---

前言

• 在上一篇博客中，我們已經探討了計算機網絡物理層的基本概念，深入學習了數據通信的基礎知識，并且了解了物理層下各類傳輸媒體的特性與應用。?
• 接下來，我們將開啟物理層知識體系的新章節，聚焦于信道復用技術、數字傳輸系統以及寬帶接入技術的深度解析。這些內容既是物理層技術體系的重要組成部分，也是理解現代通信網絡高效傳輸機制的關鍵切入點。

我的個人主頁，歡迎來閱讀我的其他文章
https://blog.csdn.net/2402_83322742?spm=1011.2415.3001.5343
我的計算機網絡專欄，歡迎來閱讀
https://blog.csdn.net/2402_83322742/category_12909527.html

---

一、信道復用技術

1. 為什么需要復用技術？

想象一條馬路（信道），如果多輛車（信號）同時擠上去，不按規則行駛就會堵車（干擾）。

• 現實中，網絡信道資源有限（比如一根網線要給很多人用），如果多對用戶各自占用獨立信道，成本高且浪費。

復用技術就是讓多組信號“有序共享”同一信道，避免干擾，提高利用率的技術。

2. 頻分復用（FDM）

核心思想：把信道的頻率帶寬像切蛋糕一樣分成多個“車道”，每個用戶獨占一個頻率車道傳輸信號。

• 怎么工作？
  • 比如廣播電臺，不同電臺用不同頻率（如FM 97.4MHz、FM 103.9MHz），聽眾調諧到對應頻率就能接收特定電臺的信號。

在網絡中，多路基帶信號會被調制到不同頻率的載波上，疊加后在同一信道傳輸，接收端再通過濾波器分離不同頻率的信號。

• 特點：
  • 所有用戶同時傳輸，但占用不同頻率帶寬（比如車道并行）。
  • 一旦分配頻帶，用戶始終占用，即使沒數據傳輸也不釋放（可能浪費）。

3. 時分復用（TDM）

核心思想：把時間分成固定長度的“時間段”（TDM幀），每個用戶在幀內占用固定序號的時隙，輪流使用信道。

• 怎么工作？
  好比食堂打飯窗口，每個人按順序排隊，每人有10秒打飯時間。

  • 在網絡中，每個TDM幀包含多個時隙，每個用戶周期性地在自己的時隙內發送數據。

  • 例如4個用戶，每個TDM幀分成4個時隙，用戶A永遠用第1個時隙，用戶B用第2個，以此類推。

• 特點：

  • 所有用戶分時共享同一頻率帶寬（比如同一車道，車輪流過）。
  • 缺點：如果某個用戶在自己的時隙內沒數據發送，該時隙就空閑浪費（比如排隊到你時你沒帶飯卡，窗口空著）。

4. 統計時分復用（STDM）

核心思想：針對TDM的浪費問題，STDM動態分配時隙——只有當用戶有數據要發送時，才給它分配時隙，沒數據時不占資源。

• 怎么工作？

  • 對比TDM的“固定排隊”，STDM像“靈活叫號”：食堂窗口看到有人拿著飯卡才叫號服務，沒人就叫下一個。
  • 在網絡中，STDM幀的時隙不固定分配給某個用戶，而是根據實時需求動態分配，比如用戶A有數據時才給它時隙，用戶B沒數據就跳過。

• 優勢：

  • 信道利用率大幅提高，避免TDM中“時隙空閑”的情況。
  • 適合數據突發的場景（比如計算機網絡中，用戶數據不是持續發送的）。

5. 三者對比

復用技術	分配資源的維度	資源分配方式	優點	缺點
頻分復用（FDM）	頻率帶寬	固定分配，同時使用	技術簡單，適合模擬信號	頻率資源緊張時效率低
時分復用（TDM）	時間時隙	固定分配，輪流使用	適合數字信號，同步簡單	空閑時隙浪費資源
統計時分復用（STDM）	時間時隙	動態按需分配	利用率高，適應突發數據	需要復雜的控制機制

