1、项目1 接入网基础认知1.1 接入网在通信网中的位接入网在通信网中的位置置1.2 接入网的标准与分接入网的标准与分类类1.3 典型宽带接入技术简典型宽带接入技术简介介思考与练习思考与练习【教学目标】【教学目标】在了解现代通信网组成的基础上，掌握接入网的相关概念，了解常见宽带接入技术。【知识点与技能点】【知识点与技能点】电信接入网的定义；IP接入网的定义；接入网的接口；接入网的拓扑结构；接入网分类；xDSL技术；以太网接入技术；HFC技术；光纤接入网技术；无线接入技术。1.1 接入网在通信网中的位置接入网在通信网中的位置1.1.1 通信网的基本概念通信网的基本概念通信(Communication
2、)就是信息的传递，是指由一地向另一地进行信息的传输与交换，其目的是传输消息。利用“电”来传递消息的通信方法称为电信(Telecommunication)，这种通信具有迅速、准确、可靠等特点，且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制，因而得到了飞速发展和广泛应用。1.消息消息我国古代就把客观世界的变化，把它们的发生、发展和结局，把它们的聚散、沉浮、升降、兴衰、动静、得失等变化中的事实称为“消息”。到了近代，消息又逐渐成为一种固定的新闻载体的称谓，所以“消息”又叫新闻。在日常生活中，把关于人或事物的报道称为消息。通信的目的是传输含有信息的消息。在通信系统中传输的是各种各样的消息，而这些被传送的消息有
3、着各种不同的形式，例如文字、符号、数据、语言、音符、图片、图像等。2信息信息1948年，美国数学家、信息论的创始人香农在论文通讯的数学理论中指出：“信息用来消除随机不定性的东西”。1948年，美国著名数学家、控制论的创始人维纳在控制论一书中指出：“信息就是信息，既非物质，也非能量。”信息是指消息中包含的有意义的内容，它是通过消息来表达的，消息是信息的载体。随着社会的发展，消息的种类越来越多，人们对传递消息的要求也越来越高。3信号信号信号是消息的物理载体。通信中消息的传送是通过信号来进行的，信号是消息的承载者。在通信系统中，信号以电(或光)的形式进行处理和传输。信号基本上可分为两大类：模拟信号和
4、数字信号。如果信号的幅度随时间作连续的、随机的变化，称为模拟信号，如图1-1所示。如果信号的幅度随时间的变化只具有离散的、有限的状态，则称为数字信号，如图1-2所示。图1-1 模拟信号 图1-2 数字信号4.电信电信在各种各样的通信方式中，利用“电信号”来承载消息的通信方法称为电信。这种通信将有用的信息无失真、高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉，并且还要有存储、处理、采集、显示等功能。电信系统具有迅速、准确、可靠，而且几乎不受时间、地点、空间、距离的限制等特点，因而得到了飞速发展和广泛应用。ITU对电信的定义是：利用有线、无线、光或者其他电磁系统传输、发射或接收符
5、号、文字、图像、声音或其他任何形式的信息。“通信”与“电信”几乎是同义词。通信也可定义为：利用电子等技术手段，借助电信号(含光信号)从一地向另一地进行消息的有效传递。1.1.2 通信系统的模型通信系统的模型实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。以基本的点对点通信为例，通信系统的模型如图1-3所示。图1-3 通信系统的模型1.信源信源信源是指信息源，是信息的发送者，其作用是把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中的电话机可看成是信源。2.发送设备发送设备发送设备是许多电路与系统的总称，其作用是将信源输出的信号进行处理，变换成适合在信道上传送的信号，送往信道。3.信道和噪
6、声源信道和噪声源信道是信号传输的通路，其作用是将来自发送端的信号发送到接收端。信道从形式上可分为有线信道和无线信道，从传输方式上看可分为模拟信道和数字信道，甚至还可以包含某些设备。噪声源是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其他各处噪声的集合。通信系统中不能忽略噪声的影响，通信系统的噪声可能来自于各个部分，包括发送或接收信息时的周围环境、各种设备的电子器件、信道外部的电磁场干扰等。4.接收设备接收设备接收设备的功能正好与发送设备相反，即进行解调、译码、解码等，目的是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号。5.信宿信宿信宿与信源相对应，是信息的接收者，其作用是将由接收设备复原的原始信号转换
