第1章 宽带接入网概述(3h)

1、田慧平田慧平20142014年年4 4月月 田慧平信息与通信工程学院 通信网技术中心北邮90信箱 Tel：6119-8422-605 Email：办公室： 新科研楼 422第第1 1章章 接入网概述接入网概述第第2 2章章 接入网中的基础技术接入网中的基础技术第第3 3章章 铜线接入技术铜线接入技术第第4 4章章 光纤接入技术光纤接入技术第第5 5章章 有线电视接入网有线电视接入网第第6 6章章 无线接入技术无线接入技术第第7 7章章 新型接入技术新型接入技术开卷开卷简答题简答题简单计算题简单计算题自由发挥题自由发挥题平时成绩平时成绩可以可以占占40405050，请做好课堂练习，请做好课堂练习

2、郭世满等，郭世满等，“宽带接入技术及应用宽带接入技术及应用”，北京邮电大学出版社，北京邮电大学出版社，20062006年年韦乐平，韦乐平，“接入网接入网”，人民邮电出版社，人民邮电出版社“接入网技术要求接入网技术要求基于以太网技术的宽带接入网基于以太网技术的宽带接入网”，人民邮电出版社，人民邮电出版社，20012001年年1212月月 “接入网技术要求接入网技术要求混合光纤同轴电缆网（混合光纤同轴电缆网（HFCHFC）”，人民邮电出版社，人民邮电出版社，20002000年年1010月月IEEE 802.16IEEE 802.16系列标准系列标准IEEE 802.11IEEE 802.11系列标

3、准系列标准ITU-T G.983.1ITU-T G.983.1、ITU-T G.983.6ITU-T G.983.68 8系列标准系列标准ITU-T G.984.1ITU-T G.984.13 3标准标准ITU-T G.985ITU-T G.985标准标准ITU-T G.992.1ITU-T G.992.15 5系列标准系列标准陈雪陈雪, “, “无源光网络技术无源光网络技术”, 2006, 2006年年, , 北京邮电大学出版社北京邮电大学出版社陈雪等译陈雪等译, “, “基于以太网的无源光网络基于以太网的无源光网络”, 2007, , 2007, 北邮出版社北邮出版社张民张民, ,许进许进

4、, ,黄学田黄学田, “, “光以太网光以太网”, , 北京邮电大学出版社北京邮电大学出版社, 2003, 2003年年1.1 1.1 接入网的产生背景接入网的产生背景1.2 1.2 接入网的重要性接入网的重要性1.3 1.3 主要宽带接入技术一览主要宽带接入技术一览1.4 1.4 下一代网络中的宽带接入下一代网络中的宽带接入实现信息的转移实现信息的转移(Transfer)(Transfer)从网络功能来看，整个电信网分为三个部分：从网络功能来看，整个电信网分为三个部分：传送网传送网交换网交换网接入网接入网CPNCPN接接入入网网接接入入网网交交换换网网交交换换网网传传送送网网CPN:用户驻地

5、网络OLT(端局）ONUONUONU光纤光纤光纤OLT 20 Km Network managementUp to 32 ONU per PON1.1 1.1 接入网的产生背景接入网的产生背景1.2 1.2 接入网的重要性接入网的重要性1.3 1.3 主要宽带接入技术一览主要宽带接入技术一览1.4 1.4 下一代网络中的宽带接入下一代网络中的宽带接入引言：如果打个比喻，我们的网络是什么形状？：如果打个比喻，我们的网络是什么形状？两头大中间小的网络形状两头大中间小的网络形状葫芦形状葫芦形状！从通信与网络界的一些著名定律谈起从通信与网络界的一些著名定律谈起 第一个：梅特卡夫定律 （Metcalfs

