宽带网络技术 第2版 教学课件 申普兵 第7章 宽带网接入技术

在线教务辅导网：://教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187

或者直接输入下面地址：第7章宽带网接入技术接入网的定义和界定接入网的分层模型接入网的接入类型接入网的接口与业务接入网的管理控制和运行接入网的分类铜线接入网光纤接入网混合光纤/同轴电缆〔HFC〕接入网无线接入网重点：光纤接入网难点：无源光网络7.1接入网的根本概念7.1.1接入网的定义和界定 1995年7月，ITU-T第13研究组通过的建议G.902中对接入网做出定义：接入网由业务节点接口〔SNI〕和用户网络接口〔UNI〕之间的一系列传送实体〔例如，线路设施和传输设施〕组成，为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统，可经由Q3接口配置和管理。◎接入网的定界电信管理网TMN接入网用户终端设备Q3UNISNI◆通过UNI与用户终端设备相连。◆通过SNI与位于局端或远端交换模块的业务节点相连。◆通过Q3接口与TMN相连接，并由电信管理网进行配置和管理。7.1.2接入网的分层模型接入承载处理功能层（AF）电路层（CL）传输通道层（TP）传输媒质层（TM）层管理系统管理接入承载能力要求1.电路层涉及电路层接入点之间的信息传递并独立于传输通道层。2．传输通道层 涉及通道层接入点之间的信息传递。3．传输媒介层 传输媒介层与实际物理传输媒介〔如双绞线、同轴电缆、光纤、微波等〕有关。4．各层对应的内容接入承载处理功能层：用户承载体、用户信令、控制、管理。电路层：电路模式、分组模式、帧中继模式、ATM模式。传输通道层：PDH、SDH、ATM、其他。传输媒质层：对绞电缆系统(HDSL/ADSL等)、同轴电缆系统、光纤接入系统、无线接入系统、混合接入系统。7.1.3接入网的接入类型一、PSTN和N-ISDN类包括PSTN接入、ISDN根本速率接入、ISDN基群速率(1544kbit/s、2048kbit/s)接入。二、B-ISDN类包括基于SDH155Mbit/s接入、基于信元155Mbit/s接入、基于SDH622Mbit/s接入、基于信元622Mbit/s接入和低速〔1544kbit/s、2048kbit/s〕B-ISDN的接入。三、永久性租用线类包括64kbit/s、n×64kbit/s或384kbit/s、1544kbit/s、1920kbit/s、l984kbit/s、2048kbit/s、34Mbit/s、139Mbit/s、SDHVC-12、SDHVC-3、SDHVC-4及ATM虚通路。四、其他类包括数据业务类接入、播送类接入、交互式视像类接入。7.1.4接入网的接口与业务一、接入网的接口 类型：

用户网络接口业务节点接口维护管理接口1、用户网络接口〔UNI〕位置：位于接入网的用户侧类型：独享式UNI和共享式UNI。独享式：一个UNI仅能支持一个业务节点。共享式：一个UNI支持多个业务节点的接入。表现形式：模拟二线音频接口〔POTS〕、模拟四线接口、E&M模拟接口、ISDN根本速率接口〔2B+D〕、ISDN基群速率接口〔30B+D〕、El数字接口、n×64kbit/s的V.35接口。2、业务节点接口〔SNI〕位置：位于接入网的业务节点〔SN〕一侧。类型：〔1〕仅支持一种专用接入类型；〔2〕可支持多种接入类型，所有接入类型的接入承载能力相同；〔3〕可支持多种接入类型，每种接入类型的接入承载能力不同。3、维护管理接口〔Q3〕位置：接入网〔AN〕与电信管理网〔TMN〕之间的接口。作用：TMN通过Q3接口实施对AN的管理、配置等操作，为用户提供所需的接入类型和承载能力。接入网作为整个电信网络的一局部，通过Q3接口纳入TMN的管理范围之内。二、接入网支持的业务1.接入网的业务节点类型〔1〕支持单一业务的业务节点〔2〕支持一种以上业务的业务节点〔组合业务节点〕2、业务节点提供的业务本地交换业务：PSTN业务、N-ISDN业务、B-ISDN业务、分组数据业务。租用线业务：基于电路模式的租用线业务、基于ATM的租用线业务、基于分组模式的租用线业务。按需的数字视频和音频业务。播送的视频和音频业务：数字业务、模拟业务。7.1.5接入网的管理控制和运行一、接入网管理中的根本概念1．—般的网络管理：指接入网的配置管理和性能管理，包括各种类型接口的管理和传送局部的管理。2．设备的集中维护：指接入网中使用的各种设备的故障管理。3．对保证业务质量的支持：通过和其他业务管理系统的互连，对保证业务质量提供支持。二、接入网的管理、控制与运行对与业务节点相连的接入网的协调管理要包括接入网与业务节点的所有功能。1．功能管理结构功能结构中所定义的接入网和业务节点功能都是要管理的对象，TMN通过Q3代理和管理信息库〔MIB〕进行管理。网元单元〔NEF〕接入网管理功能结构