7、成相应的消息，如电话机将对方传来的电信号还原成了声音。1.1.3 传统电信网的组成传统电信网的组成实际的通信系统不可能都是图1-3所示的一对一的通信系统，在许多场合下常常有若干终端设备通过交换机相互进行通信，如图1-4(a)所示。再者，由于通信设备间的距离太远，不可能敷设专用的线路，需组建传输网络，如图1-4(b)所示。因此，通信网可以定义为：通信网是构成多个用户相互通信的多个电信系统互联的通信体系，它利用电缆、光缆或无线电波作为传输媒介，使用交换、传输、管理等设备，由各种通信手段和一定的连接方式将地理上分散的用户终端设备互联起来，实现通信和信息交换。通信的终端越多，它们之间的通信路径就越错综
8、复杂。建立通信网的目的是为了开展某种通信业务，它不仅能提供普通的电话业务，而且能提供数字化、宽带化的综合业务。因此，一般按通信业务的不同，通信网可划分为电话网、数据网和移动通信网等。图1-4 通信系统的组成随着技术的发展，通信网日益复杂，为便于分析，人们把整个通信网抽象为由核心网、接入网和用户驻地网组成的网络，如图1-5所示。用户驻地网可以是终端网络，也可以是单独的设备。接入网处于核心网与用户驻地网之间，连接本地交换机和用户。从运营商角度来看，接入网在整个通信网中处于网络的边缘，是网络建设的最后一段，也称“最后一公里”；而对于用户来说，接入网是用户直接接触的网络，可以说是“最初一公里”。这里的
9、一公里只是一种形象说法，相对于整个电信网络来说是距离较短的一段。而核心网处于通信网络的核心位置，承担骨干通信任务，关系重大，被成千上万个用户所共用，是通信网的信源传输中心，主要由长途网(城市之间)和中继网(本市内)组成。目前，通信网的核心部分已经实现数字化和宽带化，并且核心网正向超高速、大容量的方向发展，展现了宽带化、IP化以及业务融合化的趋势。接入网的引入给通信网带来新的变革，使整个通信网络结构发生了根本的变化。传统电话网中的用户环路就是今天接入网的原型，今天的接入网是电话网中用户环路的延伸和扩展。图1-5 传统电信网的组成1.1.4 接入网在公用通信网中的接入网在公用通信网中的位置位置城域
10、网概念始于计算机网络，它指位于广域网和局域网之间，分布于城市及郊区范围内的计算机网络。由于传统电信网与计算机通信网的融合，城域网概念引入到公用通信网领域并导致城域网概念内涵的变化。现在人们用“城域网”泛指运营商在城市及其郊区范围内提供话音、数据(包括IP业务)、图像、多媒体和各种增值业务及智能业务等多种业务的网络。城域网引入到现代通信网后模糊了传统电信界所定义的电信网结构以及接入网概念。但至今ITU-T或其他标准化组织也没有出台相关标准明确电信网的结构。目前，不少业界人士根据网络地域特征和功能特征认为公用通信网由长途骨干网、城域网、接入网和用户驻地网组成，如图1-6所示。其中长途骨干网指连接国
11、家各省/地区主要节点的网络，通常是网状网，具有可靠的保护措施，以解决大容量的可靠传输为基本特征。城域网除较大容量传输外，以路由器作为长途骨干网的调度设备，所构成的网络拓扑结构通常为环网。接入网部分则包括以支持传统电话业务为主的传统电信界定义的接入网、以接入数据业务/IP业务为主的IP接入网和提供综合业务接入的接入网。其主要功能是用户业务的接入和汇聚，拓扑结构多样化，既有星型、环型，也有树型，还有环型加树型等。用户驻地网是属于用户自己或由用户驻地网运营商管理运行的网络，一般是用户终端至用户网络接口UNI间所包含的网络部分。它由完成通信和控制功能的用户驻地中的机线设备组成，其规模大小因用户的不同可
12、能差别非常大。最简单的用户驻地网可以仅仅是进到普通居民用户家里的一对双绞线，大的、复杂的用户驻地网可以是覆盖几千米的校园通信网、大企业网或用户驻地网运营商所运营的居民小区网络等。图1-6 典型公用通信网的结构其中，骨干网和城域网就是核心网。目前广义电信网或者说通信网由原来的结构演变成图1-7所示的结构，而接入网在整个网络中的作用并没有发生本质性的变化。可以认为接入网是由用户与城域网之间的一系列实体(例如线路设施和传输接入设施等)组成，为传送接入电信业务或IP业务而提供所需的传送承载和接入能力，并且可通过网管接口或RP进行配置和管理的实施系统或网络。接入网具有明显不同于城域网、骨干网的特点。图1