6、 Law）由以太网之父由以太网之父Robert MetcalfeRobert Metcalfe提出提出随着用户数目增加，网络价值呈指数增长。随着用户数目增加，网络价值呈指数增长。网络容量每网络容量每13141314个月就会翻番个月就会翻番实际的网络实际的网络 容量倍增速度比这个还快。即使在经历过容量倍增速度比这个还快。即使在经历过ITIT业泡业泡沫的破裂，人们仍不能否认网络及其用户的高速发展沫的破裂，人们仍不能否认网络及其用户的高速发展第二个：摩尔定律（Moores Law）微处理器的速率每微处理器的速率每1818个月翻番而价格减半。个月翻番而价格减半。2020多年来，计算机、多年来，计算机、

7、电子、光电子和光通电子、光电子和光通信技术飞速发展，这信技术飞速发展，这条定律得到了事实证条定律得到了事实证明。明。 现在终端设备的处理现在终端设备的处理速度可达几个速度可达几个Gb/sGb/s 第三个：光纤定律（Fiber Law）即光传输带宽每即光传输带宽每9 9个月翻番个月翻番 这是比摩尔定律速度更快的速度这是比摩尔定律速度更快的速度第第1 1代光纤通信系统代光纤通信系统: 45Mb/s, MMF, 850nm.: 45Mb/s, MMF, 850nm.第第2 2代光纤通信系统代光纤通信系统: 565Mb/s, MMF, 1310nm. : 565Mb/s, MMF, 1310nm. 第

8、第3 3代光纤通信系统代光纤通信系统: 2.510Gb/s, SMF, 1310nm.: 2.510Gb/s, SMF, 1310nm.第第4 4代光纤通信系统代光纤通信系统: 1040Gb/s, SMF, 1550nm.: 1040Gb/s, SMF, 1550nm.感谢感谢 WDM & EDFAWDM & EDFA单波长速率单波长速率: :1.6 Tb/s1.6 Tb/s (Nortel) (Nortel) 1.76 Tb/s1.76 Tb/s (Fujitsu) (Fujitsu)使用使用WDMWDM之后之后10.92Tb/s10.92Tb/s (273 (27340Gb/s) (NEC

9、) 40Gb/s) (NEC) 10.2Tb/s 10.2Tb/s (256(25642.7Gb/s PDM/WDM) (Alcatel)42.7Gb/s PDM/WDM) (Alcatel)0.010.11101001000每信道速率每信道速率 (Gb/s)0.11101001000信道数量信道数量77838687899193959596989810Gb/s100Gb/s1Tb/s10Tb/s总容量总容量0101100Tb/s光光电电0303Source: H. Kogelnik (Alcatel-Lucent)07“高速路高速路”的入口太窄！的入口太窄！宽带接入环节宽带接入环节“十字路口十

10、字路口”的交通混乱！的交通混乱！网络交换节点网络交换节点在此要讨论的是接入在此要讨论的是接入是连接亿万用户的最后是连接亿万用户的最后1km1km和最初和最初1km1km，规模庞大，规模庞大接入网投资规模占通信网总投资的接入网投资规模占通信网总投资的40%40%60%60%以上以上宽带接入的运营收入宽带接入的运营收入 开源节流，讲求投资回报仍是电信业的主旋律开源节流，讲求投资回报仍是电信业的主旋律但资本市场造成的动荡没有改变电信市场的内在需求，人但资本市场造成的动荡没有改变电信市场的内在需求，人们没有少打电话，没有少上网，对各种新业务的需求仍然们没有少打电话，没有少上网，对各种新业务的需求仍然存

11、在，电信服务市场发展良好。存在，电信服务市场发展良好。例如，中国移动为代表的电信运营商正在大力扩建网络，例如，中国移动为代表的电信运营商正在大力扩建网络，已经开始在部分农村铺设光纤，甚至在农村地区开设已经开始在部分农村铺设光纤，甚至在农村地区开设IPTVIPTV和可视公用电话等业务。和可视公用电话等业务。再如，中国电信在部分城市建设和运营再如，中国电信在部分城市建设和运营FTTHFTTH宽待接入业务。宽待接入业务。接入网成为制约宽带业务的瓶颈国内到国际的国内到国际的数据带宽至少是话音数据带宽至少是话音6.66.6倍倍省际省际干线数据带宽至少是话音干线数据带宽至少是话音5 5倍，流量至少是倍，流