系统管理功能AN-SMF)用户口功能(UPF)核心功能〔CF〕传送功能〔TF〕核心功能〔CF〕业务口功能(SPF)工作站功能〔WSF〕fQ3运营系统功能〔OSF〕2、接入网的运行与维护电信管理网中针对接入网的运行系统功能〔OSFAN〕进行监测，控制着接入网的各种功能，包括用户口功能的硬件实施。3、接入网的管理功能监测管理、控制管理、配置管理(设备配置、软件配置)、故障管理、性能管理和平安管理。4、用户口功能组的管理用户口的控制：激活/去激活功能、阻断/去阻断功能、配置功能和测试功能。用户口的监测：故障检测/指示和性能监测5、核心功能组的管理核心功能控制：核心功能的配置是控制承载分配、承载适配、协议承载分配和协议映射等功能所必需的。核心功能监测：核心功能的监测也包括故障检测/指示、性能监测。6、业务口功能组的管理业务口控制：根据故障状况，将业务口置于阻断〔非运行〕/非阻断〔运行〕状态。业务口监测：故障检测/指示功能、性能监测功能7、传送功能组的管理传送功能控制：限定传送媒介层、传输通道层和电路层，由AN-OSF执行。传送功能监测：故障检测/指示功能、性能监测功能8、AN-SMF的管理AN-SMF的控制：配置功能：对AN-SMF进行性能评估、事件报告、平安和信息采集等进行控制。核查功能：恢复所有相关配置及接入网各功能与AN-SMF的状态信息。接入网有线接入网铜线接入网高比特数字用户线（HDSL）不对称数字用户线（ADSL）甚高比特数字用户线（VDSL）光纤接入网光纤到路边（FTTC）光纤到大楼（FTTB）光纤到户（FTTH）混合光纤/同轴电缆接入网（HFC）无线接入网固定无线接入网微波一点多址（DRMA）本地多点分布业务（LMD）卫星甚小型天线地球站（VSAT）直播卫星（DBS）移动无线接入网蜂窝移动电话卫星通信有线接入网是使用铜线、光缆和同轴电缆作为传输媒介的接入网。类型：铜线接入网光纤接入网混合光纤/同轴电缆〔HFC〕接入网一、XDSL技术1、XDSL技术的开展使用话带调解器技术,在传送模拟话音的用户环路上传输14.4～56.6kbit/s数据。ISDN技术，提供128kbit/s的传输速率。经过一个多世纪的开展，全球铜线接入网络的规模已到达7.9亿多线，是目前分布地域最广、覆盖用户群最大的接入网络。◎铜线接入特点：〔1〕网络是现成的，无需建设过程，能立即为用户开通高速业务。〔2〕网络覆盖面广，规模大。〔3〕投资省，无需线路材料的投入和铺设施工的投入。〔4〕在开通宽带业务的同时，不影响原有话音业务〔POTS〕。2．XDSL技术的原理〔1〕用户通过非屏蔽铜质双绞线对连接到交换机。〔2〕铜线一般限制在4～5km，最长6km左右。〔3〕线路由假设干段连接而成。假设干条线路集中在一根多芯电缆中。〔4〕用户和交换机之间有交接箱和分线盒。交接箱的位置距用户1.5km左右，分线盒的位置距用户300m以内。◎叠加传输技术除HDSL外，大局部XDSL技术是一种叠加传输技术，即在线路上开通XDSL业务的同时不影响原有窄带业务，这是利用线路上与窄带POTS业务相别离的高端频谱实现的。BBNBNB+XDSL网络终端〔NT〕fffPOTSLinecardPOTSsplitterXDSLmodem宽带业务网络PSTN业务网络POTSsplitterXDSLmodem线路终端〔LT〕现有布线新布线3．几种典型的XDSL技术介绍ISDNBRAHDSLADSLVDSL频谱范围DC-160KHzDC-784KHz25KHz-1.1MHz300KHz-30MHz对称性对称对称非对称对称或非对称上行速率144kbit/s2048kbit/s16-640kbit/s1.5-6Mbit/s下行速率144kbit/s2048kbit/s1.5-8Mbit/s13-52Mbit/s线路编码4B3T,2B1Q2B1Q,CAPDMT,CAP/QAMDMT,QAM使用线对1对2对或3对1对1对二、高速数字用户环路〔HDSL〕1、利用二对或三对铜线，为用户提供E1的全双工数字连接。