1、1,计算机网络,第 2 章 物理层,2,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 导引型传输媒体2.3.2 非导引型传输媒体,3,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 ADSL技术2.6.2 光纤同轴混合网（HFC 网）2.6.3 FTTx 技术,4,2.
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。,物理层主要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，而不是指具体的传输媒体。,5,描述接插件的规格尺寸、引脚数量、排列及锁定装置等 如：EIA RS-232使用ISO 2110标准。规定DTE为插针（DB-25-P），DCE为插孔（DB-25-S）,机械
3、特性,DTE通过DCE与通信传输线路相连,6,8.48cm(最大）,8.23cm(最小）,EIA RS-232C接口标准,7,DTE与DCE接口的各导线电气连接方式有：非平衡方式、采用差动接收器的非平衡方式、采用差动接收器的平衡方式。不同的方式，决定了DTE与DCE之间连接电缆的长度、数据传输速率与抗干扰能力。,电气特性,接收器和发送器电路特性的说明，信号码的形状、结构、电压电平、正负逻辑、电压变化规则，负载的容限，传输速率及传输距离等。,8,如: EIA RS-232采用负逻辑逻辑0：+5V+15V；逻辑1：-5V-15V数据传输率：0 20kbps传输距离：15米,9,10,三种电气特性标
4、准的比较,非平衡方式采用CCITT V.28标准；采用差动接收器的非平衡 方式采用CCITT V.10/V.26；采用集成电路设计的平衡方式CCITT V.11/V.27,11,如:RS-232定义了25针连接器中的20条连接线，常用有10条或9个引脚（“保护地” 除外）制成9芯插头,功能特性：连接器各引脚的功能和作用,DTE,计算机,或,终端,DCE,调制,解调器,232的主要信号线定义,20,保护地(Protective Ground),22,发送(TXD),接收(RXD),请求发送(RTS),允许发送(CTS),DCE就绪(DSR),信号地(Signal Ground),载波检测(DCD
5、),DTE就绪(DTR),振铃指示(RI),12,规定了使用各针脚的信号进行数据交换的控制步骤、传输数据的顺序等，表示事件发生的功能变化序列。这些控制步骤的应用使得比特流传输得以完成。 如:RS-232规定了控制信号在不同情况下有效和无效的顺序和相互关系。当DCE就绪（DSR有效）、DTE就绪（DTR有效）时才能在DTE和DCE之间进行操作。若DTE要发送数据先使RTS有效，当DCE将CTS置为有效时，才能进行数据传输。,过程特性,13,2.2 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,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,
6、显示 汉字,PC,14,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。,15,2.2.2 有关信号的几个基本概念,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。,
7、16,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)。 基带调制和载波调制 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）。,由于这种基带调制是把数字信号转换成与信道特性想适合的数字信号编码,载波调制则需要使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段
8、，并转换成模拟信号，可以更好的在模拟信道上传输。,17,常用的编码方式,单极性归零码 双极性不归零码 双极性归零码 差分编码 单极性相位编码（曼彻斯特编码） 交替反转码,18,单极性不归零码（Non Return to Zero,NRZ）二进制数字0、1分别用两种电平来表示。用+E电平表示1，0电平表示0,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,时钟,+E,0V,信号,优点：通常用在近距离传输上，接口电路简单 缺点：1.容易出现连续0或1，不利于接收端同步信号的提取。2.因为电平不归零和电平单极性造成这种码型有直流分量，不利于判决电路工作。,19,单极性归零码数据位“1” 对应一个脉冲，脉
9、冲宽度比每位的传输周期短，即提前归零数据位“0”为零电平,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,时钟,+E,0V,信号,20,双极性不归零码数据位1用正电平或负电平表示数据位0用相反电平表示（RS-232电平标准采用这种编码）,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,时钟,+E,0V,-E,1：负电平 0：正电平,信号,21,双极性归零码数据位“1” 对应正或负脉冲数据位“0”为相反脉冲两种脉冲都提前回到零,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,时钟,+E,0V,-E,0：负脉冲 1：正脉冲,信号,由于有零电平间隔，这种码型有利于传输同步信号，但有直流分量存在。,22,差分编码
