第3章 物理層

本章首先討論物理層的基本概念：然后介紹有關(guān)信道極限容量的重要概念，我們將給出與數(shù)據(jù)傳輸速率有關(guān)的兩個(gè)著名公式，但不進(jìn)行證明。接著討論各種傳輸媒介的主要特點(diǎn)以及模擬傳輸和數(shù)字傳輸?shù)囊恍┏Ｓ眉夹g(shù)。最后簡(jiǎn)單介紹曾用的物理層標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 物理層的基本概念

首先要強(qiáng)調(diào)指出，物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)的比特流，而不是指連接計(jì)算機(jī)的具體的物理設(shè)備或具體的傳輸媒體。大家知道，現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的物理設(shè)備和傳輸媒體的種類繁多，而通信手段好有許多不同方式。物理層的作用正是要盡可能地屏蔽掉這些差異，使物理層上面的數(shù)據(jù)鏈路層感覺(jué)不到這些差異，這樣就可使數(shù)據(jù)鏈路層只需要考慮如何完成本層的協(xié)議和服務(wù)，而不必考慮網(wǎng)絡(luò)具體的傳輸媒體是什么。用于物理層的協(xié)議也稱稱為物理層規(guī)程(Procedure)。其實(shí)物理層規(guī)程就是物理層協(xié)議。只是在“協(xié)議”這個(gè)名詞出現(xiàn)之前人們就先使用了“規(guī)程”這一名詞。

可以將物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即；

(1)機(jī)械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等，這很像平時(shí)常見(jiàn)的各種規(guī)格的電源插頭的尺寸都有嚴(yán)格的規(guī)定。

(2)電氣特性：指明在接口電纜的哪條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。

(3)功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。

(4)規(guī)程特性：指明對(duì)于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。

在物理連接上的傳輸方式一般那是串行傳輸，即一個(gè)比特一個(gè)比特地按照時(shí)間順序傳輸。但是，有時(shí)也可以采用多個(gè)比特的并行傳輸方式。出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，遠(yuǎn)距離的傳輸通常都是串行傳輸。

具體的物理層協(xié)議是相當(dāng)復(fù)雜的。這是因?yàn)槲锢磉B接的方式很多(例如，可以是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的，也可以采用多點(diǎn)連接，如廣播連接)，而傳輸媒體的種類也非常之多(如架空明線、平衡電纜、同軸電纜、光導(dǎo)纖維、雙絞線以及各種波段的無(wú)線信道等)，出此在學(xué)習(xí)物理層時(shí)，應(yīng)將重點(diǎn)放在掌握基本概念上。

考慮到使用本教材的一部分讀者可能沒(méi)有學(xué)過(guò)“接口與通信”或有關(guān)數(shù)據(jù)通信的課程，為此我們利用下面的3.2節(jié)簡(jiǎn)單地介紹一下有關(guān)現(xiàn)代通信的一些最基本的知識(shí)和最重要的結(jié)論(但不給出證明)。對(duì)于已具有這部分知識(shí)的讀者可略過(guò)這部分內(nèi)容。

3.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)

3.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

下面我們通過(guò)—個(gè)最簡(jiǎn)單的例子來(lái)說(shuō)明數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型。這個(gè)例子就是兩個(gè)PC機(jī)經(jīng)過(guò)普通電話機(jī)的連線，再經(jīng)過(guò)公用電話網(wǎng)進(jìn)行通信。

如圖3-1所示，一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為三大部分。即源系統(tǒng)(或發(fā)送端) 、傳輸系統(tǒng)(或傳輸網(wǎng))和目的系統(tǒng)(或接收端)。

源系統(tǒng)一般包括以下兩個(gè)部分：

(1)源站：源站設(shè)備產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，例如正文輸入到PC機(jī)，產(chǎn)生輸出的數(shù)字比特流。

(2)發(fā)送器：通常源站生成的數(shù)據(jù)要通過(guò)發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)是進(jìn)行傳輸，例如，調(diào)制解調(diào)器將PC機(jī)輸出的數(shù)字比特流轉(zhuǎn)換成能夠在用戶的電話線上傳輸?shù)哪M信號(hào)。

目的系統(tǒng)—般包括以下兩個(gè)部分：

(1)接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過(guò)來(lái)的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息，例如，調(diào)制解調(diào)器接收來(lái)自傳輸線路上的模擬信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字比特流。

(2)目的站：目的站設(shè)備從接收器獲取傳送來(lái)的信息。

在源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的作輸系統(tǒng)可能是簡(jiǎn)單的傳輸線，也可以是連接在源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

如圖3—1所示的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，也可稱為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。這里我們稱其為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)上要是為了從通信的角度來(lái)介紹一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的一些要素，因?yàn)椋绻麖挠?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的角度來(lái)介紹這些要素，有些數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的要素可能就不會(huì)討論了。

再進(jìn)一步討論圖3-1中的一些細(xì)節(jié)之前，我們先要明確幾個(gè)術(shù)語(yǔ)。

數(shù)據(jù)(data)是運(yùn)送信息的實(shí)體，而信號(hào)(signal)則是數(shù)據(jù)的電氣或電磁的表現(xiàn)。無(wú)論數(shù)據(jù)或信號(hào)，都可以是模擬的或數(shù)字的。所謂“模擬的”就是連續(xù)變化的，而“數(shù)字的”就表示取值是離散的。 因此，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(digital data)就是用不連續(xù)形式表示的數(shù)據(jù)。

圖3—1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

雖然數(shù)字化已成為當(dāng)今的趨勢(shì)，但這并不等于說(shuō)：使用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和數(shù)字信號(hào)就是“先進(jìn)的”，而使用模擬數(shù)據(jù)和模擬信號(hào)就是“落后的”。數(shù)據(jù)究竟是應(yīng)當(dāng)數(shù)字的還是模擬的，是由所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的性質(zhì)決定的。例如，當(dāng)我們說(shuō)話時(shí)，聲音大小是連續(xù)變化的，因此傳送話音信息的聲波就是模擬數(shù)據(jù)!但數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)換成為信號(hào)才能在網(wǎng)絡(luò)媒體中傳輸。可是有的傳輸媒體只適合于傳送模擬信號(hào)；因此，即使數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)形式的，有時(shí)我們?nèi)砸獙?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)才能在這種媒體上傳輸。將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的過(guò)程叫做調(diào)制。

有了上述的一些基本概念，就可以理解圖3-1所示的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型了。這里要指出的是，如果網(wǎng)絡(luò)的傳輸信道都是適合于傳送數(shù)字信號(hào)，那么PC機(jī)輸出的數(shù)字比特流就沒(méi)有必要再轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)了。現(xiàn)在因?yàn)橐褂靡欢坞娫捰脩艟€(這是當(dāng)初為模擬電話建立的)，所以必須使用調(diào)制解調(diào)器(這時(shí)是使用其中的調(diào)制器)將PC機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)?，F(xiàn)在在公用電話網(wǎng)中，交換機(jī)之間的中繼線路大都數(shù)字化了。因此模擬信號(hào)還必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)才能在數(shù)字信道上傳輸。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，這部分信號(hào)的變化在圖中沒(méi)有畫(huà)出。等到信號(hào)要進(jìn)入接收端的用戶線時(shí)，數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。最后再經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)器(這時(shí)是使用其中的解調(diào)器)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)入接收端的計(jì)算機(jī)，經(jīng)計(jì)算機(jī)的處理，再恢復(fù)成正文。在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，我們—定要搞清在某處的信號(hào)是數(shù)字的還是模擬的。

一般說(shuō)來(lái)，模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)。因此我們有以下四種情況：

(1)模擬數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)：最早的電話系統(tǒng)就是這樣的。

(2)模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字形式后，就可以使用數(shù)字傳輸和交換設(shè)備。

(3)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、模擬信號(hào)：為什么數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)要轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)來(lái)傳輸呢？這是因?yàn)橛行﹤鬏斆襟w只適合于傳播模擬信號(hào)，使用這樣的管道時(shí)，必須將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制變換為模擬信號(hào)后才能傳輸。

(4)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)、數(shù)字信號(hào)：—般說(shuō)來(lái)，把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的設(shè)備比把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的調(diào)制設(shè)備更簡(jiǎn)單，更廉價(jià)。

圖3-2給出了模擬的和數(shù)字的數(shù)據(jù)、信號(hào)的示意圖。

圖3-2模擬數(shù)據(jù)、模擬信號(hào)、數(shù)字的數(shù)據(jù)和數(shù)字的信號(hào)

3.2.2 有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念

在許多情況下，我們要使用“信道(channel)這一名詞。信道和電路并不等同。信道一般都是用來(lái)表示向某一個(gè)方向傳送信息的媒體，因此，一條通信電路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。一個(gè)信道可以看成是一條電路的邏輯部件。

從通信的雙方信息交互的方式來(lái)看，可以有以三種基本方式：

(1)單向通信：又稱為單工通信，即只能有—個(gè)方向的通信而沒(méi)有反力向的交互。無(wú)線電廣播或有線電廣播以及電視廣播就屬于這種類型。

(2)雙向交替通信：又稱為半雙工通信，即通信的雙方都可以發(fā)送情息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時(shí)接收)。這種通信方式是一方發(fā)送另一方接收，過(guò)一段時(shí)間后再反過(guò)來(lái)。

(3)雙向同時(shí)通信：又稱為全雙工通信，即通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。單向通信只需要一條信道，而雙向交替通信或雙向同時(shí)通信則都需要兩條信道(每個(gè)方向各一條)。顯然，雙向同時(shí)通信的傳輸效率最高。

這里需要注意，有時(shí)人們也常用“單工”這個(gè)名詞表示“雙向交替通信”。如常說(shuō)的“單工電臺(tái)”并不是只能進(jìn)行單向通信。正因?yàn)槿绱耍?/span>ITU-T才不采用“單工”、“半雙工”和“全雙工”這些容易弄混的術(shù)語(yǔ)(但這些名詞仍然被人們經(jīng)常使用)作為正式的名詞。

信道可以分成傳送模擬信號(hào)的模擬信道和傳送數(shù)字信號(hào)的數(shù)字信道兩大類。但應(yīng)注意，數(shù)字信號(hào)在經(jīng)過(guò)數(shù)模變換后就可以在模擬信道上傳送，模擬信號(hào)在經(jīng)過(guò)模數(shù)變換后也可在數(shù)字傳道上傳送。

信道上傳送的信號(hào)還有基帶(baseband)信號(hào)和寬帶(broadband)信號(hào)之分。簡(jiǎn)單地說(shuō)，所謂基帶信號(hào)就是將數(shù)字信號(hào)1或0直接用兩種不同的電壓來(lái)表示，然后送到線路上去傳輸。而寬帶信號(hào)則是將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號(hào)?；鶐盘?hào)進(jìn)行調(diào)制后，其頻譜搬移到較高的頻率處。由于每一路基帶信號(hào)的頻譜被搬移到不同的頻段．因此合在—起后并不會(huì)互相干擾。這樣做就可以在一條電纜中同時(shí)傳送多路的數(shù)字信號(hào)，因而提高了線路的利用率。

在通信網(wǎng)的發(fā)展初期，所有的通信信道都是模擬信道。但由于數(shù)字傳送可提供更高的通信服務(wù)質(zhì)量，因此過(guò)去建造的模擬信道正在被新的數(shù)字信道所代替?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)通信所使用的通信信道，在主干線路上已基本是數(shù)字信道，但目前大量的用戶線則基本上還是傳統(tǒng)的模擬信道。模擬信道與數(shù)字信道并存的局面也使得物理層的內(nèi)容較為復(fù)雜。

有了上述的—些基本概念之后，我們?cè)儆懻撔诺赖臉O限容量。這就是信道上的最高碼元傳輸速率和信道上的最高信息傳輸速率。

3.2.3 信道上的最高碼元傳輸速率

為了提高信號(hào)的傳輸效率，我們總是希望在—定的時(shí)間內(nèi)能夠傳輸盡可能多的碼元。然而任何實(shí)際的信道都不是理想的，在傳輸信號(hào)時(shí)會(huì)產(chǎn)生各種失真以及帶來(lái)多種干擾。圖3-3給出了—個(gè)數(shù)字信號(hào)通過(guò)實(shí)際的傳送和質(zhì)量很差的信道時(shí)的輸出波形。我們可以看出，當(dāng)信道質(zhì)量很差時(shí)，在輸出端是很難判斷這個(gè)信號(hào)在什么時(shí)候是1和在什么時(shí)候是0。當(dāng)碼元傳輸?shù)乃俾侍岣邥r(shí)，每—個(gè)碼元在時(shí)間軸上的寬度就變得更窄，這樣的碼元就包含有更多的高頻分量。這就導(dǎo)致碼元經(jīng)過(guò)信道的傳輸后失真變得更加嚴(yán)重。因此在實(shí)際的信道上，碼元傳輸?shù)乃俾时厝挥小獋€(gè)上限：此外，信道越長(zhǎng)，信號(hào)受到的衰減就越大，因而碼元傳輸速率的上限值也就越低。

早在1924年,奈奎斯特(Nyquist)就推導(dǎo)出在理想低通信道下的最高碼元傳輸速率的公式：

理想低通信道的最高碼元傳輸速率＝2WBaud (3-1)

這里W是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz)。

Baud是波特，是碼元傳輸速率的單位，1波特為每秒傳送1個(gè)碼元。

圖3-3數(shù)字信號(hào)通過(guò)實(shí)際的信道

式(3-1)就是著名的奈氏準(zhǔn)則。奈氏準(zhǔn)則的另一種表達(dá)方法是：每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2個(gè)碼元。若碼元的傳輸速率超過(guò)了奈氏準(zhǔn)則所給出的數(shù)值，則將出現(xiàn)碼元之間的相互干擾以致在接收端無(wú)法正確判定在發(fā)送方所發(fā)送的碼元是1還是0。式(3-1)的證明可在有關(guān)通信理論的教材中找到，這里從略。

