计算机网络原理：物理层

本章首先讨论物理层的基本概念；然后介绍有关数据通信的基础知识，以及各种传输媒体的主要特点，但传输媒体本身并不属于物理层的范围；在讨论几种常用的信道复用技术后，我们对数字传输系统进行简单介绍；最后再讨论几种常用的互联网接入技术。

本章最重要的内容如下。

（1）物理层的任务。

（2）数据通信的几个基本概念。

（3）几种常用的信道复用技术。

（4）几种常用的互联网接入技术。

一、物理层的基本概念

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种类繁多，通信手段也五花八门。物理层的作用正是尽可能地屏蔽掉这些差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，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。

物理层需要考虑的问题很多，举例如下。

（1）传输媒体的类型。规定传输媒体的类型，如铜线、光纤或无线电频段等。

（2）位的表示。规定如何用电磁等信号表示“1”或“0”，即如何编码。

（3）数据率。规定每秒发送的比特数。

（4）位同步。发送方与接收方不仅使用相同的比特率，还必须位同步，即发送方的时钟与接收方的时钟要保持一致。

（5）链路配置。在点到点配置中，两个设备通过一条专用链路连接，而在多点配置中，许多设备共享一条链路。

（6）物理拓扑结构。规定用什么拓扑结构将设备连接成网络。可以是星形拓扑、总线型拓扑、环形拓扑或网状结构等。

（7）传输方式。考虑是串行传输还是并行传输，以及规定两台设备之间的传输方向等。

（8）与传输媒体的接口特性。规定传输设备与传输媒体之间的接口特性。

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。
电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围及阻抗匹配等。
功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
过程特性：指明对应不同功能的各种可能事件的出现顺序。

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，而传输媒体的种类也非常之多。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PC经过普通电话机的连线，再经过公用电话网进行通信。

如图2-1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）。

源系统一般包括以下两个部分。

源点（Source）：源点设备产生要传输的数据，例如，从PC的键盘输入汉字，PC产生输出的数字比特流。源点又称为源站或信源。
发送器：通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。典型的发送器就是调制器。现在很多PC使用内置的调制解调器（包含调制器和解调器），用户在PC外面看不见调制解调器。

目的系统一般包括以下两个部分。

接收器：接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器，它对来自传输线路的模拟信号进行解调，提取出在源点置入的消息，还原出源点产生的数字比特流。
终点（Destination）：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后进行信息输出（例如，把汉字在PC屏幕上显示出来）。终点又称为目的站或信宿。

在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线路，也可以是连接源系统和目的系统的复杂网络系统。

图2-1所示的数据通信系统，说它是计算机网络也可以。这里我们使用数据通信系统这个名词，主要是为了从通信的角度来介绍一个数据通信系统中的一些要素，其中一些要素在计算机网络中可能不会去讨论。

下面我们先介绍一些常用术语。

通信的目的是传送消息（Message）。例如，语音、文字、图像等都是消息。数据（Data）是运送消息的实体。信号（Signal）则是数据的电气或电磁表现。

根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为两大类。

模拟信号，或连续信号 ——消息的参数的取值是连续的。

数字信号，或离散信号 ——消息的参数的取值是离散的。在使用时间域（或简称为时域）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。在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态，另一种代表1状态。

在许多情况下，我们要使用“信道（Channel）”这一名词。信道和电路并不等同。信道一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此，一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道，但也可以包含许多条信道。

2.2、编码与调制

要利用信道传输数据，必须将数据转换为能在传输媒体上传送的信号。信道可以分成传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类。通常人们将数字数据转换成数字信号的过程称为编码（Coding），而将数字数据转换成模拟信号的过程称为调制（Modulation）。

2.2.1、常用编码方式

数字信号的常用编码方式如图2-2所示。

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：位周期中心的上跳变代表0，位周期中心的下跳变代表1。

差分曼彻斯特编码：每一位的中心处都有跳变。位开始边界有跳变代表0，位开始边界没有跳变代表1。

从信号波形可以看出，曼彻斯特编码产生的信号频率比不归零制高，每个比特包含一次跳变。比特1从高电平变为低电平，而比特0从低电平变到高电平（也可采用相反的约定，即1是“前低后高”而0是“前高后低”）。接收端很容易利用比特信号的电平跳变来提取信号时钟频率，并与发送方保持时钟同步。但是曼彻斯特编码的缺点就是它所占的频带宽度比原始信号增加了一倍（因为信号变化的频率加倍了）。这种能从信号波形本身提取信号时钟频率的能力，我们称为自同步能力。显然不归零制没有自同步能力，而曼彻斯特编码具有自同步能力。

