NGI-第7章+接入网技术.ppt

1、第7章 宽带接入网,7.1 接入网概述 7.2 xDSL宽带接入 7.3 光纤接入 7.4 混合光纤同轴网HFC 7.5 宽带无线接入 习题,图7.1 接入网在电信网中的位置,7.1 接入网概述,接入网在传统电信网上被称为用户环路，以铜双绞线为主，只能解决电话或低速数据的接入，其特点是业务单一，用户到本地交换机点到点连接。现代接入技术应是独立于具体业务网的基础接入平台，对上层所有业务流实施都透明传送，呈现多元化的基本特征。 接入技术可以分为有线接入技术和无线接入技术两大类，目前向用户提供宽带业务的主要有基于铜线的ADSL技术、光纤技术、基于HFC的Cable Modem及宽带无线等接入方式，而

2、ADSL和光纤两种接入方式占了90%以上。,7.1.1 接入网的基本概念,1接入网的定义 根据ITU-T建议G.902的定义：接入网(AN)是由业务节点接口(SNI)和用户网络接口(UNI)之间的一系列传送实体所组成的传送承载实施系统，并可通过Q3接口进行配置和管理。它通常包含用户线传输系统、复用设备、数字交叉连接设备和用户网络接口设备。主要功能包括交叉连接、复用、传输，但一般不包括交换功能，并且独立于交换机。另外接入网对用户信令是透明的，不做解释和处理，相应的信令处理由SN完成。ITU-T接入网的主要设计目标如下： (1) 支持综合业务接入。将接入网从具体的业务网中剥离出来，成为一种独立于具

3、体业务网的基础接入平台，以支持综合业务接入。 (2) 开放、标准化SNI接口。将接入网与本地交换设备之间的接口，即SNI接口由专用接口定义为标准化的开放接口。,7.1.1 接入网的基本概念,7.1 接入网概述,图7.2 接入网的定界,2接入网的定界 接入网覆盖的范围由三个接口界定，如图7.2所示。网络侧经SNI与业务节点(SN)相连,用户侧经UNI接口与用户驻地设备(CPE)相连，CPE可以是简单的一个终端，也可以是一个复杂的局域网或其他任意的用户专用网。TMN侧可通过标准管理接口Q3对接入网设备进行配置和管理。SN是提供业务的实体，如本地交换机、IP路由器、租用线业务节点或特定配置的视频点播

4、 (VOD)等。,7.1.1 接入网的基本概念-接入网的定界,7.1 接入网概述,3一般物理结构 接入网从物理上可分为馈线段、配线段和引入线段，图7.3为接入网的一般物理结构。,图7.3 接入网的一般物理结构,7.1.1 接入网的基本概念-接入网的物理结构,7.1 接入网概述,1接入网的功能模型 接入网的功能结构分为五个基本功能组：用户口功能(UPF)、业务口功能(SPF)、核心功能(CF)、传送功能(TF)和接入网系统管理功能(AN-SMF)，其结构如图7.4所示。,图7.4 接入网的功能结构,7.1.2 主要功能和协议参考模型,7.1 接入网概述,1) 用户口功能 用户口功能的主要作用是将

5、特定UNI的要求与核心功能和管理功能相适配，主要功能有：终结UNI功能、A/D转换和信令转换、UNI的激活与去激活、UNI承载通路/承载能力的处理、UNI的测试。 2) 业务口功能 业务口功能的主要作用是将特定SNI规定的要求与公用承载通路相适配以便核心功能处理，也负责选择有关的信息以便在AN-SMF中进行处理，主要功能有：终结SNI功能、将承载通路的需要和即时的管理及操作需要映射进核心的功能、对特定的SNI所需的协议进行协议映射，以及SNI的测试。,7.1.2 主要功能和协议参考模型,7.1 接入网概述,3) 核心功能 核心功能的主要作用是负责将个别用户承载通路或业务口承载通路的要求与公用传

6、送承载通路相适配。核心功能可以在接入网内分配，具体包括：接入承载通路的处理、承载通路集中、信令和分组信息的复用、ATM传送承载通路的仿真及管理和控制。 4) 传送功能 传送功能的主要作用是为接入网中不同地点之间公用承载通路的传送提供通道，也为所用传输媒介提供媒介适配功能，主要功能有：复用功能、交叉连接功能、管理功能、物理媒介功能等。,7.1.2 主要功能和协议参考模型,7.1 接入网概述,5) 接入网系统管理功能 接入网系统管理功能的主要作用是协调接入网内UPF、SPF、CF 和TF的指配、操作和维护，也负责协调用户终端(经UNI)和业务节点(经SNI)的操作功能, 主要功能有：配置和控制功能

7、、指配协调功能、故障监测和指示功能、用户信息和性能数据收集功能、安全控制功能、资源管理功能、对UPF和SN协调的即时管理和操作功能。,7.1.2 主要功能和协议参考模型,7.1 接入网概述,图7.5 接入网通用协议参考模型,7.1 接入网概述,7.1.2 主要功能和协议参考模型,2接入网的参考模型 接入网分层模型则定义了构成接入网的各实体之间的相互配合关系，接入网的通用协议参考模型如图7.5所示。,电路层：面向电路层接入点之间信息的承载模式，例如电路模式、分组模式、帧中继模式、ATM模式等。 通道层：定义了通道层接入点之间信息的传递方式，并为电路层提供透明的通道，如PDH、SDH 、ATM及其