12、量至少是6 6倍，过去倍，过去三年的年增长率三年的年增长率260260。省内省内干线趋势类似，比例略小干线趋势类似，比例略小( (至少至少3-53-5倍倍) )。各类数据业务年增长率均下降，唯各类数据业务年增长率均下降，唯互联网业务互联网业务继续高速增继续高速增长，达长，达84%84%。VoIPVoIP占国内长途通话时长占国内长途通话时长53%53%，增，增34%34%。VoIPVoIP占国际长途通话时长占国际长途通话时长59%59%，增，增44%44%。接入网相对核心网而言，其环境、业务量密度，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的差别。以及技术手段等均有很大的差

13、别。用户线路在地用户线路在地理上星罗棋布，建设投资比核心网的大得多；在理上星罗棋布，建设投资比核心网的大得多；在传送内容上是图像等高速数据与语音低速数据并传送内容上是图像等高速数据与语音低速数据并存；在方式上是固定或移动各有需求。存；在方式上是固定或移动各有需求。此外，此外，接入网的情况相当复杂，已有的体制种类接入网的情况相当复杂，已有的体制种类繁多，繁多，如电信部门的铜缆话路通信模式、有线电如电信部门的铜缆话路通信模式、有线电视的同轴电缆单向图像通信模式以及蜂窝通信的视的同轴电缆单向图像通信模式以及蜂窝通信的移动通信模式等。移动通信模式等。现今，核心网已逐步形成以光链路为基础的高速现今，核心

14、网已逐步形成以光链路为基础的高速信道，国际权威专家把宽带综合信息接入网比做信道，国际权威专家把宽带综合信息接入网比做信息高速公路的信息高速公路的“最后一公里最后一公里”，并认为它是信，并认为它是信息高速公路中息高速公路中难度最高、耗资最大的一部分难度最高、耗资最大的一部分，是，是信息基础建设的信息基础建设的“瓶颈瓶颈”。接入环节是最细小的部分，是瓶颈！接入环节是最细小的部分，是瓶颈！接入网成为制约宽带业务的瓶颈接入网成为制约宽带业务的瓶颈好在近年来接入网发展很快！好在近年来接入网发展很快！接入网市场规模巨大，一般估计占有接入网市场规模巨大，一般估计占有505060%60%的电的电信基础设施的投

15、资份额。信基础设施的投资份额。与用户联系最为紧密，运营商的未来收入主要集中与用户联系最为紧密，运营商的未来收入主要集中于此。于此。业务提供商同样寄希望于此业务提供商同样寄希望于此“救命稻草救命稻草”党的十六大报告提出：党的十六大报告提出：“优先发展优先发展信息产业，在经信息产业，在经济和社会领域广泛应用信息技术，积极发展对经济济和社会领域广泛应用信息技术，积极发展对经济增长有突破性重大带动作用的高新技术产业，用高增长有突破性重大带动作用的高新技术产业，用高新技术和先进适用技术改造传统产业新技术和先进适用技术改造传统产业”骨干网骨干网城域网城域网接入网接入网骨干网骨干网相当于城市与城市之间的高速

16、公路相当于城市与城市之间的高速公路城域网城域网相当于城市市区内的道路相当于城市市区内的道路接入网接入网解决的是将什么样的道路从市区修到每户家门口解决的是将什么样的道路从市区修到每户家门口中国：中国：宽带用户数：亚洲第一宽带用户数：亚洲第一ADSLADSL用户约用户约20002000万万( (占占80%80%的接入方式的接入方式) )家庭宽带普及率：家庭宽带普及率：3%3%韩国：韩国：约约70%70%香港：香港：约约50%50%台湾：台湾：40%40%新加坡：新加坡：29%29%英国电信：英国电信：2004.8.182004.8.18宽带用户突破宽带用户突破300300万万( (91%91%可行