2、在线径为的铜线上，传输距离〔无中继时〕可达3-5km。3、采用2B1Q〔4电平脉冲幅度码，即用1位4进制码，表示2位二进制码〕和CAP〔无载波幅度相位调制〕二种编码技术。HDSL系统在不同线径下的传输距离传输距离（km）铜线线径(mm)2对线系统3对线系统4对线系统26号线0.43.54.04.624号线0.54.55.05.522号线0.646.05.66.519号线0.97.27.89.0三、不对称数字用户环路〔ADSL〕在一对铜线上为用户提供上、下行信号速率不等的数字连接。三个频带：低端〔4kHz以下〕用于传送普通业务，上行信道传送速率可达768kbit/s，下行信道传送速率可达8Mbit/s。0425f1f21100f（KHz）上行POTS下行ADSL传输标准分类分类单工（图像）双工（数据）基本电话业务16.144Mbit/s160－576Kbit/s4KHz24.608Mbit/s160－384Kbit/s4KHz33.072Mbit/s160－384Kbit/s4KHz41.536Mbit/s160Kbit/s4KHz分类下行上行基本电话业务56.2Mbit/s576Kbit/s4KHz63.1Mbit/s384Kbit/s4KHz71.544Mbit/s160Kbit/s4KHz8768Kbit/s64Kbit/s4KHz9384Kbit/s32Kbit/s4KHz10160Kbit/s16Kbit/s4KHzADSL系统的主要特点是“不对称〞。优点：充分利用现有的铜线网路，设备装、拆方便。缺点：容量较小ADSL特点四、以太网接入1、用户管理〔1〕IEEE802.1xIEEE802.1x是一种基于端口的网络接入控制协议，它可以限制未经授权的用户/设备通过接入端口〔accessport)访问LAN/WLAN。〔2〕PPPOEPPPoE协议将包含用户认证信息的PPP报文封装在以太网帧中，在以太网提供点对点连接的同时，利用PPP协议的PAP和CHAP认证方式对用户进行认证。2、平安管理接入网要保证用户通信信息的保密、用户帐号和密码的平安、用户IP地址防盗用、重要网络设备的平安等方面。通过以下技术手段保证数据和网络设备的平安性：◎以太网交换机端口隔离◎用户帐号和密码的平安依靠相应信息的加密传送实现。◎用户IP地址防盗用可通过绑定机制实现，◎DHCP效劳器的平安，应防止用户通过改变MAC地址申请IP地址而耗尽地址资源。3、计费管理管理哪些用户可以访问网络效劳器，具有访问权的用户可以得到哪些效劳，如何对正在使用网络资源的用户进行记账。1〕验证(Authentication):验证用户是否可以获得访问权限；2〕授权(Authorization):授权用户可以使用哪些效劳；3〕记账(Accounting):记录用户使用网络资源的情况。◎RADIUS是基于UDP的一种客户机/效劳器协议。RADIUS客户机是网络访问效劳器，它通常是一个路由器、交换机或无线访问点。特点：1〕客户/效劳模式(Client/Server)2〕网络平安3〕灵活的认证机制4〕扩展协议4、接入设备的供电PoE(PowerOverEthernet)指的是在现有的以太网布线根底架构不作任何改动的情况下，在为一些基于IP的终端传输数据信号的同时，还能为此类设备提供直流供电的技术。PoE系统包括供电端设备(PSE，PowerSourcingEquipment)和受电端设备(PD，PowerDevice)两局部。