13、-7 接入网在公用通信网中的位置1.1.5 接入网在三网融合中的发展趋势接入网在三网融合中的发展趋势“三网融合”是指电信网、有线电视网和互联网在向宽带通信网、数字电视网和下一代互联网演进过程中，经过改造和发展，相互渗透、相互兼容，并逐步整合成为全世界统一的信息通信网络。三网融合是为了实现网络资源的共享，避免低水平的重复建设，形成适应性广、容易维护、费用低的高速宽带的多媒体基础平台。其表现为技术上趋向一致，网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖，业务层上互相渗透和交叉，应用层上趋向使用统一的IP协议，在经营上互相竞争、互相合作，朝着向人类提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起，
14、行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。三网融合后，手机可以看电视、上网；电视可以打电话、上网，计算机可以打电话、看电视。三网融合的本质是未来的电信网、广电网和互联网都可以承载多种信息化业务，创造出更多种融合业务，而不是三张网合成一张网，因此三网融合不是三网合一。三网融合可能的发展方向是技术融合、业务融合、行业融合到最终的终端融合及网络融合。三网融合的关键在于电信和广电业务的融合。电信运营商和广电运营商业务互相渗透，都将成为全业务运营商，通过全业务绑定及价格策略互相争夺客户。目前，电信运营商正以IPTV来抢占广电网络的传统电视市场。但还面临着很多的困难：首先，目前网络不满足端到端提速。高清入户需要1
15、020 M的入户带宽，而当前电信运营商对入户带宽普遍采取尽力而为的策略，高峰期普遍低于4 M。其次，电信网络层次较多成为质量的瓶颈。目前城域网一般为5跳，表现在频道切换时延迟和丢包问题严重，严重影响用户体验。最后，缺少端到端管理手段。要实现端到端提速，涉及业务系统、承载网络(由接入设备、BRAS和核心路由器等组成)和终端等多个环节，网络维护难以做到快速定界、快速定位；承载技术由于直接用原架构的网络承载IPTV，网络建设成本、网络业务控制、网络服务质量等方面都会带来更大的问题，因此三网融合对接入网提出了新的要求。其中，接入网扁平化发展成为重要的发展方向。接入网的扁平化首先要求接入网络的融合和统一
16、，要把分离的网络向多业务综合接入转变。无源光网的应用对统一接入提供了技术的可行性；而业务的融合、设备的统一进一步促进了FTTX网络的发展。其中FTTH(光纤到户)可减少网络节点、简化网络层次，如图1-8所示，从原来的五级架构，通过光进铜退全新的技术改进为三级架构。五级架构中，第一级为中心局，主要指以核心路由为主要设备的骨干层；第二级为城域局端，主要指以路由器为主要设备的城域骨干；第三级为局端，由宽带远程接入服务器(BRAS，Broadband Remote Access Server)、全业务路由器(SR，Service Router)和会话边界控制器(SBC，Session Border C
17、ontrol)等设备组成；第四级是以小型OLT和交换机组成的模块局；第五级为用户终端。三级架构的第一级是以核心路由器和光传送网(OTN)为主要设备；第二级的主要设备由多业务控制网关(MSCG)和大型OLT组成；第三级则为无源光网络连接的用户终端。图1-8 接入网扁平化发展趋势随着PON设备性能的提升，更大带宽、更大分光比、更远通信距离已经成为接入技术发展的趋势。这将对降低网络建设的总成本十分有效。其次，应用于三网融合的OLT应能面对不同行业、不同部门实现管理的统一，针对不同的业务和不同的客户群，提供不同的QoS保障。1.2 接入网的标准与分类接入网的标准与分类1.2.1 电信网接入网标准电信网
18、接入网标准1.电信接入网的定界电信接入网的定界1995年11月，国际电信联盟发布了第一个接入网标准ITU-T G.902。在G.902建议书中，接入网是这样定义的：接入网是由业务节点接口(SNI)和用户-网络接口(UNI)之间的一系列传送实体(包括线路设施和传输设施)组成，为传送电信业务而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。G.902定义的接入网是由三个接口定界的，即用户通过UNI连接到接入网；接入网通过SNI连接到业务节点；最后通过Q3接口连接到电信管理网(TMN)上，如图1-9所示。图1-9 接入网的接口用户网络接口(UNI)进一步可分为单个UNI和共享UNI。单个U
