【计算机网络系列】物理层

一、物理层基本概念

首先要强调指出，物理层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。大家知道，现有的计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类非常繁多，而通信手段也有许多不同方式。物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉这些传输媒体和通信手段的差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样就可使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体和通信手段是什么。用于物理层的协议也常称为物理层规程(procedure)。其实物理层规程就是物理层协议。只是在“协议”这个名词出现之前人们就先使用了“规程”这一名词。

可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即：

1. 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。平时常见的各种规格的接插件都有严格的标准化的规定。
2. 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
3. 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。
4. 过程特性：也称规程特性，指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

大家应该知道，数据在计算机内部多采用并行传输方式。但数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是串行传输（这是出于经济上的考虑），即逐个比特按照时间顺序传输。因此物理层还要完成传输方式的转换。具体的物理层协议种类较多。这是因为物理连接的方式很多（例如，可以是点对点的，也可以采用多点连接或广播连接），而传输媒体的种类也非常之多（如架空明线、双绞线、对称电缆、同轴电缆、光缆，以及各种波段的无线信道等）。因此在学习物理层时，应将重点放在掌握基本概念上。

二、数据通信的基础知识

2.1 数据通信系统的模型

下面我们通过一个最简单的例子来说明数据通信系统的模型。这个例子就是两台计算机经过普通电话机的连线，再经过公用电话网进行通信。

如下图所示，一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（或发送端、发送方)、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方)。

下面我们先介绍一些常用术语。

• 通信的目的是传送消息(message)。话音、文字、图像、视频等都是消息。
• 数据(data)是运送消息的实体。根据RFC 4949给出的定义，数据是使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列。这种信息的表示可用计算机或其他机器（或人）处理或产生。
• 信号(signal)则是数据的电气或电磁的表现。根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为以下两大类：
  • 模拟信号，或连续信号：代表消息的参数的取值是连续的。例如在上图中，用户家中的调制解调器到电话端局之间的用户线上传送的就是模拟信号。
  • 数字信号，或离散信号：代表消息的参数的取值是离散的。例如在上图中，用户家中的计算机到调制解调器之间或在电话网中继线上传送的就是数字信号。
• 在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形就称为码元。在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元。而这个间隔被称为码元长度。1码元可以携带$n$bit的信息量。也就是说，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态，而另一种代表1状态。

2.2 有关信道的几个基本概念

信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：

• 单向通信（单工通信）：即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。
• 双向交替通信（半双工通信）：即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）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后可以再反过来，例如对讲机。
• 双向同时通信（全双工通信）：即通信的双方可以同时发送和接收信息。单向通信只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则都需要两条信道（每个方向各一条)。显然，双向同时通信的传输效率最高。

基带信号（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。基带信号往往包含较多的低频分量，甚至有直流分量，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为了解决这一问题，就必须对基带信号进行调制(modulation)。调制可分为两大类。

• 一类是仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。这类调制称为基带调制。由于这种基带调制是把数字信号转换为另一种形式的数字信号，因此大家更愿意把这种过程称为编码(coding)。
• 另一类调制则需要使用载波(carrier)进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输。

经过载波调制后的信号称为带通信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道），而使用载波的调制称为带通调制。

由于在近距离范围内基带信号的衰减不大，从而信号内容不会发生变化。因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式。如从计算机到监视器、打印机等外设的信号就是基带传输的。

（1）常用编码方式

• 不归零制：正电平代表1，负电平代表0。
• 归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0。
• 曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1。但也可反过来定义。采用曼切斯特编码，一个时钟周期只可表示一个bit，并且必须通过两次采样才能得到一个bit，但它能携带时钟信号，且可表示没有数据传输。
• 差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码相同，但抗干扰性能强于曼彻斯特编码。
  

从信号波形中可以看出，曼彻斯特(Manchester)编码产生的信号频率比不归零制高。从自同步能力来看，不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（这叫作没有自同步能力），而曼彻斯特编码具有自同步能力。