IEEE802.3af和IEEE802.3at标准类别802.3af（PoE）802.3at（PoEplus）分级0~30~4最大电流350mA600mAPSE输出电压44~57VDC50~57VDCPSE输出功率<=15.4W<=30WPD输入电压36~57VDC42.5~57VDCPD最大功率12.95W25.5W线缆要求UnstructuredCAT-5eorbetter供电线缆对22POE标准供电系统的主要供电特性参数为：

电压在44~57V之间，典型值为48V。允许最大电流为550mA，最大启动电流为500mA。典型工作电流为10~350mA，超载检测电流为350~500mA。在空载条件下最大需要电流为5mA。为PD设备提供3.84~12.95W五个等级的电功率请求最大不超过13W。5、线路编码〔1〕2B1Q编码2B1Q码是用1位四进制码组表示2位二进制码组〔2〕QAM编码将发送数据流分为两路，分别对正弦载波和余弦载波进行数字调幅，然后相加传输。〔3〕CAP编码线路传输码的编码方式采用无载波幅度相位调制〔4〕DMT编码光纤接入网〔OAN〕是指从业务节点〔SN〕与用户终端之间的局部或全部采用光设备实现接入的系统。一、光纤接入网的拓扑结构光纤接入网分类：〔根据室外传输设施中是否含有源设备〕有源光网络〔ActiveOpticalNetwork，AON〕采用有源的电复用器分路无源光网络〔PassiveOpticalNetwork，PON〕采用无源的光分路器分路。1.单星型结构单星型结构：用户端的每一个光网络单元〔OpticalNetworkUnit，ONU〕分别通过一根或一对光纤与局端的同一光线路终端〔OpticalLineTerminal，OLT〕相连，形成以OLT为中心向四周辐射的星型连接结构。OLT交换局局端V5接口ONU-1UNIONU-n用户2.有源多星型结构从OLT到电复用器〔MUX〕形成一个星型结构的光纤连接，从MUX到ONU又形成一个星型结构的光纤连接，所以称之为多星型结构。OLT交换局局端V5接口ONU-1UNI用户MUXONU-nOLT交换局局端V5接口ONU-1UNI用户OBDONU-n3.无源多星型结构将有源多星型结构中的MUX替换为无源光分路器〔OBD〕，成为无源多星型结构。4.总线型结构总所有ONU通过非平衡光分路器〔NB—OBD，分光比不为1∶1〕共用同一条光纤馈线，其优点是共享效率较高，结构简单。OLT交换局局端V5接口ONU-1ONU-3ONU-nONU-2ONU-45.环型结构环型结构中所有的ONU共用一条光纤链路，这条光纤链路首尾相接形成单环型结构。OLT交换局局端V5接口ONU-1ONU-3ONU-nONU-2ONU-4

