通信原理与通信技术（第五版）课件 第16章 接入网技术

1讲授：张卫钢通信原理与通信技术2024.8TEXTBOOK选用教材23微信公众号16接入网技术4问题：高速公路不能建到家门口，人们需要一个连接家门与高速公路的“接入”路网。在通信网中也存在类似的概念，即在骨干网与用户之间需要一个接入网。那么，什么是接入网？CONTENT目录5接入网的接口技术接入网的分类接入网技术接入网的概念16.116.216.316.4结语15.56接入网的概念16.1

在计算机网络领域，通常讨论的都是广域网、城域网、局域网，但还有一类通信网络虽然没有明确列入计算机网络家族，却与计算机网络有着密切关系，这就是接入网。我们知道，广域网尤其是互联网主要利用现有的各种电信网作为内核进行信息交流和资源共享，而接入网是电信网的重要组成部分，也可看成是广域网不可或缺的一部分，且涉及到基带通信、调制通信、微波通信和光纤通信等技术，因此，学习通信知识不能遗漏接入网技术。

从设备构成上看，传统的电信网主要由用户终端设备、用户线传输设备、交换设备及局间中继传输设备等几部分组成。按通信功能的不同，它又可以分为传输网、交换网和接入网三部分，如图16-1所示。7接入网的概念16.1用户环路：从电话端局交换机到用户终端设备之间的连接线路，如图16-2所示。

因为用户终端设备主要是电话机且电信网以传送话音信号为主，所以，从用户终端到交换设备之间的传输技术相对于局间的中继传输技术来说比较简单，用铜线即可满足话音信号（300～3400Hz）的传输要求。因此，用户环路的基本配置在大约一百年的时间里并没有发生重大变化，各个线缆段均是不同规格的铜线电缆，其中，馈线电缆（主干电缆）一般为3～5km，配线电缆一般为数百米，引入线则只有数十米左右。接入网由传统的用户环路发展而来，是用户环路的升级和通信网演变过程中的新概念。8接入网的概念16.1

用户对业务的需求由单一的模拟话音业务逐步转向包括数据、图像和视频在内的多媒体综合数据业务。因受传输损耗、带宽和噪声的影响，这种由铜线组成的简单用户环路结构已不能适应网络的发展和用户业务的需要，且用户环路所采用的模拟窄带传输手段也逐渐成为制约通信技术发展的瓶颈，所以，各种以接入综合业务为目标的新技术、新思路不断涌现。而新技术的引入虽然增强了传统用户环路的功能，但也使之变得更加复杂。用户环路渐渐失去了原来点到点的线路特征，开始表现出交叉连接、复用、传输和管理等网络新特点。9接入网的概念16.1

基于电信网的这种发展演变趋势，英国电信BT于1975年提出了接入网AN的概念。20世纪80年代初，原CCITT提出V1～V4数字接口建议。80年代后期，ITU-T着手制订标准化V5.x数字接口规范并对AN作出较为科学的界定。至此，AN技术才真正进入了电信网应用领域。AN是一种适用于各种业务的技术，其结构、功能、接入类型和管理功能等在G.902建议中都有详细阐述。图16-3给出了国际上流行的一种电信网划分形式。其中，用户驻地网CPN指用户终端到用户网络接口UNI之间所包含的机线设备，是属于用户自己的网络，在规模、终端数量和业务需求方面差异很大，它可以大至公司、企业或大学校园，由局域网内所有设备组成，也可以小至普通居民住宅，仅由一部话机和一对双绞线组成；核心网具有交换网和传输网功能，或者说具有长途网和中继网功能；接入网包含了核心网与用户驻地网之间的所有设备和线路，主要实现交叉连接、复用和传输功能，一般不包括交换功能；TMN是电信管理网，Q3是电信管理网与电信网各部分相连的标准接口。10接入网的概念16.1

从以上描述中可以看出，接入网已经从功能和概念上替代了传统的用户环路，成为电信网中的重要组成部分。至此，可以给接入网下一个定义：接入网：由业务节点接口（SNI）和相关用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（线路设施和传输设备）组成的为传送电信业务提供所需传送承载能力的通信系统，可经Q3接口进行配置和管理。11接入网的概念16.1