8、他类型的通道。 传输媒介层：则与具体的传输媒介相关，相当于OSI的物理层，它可以是铜线系统(xDSL)、光纤接入系统、无线接入系统、混合接入系统等，而具体的传输媒介可以是双绞线、光纤、无线或同轴光纤混合方式等。 接入承载处理功能：位于电路层之上，主要用于用户承载体、用户信令及控制与管理。,7.1 接入网概述,7.1.2 主要功能和协议参考模型,接入网有三种主要接口，即业务节点接口、用户网络接口和维护管理接口等。 1业务节点接口(SNI) SNI是接入网和SN之间的接口，可分为支持单一接入的SNI和综合接入的SNI。目前支持单一接入的SNI主要有模拟Z接口和数字V接口两大类，Z接口对应于UNI的

9、模拟2线音频接口，可提供模拟电话业务或模拟租用线业务；数字V接口有V1-V4，其中V1、V3和4仅用于N-ISDN，V2接口虽然可以连接本地或远端的数字通信业务，但在具体的使用中其通路类型、通路分配方式和信令规范也难以达到标准化程度，影响了应用的经济性。支持综合接入的标准化接口目前有V5接口和以ATM为基础支持宽带综合接入的VB5接口，但VB5目前尚在制定中，还很不完善。,7.1 接入网概述,7.1.3 接入网的主要接口,2用户网络接口(UNI) UNI在用户侧，接入网经由用户网络接口与用户宅用设备(CPE)或用户驻地网(CPN)相连。用户网络接口主要有传统的模拟电话Z 接口、ISDN基本速率

10、接口、ISDN 基群速率接口、ATM 接口、E1接口、以太网接口，以及其他接口。用户终端可以是计算机、普通电话机或其他电信终端设备。用户驻地网可以是局域网或其他任何专用通信网。 3维护管理接口(Q3) 维护管理接口是电信管理网与电信网各部分的标准接口。接入网也是经Q3接口与电信管理网(TMN)相连，以方便TMN管理功能的实施。,7.1.3 接入网的主要接口,7.1 接入网概述,根据宽带接入网采用的传输媒介和传输技术的不同，接入网可分为宽带有线接入网和宽带无线接入网两大类。 1. 宽带有线接入网技术 基于双绞线的xDSL技术 基于HFC网(光纤和同轴电缆混合网) 光纤接入网技术等。 2.宽带无线

11、接入网技术 固定无线接入 LMDS等。,7.1.4 接入网的分类,7.1 接入网概述,接入网的分类,7.2 xDSL宽带接入,1背景 到目前为止，全球电信运营商的用户有90%以上仍然是通过双绞线接入电信网的，这部分的总投资达数千亿美元。在光纤到户短期内还无法真正实现的情况下，开发基于双绞线的宽带接入技术，既可以延长双绞线的寿命，又可以降低接入成本，对电信运营商和用户都极有吸引力，习惯上将各种基于双绞线的宽带接入技术统称为xDSL, 其中ADSL技术是目前最有活力的一种宽带接入技术，是大多数传统电信运营商从铜线接入到宽带光纤接入的首选过渡技术。,7.2.1 xDSL接入技术,7.2 xDSL宽带

12、接入,数字用户线路（Digital Subscriber Line，DSL）技术是基于普通电话线的宽带接入技术。它可在一根铜线上分别传送数据和语音信号，其中数据信号并不通过电话交换设备，并且不需要拨号，属于一直在线的专线上网方式。 DSL有许多模式，如 ADSL、RADSL、HDSL和VDSL等，通常把所有的DSL技术统称为xDSL。按数据传输的上、下行传输速率的相同和不同，DSL有对称和非对称传输两种模式。 1对称（Symmetrical）DSL技术 对称DSL技术中上、下行双向传输速率相同，代表有HDSL、SDSL等，主要用于替代传统的T1/E1接入技术，与T1/E1技术相比，对称DSL技

13、术具有对线路质量要求低，安装调试简单等特点。,7.2.1 xDSL接入技术,7.2 xDSL宽带接入,HDSL（高比特率用户数字线）：采用两对或三对双绞线提供全双工数据传输，支持n64Kb/s（n=1，2，3，）各种速率，较高的速率可达T1的1.544Mb/s或E1的2.048Mb/s，传输距离可达35km，技术上比较成熟，已经在视频会议、远程教学、移动电话基站连接等方面得到了较为广泛的应用。这种技术的缺点是目前还不能传输2.048Mb/s以上的信息，传输距离限于610km以内。 SDSL（单线路用户数字线）：在单一的双绞线上支持多种对称速率到T1/E1的连接，用户可根据数据流量，选择最经济合

14、适的速率。在0.4mm双绞线上的最大传输距离可达3km以上，能够支持各种要求上、下行通信速率一致的应用，如电视会议和联合计算等。SDSL标准目前还处于发展中。,7.2.1 xDSL接入技术,7.2 xDSL宽带接入,2非对称（Asymmetrical）DSL技术 非对称DSL技术的上、下行传输速率不同，主要有ADSL、RADSL、VDSL等。适用于对双向带宽要求不一样的应用，如Web浏览、多媒体点播、信息发布等，因此适用于Internet接入、VOD视频点播等。 ADSL（非对称用户线）是目前业界讨论最热烈的DSL技术。 RADSL（速率自适应用户数字线）支持同步和非同步传输方式，下行速率从6