二、數字傳輸系統

1. 為什么數字傳輸系統“打敗”了模擬傳輸？

早期電話網的困境：幾十年前，電話長途干線用的是頻分復用（FDM）的模擬傳輸，就像用錄音機直接錄聲音，信號容易受干擾、失真，而且只能傳語音，傳不了視頻、數據等“新業務”。

數字傳輸的逆襲：

• 像把聲音轉換成“0和1”的數字信號（類似摩爾斯電碼），抗干擾能力強，還能壓縮、加密。
• 光纖出現后，數字信號能在光線上高速傳輸，容量大到能同時傳幾萬路電話和高清視頻。

2. 數字傳輸的“初代標準”：PCM時分復用

PCM（脈沖編碼調制）：把模擬信號（如語音）轉換成數字信號的技術，核心是“采樣→量化→編碼”。比如說話的聲音被“偷拍”成每秒8000張“數字照片”，再變成0和1傳輸。

兩大“派系”：T1和E1

• 北美T1：24路語音合用一個信道，速率1.544 Mbit/s（像24車道的小路）。
• 歐洲E1（我國采用）：30路語音+2路控制信號，速率2.048 Mbit/s（30車道，更實用）。
  ? 類比：E1像更寬的馬路，能拉更多“貨物”（信號），所以我國選了它。

3. 早期數字系統的“兩大痛點”

1. 速率標準亂成一鍋粥
   各國自己搞標準，比如日本用1.544 Mbit/s，歐洲用2.048 Mbit/s，高等級速率（如4倍速、16倍速）也不統一，跨國傳輸像“不同軌距的鐵路”，貨物得換車，麻煩又貴。

2. 時鐘不同步，信號“堵車”
   早期用“準同步”：每個設備時鐘像各自調時間的鐘表，走得快慢有誤差。高速傳輸時（如10 Gbit/s），誤差積累會導致信號錯位，像一群人排隊卻各走各的拍子，最終擠成一團。

4. 同步光纖網SONET

核心創新：

• 統一時鐘源：所有設備都以一個超級精準的主時鐘為基準（類似所有鐘表都對北京時間），徹底解決同步問題。
• 速率標準化：以51.84 Mbit/s為基礎（OC-1），像高速公路入口，往上按倍數擴展：
  • OC-3（155 Mbit/s）≈ 3條OC-1并行
  • OC-192（10 Gbit/s）≈ 192條OC-1并行，能同時傳100萬路語音！

5. SDH

SDH（同步數字系列）：國際電信聯盟（ITU-T）在SONET基礎上制定的全球標準，兩者本質一樣，只是“起跑線”不同：

• SONET的OC-3（155.52 Mbit/s）= SDH的STM-1（155 Mbit/s）
• 更高等級如STM-16（2.5 Gbit/s）、STM-64（10 Gbit/s），像高速公路的不同路段標識。

SDH的“超能力”：

• 不僅能用于光纖，還能適配微波、衛星傳輸，像“萬能運輸車”。
• 自帶“故障檢測”功能，哪段線路出問題，系統能快速定位并切換備用路線，保障通信不中斷。

等級	SONET符號	SDH符號	相當于多少條E1線路	實用場景
基礎速率	OC-1	—	約75條E1	小型網絡接入
常用速率	OC-3/STM-1	155 Mbit/s	約75×3=225條E1	城市骨干網
高速率	OC-48/STM-16	2.5 Gbit/s	約1200條E1	跨國干線
超高速率	OC-192/STM-64	10 Gbit/s	約5000條E1	海底光纜、數據中心互聯

三、寬帶接入技術

1. 寬帶是什么

寬帶的定義：其實就是“更快的網絡接入”，但標準一直在變。比如美國FCC規定，“寬帶”需要滿足下行速度≥25 Mbit/s（下載速度），上行速度≥3 Mbit/s（上傳速度）。
分類：從接入方式看，主要分兩類：

