第8章寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

1、第第8章章 寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)8.1寬帶接入技術(shù)概述寬帶接入技術(shù)概述 8.1.1接入網(wǎng)的定義從整個電信網(wǎng)的角度，可以將全網(wǎng)劃分為公用電信網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)（Customer Premises Network， CPN）兩大塊，其中CPN屬用戶所有，故通常電信網(wǎng)指公用電信網(wǎng)部分。公用電信網(wǎng)又可劃分為三部分，即：長途網(wǎng)（長途端局以上部分）、中繼網(wǎng)（即長途端局與市話局之間以及市話局之間的部分）和接入網(wǎng)（即端局至用戶之間的部分）。8.1.2網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)及分類網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)及分類 接入網(wǎng)通常是按其所用傳輸介質(zhì)的不同來進(jìn)行分類的。l有線接入l無線接入n 銅線接入n 光纖接入n 混合接入接入網(wǎng)的拓?fù)?/p>

2、結(jié)構(gòu)接入網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)l星型結(jié)構(gòu)l總線型結(jié)構(gòu)l環(huán)形結(jié)構(gòu)l樹形結(jié)構(gòu)8.2銅線接入技術(shù)銅線接入技術(shù) l 如下圖所示的是一個典型的銅線接入網(wǎng)系統(tǒng)市內(nèi)銅纜用戶環(huán)。圖中，端局與交接箱之間可以有遠(yuǎn)端交換模塊（Remote Switching Unit， RSU）或遠(yuǎn)端（Remote Terminal， RT）。l 端局本地交換機的主配線架（Main Distribution Frame， MDF）經(jīng)大線徑、大對數(shù)的饋線電纜（數(shù)百數(shù)千對）連至分路點轉(zhuǎn)向不同方向。8.2.1 ADSL 1.概述 不對稱數(shù)字用戶線（Asymmetric Digital Subscriber Line， ADSL）是一種利用現(xiàn)有的傳

3、統(tǒng)電話線路高速傳輸數(shù)字信息的技術(shù)。ADSL技術(shù)是由 Bellcore的Joe Lechleder于20世紀(jì)80年代末首先提出的。 與傳統(tǒng)傳輸技術(shù)相比，ADSL是一種寬帶調(diào)制解調(diào)器技術(shù)。ADSL也可以在相同的線路上同時容納模擬的語音信息，用戶在上網(wǎng)時仍然可以使用電話。ADSL的典型連接的典型連接撥號接入與撥號接入與ADSL接入技術(shù)比較接入技術(shù)比較 xDSL的分類的分類l對稱的DSLlHDSLlHDSL是高速對稱四線是高速對稱四線DSL。這種技術(shù)可在兩對銅線上提供。這種技術(shù)可在兩對銅線上提供1.544Mbps（全雙工方式）的速度，在三對銅線上提供（全雙工方式）的速度，在三對銅線上提供2.048Mb

4、ps（全雙工方式）的速度。（全雙工方式）的速度。 lSDSLlSDSL是是HDSL的單對線版本，也被稱為的單對線版本，也被稱為S-HDSL。S-HDSL是高速對稱二線是高速對稱二線DSL，它可以提供雙向高速可變比特率連接，它可以提供雙向高速可變比特率連接，速率范圍從速率范圍從160Kbps到到2.048Mbps lIDSLl通過在用戶端使用通過在用戶端使用ISDN終端適配器及終端適配器及ISDN接口卡，可以提接口卡，可以提供供128Kbps上下行速率的服務(wù)。上下行速率的服務(wù)。xDSL的種類的種類l非對稱的DSLlADSLlADSL為非對稱數(shù)字用戶環(huán)路，在二個傳輸方向上的速為非對稱數(shù)字用戶環(huán)路，