15、40Kb/s12Mb/s，上行速率从128Kb/s1Mb/s，也支持数据和语音同时传输，具有速率自适应的特点，可动态调整用户的访问速度。RADSL特别适用于线路质量千差万别的农村、山区等地区，且不畏惧下雨、高温等反常天气。,7.2.1 xDSL接入技术,7.2 xDSL宽带接入, VDSL（甚高比特率数字用户线）可在较短的距离上获得极高的传输速率，是各种DSL技术中速度最快的一种。在一对双绞铜线上，VDSL的下行速率可以扩展到52Mb/s，上行速率允许l.52.3Mb/s，但传输距离只有3001000m。当下行速率降至13Mb/s时，传送距离可达到1.5km以上，此时上行速率为1.62.3Mb

16、/s左右。不过，传输距离的缩短，会使码间干扰大大减少，数字信号处理就大为简化，所以其设备成本要比ADSL低。 xDSL技术可以把多种格式的数据、话音和视频信号通过铜线从局端传给远端用户，可以支持高速Internet/Intranet访问、在线业务、视频点播、电视信号传送、交互式娱乐等，适用于企事业单位、家庭、消费市场和校园等。,7.2.1 xDSL接入技术,7.2 xDSL宽带接入,ADSL（Asymmetrical Digital Subscriber Line）是一种非对称DSL技术，可在现有任意双绞线上传输，误码率低。 上行速率512Kb/s1Mb/s，下行速率18Mb/s； 有效传输距

17、离在35km左右； 在进行数据传输的同时，进行4KHz的语音传输。 ADSL标准有两种，即G.DMT和G.Lite。 G.DMT是全速率标准，支持下、上行速率8Mb/s及1.5Mb/s，用户端要安装POTS分离器，较适用于小型办公室（SOHO）， G.Lite标准速率较低，下、上行速率为1.5Mb/s和512Kb/s，省去POTS分离器，成本较低且便于安装，适用于普通家庭。,7.2.2 ADSL接入技术,图7.9 ADSL频谱安排参考方案,1工作原理及接入参考模型 ADSL采用FDM技术，把整个线路的带宽划分为三个通道： 上行信道频带为25138 kHz，用于发送数据和控制信息； 下行信道频带

18、为1381104 kHz； 传统话音仍然占用20 kHz以下的低频段。 ADSL利用双绞线的空闲频带，实现全双工数据通信，如图7.9所示。,7.2.2 ADSL接入技术,7.2 xDSL宽带接入,目前被广泛采用的ADSL调制技术有3种： 无载波幅度-相位调制(Carrierless Amplitude-Phase modulation, CAP) 离散多音复用 (Discrete MultiTone, DMT) 离散小波多音复用 (Discrete Wavelet MultiTone, DWMT) 其中DMT技术已被正式采纳为国际标准。 目前还有一种称为G.lite的标准，下行/上行速率分别为

19、1.5Mbit/s和384kbit/s，用户端设备非常简单，适用于家庭用户。,7.2.2 ADSL接入技术 编码技术,7.2 xDSL宽带接入,图7.10 ADSL系统接入参考模型,7.2.2 ADSL接入技术-接入参考模型,7.2 xDSL宽带接入,如图7.10所示，基于ADSL技术的宽带接入网主要由局端设备和用户端设备组成：局端设备(DSL Access Multiplexer，DSLAM)、用户端设备、话音分离器、网管系统。局端设备与用户端设备完成ADSL频带的传输、调制解调，局端设备还完成多路ADSL 信号的复用，并与骨干网相连。话音分离器是无源器件，停电期间普通电话可照样工作，它由高

20、通和低通滤波器组成，其作用是将ADSL频带信号与话音频带信号合路与分路。这样，ADSL的高速数据业务与话音业务就可以互不干扰。,7.2.2 ADSL接入技术-接入参考模型,7.2 xDSL宽带接入,2应用领域及缺点 现在ADSL的应用领域主要是个人住宅用户的Internet接入，也可用于远端LAN、小型办公室/企业Internet接入等。 其主要的缺点是： (1) 较低的传输速率限制了高等级流媒体应用和HDTV等业务。 (2) 非对称特性不适于要求数据流收发对称的企事业和商业办公环境。 (3) 由于ADSL设备是面向ATM体制的，因而ADSL/ATM设备成本仍较高。,7.2.2 ADSL接入技

21、术-接入参考模型,7.2 xDSL宽带接入,表7-3 几种常见数字用户线技术的性能,表7.1 xDSL与ADSL的比较,3ADSL与其他xDSL技术的比较,7.2.2 ADSL接入技术-比较,7.2 xDSL宽带接入,1.简介 光纤接入网指采用光纤传输技术的接入网，一般指本地交换机与用户之间采用光纤或部分采用光纤通信的接入系统。按照用户端的光网络单元(ONU)放置位置不同又划分为FTTC(光纤到路边)、FTTB(光纤到楼)、FTTH(光纤到户)等等。因此光纤接入网又称为FTTx接入网。 光纤接入网的产生，一方面是由于互联网的飞速发展催生了市场迫切的宽带需求，另一方面得益于光纤技术的成熟和设备成

22、本的下降，这些因素使得光纤技术的应用从广域网延伸到接入网成为可能，目前基于FTTx的接入网已成为宽带接入网络的研究、开发和标准化的重点，并将成为未来接入网的核心技术。,7.3.1 基本概念,7.3 光纤接入网,7.3.1 光纤接入网-接入实例,7.3 光纤接入网,2.光纤接入网的参考配置 光纤接入网一般由局端的光线路终端(OLT)、用户端的光网络单元(ONU)以及光配线网(ODN)和光纤组成，其结构如图7.11所示。 OLT：具有光电转换、传输复用、数字交叉连接及管理维护等功能，实现接入网到SN的连接。 ONU：具有光电转换、复用等功能，实现与用户端设备的连接。 ODN：具有光功率分配、复用/