對(duì)于具有理想帶通矩形特性的通道(帶寬為W),奈氏準(zhǔn)則就變?yōu)椋?/span>

理想帶通信道的最高碼元傳輸速率＝W Baud (3-2)

即每赫帶寬的帶通信道的最高碼元傳輸速率為每秒1個(gè)碼元。

這里我們要強(qiáng)調(diào)以下兩點(diǎn)：

(1)上面所說(shuō)的具有理想低通特性的信道是理想化的信道，它和實(shí)際上所使用的信道當(dāng)然有相當(dāng)大的差別。所以一個(gè)實(shí)標(biāo)的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率，要明顯地低于奈氏準(zhǔn)則給出的這個(gè)上限數(shù)值。

(2) 波特和比特是兩個(gè)不同的概念。

波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝?。它說(shuō)明每秒傳多少個(gè)碼元。碼元傳輸速率也稱為調(diào)制速率，波形速率或符號(hào)速率。

比特是信息量的單位，與碼元的傳輸速率“波特”是兩個(gè)完全不同的概念。

但是，信息的傳輸速率“比特/秒”與碼元的傳輸速率“波特”在數(shù)量上卻有一定的關(guān)系。若1個(gè)碼元只攜帶1bit的信息量，則“比特／秒”和“波特”在數(shù)值上是相等的：但若使1個(gè)碼元攜帶n bit的信息量，則M Baud的碼元傳輸速率所對(duì)應(yīng)的信息傳輸速率為M×n bit/s。

關(guān)于這個(gè)問(wèn)題，最好用—個(gè)例子來(lái)說(shuō)明。

有一個(gè)帶寬為3kHz的理想低通信道，其最高碼元傳輸速率為6000 Baud。若1個(gè)碼元能攜帶3bit的信息量，則最高信息傳輸速率為18000bit/s。

那么，怎樣才能使一個(gè)碼元攜帶3bit的信息量呢？假定我們的基帶信號(hào)是：

10l011000110111010……

我們將這個(gè)信號(hào)中的每3個(gè)bit編為一個(gè)組，即101，011，000，110，111，010，3個(gè)比特共有8種不同的排列。我們可以用不同的調(diào)制方法(見(jiàn)圖3-16)來(lái)表示這樣的信號(hào)?？梢杂?/span>8種不同的振幅，或8種不同的頻率，或8種不同的相位進(jìn)行調(diào)制?，F(xiàn)在假定我們采用相位調(diào)制，用相位∮₁表示000，∮₂表示001、∮₃表示010。…，∮₇表示111。這樣，原來(lái)的信號(hào)就轉(zhuǎn)換為：

∮₅∮₃∮₀∮₆∮₇∮₂

也就是說(shuō)，原來(lái)要發(fā)送18個(gè)碼元，每個(gè)碼元只攜帶 1 bit的信息量。但經(jīng)過(guò)變化后，只需要發(fā)送6個(gè)碼元，而每個(gè)碼元(它們的載波的相位不同)能夠攜帶3 bit的信息量。若以同樣的速率發(fā)送碼元，則同樣時(shí)間所傳送的信息量就提高到了3倍。關(guān)于這個(gè)問(wèn)題后面還要討論。這里主要是說(shuō)明，“比特率”和“波特”在概念上是完全不同的。

3.2.4 信道的極限信息傳輸速率

1948年，香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限信息傳輸速率。當(dāng)用此速率進(jìn)行傳輸時(shí)，可以做到不產(chǎn)生差錯(cuò)。如用公式表示，則信道的極限信息傳輸速率C可表達(dá)為

C＝W log₂(1+S/N) bit/s (3-3)

其中：W為信道的帶寬(以 Hz為單位)；

S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；

N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率；

式(3-3)就是著名的香農(nóng)公式。香農(nóng)公式表明，信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高；但更重要的是，香農(nóng)公式指出了：只要信息傳輸速率低于傳送的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的傳輸。不過(guò)，香農(nóng)沒(méi)有告訴我們具體的實(shí)現(xiàn)方法，這要由研究通信的專家去尋找。需要查閱式(3-3)證明步驟的讀者可參閱有關(guān)通信原理的教材。

從香農(nóng)公式可看出，若信道帶寬W或信噪比S/N沒(méi)有上限(實(shí)際的信通當(dāng)然不可能是這樣的)，那么信道的極限信息傳輸速率C也就沒(méi)有上限。

自從香農(nóng)公式發(fā)表后，各種新的信號(hào)處理和調(diào)制方法不斷出現(xiàn)，其目的都是為了盡可能地接近香農(nóng)公式給出的傳輸速率極限。要實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。這是因?yàn)樵趯?shí)際信道中，信號(hào)還要受到其他—些損傷，如各種脈沖干擾利在傳輸中產(chǎn)生的失真等等，這些因素在香農(nóng)公式的推導(dǎo)過(guò)程中并未考慮。

由于碼元的傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的制約，所以要提高信息的傳輸速率，就必須設(shè)法使每一個(gè)碼元能攜帶更多個(gè)比特的信息量。這就需要采用多元制(又稱為多進(jìn)制)的調(diào)制方法。例如，當(dāng)采用16元制時(shí)，一個(gè)碼元可攜帶4 bit的信息。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電話話路的頻帶為300～3400 Hz，即帶寬為3100Hz。在這頻帶中接近于理想信道的也就是靠中間的一段，其帶寬約為2400 Hz左右。如使碼元的傳輸速率為2400 Baud(這相當(dāng)于每赫帶寬的碼元傳輸速率為1Baud)。則信息的傳輸速率即可達(dá)到9600 bit/s。讀者從式(3-3)可以很容易地計(jì)算出所需信噪比的最低值。但實(shí)際信道所需的信噪比要比這個(gè)最低值還要高不少。

對(duì)于3.1kHz帶寬的標(biāo)準(zhǔn)電話信道，如果信噪比S/N＝2500，那么由香農(nóng)公式可以知道，無(wú)論采用何種先進(jìn)的編碼技術(shù)，信息的傳輸速率一定不可能超過(guò)由式(3-3)算出的極限數(shù)值，即35Kbit/s左右。若想超過(guò)這個(gè)數(shù)值，只能設(shè)法提高信道中的信噪比，或者提高信道的傳輸帶寬。

3.3 物理層下面的傳輸媒體

傳輸媒體也稱為傳輸介質(zhì)或傳輸媒介。它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。傳輸媒體可分為兩大類、即導(dǎo)向傳輸媒休和非導(dǎo)向傳輸媒體，在導(dǎo)向傳輸媒體中，電磁波被導(dǎo)向沿著固體媒體(銅線或光纖)傳播，而非導(dǎo)向傳輸媒體就是指自由空間，在非導(dǎo)向傳輸媒體中電磁波的傳輸常稱為無(wú)線傳輸。圖3-5是電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜。

 

 

3.3.1 導(dǎo)自傳輸媒體

1.雙絞線

雙絞線也稱為雙扭線。它是最古老但又是最常用的傳輸媒體。把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合(twist)起來(lái)就構(gòu)成了雙絞線。絞合可減少對(duì)相鄰導(dǎo)線的電磁干擾。使用雙絞線最層多的地方就是到處都有的電話系統(tǒng)。幾乎所有的電話都用雙絞線連接到電話交換機(jī)。這種從用戶電話機(jī)到交換機(jī)的這段線稱為用戶線或用戶環(huán)路(subscriber loop)。通常將—定數(shù)量的這種雙絞線捆成電纜，在其外面包上硬的護(hù)套。模擬傳輸和數(shù)字傳輸有可以使用雙絞線，其通信距離一般為幾到十幾公里。距離太長(zhǎng)時(shí)就要加放大器以便將衰減了的信號(hào)放大到合適的數(shù)值(對(duì)于模擬傳輸)，或者加上中繼器以便將失真了的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行整形(對(duì)于數(shù)字傳輸)。導(dǎo)線越粗，其通信距離就越遠(yuǎn)，但導(dǎo)線的價(jià)格也越高。

在數(shù)字傳輸時(shí)，若傳輸速率為每秒幾個(gè)兆比特，則傳輸距離可達(dá)幾公里。由于雙絞線的價(jià)格便宜且性能也不錯(cuò)，因此使用十分廣泛。

為了提高雙絞線的抗電磁干擾的能力，可以在雙絞線的外面再加上一個(gè)用金屬絲編織成的屏蔽層，這就是屏蔽雙紋線，簡(jiǎn)稱為SIP(Shielded Twisted Pair)。它的價(jià)格當(dāng)然比無(wú)屏蔽雙絞線UTP(Unshielded Twisted Pair)要貴一些，圖3-6是無(wú)屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線的示意圖。

圖3-6 無(wú)屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線的示意圖

1991年，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA(Electronic Industries Association)和電信工業(yè)協(xié)會(huì)TIA聯(lián)合發(fā)布了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)EIA/TIA-568，它的名稱是“商用建筑物電信布線標(biāo)準(zhǔn)”(Commercial Building Telecommunications Cabling Standard)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了用于室內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的無(wú)屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線的標(biāo)準(zhǔn)。隨著局域網(wǎng)上數(shù)據(jù)傳送速率的不斷提高，EIA/TIA在1995年將布線標(biāo)準(zhǔn)更新為EIA/TIA-586-A。此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了5個(gè)種類的UTP標(biāo)準(zhǔn)(從1類線到5類線)。對(duì)傳送數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，最常用的UTP是3類線(Category 3)和5類線(category 5)。

5類線與3類線的最主要的區(qū)別就是一方面大大增加了每單位長(zhǎng)度的絞合次數(shù)。3類線的絞合長(zhǎng)度是7.5～10cm，而5類線的絞合長(zhǎng)度是0.6～0.85cm。另一方面，線對(duì)間的絞合度和線對(duì)內(nèi)兩根導(dǎo)線的絞合度都經(jīng)過(guò)了精心的設(shè)計(jì)，并在生產(chǎn)中加以嚴(yán)格的控制，使干擾在

一定程度上得以抵消，從而提高了線路的傳輸特性。

無(wú)論是哪一種線，衰減都隨頻率的升高而增大。在設(shè)計(jì)布線時(shí)，要考慮到受到衰減的信號(hào)還應(yīng)當(dāng)有足夠大的振幅，以便在有噪聲干擾的條件下能夠在接收端正確地被檢測(cè)出來(lái)。雙絞線究竟能夠傳送多高速率(M bit/s)的數(shù)據(jù)還與數(shù)字信號(hào)的編碼方法有很在的關(guān)系，隨著技術(shù)的發(fā)展，EIA/TIA-568標(biāo)準(zhǔn)還會(huì)不斷修訂。例如，超5類線和6類線都已開(kāi)始試用，不過(guò)目前尚未制定出它們的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)此我們應(yīng)當(dāng)注意。

2．同軸電纜

同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線(單股實(shí)心線或多股絞合線)、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層(也可以是單股的)以及保護(hù)塑料外層所組成(圖3-7)。由于外導(dǎo)體屏蔽層的作用，同軸電纜具有很好的抗干擾特性，現(xiàn)被廣泛用于較高速率的數(shù)據(jù)傳輸。

圖3-7 同軸電纜的結(jié)構(gòu)

當(dāng)需要將計(jì)算機(jī)連接到電纜上的某一處時(shí)，通常都是利用T型分接頭(或稱為T型連接器，即T junction)。T型分接頭主要有兩種：一種必須先把電纜剪斷，然后再進(jìn)行連接；另一種則不必剪斷電纜，但要用另一種較昂貴的、特制的插入式分接頭(vampire tap)。利用螺絲分別將兩根電纜的內(nèi)外導(dǎo)線連接好。保持電纜接頭處的接觸良好，是使用電纜作為傳輸媒體時(shí)必須特別加以注意的事項(xiàng)。

通常按特性阻抗數(shù)值的不同,將同軸電纜分為兩類：

(1)50歐姆同軸電纜

這是為數(shù)據(jù)通信傳送基帶數(shù)字信號(hào)。因此，50歐姆同軸電纜又被稱為基帶同軸電纜。用這種同軸電纜以10M Bit/s的速率將基帶數(shù)字信號(hào)傳送1km是完全可行的，一般說(shuō)來(lái)，傳輸速率越高，所能傳送的距離就越短。在局域網(wǎng)中廣泛使用這種同軸電纜作為物理媒體。

在傳輸基帶數(shù)字信號(hào)時(shí)，可以有多種不同的編碼方式。圖3-8畫(huà)的是未經(jīng)編碼的原基帶數(shù)字信號(hào)和在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中常用的兩種編碼方法，即：曼徹斯特(Manchester)編碼和差分曼徹斯特編碼。未經(jīng)編碼的二進(jìn)制基帶數(shù)字信號(hào)就是高電平和低電平不斷交替的信號(hào)。至于用高電平還是用低電平代表1或0都是可以的。使用這種最簡(jiǎn)單的基帶信號(hào)的最大問(wèn)題就是當(dāng)出現(xiàn)一長(zhǎng)串的連1或連0時(shí)，在接收端無(wú)法從收到的比特流中提取位同步信號(hào)。曼徹斯特編碼則可解決這一問(wèn)題。它的編碼方法是將每—個(gè)碼元內(nèi)分成兩個(gè)相等的間隔。碼元1是在前一個(gè)間隔為高電平而后一個(gè)間隔為低電平。碼元0則正好相反，從低電平變到高電平。這種編碼的好處就是可以保證在每一個(gè)碼元的正中間時(shí)刻出現(xiàn)一次電平的轉(zhuǎn)換，這對(duì)接收端的提取位同步信號(hào)是非常有利的。但是從曼徹斯特編碼的波形圖不難看出其缺點(diǎn)，這就是它所占的頻帶寬度比原始的基帶信號(hào)增加了一倍。

