宽带无线通信技术基础——接入网基础

1、宽带无线通信技术基础第三章接入网基础用户接入网概述公用电信网络在传统上被划分为三个部分，即长途网(长途端局以上部分）、中继网(长途端局与市局或市局之间的部分)以及用户接入网(端局与用户之间的部分），而现在更倾向于将长途网和中继网放在一起称为核心网(core network, cn），将余下部分称为接入网(access network, an)，或用户环路,主要用来完成用户接入核心网的任务,如图所示。用户终端接入网核心网接入网用户终端unisnisniuni宽带无线通信技术基础2第三章 接入网基础接入网相对核心网而言，其环境、业务量密度，以及技术手段等均有很大差别。接入网的情况相当复杂。在当今核

2、心网已逐步形成了以光纤线路为基础的高速信道的情况下,国际权威专家把宽带综合信息接入网比作信息高速公路的“最后一英里”，并认为它是信息高速公路中难度最高，耗资最大的一部分，是信息基础建设的“瓶颈”。itu在g.902建议中对接入网的结构、功能、接入类型、原理进行了规范。进入90年代以来，电信市场日趋激烈，用户接入成为竞争的焦点，目前有四种基本的方式，即基于铜缆的数字用户环路(digital subscriber line ，dsl），基于有线电视(cable television, catv)网的光纤/同轴电缆混合网(hybrid fiber/coax, hfc）,基于光纤线路的全数字宽带化光纤

3、用户环路(fiber in the loop, fitl) 以及无线本地环路(wireless local loop, wll）。本章将在介绍接入网的背景、特点、结构的基础上，分别介绍各种主要的用户接入方式。宽带无线通信技术基础3第三章 接入网基础国际网国际交换中心1核心网国际交换中心2gigapopgigapop主干网1gigapop主干网3gigapop gigapop主干网2gigapop gigapopgigapop gigapop城域网城域网接入网接入网接入网接入网接入网接入网结构示意图国际20余家nsp，uunet、sprint，etc服务器服务器chinanet骨干网idc/数据

4、中心服务器服务器城域网骨干网 宽带用户接入服务器服务器拨号接入专线接入局端用户接入设备局端设备窄带用户接入pstn/isdncable/xdsl/fttx用户/大楼背背景景、需需求求、特特点点一、背景电话的用户环路自1876年电话发明之后，几乎没有发生过本质的变化，即一直采用局用主配线架到用户终结的双绞线对。80年代初，pcm的技术业已成熟，而光纤的使用已趋实用。单模光纤潜在带宽可达3万ghz以上。同时光纤的重量轻、体积小、易维护、耐腐蚀等特点使之具有运营维护的优越性。90年代初又出现了几种以铜缆为基础的接入网新技术，它们对原有铜缆在衰减、群延时、线路码型等方面作了改进。与此同时，原本是相对独

5、立的catv网，逐步改变了只提供单纯的广播电视业务的传统，也开始提供电话、数据和交互性图像等业务。在地理环境比较复杂或偏远、用户分散的地区,对于需要移动数据通信的特殊用户，无线接入是有线接入的重要补充。宽带无线通信技术基础6第三章 接入网基础二、需求技术的发展与市场业务需求并存。接入网的业务需求除了电话业务外，应予支持各种低速数据业务，n64kbps窄带数据业务；同时，也应予考虑一些宽带业务，如视频点播（video on demand, vod）、远程教育、电子购物等。局域网业已逐步形成规模，网络间互连及它们之间的宽带业务需求，成为用户数据接入网向宽带化发展的推动力量。三、特点1、投资高而效益

6、相对低。2、运行条件差。3、技术发展慢。宽带无线通信技术基础7第三章 接入网基础接入网功能结构接入网功能结构根据itu-t g.902的定义，接入网位于交换端局和用户终端之间，是由业务节点接口(sni)和相关的用户网络接口(uni)之间的一系列传送实体(如线路设施和传输设施等)所组成的系统组成。an：接入网uni：用户网络接口sni：业务节点接口sn：业务节点cpn：用户室内网络unicpntmnq3q3upfsmfspfansncfcfsnitf宽带无线通信技术基础8第三章 接入网基础二、接口接入网的接口有三类，即uni，sni和q3管理接口。uni是用户和网络的接口，不同的uni支持不同的