10、数据位1：电压极性的跳变来表示。数据位0：电压极性不跳变,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,时钟,+E,-E,信号,1,1 1 1 1,23,交替反转码数据位“1” 交替使用+E和-E表示数据位“0”为零电平,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,时钟,+E,0V,-E,信号,特点：1.容易出现连续0串，不利于同步信号的提取2.无直流分量，便于判别电路工作3.数据代码1轮流用正负电平表示利于误码观察。,常用于脉冲编码调制（PCM）中,24,曼彻斯特编码(Manchester code)用电压的变化表示0和1。,规定在每个码元的中间发生跳变：高 低的跳变0，低高的跳变1每个码元中
11、间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。曼彻斯特编码也称为自同步码（Self-Synchronizing Code）。它具有自同步机制，无需外同步信号,25,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,时钟,Manchester,高 低的跳变0，低高的跳变1,信号,0,0,0,0,0,0,1,1,1,1,1,26,差分曼彻斯特编码(Differential Manchester code)与曼彻斯特编码相同，在每个码元的中间，信号都会发生跳变；不同之处在于：用在码元开始处有无跳变来表示0和1 ：码元开始处有跳变0码元开始处无跳变1,27,0
12、,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,时钟,差分Manchester,曼彻斯特编码广泛应用于以太网中。,1 0 0 1 1 0 0 0 1 1,信号,bit中间有信号跳变， bit与bit之间也有信号跳变，表示下一个bit为0,bit中间有信号跳变， bit与bit之间无信号跳变，表示下一个bit为1,码元开始处无跳变1 码元开始处有跳变0,28,0,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,时钟,信号,差分Manchester,bit中间有信号跳变， bit与bit之间无信号跳变，表示下一个bit为1,bit中间有信号跳变， bit与bit之间也有信号跳变，表示下一个bit为0,码元开始处
13、无跳变1,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,码元开始处有跳变0,29,基本的带通调制方法,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。,30,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,31,2.23 信道的极限容量,表示一个信道的最大数据传输速率（ bps ），也就是信道传输信息的最大能力。,信道容量表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限，而数据传输速率是实际的数据传输速率。实际应用中
14、，信道容量应大于传输速率，否则高的传输速率无法充分发挥利用。,信道容量,信道容量与数据传输速率的区别：,32,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。 我们说：数字信道的优点就是在接收端只要我们能从失真的波形识别出原来的信号，那么这种失真对通信质量就没有影响。,33,干扰后信号,判决,原始信号,上限,下限,还原信号,数字信号的再生,34,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,接收端收到的信号
15、波形失去了码元之间的清晰界限。-码间串扰,35,1924 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。B=2W无噪信道传输能力（信道容量）信道最大的数据传输速率 C=2W log2 N(bps) 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。,1 信道能够通过的频率范围,从概念上说，限制码元在信道上的传输速率的因素有2个：,36,2 信噪比,香农(
16、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。,37,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
17、息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。,38,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。,39,传输速率,传输速率：,1 数据信号速率（传信率，比特率）,T：一个数字脉冲信号的宽度(全宽码)或重复周期(归零码),单位为位/秒，bps或b/s,N：为一个码元所取的离散值个数。N=2K，K为二进制信息的位数N=2 时，S=1/T，数据信号速率等于码元脉冲的重复频率,单位时间内传输信息单元的数量。它是衡量数据通信系统传输能力的重要指标.,单位时间内传送二进制代码的有效
