【计算机网络学习笔记】第二章物理层

导引型传输媒体

1. 双绞线

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

使用双绞线最多的地方就是到处都有的电话系统

模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几到十几公里

无论是哪种类别的双绞线，衰减都随频率升高而增大。使用更粗的导线可以降低衰减，但增加了导线的重量和价格

2. 同轴电缆

同轴电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层（也可以是单股的）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

3. 光缆

光纤通信就是利用光导纤维（以下简称为光纤）传递光脉冲来进行通信

实际上，只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某个临界角度，就可产生全反射。因此，可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。这种光纤就称为多模光纤

若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。这样的光纤称为单模光纤

光纤的主要优点就是通信容量大，另外还有以下优点

• 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济


• 抗雷电和电磁干扰性能好。这在有大电流脉冲干扰的环境下尤为重要


• 无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据


• 体积小，重量轻。这在现有电缆管道己拥塞不堪的情况下特别有利

非导引型传输媒体

当通信需要通过一些山脉或者河流的时候，导引型传输媒体就不是很方便了

短波通信(即高频通信)主要是靠电离层的反射。但电离层的不稳定所产生的衰落现象和电离层反射所产生的多径效应，使得短波信道的通信质量较差。因此，当必须使用短波无线电台传送数据时，一般都是低速传输，即速率为一个标准模拟话路传几十至几百比特/秒。只有在采用复杂的调制解调技术后，才能使数据的传输速率达到几千比特/秒

无线电微波通信在数据通信中占有重要地位。微波在空间主要是直线传播。由于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此它不像短波那样可以经电离层反射传播到地面上很远的地方。传统的微波通信主要有两种方式，即地面微波接力通信和卫星通信

• 地面微波接力通信：容量大、干扰小、见效快，但信道必须直视，且保密性比较差，易受天气影响


• 卫星通信：距离远，容量大，但传播时延高，保密性较差，造价高

四、信道复用技术

复用技术是用于提高信道利用率和降低信道建设成本的一种技术

**频分复用FDM：**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。可见频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源

**时分复用TDM：**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周期性地出现。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

这两种复用方法的优点是技术比较成熟，但缺点是不够灵活。时分复用则更有利于数字信号的传输

在使用频分复用时，若每一个用户占用的带宽不变，则当复用的用户数增加时，复用后的信道的总带宽就跟着变宽
而对于时分复用来说，用户增加，时隙宽度减小，宽度非常窄的脉冲信号所占的频谱范围也是非常宽的

在前两者的基础上，为了提高时分复用的利用率，又提出了统计时分复用（STDM）

统计时分复用使用STDM帧来传送复用的数据。但每一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数

由于STDM帧中的时隙并不是固定地分配给某个用户，因此在每个时隙中还必须有用户的地址信息，这是统计时分复用必须要有的和不可避免的一些开销

这里的集中器能够稳定工作的前提是假定各用户都是间歇地工作

另外还有波分复用（WDM），就是光的频分复用，但是光的频率一般比较高不好表示，所以用波长来表示
随着技术的提高，在一根光纤上复用的波越来越多，就用到了新的技术密集波分复用 （DWDM）

另外还有码分复用（CDM），其实就是给每一个用户一个单独的标识进行转换，分用器则根据标识来识别
这里的标识，术语叫做码型，各码型之间彼此正交，不会相互干扰

1用给定的码型来替代，0用所用码型的反码来替代，通过正交来进行解码

五、宽带接入技术

ADSL技术

非对称数字用户线ADSL是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造

原先建设的电话线路实际可以通过的信号频率可以超过1MHz，但电话只限制在300~3400Hz的范围内

ADSL的传输距离取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大）

ADSL在用户线（铜线）的两端各安装一个ADSL调制解调器。这种调制解调器的实现方案有许多种

目前我国用的是离散多音调技术DMT，也就是“多载波”或“多子信道”的意思。其中下行比上行要多

ADSL不能保证固定的数据率，要根据用户线的质量来判断有多少个信道可以用

基于ADSL的接入网由以下三大部分组成：数字用户线接入复用器DSLAM，用户线，用户家中的一些设施

ADSL调制解调器又称为接入端接单元，分为ATU-C和ATU-R

用户电话通过电话分离器（Splitter）和ATU-R连在一起，经用户线到端局， 并再次经过一个电话分离器把电话连到本地电话交换机。电话分离器是无源的，它利用低通滤波器将电话信号与数字信号分开

ADSL最大的好处就是可以利用现有电话网中的用户线（铜线），而不需要重新布线

光纤同轴混合网(HFC网)

光纤同轴混合网是在目前覆盖面很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网

光纤从头端通过光纤连接到光纤结点(fiber node)。在光纤结点光信号被转换为电信号，然后通过同轴电缆传送到每个用户家庭

原来的有线电视网的最高传输频率是450 MHz,并且仅用于电视信号的下行传输。但现在的HFC网具有双向传输功能，而且扩展了传输频带

为了使模拟的电视机接收数字信号，一般要用到机顶盒，其一般也内置了电缆调制解调器(cable modem)

FTTx技术

尽快地把用户的上网速率进行升级是ISP的重要任务

光纤到户FTTH (Fiber ToThe Home)应当是最好的选择，但利用率不高且费用较高

在这种情况下，就出现了多种宽带光纤接入方式，称为FTTx,表示Fiber To The…这里字母x可代表不同的光纤接入地点。实际上，FTTx就是把光电转换的地方

一个家庭用户远远用不了一根光纤的通信容量。为了有效地利用光纤资源，在光纤干线和广大用户之间，还需要铺设一段中间的转换装置即光配线网ODN (Optical Distribution Network)，使数十个家庭用户能够共享一根光纤干线

光线路终端OLT (Optical Line Terminal)是连接到光纤干线的终端设备。OLT把收到的下行数据发往无源的1:N光分路器(splitter)，然后用广播方式向所有用户端的光网络单元ONU （Optical Network Unit）发送

当ONU发送上行数据时，先把电信号转换为光信号，光分路器把各ONU发来的上行数据汇总后，以TDMA方式发往OLT,而发送时间和长度都由OLT集中控制，以便有序地共享光纤主干

光配线网采用波分复用，上行和下行分别使用不同的波长

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