載波傳輸。單模光纖的性能優(yōu)于多模光纖。

光纖最普遍的連接方法是點(diǎn)-點(diǎn)方式。光纖信號衰減極小，它可以在6～8km的距離內(nèi)，在不使用中繼器的情況下，實(shí)現(xiàn)高速率的數(shù)據(jù)傳輸。光纖不受外界電磁干擾與噪聲的影響，在長距離、高速率的傳輸中保持低誤碼率。9.5.4無線與衛(wèi)星通信技術(shù)

1．電磁波譜與移動通信

描述電磁波的參數(shù)有3個：波長(Wavelength)、頻率(Frequency)與光速(SpeedofLight)。三者之間的關(guān)系為：

λ×f=c

其中，λ為波長，光速c為3×108m/s，頻率f的單位為Hz。電磁波的傳播有兩種方式：一種是在自由空間中傳播(即無線方式傳播)；另一種是在有限制的空間內(nèi)傳播(即有線方式傳播)。使用雙絞線、同軸電纜、光纖傳輸電磁波的方式屬于有線方式。在同軸電纜中，電磁波傳播的速度大約是光速的2/3。不同的傳輸介質(zhì)可以傳輸不同頻率的信號。例如，普通雙絞線可以傳輸?shù)皖l或中頻信號，同軸電纜可以傳輸?shù)皖l到特高頻信號，光纖可以傳輸可見光信號。圖9-16給出了電磁波與通信類型的關(guān)系。從圖中所示的電磁波譜中可以看出，按照頻率由低向高排列，不同頻率的電磁波可以分為無線電(Radio)、微波(Microwave)、紅外線(Infrared)、可見光(VisibleLight)、紫外線(Utravoilet)、x射線(xRays)與γ射線(γRays)。目前，用于通信的主要有無線、微波、紅外與可見光。國際電信聯(lián)盟(ITU)根據(jù)不同的頻率(或波長)，將不同的波段進(jìn)行了劃分與命名。表9-2給出了無線電頻率與帶寬(頻率范圍)的對應(yīng)關(guān)系。圖9-16電磁波與通信類型的關(guān)系

2．無線通信

從電磁波譜中可以看出，無線通信使用的頻段覆蓋了從低頻到特高頻。其中，調(diào)頻無線電通信使用中波(MF)，調(diào)頻無線電廣播使用甚高頻，電視廣播使用甚高頻到特高頻。國際通信組織對各個頻段都規(guī)定了特定的服務(wù)。以高頻(HF)為例，它在頻率上從3～30MHz被劃分成了多個特定的頻段，分別分配給移動通信(空中、海洋與陸地)、廣播、無線電導(dǎo)航、業(yè)余電臺、宇宙通信與射電天文等方面。高頻無線電波由天線發(fā)出后，可以沿兩條路徑在空間傳播。其中，地波沿著地表面?zhèn)鞑?，天波則在地球與地球電離層之間來回反射。圖9-17給出了高頻無線電波的傳播路徑。高頻與甚高頻通信方式類似，它們的主要缺點(diǎn)是：易受天氣等因素影響，信號幅度變化較大，容易被干擾。它們的主要優(yōu)點(diǎn)是：技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，能以較小的發(fā)射功率傳輸?shù)捷^遠(yuǎn)的地方。圖9-17高頻無線電波的傳播路徑

3．微波通信

在電磁波譜中，頻率在100MHz～10GHz之間的信號叫做微波信號，它們對應(yīng)的信號波長為3cm～3m。微波信號傳輸?shù)闹饕攸c(diǎn)是：

(1)只能進(jìn)行視距傳播。由于微波信號沒有繞射能力，因此微波信號只有在收發(fā)兩點(diǎn)可視的情況下才能正常接收。

(2)大氣對微波信號的吸收和散射影響很大。由于微波信號的波長比較短，因此利用機(jī)械尺寸相對較小的拋物面天線，就可以將微波信號能量集中在一個很小的波束內(nèi)發(fā)送出去，這樣就可以用很小的發(fā)射功率來進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。同時，由于微波信號的頻率很高，因此可以獲得較大的通信帶寬，特別適合于衛(wèi)星通信與城市建筑物之間的通信。