23、分路、滤波等功能，它为OLT和ONU提供传输手段。,7.3.1 基本概念,7.3 光纤接入网,图7.11 光纤接入网的参考配置,7.3.1 基本概念-参考配置,7.3 光纤接入网,3.光接入网的类型 一般按照ODN采用的技术光网络可分为两类：有源光网络(Active Optical Network，AON)和无源光网络(Passive Optical Network，PON)。 有源光网络(AON)：指光配线网ODN含有有源器件(电子器件、电子电源)的光网络，该技术主要用于长途骨干传送网。 无源光网络(PON)：指ODN不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器(Splitter)等无

24、源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。但在光纤接入网中，OLT及ONU仍是有源的。由于PON具有可避免电磁和雷电影响，设备投资和维护成本低的优点，在接入网中很受欢迎。图7.12所示是PON的一般结构。,7.3.1 基本概念-光纤接入网的类型,7.3 光纤接入网,图7.12 PON的接入结构,7.3.1 基本概念-光纤接入网的类型,7.3 光纤接入网,4. 光纤接入网的特点 光纤接入网具有容量大，损耗低，防电磁能力强等优点，随着技术的进步，其成本最终可以肯定也会低于铜线接入技术。但就目前而言，成本仍然是主要障碍，因此在光纤接入网实现中，ODN设备主要采用无源光器件，网络结构主要采用点到多点方式，

25、具体的实现技术主要有两种：基于ATM技术的APON 和基于Ethernet技术的EPON。,7.3.1 基本概念-光纤接入网的特点,7.3 光纤接入网,1.简介 ATM与PON技术相结合的APON最初由FSAN集团(Full Service Access Network Group)于1995年提出，它被认为是一个理想的解决方案，因为PON可以提供理论上无限的带宽，并降低了接入设备的复杂度和成本，而ATM技术当时是公认的提供综合业务的最佳方式，并保证QoS。APON的ITU-T的相关标准是G.983。 基于APON的光纤接入网，是指在OLT与ONU之间的ODN中采用ATM PON技术。APON

26、的主要设备包括局端的OLT、用户端的ONU、位于ODN的无源光分路器，以及光纤。,7.3.2 APON 技术,7.3 光纤接入网,2. APON光纤接入网的主要特点 (1) 无源光分路器与ONU之间构成点对多点的结构(1：64)，使得多个用户可以共享一根光纤的带宽，以降低接入成本和设备复杂度； (2) 采用ATM传输技术，即OLT与ONU之间通过VPI/VCI直接将53字节的ATM信元转换成光信号传递。 3. APON工作原理 APON工作原理如图7.13所示。下行数据信道使用1550nm波长，当外部数据到达OLT时，OLT采用TDM方式将数据交换至无源光分路器，分路器采用广播方式将下行的AT

27、M信元传给每一个ONU，每个ONU根据业务建立时OLT分配的28 bit的VPI/VCI进行ATM信元过滤，接收属于自己的信元。,7.3.2 APON 技术-特点,7.3 光纤接入网,图7.13 APON工作原理示意图,7.3.2 APON 技术-原理,7.3 光纤接入网,APON的上行数据信道使用1310nm波长，采用TDMA方式实现多址接入。由于用户端ONU产生信号是“突发”模式，而不同ONU发出的信号是沿不同路径传输的，因此，它们将不同步地到达OLT。为防止多用户信号碰撞，保证多用户接入的安全性，因此所有的ONU之间发送数据时必须进行同步，通常由OLT首先测试到ONU的距离，测距的目的是

28、补偿ONU到OLT之间的距离不同而引起的传输时延差异，根据ONU到OLT的距离，OLT为ONU分配一个合适的时隙，以保证ONU之间发送数据时相互不冲突，然后通过PLOAM(Physical Layer Operation，Administration，and Maintenance)信元通知ONU。随后ONU必须在指定的时隙内完成光信号的发送。,7.3.2 APON 技术-原理,7.3 光纤接入网,4. 与ADSL接入方式的比较 与目前电信网流行的ADSL方式相比，APON主要的优势在于接入带宽更高，目前可以提供对称方式155 Mb/s或不对称方式622/155 Mb/s接入速率(OLT和ON

29、U之间)。另外采用光纤传输技术，用户的接入距离几乎没有限制。同时与ADSL一样，APON也是一个业务独立的接入技术，因此被认为是未来替代xDSL的技术之一。,7.3.2 APON 技术-比较,7.3 光纤接入网,1概述 EPON是Ethernet PON的简写，它是在ITU-T G.983 APON标准的基础上提出的。近年来，由于千兆比特Ethernet技术的成熟，和10G比特Ethernet标准的推出，以及Ethernet对IP天然的适应性，使得原来传统的局域网交换技术逐渐扩展到广域网和城域网中。目前越来越多的骨干网采用千兆比特IP路由交换机构建，另一方面，Ethernet在CPN中也占据了

30、绝对的统治地位，将ATM延伸到PC桌面已肯定不可能了。在这种背景下，接入网中采用APON，其技术复杂、成本高，而且由于要在WAN/LAN之间进行ATM与IP协议的转换，实现的效率也不高。在接入网中用Ethernet取代ATM，符合未来骨干网IP化的发展趋势，最终形成从骨干网、城域网、接入网到局域网全部基于IP、WDM、Ethernet来实现综合业务宽带网。,7.3 光纤接入网,7.3.2 EPON 技术,2. EPON的工作原理,7.3 光纤接入网,图7.14 EPON工作原理示意图,EPON与APON关键的区别在于：EPON中数据传输采用IEEE 802.3 Ethernet的帧格式，其分组

