第六章 寬帶IP的接入技術(shù)

1、于銀輝于銀輝 教授教授吉林大學(xué)吉林大學(xué)通信工程學(xué)院通信工程學(xué)院2 3l不對(duì)稱數(shù)字用戶線ADSL是一種利用現(xiàn)有的傳統(tǒng)電話線路高速傳輸數(shù)字信息的技術(shù)，以上、下行的傳輸速率不相等的DSL技術(shù)而得名。6.1.1 ADSL的定義4lADSL下行傳輸速率接近8Mbit/s，上行傳輸速率可達(dá)1Mbit/s，并且在同一對(duì)雙絞線上可以同時(shí)傳輸上、下行數(shù)據(jù)信號(hào)和傳統(tǒng)的模擬話音信號(hào)等。5lADSL的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。l它是在一對(duì)普通銅線兩端，各加裝一臺(tái)ADSL局端設(shè)備和遠(yuǎn)端設(shè)備而構(gòu)成。6.1.2 ADSL的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6 圖圖6-1 ADSL的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7ll采用頻分復(fù)用（FDM）和回波抵消混合技術(shù)可實(shí)現(xiàn)

2、ADSL系統(tǒng)的全雙工和非對(duì)稱通信。6.1.3 ADSL的頻帶分割1、頻分復(fù)用和回波抵消混合技術(shù)8l頻分復(fù)用是將整個(gè)信道從頻域上劃分為獨(dú)立的2個(gè)或多個(gè)部分，分別用于上行和下行傳輸，彼此之間不會(huì)產(chǎn)生干擾。（1）頻分復(fù)用9l回波抵消方式是在2線傳輸?shù)膬蓚€(gè)方向上同時(shí)間、同頻譜地占用線路，即在線路上兩個(gè)方向傳輸?shù)男盘?hào)完全混在一起。為了分開(kāi)收、發(fā)兩個(gè)方向，一般采用24線轉(zhuǎn)換器(即混合電路)。（2）回波抵消技術(shù)10l目前使用FDM和回波抵消混合技術(shù)，如圖6-4（b）所示，部分上下頻帶交錯(cuò)，在頻帶交錯(cuò)部分采用回波抵消技術(shù)來(lái)降低相互影響。2、頻帶分割早期的頻帶分割如圖6-4（a）所示，不采用回波抵消技術(shù)，頻帶有

3、所浪費(fèi)。11 圖圖6-4 ADSL的頻帶分割的頻帶分割12圖圖6-6 ADSL接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示例接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示例6.1.5 ADSL接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示例13l圖6-6中局端的DSLAM（DSL接入復(fù)用器）是接入多路復(fù)合系統(tǒng)中心的Modem組合，它從多重DSL連接收取信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換到一條高速線上，用以支持視頻、廣播電視、快速因特網(wǎng)接入等。14l歸納起來(lái)，DSLAM的具體功能有：多路復(fù)用調(diào)制解調(diào)分離器功能等15lADSL常用的調(diào)制技術(shù)有QAM、CAP調(diào)制和DMT調(diào)制。6.1.6 ADSL調(diào)制技術(shù)16llQAM（Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度調(diào)制）又稱正交雙邊帶調(diào)

4、制，是將兩路獨(dú)立的基帶信號(hào)分別對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載頻的雙邊帶調(diào)制，所得到的兩路已調(diào)信號(hào)疊加起來(lái)的過(guò)程，稱為正交幅度調(diào)制。1、QAM17ll無(wú)載波幅度相位調(diào)制（Carrierless Amplitude & Phase Modulation，CAP）技術(shù)是以QAM調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)的，是QAM技術(shù)的一個(gè)變種。2、CAP調(diào)制18l輸入數(shù)據(jù)被送入編碼器，在編碼器內(nèi)，m位輸入比特被映射為k2m個(gè)不同的復(fù)數(shù)符號(hào)Ananjbn，由k個(gè)不同的復(fù)數(shù)符號(hào)構(gòu)成k-CAP線路編碼。l編碼后an和bn被分別送入同相和正交數(shù)字整形濾波器，求和后送入D/A轉(zhuǎn)換器，最后經(jīng)低通濾波器信號(hào)發(fā)送出去。1