另一種曼徹斯特編碼的變種叫做差分曼徹斯特編碼，它的編碼規(guī)則是：若碼元為1，則其前半個(gè)碼元的電平與上—個(gè)碼元的后半個(gè)碼元的電平一樣(見(jiàn)圖中的實(shí)心箭頭)，但若碼元為0，則其前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元的后半個(gè)碼元的電平相反(見(jiàn)圖中的空心箭頭)。不論碼元是1或0，在每個(gè)碼元的正中間的時(shí)刻，一定要有一次電平的轉(zhuǎn)換。差分曼徹斯特編碼需要較復(fù)雜的技術(shù)，但可以獲得較好的抗干擾性能。

圖3-8曼徹斯特(Manchester)編碼和差分曼徹斯特編碼

(2)75歐姆同軸電纜

這種同軸電線用于模擬傳輸系統(tǒng)，它是有線電視系統(tǒng)CATV中的標(biāo)準(zhǔn)傳輸電纜。在這種電纜上傳送的信號(hào)采用了頻分復(fù)用的寬帶信號(hào)。這樣，75歐姆同軸電纜又稱為寬帶同軸電纜。順便指出，過(guò)去在電話通信系統(tǒng)中，帶寬超過(guò)—個(gè)標(biāo)準(zhǔn)話路(4kHz)的頻分復(fù)用系統(tǒng)都列稱為是“寬帶”的，但在計(jì)算機(jī)通信中，“寬帶系統(tǒng)”是指采用了頻分復(fù)用和模擬傳輸技術(shù)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)。

寬帶同軸電纜用于傳送模擬信號(hào)時(shí)，其頻率可高達(dá)500 MHz以上，而傳輸距離可達(dá)100km。寬帶電纜通常都劃分為若干個(gè)獨(dú)立信道，例如，每一個(gè)6 MHz的信道可以傳送一路模擬電視信號(hào)。當(dāng)每一個(gè)6MHz信道用來(lái)傳送數(shù)字信號(hào)時(shí)，數(shù)據(jù)率一般可達(dá)3M Bit/s。

由于在寬帶系統(tǒng)中要用到放大器來(lái)放大模擬信號(hào)，而這種放大器只能單向工作，因此在寬帶電纜的雙工傳輸中，—定要有數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收兩條分開(kāi)的數(shù)據(jù)通路。采用雙電纜系統(tǒng)和單電纜系統(tǒng)都可以達(dá)到這個(gè)目的。

從20世紀(jì)70年代到現(xiàn)在，通信和計(jì)算機(jī)都發(fā)展得非?？臁?/span>20多年來(lái)，計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度大約每10年提高10倍。在通信領(lǐng)域里，信息的傳輸速率則提高得更快，從20世紀(jì)70年代的56 Kbit/s提高到現(xiàn)在的幾個(gè)到幾十個(gè)G Bit/s(使用光纖通信技術(shù))。相當(dāng)于每10年提高l00倍。因此光纖通信就成為現(xiàn)代通信技術(shù)中的一個(gè)十分重要的領(lǐng)域。

光纖通信就是利用光導(dǎo)纖維(以下簡(jiǎn)稱為光纖)傳遞光脈沖來(lái)進(jìn)行通信。有光脈沖相當(dāng)于1，而沒(méi)有光脈沖相當(dāng)于0。由于可見(jiàn)光的頻率非常高，約為10⁸MHz的量級(jí)，因此一個(gè)光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前其他各種傳輸媒體通信系統(tǒng)的傳輸帶寬。

光纖是光纖通信的傳輸媒體。在發(fā)送端有光源，可以采用發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器，它們?cè)陔娒}沖的作用下能產(chǎn)生出光脈沖。在接收端利用光電二極管做成光檢測(cè)器，在檢測(cè)到光脈沖時(shí)可還原出電脈沖。

光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，主要由纖芯和包層構(gòu)成雙層通信圓柱體。纖芯很細(xì)，其直徑只有8～100um。正是這個(gè)纖芯用來(lái)傳導(dǎo)光波。包層較纖芯有較低的折射率。當(dāng)光線從高折射率的媒體射向低折射率的媒體時(shí)，其折射角將大于入射角(如圖3-10所示)，因此，如果入射角足夠大，就會(huì)出現(xiàn)全反射，即光線碰到包層時(shí)就會(huì)折射回纖芯。不斷重復(fù)，光也就沿著光纖傳輸下去。

圖3-10 光線在光纖中的折射

圖3-11畫(huà)出了光波在纖芯中傳播的示意圖?，F(xiàn)代的生產(chǎn)工藝可以制造出超低損耗的光纖。即做到光線在纖芯中傳輸數(shù)公里而基本上沒(méi)有什么衰耗。這—點(diǎn)乃是光纖通信得到飛速發(fā)展的最關(guān)鍵因素。

圖3-11 光波在纖芯中的傳播

圖3-11只畫(huà)了一條光線。實(shí)際上，只要從纖芯中射到纖芯表面的光線的入射角大于某一個(gè)臨界角度，就可產(chǎn)生全反射。因此，可以存在許多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。這種光纖就稱為多模光纖(如圖3-12(a)所示)。光脈沖在多模光纖中傳輸時(shí)會(huì)逐漸展寬，造成失真。因此多模光纖只適合于近距離傳輸。若光纖的直徑減小到只有—個(gè)光的波長(zhǎng)，則光纖就像一根波導(dǎo)那樣，它可使光線一直向前傳播，而不會(huì)產(chǎn)生多次反射。這樣的光纖就稱為單模光纖(圖3-12(b))。單模光纖的纖芯很細(xì)，其直徑只有幾個(gè)微米，制造起來(lái)成本較高。同時(shí)單模光纖的光源要使用昂貴的半導(dǎo)體激光器，而不能使用較便宜的發(fā)光二極管。但單模光纖的衰耗鉸小，在2.5 G Bit/s的高速率下可傳輸數(shù)十公里而不必采用中繼器。

圖3-12 多模光纖和單模光纖

在光纖通信中常用的三個(gè)波段的中心分別位于0.85um、1.30um、和1.55um。對(duì)于后兩種情況的衰減都較小。0.85um波段的衰減較大，但在此波段的其他特性均較好。所以這一個(gè)波段都具有25000～30000GHz的帶寬，可見(jiàn)光纖的通信容量非常大。

由于光纖非常細(xì)，其直徑不到0.2mm，因此必須將光纖做成很結(jié)實(shí)的光纜。一根光纜少則只有一根光纖，多則可包括數(shù)十至數(shù)百根光纖，再加上加強(qiáng)芯和填充物就可以大大提高其機(jī)械強(qiáng)度。必要時(shí)還可放入遠(yuǎn)供電源線。最后加上包帶層和外護(hù)套，就可以使抗拉強(qiáng)度達(dá)到幾公斤．完全可以滿足工程施工的強(qiáng)度要求。圖3-13為高密度多芯光纜剖面的示意圖。

圖3-13 高密度多芯光纜剖面

 

光纖不僅具有通信容量非常大的優(yōu)點(diǎn)，而且還具有其他的一些特點(diǎn)：

(1)傳輸損耗小，中繼站離長(zhǎng)，對(duì)遠(yuǎn)距離傳輸特別經(jīng)濟(jì)。

(2)抗雷電和電磁干擾性能好。這在有大電流脈沖干擾的環(huán)境下尤為重要。

(3)無(wú)串音干擾，保密性好，也不易被竊聽(tīng)或截取數(shù)據(jù)。

(4)體積小，重量輕。這在現(xiàn)有電纜管道已擁塞不堪的情況下特別有利。例如，1km長(zhǎng)的1000對(duì)雙絞線約重8000kg，而同樣長(zhǎng)度但容量大得多的一對(duì)光纖僅重100kg。

但光纖也有一定的缺點(diǎn)。這就是要將兩根光纖精確地連接需要專用設(shè)備。目前光電接口還較貴，但價(jià)格是在逐年下降的。

當(dāng)采用光纖連網(wǎng)時(shí)，常常將—段段點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路串接起來(lái)構(gòu)成一個(gè)環(huán)路，通過(guò)T形接頭連接到計(jì)算機(jī)。

T形接頭有兩種：無(wú)源的和有源的。無(wú)源的T形接頭由于完全是無(wú)源的，因此非?？煽俊Ｋ锩嬗幸还怆姸O管(供接收用)和一個(gè)發(fā)光二極管LED(供發(fā)送用)，都熔接在主光纖上。即使光電二極管或發(fā)光二極管出了故障，也只會(huì)使連接的計(jì)算機(jī)處于脫機(jī)狀態(tài)，而整個(gè)光纖網(wǎng)還是連通的。但在每個(gè)接頭處光線強(qiáng)度會(huì)有些損失，因此整個(gè)光纖環(huán)路的長(zhǎng)度受到了限制。

圖3-14 使用有源轉(zhuǎn)發(fā)器的光纖環(huán)路

有源的T形接頭實(shí)際上就是一個(gè)有源轉(zhuǎn)發(fā)器(如圖3-14所示)。進(jìn)入的光信號(hào)通過(guò)光電二極管變成電信號(hào)，再生放大后，再經(jīng)過(guò)發(fā)光二極管LED變成光信號(hào)繼續(xù)向前傳送。利用有源轉(zhuǎn)發(fā)器使得每?jī)蓚€(gè)計(jì)算機(jī)之間的距離可長(zhǎng)達(dá)數(shù)公里，有源轉(zhuǎn)發(fā)器的缺點(diǎn)是：一旦T形接頭出了故障，整個(gè)光纖環(huán)路即斷開(kāi)不能工作?，F(xiàn)在純光的信號(hào)再生器也已經(jīng)始使用。由于不需要進(jìn)行光電和電光轉(zhuǎn)換，因此其工作帶寬大大增加。

最后要提—下，在導(dǎo)向傳輸媒體中，還有一種是架空明線(銅線或鐵線)。這是在20世紀(jì)初就已大量使用的――在電線桿上架設(shè)的互相絕緣的明線。架空明線安裝簡(jiǎn)單，但通傳質(zhì)量差，受氣候環(huán)境等影響較大?，F(xiàn)在許多國(guó)家都已停止了鋪設(shè)架空明線。目前在我國(guó)的一些農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)的通信仍使用架空明線。

3.3.2 非導(dǎo)向傳輸媒體

前面介紹了三種導(dǎo)向傳輸媒體。但是，若通信線路要通過(guò)一些高山或島嶼，有時(shí)就很難施工。即使是在城市中，挖開(kāi)馬路敷設(shè)電纜也不是一件很容易的事。當(dāng)通信距離很遠(yuǎn)時(shí)，敷設(shè)電纜既昂貴又費(fèi)時(shí)。但利用無(wú)線電波在自由空間傳播就可實(shí)現(xiàn)多種的通信。

特別要指出的是，由于信息技術(shù)的發(fā)展，社會(huì)各方面的節(jié)奏變快了。人們不僅要求能夠在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行電話通信(這就是移動(dòng)電話通信)，而且還要求能夠在運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信。因此在最近十幾年無(wú)線電通信發(fā)展得特別快，因?yàn)槔脽o(wú)線信道進(jìn)行信息的傳輸，是在運(yùn)動(dòng)中通信的唯一手段。

無(wú)線傳輸所使用的頻段很廣。人們現(xiàn)在已經(jīng)利用了無(wú)線電、微波、紅外線以及可見(jiàn)光這幾個(gè)波段進(jìn)行通信。紫外線和更高的波段目前還不能用于通信。在前面給出的圖3-5的最下面還給出了ITU對(duì)波段取的正式名稱。例如，LF波段是從1～10km(對(duì)應(yīng)于30～300 kHz)。LF、MF和HF的中文名字分別是低頻、中頻和高頻。更高的頻段中的V、U、S和E的分別對(duì)應(yīng)于very、Ultra、Super和Extremely，相應(yīng)的頻段的中文名字分別是甚高頻、特高頻、超高頻和極高頻，最高的一個(gè)頻段中的T是Tremendously。目前尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)譯名。在低頻LF的下面其實(shí)還有幾個(gè)更低的頻段，如，甚低頻VLF，特低領(lǐng)ULF，超低頻SLF和極低頻ELF等、因都不用于一般的通信，故未畫(huà)在圖中。

短波通信主要是靠電離層的反射。但電離層的不穩(wěn)定所產(chǎn)生的衰落現(xiàn)象和電離層反射所產(chǎn)生的多徑效應(yīng)，使得短波信道的通信質(zhì)量較差。因此，當(dāng)必須使用短波無(wú)線電臺(tái)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，一般都是低速傳輸，即速率為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模擬話路傳幾十至幾百比特/秒。只有在采用復(fù)雜的調(diào)制解調(diào)技術(shù)后，才能使數(shù)據(jù)的傳輸速率達(dá)到幾千比特/秒。

無(wú)線電微波通信在數(shù)據(jù)通信中占有重要地位。微波的頻率范圍為300MHz～300GHz，但主要是使用2～40 GHz的頻率范圍。微波在空間主要是直線傳播。由于微波會(huì)穿透電離層而進(jìn)入宇宙空間，因此它不像短波那樣可以經(jīng)電離層反射傳播到地面上很遠(yuǎn)的地方。這樣，微波通信就有兩種主要的力式，即地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。

由于微波在空間是直線傳播，而地球表面是個(gè)曲面，因此其傳播距離受到限制，一般只有50 km左右。但若采用100m高的天線塔，則傳播距離可增大到100km。為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信必須在—條無(wú)線電通信信道的兩個(gè)終端之間建立若干個(gè)中繼站。中繼站把前—站送來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后再發(fā)送到下一站，故稱為“接力”。大多數(shù)長(zhǎng)途電話業(yè)務(wù)使用4～6GHz的頻率范圍。目前各國(guó)大量使用的微波設(shè)備信道容量多為960路、1200路、1800和2700路。我國(guó)多為960路。

微波接力通信可傳輸電話、電報(bào)、圖像、數(shù)據(jù)等信息。其主要特點(diǎn)是：①微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大：②因?yàn)楣I(yè)干擾和天氣干擾的主要頻譜成分比微波頻率低得多，對(duì)微波通信的危害比對(duì)短波和米波通信小得多，因而微波傳輸質(zhì)量較高；③與相同容量和長(zhǎng)度的電纜載波通信比較，微波接力通信建設(shè)投資少，見(jiàn)效快。