17、可行) )美国：美国： 2004.8.192004.8.19宽带用户普及率宽带用户普及率51%51%(2003(2003年年7 7月月 3838) )(2002(2002年年7 7月月 11.111.1) )建设成本比较建设成本比较LANLAN 的建设成本：的建设成本：500500元元/ /户户ADSLADSL的建设成本：的建设成本：10001000元元/ /户户FTTHFTTH的建设成本：的建设成本： 80008000元元/ /户户20052005年年6 6月月3030日，我国上网用户总数突破一亿，为日，我国上网用户总数突破一亿，为1.031.03亿人亿人半年增加半年增加900900万人万人

18、宽带用户人数首次超过了拨号上网用户人数宽带用户人数首次超过了拨号上网用户人数我国上网计算机总数达到我国上网计算机总数达到45604560万台，比去年同期增长万台，比去年同期增长25.6% 25.6% 北京居民上网情况北京居民上网情况：上网时间与学历、收入成正比上网时间与学历、收入成正比研究生每天人均上网时间为研究生每天人均上网时间为96.296.2分钟，本科生为分钟，本科生为82.682.6分钟，高中生为分钟，高中生为70.470.4分钟分钟月收入超过月收入超过50005000元以上者每天人均上网时间为元以上者每天人均上网时间为103103分钟，月收入在分钟，月收入在30013001元至元至5

19、0005000元者每天的上网时间为元者每天的上网时间为7070分钟，月收入在分钟，月收入在20012001元至元至30003000元者每天的上网时间为元者每天的上网时间为5656分钟分钟韩国的宽带普及率如今已经达到韩国的宽带普及率如今已经达到75%75%大部分用户的网络带宽超过大部分用户的网络带宽超过5M5M计划提供的网速可以达到计划提供的网速可以达到100Mb/s (32100Mb/s (32美元美元/ /月月) ) 问题：问题：接入网的带宽到底是多宽？接入网的带宽到底是多宽？回答：回答：1. 1.不同的用户、不同的业务要求的接入带宽也不同。不能千篇一律。不同的用户、不同的业务要求的接入带宽

20、也不同。不能千篇一律。2.2.从发展的角度看，接入网技术应保证任何人，在任何地点都可以及时、可靠地从发展的角度看，接入网技术应保证任何人，在任何地点都可以及时、可靠地接入各种业务。接入各种业务。( (注意：注意：“任何时间任何时间”) )从技术上说，从技术上说，“宽带宽带”是指：是指：在同一传输介质上，可以进行复用在同一传输介质上，可以进行复用( (并行并行) )传输，并且速率在传输，并且速率在1.54Mb(2.04Mb)1.54Mb(2.04Mb)以上。以上。“宽带宽带”是与是与“窄带窄带”相对应的名词相对应的名词“窄带窄带”网络主要用于传输声音网络主要用于传输声音“宽带宽带”网络主要传输多

21、媒体业务和数据网络主要传输多媒体业务和数据1. 1. 在一定时间间隔内，接入网用户端口与用户主机，交换信息比特在一定时间间隔内，接入网用户端口与用户主机，交换信息比特数为接入速率数为接入速率( (满足传输损伤要求的前提下满足传输损伤要求的前提下) )达到达到2M2M以上以上( (含含2M)2M)的接入就是的接入就是宽带接入宽带接入2. 2. 支持支持2M2M以上以上( (含含2M)2M)业务网的应用，并支持电路模式和分组模式业务网的应用，并支持电路模式和分组模式的接入，称为的接入，称为宽带接入网宽带接入网。3. 3. 仅支持宽带数据业务的，则称为仅支持宽带数据业务的，则称为宽带数据接入网宽带数