（2）几种基本的带通调制方法

• 调幅(AM)，即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于无载波或有载波输出。
• 调频(FM)，即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于频率$f_1$或$f_2$。
• 调相(PM)，即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于相位0度或180度。

2.3 信道的极限容量

几十年来，通信领域的学者一直在努力寻找提高数据传输速率的途径。这个问题很复杂，因为任何实际的信道都不是理想的，都不可能以任意高的速率进行传送。我们知道，数字通信的优点就是：虽然信号在信道上传输时会不可避免地产生失真，但在接收端只要我们从失真的波形中能够识别出原来的信号，那么这种失真对通信质量就可视为无影响。

上图(a)表示信号通过实际的信道传输后虽然有失真，但在接收端还可识别并恢复出原来的码元。但上图(b)就不同了，这时信号的失真已很严重，在接收端无法识别码元是1还是0。事实上，码元传输的速率越高、信号传输的距离越远、噪声干扰越大或传输媒体质量越差，在接收端的波形的失真就越严重。

从概念上讲，限制码元在信道上的传输速率的因素有以下两个。

(1）信道能够通过的频率范围

具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。信号中的许多高频分量往往不能通过信道。像上图所示的发送信号是一种典型的矩形脉冲信号，它包含很丰富的高频分量。如果信号中的高频分量在传输时受到衰减，那么在接收端收到的波形前沿和后沿就变得不那么陡峭了，每一个码元所占的时间界限也不再是很明确的，而是前后都拖了“尾巴”。这样，在接收端收到的信号波形就失去了码元之间的清晰界限。这种现象叫作码间串扰。严重的码间串扰使得本来分得很清楚的一串码元变得模糊而无法识别。
早在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。

奈氏准则的结论：在带宽为$W$(Hz)的低通信道中，若不考虑噪声影响，则码元传输的最高速率是$2W$(码元/秒)。传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。

例如，信道的带宽为4000Hz，那么最高码元传输速率就是每秒8000个码元。

（2）信噪比

实际的信道都是有噪声的，因此我们还必须知道信道的信噪比数值。噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。由于噪声是随机产生的，它的瞬时值有时会很大，因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误（1误判为0或0误判为1）。但噪声的影响是相对的。如果信号相对较强，那么噪声的影响就相对较小。因此，信噪比就很重要。所谓信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为$S/N$。但通常大家都是使用分贝(dB)作为度量单位。即：
$$\text{ 信噪比 }(\mathrm{d}\mathrm{B})=10{\log }_{10}(S/N)$$
例如，当$S/N=10$时，信噪比为10dB，而当$S/N=1000$时，信噪比为30dB。

在1948年，信息论的创始人香农(Shannon)推导出了著名的香农公式。香农公式指出：信道的极限信息传输速率$C$是
$$C=W{\log }_2(1+S/N)(\mathrm{b}\mathrm{i}\mathrm{t}/\mathrm{s})$$
式中，

• $W$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。

香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。香农公式指出了信息传输速率的上限。香农公式的意义在于：只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定存在某种办法来实现无差错的传输。不过，香农没有告诉我们具体的实现方法。这要由研究通信的专家去寻找。

请注意，奈氏准则和香农公式的意义是不同的。

• 奈氏准则激励工程人员不断探索更加先进的编码技术，使每一个码元携带更多比特的信息量。
• 香农公式则告诫工程人员，在有噪声的实际信道上，不论采用多么复杂的编码技术，都不可能突破香农公式给出的信息传输速率的绝对极限。

自从香农公式发表后，各种新的信号处理和调制方法不断出现，其目的都是为了尽可能地接近香农公式给出的传输速率极限。在实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农公式中的极限传输速率低不少。这是因为在实际信道中，信号还要受到其他一些损伤，如各种脉冲干扰和在传输中产生的失真等。这些因素在香农公式的推导过程中并未考虑。

三、物理层下面的传输媒体

传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。传输媒体可分为两大类：

• 导引型传输媒体：在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播；
• 非导引型传输媒体：非导引型传输媒体就是指自由空间，在非导引型传输媒体中电磁波的传输常称为无线传输。