當(dāng)然，微波接力通信也存在如下的一些缺點(diǎn)：①相鄰站之間必須直視，不能有障礙物，有時(shí)一個(gè)天線發(fā)射出的信號(hào)比會(huì)分成幾條略有差別的路徑到達(dá)接收天線，因而會(huì)造成失真；②微波的傳播有時(shí)也會(huì)受到惡劣氣候的影響；②與電纜通信系統(tǒng)比較，微波通信的隱蔽性和保密性較差；④對(duì)大量中繼站的使用和維護(hù)要耗費(fèi)一定的人力和物力。

2.衛(wèi)星通信

常用的衛(wèi)星通信方法是在地球站之間利用位于3.6萬(wàn)公里高空的人造同步地球衛(wèi)星作為中繼器的一種微波接力通信。通信衛(wèi)星就是在太空的無(wú)人值守的微波通信的中繼站。可見(jiàn)衛(wèi)星通信的主要優(yōu)缺點(diǎn)應(yīng)當(dāng)大體上和地面微波通信的差不多。

衛(wèi)星通信的最大特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，全通信費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)。同步衛(wèi)星發(fā)射出的電磁波能輻射到地球上的通信覆蓋區(qū)的跨度達(dá)1.8萬(wàn)多公里。只要在地球赤道空中的同步軌道上，等距離地放置3顆相隔120^o的衛(wèi)星，就能基本上實(shí)現(xiàn)全球的通信。

和微波接力通信相似，衛(wèi)星通信的頻帶很寬，通信容量很大。信號(hào)所受到的干擾也較小，通信比較穩(wěn)定，為了避免產(chǎn)生干擾，衛(wèi)星之間相隔如果不小于2^o，那么整個(gè)赤道上空只能放置180個(gè)同步衛(wèi)星。好在人們想出來(lái)可以在衛(wèi)星上使用不同的頻段來(lái)進(jìn)行通信。因此總的通信容量還是很大的。

一個(gè)典型的衛(wèi)星通常擁有12～20個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的頻帶寬度為36～50 MHz?！獋€(gè)50 M Bit/s的轉(zhuǎn)發(fā)器可用來(lái)傳輸50 M Bit/s速率的數(shù)據(jù)。或800路64Kbit/s的數(shù)字化話音信道。如果兩個(gè)傳發(fā)器使用不同的極化方式，那么即使使用同樣的頻率也不會(huì)產(chǎn)生干擾。

在衛(wèi)星通信領(lǐng)域中，甚小孔徑地球站VSAT(Very Small Aperture Terminal)已被大量使用。這種小站的天線直徑往往不超過(guò)1m，因而每—個(gè)小站的價(jià)格就較便宜。在VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)中。需要有一個(gè)比較大的中心站用來(lái)管理整個(gè)衛(wèi)星通信網(wǎng)。對(duì)于某些VSAT系統(tǒng)，所有小站之間的數(shù)據(jù)通信都要經(jīng)過(guò)中心站進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。對(duì)于能夠進(jìn)行電話通信的VSAT系統(tǒng)，小站之間的通信在呼叫建立階段要通過(guò)中心站。但在連接建立之后，兩個(gè)小站之間的通信就可以直接通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)行，而不必再經(jīng)過(guò)中心站。

衛(wèi)星通信的另一特點(diǎn)就是具有較大的傳播時(shí)延。由于各地球站的天線仰角并不相同，因此不管兩個(gè)地球站之間的地面距離是多少(相隔一條街或相隔上萬(wàn)公里)，從一個(gè)地球站經(jīng)衛(wèi)星到另一地球站的傳播時(shí)延在250～300 ms之間。一般可取為270ms。這和其他的通信有較大差別(請(qǐng)注意：這和兩個(gè)地球站之間的距離沒(méi)有什么關(guān)系，即使這兩個(gè)地球站相距只有幾十米，它們之間的傳播時(shí)延也是270 ms)。對(duì)比之下，地面微波接力通信鏈路的傳播時(shí)延一般取為3.3us/km。

這里我們要注意的是：“衛(wèi)星信道的傳播時(shí)延較大”并不等于“用衛(wèi)星信道傳送數(shù)據(jù)的時(shí)延較大”。這是因?yàn)閭魉蛿?shù)據(jù)的總時(shí)延除了傳播時(shí)延外，還有發(fā)送時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延這兩部分。傳輸時(shí)延在總時(shí)延中所占的比例有多大，取決于具體情況。

衛(wèi)星通信非常適合于廣播通信，因?yàn)樗母采w面很廣。但從安全方面考慮，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的保密性是較差的。

通信衛(wèi)星本身和發(fā)射衛(wèi)星的火箭造價(jià)都較高。受電源和元器件壽命的限制，同步衛(wèi)星的使用壽命一般只有七八年，衛(wèi)星地球站的技術(shù)較復(fù)雜，價(jià)格還比較貴。這些都是選擇傳輸媒體時(shí)應(yīng)全面考慮的。

3.4 模擬傳輸與數(shù)字傳輸

 

從概念上講，對(duì)傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)最合適的應(yīng)當(dāng)是數(shù)字信道。但早在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)之前，采用模擬傳輸技術(shù)的電話網(wǎng)就已經(jīng)工作了近一個(gè)世紀(jì)，并且已遍布在世界上的各個(gè)角落。由于數(shù)字傳輸?shù)男阅軆?yōu)于模擬傳輸，因此各國(guó)都紛紛將傳統(tǒng)的模擬傳輸干線更換成先進(jìn)的數(shù)字傳輸干線，并且大量地采用光纖技術(shù)。但是從用戶的電話機(jī)到市話局的用戶線，現(xiàn)在還是使用老式的雙絞線(銅線)。因此目前的情況是模擬傳輸與數(shù)字傳輸并存。這樣，在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，我們還需要對(duì)傳統(tǒng)的模擬傳輸系統(tǒng)有一定的了解。

下面將討論有關(guān)模擬傳輸和數(shù)字傳輸?shù)囊恍┳罨镜母拍?。?yán)格說(shuō)來(lái)，“傳輸”和“交換”是兩個(gè)不同的概念。但為方便起見(jiàn)，我們?cè)谟懻搨鬏數(shù)膯?wèn)題時(shí)，也要涉及到一些有關(guān)交換的概念。

3.4.1 模擬傳輸系統(tǒng)

傳統(tǒng)的電話通信系統(tǒng)都是分級(jí)交換。我國(guó)的電話網(wǎng)絡(luò)原先分為5級(jí)，上面4級(jí)是長(zhǎng)途電話網(wǎng)絡(luò)，最低一級(jí)是市話電話網(wǎng)?，F(xiàn)在這4級(jí)長(zhǎng)途交換已改為更加先進(jìn)的動(dòng)態(tài)無(wú)級(jí)選路DNHR體制，即只分兩級(jí)，在下面的一級(jí)是本地網(wǎng)，其交換中心有320個(gè)左右，在本地網(wǎng)上面就是省的交換中心(30個(gè))。而各省的交換中心組成全連通網(wǎng)絡(luò)。這樣可大大減少轉(zhuǎn)接次數(shù)和提高轉(zhuǎn)接速率，也提高了電話的接通率。

從市話局到用戶的電話機(jī)的用戶線是采用最廉價(jià)的雙絞線電纜。通信距離約為1～10 km。在電話機(jī)較稠密的城市，用戶到市話局的距離就比較短。用戶環(huán)的投資占整個(gè)電話網(wǎng)投資的一個(gè)相當(dāng)大的比重。

長(zhǎng)途干線最初采用頻分復(fù)用FDM(Frequency Division Multiplexing)的傳輸方式，也就是許多用戶可在同樣的時(shí)間占用人家共享的線路資源，但從頻率域來(lái)看，它們占用的頻率范圍是各自分開(kāi)因而互不干擾。所謂的載波電話就是他用頻分復(fù)用的電話通信系統(tǒng)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)話路的頻率范圍是300～3400 Hz。但由于話路之間應(yīng)有—些頻率間隔，因此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)取4kHz為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)話路所占用的頻帶寬度。一般說(shuō)來(lái)，級(jí)別越高的交換局之間的長(zhǎng)途干線就需要更多的話路容量才能滿足通信業(yè)務(wù)的需求。我們平時(shí)常說(shuō)的60路、300路或1800路等，就是指長(zhǎng)途干線頻分復(fù)用的話路數(shù)目。

在長(zhǎng)途干線中，由于使用了只能單向傳輸?shù)姆糯笃?，因此不能像市話線路那樣使用二線制而是要使用四線制，即要用兩對(duì)線來(lái)分別進(jìn)行發(fā)送和接收。也就是說(shuō)，發(fā)送和接收各需要占用一條信道。這樣，當(dāng)市話線路和長(zhǎng)途線路相連接時(shí)，就需要加入一個(gè)二線與四線轉(zhuǎn)換器我們經(jīng)常遇到的情況就是在電話用戶的兩端都采用二線制的市話線路，而中間的一段則采用四線制的長(zhǎng)途線路。由于二、四線之間的轉(zhuǎn)換不可能是理想的，這就產(chǎn)生了所謂的回波(echo，又稱為回聲)的問(wèn)題。當(dāng)電話通信的—方講話的話音信號(hào)傳到對(duì)方的二、四線轉(zhuǎn)換器時(shí)，不可避免地會(huì)有一部分話音信號(hào)又反射回來(lái)進(jìn)入講話人的耳機(jī)，因而產(chǎn)生了回波。當(dāng)通信的距離很長(zhǎng)時(shí)(例如超過(guò)2000km)，回波會(huì)使講話人感到很不舒服，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使講話人無(wú)法正常進(jìn)行電話交談。為此，在長(zhǎng)途電話線路中要裝上回波抑制器。回波抑制器在檢測(cè)到某一方人講話時(shí)，就自動(dòng)將其接收線路切斷，因而抑制了回波。實(shí)際上，回波抑制器就是把全雙工的電路變?yōu)榘腚p工的。由于正常的電話通信是按半雙工的方式進(jìn)行的，所以回波抑制器的加入不會(huì)影響正常的電話交談。但是當(dāng)裝有回波抑制器的電話線路用來(lái)傳送計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)時(shí)，全雙工的通信就無(wú)法進(jìn)行。

目前我國(guó)長(zhǎng)途線路已基本實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，因而現(xiàn)在的模擬電路就基本上只剩下從用戶電話機(jī)到市話交換機(jī)之間的這一段幾公里長(zhǎng)的用戶線上。

3.4.2 調(diào)制解調(diào)器

下面觀察一下計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)模擬傳輸系統(tǒng)后會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果。圖3-15表示了出現(xiàn)一個(gè)誤碼的示意圖。

圖3-15基帶信號(hào)經(jīng)電話線路傳輸后產(chǎn)生誤碼

在圖3-15中接收到的基帶信號(hào)與發(fā)送端發(fā)送的信號(hào)有很大的不同。這是出為：

(1)發(fā)送的基帶信號(hào)包含有各種的頻率成分，其中的一部分已經(jīng)落到模擬電話通信系統(tǒng)所能通過(guò)的頻率范圍(300～3400Hz)之外，因而通不過(guò)去，由于收到的信號(hào)中缺少了這部分頻率成分，因此使數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生了失真。

(2)在能夠通過(guò)電話線路的這部分頻率成分中，各頻率成分經(jīng)受的衰減和時(shí)延可能會(huì)有些不同。這也要產(chǎn)生失真。

(3)電話線路中存在噪聲和各種干擾信號(hào)，使信號(hào)失真。

上述這些因素對(duì)傳送話音信號(hào)同樣要產(chǎn)生失真。由于話音信號(hào)中的信息冗余度很大。只要電話線路的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)都滿足電話通信的各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，即使存在這些失真，電話信號(hào)中的主要成分還是能夠通過(guò)去的。因此人們對(duì)這樣的電話通信質(zhì)量仍然是滿意的。

但數(shù)據(jù)通信是靠機(jī)器來(lái)判定收到的碼元是什么，接收端一般是在每個(gè)碼元的中間時(shí)刻產(chǎn)生—個(gè)采樣時(shí)刻，并在此采樣時(shí)刻對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行判決。當(dāng)失真或干擾嚴(yán)重時(shí)就會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)，即產(chǎn)生了誤碼。若所傳送的碼元速率越高，信號(hào)的失真就越嚴(yán)重。

為解決上述(1)和(2)兩個(gè)因素產(chǎn)生的失真，必須將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率范圍在(300～3400Hz)之間的模擬信號(hào)來(lái)傳輸。具體的做法就是在模擬信道兩端各加上一個(gè)調(diào)制解調(diào)器。至于要解決上述的因素(3)，則要利用差錯(cuò)檢測(cè)和糾錯(cuò)技術(shù)。

由于計(jì)算機(jī)之間的通話經(jīng)常都是雙向通信，因此一個(gè)調(diào)制解調(diào)器包括了為發(fā)送信號(hào)用的調(diào)制器和為接收信號(hào)用的解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器(modem)就是由調(diào)制器(Modulator)和解調(diào)器(Demodulator)這兩個(gè)字各取其字頭合并而成的。如果沒(méi)有特殊的說(shuō)明，本書(shū)中的調(diào)制解調(diào)器就是在一條標(biāo)準(zhǔn)的二線模擬話路(31kHz的標(biāo)準(zhǔn)話路帶寬)上提供全雙工的異步數(shù)字通信的調(diào)制解調(diào)器。

調(diào)制器的主要作用就是個(gè)波形變換器，它將基帶數(shù)字信號(hào)的波形變換成適合于模擬信道傳輸?shù)牟ㄐ?/span>(注意：這并不改變數(shù)據(jù)的內(nèi)容，即轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)仍然攜帶原來(lái)的數(shù)字信號(hào)所攜帶的數(shù)字信息)。解調(diào)器的作用就是個(gè)波形識(shí)別器，它將經(jīng)過(guò)調(diào)制器變換過(guò)的模擬信號(hào)恢復(fù)成原來(lái)的數(shù)字信號(hào)。若識(shí)別不正確，則產(chǎn)生誤碼。在調(diào)制解調(diào)器中還要有差錯(cuò)檢測(cè)和糾正的設(shè)施，以防止線路上的噪聲和干擾在傳送的信息中產(chǎn)生誤碼。