19、NI的例子包括PSTN和ISTN中各种类型的UNI，但是PSTN中的UNI和用户信令并没有得到广泛应用，因而各个国家采用自己的规定。共享UNI的例子是ATM接口。当UNI是ATM接口时，这个UNI可支持多个逻辑接入，每一个逻辑接入通过一个SNI连接到不同SN。这样ATM接口就成为一个共享UNI，通过这个共享UNI可以接入多个SN。用户网络接口在接入网的用户侧，支持各种业务的接入，如模拟电话接入、N-ISDN业务接入、B-ISDN业务接入，以及租用线业务的接入。对于不同的业务，采用不同的接入方式，对应不同的接口类型。UNI的主要接口有：ISDN 2B+D(B为64 kb/s，D为16 kb/s)
20、、ISDN 30B+D、Z接口、ATM接口、以太网接口、USB接口、PCI接口、租用线接口等。能作用户接口的一定可以作为业务节点接口，反之不成立(如V5接口)。业务节点接口(SNI)是AN与SN之间的接口，是SN通过AN向用户提供电信业务的接口。业务节点(SN)是指能独立提供某种业务的实体，即一种可提供各种交换类型或永久连接型的电信业务的网元，例如本地交换机、X2.5节点机、DDN节点机、特定配置下的点播电视和广播电视业务节点等，支持窄带接入业务和宽带接入业务，并连接到电信网中。如果AN-SNI侧与SN-SNI侧不在同一地方，可以通过透明传送通道实现远端连接。数字业务的发展要求从用户到业务节点
21、之间是透明的纯数字连接，因此要求业务节点具备数字的SNI。数字的SNI称为V接口。在V5接口以前，CCITT Q系列建议中曾规范了V1V4接口。接口V1V4主要是为满足ISDN用户接入而制定的。它们的共同特点是都不支持PSTN和ISDN的综合接入。SNI包括V5、VB5、以太网接口以及其他ATM接口、租用线接口等。电信管理网(TMN)是收集、处理、传送和储存有关电信网操作维护和管理信息的一种综合手段，可以提供一系列管理功能，对电信网实施管理控制。它是通信技术和计算机技术相互渗透和融合的产物。TMN的目标是最大限度地利用电信网络资源，提高运行质量和效率，向用户提供优质的通信服务。TMN能使各种操
22、作系统之间通过标准接口和协议进行通信联络，在现代电信网中起支撑作用。TMN有五种节点：操作系统(OS)、网络单元(NE)、中介装置(MD)、工作站(WS)、数据通信网(DCN)。TMN有三类标准接口：Q接口、F接口、X接口。网管接口采用Q3接口，是电信管理网与被管理部分连接的标准接口。管理的功能包括用户端口功能的管理、运送功能的管理和业务端口功能的管理等。2.电信接入网的功能电信接入网的功能G.902建议的电信接入网的主要功能有五种，即用户口功能(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)。其功能结构如图1-10所示。图1-10 电信
23、接入网的功能(1)用户口功能(UPF)。用户口功能的主要作用是将特定的UNI要求与核心功能和管理功能适配。具体的功能为：终结UNI功能、UNI的激活/去激活、处理UNI承载通路/容量、UNI的测试和UPF的维护、A/D转换和信令转换以及相关的管理和控制功能。(2)业务口功能(SPF)。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，以便于核心功能处理；也负责选择有关信息，以便在AN系统管理功能中处理。具体功能为：终结SNI功能、SNI的测试和SPF的维护、将承载通路的需要和即时的管理以及操作需求映射进核心功能、特定SNI所需的协议映射、相关的管理和控制。(3)传送功能(TF)
24、。传送功能为AN中不同地点之间公用承载通路的传送提供通道，也为所用传输介质提供媒介适配。具体功能为：复用、交叉连接、管理、物理媒介功能。(4)核心功能(CF)。核心功能位于UPF和SPF之间，它的主要作用是将个别用户口承载通路或业务口承载通路的要求与公用传送承载通路相适配，CF可分布在整个AN中。具体功能为：接入承载通路处理、承载通路的集中、信令和分组信息的复用、ATM传送承载通路的电路仿真、相关的管理和控制。(5)接入网系统管理功能(AN-SMF)。接入网系统管理功能主要协调AN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。具
25、体功能为：配置和控制、指配协调、故障检测和指示、用户信息和性能数据收集、安全控制、协调UPF和SN(经SNI)的及时管理和操作、资源管理、通过Q3接口与TMN通信以便接收监视与接收控制。3接入网的物理参考模型接入网的物理参考模型接入网的物理参考模型如图1-11所示，其中灵活点(FP)和配线点(DP)是两个很重要的信号分路点，大致对应传统铜线用户线的交接箱和分线盒。图1-11 接入网的物理参考模型G.902建议是关于接入网的第一个总体标准，对接入网的形成有关键性的奠基作用，意义重大。G.902建议定义严格、描述抽象，从“功能”这一较高的角度描述了接入网，希望能适用于接入网进一步的各种技术和各种业