31、长度可变，最大为1518字节；APON中采用标准的ATM 53字节的固定长分组格式。由于IP分组也是可变长的，最大长度为65535字节，这就意味着APON承载IP数据流的效率低、开销大。 在EPON中，OLT到ONU的下行数据流采用广播方式发送，OLT将来自骨干网的数据转换成可变长的IEEE 802.3 Ethernet帧格式，发往光配线网ODN, 光分路器以广播方式将所有帧发给每一个ONU，ONU根据Ethernet帧头中ONU标识接收属于自己的信息。,7.3 光纤接入网,2. EPON的工作原理,用户端的光网络单元ONU到局端的光线路终端OLT的上行数据流采用TDMA发送，与APON相同，

32、OLT为每个ONU分配一个时隙，周期是2 ms。 EPON采用双波长方式实现单纤上的全双工通信，下行信道使用1510 nm波长，上行信道使用1310 nm波长。 目前相关的标准主要由IEEE的EFM研究组进行制定。,7.3 光纤接入网,7.3.2 EPON 技术工作原理,7.3 光纤接入网,7.3.2 EPON 技术应用实例,一种简单、常见的基于EPON的FTTxLAN用户接入方式：,7.3 光纤接入网,7.3.2 EPON 技术应用实例,FTTxLAN目前和将来可提供的业务有： 高带宽Internet接口 视频点播（VOD 小区物业自动化管理（三表抄送、门禁管理）； 远程多点电视会议、远程教

33、学、远程医疗等业务； 大用户VPN，带宽出租，宽带虚拟局域网。,1 HFC简介 光纤和同轴电缆混合网(Hybrid Fiber/Coax，HFC)是从传统的有线电视网络发展而来的，进入20世纪90年代后，随着光传输技术的成熟和设备价格的下降，光传输技术逐步进入有线电视分配网，形成HFC网络，但HFC网络只用于模拟电视信号的广播分配业务，浪费了大量的空闲带宽资源。 1993年初，Bellcore最先提出在HFC上采用Cable Modem技术，同时传输模拟电视信号、数字信息、普通电话信息，即实现一个基于HFC+Cable Modem全业务接入网FSAN。由于CATV在城市很普及，因此该技术是宽带

34、接入技术中最先成熟和进入市场的。,7.4.1 HFC接入网,7.4 HFC接入网,HFC网是综合应用模拟和数字传输技术、同轴电缆和光缆技术的宽带接入网络，它由光纤干线网和同轴电缆分配网通过光节点站结合而成，一般光纤干线网采用星形拓扑结构，同轴电缆分配网采用树形结构。HFC网利用光纤传输的宽频带特性，用空余的频带来传输电信话音业务、高速数据业务和个人通信业务，充分利用光纤的频谱资源构成全业务的传输网络。 HFC的系统结构见图7.15所示。,7.4.1 HFC接入网简介,7.4 HFC接入网,7.4.1 HFC接入网简介,图7.15 HFC网络系统,7.4 HFC接入网,7.4.2 HFC接入网的

35、构成,1. HFC网络由馈线网、配线网和用户引入线三部分构成。 馈线网：指视频前端（FE）至服务区（SA）的光纤节点之间的部分。大致对应于CATV网的干线段，两者的区别在于用一根单模光纤代替了传统的干线电缆和几十个有源干线放大器，从结构上则相当于用星形结构代替了传统的树形分支型结构。由于服务区又称光纤服务区，因此这种结构又称光纤到服务区（FSA）。 配线网：指服务区光纤节点与分支点之间的部分，大至相当于电话网中远端节点与分线盒之间的部分。在HFC网络中，配线网部分采用与传统CATV网基本相同的同轴电缆网，多为总线结构，但覆盖范围可达510km左右，有几个干线放大器或桥接放大器。配线网性能的好坏

36、往往决定了整个HFC网络的业务量和业务类型。 用户引入线：指分支点至用户之间的线路，与传统CATV网完全相同。,7.4 HFC接入网,2工作原理及接入参考模型 宽带接入网主要由前端设备CMTS(Cable Modem Termination System)和用户端设备CM(Cable Modem)构成。 CMTS是一个位于前端的数据交换系统，它负责将来自用户CM的数据转发至不同的业务接口。前端设备采用副载波频分复用方式将各种图像、数据、话音信号调制到相互区分的不同频段上，再经电光转换成光信号，经馈线网光纤传输，到服务区的光节点处，再光电转换成电信号，经同轴电缆传输后，送往相应的用户端Cable

37、 Modem，以恢复成图像、数据、话音信号，反方向执行类似的信号调制解调的逆过程。,7.4.2 HFC接入网的构成,7.4 HFC接入网,用户端CM的基本功能是将用户上行数字信号调制成542 MHz的信号后以TDMA方式送入HFC网的上行通道，同时，CM还将下行信号解调为数字信号送给用户计算机，通常CM加电后，首先自动搜索前端的下行频率，确定上行通道，与CMTS建立连接，并通过动态主机配置协议(DHCP)，获得IP地址。 Cable Modem将同轴带宽分为上行通道和下行通道，下行数据通道占用50750 MHz间的一个6 MHz的频段，一般采用64/256 QAM调制方式，速率可达3040 M