4．蜂窩無線通信

微電子與超大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了蜂窩移動通信的迅速發(fā)展。為了提高覆蓋區(qū)域的系統(tǒng)容量與充分利用頻率資源，人們提出了小區(qū)制的概念。將一個大區(qū)制覆蓋的區(qū)域劃分成多個小區(qū)(Cell)，在每個小區(qū)中設(shè)立一個基站(BaseStation)，通過基站在用戶的移動臺(MobileStation)之間建立通信。小區(qū)覆蓋的半徑較小(一般為1～20km)，可以用較小的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)雙向通信。由若干個小區(qū)構(gòu)成的覆蓋區(qū)稱為區(qū)群。由于區(qū)群的結(jié)構(gòu)酷似蜂窩，因此小區(qū)制移動通信系統(tǒng)又稱為蜂窩移動通信系統(tǒng)。圖9-18給出了蜂窩移動通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在每個小區(qū)設(shè)立一個(或多個)基站，它與若干個移動站建立無線通信鏈路。區(qū)群中各小區(qū)的基站之間可以通過電纜、光纜或微波鏈路與移動交換中心連接。移動交換中心通過電路與市話交換局連接，從而構(gòu)成一個完整的蜂窩移動通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖9-18蜂窩移動通信的結(jié)構(gòu)

5．衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信具有通信距離遠(yuǎn)、費(fèi)用與通信距離無關(guān)、覆蓋面積大、不受地理條件限制、通信信道帶寬大、可進(jìn)行多址通信與移動通信的優(yōu)點(diǎn)，它在最近的30多年里獲得迅速發(fā)展，成為現(xiàn)代主要的通信手段之一。

圖9-19給出了衛(wèi)星通信的工作原理。圖9-19(a)是通過衛(wèi)星通信微波形成的點(diǎn)-點(diǎn)通信線路，它由兩個地球站(發(fā)送站和接收站)與一顆通信衛(wèi)星組成。衛(wèi)星上可以有多個轉(zhuǎn)發(fā)器，作用是接收、放大與發(fā)送信息。目前，通常是12個轉(zhuǎn)發(fā)器擁有一個36MHz帶寬的信道，不同轉(zhuǎn)發(fā)器使用不同頻率。地面發(fā)送站使用上行鏈路(Uplink)向通信衛(wèi)星發(fā)射微波信號。衛(wèi)星起中繼器的作用，它接收通過上行鏈路發(fā)送來的微波信號，經(jīng)過放大后再使用下行鏈路(Downlink)發(fā)送回地面接收站。上行鏈路與下行鏈路使用的頻率不同，因此可以將發(fā)送信號與接收信號區(qū)分開來。圖9-19(b)是衛(wèi)星微波形成的廣播通信線路。圖9-19衛(wèi)星通信的工作原理傳輸延時是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要參數(shù)之一。發(fā)送站要通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號到接收站，如果從地面發(fā)送到衛(wèi)星的信號傳輸時間為Δt，不考慮轉(zhuǎn)發(fā)中的處理時間，則從信號發(fā)送到接收的延遲時間為2Δt。從衛(wèi)星發(fā)射到地球表面的電磁波呈圓錐體形狀，最短的是衛(wèi)星到地面的垂線，最長的是斜邊。電磁波在自由空間的傳播速度為3×108m/s。對于衛(wèi)星與地面的垂直高度數(shù)值，Δt值通常為250ms；對應(yīng)于斜邊數(shù)值，Δt值通常為300ms。在計算中通常取中間值270ms，因此往返傳輸延時值為540ms。9.6數(shù)據(jù)傳輸速率的定義與信道速率的極限

9.6.1數(shù)據(jù)傳輸速率的定義

在討論數(shù)據(jù)傳輸速率時，需要注意以下幾點(diǎn)：

(1)數(shù)據(jù)傳輸速率是指結(jié)點(diǎn)向傳輸介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)的速率，因此它與發(fā)送速率是等價的。例如，傳統(tǒng)以太網(wǎng)的傳輸速率為10Mb/s，它每秒可以發(fā)送1×107bit，如果幀是1500B，可以在1.2ms內(nèi)發(fā)送完，則1.2ms就是以太網(wǎng)發(fā)送一幀的發(fā)送延時。