7、业务，如模拟电话，数字或模拟租用线业务等的接入。对于pstn而言，itu-t尚未建立通用的uni综合协议，故而uni目前只能采用相关网家的标准。sni有模拟接口(z接口)和数字接口(v接口），可以支持一种专用接入类型，也可以支持多种接入类型。itu-t规范了两个新的综合接入接口，v5.1和v5.2(统称v5接口)，v5接口的意义是深远的，可以在接入段实现不同厂商设备的互连。宽带无线通信技术基础9第三章 接入网基础接入网的模型sni接入网uni馈线段配线段引线段ls cpnltfpdpnt（交换机）（线路终端）（灵活连接点） （分配点）（网络终端）（用户室内网络）宽带无线通信技术基础10第三章

8、接入网基础对于现有的电话用户线来说，各段分界点就是熟知的配线架、交接箱、分线盒及电话插座下，图所示的就是典型的铜缆用户环路。nifpdp分路点端局交接箱分线盒馈线电缆配线电缆引入线ni用户用户宽带无线通信技术基础11第三章 接入网基础subscriber loop(用户环路） simply twisted-pair cooper lines from co to subscribersipipnaslocallocalexchangeexchangepstnpstncustomerpremisecentralofficecentralofficecustomerpremise宽带无线通信技术基

9、础12第三章 接入网基础从发展趋势看来，光纤在接入网中的应用首先是代替馈线电缆，即分路点或交接箱由远端（remote termination ，rt）来取代，而分线盒，在此为业务接入点（service access point ，sap）。典型的全光纤接入网如下图所示。onu端局rn/rtsap馈线光缆onu宽带无线通信技术基础13第三章 接入网基础传输媒体(介质) 磁介质高带宽、低费用、高延时（小时）例：7gb/8mm，1000盘/50*50*50cm，24h可送到任何地方。总容量=7*1000*8gbits，总时间=24*60*60=86400s传送速率=56000gb/86400s=64

10、8mb/s 金属导体双绞线、同轴电缆(粗、细) 光纤 无线介质无线电、短波、微波、卫星、光波宽带无线通信技术基础14第三章 接入网基础双绞线内导体芯线 绝缘 箔屏蔽 铜屏蔽 外套 -螺旋绞合的双导线，f1mm-每根4对、25对、1800对-典型连接距离100m（lan）-rj45插座、插头-优缺点：成本低密度高、节省空间安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）抗干扰性一般连接距离较短宽带无线通信技术基础15第三章 接入网基础屏蔽双绞线 (stp)非屏蔽双绞线 (utp) 以铝箔屏蔽以减少3类、5类、6类（16m、155m、1200m）干扰和串音双绞线外没有任何附加屏蔽宽带无线通信技术基础16

11、第三章 接入网基础同轴电缆l基带同轴电缆一条电缆只用于一个信道，50w，用于数字传输l宽带同轴电缆一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号，75 w，用于模拟传输，300450mhz，100km，需要放大器 铜芯绝缘层 外导体屏蔽层 保护套宽带无线通信技术基础17第三章 接入网基础细同轴-50 w，d=1.02cm，10mbps -优缺点： 价格低安装方便（t型连接器、bnc接头、terminator）抗干扰能力强距离短可靠性差粗同轴-50 w，d=2.54cm，10mbps -优缺点：价格稍高安装方便（收发器、收发器电缆、terminator）抗干扰能力强距离中等可靠性好宽带无线通信技术基础1

12、8第三章 接入网基础光纤 依靠光波承载信息 速率高，通信容量大仅受光电转换器件的限制（100gb/s） 传输损耗小，适合长距离传输 抗干扰性能极好，保密性好 轻便宽带无线通信技术基础19第三章 接入网基础光纤传输原理利用了光的反射l光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射角临界值时产生全反射，不会泄漏。l光纤：纤芯-折射率高、玻璃包层-折射率低l亮度调制，有脉冲-1，无脉冲-0l光传输系统：光源、介质、光检测器光源: 850nm/1300nm/1500nm发光二极管 / 激光二极管介质: 光纤光检测器: 光电二极管pin/雪崩二极管apd l单向传输，双向

13、需两根光纤宽带无线通信技术基础20第三章 接入网基础光纤传送模式：mmf、smf芯芯/封封套套特特性性 输输入入电电信信号号输输出出电电信信号号h2h2h1h1多多模模 mmfmmf波波长长 : 850,1300850,1300 nmnm多束光线以不同的反射角传播h2h2h1h1光纤的直径减小单单模模 smfsmf波波长长: 1300,15501300,1550 nmnm到一个光波波长单束光线沿直线传播宽带无线通信技术基础21第三章 接入网基础典型的光缆单单芯芯光光缆缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯塑料外套外壳多多芯芯光光缆缆 玻璃内芯玻璃封套常见规格：玻璃内芯50um缓变型mmf62.5um缓变/