18、位数,40,码元：是承载信息的基本信号单位。如用脉冲信号表示的话，一个单位脉冲就是一个码元。一码元能承载的信息量多少，是由脉冲信号所能表示的数据有效值状态个数决定的。若一个码元仅可取0和1两种状态，说明该码元只能携带一位二进制信息。N=21（1bit信息）若一个码元可取00到11四种状态，说明该码元可携带两位二进制信息。 N=22 （2bit信息）,41,2 信号传输速率（码元速率、调制速率、波特率）,T：为信号码元的宽度，单位为秒,信号调制过程中，单位时间内通过信道传输的码元数，单位为波特(Baud)。通常用于表示调制器之间传输信号的速率,42,数据信号速率S与信号传输速率B的关系,在多进制
19、调制方式时，N表示信号的有效状态位数，一个信号往往可以携带多个二进制位，N取值不同，相等的调制速率得到不同的数据信号速率 。换句话说，一个码元可以传送多个比特,例：采用四相调制，N=4，T=833us 计算 B，S,N为一个脉冲所表示的有效状态， 在二进制中，脉冲只有两种状态， 0或1，即N=2, S=B,43,调制方式、调制速率、数据信号速率的关系,44,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
20、16 个点中的每个 点可对应于一种 4 bit 的编码。,举例,45,2.3 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,它就是数据传输系
21、统中在发送器和接收器之间的物理通路。,导引型传输媒体：电磁波被导引沿着固体（铜线或光纤）传播。 非导引型传输媒体：指自由空间，在非导引型媒体中电磁波的传输常称为无线传输。,46,2.3.1 导引型传输媒体,双绞线 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 同轴电缆 50 同轴电缆 75 同轴电缆 光缆,47,由相互绝缘的两根铜线按一定密度绞合组成，每根铜线直径约1mm；一根或多根双绞线封装在护套内形成双绞线电缆相互绞合起来的目的是减少和邻近其它线路之间的电磁干扰，提高传输质量。有较强的抗干扰能力
22、,双绞线（Twisted Pair)最常用的传输介质,48,屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UTP),屏蔽以减少干扰,3类、5类双绞线 没有任何附加屏蔽,STP屏蔽双绞线,UTP无屏蔽双绞线,49,STP屏蔽双绞线规定了5类。3类和5类最常用。5类线与3类线最主要的区别就是大大增加了每单位长度的绞合次数。3类线的绞合长度是7.5cm-10cm,而5类线的绞合长度是0.6cm-0.85cm。且5类线严格控制了线对间的绞合度，使干扰在一定程度上得以抵消，从而提高了线路的传输速率。 见书P45表2-1,50,同轴电缆,基带同轴电缆 传输数字基带信号 特性阻抗：50 宽带同轴电缆一 条电缆同时
23、传输不同频率的多路模拟信号。 特性阻抗： 75 模拟传输：主要用来传输电视信号。,铜芯,绝缘层,外导体屏蔽层,保护套,主要应用于有线电视网、电视天线馈 线和局域网。同等条件下，同轴电缆 对高频信号衰减小，对外辐射小，利 于高频信号的传输。,51,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,52,光缆,光纤通信历史仅20/30年： 60年，美MAINMAN发明红宝石激光器 66年，英籍华人高锟（C.K.KAO）博士提出石英玻璃制光纤 70年，美国康宁公司制出了损耗为2
24、0dB光纤,传输光束的细微而柔韧的介质，通常为透明的石英玻璃纤维 靠光波承载信息进行通信，有光脉冲：1，无光脉冲：0,53,光纤的数据传输率从20世纪70年代的56kb/s提高到现在的100Gb/s，因此，光纤通信成为现代通信技术中的一个十分重要的领域。由于可见光的频率非常高，约为108MHz，因此一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。,54,速率高，通信容量大可见光的频率非常高，约为108MHz，因此一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的 传输损耗小，中继距离长，适合长距离传输：传输距离可达几十公里 无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。 体
25、积小，重量轻。,光纤的特点,55,光纤传输电信号过程,光纤是光纤通信的传输媒体，在发送端先将其转换成光信号，在接收端由光检测器还原成电信号。,56,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,57,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,58,多模光纤与单模光纤,多模光纤,存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。,当光纤的直径减小到光波长的数量级，光纤几乎没有空间供光线进行来回反射，光就会沿轴向传输，这种传输方式的光纤称为单模光纤。,59,特点： 直径很小