5、9llDMT（Discrete MultiTone，離散多音頻）是一種多載波調(diào)制技術(shù)，其核心思想是將整個(gè)傳輸頻帶分成若干子信道，每個(gè)子信道對(duì)應(yīng)不同頻率的載波，在不同載波上分別進(jìn)行QAM調(diào)制，不同信道上傳輸?shù)男畔⑷萘浚疵總€(gè)載波調(diào)制的數(shù)據(jù)信號(hào)）根據(jù)當(dāng)前子信道的傳輸性能決定。3、DMT調(diào)制20lDMT調(diào)制系統(tǒng)可以根據(jù)各子信道的瞬時(shí)衰減特性、群時(shí)延特性和噪聲特性等情況使用這255個(gè)子信道，在每個(gè)子信道分配115bit的數(shù)據(jù)，并關(guān)閉不能傳輸數(shù)據(jù)的信道，從而使通信容量達(dá)到可用的最高傳輸能力。21l與CAP方式相比，DMT具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1）帶寬利用率更高 （2）可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)帶寬分配 （3）抗窄帶噪聲能力

6、強(qiáng) （4）抗脈沖噪聲能力強(qiáng)lADSL主要考慮采用的是DMT調(diào)制。22（1）使用高于4kHz的頻帶來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)；（2）使用高性能的離散多音頻DMT調(diào)制編碼技術(shù)；（3）使用FDM頻分復(fù)用和回波抵消（EC）技術(shù)；（4）使用Splitter信號(hào)分離技術(shù)。6.1.7 ADSL的技術(shù)特點(diǎn)1、ADSL的技術(shù)特點(diǎn)23l （1）可以充分利用現(xiàn)有銅線網(wǎng)絡(luò)，只要在用戶線路兩端加裝ADSL設(shè)備即可為用戶提供服務(wù)。 （2）ADSL設(shè)備隨用隨裝，施工簡(jiǎn)單，節(jié)省時(shí)間，系統(tǒng)初期投資小。且ADSL設(shè)備拆裝容易，方便用戶轉(zhuǎn)移，非常靈活。2、ADSL技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)24 （3）ADSL設(shè)備采用先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)和數(shù)字處理技術(shù)，提供高速

7、遠(yuǎn)程接收或發(fā)送信息，充分利用雙絞線上的帶寬。 （4）在一對(duì)雙絞線上可同時(shí)傳輸高速數(shù)據(jù)和普通電話業(yè)務(wù)。2、ADSL技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)25l （1）對(duì)線路質(zhì)量要求較高。 （2）抵抗天氣干擾的能力較差。 （3）帶寬可擴(kuò)展的潛力不大。3、ADSL技術(shù)的主要缺點(diǎn)26l影響ADSL性能的因素主要有以下一些。6.1.8 影響ADSL性能的因素27ll衰耗是指在傳輸系統(tǒng)中，發(fā)射端發(fā)出的信號(hào)經(jīng)過(guò)一定距離的傳輸后，其信號(hào)強(qiáng)度都會(huì)減弱。l傳輸距離越遠(yuǎn)，線徑越細(xì)；頻率越高，其衰耗越大。lADSL Modem的衰耗適應(yīng)范圍在055dB之間。1、衰耗28llADSL系統(tǒng)從局端設(shè)備到用戶，至少有二個(gè)橋接點(diǎn)，每個(gè)接頭的線徑會(huì)相應(yīng)

