现代通信技术(下)8用户接入网

1第八章用户接入网1.1接入技术发展的最新趋势随着以IP为代表的数据业务的爆炸式增长,用户对业务需求的多样化,个人化,通信信息技术的不断更新和成本的持续下降,以及通信市场的日益开放,整个电信网的发展演变呈现了一些新的态势:以美国为代表的发达国家的核心网正向超高速和大容量的方向发展,速率高达800Gb/t(80X10Gb/s)波分复用系统已投入使用；用户驻地方面，楼院综合布线系统和家庭综合布线，智能化大楼正方兴未艾．唯独接入网因其建设的复杂性以及接入技术的众多选择性使得其发展显得扑朔迷离，把握宽带接入技术的发展的最新趋势对已进入转型期的我国接入网建设至关重要．28.1接入网概述8.1.1接入网的引入当前的通信网还是以传统的电信网为基础,对应不同用户的多条用户环路组成树状结构的本地用户网端局交接箱分线盒用户用户馈线(主干电缆)配线引入线典型的用户环路结构（本地用户网）3接入网的产生:由于受传输损耗、带宽和噪声等的影响，传统的用户环路结构已不能适应网络发展和用户业务的需要(数字化,宽带化,灵活可靠,易于管理)接入网被称为电信网的“最后一公里”，接入网发展缓慢直接影响了电信网提供业务的容量、质量、速度和网络资源的开发利用，成为制约全网发展的瓶颈所在。接入网的发展趋势：数字化、IP化和宽带化。一些新技术的引入使得用户环路开始表现出交叉连接、复用、传输和管理等网络特征。因此，ITU-T正式提出了用户接入网（AN）的概念。48.1.2接入网的定义与定界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。核心网包含了交换网和传输网的功能。接入网包含了核心网和用户驻地网之间的所有设备与线路，主要完成交叉连接、复用和传输功能，一般不包括交换功能。CPN接入网核心网接入网CPNUNISNIUNISNITMNQ3Q3Q35接入网的定义:接入网（AN）是由业务节点接口（SNI）和相关用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（例如线路和传输设施）组成的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维护管理接口进行配置和管理。接入网作为一种公共设施，应能够支持多种不同的业务类型，以满足不同用户的多样化要求，也就是接入网应成为全业务网。接入网的接口:用户网络接口（UNI）：用户与网络之间的接口，位于接入网的用户侧。业务节点接口：AN和SN之间的接口，位于接入网的业务侧，SNI是由交换机的用户接口演变而来的，分为模拟接口（Z接口）和数字接口（V接口）两大类。维护管理接口：电信管理网（TMN）与电信网各部分相连的标准接口是Q3接口。6接入网的特点与核心网相比，接入网主要具备以下特点：具备复用、交叉连接和传输功能一般不含交换功能。接入业务种类多，业务量密度低。网径大小不一，成本与用户有关。线路施工难度大，设备运行环境恶劣。网络拓扑结构多样，组网能力强大。78.1.3接入网的传输技术及分类有线接入网铜线接入技术数字线对增容高速率数字用户线非对称数字用户线甚高速数字用户线光纤接入技术光纤到路边光纤到楼光纤到家混合光纤/同轴电缆接入技术无线接入网固定无线接入技术微波一点多址直播卫星固定蜂窝固定无绳甚小型天线地球站多点多路分配业务本地多点分配业务移动接入技术蜂窝移动通信无绳电话集群调度综合接入网FTTC+HFC有线+无线8铜线接入技术普通用户线（电话线）是双绞铜线对，为传送话音模拟信号而设计，要想在双绞铜线对上提供宽带数字化接入，必须采用先进的数字信号处理技术实现用户线对数字信号线路编码及二线双工数字传输的支持功能，达到提高传输容量和传输速率的目的，这就是铜线接入技术。铜线接入技术可以充分利用现有资源和保护既有投资，在不同程度上提高双绞铜线对的传输能力。目前对铜线接入技术的研究主要集中于速率较高的各种数字用户线（xDSL）技术上。