26、务。但G.902标准的准备时间是19931996年，当时互联网尚未达到今日的辉煌，互联网技术的理念框架还远未深入影响通信技术界，传统电信技术的体系和思路还是电信网络的主体。因此，G.902标准很大程度上受传统电信技术的影响，其定义的接入网功能体系、接入类型、接口规范等更多是适用于传统电信网络，人们有时将G.902标准称为“电信接入网总体标准”。1.2.2 IP接入网标准接入网标准1.IP接入网定界接入网定界随着Internet 业务的爆炸式发展，IP业务量急剧增长。提供IP业务与提供传统的以电话业务为代表的电信业务发生了很大的改变。2000年11月，ITU通过了IP接入网的Y.1231标准。根
27、据Y.1231建议，IP接入网定义为：IP接入网是由网络实体组成，提供所需接入能力的一个实施系统，用于在IP用户和IP业务提供者(ISP，IP Service Provider)之间提供接入IP业务能力的网络。IP网是IP作为第三层协议的网络。IP网络业务是通过用户与业务提供者之间的接口，以IP包传送数据的一种服务。IP 网络的结构如图1-12所示。图1-12 IP网络结构从图1-12可以看出，IP接入网与用户驻地网和IP核心网之间的接口是参考点(RP，Reference Point)，RP用来在逻辑上分离IP核心网和IP接入网功能。与传统电信接入网的用户网络接口和业务节点接口不同，RP在某些
28、IP网络中不与物理接口对应。在某些IP网中无法界定IP核心网与IP接入网，两者不可分割。2.IP接入网的功能模型接入网的功能模型IP接入网主要有三大功能：传送功能、接入功能和系统管理功能。其参考模型如图1-13所示。图1-13 IP接入网参考模型(1)传送功能。IP接入网的传送功能是指传送IP业务。(2)接入功能。IP接入功能是指对用户接入进行控制和管理，IP接入方式分为五类，即直接接入方式、PPP隧道方式(L2TP)、IP隧道方式(IPSec)、路由方式和多协议标记交换(MPLS)方式。IP接入功能主要包括：多业务提供商的动态选择；使用PPP协议的IP地址动态分配；网络地址翻译(NAT)；鉴
29、权；加密；计费；与RADIUS服务器的交互。(3)系统管理功能。IP接入网的系统管理功能指的是系统配置、监控和管理。IP接入网由统一的参考点(RP)界定。RP为一种抽象、逻辑接口，在Y.1231标准中未作具体定义，适用所有IP接入网，在具体的接入技术中，由专门的协议描述RP。3.G.902与与Y.1231的比较的比较(1)接入网定义比较：G.902定义SNI与对应UNI之间的承载电信业务能力的实体；Y.1231定义IP用户与IP服务提供者之间的承载IP业务能力的实体。(2)定界与接口比较：G.902建议由UNI、SNI和Q3接口界定；而Y.1231建议的接口抽象为统一的接口RP，更具灵活性和通
30、用性。(3)功能比较：G.902建议具有复用、连接、运送功能，无交换和计费功能，它不解释用户信令，UNI和SNI只能静态关联，用户不能动态选择SN；而Y.1231建议除具有复用、连接、运送，还具有交换和计费功能，能解释用户信令，IP用户可以自己动态选择IP服务提供者。(4)接入管理角度比较：G.902对接入网的管理由电信管理网络实现，受制于电信网的体制，没有关于用户接入管理的功能；Y.1231具有独立且统一的AAA用户接入管理模式，便于运营和对用户的管理，适应于各种接入技术。Y.1231建议将接入网的发展推进到一个新的发展阶段，IP接入网比电信接入网具有更大优势。IP接入网适应当今技术主流，可
31、以提供数据、语音、视频和其他各种业务，满足网络融合的需要。目前宽带接入技术几乎都是基于IP接入网。由于Internet业务的流行，传统的电信接入网不再以支持电路业务为基本特征，而向提供电话、数据(以Internet业务为代表)和视频业务的综合接入方向演进，同时IP 业务运营商也希望IP 接入网能够提供传统电信业务。所以，接入网越来越显现出综合业务接入的特征。因此，现在人们不再用“接入网”这个术语指G.902定义的接入网或Y.1231定义的IP 接入网，而笼统地用“接入网”来表示用户与核心网中的城域网之间的一系列传送实体(例如线路设施和传输接入设施)及为传送接入电信业务或IP业务而提供所需传送承