下图是电信领域使用的电磁波的频谱。

3.1 导引型传输媒体

（1）双绞线

双绞线也称为双扭线，是最古老但又是最常用的传输媒体。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。绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。使用双绞线最多的地方就是到处都有的电话系统。几乎所有的电话都用双绞线连接到电话交换机。

无论是哪种类别的双绞线，衰减都随频率的升高而增大。使用更粗的导线可以减小衰减，但却增加了导线的重量和价格。信号应当有足够大的振幅，以便在噪声干扰下能够在接收端正确地被检测出来。双绞线的最高速率还与数字信号的编码方法有很大的关系。

（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）以及绝缘保护套层所组成。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。

• 50Ω同轴电缆用于数字传输，由于多用于基带传输，也叫基带同轴电缆;
• 75Ω同轴电缆用于模拟传输，即宽带同轴电缆。

（3）光缆

从20世纪70 年代到现在，通信和计算机都发展得非常快。据统计计算机的运行速度大约每10年提高10倍。在通信领域里，信息的传输速率则提高得更快，从20世纪70年代的56 kbit/s（使用铜线）提高到现在的数百Gbit/s（使用光纤)，并且这个速率还在继续提高。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。光纤不仅具有通信容量非常大的优点，而且还具有其他的一些特点：

1. 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。
2. 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。
3. 无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。
4. 体积小，重量轻。这在现有电缆管道已拥塞不堪的情况下特别有利。

3.2 非导引型传输媒体

若通信线路要通过一些高山或岛屿，有时就很难施工。即使是在城市中，挖开马路敷设电缆也不是一件很容易的事。当通信距离很远时，敷设电缆既昂贵又费时。但利用无线电波在自由空间的传播就可较快地实现多种通信。非导向传输媒体就是指自由空间，其中的电磁波传输被称为无线传输。无线传输所使用的频段很广。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。

两种通信方式：

• 地面微波接力通信：微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大。与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建设投资少，见效快，易于跨越山区、江河。但是微波接力通信与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差，同时对大量中继站的使用和维护要耗费较多的人力和物力。
• 卫星通信：卫星通信的频带很宽，通信容量很大，信号所受到的干扰也较小，通信比较稳定。卫星通信的另一特点就是具有较大的传播时延。

当利用无线信道传送数字信号时，必须使误码率（即比特错误率）不大于可容许的范围。三个有关的基本概念：

• 对于给定的调制方式和数据率，信噪比越大，误码率就越低。
• 对于同样的信噪比，具有更高数据率的调制技术的误码率也更高。
• 如果移动用户在进行通信时还在不断改变自己的地理位置，就会引起无线信道特性的改变，因而信噪比和误码率都会发生变化。

四、信道复用技术

复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。计算机网络中的信道广泛地使用各种复用技术。下面对信道复用技术进行简单的介绍。

下图表示A，B和C分别使用一个单独的信道与A2，B2和C2进行通信，总共需要3个信道。但如果在发送端使用一个复用器，就可以用一个共享信道传送原来的3路信号。在接收端使用分用器，把合起来传输的信息分别送到相应的终点。下图(b)是复用的示意图。当然，复用要付出一定代价（共享信道由于带宽较大，因而费用也较高，再加上复用器和分用器)。但如果复用的信道数量较大，那么在经济上还是合算的。

频分复用、时分复用和统计时分复用

最基本的复用就是频分复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分复用TDM(Time Division Multiplexing)。

• 频分复用的概念是这样的。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。例如，有N路信号要在一个信道中传送。可以使用调制的方法，把各路信号分别搬移到适当的频率位置，使彼此不产生干扰，如下图(a)所示。各路信号就在自己所分配到的信道中传送。可见频分复用的各路信号在同样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)。
• 时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（即TDM帧）。每一路信号在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。为简单起见，在下图(b)中只画出了4路信号A，B，C和D。每路信号所占用的时隙周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度)。因此TDM信号也称为等时信号。可以看出，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。时分复用更有利于数字信号的传输。