5、在二個傳輸方向上的速率是不一樣的。它使用單對電話線，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供很率是不一樣的。它使用單對電話線，為網(wǎng)絡(luò)用戶提供很高的傳輸速率，從高的傳輸速率，從32Kbps到到8.192Mbps的下行速率和的下行速率和從從32Kbps到到1.088Mbps的上行速率，同時在同一根線的上行速率，同時在同一根線上可以提供語音電話服務(wù)，支持同時傳輸數(shù)據(jù)和語音。上可以提供語音電話服務(wù)，支持同時傳輸數(shù)據(jù)和語音。lADSL的調(diào)制技術(shù)主要有離散多音頻調(diào)制技術(shù)的調(diào)制技術(shù)主要有離散多音頻調(diào)制技術(shù)DMT和無和無載波調(diào)幅調(diào)相技術(shù)載波調(diào)幅調(diào)相技術(shù)CAP兩種。兩種。lRADSLlRADSL為速率自適應(yīng)數(shù)字用戶環(huán)路，是為速率自適應(yīng)數(shù)

6、字用戶環(huán)路，是ADSL的一種擴的一種擴充，允許服務(wù)提供者調(diào)整充，允許服務(wù)提供者調(diào)整xDSL連接的帶寬以適應(yīng)實際需連接的帶寬以適應(yīng)實際需要并且解決線長和質(zhì)量問題。它利用一對雙絞線傳輸，支要并且解決線長和質(zhì)量問題。它利用一對雙絞線傳輸，支持同步和非同步傳輸方式，速率自適應(yīng)，下行速率從持同步和非同步傳輸方式，速率自適應(yīng)，下行速率從640Kbps到到12Mbps，上行速率從，上行速率從128Kbps到到1Mbps，支持同時傳輸數(shù)據(jù)和語音。支持同時傳輸數(shù)據(jù)和語音。 lVDSLlVDSL甚高速數(shù)字用戶環(huán)路，是一種極高速非對稱數(shù)據(jù)傳甚高速數(shù)字用戶環(huán)路，是一種極高速非對稱數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。它是在輸技術(shù)。它是在AD

7、SL的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的xDSL技術(shù)，技術(shù)，可以將傳輸速率提高到可以將傳輸速率提高到2552Mbps，應(yīng)用前景更廣。，應(yīng)用前景更廣。2. ADSL性能特點性能特點 嚴(yán)格說來，ADSL本身只是一種從銅質(zhì)電話線路的一端傳送數(shù)據(jù)位流到另一端的技術(shù)而己，相當(dāng)于OSI網(wǎng)絡(luò)七層的第一層物理層。 ADSL系統(tǒng)的主要特點是“不對稱”。這正好與接入網(wǎng)中圖像業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的固有不對稱性相適應(yīng)。ADSL 需克服的技術(shù)難題需克服的技術(shù)難題（1）技術(shù)待進(jìn)一步成熟 線路性能要求高，最大程度必須保持在規(guī)定的極限范圍之內(nèi)以符合對衰減的要求；阻抗要均勻，使電話機及網(wǎng)絡(luò)有良好的信號匹配。每條導(dǎo)線與地之間必須相互保

8、持高度平衡，以防止外部干擾、噪聲及導(dǎo)線之間的串音。（2）設(shè)備成本高 與模擬電視不兼容，現(xiàn)有模擬電視機需要通過機頂盒進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換。（3）接收機靈敏度 由于用戶環(huán)路末端信號損耗很大，因此，ADSL系統(tǒng)必須首先解決接收機靈敏度問題。3. 系統(tǒng)參考模型系統(tǒng)參考模型 4. 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) lDSL的調(diào)制方式的調(diào)制方式l2B1Q（脈沖幅度調(diào)制（脈沖幅度調(diào)制PAM的一種）的一種）l用4電平脈沖信號表示2個二進(jìn)制位；l碼間干擾大，需要使用自適應(yīng)均衡器和回波抵消器；l信號頻譜延伸到4kHz以下，無法與語音通信并存。lCAP（無載波幅度相位調(diào)制）（無載波幅度相位調(diào)制）l屬于正交幅度調(diào)制QAM，幅度調(diào)制和相位調(diào)

