第六章-宽带IP的接入技术

1于银辉教授吉林大学通信工程学院26.1ADSL接入技术6.2HFC接入技术6.3FTTX+LAN6.4无线接入36.1ADSL接入技术不对称数字用户线ADSL是一种利用现有的传统电话线路高速传输数字信息的技术，以上、下行的传输速率不相等的DSL技术而得名。6.1.1ADSL的定义4ADSL下行传输速率接近8Mbit/s，上行传输速率可达1Mbit/s，并且在同一对双绞线上可以同时传输上、下行数据信号和传统的模拟话音信号等。5–ADSL的系统结构如图6-1所示。它是在一对普通铜线两端，各加装一台ADSL局端设备和远端设备而构成。6.1.2ADSL的系统结构6图6-1ADSL的系统结构7–采用频分复用（FDM）和回波抵消混合技术可实现ADSL系统的全双工和非对称通信。6.1.3ADSL的频带分割1、频分复用和回波抵消混合技术8频分复用是将整个信道从频域上划分为独立的2个或多个部分，分别用于上行和下行传输，彼此之间不会产生干扰。（1）频分复用9回波抵消方式是在2线传输的两个方向上同时间、同频谱地占用线路，即在线路上两个方向传输的信号完全混在一起。为了分开收、发两个方向，一般采用2／4线转换器(即混合电路)。（2）回波抵消技术10目前使用FDM和回波抵消混合技术，如图6-4（b）所示，部分上下频带交错，在频带交错部分采用回波抵消技术来降低相互影响。2、频带分割早期的频带分割如图6-4（a）所示，不采用回波抵消技术，频带有所浪费。11图6-4ADSL的频带分割12图6-6ADSL接入网络结构示例6.1.5ADSL接入网络结构示例13图6-6中局端的DSLAM（DSL接入复用器）是接入多路复合系统中心的Modem组合，它从多重DSL连接收取信号，将其转换到一条高速线上，用以支持视频、广播电视、快速因特网接入等。14归纳起来，DSLAM的具体功能有：●多路复用●调制解调●分离器功能等15–ADSL常用的调制技术有QAM、CAP调制和DMT调制。6.1.6ADSL调制技术16QAM（QuadratureAmplitudeModulation，正交幅度调制）又称正交双边带调制，是将两路独立的基带信号分别对两个相互正交的同频载波进行抑制载频的双边带调制，所得到的两路已调信号叠加起来的过程，称为正交幅度调制。1、QAM17无载波幅度相位调制（CarrierlessAmplitude&PhaseModulation，CAP）技术是以QAM调制技术为基础发展而来的，是QAM技术的一个变种。2、CAP调制18输入数据被送入编码器，在编码器内，m位输入比特被映射为k＝2m个不同的复数符号An＝an＋jbn，由k个不同的复数符号构成k-CAP线路编码。编码后an和bn被分别送入同相和正交数字整形滤波器，求和后送入D/A转换器，最后经低通滤波器信号发送出去。19DMT（DiscreteMultiTone，离散多音频）是一种多载波调制技术，其核心思想是将整个传输频带分成若干子信道，每个子信道对应不同频率的载波，在不同载波上分别进行QAM调制，不同信道上传输的信息容量（即每个载波调制的数据信号）根据当前子信道的传输性能决定。3、DMT调制20DMT调制系统可以根据各子信道的瞬时衰减特性、群时延特性和噪声特性等情况使用这255个子信道，在每个子信道分配1～15bit的数据，并关闭不能传输数据的信道，从而使通信容量达到可用的最高传输能力。21与CAP方式相比，DMT具有以下优点：–（1）带宽利用率更高–（2）可实现动态带宽分配–（3）抗窄带噪声能力强–（4）抗脉冲噪声能力强ADSL主要考虑采用的是DMT调制。22（1）使用高于4kHz的频带来传输数据信号；（2）使用高性能的离散多音频DMT调制编码技术；（3）使用FDM频分复用和回波抵消（EC）技术；（4）使用Splitter信号分离技术。6.1.7ADSL的技术特点1、ADSL的技术特点23–（1）可以充分利用现有铜线网络，只要在用户线路两端加装ADSL设备即可为用户提供服务。–（2）ADSL设备随用随装，施工简单，节省时间，系统初期投资小。且ADSL设备拆装容易，方便用户转移，非常灵活。2、ADSL技术的主要优点24–（3）ADSL设备采用先进的调制技术和数字处理技术，提供高速远程接收或发送信息，充分利用双绞线上的带宽。–（4）在一对双绞线上可同时传输高速数据和普通电话业务。2、ADSL技术的主要优点25–（1）对线路质量要求较高。–（2）抵抗天气干扰的能力较差。–（3）带宽可扩展的潜力不大。3、ADSL技术的主要缺点26影响ADSL性能的因素主要有以下一些。