14、增强型mmf8.3um突变型smf玻璃包层125um宽带无线通信技术基础22第三章 接入网基础高密度多芯光缆剖面结构加强芯外鞘外套光纤 加强芯封套光纤束芯宽带无线通信技术基础23第三章 接入网基础ftth宽带无线通信技术基础24第三章 接入网基础无线介质 使用电磁波或光波携带信息 无需物理连接 适用于长距离或不便布线的场合 易受干扰宽带无线通信技术基础25第三章 接入网基础无线电基基站站覆覆盖盖的的无无线线电电区区域域 固定终端点（基站）和终端之间是无线链路bsffff33ff11ff2222ffff11ff22ff33ff11bs基站33ffffff11ff222233用户计算机和终端f1,

15、 f2, f3 = 使用的频率宽带无线通信技术基础26第三章 接入网基础地面微波接力 两个地面站之间传送地地面面站站之之间间的的直直视视线线路路 距离：50 -100 km微微波波传传送送塔塔地地球球宽带无线通信技术基础27第三章 接入网基础地球同步卫星 与地面站相对固定位置36,00036,000 使用3个卫星覆盖全球 传输延迟时间长公公里里地地球球宽带无线通信技术基础28第三章 接入网基础常用传输媒体的比较传输媒体速率传输距离性能(抗价格应用干扰性)双绞线10-1000mb/s几十km可以低模拟数字传输/w同轴电缆10mb/s3km内较好略高于基带数字信号50双绞线w同轴电缆300-450

16、mhz100km较好较高模拟传输电视、75数据及音频光纤几十 gbps30km up很好较高远距离传输短波50mhz全球较差较低远程低速通信地面微波接力4-6ghz几百 km好中等远程通信卫星500mhz18000km很好与距离远程通信无关宽带无线通信技术基础29第三章 接入网基础三足鼎立最后一公里的宽带解决方案主要有：1. 高速以太网2. 电信的xdsl3. 广电的hfc4. ftth/fttb5. 无线接入宽带无线通信技术基础30第三章 接入网基础宽带无线通信技术基础31第三章 接入网基础宽带无线通信技术基础32第三章 接入网基础宽带无线通信技术基础33第三章 接入网基础宽带无线通信技术基

17、础34第三章 接入网基础宽带无线通信技术基础35第三章 接入网基础高速以太网fast ethernet 高速以太网以太网的基本特征是采用一种称为载波监听多路访问 /冲突检测csma/cd的共享访问方案，即多个工作站都连接在一条总线上，所有的工作站都不断向总线上发出监听信号，但在同一时刻只能有一个工作站在总线上进行传输，而其他工作站必须等待其传输结束后再开始自己的传输。经营者：网络公司传输媒体：五类双绞线传输速率：10m/100m，主干已经达到1g；宽带无线通信技术基础36第三章 接入网基础classic 10/100mbps ethernet twisted pair ethernet (10

18、baset 802.3i)宽带无线通信技术基础37第三章 接入网基础10/100/1000m ethernet宽带无线通信技术基础38第三章 接入网基础bandwidth demand of homesbitrate kb/s10000 according to mooreslawactual modemconnection speed1000 adsl 256 kb/sadsl 512 kb/s100101198519901995200020052010yearexponential growth, doubling every 23 months（指数增长，23个月翻倍）宽带无线通信技术基

19、础40第三章 接入网基础video encoding（图像编码）bitrate kb/s30002500200015001000500200020012002200320042005year advancement in video encoding technology less bitrate required for same video quality makes video over adsl interesting宽带无线通信技术基础41第三章 接入网基础xdslxdsl概概述述数字用户线(digital subscriber line, dsl)是指采用数字信号处理技术来提高铜缆

20、电话线的传输速率和信号质量的一种技术。其中有不少版本，诸如高比特率数字用户线(high bit rate digital subscriber line ，hdsl)，不对称数字用户线（asymmetric digital subscriber line ，adsl),单线对数字用户线(single pair digital subscriber line, sdsl)以及甚高数据速率数字用户线(very high bit rate digital subscriber line ,vdsl)以及速率自适应数字用户线(rate adapted digital subscriber line,

21、radsl)等等。我们用 “xdsl”来泛指这一系列的数字用户线技术。xdsl通过一对modem来实现，分别放置在局端和用户端，都为话路通道留有空间。宽带无线通信技术基础42第三章 接入网基础xdsl频率分布宽带无线通信技术基础43第三章 接入网基础xdsl技术比较hdslsdsladsl(全速率)adsl(全速率)adsl(g.lite)vdsl调制技术2b1q2b1qdmtcapdmttbd传输距离下行速率上行速率 (实际距离取决于线路质量)2mbps2mbps最长3.5km最高8mbps最高8mbps最长3.5km最高8mbps最高800kbps最长3.5km最高8mbps最高800kb