9、制的結(jié)合；l編碼效率高，每個傳輸符號可攜帶29位信息；l可以與語音通信并存。lDMT（離散多音頻調(diào)制）（離散多音頻調(diào)制）l把數(shù)據(jù)調(diào)制到多個子載波上：先把數(shù)據(jù)分配到256個寬度為4.3125kHz的信道，每個信道再采用QAM調(diào)制；l理論上，DMT的數(shù)據(jù)速率可達(dá)25632kb/s8192kb/sl可做到信息量的自適應(yīng)分配自適應(yīng)分配，抗噪聲性能非常好；l根據(jù)信道特性和噪聲頻譜動態(tài)調(diào)整分配給每個信道的比特數(shù)動態(tài)調(diào)整分配給每個信道的比特數(shù)l頻譜利用率高，在1MHz的帶寬上實現(xiàn)了8Mb/s的傳輸速率；l規(guī)定為ADSL的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方式（ITU-T G.922）。ADSL的頻譜分配的頻譜分配l銅質(zhì)雙絞線在4km

10、的距離內(nèi)帶寬可達(dá)1.1MHz頻率04kHz26kHz138kHz1.1MHz話音頻帶話音頻帶保護保護頻帶頻帶上行數(shù)據(jù)頻帶上行數(shù)據(jù)頻帶下行數(shù)據(jù)頻帶下行數(shù)據(jù)頻帶上、下行頻帶重疊部分幅度為解決頻帶重疊帶來的近端串?dāng)_問題，需使用回波抵消技術(shù)。但復(fù)雜性和價格的代價較大。 5 ADSL的應(yīng)用的應(yīng)用lPPPoE（PPP over Ethernet）l以太網(wǎng)的HUB或交換機用雙絞線連接到ATU-Rl單機使用時，則用雙絞線把網(wǎng)卡與ATU-R相連l加載PPPoE協(xié)議棧，使PPP協(xié)議工作在以太網(wǎng)上l多個用戶可共享一條ADSL線路IPPPPL2TPATM、VCIP TunnelATM、VCIP TunnelL2TPP

11、PPPPPoEEthernetATMEthernetATM10Base-TEthernet10Base-TPPPoEPPPIPNSP服務(wù)網(wǎng)關(guān)ATU-R(ADSL Modem)計算機8.2.2VDSL 鑒于現(xiàn)有ADSL技術(shù)在提供圖像業(yè)務(wù)方面的帶寬十分有限以及其成本偏高的缺點，人們又開發(fā)出了一種稱為甚高速數(shù)字用戶線（Very high speed Digital Subscriber Line， VDSL）的系統(tǒng)。1 系統(tǒng)參考模型系統(tǒng)參考模型2 關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù) （1）線路編碼技術(shù)（2）信道的劃分、頻譜選擇（3）數(shù)據(jù)傳輸速率與傳輸距離3. VDSL特點特點 一、VDSL分布位置l 與ADSL相同，

12、VDSL能在基帶上進(jìn)行頻率分離，以便為傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)（POTS）留下空間。同時傳送VDSL和POTS的雙絞線需要每個終端使用分離器來分開這兩種信號。 從中心點出發(fā)，VDSL的范圍和延伸距離分為下面幾種情況：對于26Mbit/s對稱或52Mbit/s/6.4Mbit/s非對稱，所覆蓋服務(wù)區(qū)半徑約為300m；對于13Mbit/s對稱或26Mbit/s/3.4Mbit/s非對稱，所覆蓋服務(wù)區(qū)半徑為800m；對于6.5Mbit/s對稱或13.5Mbit/s/1.6Mbit/s非對稱，所覆蓋服務(wù)區(qū)半徑為1.2km。VDSL速率比較速率比較二、二、VDSL在在WAN網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用1視頻業(yè)務(wù) VDSL的

13、高速方案選項使其成為用于視頻點播（Video On Demand， VOD）的非常好的接入技術(shù)。2數(shù)據(jù)業(yè)務(wù) 從目前來看，VDSL的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)是很多的。在不遠(yuǎn)的將來，VDSL將會占據(jù)整個住宅Internet接入和Web訪問市場；可能用VDSL替代光纖連接，把較大的辦公室和公司連到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上。3全服務(wù)網(wǎng)絡(luò) 由于VDSL所支持的高比特速率，因此，被認(rèn)為是全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)（Full Service Network， FSN）的接入機制。8.3光纖接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)光纖接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 8.3.1光纖接入網(wǎng)絡(luò)概述 lFTTxlx=H(ome)、B(uilding)、 Z(one)、C(urb)lFTTH性能最佳，但成本太