26、（4-10m） 制造成本高，光源使用半导体激光器，不能使用发光二极管。 激光定向性好，由于只有一个轴向传输光信号，不会失真，损耗小。 传输距离较长（在100Gbps速率传输100公里不用中继）。,60,多模光纤所谓“模“是指以一定角速度进入光纤的一束光。,多模 MMF,输入信号,输出信号,波长 : 850,1300 nm,多束光线以不同的反射角传播,直径为50-75m（典型的为62.5m） 使用发光二极管，产生可见光，定向性差，是通过在光纤的石英玻璃媒体中不断反射向前传播 通过多角度反射光信号，可有多个传输路径，每个路径长度不同，通过光纤的时间也不同，导致光信号在传输过程中出现扩散和失真，影响
27、传输距离和速率 传输容量、带宽、距离较小 设备简单，价格低（发光二极管），使用较广泛,61,在光纤通信中常用的三个波段的中心分别位于850nm,1310nm,1550nm。后两种情况的衰减都较小。850nm波段的衰减较大，但在此波段的其他特性均较好。所有这三个波段都具有25000-30000GHz的带宽，光纤的通信容量非常大。,62,2.3.2 非导引型传输媒体,无线传输所使用的频段很广。 从LF到THF频段。利用无线信道进行信息的传输，是在运动中通信的唯一手段。 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。 微波在空间主要是直线传播。 地面微波接力通信 卫星通信,63,地面微波接
28、力,两个地面站之间传送 距离：50 -100 km,地球,地面站之间的直视线路,微波传送塔（中继站）,64,与地面站相对固定位置 使用3个卫星覆盖全球 传输延迟时间长,地球同步卫星发出的电磁波能辐射到地球上的18000km通信覆盖区，在赤道上空放置3颗相隔120。的卫星，即可实现全球通信,65,无线局域网使用的 ISM 频段,26 83.5 125 频带 MHz MHz MHz,频率 902 928 2.4 2.4835 5.725 5.850MHz MHz GHz GHz GHz GHz,美国的Industrial,Scientific,and Medical (工业、科学与医药）频段，不用
29、申请，只要不干扰他人在这个频段中的通信。,红外通信和激光通信也使用非导引型媒体，可用于近距离通信。,66,+,( ),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。,+,A1,A2,B1,B2,C1,C2,A1,A2,B1,B2,C1,C2,共享信道,(a) 使用单独的信道,(b) 使用共享信道,复用,分用,67,在长途通信中，常常用到一些带宽很大的传输介质，如同轴电缆、卫星、地面微波和光纤等。为有效利用传输系统，采用多路复用技术。将多个信号共享同一线路，即多路信号在同一物理信道中传输。从而降低通信电缆的安装和维护成
30、本。,解复用器,共享信道,2.4 信道复用技术,FDM (频分复用) TDM (时分复用）波分复用（WDM）和码分复用（CDM),终端,终端,复用器将多路信号组合后经信道传输后再经复用器分解为原有的信号，放回到相应的传输通路上。,68,2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用 频分复用(FDM )Frequency Division Multiplexing,基本条件：传输介质的可用带宽超过各路给定信号所需带宽的总和。如果在介质上同时传输多路信号，每路信号以不同的载波频率进行调制，而且各个载波频率完全独立即载波形成的信号不互相重叠，则各路信号可以成功地在介质上传输。 原理：整个传输频带被划
31、分为若干个频率通道（频段），每个用户占用一个频段。频率通道之间留有防护频带。,子信道A,可 用 频 段,子信道B,子信道C,子信道D,69,频分复用,适用于模拟信号传输,70,时分复用Time Division Multiplexing,原理：将物理信道按时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每个用户占用一个时隙传输数据 在任意时刻，整个通路上只有一个特定用户的信号，即每个用户交替使用单一信道，多个信号从宏观上同时进行传输,时 分 多 路 复 用 器,时 分 多 路 复 用 器,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6,71,同步
32、时分复用Synchronous TDM,原理：信道固定时间分配方式，每个时隙分配给固定的用户，任意时刻整个通路上只有一个特定用户的信号。无论用户使用与否，时隙不会被其它用户占用。,适用于数字信号传输,72,时分复用,频率,时间,B,C,D,B,C,D,B,C,D,B,C,D,73,时分复用,频率,时间,C,D,C,D,C,D,A,A,A,A,C,D,74,时分复用,频率,时间,B,D,B,D,B,D,A,A,A,A,B,D,75,时分复用,频率,时间,B,C,B,C,B,C,A,A,A,A,B,C,76,异步时分复用 Asynchronous TDM,同步TDM的缺点：某用户无数据发送，其他用