22、据接入网64kb/s64kb/s接入速率：接入速率：满足满足7070左右的业务需求左右的业务需求128kb/s128kb/s接入速率：接入速率：满足满足8080左右的业务需求左右的业务需求2Mb/s2Mb/s接入速率：接入速率：满足满足9090左右的业务需求左右的业务需求10Mb/s10Mb/s接入速率：接入速率：满足满足9292左右的业务需求左右的业务需求 年龄组年龄组业务业务1818岁以岁以下下19301930岁岁31403140岁岁4040岁以上岁以上分布比例分布比例17.9%17.9%49%49%23.8%23.8%9.3%9.3%网络游戏网络游戏27.8%27.8%68%68%3.6

23、%3.6%0.6%0.6%网络短信网络短信5.7%5.7%62%62%23.6%23.6%8.8%8.8%1.1 1.1 接入网的产生背景接入网的产生背景1.2 1.2 接入网的重要性接入网的重要性1.3 1.3 主要宽带接入技术一览主要宽带接入技术一览1.4 1.4 下一代网络中的宽带接入下一代网络中的宽带接入有线有线无线无线光纤系统光纤系统以太网技术以太网技术双绞线（双绞线（HDSLHDSL、ADSLADSL、VDSLVDSL、）固定无线接入（固定无线接入（MMDSMMDS、LMDSLMDS、FSOFSO）有源（有源（AONAON：SDH/MSTPSDH/MSTPPDHPDH的的IDLCI

24、DLC）无源（无源（PONPON：窄带：窄带PON / PON / ）APON EPON GPONAPON EPON GPON移动无线接入（移动无线接入（2.5G2.5G、3G3G、802.16/WiMAX)802.16/WiMAX)混合光纤电缆技术混合光纤电缆技术 （HFC + CABLE MODEMHFC + CABLE MODEM）局端用户端ONU混合光纤双绞线混合光纤双绞线Comm. TowerModem无线接入网无线接入网双绞线接入双绞线接入xDSLxDSL技术技术随着调制技术和信号处理技术的发展，出现了基随着调制技术和信号处理技术的发展，出现了基于双绞线的宽带接入技术，如于双绞线的

25、宽带接入技术，如ADSLADSL，VDSLVDSL，HDSLHDSL，SDSLSDSL等等，总称为等等，总称为xDSLxDSL技术技术 Training FrequencyG. Lite over POTS32 kHz138 kHz552 kHzG. Lite over POTS32 kHz138 kHz552 kHzADSL over POTS (FDM)32 kHzUpstreamDownstreamPOTS1102 kHzADSL over POTS (FDM)32 kHzUpstreamDownstreamPOTSADSL over POTS (FDM)32 kHzUpstreamDo

26、wnstreamPOTS1102 kHzADSL非对称数字用户线非对称数字用户线光纤传输光纤传输xDSLxDSL技术技术光以太网技术（光以太网技术（FTTXFTTXLANLAN）在城域网汇聚和接入环节的在城域网汇聚和接入环节的MSTPMSTP及及RPRRPRPONPON技术技术FSOFSO自由空间光通信自由空间光通信CWDMCWDM粗波分复用技术粗波分复用技术无源光网络无源光网络(PON)ONU 3ONU 4ONU 1ONU 2ONU 5OLTONU n典型的树型分支结构典型的树型分支结构PONPON的主要类别的主要类别APONAPON后来在北美演进为后来在北美演进为BPONBPONEPON