显然，接入网是介于网络侧与用户侧之间的所有机、线设施的总和。换句话说，接入网就是指本地交换机（或远端模块局）和用户终端设备之间所有设备和传输介质构成的通信系统。其结构模型如图16-4所示。

简言之，接入网就是负责连接本地电信用户与本地电信端局的通信系统。12接入网的概念16.1

从图16-3可以看出，接入网处于整个电信网的网络边缘，用户的各种业务通过接入网进入核心网。因为在电信网中的位置和功能不同，所以，接入网与核心网有着明显差别。

接入网的主要特点如下：（1）具备复用、交叉连接和传输功能，一般不含交换功能，但提供开放的V5标准接口，可与任何种类的交换设备连接。（2）接入业务种类多，业务量密度低。除接入交换业务外，还可接入数据业务、视频业务及租用业务等。但与核心网相比，其业务量密度低、线路占用率低、经济效益差。有数据显示，核心网中继电路的占用率通常达50%以上，而住宅用户线路的占用率在1%以下。（3）网径大小不一，成本与用户有关。由于覆盖的用户位置不同，接入网的网径大小不一。例如市区的住宅用户可能只需1～2km长的接入线，而偏远地区的用户可能需要十几公里的接入线，成本相差巨大。13接入网的概念16.1

（4）线路施工难度大，设备运行环境恶劣。接入网的网络结构与用户所处的实际地形有关。线路一般沿街道敷设，经常需要在街道上挖掘管道，施工难度较大。另外接入网的设备通常放置于室外，要经受恶劣环境考验甚至人为破坏。有研究机构估计，因电、光子元器件的性能会随温度的变化按指数规律变差，所以接入网设备的性能恶化速度比一般设备快10倍，这就对元器件的性能和极限工作温度提出了很高要求。

（5）网络拓扑结构多样，组网能力强大。接入网具有总线型、环型、单星型、双星型、链型、树型等多种拓扑结构，可以根据实际情况进行灵活多样的组网配置。其中环型结构可带分支并具有自愈功能，优点较为突出。14接入网的概念16.1

除了上述特点之外，由于接入网的特殊性，它还具备如下特征：（1）综合性强。接入网是迄今为止包含技术种类最多的一种网络。例如，传送部分就综合了SDH、PON、ATM、DLC、HFC和各种无线传送技术。

（2）直接面向用户。接入网是一种直接面向用户的敏感性很强的网络。其他网络发生问题时，用户通常感觉不到，但接入网发生了问题，用户肯定会感觉到。（3）接入网是与其他业务网关系最为密切的网络，是本地电信网的一部分。（4）接入网是一个快速变化和发展的网络，一些可用于接入网的新技术将不断出现，而且很难预料会出现什么样的新技术（特别是宽带方面的技术）。

总之，接入网是一种对容量、接入带宽、覆盖范围、业务种类、元器件、电源、环境、成本、服务质量等各方面要求都较高的通信系统，其最终目标就是建立一种标准化的接口方式，以可监控的形式为用户提供话音、文本、图像、有线电视等综合业务服务。因此，接入网被称为电信网的“最后一公里”。15接入网的接口技术16.216.2.1接入网的界定及功能模型从图16-3中可见，接入网主要有用户网络接口UNI、业务网络接口SNI和Q3管理接口三种接口。接入网依赖于它们将各类业务从不同用户端接入电信网，不同配置用不同的接口类型，配置和管理通过Q3接口进行。原则上对实现接入的UNI和SNI的类型和数目没有限制。接入网不解释（用户）信令，具有业务独立性和传输透明性的特点。为与其他交换和传送技术的发展相适应，充分利用网络资源，既能经济地将现有各种类型用户业务综合接入到业务节点，又能对未来接入类型提供灵活性，国际电信联盟（ITU-T）提出了功能性接入网的框架建议（G.902），给出了图16-5所示的接入网功能模型。16接入网的接口技术16.216.2.1接入网的界定及功能模型

可见，接入网是由SNI与UNI之间的一系列传送实体（如线路设施、传输设施等）组成的为传送电信业务而提供所需承载能力的通信系统，具有复用、交叉和传输功能，可灵活支持各种类型业务和多种传输介质。17接入网的接口技术16.216.2.2