33、户也不能占用该通道，造成信道浪费。 异步时分复用：可动态分配时隙，避免信道空闲 基本原理：某一用户申请进行数据传输时再分配时隙，时隙与用户之间无一一对应的关系，任何时隙可被用于传输任一路信号,A,B,C,D,待发数据,t1 t2,A1,B1,C1,D1,C2,D2,A2,B2,周期1,周期2,同步 TDM,信道浪费,A,B,C,D,待发数据,t1 t2,A1,B1,C2,B2,周期1,周期2,异步TDM,可用,由于时隙的分配是不固定的，在这种复用方式下要求传输的信号必须加上标识符，以便接收端不同的设备读取。,77,1550 nm 0 1551 nm 11552 nm 21553 nm 3155
34、4 nm 41555 nm 51556 nm 61557 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。,8 2.5 Gb/s 1310 nm,20 Gb/s,复 用 器,分 用 器,EDFA,120 km,光调制器,光解调器,78,2.4.3 码分复用 CDM (Code Division Multiplexing),常用的名词是码分多址 CDM
35、A (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)。,79,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
36、 11100100。 S 站的码片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1),80,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。,81,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),82,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
37、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。,83,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,84,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,当接收站打算接收S站发送的信号时，就用S站的码片序列与收到的信号求规格化内积。,85,2.5 数字传输系统,脉码调制 PCM 体制
38、最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。 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。 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。,86,模拟数据的数字信号编码(采样编码）,奈奎斯特定理（采样定理）如果连续变化的模拟信号最高频率为F，若以2F的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。,例如：语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要
39、经过三个步骤：1）采样按一定间隔对语音信号进行采样，采样获得的样本是模拟数据。2）量化将这些模拟数据人为地分为若干个级别，对每个样本舍入到量化级别上。量化级别越多，获得的数据越为精确，失真越小。3）编码对每个舍入后的样本进行编码,87,模拟话音,采样时钟,PAM 信号,PCM 信号,采样电路,量化和编码,数字化声音,话音信道带宽 2倍话音最大频率) 量化级数：256级 (8位二进制码表示) 数据率：每路PCM信号的速率= 8000次/s*8bit = 64kb/s,编码后的信号称为PCM信号（脉冲编码调制信号）,88,PCM转换过程举例,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,3,4,
40、3,3,1,4,011,100,011,011,001,100,原始信号,PAM脉冲(采样）,PCM 脉冲（有量化误差）,011100011011001100,PCM 输出,（编码）,89,数字载波标准,T-标准 T1:24路PCM（脉冲编码调制信号） 速率1.544Mb/s 北美、日本 E-标准 E1:32路PCM 速率2.048Mb/s 欧洲、中国,在程控数字交换系统中，为提高传输速率和交换容量，通常采用PCM（脉冲编码调制信号）复用方式。用数字信号传输语音和数据的时分复用标准。,90,每125us为一个时间片（时分复用帧），每时间片分为32个通道（时隙）-供30个用户轮流使用 每通道（时
41、隙）占用125 us /32=3.90625 us 每通道（时隙）一次传送8位二进制数据，即每个二进制位占用3.90625 /8=0.48828125 us E1速率 = 1/0.48828125=2.048Mb/s 或：E1速率 = (32x8bit)/125 us = 2.048 Mb/s,E1标准（复用32路话音信号）,E1的时分复用帧：30 路话音数据信道 + 2 路控制信道,125 us = 32 时隙 = 2.048 Mbps,帧同步,信令信道,91,T1标准（复用多路话音信号） 24话路 每话路的取样脉冲用7bit编码+一位校验位=8bit 24路的编码+1bit 帧同步码=每帧193bit T1速率： 193 / 125 us =193*8000=1.544Mb/s,