(2)在計算二進(jìn)制字節(jié)長度時，1kb=1024b。但在計算速率時使用的是十進(jìn)制，因此1kb/s=1000b/s≠1024b/s；同樣，40.98×106b/s?=?40.98Mb/s≠40.00Mb/s。這是由計算機(jī)與通信中采用的二進(jìn)制與十進(jìn)制的區(qū)別引起的，也是經(jīng)常容易忽略的問題。

(3)在模擬線路上使用調(diào)制解調(diào)器通信時，使用“調(diào)制速率”與“波特率”的術(shù)語。調(diào)制速率是針對模擬數(shù)據(jù)信號傳輸過程中，從調(diào)制解調(diào)器輸出的調(diào)制信號每秒載波調(diào)制狀態(tài)改變的數(shù)值，單位是1/s，稱為波特(Baud)。調(diào)制速率也稱為比特率。

數(shù)據(jù)傳輸速率S(b/s)與波特率B(Baud)之間的關(guān)系可以表示為：

S=B·lbk

式中，k為多相調(diào)制的相數(shù)。表9-3給出了波特率與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系。如果波特率為1200Baud，多相調(diào)制的相數(shù)k=8，那么對應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為3600b/s。這就是說，在多相調(diào)制中，每一次相位的變化表示了3bit的二進(jìn)制數(shù)，因此調(diào)制信號(相位、頻率、振幅)每秒變化1200次，相當(dāng)于傳輸了3600bit的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。9.6.2信道帶寬與香農(nóng)定理

奈奎斯特準(zhǔn)則指出：如果表示碼元的窄脈沖信號以時間間隔π/ω(ω=2πf)通過理想通信信道，則前后碼元之間不產(chǎn)生相互串?dāng)_。根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則，二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號的最大數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax與理想信道帶寬B(B=f，單位為Hz)的關(guān)系表示為：

Rmax=2·f(b/s)對于二進(jìn)制數(shù)據(jù)，如果信道帶寬B?=?f?=?3000Hz，則最大傳輸速率為6000b/s。

奈奎斯特準(zhǔn)則描述了有限帶寬、無噪聲的理想信道的最大傳輸速率與信道帶寬的關(guān)系。香農(nóng)定理則描述了有限帶寬、有隨機(jī)熱噪聲信道的最大傳輸速率與信道帶寬、信號噪聲功率比之間的關(guān)系。

香農(nóng)定理指出：在有隨機(jī)熱噪聲的信道中傳輸數(shù)據(jù)信號時，傳輸速率Rmax與信道帶寬B、信噪比S/N的關(guān)系為：

Rmax=B·lb(1+S/N)

式中，Rmax的單位是b/s，帶寬B的單位是Hz。信噪比是信號功率與噪聲功率之比的簡稱。在通信系統(tǒng)中，信噪比通常以分貝(dB)表示。如果信噪比S/N為1000，根據(jù)信噪比計算公式S/N(dB)?=?10·lg(S/N)，該信道的信噪比S/N為30dB。S/N?=?30dB表示該信道上的信號功率是噪聲功率的1000倍。如果S/N=?1000dB，信道帶寬B?=?3000Hz，則該信道的最大傳輸速率Rmax≈30kb/s。香農(nóng)定理給出了一個有限帶寬、有熱噪聲信道的最大傳輸速率的極限值。它表示對帶寬只有3000Hz的通信信道，信噪比S/N為1000時，無論數(shù)據(jù)采用二進(jìn)制還是更多的離散電平值表示，數(shù)據(jù)都不能以超過30kb/s的速率傳輸。由于信道的最大傳輸速率與帶寬之間存在著明確關(guān)系，因此可以用“帶寬”表示“傳輸速率”。例如，人們常將網(wǎng)絡(luò)的“高傳輸速率”用網(wǎng)絡(luò)的“高帶寬”表述。所以，“帶寬”與“速率”在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中幾乎成為同義詞。

9.7多路復(fù)用技術(shù)