38、b/s；上行数据通道占用542 MHz间的一个频段，采用抗噪声能力较强的QPSK调制方式，速率可达32010 Mb/s，HFC频谱安排参考方案如图7.16所示。接入配置如图7.17所示。,7.4.2 HFC接入网的构成,7.4 HFC接入网,图7.16 HFC频谱安排参考方案,7.4.2 HFC接入网的构成,7.4 HFC接入网,图7.17 HFC系统接入配置图,7.4.2 HFC接入网的构成,7.4 HFC接入网,3HFC的局端系统CMTS CMTS一般在有线电视的前端，或者在管理中心的机房，完成数据到RF转换，并将其与有线电视的视频信号混合，送入HFC网络中。 业务接入设备，通过Ether

39、net挂接本地服务器提供本地业务。 前端路由器交换集线器和CATV网络之间的连接设备，CMTS能维护1个连接用户数据交换集线器的10Base-T双向接口和1个承载SNMP信息的10Base-T接口。 支持CATV不同用户终端之间的双向通信。 支持两种管理模式。通过RS232口，并利用专用网络管理中心的PC进行本地管理或利用基于SNMP的网管进行远程管理。进行远程管理应在CMTS上增加一个SNMP Proxy代理模块。,7.4.2 HFC接入网的构成,7.4 HFC接入网,4用户端系统CM 电缆调制解调器CM,是放在用户家中的终端设备，连接用户的PC机和HFC网络，构成用户的端系统。它提供用户数

40、据的接入并与CMTS一起组成完整的数据通信系统。 CM接收从CMTS发送来的QAM调制信号并解调后转换成MPEG2-TS数据帧的形式，以重建传向10Base-T Ehernet接口的以太帧。在相反方向上，从PC机接收到的以太帧被封装在时隙中，经QPSK调制后，通过HFC网络的上行数据通路传送给CMTS。 CM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、虚拟专网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，可提供随时在线的永久连接。速率已达10Mb/s以上，下行速率则更高。CM提供家庭和办公室的信息应用如电话、电视、PC等到HFC接入网络的接口。

41、,7.4.2 HFC接入网的构成,7.4 HFC接入网,基于HFC的Cable Modem技术主要依托有线电视网，目前提供的主要业务有Internet访问、IP电话、视频会议、VOD、远程教育、网络游戏等。此外，电缆调制解调器没有ADSL技术的严格距离限制，采用Cable Modem在有线电视网上建立数据平台，已成为有线电视公司接入电信业务的首选。 Cable Modem速率虽快，但也存在一些问题，比如CMTS与CM的连接是一种总线方式。Cable Modem用户们是共享带宽的，当多个Cable Modem用户同时接入 Internet时，数据带宽就由这些用户均分，从而速率会下降。另外由于共享

42、总线式的接入方式，使得在进行交互式通信时必须要注意安全性和可靠性问题。,7.4.3 HFC应用领域及缺点,7.4 HFC接入网,第7章 宽带接入网,7.1 接入网概述 7.2 xDSL宽带接入 7.3 光纤接入 7.4 混合光纤同轴网HFC 7.5 宽带无线接入 习题,7.5 宽带无线接入,无线接入是指从公用电信网的交换节点到用户住地网或用户终端之间的全部或部分传输设施采用无线手段的接入技术，向用户终端提供电话和数据服务，采用无线通信技术将各用户终端接入到公用电信网核心网的系统，或者是在市话端局或远端交换模块以下的用户网络部分采用无线通信技术的系统都称为无线接入系统，由无线接入系统所构成的用户

43、接入网称为无线接入网。 无线接入网主要接口有3类，即用户网络接口（UNI）、业务节点接口（SNI）和Q3管理接口。 本地交换机与基站控制器之间的接口方式有两类：用户接口方式(Z接口)和数字中继线接口方式（V5）。Z接口处理模拟信号，V5为标准化数字接口，Q3用于基站控制器与网络管理系统间的接口。 无线接入有固定无线接入和移动无线接入两种。固定无线接入有3.5GHz固定无线接入”和“本地多点分配业务(LMDS)”,7.5.1 概述,7.5 宽带无线接入,1简介 固定无线接入目前开放的频段主要是3.5 Hz、10.5 GHz、26 GHz、40 GHz等。 低频段的3.5 GHz固定无线接入，适合

44、于在业务发展初期进行城域范围的一般覆盖，它可以有效集中大范围内中低速率需求的大量用户。尤其是对在地理上非常分散的中小容量用户来说，固定无线则是目前可行的主要的接入手段。 在我国，信息产业部于2001年8月正式推出“3.5 GHz固定无线接入标准”和“26 GHz频段FDD方式本地多点分配业务(LMDS)频率规划(试行)”。,7.5.2 3.5 GHz固定无线接入,2工作原理及接入参考配置 3.5 GHz固定无线接入系统工作在3.5 GHz频段，是一种点对多点的系统，上行频段为34003430 MHz ，下行频段为35003530 MHz ，可用带宽为30 MHz，上下行链路均采用频分双工方式(

45、FDD)，典型的接入速率为810 Mb/s，虽不高，但仍属宽带。它主要为中小企业、小型办公室和小区住宅用户提供话音、数据、Internet和图像等业务，可以在有限的频带内，将多个用户的业务流汇聚到核心网络。 3.5 GHz固定无线接入系统构成：基站BS、远端站RS和网管系统NMS。特殊情况下基站和远端站之间可以通过接力站进行传输。一般一个城市需要一个或多个基站以类似宏蜂窝的方式组成覆盖整个城区的无线接入网络。系统组成如图7.17所示。,7.5 宽带无线接入,7.5.2 3.5 GHz固定无线接入-原理,7.5 宽带无线接入,图7.17 固定无线接入系统组成图,7.5.2 3.5 GHz固定无线