2.2.2、基本的调制方法

矩形脉冲波形的数字信号包含从直流开始的低频分量，被称为基带信号（即基本频带信号），在数字信道上直接传输基带信号的方法称为基带传输。基带信号往往包含较多的低频成分，甚至直流成分。而许多模拟信道仅能通过某一频率范围的信号，不能直接传输这种基带信号。因此必须对基带信号进行调制，使它能够在模拟信道中传输。

在很多情况下，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以便其在信道中传输，这种传输方法称为频带传输。经过载波调制后的信号称为频带信号或带通信号（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。

最基本的带通调制方法有以下3种，如图2-3所示。

调幅（Amplitude Modulation，AM），即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0和1分别对应于无载波输出和有载波输出。

调频（Frequency Modulation，FM），即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0和1分别对应于频率f 1 和频率f 2 。

调相（Phase Modulation，PM），即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0和1分别对应于相位0°和相位180°。

在数字通信中，调幅、调频和调相相应地称为幅移键控（Amplitude-Shift Keying，ASK）、频移键控（Frequency-ShiftKeying，FSK）和相移键控（Phase-Shift Keying，PSK）。实现调制和解调功能的设备称为调制解调器（Modem）。

为了达到更高的信息传输速率，必须采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法，如正交振幅调制（QuadratureAmplitude Modulation，QAM），这里从略。

有了上述的一些基本概念之后，我们再讨论如何提高数据传输速率。

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率的途径。这个问题很复杂，因为任何信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真。我们知道，数字通信的优点就是，在接收端只要我们能从失真的波形识别出原来的信号，那么这种失真对通信质量就没有影响。例如，图2-4给出了数字信号通过实际的信道引起输出波形失真的示意图。

我们可以看出，当失真不严重时，如图2-4（a）所示，在输出端还可根据已失真的输出波形还原出发送的码元；但当失真严重时，如图2-4（b）所示，在输出端就很难判断这个信号在什么时候是1、在什么时候是0。

码元是承载信息的基本信号单位，一个码元能够承载的信息量多少，是由码元信号所能表示的数据有效值状态个数决定的。单位时间内通过信道传输的码元数称为码元传输速率。为了提高信息的传输效率，我们总是希望在一定的时间内能够传输尽可能多的码元。但实际上，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，在信道输出端的波形的失真就会越严重。

从概念上讲，限制码元在信道上的传输速率的有以下两个因素。

（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。图2-4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发生衰减，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，扩散了的码元波形所占的时间变得更宽了。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很模糊而无法识别。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，码元传输速率的上限为：

（2）信噪比

2.4、传输方式

数字传输有各种不同的传输方式，例如，并行传输和串行传输、异步传输和同步传输，以及单工通信、半双工通信和全双工通信。

2.4.1、并行传输和串行传输

并行传输，是指一次发送n 个比特而不是一个比特，为此，发送端和接收端之间需要有n 条传输线路。

串行传输，是指数据是一个比特一个比特依次发送的，因此发送端和接收端之间只需要一条传输线路。

并行传输的优点是速度为串行传输的n 倍，但也存在一个严重的缺点，即成本高。因此并行传输通常仅用于短距离传输，如计算机内部的数据传输。常见的数据总线宽度有8位、16位、32位和64位。而长距离传输一般采用串行传输方式。因此，计算机将数据发送到传输线路上时需要进行并/串转换，而计算机从传输线路上接收数据时要进行串/并转换。

2.4.2、异步传输和同步传输

在传输时，收发双方必须对每一个比特在线路上持续的时间达成一致，接收端才能正确地接收数据。同步就是指收发双方在时间基准上保持一致的过程。同步是数字通信中必须解决的一个重要问题。人们常说的异步传输和同步传输是指两种采用不同同步方式的传输方式。

异步传输以字节为独立的传输单位，字节之间的时间间隔不是固定的，接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步。为此，通常要在每个字节前后分别加上起始位和结束位。这里异步是指在字节级上的异步，但是字节中的每个比特仍然要同步，它们的持续时间是相同的。

采用同步传输方式时，数据块以稳定的比特流的形式传输，字节之间没有间隔，也没有起始位和结束位。由于不同设备的时钟频率存在一定差异，为避免在传输大量数据的过程中累积误差所导致的错误，要采取一定技术使收发双方的时钟保持同步。实现收发双方时钟同步的方法主要有两种，即外同步和内同步。外同步方法是在发送端和接收端之间提供一条单独的时钟线，接收端根据发送端发送的时钟同步信号来校正时间基准，或收发双方接收同一时钟源的时钟信号来实现收发双方的同步。内同步方法是发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输，如曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码都自含时钟编码，具有自同步能力。