2．幾種最基本的調(diào)制方法

所謂調(diào)制就是進(jìn)行波形變換。或者更嚴(yán)格些，是進(jìn)行頻譜變換，將基帶數(shù)字信號(hào)的頻譜變換成為適合于在模擬信道中傳輸?shù)念l譜。最基本的二元制調(diào)制方法有以下幾種(如圖3-16所示)：

圖3-16對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)的幾種調(diào)制方法

 

(1)調(diào)幅(AM)，即載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。例如，0對(duì)應(yīng)于無(wú)載波輸出，而1對(duì)應(yīng)于有載波輸出。

(2)調(diào)頻(PM)，即載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。例如，0對(duì)應(yīng)于頻率f₁，而1對(duì)應(yīng)于頻率f₂。

(3)調(diào)相(PM)，即載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。例如，0對(duì)應(yīng)于相位0^o，而1對(duì)應(yīng)于相位180^o。

上述的對(duì)數(shù)字信號(hào)的調(diào)頻和調(diào)相，分別稱為移頻鍵控FSK(Frequency shift Keying)和移相鍵控PSK(Phase Shift Keying)。而對(duì)移相鍵控還可再分為絕對(duì)移相鍵控和相對(duì)移相鍵控(DPSK)，即0對(duì)應(yīng)于相位發(fā)生變化，而1對(duì)應(yīng)于相位不變化。由于檢測(cè)相位的變化要比檢測(cè)相位本身的數(shù)值更加容易，因此DPSK具有更好的抗干擾性。

為了達(dá)到更高的信息傳輸速率，必須采用技術(shù)上更為復(fù)雜的多元制的振幅相位混合調(diào)制方法。圖3-17畫(huà)的是一種正交調(diào)制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)的星座圖?？梢钥闯?，可供選樣的相位有8種，而對(duì)于每一種相位又有兩種振幅可供選擇。星座圖中的16個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)(r，p)都是不相同的。這里r代表振幅，而p代表相位。這樣我們就可以用與這l 6個(gè)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的16種不同的碼元來(lái)傳送數(shù)據(jù)。由于4 bit編碼共有16種不同的組合。因此這16個(gè)點(diǎn)中的每一個(gè)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于一種4 bit的編碼?？梢?jiàn)采用這種編碼方法，每一碼元可表示4 bit的信息，因此傳送1個(gè)碼元就相當(dāng)于傳送4 bit，因而用2400Baud的碼元速率就可得到9600 bit/s的信息傳送速率。但是，圖3-17也告訴我們，若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多(即在星座圖中的點(diǎn)數(shù)地多)，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越困難，這是因?yàn)榫€路上的各種干擾和噪聲使得在接收端收到的碼元的振幅和相位都可能會(huì)在一定的范圍內(nèi)變化。因此實(shí)際上每一種狀態(tài)在接收端星座圖上對(duì)應(yīng)的并不是一個(gè)幾何上的點(diǎn)，而是一塊面積。若失真太大，這些面積會(huì)互相重疊，這就可能無(wú)法正確識(shí)別狀態(tài)。

圖3-17 正交幅度調(diào)制

4．調(diào)制解調(diào)器使用異步通信方式

現(xiàn)在用戶在家里上網(wǎng)用的調(diào)制解調(diào)器都是使用異步通信方式(只有某此UNIX服務(wù)器和大型機(jī)在專用線路環(huán)境下才使用同步調(diào)制解調(diào)器)。“異步(asynchronous)”這個(gè)名詞需要進(jìn)一步解釋—下，我們先看一下什么是同步通信。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，一個(gè)很重要的問(wèn)題是，數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)浇邮斩藭r(shí)，接收端必須設(shè)法判斷所收到的碼元是1還是0。但是，接收端應(yīng)當(dāng)用什么手段才能保證對(duì)收到的比特流進(jìn)行判決的時(shí)間是準(zhǔn)確的呢？如果這個(gè)判決時(shí)間取得不準(zhǔn)確，就可能導(dǎo)致判決錯(cuò)誤，因而無(wú)法保證正確接收。從這點(diǎn)出發(fā)，數(shù)據(jù)通信可分為同步通信和異步通信兩大類。

同步通信就是要求接收端的時(shí)鐘頻率和發(fā)送端的時(shí)鐘頻率相等(這常稱為收發(fā)雙方的時(shí)鐘是同步的)。以便使接收端對(duì)收到的比特流的采樣判決的時(shí)間是準(zhǔn)確的。收發(fā)雙方的時(shí)鐘不是精確同步時(shí)，在接收端對(duì)收到的碼元進(jìn)行判決的時(shí)間就會(huì)逐漸向前或向后移動(dòng)，當(dāng)接收端的判決點(diǎn)移動(dòng)的時(shí)間超過(guò)碼元寬度的一半時(shí)(本來(lái)判決點(diǎn)應(yīng)當(dāng)處于每一個(gè)碼元的中間)，就要產(chǎn)生差錯(cuò)(比特重讀或漏讀)，這就是所謂的滑動(dòng)(slip)。例如，數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾适?/span>1 M bit/s即每1us發(fā)送一個(gè)比特。在接收端，采樣的時(shí)刻應(yīng)當(dāng)在每一個(gè)比特的中心位置。如果接收端的時(shí)鐘速率有1/100的誤差，那么每接收一個(gè)比特，采樣點(diǎn)就偏離比特的中心位置0.01us。接收了50個(gè)比特后，采樣點(diǎn)就偏離比特中心位置0.5um(半個(gè)比特的寬度)，這時(shí)就要產(chǎn)生判決錯(cuò)誤。所以像這樣的不精確的接收端時(shí)鐘是不能用于同步通信的。

嚴(yán)格的同步通信是用一個(gè)非常精確的主時(shí)鐘負(fù)責(zé)全網(wǎng)的同步，全網(wǎng)的其他所有的時(shí)鐘頻率都來(lái)自這個(gè)主時(shí)鐘頻率(長(zhǎng)期精度優(yōu)于±1.0×10^-11)。但這種同步方式需要使用十分復(fù)雜的技術(shù)，而且價(jià)格昂貴。因此在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里,各國(guó)的數(shù)字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同步(plesiochronous)方式。準(zhǔn)同步方式是各有關(guān)信號(hào)使用一些獨(dú)立的、具有相同的頻率標(biāo)稱值的時(shí)鐘源，但這些頻率的實(shí)際數(shù)值允許有微小的誤差(在允許范圍之內(nèi))。

異步通信則采用另—種方法。這就是在發(fā)送端將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)以字節(jié)(8個(gè)比特)為單位進(jìn)行逐個(gè)字節(jié)的封裝，即對(duì)每一個(gè)字節(jié)增加一個(gè)起始比特和一個(gè)停止比特，共10個(gè)比特。然后將這種10bit的數(shù)據(jù)單元一一發(fā)送出去。在接收端(其時(shí)頻率沒(méi)有和發(fā)送端的同步)。每收到一個(gè)起始比特，就知道有一個(gè)10bit的數(shù)據(jù)單元到了。于是開(kāi)始進(jìn)行判決，但只判決這個(gè)數(shù)據(jù)單元的10個(gè)比特。因此，即使接收端的時(shí)鐘不太準(zhǔn)確，只要它能夠保證正確接收10個(gè)比特就行(如果在判決第10個(gè)比特時(shí)采樣點(diǎn)的移動(dòng)已超過(guò)半個(gè)比特的寬度，那么這種精度的時(shí)鐘就不能使用)。

異步通信的另一個(gè)特點(diǎn)就是發(fā)送端在發(fā)送完一個(gè)字節(jié)后(即在停止比特結(jié)束后)，可以經(jīng)過(guò)任意長(zhǎng)的時(shí)間間隔再發(fā)送下一個(gè)字節(jié)。當(dāng)然，每一個(gè)字節(jié)中的所有比特(包括增加的起始比特和停止比特)的發(fā)送時(shí)間間隔都必須是恒定的?，F(xiàn)在的調(diào)制解調(diào)器都有對(duì)通信線路質(zhì)量的自適應(yīng)功能。當(dāng)線路質(zhì)量狀況不好時(shí)，調(diào)制解調(diào)器發(fā)送數(shù)據(jù)的速率會(huì)自動(dòng)降低，而接收端的調(diào)制解調(diào)器在進(jìn)行接收時(shí)，也會(huì)自動(dòng)將自己的采樣頻率降低到合適的數(shù)值。從這個(gè)意義上講，異步通信中也包含了某種意義上的同步。

總之，異步通信是通過(guò)增加通信開(kāi)銷(每發(fā)送10個(gè)比特就有兩個(gè)比特的額外開(kāi)銷，因而數(shù)據(jù)的有效傳輸速率就降低了)使接收端能夠使用廉價(jià)的、具有一般精度的時(shí)鐘來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。用戶的調(diào)制解調(diào)器正好適應(yīng)異步通信的特點(diǎn)，因?yàn)橐话阌脩舻耐ㄐ帕坎⒉淮?，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是每天24小時(shí)連續(xù)工作，而且用戶也負(fù)擔(dān)不起購(gòu)買同步通信所需的昂貴設(shè)備。

3.4.3 數(shù)字傳輸系統(tǒng)

現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)都是采用脈碼調(diào)制PCM(Pulse Code Modulation)體制。PCM最初并不是為傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)用的，它是用作電話局之間的中繼線。由于歷史上的原因，PCM有兩個(gè)互不兼容的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，即北美的24路PCM(簡(jiǎn)稱為T1)和歐洲的30路PCM(簡(jiǎn)稱為E1)。我國(guó)采用的是歐洲的E1標(biāo)準(zhǔn)。T1的速率是1.544 M Bit/s，E1的速率是2.048 M Bit/s。下面簡(jiǎn)單講一下這些速率是怎樣得出的。

為了將模擬電話信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，必須先對(duì)電話信號(hào)進(jìn)行采樣。根據(jù)采樣定理，只要采樣頻率不低于電話信號(hào)最高頻率的2倍，就可以從采樣脈沖信號(hào)無(wú)失真地恢復(fù)出原來(lái)的電話信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)的電話信號(hào)的最高頻率為3.4kHz，為方便起見(jiàn)，采樣頻率就定為8kHz，相當(dāng)于采樣周期為125us。圖3-19表示了上述的概念。圖3-19(a)畫(huà)的是一個(gè)模擬電話信號(hào)的一段，T為采樣周期。連續(xù)的電話信號(hào)經(jīng)采樣后成為圖3-19(b)所示的離散脈沖信號(hào)，其振幅對(duì)應(yīng)于采樣時(shí)刻電話信號(hào)的數(shù)值，下一步就是進(jìn)行編碼。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖3-19(c)將不同振幅的脈沖編為4bit二進(jìn)制碼元。在我國(guó)使用的PCM體制中，電話信號(hào)是采用8bit編碼，也就是說(shuō)，將采樣后的模擬的電話信號(hào)量化為256個(gè)不同等級(jí)中的—個(gè)。模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后就進(jìn)行傳輸(為提高傳輸質(zhì)量，還可再進(jìn)行一些編碼，這里從略)。在接收端進(jìn)行解碼的過(guò)程與編碼過(guò)程相反。只要數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中不發(fā)生差錯(cuò)，解碼后就可得出和發(fā)送端一樣的脈沖信號(hào)。如圖3-19(d)所示。經(jīng)濾波后最后得出還原后的模擬電話信號(hào)如圖3-19(e)所示。

這樣，一個(gè)話路的模擬電話信號(hào)，經(jīng)模數(shù)交換后，就變成為每秒8000個(gè)脈沖信號(hào)，每個(gè)脈沖信號(hào)再編為8bit二進(jìn)制碼元。因此一個(gè)話路的PCM信號(hào)速率為64 Kbit/s。這里要指出，64Kbit/s的速率是最早制定出的話音編碼的標(biāo)準(zhǔn)速率。隨著話音編碼技術(shù)的不斷發(fā)展，人們可以用更低的數(shù)據(jù)率來(lái)傳送同樣質(zhì)量的話音信號(hào)?，F(xiàn)在已經(jīng)能夠用32Kbit/s，16Kbit/s或甚至低到8Kbit/s以下的數(shù)據(jù)率來(lái)傳送—路話音信號(hào)。但是，使用64Kbit/s標(biāo)準(zhǔn)的電話交換機(jī)已經(jīng)遍及全世界，現(xiàn)在很難再更新?lián)Q代了。

為了有效地利用傳輸線路，通?？偸菍⒃S多個(gè)話路的PCM信號(hào)用時(shí)分復(fù)用TDM(Time Division Multiplexing)的方法裝成幀(即時(shí)分復(fù)用幀)，然后再送往線路上一幀接—幀地傳輸。圖3-20說(shuō)明了E1的時(shí)分復(fù)用幀的構(gòu)成。不難看出，時(shí)分復(fù)用是所有的用戶在不同的時(shí)間，即在分配給自己的專用時(shí)隙(當(dāng)然用完后在歸還)占用大家共享的公共信道(因而不會(huì)發(fā)生干擾)。但從頻率域來(lái)看，大家所占用的頻率范圍都是一樣的。