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。

使用FDM或TDM的复用技术，可以让多个用户（可以处在不同地点）共享信道资源。例如：

• 在上图(a)中的频分信道，可让N个用户各使用一个频带，或让更多的用户轮流使用这N个频带。这种方式称为频分多址接入FDMA(Frequency Division Multiple Access)，简称为频分多址。
• 在上图(b)中的时分信道，则可让4个用户各使用一个时隙，或让更多的用户轮流使用这4个时隙。这种方式称为时分多址接入TDMA(Time Division Multiple Access)，简称为时分多址。

在进行通信时，复用器(multiplexer) 总是和分用器(demultiplexer) 成对地使用。在复用器和分用器之间是用户共享的高速信道。分用器的作用正好和复用器的相反，它把高速信道传送过来的数据进行分用，分别送交到相应的用户。

当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，一个用户对已经分配到的子信道的利用率一般是不高的。当用户在某一段时间暂时无数据传输时，那就只能让已经分配到手的子信道空闲着，而其他用户也无法使用这个暂时空闲的线路资源。

这里假定有4个用户A，B，C和D进行时分复用。复用器按A→B→C→D的顺序依次对用户的时隙进行扫描，然后构成一个个时分复用帧。图中共画出了4个时分复用帧，每个时分复用帧有4个时隙。请注意，在时分复用帧中，每一个用户所分配到的时隙长度缩短了，在本例中，只有原来的1/4。可以看出，当某用户暂时无数据发送时，在时分复用帧中分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，其他用户即使一直有数据要发送，也不能使用这些空闲的时隙。这就导致复用后的信道利用率不高。

统计时分复用STDM(Statistic TDM)是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。集中器(concentrator)常使用这种统计时分复用。下图是统计时分复用的原理图。一个使用统计时分复用的集中器连接4个低速用户，然后将其数据集中起来通过高速线路发送到一个远地计算机。

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。各用户有了数据就随时发往集中器的输入缓存，然后集中器按顺序依次扫描输入缓存，把缓存中的输入数据放入STDM帧中。对没有数据的缓存就跳过去。当一个帧的数据放满了，就发送出去。可以看出，STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。因此，统计时分复用可以提高线路的利用率。

波分复用

波分复用WDM(Wavelength Division Multiplexing)就是光的频分复用。光纤技术的应用使得数据的传输速率空前提高。现在人们借用传统的载波电话的频分复用的概念，就能做到使用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号。这样就可使光纤的传输能力成倍地提高。由于光载波的频率很高，因此习惯上用波长而不用频率来表示所使用的光载波。这样就产生了波分复用这一名词。

最初，人们只能在一根光纤上复用两路光载波信号。这种复用方式称为波分复用WDM。随着技术的发展，在一根光纤上复用的光载波信号的路数越来越多。现在已能做到在一根光纤上复用几十路或更多路数的光载波信号。于是就使用了密集波分复用DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)这一名词。例如，每一路的数据率是40 Gbit/s，使用DWDM后，如果在一根光纤上复用64路，就能够获得2.56 Tbit/s的数据率。下图给出了波分复用的概念。

码分复用

码分复用CDM(Code Division Multiplexing)是另一种共享信道的方法。当码分复用信道为多个不同地址的用户所共享时，就称为码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)。每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。

码分复用最初用于军事通信，因为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。随着技术的进步，CDMA设备的价格大幅度下降，体积大幅度缩小，因而现在已广泛使用在民用的移动通信中，特别是在无线局域网中。采用CDMA可提高通信的话音质量和数据传输的可靠性，减少干扰对通信的影响，增大通信系统的容量，降低手机的平均发射功率等等。下面简述其工作原理。

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$m$的值是64或128。
使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的$m$bit码片序列(chip sequence)。

• 一个站如果要发送比特1，则发送它自己的$m$bit码片序列。
• 如果要发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。

例如，指派给S站的8bit码片序列是00011011。当S发送比特1时，它就发送序列00011011，而当S发送比特0时，就发送11100100。为了方便，我们按惯例将码片中的0记为-1，将1记为+1。因此S站的码片序列是(-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1)。