14、高，只能作為遠(yuǎn)期目標(biāo)；l中期目標(biāo)可以實現(xiàn)FTTB、FTTZ、FTTC。l網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：樹形結(jié)構(gòu)，無源光纖網(wǎng)絡(luò)l目前較佳的方案是FTTx與其它銅線或無線技術(shù)相結(jié)合的方式：lFTTxLAN、FTTxxDSL、FTTxWLAN、l優(yōu)缺點：l數(shù)據(jù)速率高，上行可達(dá)155Mb/s，下行可達(dá)622Mb/sl建設(shè)成本高，光纖到戶困難很大8.3.2無源光纖網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)無源光纖網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù) 根據(jù)光接入網(wǎng)（OAN）參考配置可知，OAN由光線路終端（OLT）、光配線網(wǎng)（ODN）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）三大部分組成。1. APON（ATM based PON） ATM-PON的模型結(jié)構(gòu)如下圖所示。其中UNI為用戶網(wǎng)絡(luò)接口，S

15、NI為業(yè)務(wù)節(jié)點接口，ONU為光網(wǎng)絡(luò)單元，OLT為光線路終端。APON系統(tǒng)主要優(yōu)點。系統(tǒng)主要優(yōu)點。（1）理想的光纖接入網(wǎng)：無源純介質(zhì)的ODN對傳輸技術(shù)體制的透明性，使APON成為未來光纖到家、光纖到辦公室、光纖到大樓的最佳解決方案。（2）低成本：樹型分支結(jié)構(gòu)，多個ONU共享光纖介質(zhì)使系統(tǒng)總成本降低；純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，徹底避免了電磁和雷電的影響，維護運營成本大為降低。（3）高可靠性：局端至遠(yuǎn)端用戶之間沒有有源器件，可靠性較有源OAN大大提高。（4）綜合接入能力：能適應(yīng)傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)PSTN/ISDN；可進(jìn)行Internet Web瀏覽；同時具有分配視頻和交互視頻業(yè)務(wù)（CATV和VOD）能力。2. EPON

16、（Ethernet based PON） 一、EPON技術(shù)特點 EPON與APON相比，其上下行傳輸速率比APON的高，EPON提供較大的帶寬和較低的用戶設(shè)備成本；除幀結(jié)構(gòu)和APON不同外，其余所用的技術(shù)與G.983建議中的許多內(nèi)容類似，其下行采用TDM傳輸方式，上行采用TDMA傳輸方式。（1）高帶寬：從目前的技術(shù)上看，EPON的下行信道為幾百/幾千Mbit/s的廣播方式；上行信道為用戶共享的幾百/幾千Mbit/s信道。（2）低成本：EPON提供較大的帶寬和較低的用戶設(shè)備成本，它采用PON結(jié)構(gòu)，使EPON網(wǎng)絡(luò)中減少了大量的光纖和光器件以及維護的成本，降低了預(yù)先支付的設(shè)備資金和與SDH及ATM有

17、關(guān)的運行成本。（3）易兼容：EPON互連互通容易，各個廠家生產(chǎn)的網(wǎng)卡都能互連互通。以太網(wǎng)技術(shù)是目前最成熟的局域網(wǎng)技術(shù)。二、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)二、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)EPON位于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)接口到用戶網(wǎng)絡(luò)接口間，通過SNI與業(yè)務(wù)節(jié)點相連，通過UNI與用戶設(shè)備相連。EPON主要分成三部分，即光線路終端（OLT），光配線網(wǎng)絡(luò)（ODN）和光網(wǎng)絡(luò)單元/光網(wǎng)絡(luò)終端（ONU/ONT）組成。其中OLT位于局端，ONU/ONT位于用戶端。OLT到ONU/ONT的方向為下行方向，反之為上行方向。EPON接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。8.4光纖與同軸電纜混合網(wǎng)絡(luò)光纖與同軸電纜混合網(wǎng)絡(luò) 8.4.2 HFC（hybrid fiber coax） 1 系