圖3-20 E1的時(shí)分復(fù)用幀

E1的一個(gè)時(shí)分復(fù)用幀(其長(zhǎng)度T＝l25us)共劃分為32相同時(shí)隙，時(shí)隙的編號(hào)為CH0～CH31。時(shí)隙CH0用作幀同步用，時(shí)隙CHl6用來(lái)傳送信令(如用戶的撥號(hào)信令)?？晒┯脩羰褂玫脑捖肥菚r(shí)隙CH1～CH15和CH17～CH31，共30個(gè)時(shí)隙用作30個(gè)話路。每個(gè)時(shí)隙傳送8bit。因此整個(gè)的32個(gè)時(shí)隙共用256bit。每秒傳送8000個(gè)幀，因此PCM一次群E1的數(shù)據(jù)率就是2.048 M Bit/s。圖3-20在2.048 M Bit/s的傳輸線路兩端同步旋轉(zhuǎn)的開(kāi)關(guān)(這只是為闡述原理用的示意圖)，表示32個(gè)時(shí)隙中的比特的發(fā)送和接收必須和時(shí)隙的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，不能弄亂。

北美使用的T1系統(tǒng)共有24個(gè)話路。每個(gè)話路的采樣脈沖用7bit編碼，然后再加上1位信令碼元，因此一個(gè)話路也是占用8bit。幀同步碼是在24路的編碼之后加1bit，這樣每幀共有193bit。因此T1一次群的數(shù)據(jù)率為1.544 M Bit/s。

當(dāng)需要有更高的數(shù)據(jù)率時(shí)，可以采用復(fù)用的方法。例如，4個(gè)一次群就可以構(gòu)成—個(gè)二次群。當(dāng)然，一個(gè)二次群的數(shù)據(jù)率要比4個(gè)一次群的數(shù)據(jù)率的總和還要多一些，因?yàn)閺?fù)用后還需要有一些同步的碼元。表3-1給出了歐洲和北美系統(tǒng)的高次群的話路數(shù)和數(shù)據(jù)率。日本的一次群用T1，但自己另行一套高次群的標(biāo)準(zhǔn)。

應(yīng)當(dāng)指出，如果在兩個(gè)計(jì)算機(jī)之間的通信電路中，傳輸電路是模擬信道與數(shù)字信道交替組成的，那么由于要進(jìn)行多次模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換，數(shù)字傳輸?shù)膬?yōu)越性就不能充分發(fā)揮。只有整個(gè)端到端通信電路都是數(shù)字傳輸，數(shù)字傳輸?shù)膬?yōu)越性才能得到充分的發(fā)揮?，F(xiàn)在通信網(wǎng)正是朝著這樣的方向去發(fā)展的。

3.5 信道復(fù)用技術(shù)

3.5.1 頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用

前面已初步介紹了復(fù)用(multiplexing)的基本概念，這就是頻分復(fù)用FDM(按頻率別分不同的信道)和時(shí)分復(fù)用TDM(按時(shí)間劃分不同的信道)。這是最基本的信道復(fù)用技術(shù)。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的信道中還廣泛地使用其他種復(fù)用技術(shù)，如統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM，密集波分復(fù)用DWDM和碼分多址CDMA，后兩種復(fù)用將在下面的兩小節(jié)中介紹。

頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用的特點(diǎn)分別如圖3-21(a)和(b)所示。頻分復(fù)用最簡(jiǎn)單，用戶在分配到一定的頻帶后，自始至終都占用這個(gè)頻帶?？梢?jiàn)頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源(請(qǐng)注意，這里的“帶寬”是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率)，而時(shí)分復(fù)用則是將時(shí)間劃分為一段段等長(zhǎng)的時(shí)分復(fù)用幀(TDM幀)。每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一個(gè)TDM幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙。為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，在圖3-2l(b)中只畫(huà)出了4個(gè)用戶A、B、c和D。每一個(gè)用戶所占用的時(shí)隙是用期性地出現(xiàn)(其周期就是TDM幀的長(zhǎng)度)，因此TDM信號(hào)也稱為等時(shí)(isochronous)信號(hào)?？梢钥闯觯瑫r(shí)分復(fù)用的所有用戶是在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度。這兩種復(fù)用方法的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)比較成熟，但缺點(diǎn)是不夠靈活。時(shí)分復(fù)用則更有利于數(shù)字信號(hào)的傳輸。

1. 頻分復(fù)用

1. 時(shí)分復(fù)用

圖3-21 頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用

在使用頻分復(fù)用時(shí)，若每—個(gè)用戶占用的帶寬不變，則當(dāng)復(fù)用的用戶數(shù)增加時(shí)，復(fù)用后的信道的帶寬就跟著變寬。例如，傳統(tǒng)的電話通信每一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)話路的帶寬是4kHz(即通信用的3.1kHz加上兩邊的保護(hù)頻帶)，那么若有100個(gè)用戶進(jìn)行頻分復(fù)用，則復(fù)用后的總帶寬就是4MHz。但在使用時(shí)分復(fù)用時(shí)，每—個(gè)時(shí)分復(fù)用幀的長(zhǎng)度是不變的，始終是125us。若有一千個(gè)用戶進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，則每一個(gè)用戶分配到的時(shí)隙寬度就是125us的千分之一，即0.125us，時(shí)隙寬度變得非常窄。我們應(yīng)注意到，時(shí)隙寬度非常窄的脈沖信號(hào)，其所占的頻譜范圍也是非常寬的。

在進(jìn)行通信時(shí)，復(fù)用器(multiplexer)總是和分用器(demultiplexer)成對(duì)地使用。在復(fù)用器和分用器之間是用戶共享的高速信道。分用器的作用正好和復(fù)用器的相反，它將高速線路傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分用，分別送到相應(yīng)的用戶處。前面給出的圖3-20中的傳輸線路左邊的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)實(shí)際上就是一復(fù)用器，而右邊的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)實(shí)際上就是一個(gè)分用器。

當(dāng)使用時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)，一個(gè)用戶對(duì)已經(jīng)分配到的子信道的利用率一般是不高的。當(dāng)用戶在某一段時(shí)間暫時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)(例如用戶正在鍵盤上輸入數(shù)據(jù)或正在瀏覽屏幕上的信息)，那就只能讓已經(jīng)分配到手的子信道空閑看，而其他用戶也無(wú)法使用這個(gè)暫時(shí)空閑的線路資源。圖3-22說(shuō)明了這一概念。這里假定行4個(gè)用戶A、B、C和D進(jìn)行時(shí)分復(fù)用。圖中只畫(huà)出了3個(gè)時(shí)隙。復(fù)用器按①->②->③->④的順序依次掃描用戶A、B、C和D的各時(shí)隙，然后構(gòu)成一個(gè)個(gè)時(shí)分復(fù)用幀。圖中共畫(huà)出了4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀，每個(gè)時(shí)分復(fù)用幀有4個(gè)時(shí)隙?？梢钥闯?，當(dāng)某用戶暫時(shí)無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，時(shí)分復(fù)用幀分配給該用戶的時(shí)隙只能是處于空閑狀態(tài)，其他用戶即使一直有數(shù)據(jù)要發(fā)送，也不能使用這些空閑的時(shí)隙，這就導(dǎo)致復(fù)用后的信道利用率不高。

圖3-22時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi)

統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM(Statistic TDM)是一種改進(jìn)的時(shí)分復(fù)用，它能明顯地提高信道的利用率。集中器(concentrator)常使用這種統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用。圖3-23是統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的原理圖?！獋€(gè)使用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的集中器連接4個(gè)低速用戶，然后將它們的數(shù)據(jù)集中起來(lái)通過(guò)高速線路發(fā)送到—個(gè)遠(yuǎn)地計(jì)算機(jī)。

圖3-23 統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的原理圖

統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用使用STDM幀來(lái)傳送復(fù)用的數(shù)據(jù)。但每—個(gè)STDM幀中的時(shí)隙數(shù)小于連接在集中器上的用戶數(shù)。各用戶有了數(shù)據(jù)就隨時(shí)發(fā)往集中器的輸入緩存，然后集中器按順序依次掃描輸入緩存，將緩存中的輸入數(shù)據(jù)放入STDM幀中。對(duì)沒(méi)有數(shù)據(jù)的緩存就跳過(guò)去。當(dāng)一個(gè)幀的數(shù)據(jù)放滿了，就發(fā)送出去。因此，STDM幀不是固定地分配時(shí)隙，而是按需動(dòng)態(tài)地分配時(shí)隙。因此統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用可以提高線路的利用率。我們還可看出，在輸出線路上，某一個(gè)用戶所占用的時(shí)隙并不是周期性地出現(xiàn)。因此統(tǒng)計(jì)復(fù)用又稱為異步時(shí)分復(fù)用，而普通的時(shí)分復(fù)用稱為同步時(shí)分復(fù)用。這里應(yīng)注意的是，雖然統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的輸出線路上的數(shù)據(jù)率小于各輸入線路數(shù)據(jù)率的總和，但從平均的角度來(lái)看，這二者是平衡的。假定所有的用戶都不間斷地向集中器發(fā)送數(shù)據(jù)，那么集中器肯定無(wú)法應(yīng)付，它內(nèi)部設(shè)有的緩存都將溢出。所以集中器能夠正常工作的前提是假定各用戶都是間歇地上作。

由于STDM幀中的間隙并不是固定地分配到某個(gè)用戶，因此在某個(gè)時(shí)隙中還必須有用戶的地址信息，這是統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用必須要有的和不可避免的一些開(kāi)銷。在圖3-23輸出線路上每個(gè)時(shí)期之前的白色小時(shí)隙就地放入這樣的地址信息。使用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的集中器也叫做智能復(fù)用器，它能提供對(duì)整個(gè)報(bào)文的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)能力(但大多數(shù)復(fù)用器一次只能存儲(chǔ)一個(gè)字符或—個(gè)比特)，通過(guò)排隊(duì)方式使各用戶更合理地共享信道。此外，許多集中器還可能具有路由選擇、數(shù)據(jù)壓縮、前向糾錯(cuò)的功能。

最后要強(qiáng)調(diào)一下，TDM幀和STDM幀都是在物理層傳送的比特流中所劃分的幀。這種“幀”和我們以后要討論的數(shù)據(jù)鏈路層的“幀”是完全不同的概念，不可弄混。

3.5.2 波分復(fù)用

波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。光纖技術(shù)的應(yīng)用使得數(shù)據(jù)的傳輸速率空前提高。目前一根單模光纖的傳輸速率可達(dá)到2.5 G Bit/s。再提高傳輸速率就比較困難了。如果設(shè)法對(duì)光纖傳輸中的色散(dispersion)問(wèn)題加以解決，如采用色散補(bǔ)償技術(shù)，則—根單模光纖的傳輸速率可達(dá)到10G Bit/s。這幾乎已到了單個(gè)光載波信號(hào)傳輸?shù)臉O限值。

但是，人們借用傳統(tǒng)的載波電話的頻分復(fù)用的概念，就能做到使用一根光纖來(lái)同時(shí)傳輸多個(gè)頻率很接近的光載波信號(hào)。這樣就使光纖的傳輸能力成倍地提高了。由于光載波的頻率很高，因此習(xí)慣上用波長(zhǎng)而不用頻率來(lái)表示所使用的光載波。這樣就得出了波分復(fù)用這一名詞。最初，人們只能在一根光纖上復(fù)用兩路光載波信號(hào)，這種復(fù)用方式稱為波分復(fù)用WDM。隨著技術(shù)的發(fā)展，在一根光纖上復(fù)用的路數(shù)越來(lái)越多。現(xiàn)在己能做到在一根光纖上復(fù)用80路或更多路數(shù)的光載波信號(hào)。于是就使用了密集波分復(fù)用DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)這一名詞。圖3-24說(shuō)明了波分復(fù)用的概念。

圖3-24 波分復(fù)用的概念

圖3-24表示8路傳輸速率均為2.5 G Bit/s的光載波(其波長(zhǎng)均為1310 nm),經(jīng)光的調(diào)制后，分別將波長(zhǎng)變換到1550～1557nm，每個(gè)光載波相隔1nm(這里只是為了說(shuō)明問(wèn)題的方便，實(shí)際上光載波的間隔一般是0.8或1.6nm)，這8個(gè)光載波(它們的波長(zhǎng)是很接近的)經(jīng)過(guò)復(fù)用器后，就在一根光纖中傳輸。因此，在一根光纖上數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偹俾示瓦_(dá)到了8x2.5 G Bit/s＝20 G Bit/s。但光信號(hào)傳輸了一段距離后就會(huì)衰減，因此對(duì)衰減了的光信號(hào)必須進(jìn)行放大才能繼續(xù)傳輸，現(xiàn)在已經(jīng)有了很好的摻鉺光纖放大器EDFA(Erbium Doped Fiber Amplifier)。它是一種光放大器，不需要進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，并且在1550nm波長(zhǎng)附近有35nm(即42THz)頻帶范圍提供較均勻的、最高可達(dá)40～50dB的增益。兩個(gè)光纖放大器之間的線路長(zhǎng)度可達(dá)120km，而光復(fù)用器和分用器之間的無(wú)光電轉(zhuǎn)換的距離可達(dá)600 km(只需放入4個(gè)光纖放大器)。在使用波分復(fù)用技術(shù)和光纖放人器之前，要在600km的距離傳輸20 G Bit/s，需要鋪設(shè)8根速率為2.5G Bit/s的光纖，而且每隔35km要用一個(gè)再生中繼器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后的放大，并再轉(zhuǎn)換為光信號(hào)(這樣的中繼器總共需要有128個(gè)之多)。

在地下鋪設(shè)光纜是耗資很大的工程。因此現(xiàn)在人們總是在一根光纜中放入盡可能多的光纖(例如，放入100根以上的光纖)，然后對(duì)每—根光纖再使用密集波分復(fù)用技術(shù)。因此，對(duì)于具有100根速率為2.5G Bit/s的光纖，采用16倍的密集波分復(fù)用，得到的總數(shù)據(jù)率即達(dá)4Tbit/s。這里的T為10¹²，中文名詞是“太”，即“兆兆’。