2.4.3、单工通信、半双工通信和全双工通信

通信双方信息交互可以有以下三种基本方式。

单向通信，又称为单工通信，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、有线电广播以及电视广播就属于这种类型。
双向交替通信，又称为半双工通信，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，过一段时间后再反过来。
双向同时通信，又称为全双工通信，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都需要两条信道（每个方向各一条）。这里要提醒读者注意，有时人们也用“单工 ”这个名词表示“双向交替通信”。例如，常说的“单工电台”并不是只能进行单向通信。

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，即导引型传输媒体和非导引型传输媒体。在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固态媒体（铜线或光纤）传播；而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。图2-5是电信领域使用的电磁波频谱。

2.1、导引型传输媒体

2.1.1、双绞线

2.1.2、同轴电缆

2.1.3、光纤

2.2、非导引型传输媒体

2.2.1、微波

2.2.2、无线电波

2.2.3、红外线与可见光

四、信道复用技术

复用（Multiplexing）是通信技术中的一个重要概念。当网络中传输媒体的传输容量大于多条单一信道的总通信量时，可利用复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道来充分利用传输媒体的带宽。

图2-13（a）表示A1 、B1 和C1 分别使用一个单独的信道与A2 、B2 和C2 进行通信，总共需要三个信道。但如果在发送端使用一个复用器，就可以让大家合起来使用一个共享信道进行通信。共享信道的具体方法则取决于所使用的复用技术（不是简单地相加）。在接收端再使用分用器，把合起来传输的信息分别送到相应的终点。图2-13（b）是使用共享信道的示意图，表示在共享信道上传送的是复用的信号。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，费用更高）。但如果复用的信道数量较大，那么在经济上还是合算的。

4.1、频分复用

频分复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）就是将传输线路的频带资源划分成多个子频带，形成多个子信道。每个子频带的中心频率不相同且频率范围互不重叠，当多路信号输入一个多路复用器时，这个复用器将每一路信号调制到不同频带的载波上，在同一传输线路的不同信道中传输。接收端由相应的分用器通过滤波将各路信号分别过滤出来，将合成的复用信号恢复成原始的多路信号。

频分复用要求总频带宽度大于各个子信道频带宽度之和，一般为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，会在各子信道之间设立隔离带。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。频分复用如图2-14所示，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。

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。例如，传统的电话通信每一个标准话路的带宽是4kHz（即通信用的3.1kHz加上两边的保护频带），那么若有1000个用户进行频分复用，则复用后的总带宽就是4 MHz。

4.2、时分复用

时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）技术将传输线路的带宽资源按时间轮流分配给不同的用户，每个用户只在分配的时间里使用线路传输数据。当多个低速设备产生的信号输入一个多路复用器时，复用器按照一定的周期顺序将这些信号依次发送到一条高速复用链路上。在接收端再由相应分用器按同样的顺序将这些信号分离出来恢复成原始的多路信号。

与频分复用所有用户在同样的时间占用不同的频带资源不同，时分复用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。时分复用如图2-15所示。为简单起见，在图2-15中只画出了4个用户A、B、C和D。每一个用户所占用的时隙是周期性出现的（其周期就是TDM帧的长度）。因此TDM信号也称为等时（Isochronous）信号。可以看出，时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

在使用时分复用时，每一个时分复用帧的长度是不变的，如125 µs。若有1000个用户进行时分复用，则每一个用户分配到的时隙宽度就是125 µs的千分之一，即0.125 µs，时隙宽度变得非常窄。值得注意的是，时隙宽度非常窄的脉冲信号所占的频谱范围也是非常宽的。

在进行通信时，复用器（Multiplexer）总是和分用器（Demultiplexer）成对使用的。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，它对高速信道传送过来的数据进行分用，分别送交相应的用户。

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（如用户正在键盘上输入数据或正在浏览屏幕上的信息），只能让他已经分配到的子信道空闲着，而其他用户也无法使用这个暂时空闲的线路资源。图2-16说明了这一概念。

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。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（Statistic TDM，STDM）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。图2-17所示为统计时分复用的工作原理。一个使用统计时分复用的集中器连接4个低速用户，然后将它们的数据集中起来通过高速线路发送到远地计算机。

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，对没有数据的缓存就跳过去。当一个帧的数据放满了，就把数据发送出去。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。我们还可看出，在输出线路上，某一个用户所占用的时隙并不是周期性地出现的。因此统计时分复用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。这里应注意的是，虽然统计时分复用的输出线路上的数据率小于各输入线路数据率的总和，但从平均的角度来看，这二者是平衡的。假定所有的用户都不间断地向集中器发送数据，那么集中器肯定无法应付，它内部设置的缓存将溢出。因此集中器能够正常工作的前提是假定各用户都是间歇地工作。由于STDM帧中的时隙并不是固定地分配给某个用户的，因此每个时隙中还必须有用户的地址信息，这是统计时分复用不可避免的一些开销。在图2-17的输出线路上每个时隙之前的短时隙（白色）就是用来放入这样的地址信息的。