8、改變，再加上電纜損失等造成阻抗的突變會(huì)引起功率反射或反射波損耗。2、反射干擾（回波干擾）29ll串音干擾是指相鄰線路間的電磁干擾。3、串音干擾30ll噪聲產(chǎn)生的原因很多，主要有：家用電器的開(kāi)關(guān)；電話摘機(jī)和掛機(jī)；其他電動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)等。4、噪聲干擾31 6.2.1 混合光纖同軸電纜(HFC)網(wǎng)的概念lHFC網(wǎng)是一種以模擬頻分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用模擬和數(shù)字傳輸技術(shù)、光纖和同軸電纜技術(shù)、射頻技術(shù)等的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，是CATV網(wǎng)和電話網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物，也是將光纖逐漸推向用戶的一種新的經(jīng)濟(jì)的演進(jìn)策略。32lHFC可以提供除CATV業(yè)務(wù)以外的語(yǔ)聲、數(shù)據(jù)和其他交互型業(yè)務(wù)，稱之為全業(yè)務(wù)網(wǎng)(FSN)。l當(dāng)然，HFC

9、網(wǎng)也可以只用于傳送CATV業(yè)務(wù)，即所謂單向HFC網(wǎng)，但通常指雙向HFC。33圖圖6-7 HFC網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)網(wǎng)的典型結(jié)構(gòu)6.2.2 HFC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)34lHFC由信號(hào)源、前端（可能還有分前端）、饋線網(wǎng)（光纖主干網(wǎng)）、配線網(wǎng)（同軸電纜分配網(wǎng)）和用戶引入線等組成HFC線路網(wǎng)的組成包括饋線網(wǎng)、配線網(wǎng)和用戶引入線。35ll前端設(shè)備主要包括天線放大器、頻道轉(zhuǎn)換器、衛(wèi)星電視接收系統(tǒng)、濾波器、調(diào)制器、解調(diào)器、混合器和導(dǎo)頻信號(hào)發(fā)生器等。1、前端36l前端的功能主要有：調(diào)制、解調(diào)、頻率變換、電平調(diào)整、信號(hào)編解碼、信號(hào)處理、低噪聲放大、中頻處理、信號(hào)混合、信號(hào)監(jiān)測(cè)與控制、頻道配置和信號(hào)加密等。37llHFC的饋線網(wǎng)

10、指前端至服務(wù)區(qū)SA（服務(wù)區(qū)的范圍如上圖所示）的光纖節(jié)點(diǎn)之間的部分。2、饋線網(wǎng)（光纖主干網(wǎng)）38l光纖主干網(wǎng)主要由光發(fā)射機(jī)、光放大器、光分路器、光纜、光纖連接器和光接收機(jī)等組成。（1）光纖主干網(wǎng)的組成39l根據(jù)HFC所覆蓋的范圍、用戶多少和對(duì)HFC網(wǎng)絡(luò)可靠性的要求，光纖主干網(wǎng)的結(jié)構(gòu)主要有星形、環(huán)形和環(huán)星形。（1）光纖主干網(wǎng)的結(jié)構(gòu)40llHFC配線網(wǎng)主要包括同軸電纜、干線放大器、線路延長(zhǎng)放大器、分配器和分支器等部件。l 3、配線網(wǎng)（同軸電纜分配網(wǎng)）41ll用戶引入線的作用是將射頻信號(hào)從分支器經(jīng)無(wú)源引入線送給用戶，與配線網(wǎng)使用的同軸電纜不同，引入線電纜采用靈活的軟電纜以便適應(yīng)住宅用戶的線纜敷設(shè)條件及

11、作為電視、錄像機(jī)、機(jī)上盒之間的跳線連接電纜。引入線的傳輸距離一般為幾十米左右。4、用戶引入線42ll（Cable Modem）l作用在發(fā)送端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，將其頻帶搬移到一定的頻率范圍內(nèi)，利用有線電視網(wǎng)線纜將信號(hào)傳輸出去；接收端再對(duì)這一信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，還原出原來(lái)的數(shù)據(jù)。5、電纜調(diào)解調(diào)器43l1、HFC網(wǎng)的雙向傳輸方式l從前端到光節(jié)點(diǎn)這一段光纖通道中實(shí)現(xiàn)雙向傳輸可采用空分復(fù)用（SDM）和波分復(fù)用（WDM）兩種方式，用得比較多的是波分復(fù)用（WDM）。6.2.4 HFC網(wǎng)絡(luò)雙向傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)（1）光纖通道雙向傳輸方式44l同軸電纜通道實(shí)現(xiàn)雙向傳輸方式主要有：空間分割方式、頻率分割方式和時(shí)間分割方式等。l在