32、载能力或IP接入能力，并且可通过网管接口或RP 进行配置和管理的实施系统。1.2.3 接入网的分类接入网的分类可以从不同的角度对接入网进行分类，如按拓扑结构、传输介质、接入技术等。1.按拓扑结构分类按拓扑结构分类接入网的拓扑结构指的是机线设备的集合排列形状，它反映了物理上的连接性。接入网的成本在很大程度上受拓扑结构的影响，拓扑结构与接入网的效能、可靠性、经济性和提供的业务直接相关。当前接入网中常见的拓扑结构有总线型结构、星型结构、环型结构、树型结构等，如图1-14所示。在实际应用中还可以将以上各种拓扑网络结构进行组合，形成其他形式的网络结构。图1-14 接入网按拓扑结构的分类2.按传输介质分类
33、按传输介质分类接入网按传输介质可分为有线接入网和无线接入网。其中有线接入网又包括光纤接入网、铜缆接入网和混合接入网等；无线接入网根据通信终端的状态又可分为移动无线接入网和固定无线接入网，如图1-15所示。图1-15 接入网按传输介质的分类3.按接入技术分类按接入技术分类从接入技术上，接入网有数字用户线(XDSL)技术、以太网技术、混合光纤同轴电缆(HFC)技术、电力线接入技术、有源光网络(AON)技术、无源光网络(PON)技术、无线局域网(WLAN)技术、无线广域网技术等。其中无源光网络还包括APON、EPON、GPON等技术。本书将综合主要传输介质，重点从接入技术及其应用的角度对各类接入方式
34、进行介绍。1.3 典型宽带接入技术简介典型宽带接入技术简介1.3.1 xDSL技术技术xDSL技术是对多种用户线高速接入技术的统称，包括ADSL、HDSL、VDSL、SDSL、RDSL等。其中应用较广的是ADSL。xDSL通过不对称传输，利用频分复用技术，使上、下行信道分开，语音信道在04kHz，上行信道在30138kHz，下行信道在1381104kHz，减小了串音的影响，从而实现信号的高速传送。其频谱分布如图1-16所示。图1-16 xDSL频谱分布xDSL在信号调制、数字相位平衡、回波抑制等方面采用了先进的器件和动态控制技术。其调制技术包括QAM(正交调幅)、CAP(无载波幅度相位调制)和
35、DMT(离散多音频)技术。xDSL技术能利用现有的市话铜线进行信号传输，不同的技术有不同的传输特性，主要体现在上下行传输速率上。各种数字用户线技术分类和特性如表1-1所示。ADSL技术是xDSL技术中应用最为广泛的。它由Bellcore在1989年提出，是一种利用双绞线传送双向不对称比特率数据的技术，其技术原理如图1-17所示。上行方向上，计算机终端发送的数据信号经ADSL Modem(调制解调器)调制转换成高频模拟信号，电话机发送的是低频语音信号，二者经信号分离器，以频分复用的方式合成为一路信号，再经双绞线向局端传输。到达局端后再通过局端分离器将信号分开，高频信号经DSLAM(多路复用器)解
36、调成数字信号，与互联网通信；低频信号经交换机与电话交换网通信。下行方向与上行方向的工作过程是互逆的。图1-17 ADSL技术原理图VDSL技术与ADSL类似，仍旧在一对铜质双绞线上实现信号传输，无须铺设新线路或对现有网络进行改造。用户一侧的安装也比较简单，只要用分离器将VDSL信号和话音信号分开，或者在电话前加装滤波器就能够使用。xDSL在同一铜线上分别传送数据和语音信号，充分使用现有铜缆网络设施即能提供视频点播、远程教学、可视电话、多媒体检索、LAN互连、Internet接入等业务。xDSL作为由窄带接入网到宽带接入网过渡的主流技术，在我国电信发展史上具有重要的地位，但其在应用上面也存在如下
37、诸多问题：(1)经济性不好。造价较高，与新建无源光纤点对多点复用相比已无优势可言。(2)实用线路质量难以适应xDSL的高技术标准。线路传输带宽不足，不能高速视频。(3)xDSL的驱动功率较大，线间串扰较大，对其他低频通信设备会造成干扰。1.3.2 以太网接入技术以太网接入技术从20世纪80年代开始，以太网就成为最普遍采用的网络技术。据统计，以太网的端口数约为所有网络端口数的85%。传统以太网技术不属于接入网范畴，而属于用户驻地网(CPN)领域。然而其应用领域却正在向包括接入网在内的其他公用网领域扩展。利用以太网作为接入手段的主要原因是：(1)以太网已有巨大的网络基础和长期应用的经验知识。(2)