3.5. 3 碼分復(fù)用

碼分復(fù)用CDM(Code Division Multiplexing)是另一種共享信道的方法。實(shí)際上，人們更常用的名詞是碼分多址CDMA(Code Division Multiple Access)每一個(gè)用戶可以在同樣的時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信。由于各用戶使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，因此不會(huì)造成干擾。碼分復(fù)用最初是用于軍事通信，因?yàn)檫@種系統(tǒng)發(fā)送的信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，CDMA設(shè)備的價(jià)格和體積都大幅度下降，因而現(xiàn)在已廣泛使用在民用的移動(dòng)通信中，特別是在無(wú)線局域網(wǎng)中。采用CDMA可提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，減少干擾對(duì)通信的影響，增大通信系統(tǒng)的容量(是使用GSM的4～5倍)，降低手機(jī)的平均發(fā)射功率等等。下面簡(jiǎn)述其工作原理。

在CDMA中，每一個(gè)比特時(shí)間再劃分為m個(gè)短的間隔．稱為碼片(chip)。通常m的值是64或128。在下面的原理性說(shuō)明中，為了畫(huà)圖簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們?cè)O(shè)M為8。

便用CDMA的每一個(gè)站被指派一個(gè)唯一的m bit碼片序列(chip sequence)。一個(gè)站如果要發(fā)送比特1，則發(fā)送它自己的M bit碼片序列。如果要發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼。例如，指派給S站的8bit碼片序列是00011011。當(dāng)S發(fā)送比特1時(shí)，它就發(fā)送序列00011011,而當(dāng)S發(fā)送比特0時(shí)，就發(fā)送11100100。為了方便，我們以后將碼片中的0寫(xiě)為-1,將1寫(xiě)為+1.因此S站的碼片序列為(-1-1-1+1+1-1+1+1)。

現(xiàn)假設(shè)S站要發(fā)送信息的數(shù)據(jù)率為b bit/s，由于每一個(gè)比特要轉(zhuǎn)換成m個(gè)比特的碼片，因比S站實(shí)際上發(fā)送的數(shù)據(jù)率提高到m b bit/s。同時(shí)s站所占用的頻帶寬度也提高到原來(lái)數(shù)值的m倍，這種通信方式是擴(kuò)頻(spread spectrum)通信中的一種。擴(kuò)頻通信通常有兩大類。一種是直接序列(direct sequence)，如上面講的使用碼片序列就是這一類，記為DS-CDMA。另—種是跳頻(frequency hopping)，記為FH-CDMA。

CDMA系統(tǒng)的一個(gè)重要特點(diǎn)就是系統(tǒng)給每—個(gè)站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須相互正交(orthogonal)。在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。用數(shù)學(xué)公式可以很清楚地表示碼片序列的這種正交關(guān)系。令向量S表示站S的碼片向量，再令T表示其他任何站的碼片向量。兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的內(nèi)積(inner product)都是0。

例如，向量S為(-1-1-1+1+1-1+1+1)，同時(shí)設(shè)向量T為(-1-1+1-1+1+1+1-1)。這相當(dāng)于T站的碼片序列為00101110。將向量S利T的各分量值代入(3-4)式就可看出這兩個(gè)碼片序列是正交的。不僅如此，向量S和各站碼片反碼的向量的內(nèi)積也是0。另外一點(diǎn)也很重要，即任何一個(gè)碼片向量的規(guī)格化內(nèi)積都是1。而一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是-1。這從式(3-5)可以很清楚地看出，因?yàn)榍蠛偷母黜?xiàng)都變成了-1。

現(xiàn)在假定在一個(gè)CDMA系統(tǒng)中有很多站都在互相通信，他們發(fā)送的是自己的碼片序列(相當(dāng)于發(fā)送比特1)?；虼a片序列的二進(jìn)制反碼(相當(dāng)于發(fā)送比特0)，或什么也不發(fā)(相當(dāng)于沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送)。我們還假定所有的站所送的碼片序列都是同步的，即所有的碼片序列都在同一個(gè)時(shí)刻開(kāi)始。利用全球定位系統(tǒng)GPS就不難做到這點(diǎn)。

現(xiàn)假定有一個(gè)X站要接收S站發(fā)送的數(shù)據(jù)。X站就必須知道S站所特有的碼片序列。X站使用它得到的碼片向量S與接收到的未知信號(hào)進(jìn)行求內(nèi)積的運(yùn)算。X站接收到的信號(hào)是各個(gè)站發(fā)送的碼片序列之和。根據(jù)上面的公式(3-4)和(3-5)，再根據(jù)疊加原理(假定各種信號(hào)經(jīng)過(guò)信道到達(dá)接收端是疊加的關(guān)系)，那么求內(nèi)相得到的結(jié)果是：所有其它站的信號(hào)都被過(guò)濾掉(其內(nèi)積的相關(guān)項(xiàng)都是0)，而只剩下S站發(fā)送的信號(hào)。當(dāng)S站發(fā)送比特1時(shí)，在X站計(jì)算內(nèi)積的結(jié)果是+1,當(dāng)S站發(fā)送比特0時(shí)，內(nèi)積的結(jié)果是-1。

圖3－25是CDMA的工作原理。設(shè)S站要發(fā)送的數(shù)據(jù)是110三個(gè)碼元。再設(shè)CDMA將每一個(gè)碼元擴(kuò)展為8個(gè)碼片，而S站選擇的碼片序列為（－1－1－1＋1＋1－1＋1＋1）。S站發(fā)送的擴(kuò)頻信號(hào)為Sx。我們應(yīng)當(dāng)注意到，S站發(fā)送的擴(kuò)頻信號(hào)Sx 中，只飲食互為反碼的兩種碼片序列。T站選擇的碼片序列為（－1－1＋1－1＋1＋1＋1－1），T站也發(fā)送110三個(gè)碼元，而T站的擴(kuò)頻信號(hào)為Tx。因?yàn)樗械恼径际褂孟嗤念l率，所以，每一個(gè)站都能收到所有的站發(fā)送的擴(kuò)頻信號(hào)。對(duì)于我們的例子，所有的站收到的都是疊加的信號(hào)Sx+Tx。

當(dāng)接收站打算收S站發(fā)送的信號(hào)時(shí)，就用S站的碼片序列與收到的信號(hào)求規(guī)格化內(nèi)積。這相當(dāng)于分別計(jì)算S·Sx和S·Tx，然后再求它們的和。顯然，后者是零，而前者就是S站發(fā)送的數(shù)據(jù)比特。

關(guān)于CDMA更進(jìn)一步的了解可參閱[VITER95]。

3.6 同步光纖網(wǎng)SONET和同步數(shù)字系列SDH

在前面3.4.3節(jié)所介紹的數(shù)字傳輸系統(tǒng)存在著許多缺點(diǎn)。其中最主要的是以下兩個(gè)。

(1)速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。PCM的一次群數(shù)字傳輸速率有兩個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)是北美和日本的T1速率，而另一個(gè)是歐洲的E1速率。但是到了高次群日本又搞了第三種不兼容的標(biāo)準(zhǔn)。如不對(duì)高次群的數(shù)字傳輸速率進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，國(guó)際范圍的高速數(shù)據(jù)傳輸就很難實(shí)現(xiàn)，因?yàn)楦叽稳旱臄?shù)字傳輸速率的轉(zhuǎn)換十分困難。然而高次群的數(shù)字傳輸速率各國(guó)都已使用了不少時(shí)間，誰(shuí)都不愿意拋棄正在使用的大量設(shè)備并改用別人的數(shù)字傳輸速率標(biāo)準(zhǔn)。

(2)不是同步傳輸。前面已經(jīng)講過(guò)，在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，為了節(jié)省經(jīng)費(fèi)，各國(guó)的數(shù)字網(wǎng)主要是采用準(zhǔn)同步方式。這時(shí)，必須采用復(fù)雜的脈沖填充方法才能補(bǔ)償由于頻率不準(zhǔn)確而造成的定時(shí)誤差。這就給數(shù)字信號(hào)的復(fù)用和分用帶來(lái)許多麻煩。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾瘦^低時(shí)，收發(fā)雙方時(shí)鐘頻率的微小差異并不會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的不良影響。但是當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾什粩嗵岣邥r(shí)，這個(gè)收發(fā)雙方時(shí)鐘同步的問(wèn)題就成為迫切需要加以解決的問(wèn)題。

為了解決上述問(wèn)題，美國(guó)首先在1988年提出了一個(gè)數(shù)字傳輸標(biāo)準(zhǔn)，叫做同步光纖網(wǎng)SONET(Synchronous Optical Network)。SONET為光纖傳輸系統(tǒng)定義了同步傳輸?shù)木€路速率等級(jí)結(jié)構(gòu)，其傳輸速率以51.84M Bit/s為基礎(chǔ)，大約對(duì)應(yīng)于T3/E3的傳輸速率，此速率對(duì)電信號(hào)稱為第1級(jí)同步傳送信號(hào)(Synchronous Transport Signal)，即STS-1,對(duì)光信號(hào)則稱為第1級(jí)光載波(Optical Carrier)，即OC-1?，F(xiàn)已定義了從51.84M Bit/s(即0C-1)一直到9953.280 M Bit/s(即0C-192/STS-192)的標(biāo)準(zhǔn)。

ITU-T以美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)SONET為基礎(chǔ),制定出國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列SDH(synchronous Digital Hierarchy)，即1988年通過(guò)的G.707～709等三個(gè)建議書(shū)。到1992年又增加了十幾個(gè)建議書(shū)。一般可認(rèn)為SDH與SONET是同義詞，但其主要不同點(diǎn)是：SDH的基本速率為155．52 M Bit/s，稱為第1級(jí)同步傳遞模塊(STM-1)，相當(dāng)于SONET體系中的OC-3速率。表3-2為SONET和SDH的比較。表中帶有星號(hào)*的4種速率是現(xiàn)在最常用的。為方便起見(jiàn)，在談到SONET/SDH的常用速率時(shí)，往往使用表中最后一列給出的近似值。

SDH/SONET定義了標(biāo)準(zhǔn)化光信號(hào)，規(guī)定了波長(zhǎng)為1310nm和1550nm的激光源。在物理層為寬帶接口使用了幀技術(shù)以傳遞信息。為數(shù)字信號(hào)的復(fù)用和操作過(guò)程定義了幀結(jié)構(gòu)。

SONET標(biāo)準(zhǔn)定義了四個(gè)光接口層。這雖然在概念上有點(diǎn)像OSI參考模型，但SONET自身只對(duì)應(yīng)于OSI的物理層。SONET的層次自下而上如圖 3-25所示。

圖 3-26 SONET的體系結(jié)構(gòu)

光子層(Photonic Layer)：處理跨越光纜的比特傳送，并負(fù)責(zé)進(jìn)行STS的電信號(hào)和OC的光信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。在此層由電光轉(zhuǎn)換器進(jìn)行通信。

數(shù)字段層(Section Layer)：在光纜上傳送STS-N幀，有成幀和差錯(cuò)檢測(cè)功能。

上述兩層是必須要有的，但下面兩層是可供選擇的。

1. 線路層(Line Layer)：負(fù)責(zé)路徑層的同步和復(fù)用以及交換的自動(dòng)保護(hù)。
2. 路徑層(Path Layer)：處理路徑端接設(shè)備PTE(Path Terminating Element)之間的業(yè)務(wù)的傳輸，這里PTE是具有SONET能力的交換機(jī)。路徑層還具有與非SONET網(wǎng)絡(luò)的接口。

SDH的幀結(jié)構(gòu)是一種塊狀幀，其基本信號(hào)是STM-1，更高的等級(jí)是用N個(gè)STM-1復(fù)用組成STM-N。如4個(gè)STM-1構(gòu)成STM-4，16個(gè)STM-1構(gòu)成STM-16。 SDH簡(jiǎn)化了復(fù)用和分用技術(shù)，需要時(shí)可直接接人到低速支路，而不經(jīng)過(guò)高速到低速的逐級(jí)分用，上下電路方便。SDH采用自愈混合環(huán)形網(wǎng)結(jié)構(gòu)。并與數(shù)字交接系統(tǒng)DACS(Digital Access and Cross-connect System)結(jié)合使用，可使網(wǎng)絡(luò)按預(yù)定方式重新組配。避免了耗資的人工操作。因而大大提高了通信網(wǎng)的靈活性和可靠性。光纖信道的帶寬充裕，因此SDH可在其幀結(jié)構(gòu)中使用較多的比特用于管理，這就大大增強(qiáng)了通信網(wǎng)的運(yùn)行、維護(hù)、監(jiān)控和管理功能。

SDH/SONET標(biāo)準(zhǔn)的制定，使北美、日本和歐洲這三個(gè)地區(qū)三種不同的數(shù)字傳輸體制在STM-1等級(jí)上獲得了統(tǒng)一。各國(guó)都同意將這一速率以及在此基礎(chǔ)上的更高的數(shù)字傳輸速率作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這是第一次真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字傳輸體制上的世界性標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在SDH/SONET標(biāo)準(zhǔn)己成為公認(rèn)的新—代理想的傳輸網(wǎng)體制，因而對(duì)世界電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重大的意義。SDH標(biāo)準(zhǔn)也適合于微波和衛(wèi)星傳輸?shù)募夹g(shù)體制［COMM90］。

3.7 EIA-232-E接口標(biāo)準(zhǔn)

本節(jié)主要介紹EIA-232-E標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也說(shuō)明 RS-449的特點(diǎn)。

EIA-232-E是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA制定的著名物理層標(biāo)準(zhǔn)。它最早是1962年制定的標(biāo)準(zhǔn)RS-232。這里RS表示EIA的一種“推薦標(biāo)準(zhǔn)”，232是個(gè)編號(hào)。在1969年修訂為RS-232-C，C是標(biāo)準(zhǔn)RS-232以后的第三個(gè)修訂版本。1987年1月，修訂為EIA-232-D。1991年又修訂為ELA-232-E。由于標(biāo)準(zhǔn)修改得并為多，因此現(xiàn)在很多廠商仍用舊的名稱。有時(shí)簡(jiǎn)稱為EIA-232，甚至說(shuō)得更簡(jiǎn)單些：“提供232接口”。