27、EPON 即即GEPON GEPON 新出现新出现10GEPON10GEPON、WDM-PONWDM-PON、HPONHPONGPON GPON GEPONPONPON的优点的优点ODNODN中不含有源器件，成本较低；纯介质中不含有源器件，成本较低；纯介质 网络，易网络，易于维护于维护ODNODN无需供电，比有源设备可靠性高无需供电，比有源设备可靠性高在一定程度上对所使用的传输体制透明在一定程度上对所使用的传输体制透明通过通过WDMWDM可以实现与可以实现与CATVCATV的共网传送的共网传送xPON拓扑结构公用电话网（公用电话网（PSTNPSTN）ISDNISDN（综合业务数据网（综合业务数

28、据网 Integrated Services Digital NetworkIntegrated Services Digital Network）连接连接X.25X.25DDNDDN（公共数字数据网（公共数字数据网 Digital Data networkDigital Data network）连接连接微波微波车载车载GPSGPS卫星上网卫星上网PSTNPSTN网络易实现网络易实现成本低成本低速率低速率低适合于家庭及小型网络接入或备用通信线路适合于家庭及小型网络接入或备用通信线路ISDNISDNISDNISDN支持话音、数据、图形、视频等多种业务支持话音、数据、图形、视频等多种业务速率较高

29、：基本速率（速率较高：基本速率（2B+D:128k2B+D:128k）、基群速率（）、基群速率（23B+D23B+D、30B+D30B+D）数字信道，抗干扰强、误码率低、传输质量好数字信道，抗干扰强、误码率低、传输质量好网络易实现网络易实现成本低成本低适合于家庭及小型网络接入（如网吧）适合于家庭及小型网络接入（如网吧） X.25: X.25: 基于目前的模拟电话线路技术进行远程点对多点传输。基于目前的模拟电话线路技术进行远程点对多点传输。优点：价格便宜。优点：价格便宜。缺点：传输速率较慢，延时大。缺点：传输速率较慢，延时大。 Frame RelayFrame Relay一种点对多点的数据包交换

30、技术。一种点对多点的数据包交换技术。在在X.25X.25网基础上简化了网络层次结构，用虚电路技术传送和网基础上简化了网络层次结构，用虚电路技术传送和交换数据，并把差错控制移到智能化的终端来处理交换数据，并把差错控制移到智能化的终端来处理传输速率较高（传输速率较高（64k-2M64k-2M，最高可达，最高可达50M50M）、低延时。）、低延时。价格比价格比DDNDDN便宜。便宜。适宜作为多节点传输多媒体和视频等高宽带网数据的连接技适宜作为多节点传输多媒体和视频等高宽带网数据的连接技术，此外，特别适用于突发业务。术，此外，特别适用于突发业务。 DDNDDN高质量的数据传输通道高质量的数据传输通道速

31、率：速率：n x 64kb/s 2Mb/sn x 64kb/s 2Mb/s，最高，最高155Mb/s155Mb/s数字信道，抗干扰强、误码率低、传输质量好数字信道，抗干扰强、误码率低、传输质量好传输距离远（跨城市、跨国）传输距离远（跨城市、跨国）常用于专线、带宽租赁等常用于专线、带宽租赁等成本较高成本较高 思路一：思路一： 思路二：思路二： “吉比特到小区、百兆到大楼、十兆到家吉比特到小区、百兆到大楼、十兆到家” “FTTx+LANFTTx+LAN”，光纤到小区，五类线到用户，光纤到小区，五类线到用户 “HFC+CableModemHFC+CableModem模式模式”1.1 1.1 接入网的产生背景接入网的产生背景1.2 1.2 接入网的重要性接入网的重要性1.3 1.3 主要宽带接入技术一览主要宽带接入技术一览1.4 1.4 下一代网络中的宽带接入下一代网络中的宽带接入未来的接入网是一个全业务接入网未来的接入网是一个全业务接入网( (宽带应用被提宽带应用被提上了议事日程上了议事日程) )；窄带接入网目前仍然居于主导地位，宽带接入是必窄带接入网目前仍然居于主导地位，宽带接入是必然的趋势然的趋势(ADSL(ADSL、HFCHFC、ATM-PON.