46、接入-原理,1) 基站(BS)：由中心控制站(CCS)和中心射频站(CRS)组成。 中心控制站主要汇聚业务和信令数据，并提供至网络侧的接口。 中心射频站主要负责对远端站进行覆盖，并提供至中心控制站的接口，主要的物理接口类型有：100 Base-T、STM-1、E1等。中心站一般采用多扇区天线，覆盖远端站，扇区数一般为48，特殊情况下也可多达24扇区。 2) 远端站(RS)：由室外单元(ODU)和室内单元组成。 室外单元(ODU）有定向天线、射频单元等，提供基站和远端站之间的射频传输功能，一般安置在建筑物的屋顶上。 室内单元(IDU）有调制解调、业务接口等。提供与业务相关的部分，如业务的适配和汇

47、聚。系统可提供多种类型的用户接口：10 Base-T、100 Base-T、E1、V.35、POTS等，目前常见的业务有语音、数据等业务，也可以为住宅小区用户提供宽带数据接入服务。,7.5 宽带无线接入,3) 网管系统 网管系统完成基站和远端站的设备配置、故障、性能、安全管理以及计费信息的采集，实现系统的集中管理。 多个基站组成一个城市全面覆盖的接入网络，基站通过光纤或微波手段接入骨干网络。 33.5GHz固定无线接入技术优缺点 从业务带宽和速率上来看，3.5 GHz固定无线接入系统主要面向中小企业用户提供数据业务，侧重于中低速的数据服务。另外，3.5 GHz固定无线接入较其他宽带无线接入技术

48、(如LMDS)技术成熟度高、技术难度小，因而设备成本较低。,7.5 宽带无线接入网技术,（续）3.5GHz固定无线接入技术优缺点 主要优点：建网速度快、覆盖范围较广。一般来说，3.5 GHz固定无线接入技术覆盖范围可达510 km，甚至更高，雨衰对3.5 GHz固定无线接入技术的影响不严重，而LMDS系统的覆盖范围则在15 km，受雨衰的影响非常严重。 主要缺点：系统容量仍然有限，可用带宽只有30 MHz，相对于LMDS的1.3 GHz还是太小。这样，对于用户密集的服务区，提供宽带能力有限，尤其是类似VOD等的业务很难开展。,7.5 宽带无线接入,1LMDS简介 LMDS是近年来逐渐发展起来的

49、一种工作于24.38GHz频段的宽带无线点对多点接入技术。是在成熟的微波传输技术上发展起来的，所采用的调制方式与微波传输相似，主要为相移键控PSK(包括BPSK、DQPSK、QPSK、8PSK等)和正交幅度调制QAM(包括4-QAM、16-QAM、64-QAM等)。 2LMDS系统组成 LMDS系统通常由基础骨干网、服务区中的基站系统、远端站系统和网管系统组成，如图7.19所示。,7.5 宽带无线接入,7.5.3 本地多点分配业务LMDS技术,2LMDS系统组成,7.5 宽带无线接入,7.5.3 本地多点分配业务LMDS技术,图 7.19 LMDS系统构成图,2LMDS系统组成 （1）骨干网：

50、可由光纤传输网、ATM交换、IP交换或IP Over ATM架构而成的核心交换平台，以及与因特网(Internet)、公用电话网(PSTN)的互连模块等组成。 （2）基站：由室内单元(IDU)和室外单元(ODU)两部分组成。 室内单元：提供与业务相关的部分，如业务的适配和汇聚； 室外单元：提供基站和远端站之间的射频传输功能。 基站实现信号在基础骨干网或核心网络与无线传输之间的转换。基站设备包括与基础骨干网络或核心网络相连的接口模块、调制解调模块以及通常置于楼顶的微波收发模块。,7.5 宽带无线接入,7.5.3 本地多点分配业务LMDS技术,2LMDS系统组成 （3）远端站：同基站，也由室内单元

51、(IDU)和室外单元(ODU)两部分组成。远端站设在用户驻地，远端站室内单元可连接用户交换机、路由器等用户驻地网设备，为用户终端提供PSTN、电路仿真和高速IP接入。室外单元提供远端站和基站之间的射频传输功能。 （4）网管中心：用于管理服务区内的设备和用户。LMDS一般有较完整的网管系统支持，能实现自动功率控制、本地和远端软件下载、自动故障汇报、远程管理、自动性能测试等功能，这些功能一方面可以方便对网络的本地和远程进行监控，另一方面又可降低系统维护费用。,7.5 宽带无线接入,7.5.3 本地多点分配业务LMDS技术,3.LMDS主要技术 1)调制和编码方式 调制方式：移相键控PSK(包括BP

52、SK、DQPSK、QPSK等)和正交幅度调制QAM(包括4-QAM)。目前可以提供16QAM、64QAM等大大提高频道利用率的调制技术。 数据编码：采用了一些数字图像的编码方式和纠错方式，有利于提高频率资源的利用率和系统的容错能力。 2)可提供极高的带宽 LMDS系统是一种以点对多点的广播信号传达方式，提供高速率、大容量、点对多点的高可靠宽带接入手段。LMDS一般工作在10GHz以上，在毫米波的波段附近，可用频带为1GHz以上,7.5 宽带无线接入,7.5.3 本地多点分配业务LMDS技术,3.LMDS主要技术（续) 3)蜂窝式的结构配置 蜂窝式的结构配置可覆盖整个城域范围。LMDS系统的基站