12、HFC網(wǎng)絡(luò)中一般采用空間分割方式和頻率分割方式。（2）同軸電纜通道雙向傳輸方式45圖圖6-8 HFC的頻譜分配方案之一（低分割方式）的頻譜分配方案之一（低分割方式）2、HFC的頻譜分配方案46llHFC采用副載波頻分復(fù)用方式，即采用模擬調(diào)制技術(shù)，將各路信號(hào)分別用不同的調(diào)制頻率調(diào)制到不同的射頻段（電信號(hào)的調(diào)制），然后對(duì)此模擬射頻段信號(hào)進(jìn)行光調(diào)制。3、HFC的調(diào)制技術(shù)47lHFC網(wǎng)絡(luò)的下行信號(hào)所采用的調(diào)制方式（電信號(hào)的調(diào)制）主要是64QAM或256QAM方式，上行信號(hào)所采用的調(diào)制方式主要是QPSK和16QAM方式。48l （1）成本較低。與FTTC相比，僅線路設(shè)備低2030。 （2）HFC頻帶較寬

13、，能適應(yīng)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的業(yè)務(wù)需求，并能向光纖接入網(wǎng)發(fā)展。6.2.5 HFC的優(yōu)缺點(diǎn)1、HFC的優(yōu)點(diǎn)49 （3）HFC適合當(dāng)前模擬制式為主體的視像業(yè)務(wù)及設(shè)備市場(chǎng)，用戶使用方便。 （4）與現(xiàn)有銅線接入網(wǎng)相比，運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、管理費(fèi)用較低。1、HFC的優(yōu)點(diǎn)50l （1）成本雖然低于光纖接入網(wǎng)，但要取代現(xiàn)存的銅線環(huán)境投入將很大，需要對(duì)CATV網(wǎng)進(jìn)行雙向改造。 （2）建設(shè)周期長(zhǎng)。2、HFC的缺點(diǎn)51 （3）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)需進(jìn)一步改進(jìn)，以提高網(wǎng)絡(luò)可靠性，一個(gè)光電節(jié)點(diǎn)為500用戶服務(wù)，出問(wèn)題影響面大。 （4）漏斗噪聲難以避免。 （5）當(dāng)用戶數(shù)多時(shí)每戶可用的帶寬下降。2、HFC的缺點(diǎn)52lFTTX+LAN接入網(wǎng)是指光纖

14、加交換式以太網(wǎng)的方式（也稱為以太網(wǎng)接入）實(shí)現(xiàn)用戶高速接入互聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)的方式是光纖到路邊（FTTR）、光纖到大樓（FTTB）、光纖到戶（FTTH），泛稱為FTTX。6.3.1 FTTX+LAN的概念53l目前一般實(shí)現(xiàn)的是光纜到路邊或光纖到大樓。54lFTTX+LAN（以太網(wǎng)接入）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用星形，以接入寬帶IP城域網(wǎng)的匯聚層為例，如圖6-9所示。6.3.2 FTTX+LAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)55（a）一級(jí)接入）一級(jí)接入 (b)兩級(jí)接入兩級(jí)接入 圖圖6-9 FTTX+LAN（以太網(wǎng)接入）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（以太網(wǎng)接入）的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)56l以太網(wǎng)接入的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)根據(jù)用戶數(shù)量及經(jīng)濟(jì)情況等可以采用圖6-9（a）所示的一級(jí)