现假定S站要发送信息的数据率为$b$bit/s。由于每一个比特要转换成$m$个比特的码片，因此S站实际上发送的数据率提高到$mb$bit/s，同时S站所占用的频带宽度也提高到原来数值的$m$倍。这种通信方式是扩频(spread spectrum)通信中的一种。扩频通信通常有两大类。

• 直接序列扩频DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum)，如上面讲的使用码片序列就是这一类。
• 跳频扩频FHSS(Frequency Hopping Spread Spectrum)

CDMA 系统的一个重要特点就是这种体制给每一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。

用数学公式可以很清楚地表示码片序列的这种正交关系。令向量$S$表示站$S$的码片向量，再令$T$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：
$$\mathbf{S}\bullet \mathbf{T}\equiv \frac{1}{m}\sum _{i=1}^m{S}_i{T}_i=0$$
不仅如此，向量$S$和各站码片反码的向量的内积也是0。另外一点也很重要，即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：
$$\mathbf{S}\bullet \mathbf{S}=\frac{1}{m}\sum _{i=1}^m{S}_i{S}_i=\frac{1}{m}\sum _{i=1}^m{S}_i^2=\frac{1}{m}\sum _{i=1}^m(\pm 1{)}^2=1$$
而一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是-1。这从上式可以很清楚地看出，因为求和的各项都变成了-1。

总结一下正交关系：

• 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；
• 任何一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是-1；
• 两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积都是0。

现在假定在一个CDMA系统中有很多站都在相互通信，每一个站所发送的是数据比特和本站的码片序列的乘积，因而是本站的码片序列（相当于发送比特1）和该码片序列的二进制反码（相当于发送比特0）的组合序列，或什么也不发送（相当于没有数据发送）。我们还假定所有的站所发送的码片序列都是同步的，即所有的码片序列都在同一个时刻开始。利用全球定位系统GPS就不难做到这点。

现假定有一个X站要接收S站发送的数据。X站就必须知道S站所特有的码片序列。X站使用它得到的码片向量S与接收到的未知信号进行求内积的运算。X站接收到的信号是各个站发送的码片序列之和。根据上面的公式，再根据叠加原理（假定各种信号经过信道到达接收端是叠加的关系)，那么求内积得到的结果是：所有其他站的信号都被过滤掉（其内积的相关项都是0)，而只剩下S站发送的信号。当S站发送比特1时，在X站计算内积的结果是+1，当S站发送比特0时，内积的结果是-1。

五、数字传输系统

脉码调制PCM体制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
• 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。

六、宽带接入技术

ADSL技术

非对称数字用户线ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)技术是用数字技术对现有模拟电话的用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。虽然标准模拟电话信号的频带被限制在300~3400Hz的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率却超过1MHz。ADSL技术把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。由于用户当时上网主要是从互联网下载各种文档，而向互联网发送的信息量一般都不太大，因此 ADSL 的下行带宽都远远大于上行带宽。“非对称”这个名词就是这样得出的。

ADSL技术就把0~4 kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

光纤同轴混合网（HFC网）

光纤同轴混合网（HFC网，HFC是 Hybrid Fiber Coax的缩写）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，除可传送电视节目外，还能提供电话、数据和其他宽带交互型业务。最早的有线电视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广播传输。但以后有线电视网进行了改造，变成了现在的光纤同轴混合网(HFC网)。

为了提高传输的可靠性和电视信号的质量，HFC网把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤（如下图所示)。光纤从头端连接到光纤节点(fiber node)。在光纤节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。从头端到用户家庭所需的放大器数目也就减少到仅4~5个。连接到一个光纤节点的典型用户数是500左右，但不超过2000。

FTTx技术

FTTx（光纤到……）也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里字母x可代表不同意思。

• 光纤到家FTTH(Fiber To The Home)：光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方法(155Mb/s)。
• 光纤到大楼FTTB(Fiber To The Building)：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。
• 光纤到路边FTTC(Fiber To The Curb)：从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体(155Mb/s) 。