EIA-232是DTE與DCE之間的接口標(biāo)準(zhǔn)，因此下面先介紹什么是DTE和DCE。

圖3-27 DTE通過(guò)DCE與通信傳輸線路相連

DTE(Data Terminal Equipment)是數(shù)據(jù)終端設(shè)備，也就是具有一定的數(shù)據(jù)處理能力以及發(fā)送和接收數(shù)據(jù)能力的設(shè)備。大家知道，大多數(shù)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸能力是很有限的。直接將相隔很遠(yuǎn)的兩個(gè)數(shù)據(jù)處理設(shè)備連接起來(lái)，是不能進(jìn)行通信的，必須在數(shù)據(jù)處理設(shè)備和傳輸線路之間，加上一個(gè)中間設(shè)備。這個(gè)中間設(shè)備就是數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備DCE(Data Circuit-terminating Equipment)。DCE的作用就是在DTE和傳輸線路之間提供信號(hào)變換和編碼的功能，并且負(fù)責(zé)建立、保持和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接。DTE通過(guò)DCE與通信傳輸線路相連，如圖3-26所示。

DTE可以是一臺(tái)計(jì)算機(jī)或一個(gè)終端，也可以是各種的I/O設(shè)備，典型的DCE則是一個(gè)與模擬電話線路相連接的調(diào)制解調(diào)器。我們從圖3-26可以看到，DCE雖然處于通信環(huán)境內(nèi)，但它和DTE均屬于用戶設(shè)施。用戶環(huán)境只包括DTE。

DTE與DCE之間的接口一般都有許多條并行線，包括多種信號(hào)線和控制線。DCE將DTE傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，按比特順序逐個(gè)發(fā)往傳輸線路，或者反過(guò)來(lái)，從傳輸線路收下來(lái)串行的比特流，然后再交給DTE。很明顯，這里需要高度協(xié)調(diào)地工作。為了減輕數(shù)據(jù)處理設(shè)備用戶的負(fù)擔(dān)，就必須對(duì)DTE和DCE的接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。這種接口標(biāo)準(zhǔn)也就是所謂的物理層協(xié)議。

多數(shù)的物理層協(xié)議使用如圖3-26所示的模型。但也有一些不是這樣。例如，在局域網(wǎng)中，物理層協(xié)議所定義的是一個(gè)數(shù)據(jù)終端設(shè)備和鏈路的傳輸媒體的接口，而并沒(méi)有使用這種DTE-DCE模型。

下面扼要介紹一下物理層標(biāo)準(zhǔn)EIA-232的—些主要特點(diǎn)。

在機(jī)械特性方面，EIA-232使用ISO 2110關(guān)于插頭座的標(biāo)準(zhǔn)。這就是使用25根引腳的DB-25插頭座。引腳分為上、下兩排，分別有13和12根引腳，其編號(hào)分別規(guī)定為1至13和14至25，都是從左到右(當(dāng)引腳指向人時(shí))。

在電氣性能方面，EIA-232與CCITT的V.28建議書(shū)一致。這里要注意的是：EIA-232采用負(fù)邏輯。也就是說(shuō)，邏輯0相當(dāng)于對(duì)信號(hào)地線有+3V或更高的電壓，而邏輯1相當(dāng)于對(duì)信號(hào)地線有-3V或更低的電壓。邏輯0相當(dāng)于數(shù)據(jù)的“0”(空號(hào))或控制線的“按通”狀態(tài)。而邏輯1則相當(dāng)于數(shù)據(jù)的“1”(傳號(hào))或控制線的“斷開(kāi)”狀態(tài)。當(dāng)連接電纜線的長(zhǎng)度不超過(guò)15m時(shí)，允許數(shù)據(jù)傳輸速率不超過(guò)20 Kbit/s。但是當(dāng)連接電路長(zhǎng)度較短時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率就可以大大提高。

EIA-232的功能特性與原CCITT的V.24建議書(shū)一致。它規(guī)定了什么電路應(yīng)當(dāng)連接到25根引腳中的哪一根以及該引腳的作用。圖3-27畫(huà)的是最常用的10根引腳的作用，括弧中的數(shù)目為引腳的編號(hào)。其余的一些引腳可以空著不用。圖中引腳7是信號(hào)線，即公共回線。引腳1是保護(hù)地(即屏蔽地)，有時(shí)可不用。引腳2和引腳3都是傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)線。“發(fā)送”和“接收”都是對(duì)DTE而言。有時(shí)只用圖中的9個(gè)引腳(將“保護(hù)地”除外)制成專網(wǎng)的9芯插頭，供計(jì)算機(jī)與調(diào)制解調(diào)器的連接使用。

EIA-232的功能特性規(guī)定了在DTE與DCE之間所發(fā)生的事件的合法序列，這部分內(nèi)容與原CCITT的V.24建以書(shū)一致。

下面通過(guò)圖3-28的例子，說(shuō)明DTE-A要向DTE-B發(fā)送數(shù)據(jù)所要經(jīng)過(guò)的幾個(gè)主要步驟。(1)當(dāng)DTE-A要和DTE-B進(jìn)行通信時(shí)，就將引腳20“DTE就緒”置為ON，同時(shí)通過(guò)引腳2“發(fā)送數(shù)據(jù)”向DCE-A傳送電話號(hào)碼信號(hào)。

(2)DCE-B將引腳22“振鈴指示”置為ON，表示通知DTE-B有呼叫信號(hào)到達(dá)(在振鈴的間隙以及其他時(shí)間，振鈴指示均為OFF狀態(tài))。DTE-B就將其引腳20“DTE就緒”置為ON，DCE-B接著產(chǎn)生載波信號(hào)，并將引腳6“DCE就緒”置為ON，表示已準(zhǔn)備好接收數(shù)據(jù)。

(3)當(dāng)DCE-A檢測(cè)到載波信號(hào)時(shí)，將引腳8“載波檢測(cè)”利引腳6“DCE就緒”都置為ON，以便使DTE-A知道通信電路已經(jīng)建立。DCE-A還可通過(guò)引腳3“接收數(shù)據(jù)”向DTE-A發(fā)送在其屏幕上顯示的信息。

(4)DCE-A接著向DCE-B發(fā)送其載波信號(hào)，DCE-B將其引腳8“載波檢測(cè)”置為0N。

(5)當(dāng)DTE-A要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將其引腳4“請(qǐng)求發(fā)送”置為ON，DCE-A作為響應(yīng)將引腳5“允許發(fā)送”置為ON。然后DTE-A通過(guò)引腳2“發(fā)送數(shù)據(jù)”來(lái)發(fā)送其數(shù)據(jù)。DCE-A將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)向DCE-B發(fā)送過(guò)去。

(6)DCE-B將收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)引腳3“接收數(shù)據(jù)”向DTE-B發(fā)送。

其他的一些引腳的作用是：選擇數(shù)據(jù)的發(fā)送速率，測(cè)試調(diào)制解調(diào)器，傳送數(shù)據(jù)的碼元定時(shí)信號(hào)，以及從另一個(gè)輔助信道反向發(fā)送數(shù)據(jù)等。但是這些引腳實(shí)際中卻很少使用。

許多產(chǎn)品部聲稱自己的串行接口是“與EIA-232標(biāo)準(zhǔn)兼容”。應(yīng)當(dāng)注意，這只是說(shuō)，該接口的電氣特性和機(jī)械特性與EIA-232接口標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有矛盾。但我們?nèi)詿o(wú)法得知該接口是否能夠支持EIA-232的全部功能。這是因?yàn)椋芏鄰S商出售的調(diào)制解調(diào)器只使用了接口的25根引腳中的4～12根。因此他們所實(shí)現(xiàn)的很可能只是整個(gè)EIA-232標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)子集。因此應(yīng)該弄清你所需要的性能是否已包括在這個(gè)子集之中。

EIA還規(guī)定了插頭應(yīng)裝在DTE上，插座應(yīng)裝在DCE。因此當(dāng)終端或計(jì)算機(jī)與調(diào)制解調(diào)器相連時(shí)就非常方便。然而有時(shí)卻需要將兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)EIA-232串行接口直接相連。這顯然有點(diǎn)麻煩。例如，這臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)引腳2發(fā)送數(shù)據(jù)，但仍然傳送到另一臺(tái)計(jì)算機(jī)的引腳2這就讓對(duì)方無(wú)法接收。為了不改動(dòng)計(jì)算機(jī)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的串行接口線路，可以采用虛調(diào)制解調(diào)器的方法。所謂虛調(diào)制解調(diào)器就是—段電纜，具體的連接方法如圖3-29所示，這樣對(duì)每一臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，都好像是與—個(gè)調(diào)制解調(diào)器相連，但實(shí)際上并沒(méi)有真正的調(diào)制解調(diào)器存在。

EIA-232接口標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)較大的弱點(diǎn)，即：數(shù)據(jù)的傳輸速率最高為20Kbit/s；連接電纜的最大長(zhǎng)度不超過(guò)15m。這就促使人們制定性能更好的接口標(biāo)準(zhǔn)。出于這種考慮，EIA于1977制定了一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)RS-449，以便逐漸取代舊的RS-232。

實(shí)際上RS-449由3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組成，即：

(1)RS-449 規(guī)定接口的機(jī)械特性、功能特性和過(guò)程特性。RS-449采用37根引腳的插頭座，在CCIIT的建議書(shū)中，RS-449相當(dāng)于V.35。

(2)RS-423-A 規(guī)定在采用非平衡傳輸時(shí)(即所有的電路共用一個(gè)公共地)的電氣特性。當(dāng)連接電纜長(zhǎng)度為10m時(shí)，數(shù)據(jù)的傳輸速率可達(dá)300Kbit/s。

(3)RS-422-A 規(guī)定在采用平衡傳輸時(shí)(即所有電路沒(méi)有公共地)的電氣特性。它可將作輸速率提高到2 M Bit/s，而連接電纜長(zhǎng)度可超過(guò)60m。當(dāng)連接電纜長(zhǎng)度更短時(shí)(如10m)，則傳輸速率還可以更高些(如達(dá)到10M Bit/s)。

通常EIA-232/V.24用于標(biāo)準(zhǔn)電話線路(一個(gè)話路)的物理層接口，而RS-449/V.35則用于寬帶電路(一般都是租用電路)，其典型的傳輸速率為48～168Kbit/s，都是用于點(diǎn)到點(diǎn)的同步傳輸。

關(guān)于RS-449的詳細(xì)說(shuō)明可參閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，這里從略。

以上所講的EIA-232和RS-449標(biāo)準(zhǔn)只是ITU-T為在模擬電話網(wǎng)上傳送數(shù)據(jù)的接口標(biāo)準(zhǔn)系列中的一部分。全面詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)都由ITU-T的V系列建議書(shū)給出。

習(xí) 題

1. 物理層要解決哪些問(wèn)題？物理層的主要特點(diǎn)是什么？物理層協(xié)議與物理層規(guī)程有何區(qū)別？

2．試給出數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型并說(shuō)明其主要組成構(gòu)件的作用。

3．試解釋以下名詞：數(shù)據(jù)，信號(hào)，模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)、單工通信、半雙工通信．全雙工通信。

4．奈氏準(zhǔn)則與香農(nóng)公式在數(shù)據(jù)通信中的意義是什么 比特和波特有何區(qū)別

5．常用的傳輸媒體有哪幾種 各有何特點(diǎn)

6．什么是曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼 其特點(diǎn)如何

7．傳播時(shí)延與發(fā)送時(shí)延有何區(qū)別 試給出兩種不同的情況，其中一種情況是傳播時(shí)延在總時(shí)延中占據(jù)主要成分，而另一種情況是發(fā)送時(shí)延是主要的。

8．模擬傳輸系統(tǒng)與數(shù)字傳輸系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是什么

9．EIA-232和RS-449接口標(biāo)準(zhǔn)各用在什么場(chǎng)合

10．基帶信號(hào)與寬帶信號(hào)的傳輸各有什么特點(diǎn)

11．有600MB(兆字節(jié))的數(shù)據(jù)，需要從南京傳送到北京。一種方法是將數(shù)據(jù)寫(xiě)到磁盤上，然后托人乘火車將這些磁盤捎去。另一種方法是用計(jì)算機(jī)通過(guò)長(zhǎng)途電話線路(設(shè)信息傳輸?shù)乃俾适?/span>24 Kbit/s)傳送此數(shù)據(jù)。試比較這兩種方法的優(yōu)劣。

若信息傳送速率為33.6Kbit/s，其結(jié)果又如何

12．56 Kbit/s的調(diào)制解調(diào)器是否已突破了香農(nóng)的信道極限傳輸速率 這種調(diào)制解調(diào)器的使用條件是怎樣的

13．在3.3.1節(jié)介紹雙絞線時(shí)，我們說(shuō)：“在數(shù)字傳輸時(shí)，若傳輸速率為每秒幾個(gè)兆比特則傳輸距離可達(dá)幾公里。”但目前我們使用調(diào)制解調(diào)器與ISP相連時(shí)，數(shù)據(jù)的傳輸最高只能達(dá)到56 Kbit/s，與每秒幾個(gè)兆比特相去甚遠(yuǎn)。這是為什么？

14．試寫(xiě)出下列縮寫(xiě)的全文，并進(jìn)行簡(jiǎn)單的解釋。

FDM，TDM，STDM，WDM，DWDM．CDMA，SONET，SDH，STM-1，OC-48，DTE，DCE，EIA，ITU-T，CCITT， ISO。

15．碼分多址(CDMA)為什么可以使所有用戶在同樣的時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信而不會(huì)互相干擾 這種復(fù)用方法有何優(yōu)缺點(diǎn)

16．共有4個(gè)站進(jìn)行碼分多址通信。4個(gè)站的碼片序列為：

A：(-1-1-1+1+1-1+1+1) B：(-1-1+1-1+1+1+1-1)

C：(-1+1-1+1+1+1-1-1) D：(-1+1-1-1-1-1+1-1)

現(xiàn)收到這樣的碼片序列：(-1+1-3+1-1-3+1+1)。問(wèn)哪個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)了 發(fā)送數(shù)據(jù)的站發(fā)送的1還是0