22、ps最长3.5km最高1.5mbp最高800kbps最长4.5km最高51mbps最高19mbps最长200-1000m基带模拟话音无无有有有有宽带无线通信技术基础44第三章 接入网基础xdslxdsl positionposition inin thetheworldwideworldwide marketmarketno. of lines in 1,000sworldwide xdsl growth9000080000700006000050000400003000020000100000199920002001200220032004(3rdqtr)source: dsl forum

23、and point topicadsladsl positionposition inin thethebroadbandbroadband marketmarketxdsl下载带宽分布图宽带无线通信技术基础47第三章 接入网基础adsl dtm宽带无线通信技术基础48第三章 接入网基础adsl bandwidth division voice channel 0 idle channels 1-5 upstream data and control channels 6-30, 1 control, 24 data transfer 24x4000x15 = 1.44-mbps bandwi

24、dth downstream data and control channels 31-255, 1 control, 224 data 224x4000x15 = 13.4 mbps because of the high signal/noise rationupstream 64 kbps 1 mbpsdownstream 500 kbps 8 mbps宽带无线通信技术基础49第三章 接入网基础adsl line connection宽带无线通信技术基础50第三章 接入网基础internetdslamdigitaldigital subscribersubscriber lineline

25、 (dsl)(dsl) broadbandbroadband accessaccesscentraldownstreamdslofficedslmodemmodemvoiceupstreamlpfswitchlpfcustomer premisestelephonedslam - digital subscriber line access multiplexernetworklpf low pass filter非对称数字用户线（adsl）技术简介(三) 与电缆调制解调器cable modem相比， adsl具有独特优势：它提供针对单一电话线路用户的专线服务，而电缆调制解调器则要求一个系统内

26、的众多用户分享同一带宽。尽管电缆调制解调器的下行速率比adsl高，但考虑到将来会有越来越多的用户在同一时间上网，电缆调制解调器的性能将大大下降。另外，电缆调制解调器的上行速率通常低于adsl。不容忽视的是，目前，全世界有将近7.5亿铜质电话线用户，而享有电缆调制解调器服务的家庭只有1200万。 adsl设计目的有两个功能：高速数据通信和交互视频。数据通信功能可为internet访问、公司远程计算或专用的网络应用。交互视频包括需要高速网络视频通信的视频点播(vod)、电影、游戏等。目前，adsl只支持与t1/e1的接口，在未来可以到桌面。 下传速率由距离、线缆尺寸、干扰等多种因素所影响，从10k

27、bps到 640kbps宽带无线通信技术基础52第三章 接入网基础典型adsl组网方式 atm接口上联与ip接口上联 集中bras认证、分布式bras认证、分散式bras认证宽带无线通信技术基础53第三章 接入网基础hfchfc(hybrid fiber coax光纤同轴电缆混合体)现有的有线电视网络频带多是450m，通常其上仅传送20-40套模拟有线电视信号，没有充分利用频带资源。对现有的有线电视网稍作改造后使之成为双向的hfc网，在电视台网络中心配上网络前端设备并介入因特网和电信网，利用机顶盒等用户终端设备，即可网内享受8m以上宽带的优越功能。适用于办公环境比较分散，数据流量不大的单位，以

28、及普通家庭用户。经 营 者：广电部门传输媒体：有线电视传输网络传输速率：8m宽带无线通信技术基础54第三章 接入网基础traditional cable tv network宽带无线通信技术基础55第三章 接入网基础hfc network hybrid fiber-coaxial宽带无线通信技术基础56第三章 接入网基础什么是cable modem cable modem即电缆调制解调器又名线缆调制解调器，它是近几年随着网络应用的扩大而发展起来的，主要用于有线电视网进行数据传输。 目前，cable modem 接入技术在全球尤其是北美的发展势头很猛，每年用户数以超过100%的速度增长。而在中国

29、，已有广东、深圳、南京等省市开通了cable modem 接入。它是电信公司xdsl技术最大的竞争对手。宽带无线通信技术基础57第三章 接入网基础cable modem transmission system宽带无线通信技术基础58第三章 接入网基础coaxial cable bands video band 54 to 550 mhz each channel is 6 mhz, thus more than 80 channels downstream data 550 750 mhz also 6 mhz channels modulated using 64-qam or 256-qa