18、統(tǒng)結(jié)構(gòu)HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)HFC的技術(shù)特點及難點的技術(shù)特點及難點l技術(shù)特點：l主干：光纖，用戶：同軸電纜l頻分復(fù)用，上下行占用不同頻帶l用戶端設(shè)備：線纜調(diào)制解調(diào)器（Cable Modem）l每個光纖節(jié)點為一個共享域，多個用戶共享帶寬（10-30Mb/s）l難點：l需要對CATV進(jìn)行雙向化改造l成本、產(chǎn)業(yè)政策l替代方案：上行采用電話撥號線路，以降低成本l技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，僅小規(guī)模試點，大規(guī)模推廣尚需時日8.5寬帶無線接入技術(shù)寬帶無線接入技術(shù) 1 本地多點分布業(yè)務(wù)（LMDS）技術(shù)l 本地多點分布業(yè)務(wù)（Local Multipoint Distribution Service， LMDS）系統(tǒng)是一

19、種寬帶固定無線接入系統(tǒng)。l LMDS是首先由美國開發(fā)的，其不支持移動業(yè)務(wù)。l LMDS是結(jié)合高速率的無線通信和廣播的交互性系統(tǒng)。LMDS技術(shù)特點技術(shù)特點l（1）可提供極高的通信帶寬 LMDS工作在28GHz微波波段附近，是微波波段的高端部分，屬于開放頻率，可用頻帶為1GHz以上。l（2）蜂窩式的結(jié)構(gòu)配置可覆蓋整個城域范圍l（3）LMDS可提供多種業(yè)務(wù)l（4）LMDS能提供模擬和數(shù)字視頻業(yè)務(wù)，如遠(yuǎn)程醫(yī)療、高速會議電視、遠(yuǎn)程教育、商業(yè)及用戶電視等。2 2 藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)l（1）藍(lán)牙工作頻段為全球通用的2.4GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)（Industry Science and Medicine， IS

20、M）頻段。l（2）藍(lán)牙的數(shù)據(jù)傳輸速率為1Mbit/s。l（3）藍(lán)牙基帶協(xié)議是電路交換與分組交換的結(jié)合。 一個藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)由一臺主設(shè)備和多個輔設(shè)備組成，它們之間保持時間和跳頻模式同步，每個獨立的同步藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)可稱為一個“微微網(wǎng)”。3 3 紅外無線技術(shù)紅外無線技術(shù) 紅外無線系統(tǒng)可分為室內(nèi)和室外通信兩種類型，室外紅外無線通信主要指空間中的紅外無線通信，而應(yīng)用更廣泛、更具實用價值的是室內(nèi)紅外無線數(shù)據(jù)通信。 相對于常規(guī)的電磁波無線傳輸媒介，紅外無線系統(tǒng)有著自己的一些特點。l（1）發(fā)射與接收設(shè)備體積小，重量輕，實現(xiàn)成本較低。l（2）電磁波傳輸使用的頻率和輸出功率受到嚴(yán)格的限制，而紅外線的頻帶寬，使用范圍靈活，使

21、用不受國家無線電管理機構(gòu)的管制。l（3） 紅外線不干擾現(xiàn)有的射頻傳輸系統(tǒng)性能，在不同房間的紅外設(shè)備之間也不相互干擾。l（4）由于紅外線不能穿透墻壁，傳輸基本上是在視距內(nèi)，難以被干擾和竊聽，所以具有極強的安全保密性，且易管理。l（5）紅外數(shù)據(jù)傳輸速率高，目前IrDA規(guī)范（紅外無線通信的主要協(xié)議）最新版中已經(jīng)將數(shù)據(jù)傳輸速率提高到16Mbit/s，實際的紅外傳輸產(chǎn)品速度可達(dá)到1Mbit/s以上。紅外線的局限性紅外線的局限性l（1）由于紅外線幾乎沒有繞射能力，反射能力也較弱，所 以其遠(yuǎn)距離傳輸能力差，一般僅用于視距數(shù)據(jù)傳輸，而且只 限于兩個設(shè)備之間的鏈接，不能同時鏈接更多設(shè)備。l（2）紅外傳輸易受環(huán)境因素影響，造成數(shù)據(jù)傳輸