9.7.1多路復(fù)用的基本概念

1．多路復(fù)用與通信信道

多路復(fù)用(Multiplexing)是數(shù)據(jù)通信中的一個重要概念。研究多路復(fù)用技術(shù)的原因：一是通信線路架設(shè)的費(fèi)用相當(dāng)高，需要充分利用通信線路的容量；二是網(wǎng)絡(luò)中傳輸介質(zhì)的容量都會超過單一信道傳輸?shù)耐ㄐ帕?，為了充分利用傳輸介質(zhì)的帶寬，需要在一條物理線路上建立多條通信信道。實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用技術(shù)的方法是：發(fā)送方將多個用戶的數(shù)據(jù)通過復(fù)用器(Multiplexer)匯集，并將匯集的數(shù)據(jù)通過一條物理線路傳送到接收方。接收方通過分用器(Demultiplexer)將數(shù)據(jù)分離成各個單獨(dú)的數(shù)據(jù)，然后分發(fā)給接收方的多個用戶。具備復(fù)用器與分用器功能的設(shè)備稱為多路復(fù)用器。多路復(fù)用器在一條物理線路上可以劃分出多條通信信道，其原理如圖9-20所示。圖9-20多路復(fù)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

2．多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用技術(shù)分為4種基本形式：

(1)頻分多路復(fù)用(FrequencyDivisionMultiplexing，F(xiàn)DM)。它以信道頻率為對象，通過設(shè)置多個頻率互不重疊的信道，達(dá)到同時傳輸多路信號的目的。

(2)波分多路復(fù)用(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)。它在一根光纖上復(fù)用多路光載波信號，它是光頻段的頻分多路復(fù)用。

(3)時分多路復(fù)用(TimeDivisionMultiplexing，TDM)。它以信道傳輸時間為對象，通過為多個信道分配互不重疊的時間片，達(dá)到同時傳輸多路信號的目的。

(4)碼分多路復(fù)用(CodeDivisionMultiplexing，CDM)。碼分多路復(fù)用又稱碼分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)，它是3G手機(jī)移動通信中基本的共享信道方法。

(5)正交頻分多路復(fù)用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，DFDM)。它是一種特殊的多載波傳輸技術(shù)。9.7.2時分多路復(fù)用

1．時分多路復(fù)用的基本概念

時分多路復(fù)用是以信道傳輸時間作為分割對象，通過為多個信道分配互不重疊的時間片的方法來實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，因此時分多路復(fù)用更適于數(shù)字信號的傳輸。時分多路復(fù)用將信道用于傳輸?shù)臅r間劃分為若干個時間片，每個用戶分得一個時間片，用戶在其占有的時間片內(nèi)使用信道的全部帶寬。目前，應(yīng)用最廣的時分多路復(fù)用方法是T1載波技術(shù)。

T1載波是將24路音頻信道復(fù)用在一條通信信道上。每路音頻模擬信號在送到多路復(fù)用器之前要通過一個PCM編碼器。編碼器每次取樣8000次。24路PCM信號的每一路輪流將一個字節(jié)插入到一幀中。每個字節(jié)為8比特，每幀由24×8=192比特組成，附加1比特作為幀開始標(biāo)志位，因此每幀共有193比特。圖9-21給出了時分多路復(fù)用T1載波幀結(jié)構(gòu)。由于發(fā)送一幀需要125μs，因此T1載波的傳輸速率為1.544Mb/s。圖9-21時分多路復(fù)用T1載波幀結(jié)構(gòu)

2．時分多路復(fù)用的分類

時分多路復(fù)用可以分為兩類：同步時分多路復(fù)用和統(tǒng)計時分多路復(fù)用。圖9-22給出了時分多路復(fù)用的工作原理。

1)同步時分多路復(fù)用

同步時分多路復(fù)用(SynchronousTDM，STDM)將時間片預(yù)先分配給各個信道，并且時間片固定不變，因此各個信道的發(fā)送和接收必須是同步的。圖9-22(a)給出了同步時分多路復(fù)用的工作原理。圖9-22時分多路復(fù)用的工作原理