结构性能总线形星形环形成本低最高低维护测试很难差（修复时间长）好安全性很好好很好可靠性较好差（有源）较好(无源)很好网络规模中等适合大规范适合于有选择性用户新业务容易提供容易提供向每个用户提供较难二、光纤接入网的根本结构1.光纤接入网功能配置ITU-TG.982建议提出了一个与具体业务应用无关的光纤接入网的功能参考配置。S/RS/RaQ3SNONUONUAFODNOLTOAMT接口UNIV接口SNIOAN为光接入网提供网络侧与本地交换机之间的接口。任务：别离交换和非交换业务，并管理来自ONU的信令和监控信息，为ONU和本身提供维护和指配功能。ONU位于ODN和用户设备之间。1、提供与ODN的接口功能(包括光/电和电/光变换)2、提供通过ODN接口信号的传输复用功能；3、提供用户端口功能〔用户业务接口n×64Kbit/s〕；4、提供适配功能及信令转换;5、提供供电和维护管理功能。ODN是由无源光器件和光纤构成的无源光分配网络，

为ONU和OLT提供以光纤为传输媒质的物理连接。功能：完成光信号的传输和功率分配。为ONU和用户设备提供适配功能。可以包含在ONU之内，也可以完全独立。2.光纤接入网的几种典型网络结构〔1〕光纤到路边〔FTTC〕〔2〕光纤到大楼〔FTTB〕〔3〕光纤到户〔FTTH〕3．光纤接入网中使用的器件与技术〔1〕光器件1〕光纤与光缆6〕光衰退减器2〕光纤活动连接器7〕光源3〕光分路器8〕光接收器4〕光复用器9〕光放大器5〕光隔离器〔2〕双工技术1〕空分双工4〕码分双工2〕向分双工5〕频分双工3〕波分双工6〕时分双工〔3〕多址技术1〕波分多址(WDMA)2〕频分多址(FDMA)3〕时分多址(TDMA)4．无源光网络无源光网络〔PON〕技术是一种点到多点的光纤接入技术，它由局端的OLT〔光线路终端〕、用户侧的ONU(光网络单元)以及ODN〔光分配网络〕组成。PON优点：◆相对本钱低，维护简单，容易扩展，易于升级。◆无源光网络是纯介质网络，彻底防止了电磁干扰和雷电影响。◆PON系统对局端资源占用很少，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高。◆提供非常高的带宽。◆效劳范围大。◆带宽分配灵活，效劳有保证。PON从传输标准上：APON/BPON、EPON和GPON三种。◆APON/BPON以ATM作为承载协议,由于业务提供能力有限，数据传送速率和效率低，◆EPON是将Ethernet技术与PON技术结合起来的产物，其目标是用最简单的方式实现点到多点结构的以太网光纤接入系统。◆

GPON是ITU提出

G比特级的无源光网络。〔2〕EPON工作原理－下行〔3〕EPON工作原理－上行7.2.3光纤/同轴电缆系统〔HFC〕混合〔HybridFiber/CoaxialCableSystem，HFC〕它是一种以模拟频分复用技术为根底综合应用模拟和数字传输技术、光纤和同轴电缆技术、射频技术的高度分布式智能宽带用户接入网络。一、系统结构HFC网络由馈线网、配线网和用户引入线三局部构成。去干线及配线光节点前端

数据VODCATV光纤同轴电缆

供电干线/桥接放大器效劳区分支器线路延伸器

用户同轴线路延伸器引入线馈线网配线网二、HFC系统的频谱分配◆同轴电缆提供750MHz的通带带宽；◆使用频分复用〔FDM〕技术和射频〔RF〕电磁波技术；◆可以为500个用户家庭提供话音、视频和数据等综合业务的效劳。视频点播〔VOD〕FM播送f〔MHz〕传输POTS、数据和信令的上行信道〔5-30/42MHz〕050100200300400500600700模拟CATV〔40/54-550MHz〕数字视频播送数据业务