30、m theoretical data rate of 30 mbps, 10base-t cable limits it to 10 mbps upstream data 5 42 mhz 6 mhz channels modulated using qpsk theoretical data rate of 12 mbpsupstream data bandwidth is 37mhz, six 6-mhz channels timesharing, must wait until channel is available downstream has 33 channels of 6-mh

31、z each channel is shared between a group of subscribers multicasting, each subscriber on that channel will receive data, others discard it宽带无线通信技术基础59第三章 接入网基础什么是cable modem(四) cable modem 本身不单纯是调制解调器，它集modem、调谐器、加/解密设备、桥接器、网络接口卡、snmp代理和以太网集线器的功能于一身。它无须拨号上网，不占用电话线，可永久连接。服务商的设备同用户的modem之间建立了一个vlan（虚拟

32、专网）连接，大多数的modem提供一个标准的10baset以太网接口同用户的pc设备或局域网集线器相联。 cable modem也是一种上下行带宽不对称的技术，适合提供上网及vod这两种业务。其中，提供因特网接入业务可以采用“hfccable modem以太网/atm”的方式。 局端需要配备一台hfc头端设备，通过atm或快速以太网与因特网进行互联，并且完成信号的调制和混合功能。数据信号通过光纤同轴混合网（hfc）传至用户家中，cable modem完成信号的解码、解调等功能，并通过以太网端口将数字信号传送到pc机。反过来，cable modem接收pc机传来的上行信号，经过编码、调制后通过h

33、fc传给头端设备。 有线网络也可以作简单的改造方法，采用电话上行、hfc下行。这种方法用在局端设备（cable modem termination system， cmts）和cable modem中具有电话线接口、无需对 hfc进行双向改造。这是一种低成本占领市场的策略，可用在网络改造确实有困难的地方。但这种方法的缺点有两个：一是影响原有的电话业务，二是电话的带宽毕竟有限，不利于业务的扩展。宽带无线通信技术基础60第三章 接入网基础cable modem 组网宽带无线通信技术基础61第三章 接入网基础hfc网络管理数字综合平台宽带无线通信技术基础62第三章 接入网基础adsl & cable

34、 modem adsl接入都是基于电话线路的，而cable modem接入则是基于有线电视hfc线路的。从国内目前的网络环境来看，由于带宽或费用的原因，adsl和cable modem接入成为最佳选择。而cable modem和adsl接入各自有其优缺点。cable modem利用已有有线电视的hfc（hybrid fiber coax）系统接入internet，其接入速率高，但共享接入传输总线。 adsl独享接人带宽却接入速率低；相对adsl接入来讲，cable modem接入采用同轴电缆，抗干扰能力强；adsl接入充分利用现有电话网络的双绞线。宽带无线通信技术基础63第三章 接入网基础ca

35、ble modem 与adsl比较 在网络入户的“最后一公里”中，cable modem和adsl是二种不同的接入方式。cable modem和dsl一样构筑在现有的物理网络上，所不同的是adsl应用的是电话网，而cable modem应用的是有线电视网。adsl和 cable modem两种技术组网都能够提供多种业务，并且都能够基本满足目前宽带业务的需要。adsl在带宽上要低于cable modem，但是，利用 cable modem和hfc进行组网在稳定性、可靠性、供电以及运行维护体制上都存在一些问题。此外，由于其网络线路带宽是共享的，在用户达到一定规模后实际上无法提供宽带数据业务，用户分

36、享到的带宽是非常有限的。adsl和cable modem技术之间的竞争其实是两种公司之间的竞争，两者在技术上各有所长。不过，在不同的领域，针对不同的业务重点，两者都可以各自找到相应的发展空间。adsl和cable modem在internet高速接入中各有千秋，现在就分别从带宽、距离、抗干扰能力、安全等几个方面简单进行比较：宽带无线通信技术基础64第三章 接入网基础cable modem 与adsl比较-网络带宽（一） 在带宽保证方面，cable modem要比adsl具有带宽的优势。有线电视系统所用的 cable modem上下行速率为对称的10mbps，这在 internet接入应用方面具有特殊的优势。当cable modem的每一个子信道下行通道的数据吞吐量都可以达到2540mbps，所以当整个系统的用户较少时，其带宽的优势将更加明显； cable modem不仅接入速率高，有线电视网络中的接入同轴电缆的带宽也达几百mhz，在上下行通道中具有极好对均衡能力。这种带宽优势使得接入 internet 的过程可在一瞬间完成，不需要拨号和等待登录，计算机可以每天24