如果有n條信道復(fù)用一條通信線路，則可以把通信線路的單位傳輸時間分成n個時間片。例如，圖9-22(a)中n?=?4，傳輸單位時間T定為1s，則每個時間片為1/4s。在第一個周期內(nèi)，將第1個時間片分配給第1個信道，將第2個時間片分配給第2個信道，將第3個時間片分配給第3個信道，將第4個時間片分配給第4個信道。在第二個周期依然如此。按此規(guī)律循環(huán)下去。這樣，在接收方只需要采用嚴(yán)格的時間同步，按照相同的順序接收，就能將多路信號分割與復(fù)原。同步時分多路復(fù)用采用將時間片固定分配給各個信道的方法，而不考慮這些信道是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送。在圖9-22(a)表示的前4個幀中出現(xiàn)了很多的空閑時間片，而結(jié)點(diǎn)B與結(jié)點(diǎn)C還有一些數(shù)據(jù)沒有發(fā)送。這種采用固定時間片與信道的方法雖然簡單，但會造成一定的資源浪費(fèi)。

2)統(tǒng)計時分多路復(fù)用

為了克服同步時分多路復(fù)用的缺點(diǎn)，可以采用異步時分多路復(fù)用(AsynchronousTDM，ATDM)，又稱為統(tǒng)計時分多路復(fù)用。統(tǒng)計時分多路復(fù)用允許動態(tài)地分配時間片。圖9-22(b)給出了統(tǒng)計時分多路復(fù)用的工作原理。由于考慮到多個信道并不總是同時工作，為了提高通信線路的利用率，允許每個周期內(nèi)的各個時間片只分配給需要發(fā)送數(shù)據(jù)的信道。例如，在第一個周期內(nèi)，可以根據(jù)實(shí)際信道需要發(fā)送數(shù)據(jù)的情況，將第1、2個時間片分配給第1個信道，將第3、4個時間片分配給第3個信道。在第二個周期中，可以將第1個時間片分配給第4個信道，將第2個時間片分配給第2個信道，將第3個時間片分配給第4個信道，將第4個時間片分配給第2個信道。這樣，只用2個幀就發(fā)送了4個信道需要發(fā)送的數(shù)據(jù)。由于統(tǒng)計時分多路復(fù)用可以沒有周期的概念，所以各信道發(fā)出的數(shù)據(jù)都需要帶有雙方地址，由通信線路兩端的多路復(fù)用設(shè)備來識別地址、確定輸出信道。多路復(fù)用設(shè)備也可以采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，以調(diào)節(jié)通信線路的平均傳輸速率，使其更接近通信線路的額定數(shù)據(jù)傳輸速率，以提高通信線路的利用率。9.7.3頻分多路復(fù)用

頻分多路復(fù)用的基本原理是：在一條通信線路上設(shè)置多個信道，每個信道的中心頻率不相同，并且各個信道的頻率范圍互不重疊，這樣一條通信線路就可以同時傳輸多路信號。圖

9-23給出了頻分多路復(fù)用的工作原理。圖9-23頻分多路復(fù)用的工作原理第1個信道的載波頻率范圍為60～64kHz，中心頻率為62kHz，帶寬為4kHz；第2個信道的載波頻率范圍為64～68kHz，中心頻率為66kHz，帶寬為4kHz；第3個信道的載波頻率范圍為68～72kHz，中心頻率為70kHz，帶寬為4kHz。第1、2、3信道的載波頻率不重疊。如果這條通信線路總的可用帶寬為96kHz，按照每個信道占用4kHz計算，則一條通信線路可以復(fù)用24個信號。9.7.4波分多路復(fù)用

圖9-24給出了波分多路復(fù)用的工作原理。兩束光波的波長分別為λ1和λ2。它們通過棱鏡(或光柵)之后，通過一條共享的光纖傳輸?shù)竭_(dá)目的結(jié)點(diǎn)后經(jīng)過棱鏡(或光柵)重新分成兩束光波。波分多路復(fù)用利用衍射光柵來實(shí)現(xiàn)多路不同頻率的光波信號的合成與分解。從光纖1進(jìn)入的光波將傳送到光纖3；從光纖2進(jìn)入的光波將傳送到光纖4。這種波分多路復(fù)用系統(tǒng)是固定的，從光纖1進(jìn)入的光波不能傳送到光纖4。圖9-24波分多路復(fù)用的工作原理隨著光學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可以在一根光纖上復(fù)用更多光載波形，目前可以復(fù)用80或更多路的光載波信號。這種復(fù)用技術(shù)又稱為密集波分多路復(fù)用(DWDM)。例如，將8路傳輸速率為2.5Gb/s的光信號經(jīng)過光調(diào)制后，將光信號的波長變換到1550～1557nm范圍內(nèi)，每個光載波的波長相隔大約1nm。在經(jīng)過密集波分多路復(fù)用后，一根光纖上的總傳輸速率可達(dá)到20Gb/s