数字信号下行〔550-750MHz〕三、HFC系统的特点与应用1．HFC系统的特点〔1〕传输频带较宽〔2〕与现有的用户设备兼容〔3〕成本较低2．HFC系统的应用HFC系统主要是为住宅用户提供各种宽带业务，特别是视像业务〔以模拟视像业务为主〕而提出的一种接入网方案。无线接入网是以无线电技术〔包括微波、VSAT、蜂窝移动通信、无绳等〕为传输手段向用户提供各种电信业务，它可以全部或局部地替代有线接入网。分为固定无线接入网和移动接入网两大类。一、本地多点分布业务系统〔LMDS〕二、直播卫星系统〔DBS〕三、甚小天线地球站〔VSAT〕四、一点多址系统〔DRMASS〕它使用28GHz频段，可传送交互式VOD业务(IVOD)。LMDS结构宽带交换窄带交换视像收发信机28GHz话音室外单元机顶盒扇形天线三、甚小天线地球站〔VSAT〕1、根本概念VSAT是指天线口径小于2.4m、G/T值低于19.7dB/K，高度软件控制的智能化小型地球站。2、组成VSAT由主站、卫星和众多VSAT小站组成VSAT网的组成VSATVSAT主站主机终端3、网络结构VSAT通信网的根本网络结构有星形、网形、及混合结构形式。类

型VSATVSAT(扩频)USATTSATTVSAT天线直径(m)1.2-1.80.6-1.20.25-0.51.2-1.51.8-2.4频段KuCKuKm/CKu/C速率(kbit/s)56-5129.6-325656-1544多址方式TDMCDMACDMATDMA/FDMA调制方式BPSK/QPSKDSFH/DSQPSKFM连接方式无主站/有主站有主站有主站无主站有主站通信规程SDLC，X.25，BSC，ASYNCSDLC，X.25专用网络工作共用/专用共用/专用共用/专用专用共用/专用5、业务种类及应用VSAT网的业务种类主要有：交互式事务处理询问/应答事务处理叙事记录事务处理成批数据事务处理6、开展趋势

1、概念及特点DRMASS是在交换机与用户(或数据终端)之间用无线(微波)的方式连结的点到多点的通信系统。

交换机集线器DRMASS系统终端特点：容量较大，效劳范围广，较高的频率利用率，能够实现自我诊断及远程监控功能。2、系统组成DRMASS系统由基站、中继站、终端站三局部组成。3、业务功能根本的通信业务和数据通信业务4、应用范围7.3.2移动接入网◆无线接入网的另一个开展方向是“移动性〞。◆移动接入网使用频段普及低频、中频、高频、甚高频、特高频和微波。◆移动接入网的组网方式按有无中心可分为无中心网和有中心网两种方式。分类：一、蜂窝移动系统二、卫星移动通信系统1、蜂窝移动系统的组成移动业务交换中心原籍位置寄存器设备识别寄存器访问者位置寄存器鉴权中心基站移动台数据网电话网

蜂窝移动电话系统结构接入网2、蜂窝移动系统的特点◆系统覆盖面积大◆具有漫游功能◆可以越区切换

蜂窝移动系统分模拟和数字两大类，数字蜂窝移动系统优点：①频谱利用率高。②既可提供话音效劳，又可提供非话业务。③效劳本钱低而效劳质量高。④移动台设备和网络设备本钱低、重量轻、体积小。⑤平安保密性能强。3、3G第三代移动通信技术〔3rd-generation，3G〕，是第三代移动通信技术的简称，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。3G存在四种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX项目WCDMACDMA2000TD-SCDMA核心网基于GSM-MAP基于ANSI-41基于GSM-MAP双工方式FDDFDDTDD双向信道带宽（MHZ）102.51.6码片速率（Mcps）3.841.22881.28帧长（ms）10ms可变10ms（分两个5ms子帧）基站同步异步（同步可选）同步同步功率控制（Hz）开环+快速闭环1500开环+快速闭环800开环+慢速闭环2001、卫星移动通信系统的组成基站PSTN关口站空中移动体海上移动体陆地移动体手机控制中心

卫星移动通信系的频段从特高频(VHF)到超高频(UHF)，甚至微波频段均可用。下行上行下行上行1492-15251675-17102483.5-25001610-1626.51525-15591626.5-1660.52500-25202670-26902120-22001930-20105150-52166525-6541.5卫星移动业务频率分配表(单位：MHz)2、卫星移动通信系统的应用卫星移动通信系统可为移动用户提供全球范围、地区范围或国内的公用移动、电传、、数据业务。它可以应用于多种情况：应急救援通信