53、采用多扇区覆盖，使用在一定角度范围内聚焦的喇叭天线来覆盖用户端设备。根据天线的不同，可划分为15度、22.5度、30度、45度、60度、90度的扇区，最多可达24个扇区。LMDS扇区半径一般为35km。可以提供很高的扇区容量，采用多载波扇区时，每扇区达200Mb/s。一个单独的P-COM LMDS基站容量最高可达到4.8Gb/s。 4)多址方式 在服务区内，基站和远端站可全双工通信。基站和远端站之间下行复用方式为TDM和FDM；上行多址方式为TDMA、FDMA或CDMA方式，目前多数设备采用TDMA和FDMA方式。,7.5 宽带无线接入,7.5.3 本地多点分配业务LMDS技术,3.LMDS主

54、要技术（续) 5)几乎可提供任何种类的业务 LMDS可以支持话音、数据和图像业务，并支持ATM、TCP/IP和MPEG2等标准。LMDS可承载高质量的语音服务，而且没有延迟，用户与系统之间的接口通常是RJ-11电话标准。LMDS还可提供低、中、高速数据业务；低速数据业务为1.29.6kb/s，中速为9.6kb/s2Mb/s，高速为2155Mb/s，要用100Mb/s的快速以太网和光纤分布数据接口(FDDI)。LMDS克服了传统本地环路的瓶颈，可承载多种宽带交互式数据及多媒体业务。,7.5 宽带无线接入,7.5.3 本地多点分配业务LMDS技术,4LMDS的优势 LMDS具有多方面优势，是颇具潜

55、力的宽带接入技术。 (1) LMDS具有网络建设投资少、开通快、建设周期短、运营成本低特点。比建设光纤接入低20%左右，而且可以在极短的时间内开通。 (2) 频带宽，可提供宽带接入，用户的接入速率可到达155Mb/s。 (3) LMDS网络配置灵活，有多种调制方式和频段设备可供选择；设备多种中心站接口(NXE1,E3,155Mb/s)和外围站接口(如E1,帧中继，ISND，ATM，10Mb/s以太网等)。 (4)高速率和高可靠性。小体积低功耗的外围站设备便于安装，极适用于高密度用户地区(如繁华的城市商贸区、技术开发区、写字楼群、城市居民小区)。 目前，许多厂商(如新桥网络、北电网络、阿尔卡特、

56、博世、朗讯、惠普、休斯等)已相继推出了LMDS产品。,7.5 宽带无线接入,7.5.3 本地多点分配业务LMDS技术,5.LMDS 存在的问题 由于LMDS技术还处于发展阶段，一些技术问题还尚待解决。 (1) LMDS高频段受雨雾天气影响大。由于雨滴的大小与LMDS的波长尺寸可比，容易引起信号的散射，LMDS的覆盖距离会因降雨状态的改变而变小，因此在规划服务区时必须考虑降雨因素。 (2) 由于需要视距传输，建筑物、树上的树叶上等各种环境因素对LMDS的影响较大。处于建设中的城区，新建建筑物的出现有可能影响LMDS的无线传输，以至给维护带来难度。 (3) 目前LMDS空中接口存在多种物理层和MA

57、C传输层标准，难以达成统一。我国目前尚未颁布LMDS标准。,7.5 宽带无线接入,7.5.3 本地多点分配业务LMDS技术,MMDS是由单向的无线电缆电视微波传输技术发展而来的，是国外电话公司与有线电视公司竞争视频业务的重要手段。随着技术的进步，一些生产厂商对原有的MMDS系统进行改进，使之能够实现双向点到多点宽带传输。 MMDS一般采用正交幅度调制，国际标准尚未制定。 MMDS的配置及所采用的技术与LMDS相似，一般也由骨干网、基站、用户终端设备和网管系统组成。MMDS工作在3GHz左右频段，因而可用的频谱资源比LMDS少，但其传输距离则远远超过LMDS。 目前，新发展的宽带双向MMDS也已

58、在一些地区建立了试验网，适合为用户较分散地区提供宽带接入。,7.5 宽带无线接入,7.5.4 多通道多点分配业务(MMDS)技术,VSAT是Very Small Aperture Terminal的缩写， 直译为“甚小孔径终端”， 意译应是“甚小孔径天线地球站”。 这里的“小”是指VSAT系统中小站设备的天线口径小， 通常为0.32.4 m。 这种系统具有灵活性强， 可靠性高， 成本低， 使用方便以及小站可直接装在用户端等特点。 借助VSAT用户数据终端可直接利用卫星信道与远端的计算机进行联网， 完成数据传递、 文件交换或远程处理， 从而摆脱了本地区的地面中继线问题， 这在地面网络不发达、 通

59、信线路质量不好或难于传输高速数据的边远地区， 使用VSAT作为数据传输手段是一种很好的选择。 目前， VSAT广泛应用于银行、 饭店、 新闻、 保险、 运输、 旅游等部门。,7.5.5 VSAT,7.5 宽带无线接入,1. VSAT特点 与传统卫星通信网相比， VSAT卫星通信网的特点： （1） 面向用户而不是面向网络， VSAT与用户设备直接通信而不是如传统卫星通信网中那样中间经过地面电信网络后再与用户设备进行通信； （2） 小口径天线， 天线口径一般小于2.4 m， 某些环境下可达到0.5 m； （3） 智能化（包括操作智能化、 接口智能化、 支持业务智能化、 信道管理智能化等）功能强， 可无人操作；,7.5 宽带无线接入,7.5.5 VSAT（续）,（4） 安装方便， 只需简单的安装工具和一般的地基（如普通水泥地面、 楼顶、 墙壁等）； （5） 低功率