V5接口V5接口属于SNI，是目前成熟的用户信令和用户接口。我国以ITU-T建议的G.964和G.965标准为主要依据，编制了《本地数字交换机和接入网之间的V5.1接口技术规范》和《本地数字交换机和接入网之间的V5.2接口技术规范》，定义了Ｖ5接口协议的三层结构。第一层：包含电气特性和物理特性的物理层（V5.1接口）。第二层：封装功能子层（LAPV5-EF）和数据链路子层（LAPV5-DL）。第三层：面向消息的协议。定义了PSTN协议、控制协议、链路控制协议、BBC协议和保护协议（后三个协议仅用于V5.2接口）。V5接口以统一标准实现数字用户的接入，能支持公用电话网、ISDN（窄带）、帧中继、分组交换、DDN等业务，可使交换机省去模拟用户线接口（0.3～3.4kHz）。后续的V5.3接口支持SDH速率接入交换机，V5.B接口协议支持ATM，可统一宽带交换机的接入标准。18接入网的接口技术16.2V5接口具有以下优点：

（1）V5接口是一个综合化的数字用户接口，符合通信网数字化、综合化发展趋势。

（2）V5接口是一个开放的接口。有不少交换机和接入设备供应商。

（3）利用V5接口，交换机可以连接各种接入设备。同一AN的多个V5接口既可连接一个交换机也可连接多个。同一用户的不同UNI既可指配给一个V5接口也可指配给多个。它不仅组网方式灵活，还可促进有线与无线网络的融合及提高网络的安全性和可靠性。19接入网的分类16.3

接入网主要分为有线接入网和无线接入网。有线接入网包括铜线接入网、光纤接入网和混合光纤／同轴电缆接入网；无线接入网包括固定无线接入网和移动接入网。各种接入网的具体实现技术各有千秋，见表16-1。

有线接入途径主要有三条：一是在原有铜线的基础上通过采用先进的数字信号处理技术来提高双绞铜线对的传输容量，从而实现多种业务的接入；二是以光纤为主，实现光纤到路边、光纤到大楼和光纤到家庭等多种形式的接入；三是在原有有线电视（CATV）的基础上，以光纤为主干传输，经同轴电缆分配给用户的光纤／同轴混合接入。

无线接入主要采取固定接入和移动接入两种形式，涉及微波一点多址、蜂窝和卫星等多种技术。另外，有线与无线相结合的综合接入方式也在研究中。20接入网的分类16.3表16-1接入网分类表接入网有线接入网铜线接入网数字线对增容(DPG)高比特率数字用户线(HDSL)非对称数字用户线(ADSL)甚高速率数字用户线(VDSL)光纤接入网光纤到路边(FITC)光纤到大楼(FFIB)光纤到家(F1TH)混合光纤同轴电缆接入网无线接入网固定无线接入网微波一点多址(DRMA)固定蜂窝、固定无绳直播卫星(DBS)多点多路分配业务(MMDS)本地多点分配业务(LMDS)甚小型天线地球站(VSAT)移动接入网蜂窝移动通信无绳通信卫星移动通信无线寻呼集群调度综合接入网FTTC+HFC有线+无线21接入网技术16.416.4.1铜线接入网1987年，美国贝尔通信研究中心首先提出xDSL概念（x指该位好像一个变量，具有不同取值，比如A、H等）。1989年，该中心进一步提出了非对称高速用户环路ADSL技术概念。AT&T公司首先开发了无载波调幅调相的ADSL产品。1993年3月美国交换载波协会ECSIE的T1/E1-4工作组推荐离散多音频调制DMT作为ADSL的优选线路信号编码技术。数字用户线技术DSL：利用电话网铜线实现宽带传输的技术。

而xDSL代表这种传输技术家族，成员包括高比特率数字线HDSL、甚高速数字用户线VDSL、非对称数字用户线ADSL、速率自适应数字用户线RADSL等。它们的差别主要体现在信号传输速率、传输距离、上行速率和下行速率对称性等方面，如表16-2所示。22