9xDSL技术xDSL技术采用先进的数字信号自适应均衡技术、回波抵消技术和高效的编码调制技术，在不同程度上提高了双绞铜线对的传输能力，为用户提供了一种低成本的综合业务接入方式。其中x表示A/H/V/RA/S等多种不同的数据调制实现方式。10HDSLHDSL（高比特数字用户线技术）在传输上采用了先进的数字信号自适应均衡技术和回波抵消技术，以消除线路中的近端串音、脉冲噪声和因阻抗不匹配而引起的回声，从而能够在两对或三对现有的双绞线对上实现2Mbit/s或1.55Mbit/s（E1或T1）的全双工数字传输业务，传输距离可达到3～5km。11HDSL关键技术:HDSL利用2B1Q或CAP编码技术来提高调制效率,使线路上的码元速率降低.第1位(符号位)第2位(幅度位)码元相对值10+311+101-100-3表2B1Q码编码规则CAP编码:采用无载波幅度相位调制方式,属于带通型传输码,它的同相分量和相位正交分量有8个幅度,每个码元含4比特信息,实现时将输入码流分成两路,分别通过两个幅度特性相同,相频特性差90的数字滤波器,输出相加就可得到.12HDSLHDSL的优点是双向对称，速率比较高，充分利用现有电缆实现扩容。其缺点是需要两对线缆，住宅用户难以使用，另外目前还不能传输2048Kbps以上的信息，传输距离限于6～10公里以内，费用也比较高。HDSL可为集团用户提供低成本的2Mbit/s的链路，用于会议电视、LAN互连、高速数据专线、ISDN基群接入等。13ADSLADSL（非对称数字用户线技术）主要是针对因特网和视频点播等业务的上下行不对称性而提出的，通过采用数字信号自适应均衡技术、回波抵消技术和高效的编码调制技术，ADSL可以在现有双绞线对上实现9Mbit/s的下行信号传输和640kbit/s的上行信号传输，传输距离为3～4km。14ADSL的调制技术:采用多种如QAM、CAP和多音频DMT调制技术，其中DMT是ADSL的标准线路编码DMT:是一种正交频分复用方式。其首先对数字信号IFFT变换，相当于把信号调制到多个正交载波上。这样就把信号划分为多个子带，每个子带4kHz，接收对其进行FFT变换即可恢复原信号.15ADSL接入示意图16ADSL的频谱划分010kHz50kHz1MHz上行数字信道普通电话业务下行数字信道17ADSLADSL的优点是能够充分利用现有铜线资源、能够与普通电话业务共享铜线，系统初期投资较低，ADSL设备拆装容易、灵活。缺点是带宽速率较低，距离有限。技术不成熟，设备成本高，与模拟视频不兼容，现有模拟电视机需有机顶盒进行数/模转换。ADSL的主要用途是Internet接入，提供VOD业务、视讯业务、远程医疗等，解决散居用户的宽带业务需要。18VDSLVDSL（甚高速数字用户线技术）主要是配合光纤到路边或光纤到大楼的接入方案。在其最后一段——光网络单元（ONU）——到用户端之间采用VDSL技术实现在双绞铜线对上的高速信息传输。传输方面VDSL可运行于对称或非对称速率情况下，对称速率情况下，每个方向最高速率是26Mbit/s，非对称速率下，下行方向的最高速率是52Mbit/s。19VDSLVDSL是xDSL技术中速率最快的一种，但是VDSL的传输距离较短，一般只在几百米以内。由于国内的一般小区在1km以内，因此，可以使用VDSL技术，普通居民小区能够在一二个中心点内集中管理所有的接入设备，对网络管理、设备维护有重要的意义。20光纤接入技术光纤接入技术是指用光纤作为主要传输介质，利用光网络单元（ONU）提供用户侧接口的接入网技术，根据ONU向用户端延伸的位置，即主干系统与配线系统的交界点，可分为光纤到户（FTTH）、光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到小区（FTTZ）和光纤到办公室（FTTO）等几种方式。端局ONU用户设备光纤同轴电缆双绞线光纤接入网OAN示意图21光纤接入技术光纤接入技术的主要优点在于：支持宽带业务，有效解决接入网的瓶颈问题。