1. 有線寬帶：用線連網，比如家里的網線、光纖。
2. 無線寬帶：用WiFi、4G/5G等無線信號連網。

2. ADSL技術

（1） ADSL是什么

ADSL全稱“非對稱數字用戶線”，簡單說：它能把家里的老電話銅線“變廢為寶”，讓你一邊打電話，一邊上網。
核心特點：

• “非對稱”：下載速度（從網絡到你家）比上傳速度（從你家到網絡）快很多。比如下載可能有20M，上傳只有2M。
• 頻帶分工：電話用低頻段（0~4000Hz），上網用高頻段，互不干擾。

（2） ADSL怎么工作？

• 調制解調器（貓）：把數字信號變成適合電話線傳輸的信號，用的是“DMT調制技術”，類似把一條馬路分成很多小車道，每個車道傳一部分數據。
• 電話分離器：一個小盒子，分三個接口，讓電話和網絡信號“各走各的路”，打電話時不影響上網。

（3） ADSL的升級

• ADSL2：下載速度至少8M，上傳800k。
• ADSL2+：下載速度最高25M（擴展了頻段到2.2MHz），還能自動調整速度，上網更穩定。
  缺點：企業不太適合，因為企業經常需要大量上傳數據，而ADSL上傳慢。

（4）xDSL家族

• SDSL：對稱寬帶，上下行速度一樣，適合企業。
• HDSL：高速版，適合短距離高速傳輸。
• VDSL：超高速版，離交換機近的話下載能到100M+。
• Giga DSL：華為搞的，用新技術讓速度更快，適合未來升級。

3. HFC網

（1）HFC是什么

HFC全稱“光纖同軸混合網”，原本是看電視的CATV網，后來把主干線換成了光纖，入戶還是同軸電纜（類似老式閉路線）。
好處：既能看電視，又能上網，一根線干兩件事。

（2）HFC怎么分配網絡和電視信號？

• 電視信號：用54~550MHz頻段（比如CCTV1、CCTV5）。
• 上網信號：
  • 上行（你發數據）：5~42MHz，比如發微信消息。
  • 下行（你收數據）：550~750MHz，比如下載電影。
• 調制方式：下行用QAM調制，6MHz的信道能傳27Mbps，相當于每秒下載3MB文件。

（3）用戶端設備

• 機頂盒：連電視和同軸電纜，把數字電視信號轉成模擬信號，老電視也能看高清臺。
• 電纜調制解調器（Cable Modem）：連電腦和同軸電纜，負責上網。但它有個麻煩：很多用戶共享一條線，可能會像堵車一樣“沖突”，需要技術解決。

4. FTTx技術

（1）FTTx是什么

FTTx全稱“光纖到…”，核心是用光纖代替銅線，速度更快、更穩定。常見類型：

• FTTH（光纖到戶）：光纖直接拉到你家，速度能到千兆，是未來家庭上網的終極方案。
• FTTB（光纖到大樓）：光纖到樓道，再用網線分到各戶，適合公寓樓。
• FTTC（光纖到路邊）：光纖到小區路邊，再用網線拉到你家，適合郊區。

（2）光配線網（ODN）

• OLT（光線路終端）：在運營商機房，是光纖網絡的“總開關”。
• ONU（光網絡單元）：在用戶端，比如你家的光貓，把光信號轉成電信號。
• 光分路器：像“分叉路口”，把一根光纖的信號分成多份，傳給不同用戶。

（3）有源光網絡vs無源光網絡

• 有源光網絡：中間需要電源和設備轉接，成本高，適合企業。
• 無源光網絡（PON）：中間不用電源，全靠光分路器分信號，成本低、更可靠，適合家庭，比如EPON、GPON技術，現在小區裝的光纖基本都是這種。

---

以上就是本篇博客的全部內容。下一篇我們將深入物理層中信道復用技術

我的個人主頁，歡迎來閱讀我的其他文章
https://blog.csdn.net/2402_83322742?spm=1011.2415.3001.5343
我的計算機網絡專欄，歡迎來閱讀
https://blog.csdn.net/2402_83322742/category_12909527.html

如果您覺得內容對您有幫助，歡迎點贊收藏，您的支持是我創作的最大動力！