38、目前所有流行的操作系统和应用都与以太网兼容。(3)性能价格比好、可扩展性强、可靠性高以及容易安装开通。(4)以太网接入方式与IP网为最佳匹配。以太网接入是指以太网技术与计算机网络的综合布线相结合，直接为终端用户提供基于IP的多种业务的传送通道。在宽带小区的以太网接入系统中，用户侧设备主要是楼内交换机，并通过VLAN划分进行用户隔离，通过光纤或电缆与局侧设备连接。局侧设备主要是三层交换机，它与管理网、IP核心网以及各种服务器连接，提供认证、授权、计费等服务。典型以太网接入的网络结构如图1-18所示。图1-18 以太网接入的网络结构以太网的传输介质早期采用的是同轴电缆，已经被淘汰，现在所使用的主要
39、是五类或五类以上的双绞线，也可以是光纤或无线电波等。IP协议已经一统网络层，同时以太网技术已有重大突破，容量分为10/100/1000 Mb/s三级，可按需升级，10 Gb/s以太网系统也已经问世。以太网技术最佳地匹配了IP技术。它采用变长帧、无连接、域内广播等技术，正在一统链路层。新兴的宽带运营商专门针对电信运营商已经大量发展了以太接入技术，如IEEE 802.3ah-2004、EFM等。同时，以太接入技术正在进一步完善，其系统结构、接入控制、用户隔离安全性都将得到提高。1.3.3 HFC技术技术HFC(Hybrid Fiber-optic Cable，混合光纤同轴电缆)是从有线电视(CAT
40、V)发展而来的，可以提供有线电视、宽带数据、电话等多种业务的接入。HFC是一种以模拟方式提供全业务的接入网过渡解决方案。HFC网的干线部分以光纤为传输介质，配线网部分保留原有的树型分支型模拟同轴电缆网。HFC网模拟频分复用信道，其信号调制方式与光纤CATV网络兼容，一般为残留边带调幅(VSB-AM)方式。HFC网在原有线电视系统的基础上，引入Cable Modem技术，实现多种业务的接入。Cable Modem的通信和普通Modem一样，是数据信号在模拟信道上交互传输的过程，其前端设备为CMTS(Cable Modem Terminal Systems，电缆调制解调器)，用于管理和控制Cabl
41、e Modem，用户侧设备为CM(Cable Modem)。HFC系统结构如图1-19所示。HFC系统在下行方向的有线电视业务由原前端设备提供，数据或语音业务通过CMTS调制，不同的业务通过混合器进行频分复用，再通过光发射机把信号沿光缆线路传送至光节点，然后正向光接收机把信号进行光电转换和射频放大，再经同轴电缆分配网络到达用户终端，并将电视信号送给电视机，数据信号通过CM的解调调制，供给PC机。上行方向是下行传输的逆过程，但仅发送计算机的数据信号，而电视不回传。HFC是从光纤CATV演变而来的，新业务初期成本低，运营成本也大大下降。利用HFC可以提供电话、数据和先进视频等多业务平台，它的带宽较
42、宽。但作为IP接入还存在不少问题。由于HFC采用的是模拟传输方式，其可靠性不是太高，特别是系统的噪声问题较为严重，反向回传会产生类似漏斗的噪声累积。其上行信道也比较受限，电话供电问题也不易解决。HFC在频谱分配方案中没有国际标准，市场上设备不易互通，由于暂时不支持Q3接口，管理问题解决得也不是很好。因此，HFC作为广电系统宽带接入技术在新建网络已基本不再采用，取代的是EPON+EOC技术，本书项目5中将另行介绍。1.3.4 光纤接入技术光纤接入技术近年来，随着光纤技术的快速发展，接入网已由铜缆接入发展为光纤接入，即所谓“光进铜退”。已介绍的xDSL技术、HFC技术大多用到了铜缆，在一定时期内可
43、以满足一部分宽带接入的需求，但都是一种过渡技术。以光纤为传输介质的光接入技术具有容量大、衰减小、传输距离远、防干扰能力强、保密性好等诸多优点，且其建设成本也相对较低，因此，光纤接入成为当前宽带接入的主流技术。光纤接入技术可分为两大主流技术，即有源光网络(AON，Active Optic Network)和无源光网络(PON，Passive Optic Network)。二者的区别主要是看网络中是否含有有源电子设备。PON技术具有成本低、对业务透明、易于升级和易于维护管理的强大优势，近年来发展十分迅猛。PON技术包括基于ATM传输的BPON、APON，基于Ethernet传输的EPON以及兼顾A
44、TM/Ethernet/TDM的吉比特无源光网络GPON。图1-20所示的PON系统由线路终端(OLT)、光分配网络(ODN)和光网络单元(ONU)等组成。图1-20 PON系统结构OLT提供了网络侧与本地交换机之间的通信接口，可以上连各种业务，下接不同的ONU，并提供管理和监控、维护功能；ODN通过光纤和分光器提供了光传输的手段，组成纯无源的光配线网；ONU为光接入网提供了直接或远端的用户侧接口。ONU具有电/光和光/电转换功能，不仅要完成业务信号的连接，还要完成信令处理、维护管理等功能。基于PON技术的宽带接入网根据ONU的位置可分为多种应用类型，如FTTC(光纤到路边)、FTTB(光纤到