传输距离长、质量高、可靠性好。其主要缺点在于：成本高。网管复杂。远端供电困难。光纤接入网是接入网的发展方向。22光纤接入网OAN可分为:无源光网络PON:成本相对较低,对业务透明,易于升级和管理.有源光网络AON:传输距离容量大大增加,易于扩容,但是供电和维护困难交换机ONUONU铜缆电话FTTHONU铜缆引入线电话电话FTTCFTTBOLT光缆FP光纤接入网的参考配置23FTTH结构中，ONU放置在用户家中，因此FTTH是全光网络结构，用户与业务节点间实现全光缆传输，为用户提供最大可用带宽，它是接入网的理想解决方案，但由于业务需求和经济成本等多方面因素，目前这一方案还不能为广大用户所接受。FTTC结构中，ONU放置在路边的分线盒或者交接箱处，从ONU到用户之间仍然采用双绞铜线对，此方式适合于居住密度较高的住宅区，它是光缆与铜缆的混合系统，成本比FTTH低，是一种比较合适的提供宽带业务的解决方案。FTTB结构中，ONU放置在用户大楼内部，ONU和用户之间通过楼内的垂直和水平布线系统（双绞线和同轴电缆）相连。它实际上是FTTC的一种变形，其光纤线路更接近用户。此方式特别适用于智能化办公大楼，为其提供高速数据、电子商务和视频会议等。24光纤接入网的结构UNI用户节点接口SNI业务节点接口接入网系统管理功能Q3网络维护管理接口业务节点功能业务节点功能OLTOLTODNODNONUONUONUONUAFAF网络侧用户侧TTS/RS/RR/SR/SVV光纤接入网的参考配置251.线路终端(OLT):作用是为光纤接入网提供网络侧与本地交换机之间的接口.任务是分离交换和非交换业务,管理来自ONU的信令和监控信息,为其提供维护和支配功能.2.光分配网络(ODN):作用完成OLT和ONU之间的光信号传输和功率匹配；由光缆、光纤接头、活动连接器和光分路器等组成。3.光网络单元(ONU):提供与ODN的光接口和与用户侧的电接口.提供适配的信令转换功能,为来自不同用户的各类信息提供复用功能.4.适配功能AF:为OLT和用户设备提供适配功能26光纤/同轴电缆混合接入光纤/同轴电缆混合接入（HFC）是采用频分复用方式，传输多种信号的混合接入网技术，是实现电信网与有线电视网联合建设的有效途径HFC方式的主干系统采用有源光纤接入，配线系统采用树状拓扑的同轴电缆接入。它实际上将现有光纤/同轴电缆混合组成的CATV网改造为双向网络，除了提供原有的模拟广播电视业务外，利用频分复用技术和电缆调制解调器（CableModem）实现话音、数据和交互式视频等宽带双向业务的接入和应用。27光纤/同轴电缆混合接入HFC的主要优点在于：HFC从传统的CATV网发展而来，与用户设备兼容性好。频带宽、成本低。支持各类数字和模拟业务。主要缺点在于：上行信道频带窄。难以保证数据业务的安全性。现有网络中同轴电缆带宽一般为450MHz左右，与HFC需要的750MHz差距较大，改造费用高。模拟传输方式不符合网络数字化的趋势。28局端设备光纤节点馈线网配线网用户引入线服务区电话数据CATV其他业务供电同轴干线/桥接放大器线路延伸器线路延伸器去用户去干线和配线HFC系统结构图29UPS调制器1调制器2电光转换光节点语音数字图象模拟图象远端节点双向线路延伸放大器路边语音数字图象模拟图象解调器1解调器2解码器HFC工作原理图30P上行信道模拟有线电视(下行信道)数字图象等(下行信道)其他双向业务540455507501000f/MHzＨＦＣ频率安排QAMAMVSB31无线接入技术无线接入技术是指从业务节点接口到用户终端部分全部或部分采用无线方式，即利用卫星、微波等传输手段向用户提供各种业务的一种接入技术。它的主要优点在于组网方便、使用灵活和成本较低。特别适合于用户密度小、用户分布广的农村地区以及一些特殊地区。此外无线接入技术也是实现个人通信的重要一环。32与有线接入网相比，无线接入网具有如下主要特点：（1）建设周期短。（2）在通信距离较长时，采用无线接入