(8×2.5Gb/s)。9.7.5碼分多址與正交頻分多路復(fù)用

1．碼分多址

CDMA的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

(1)?CDMA技術(shù)支持多個移動通信用戶在同一時間使用相同的頻段進(jìn)行通信，各個用戶使用特殊設(shè)計的碼型，相互之間不會干擾。

(2)?CDMA通信系統(tǒng)為每個用戶指派一種唯一的碼型。它將每一個比特時間劃分為m個碼片(Chip)，m值一般為64或128，由m個碼片組成m比特的碼片序列。如果一個用戶需要發(fā)送100比特的數(shù)據(jù)，那么CDMA通信系統(tǒng)實(shí)際需要發(fā)送的碼片序列為100×m比特。如果一個用戶要求的發(fā)送速率為S(b/s)，那么CDMA系統(tǒng)實(shí)際發(fā)送的速率應(yīng)該為m×S(b/s)。所以，CDMA屬于擴(kuò)頻通信中的直接序列擴(kuò)頻(DSSS)中的一種。

2．正交頻分多路復(fù)用

正交頻分多路復(fù)用(OFDM)技術(shù)是在頻分多路復(fù)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。OFDM是多載波調(diào)制(Multi-CarrierModulation，MCM)方法的一種。OFDM是將信道分成若干個正交的子信道，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成n個并行的低速子數(shù)據(jù)流，調(diào)制到每個子信道上進(jìn)行傳輸。正交信號可以在接收端采用相關(guān)技術(shù)來分開，以實(shí)現(xiàn)頻分多路復(fù)用。

OFDM已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字通信中，如移動無線調(diào)頻通信系統(tǒng)、高速數(shù)字用戶線(HDSL)系統(tǒng)、非對稱數(shù)字用戶線(ADSL)以及甚高速數(shù)字用戶線(VDSL)系統(tǒng)。IEEE802.11a標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)的物理層采用OFDM調(diào)制方法，使得傳輸速率可以達(dá)到54Mb/s。無線城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.16在2～11GHz頻段也采用了OFDM調(diào)制方法。

9.8同步光纖網(wǎng)SONET與同步數(shù)字體系SDH

9.8.1SONET與SDH的基本概念

1．同步、異步與準(zhǔn)同步的基本概念

如果要保證數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作，就要求接收端的接收時鐘與發(fā)送端的發(fā)送時鐘嚴(yán)格保持一致，否則接收端不能準(zhǔn)確地判斷接收到的二進(jìn)制比特流。因此，同步是保持接收時鐘與發(fā)送時鐘一致性的過程，是網(wǎng)絡(luò)中的一個重要概念。

1)同步

一組信號為同步信號，意味著信號之間是以絕對相同的頻率和相位傳輸?shù)?。如果信號之間的相位或速率存在偏差，則這個偏差必須在規(guī)定范圍內(nèi)。在同步網(wǎng)絡(luò)中，所有時鐘都是通過基本的參考時鐘PRC獲得的，PRC精度必須保持在±1×10－11之內(nèi)，這樣的時鐘精度只能通過原子鐘獲得。

2)準(zhǔn)同步

一組信號為準(zhǔn)同步信號，意味著信號之間的速率和相位必須基本相同。如果信號之間的相位或速率存在偏差，則這個偏差也必須在規(guī)定范圍內(nèi)。在兩個互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)中，每個網(wǎng)絡(luò)中的時鐘都是通過基本的參考時鐘(PRC)獲得的，但兩個網(wǎng)絡(luò)的PRC之間的精度可能存在偏差，因此這種系統(tǒng)通常稱為準(zhǔn)同步系統(tǒng)。

3)異步

如果兩個網(wǎng)絡(luò)的時鐘分別從各自的石英振蕩器中獲得，則這兩組信號就是異步信號。由于異步傳輸系統(tǒng)的時鐘是獨(dú)立和非同步的，接收時鐘和發(fā)送時鐘的差異會造成發(fā)送數(shù)據(jù)速率與接收數(shù)