最后要强调一下，TDM帧和STDM帧都是在物理层传送的比特流中所划分的帧。这种“帧”和我们以后要讨论的数据链路层的“帧”是完全不同的概念，不可弄混。

4.3、波分复用

波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）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。这样就使光纤的传输能力可成倍地提高。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。这样就得出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。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，于是就出现了密集波分复用（Dense WavelengthDivision Multiplexing，DWDM）这一名词。在2006年就已经有了在一根光纤上复用64路40 Gbit/s的商品，其数据率达到2.56Tbit/s。

尽管WDM这种技术非常复杂，但其基本原理是非常简单的。普通物理知识告诉我们，棱镜或光栅可以根据入射角和波长将几束光合成一道光，也可以将合成光分离成多束不同波长的光。波分复用的基本原理如图2-18所示。

在地下铺设光缆的工程耗资很大。因此人们总是在一根光缆中放入尽可能多的光纤（例如，放入100根以上的光纤），然后对每一根光纤使用密集波分复用技术。对于具有100根速率为2.5 Gbit/s光纤的光缆，采用40倍的密集波分复用，得到一根光缆的总数据率为100×100 Gbit/s，或10 Tbit/s。

4.4、码分复用

码分复用（Code Division Multiplexing，CDM）是另一种共享信道的方法。实际上，由于该技术主要用于无线多址接入（本书中我们不严格区分多址与复用），人们更常用的名词是码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）。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。码分多址最初是用于军事通信的，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设备的价格和体积都大幅度下降，因而现在已广泛应用于民用的移动通信中，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，减小干扰对通信的影响，增大通信系统的容量（是使用GSM的4～5倍），降低手机的平均发射功率等。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。在下面的原理性说明中，为画图简单起见，我们设m 为8。

使用CDMA的每一个站被指派唯一的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8 bit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，它就发送11100100。为了方便，我们按惯例将码片中的0写为-1，将1写为+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。一类是直接序列（Direct Sequence），如上面讲的使用码片序列就是这一类，记为DS-CDMA。另一类是跳频（Frequency Hopping），记为FH-CDMA。

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。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S站的码片向量，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 的规格化内积都是0：

例如，向量S 为(-1，-1，-1，+1，+1，-1，+1，+1)，同时设向量T 为(-1，-1，+1，-1，+1，+1，+1，-1)，这相当于T站的码片序列为00101110。将向量S 和T 的各分量值代入式（2-3）就可看出这两个码片序列是正交的。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：

而一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积是-1。这从式（2-4）可以很清楚地看出，因为求和的各项都变成了-1。

现在假定一个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，即本站的码片序列（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（Global PositionSystem，GPS）就不难做到这点。

现假定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。根据式（2-3）和式（2-4），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，计算内积的结果是-1。

图2-19是CDMA的工作原理。设S站要发送的数据是1、1、0三个码元。再设CDMA将每一个码元扩展为8个码片，而S站选择的码片序列为-1-1-1+1+1-1+1+1。S站发送的扩频信号为Sx 。我们应当注意到，S站发送的扩频信号Sx ，只包含互为反码的两种码片序列。T站选择的码片序列为-1-1+1-1+1+1+1-1，T站也发送1、1、0三个码元，而T站的扩频信号为Tx 。因所有的站都使用相同的频率，故每一个站都能够收到所有的站发送的扩频信号。对于我们的例子，所有的站收到的都是叠加的信号Sx +Tx 。

当接收站打算接收S站发送的信号时，就用S站的码片序列与收到的信号求规格化内积。这相当于分别计算S ·Sx 和S ·Tx ，然后再求它们的和。显然，后者是零，而前者就是S站发送的数据比特。

五、数字传输系统

5.1、PCM速率体制

5.2、SONET/SDH

5.3、光网络

六、互联网接入技术

第1章已讲过，用户要连接到互联网，必须先连接到某个ISP。接入技术解决的就是最终用户接入本地ISP“最后一公里”的问题。通常，人们将用户设备（或用户驻地网络）连接到ISP边缘路由器的物理链路及相关设备的集合称为接入网（AccessNetwork，AN）。接入网的传输距离虽然不长，但要面对成千上万的住宅、机构、企业和移动用户的各种不同接入需求，涉及的用户数量巨大且接入方式非常复杂，因此接入网在网络投资中所占比重很大，是各大运营商竞相争夺的巨大市场，接入技术也已成为当前网络技术研究、应用与产业发展的热点问题。从实现技术的角度来看，目前的接入技术主要有电话网拨号接入、数字用户线接入、光纤同轴混合网接入、光纤接入、以太网接入和无线接入。