45、楼)和FTTH(光纤到户)等。1.3.5 无线接入技术无线接入技术无线接入技术是指在交换节点与用户终端之间的传输通道上，全部或部分采用无线传输方式。由于无线接入无需敷设线路、建设速度较快、受环境制约小、设备安装灵活以及维护方便，故已成为有线接入不可或缺的重要补充。常用的无线宽带接入技术主要有移动通信技术、无线局域网(WLAN)、微波通信LMDS等。1.移动通信技术移动通信技术移动通信支持的宽带接入技术包括3G、4G、LTE等不同通信技术。3G可以实现静止2 Mb/s传输速率、中低速384 kb/s、高速144 kb/s速率的通信。4G指的是第四代移动通信技术，该技术包括TDD-LTE和FDD-
46、LTE两种制式。频分双工(FDD，Frequency Division Duplexing)是在分离的2个对称频率信道上进行接收和发送，用保护频段分离接收和发送信道。FDD必须采用成对的频率，依靠频率区分上下行链路，其单方向的资源在时间上是连续的。FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在支持非对称业务时，频谱利用率将大大降低。时分双工(TDD，Time Division Duplexing)用时间来分离接收和发送信道。在TDD方式的移动通信系统中，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为通信承载，其单方向的资源在时间上是不连续的，时间资源在2个方向进行分配。某个时间段由基站发送信号
47、给移动台，另外的时间由移动台向基站发送信号用于提供移动用户之间的通信，或移动用户与固定用户之间的通信。目前广为宣传的LTE技术从严格意义上讲，属于3.9G网络，具备100Mb/s数据下行、20Mb/s数据上行的能力。升级版的LTE-Advanced技术具备下行1Gb/s、上行500Mb/s带宽。4G网络引入了正交频分复用技术(OFDM)、多输入多输出(MIMO)、64QAM高阶调制等新概念，可提供给用户更加充裕的网络带宽、更低的网络时延，单向网络时延可低于5ms，比3G网络更适合大规模开展无线宽带业务。LTE采用与2G、3G都不同的OFDM空中接口技术，对网络架构进行了优化，采用扁平化的网络架
48、构，即接入网EUTRAN不再包含RNC，仅包含eNodeB。eNodeB之间通过X2接口互连。每个eNodeB与分组核心网(EPC)通过S1接口相连。S1接口的用户平面终止于服务网关S-GW上，控制平面终止于移动性管理实体MME上。控制面和用户面的另一端终止于eNodeB上。LTE网络结构如图1-21所示。图1-21 LTE网络结构2.WLAN技术技术WLAN(Wireless Local Area Network，无线局域网)是利用无线技术实现快速连接以太网的技术。WLAN传输技术根据采用的传输媒体、选择的频段以及调制方式的不同分为很多种。WLAN的传输媒体主要是微波和红外线。即使采用同类媒
49、体，不同的WLAN标准采用的频段也有差异。对于采用微波的WLAN而言，按照调制方式又分为扩展频谱方式和窄带调制方式。它具有安装便捷、使用灵活、经济节约、易于扩展等有线网络无法比拟的优点。WLAN技术所具有的移动性、便捷性、较高的带宽等特点，以及大规模的产业化和低成本等诸多优势，使WLAN市场能够在短短数年内得到了大规范发展。WLAN产业的蓬勃发展和WLAN技术标准的不断完善形成了良好的互动。WLAN技术标准主要由IEEE 802.11工作组负责制定。第一个802.11协议标准诞生于1997年，并于1999年完成修订。随着WLAN早期协议暴露的安全缺陷与用户应用不断地呼唤着更高的吞吐，以及企业等
50、应用对可管理性的要求，IEEE 802.11工作组陆续地推出了802.11a、802.11b、802.11、802.11n、802.11ac等大量标准。根据不同的应用环境和业务需求，WLAN可通过不同的网络结构实现互联。典型的WLAN系统由无线控制器(AC)、无线接入点(AP)、交换机、用户终端等组成。AC作为接入设备，控制不同的AP站点。汇聚交换机上连AC，下连楼道交换机，为方便AP供电，可采用POE交换机。在AP覆盖范围内，通过不同的无线用户终端，如手机、PDA、笔记本电脑就可以上网或互相通信了。典型的WLAN网络结构如图1-22所示。图1-22 典型WLAN组网示意图3.本地多点分配业务