15、接入或圖6-9(b)所示的兩級(jí)接入。57l高速上網(wǎng)業(yè)務(wù)l寬帶租用業(yè)務(wù)l網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)l視頻業(yè)務(wù)lIP電話業(yè)務(wù)l 6.3.3 FTTX+LAN接入網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)種類58（1）高速傳輸（2）網(wǎng)絡(luò)可靠、穩(wěn)定（3）用戶投資少價(jià)格便宜（4）安裝方便（5）應(yīng)用廣泛6.3.7 FTTX+LAN的優(yōu)缺點(diǎn)1、FTTX+LAN的優(yōu)點(diǎn)59l（1）五類線布線問(wèn)題五類線本身只限于室內(nèi)使用，限制了設(shè)備的擺設(shè)位置，致使工程建設(shè)難度已成為阻礙以太網(wǎng)接入的重要問(wèn)題。l（2）故障定位困難l（3）用戶隔離方法較為煩瑣且廣播包較多3、ADSL技術(shù)的主要缺點(diǎn)60l1、無(wú)線接入網(wǎng)的概念l無(wú)線接入網(wǎng)是指從業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口到用戶終端部分全部或部分采用無(wú)線方

16、式，即利用衛(wèi)星、微波及超短波等傳輸手段向用戶提供各種電信業(yè)務(wù)的接入系統(tǒng)。6.4.1 無(wú)線接入網(wǎng)的概念及分類61ll固定無(wú)線接入網(wǎng) 無(wú)線本地環(huán)路一點(diǎn)多址系統(tǒng)l 甚小型天線地球站（VSAT）系統(tǒng)l 本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)(LMDS）系統(tǒng)等l移動(dòng)無(wú)線接入網(wǎng) 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) l 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)l固定無(wú)線接入或移動(dòng)無(wú)線接入2、無(wú)線接入網(wǎng)的分類62l1、LMDS的概念l本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)(LMDS:Local Multipoint Distribute Service）系統(tǒng)是一種嶄新的寬帶無(wú)線接入技術(shù)，它利用高容量點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)微波傳輸，其工作頻段為24 GHz39 GHz，可用帶寬達(dá)1.3 GHz。6.4.2 本

17、地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）系統(tǒng)63lLMDS幾乎可以提供任何種類的業(yè)務(wù)接入，如雙向話音、數(shù)據(jù)、視頻及圖像等，其用戶接入速率可以從64kbit/s到2Mbit/s，甚至高達(dá)155Mbits。l而且LMDS能夠支持ATM、TCPIP和MPEG-等標(biāo)準(zhǔn)，因此被比喻為“無(wú)線光纖”技術(shù)。64l 2、LMDS技術(shù)特點(diǎn)lLMDS技術(shù)除具有一般的寬帶接入技術(shù)的特性外，還具有無(wú)線系統(tǒng)所固有的優(yōu)點(diǎn)，具體體現(xiàn)在：頻率復(fù)用度高、系統(tǒng)容量大。lLMDS一般工作在10GHz及其以上頻段上，可用頻帶可達(dá)1GHz以上。（1）優(yōu)點(diǎn)65可支持多種業(yè)務(wù)的接入。適合于高密度用戶地區(qū)。擴(kuò)容方便靈活。66LMDS采用微波傳輸且頻率較高，

18、其傳輸質(zhì)量和距離受氣候等條件的影響較大。由于LMDS采用的微波波段的直線傳輸，只能實(shí)現(xiàn)視距接入，所以在基站和用戶之間不能存在障礙物。 （2）主要缺點(diǎn)67與光纖傳輸相比，傳輸質(zhì)量在無(wú)線覆蓋區(qū)邊緣不夠穩(wěn)定。 LMDS仍屬于固定無(wú)線通信，缺乏移動(dòng)靈活性。在我國(guó)LMDS的可用頻譜還沒(méi)有劃定。（2）主要缺點(diǎn)68ll微波存取全球互通（WiMax：World Interoperability for Microwave Aceess）是一種可用于城域網(wǎng)的寬帶無(wú)線接入技術(shù)，它是針對(duì)微波和毫米波段提出的一種新的空中接口標(biāo)準(zhǔn)。6.4.3 WiMax 1、WiMax的概念69lWiMax的頻段范圍為211GHz。WiMAX的主要作用是提供無(wú)線“最后一公里”接入，覆蓋范圍可達(dá)50km，最大數(shù)據(jù)速率達(dá)75Mbit/s。70lWiMAX將提供固定、移動(dòng)、便