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1、*,第 1页,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,+,( ),+,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,复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。,2020/9/13,第 2页,1、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相同的时间占用不 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）。,*,第
2、 3页,按频率划分不同的信道 频分复用,频率,时间,频带 1,频带 2,频带 3,频带 n,*,第 4页,2、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。,2020/9/13,计算机网络主讲：南京信息工程大学刘生,第 5页,时分复用TDM 原理：把时间分
3、割成小的时间片，每个时间 片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙 进行传输,2020/9/13,第 6页,频率,时间,B,C,D,B,C,D,B,C,D,B,C,D,周期性出现,按时间划分不同的信道,频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。 时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的频率带宽。,这两种复用方法的优点是技术比较成熟，缺点是不够灵活。但时分复用更有利于数字信号的传输。,*,第 7页,时分复用可能会造成线路资源的浪费 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。,*,第 8页,3、统计时分复用 STDM (Stat
4、istic TDM),集中器,统计时分复用用户所占的时隙不是周期出现，用户不固定占 用某个时隙，有空时隙就将 数据放入。 又称为异步时分复用。而普通的时分复用 称为同步时分复用,*,第 9页,由于STDM帧中的时隙并不是固定的分配给某个用户，所以每个时隙必须有用户的地址信息，这是统计时分复用必有的开销。图上每个时隙之前的小时隙就是放入这样的地址信息。,*,第 10页,2.4.2 波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexing) 波分复用就是光的频分复用。 最初，在一根光纤上只能复用两路光载波信号，叫波分复用WDM。后来一根光纤上复用的路数越来越多。现在可以复
5、用几十路或更多路数的光波信号，称为密集波分复用DWDM。,*,第 11页,原理：整个波长频带被划分为若干个波长范 围，每路信号占用一个波长范围来进行传输,0 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm,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,*,第 12页,2.4.2 码分复用 CDM (Code Division Multiplexing) 1.概念 码分复用CDM（或称为码分多址CDMA）每一个用户
6、可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此个用户之间不会造成干扰。 码分复用最初使用于军事通信：发送的信号具有很强的抗干扰能力。其频谱近似白噪声，不易被敌人发现。,*,第 13页,2.原理 CDMA也是一种共享信道的方法，主要采用扩频通信。 在CDMA中每一个比特时间再划分为m 个短的间隔，称为码片（chip）。通常m的值设为128或64。 使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit码片序列。 为简单起见，我们设m=8。,*,第 14页,例如，s站 其码片序列为00011011 当发送bit 1时，发送00011011 发送bit 0时，发送11100
7、100 为了描述准确，将1用+1，0用-1代替 则s站的码片序列为(-1-1-1+1+1-1+1+1) 假定数据率为b bit/s 则实际发送速率为：mb bit/s 频宽为：原来的m倍(扩频) 扩频通信通常有两大类： 直接序列扩频:DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum） 跳频扩频:FHSS（Frequency Hopping Spread Spectrum）,*,第 15页,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
8、 0：,(2-3),*,第 16页,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。,2020/9/13,计算机网络主讲：南京信息工程大学刘生,第 17页,正交关系的另一个重要特性,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 。,2020/9/13,计算机网络主讲：南京信息工程大学刘生,第 18页,2020/9/13,计算机网络主讲：南京信息工程大学刘生,第 19页,一个码片向量和该码片反码的向量 的规格化内积值是
9、 1。,*,第 20页,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,*,第 21页,同步光纤网 SONET 和同步数字系列 SDH,1.传统数字传输系统的缺点 （1）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。 （2）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。,2.5 数字传输系统,*,第 22页
10、,2、同步光纤网 SONET （1）1988年，美国首先推出的数字传输标准。 （2）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。 （3）第 1 级同步传送信号 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的传输速率是 51.84 Mb/s。 （4）光信号则称为第 1 级光载波 OC-1，OC 表示Optical Carrier。,*,第 23页,3、同步数字系列 SDH （1）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 Digi
11、tal Hierarchy ) 。 （2）一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词。 （3）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。,*,第 24页,SONET 的 OC 级/STS 级与 SDH 的 STM 级的对应关系,*,第 25页,4、SONET 的体系结构,SDH/SONET标准目前已经成为国际标准， 同时也适合微波与卫星传输的技术体制,*,第 26页,2.6 宽带接入技术,1、xDSL 技术 光纤同轴混合网HFC (Hybr
12、id Fiber Coax) 2、FTTx 技术,*,第 27页,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。 DSL 是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。而字母 x 表示 DSL 的前缀可以是多种不同字母，用不同的前缀表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。,*,第 28页,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 DS
13、L)：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）。,*,第 29页,ADSL 调制解调器的频谱利用的划分,频谱,频率,上行信道,传统电话,0,4,下行信道,(kHz),40,138,1100,*,第 30页,ADSL 采用两种调制技术,无载波振幅相位调制 CAP (Carrierless Amplitude Phase)。 离散多音调制 DMT (Discrete Multi-Tone)。 CAP
14、 早就使用在第一代 ADSL 调制解调器中，在商品化方面更加成熟。 DMT 则被美国 ANSI 选择为 ADSL 的标准。,*,第 31页,离散多音调制 DMT,DMT将可用带宽划分为 256 个子信道（每个子信道带宽为 4 kHz），然后将数据自适应地动态分配给每个子信道，这就使得在约 1 MHz 的可用频带内实现超过 6 Mb/s 的数据率。 ADSL 技术还支持前向纠错 FEC (Forward Error Correction)。,*,第 32页,ADSL 的组成,ATU-C,ATU-C,ATU-R,ATU-C,用户线,电话 分路器,区域宽带网,至 ISP,居民家庭,基于 ADSL 的
15、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） 电话分路器 PS (POTS Splitter),*,第 33页,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，,*,第 34页,HFC 的主要特点,(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