相比其他接入方式，DSL技术的优势有三：第一，充分利用现有的庞大双绞线铜缆网，无需对现有电信接入系统进行改造就可以方便地开通宽带业务；第二，DSL已经有一些标准被众多厂商支持和使用；第三，新的衍生技术大大降低了DSL的推广成本。接入网技术16.416.4.1铜线接入网表16-2xDSL技术比较技术方式ADSLHDSLSDSLVDSLRADSL下行速率1.5~8Mbps1.5~2Mbps768kbps13~52Mbps1.5~7Mbps上行速率640kbps~1.0Mbps1.5~2Mbps768kbps1.5~2.3Mbps16~640kbps传输距离3.6km3～5km3km0.3~1.5km3.6lkm231．非对称数字用户线ADSL（AsymmetricalDSL）接入网技术16.416.4.1铜线接入网从表16-2中可知，ADSL在xDSL家族中性能较好，发展很快，是互联网接入网的热点技术之一，在我国获得广泛应用，接线图如图16-6（a）所示。其最大优点就是不需太多改造就可为用户提供高速的多媒体信息服务且不影响正常的电话通信或话带内的Modem上网通信，方便可靠，经济实用。ADSL是在无中继的用户环路网上利用电话线路提供高速数据通信的接入技术。“非对称”是指双向非平均传输高速信号，即上、下行信息传输速率不一样。ADSL将双绞线频谱分成电话信道、上行、下行数字信道3部分（见图16-6（b））。采用FDM和DMT传送电话和数据业务；利用无源滤波器将普通电话业务信道（模拟信道）与数字信道分开；数字信道分为一个640kbps～1Mbps的中速上行数据通道（占据10～50kHz的频带，主要用于传送控制信息，如VOD中的节目选择、快进和快退等）和一个速率为1.5～9Mbps的高速下行数据通道（占据50kHz以上的频带）。24接入网技术16.416.4.1铜线接入网ADSL通过相位调制CAP、正交幅度调制QAM和离散多频DMT三种先进的调制解调技术，在26kHz以上的高频段可实现较高速率的信息传输。但因DMT在6Mbps及以上高速率传输时性能较QAM好，且美国的ADSL国家标准T1.413也推荐使用DMT技术，故DMT被ANSI标准化小组T1E1-4定为国际标准。25接入网技术16.416.4.1铜线接入网ADSL高速数据不占用电话交换机的任何资源，因此，增加用户不会对传统交换机造成额外负担，不需要改造现有用户的铜线环路，有效地提供了Internet接入和局域网接入。每个6Mbps带宽的ADSL信道可传送2～3套MPEG-II或4套MPEG-I数字图像信号，可满足人们的Web浏览、IP电话、远程教育、家庭办公、可视电话、普通电话和视频点播VOD等通信需求，解决了散居用户的宽带业务问题。ADSL接入网可采用现有的双绞线从中心局连到用户端，也可经光缆到路边再采用ADSL设备经电缆连接到用户，且根据数据格式的不同，可分为基于分组和基于ATM两种形式，网络结构见图16-7。基于分组形式的接入节点（AccessNode）连接IP路由器；基于ATM形式的接入节点连接ATM主干网交换机，这种传输方式被称为“ATMoverADSL”。26接入网技术16.416.4.1铜线接入网

局端的接入节点又称为DSLAM（digitalsubscriberlineaccessmultiplexer），它可完成上行的复用/集中功能，将来自多个用户的信号复用为一个更高速的数据流送到主干网；同时，可完成下行的解复用/寻路功能，将来自主干网的高速数据流解复用并送到正确的用户端。ADSL局端和用户端设备分别被称为ATU-C和ATU-R。ATU-R与计算机的连接分内置式和外置式。一个ATU-R可只连接一台计算机，也可接在以太网上为多台计算机服务。27接入网技术16.416.4.1铜线接入网2.高比特率数字用户线HDSLHDSL是在两对或多对铜线上实现E1速率（2.048Mbps）的全双工通信技术，主要采用自适应均衡、2B1Q或CAP传输码型和回波抵消等技术提高传输速率和延长通信距离，无中继传输距离可达3～5km，且对线对的要求没有传统传输技术严格。因此，安装方便、快捷，一般不用中继器，广泛用于无线寻呼中继、DDN、ISDN、基站接入、帧中继、移动通信基站中继和局域网互联业务，其结构如图16-8所示。28接入网技术16.416.4.1铜线接入网3.甚高速数字用户线VDSLVDSL以ADSL为基础，靠缩短双绞铜线长度可实现比ADSL更高的传输速率，最大下行速率为51～55Mbps，传输距离不超过300m，当传输速率在13Mbps以下时，传输距离可达到1.5km；上行速率则为1.6Mbps以上。VDSL一般采用CAP、DMT和DNMT三种编码方式。

与ADSL相比，VDSL传输带宽更大。因距离缩短，故码间干扰小，处理技术简单，成本低。与光纤到路边FTTC相结合，可以作为PON的补充，实现宽带综合接入。4．单线路数字用户线SDSLSDSL是对称的DSL技术，与HDSL的区别在于只使用一对铜线。SDSL可以支持各种要求上、下行通信速率相同的应用。该技术在双线电路中运行良好。29接入网技术16.416.4.1铜线接入网5．速率自适应数字用户线RADSLRADSL提供的速率范围与ADSL基本相同，也是一种提供高速下行、低速上行并且保留原语音服务的数字用户线。与ADSL的区别在于：RADSL的速率可以根据传输距离动态自适应，当距离增大时，速率降低，提高了传输服务的灵活性。3016.4.2混合光纤同轴电缆接入网接入网技术16.4

混合光纤同轴电缆接入网HFC的概念最初由贝尔实验室提出，其思路是采用AM调制的光纤链路代替CATV中的电缆干线及放大器。HFC接入网结构如图16-9所示。

视频信号从CATV前端通过星形光纤网通向每一个光节点，在节点处将光信号转变为CATV的射频RF信号，通过总线型同轴电缆网送给用户。主机数字终端HDT在PSTN与用户接入网之间提供接口。通常每一个光节点为500个用户服务。

因为HFC建立在有线电视网CATV的基础上，所以，它以模拟传输方式为主，综合接入多种业务信息。HFC的主干系统使用光纤，采取频分复用方式传输多种信息。配线部分使用树状拓扑结构的同轴电缆系统传输和分配用户信息。传输数字语音和数字图像信息时，必须经过宽带调制器（如64QAM）将数字信号调制到模拟信道中传输。3116.4.2混合光纤同轴电缆接入网接入网技术16.4

基于频分复用技术，HFC在传输信道中专门划出两部分用于话音和数据通信，其中5～30MHz为上行通道，信号由用户传送至中心局；700～750MHz为下行通道，信号由中心局传送至各用户。5~30MHz通常称为HFC的反向通道，这是区别于原有CATV网的一个重要标志，也是HFC实现交互式业务的关键所在。HFC同轴电缆部分是一点到多点的树形结构，每个节点的用户数一般为500～1500。3216.4.3无线接入网接入网技术16.4无线接入技术：在终端用户与交换局端之间的接入网全部或部分采用无线传输

方式为用户提供固定或移动接入服务的技术。

它以特有的无须敷设线路、建设速度快、初期投资小、受环境制约不大、安装灵活、维护方便等特点而成为接入网领域的主力军。1．无线本地环路WLL

无线本地环路又称为固定无线接入，实现固定用户以无线方式接入到固定电话网交换机的功能。其网络侧有标准的有线接入2线模拟接口或2Mbps的数字接口，可直接与公用电话网的本地交换机连接；用户侧与电话机相连，可代替有线接入系统，提供同等质量的电话业务。固定无线接入系统可分为微波一点多址系统、卫星直播系统、本地多点分布业务系统和多点多路分布业务系统等。3316.4.3无线接入网接入网技术16.4WLL为用户提供与有线接入网相同的业务种类和更广阔的服务范围，包括DECT、PHS、WCDMA、FDMA、SCDMA等技术。其中WCDMA是热点，可在宽频带内优化高速分组数据传输，满足无线Internet接入的高速率要求。WLL因部署灵活、建网速度快、适应环境能力强、网络配置简单而颇受青睐。

图16-10给出无线接入方式的一般情况。来自本地交换网V接口的信号通过无线分配单元RDU后馈送到无线基站控制器RBC，由此再馈送给无线基站RBS，通过无线基站中的天线发送给各个用户（手机、模拟电话机、ISDN和有宽带业务要求的用户）。2．本地多路分配业务接入LMDSLMDS系统是利用地面转接站而不是卫星转发数据。它由带扇形天线的收发信机组成，采用蜂窝单元，工作在微波28GHz频段，典型蜂窝半径为4～10km，以1.3GHz左右的带宽向用户提供VOD、广播、会议电视、视频等宽带业务。LMDS的主要不足是易受其他小区同信道干扰、覆盖面积有限、开发成本高、技术难度大。3416.4.3无线接入网接入网技术16.43516.4.3无线接入网接入网技术16.4DBS技术利用同步通信卫星将广播数据高速送到用户接收天线。其特点是通信距离远、费用与距离无关、覆盖面积大且无地理条件限制、频带宽容量大、适用多业务传输、可为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动灵活的移动通信服务。在DBS系统中，大量数据经频分复用或时分复用后，通过卫星主站的高速上行通道和卫星转发器进行广播，用户通过直径为18英寸或21英寸的天线和Modem接收数据。DBS系统的下行速率为400kbps，而实际的DBS广播速率可达12Mbps。除上述3种之外，无线接入技术还有多点多路分配业务系统MMDS、甚小口径卫星终端VSAT、综合光纤无线混合系统HFW及可覆盖全球的PCS个人通信系统等多种。无线宽带接入系统主要用于敷设有线本地环路工程量大、造价高、用户密度低的广大农村地区和新建矿山、油田、水库等施工阶段的地区。3．数字直播卫星接入DBS3616.4.4光接入网接入网技术16.4

光纤传输系统具有传输信息容量大、传输损耗小、抗电磁干扰能力强等优点，是宽带业务最佳的通信方式。截止到2018年上半年，我国通信行业宽带接入网光缆占比达到65.4%，“光进铜退”已成为业内共识，整个国家都在向着“光网城市”快速前进。光纤接入网OAN：利用光纤接入业务的网络。ITU-T的G.982标准提出的一个业务与应用无关的光接入网功能配置如图16-11所示。

图中，从网络接口（V接口）到单个用户接口（T接口）之间的传输单元总和称为接入链路。通常，其用户侧和网络侧是不一样（非对称性）。

显然，光接入网可看作是一种以光缆为具体实现手段的接入链路，或共享同样网络侧接口且由光接入传输系统支持的一系列接入链路，包括一个光线路终端OLT、一个以上的光配线网ODN、一个以上的光网络单元ONU以及适配设施AF等。3716.4.4光接入网接入网技术16.4OLT的作用是为光接入网提供网络侧与本地交换机之间的接口，并经一个或多个ODN与用户侧的ONU通信。OLT与ONU为主从通信关系。ODN在OLT与ONU之间提供光传输服务，主要实现光信号的功率分配。ONU为光接入网提供直接的或远端的用户侧接口，处于ODN的用户侧，其网络侧是光接口，用户侧是电接口，有光-电转换、电-光转换功能和对语音处理的数-模转换、模-数转换、复用、信令处理、维护管理等功能。AF为ONU和用户提供适配功能，物理上可独立，也可以包含在ONU内。3816.4.4光接入网接入网技术16.4

综上所述，光纤接入技术就是一种在接入网中全部或部分采用光纤介质的光纤用户环路，通过光网络终端OLT连接到各光网络单元ONU，实现用户高性能宽带接入方案。OAN处在本地交换局与用户之间，可传输宽带双向交互式通信业务并兼容窄带通信业务。

光纤到路边FTTC的网络结构如图16-12所示。从端局光缆线路终端OLT接出的光纤经过各种线路设备（光耦合器、光分支器）后，到达用户群的路边设备上的光网络单元ONU，经过光电转换后，由铜线或同轴电缆分别把电话、数据等窄带信号或宽带图像信号接至用户。3916.4.4光接入网接入网技术16.4OAN依ONU设置的位置（反映光纤深入用户群的程度）不同，将应用类型分为光纤到路边FTTC、光纤到小区FTTZ、光纤到办公楼FTTB、光纤到户FTTH、光纤到办公室FTTO、光纤到远端模块FTTR等。FTTC是用光纤代替主干铜线电缆（包括部分配线电缆），将ONU放置在靠近用户的路旁，用户可以用双绞线或同轴电缆与路边的光纤网络单元连接。这种光纤和铜缆的混合结构方式成本较低，适合应用于居住密度较高的地方。4016.4.4光接入网接