6.1.8影响ADSL性能的因素27衰耗是指在传输系统中，发射端发出的信号经过一定距离的传输后，其信号强度都会减弱。传输距离越远，线径越细；频率越高，其衰耗越大。ADSLModem的衰耗适应范围在0～55dB之间。1、衰耗28ADSL系统从局端设备到用户，至少有二个桥接点，每个接头的线径会相应改变，再加上电缆损失等造成阻抗的突变会引起功率反射或反射波损耗。2、反射干扰（回波干扰）29串音干扰是指相邻线路间的电磁干扰。3、串音干扰30噪声产生的原因很多，主要有：●家用电器的开关；●电话摘机和挂机；●其他电动设备的运动等。4、噪声干扰316.2HFC接入技术–6.2.1混合光纤／同轴电缆(HFC)网的概念HFC网是一种以模拟频分复用技术为基础，综合应用模拟和数字传输技术、光纤和同轴电缆技术、射频技术等的宽带接入网络，是CATV网和电话网结合的产物，也是将光纤逐渐推向用户的一种新的经济的演进策略。32HFC可以提供除CATV业务以外的语声、数据和其他交互型业务，称之为全业务网(FSN)。当然，HFC网也可以只用于传送CATV业务，即所谓单向HFC网，但通常指双向HFC。33图6-7HFC网的典型结构6.2.2HFC的网络结构34HFC由信号源、前端（可能还有分前端）、馈线网（光纤主干网）、配线网（同轴电缆分配网）和用户引入线等组成[HFC线路网的组成包括馈线网、配线网和用户引入线]。35前端设备主要包括天线放大器、频道转换器、卫星电视接收系统、滤波器、调制器、解调器、混合器和导频信号发生器等。1、前端36前端的功能主要有：调制、解调、频率变换、电平调整、信号编解码、信号处理、低噪声放大、中频处理、信号混合、信号监测与控制、频道配置和信号加密等。37HFC的馈线网指前端至服务区SA（服务区的范围如上图所示）的光纤节点之间的部分。2、馈线网（光纤主干网）38光纤主干网主要由光发射机、光放大器、光分路器、光缆、光纤连接器和光接收机等组成。（1）光纤主干网的组成39根据HFC所覆盖的范围、用户多少和对HFC网络可靠性的要求，光纤主干网的结构主要有星形、环形和环星形。（1）光纤主干网的结构40HFC配线网主要包括同轴电缆、干线放大器、线路延长放大器、分配器和分支器等部件。3、配线网（同轴电缆分配网）41用户引入线的作用是将射频信号从分支器经无源引入线送给用户，与配线网使用的同轴电缆不同，引入线电缆采用灵活的软电缆以便适应住宅用户的线缆敷设条件及作为电视、录像机、机上盒之间的跳线连接电缆。引入线的传输距离一般为几十米左右。4、用户引入线42（CableModem）作用——在发送端对数据进行调制，将其频带搬移到一定的频率范围内，利用有线电视网线缆将信号传输出去；接收端再对这一信号进行解调，还原出原来的数据。5、电缆调解调器43–1、HFC网的双向传输方式从前端到光节点这一段光纤通道中实现双向传输可采用空分复用（SDM）和波分复用（WDM）两种方式，用得比较多的是波分复用（WDM）。6.2.4HFC网络双向传输的实现（1）光纤通道双向传输方式44同轴电缆通道实现双向传输方式主要有：空间分割方式、频率分割方式和时间分割方式等。在HFC网络中一般采用空间分割方式和频率分割方式。（2）同轴电缆通道双向传输方式45图6-8HFC的频谱分配方案之一（低分割方式）2、HFC的频谱分配方案46HFC采用副载波频分复用方式，即采用模拟调制技术，将各路信号分别用不同的调制频率调制到不同的射频段（电信号的调制），然后对此模拟射频段信号进行光调制。3、HFC的调制技术47HFC网络的下行信号所采用的调制方式（电信号的调制）主要是64QAM或256QAM方式，上行信号所采用的调制方式主要是QPSK和16QAM方式。48––（1）成本较低。与FTTC相比，仅线路设备低20～30％。–（2）HFC频带较宽，能适应未来一段时间内的业务需求，并能向光纤接入网发展。6.2.5HFC的优缺点1、HFC的优点49–（3）HFC适合当前模拟制式为主体的视像业务及设备市场，用户使用方便。–（4）与现有铜线接入网相比，运营、维护、管理费用较低。1、HFC的优点50–（1）成本虽然低于光纤接入网，但要取代现存的铜线环境投入将很大，需要对CATV网进行双向改造。–（2）建设周期长。2、HFC的缺点51–（3）拓扑结构需进一步改进，以提高网络可靠性，一个光电节点为500用户服务，出问题影响面大。–（4）漏斗噪声难以避免。–（5）当用户数多时每户可用的带宽下降。2、HFC的缺点526.3FTTX+LANFTTX+LAN接入网是指光纤加交换式以太网的方式（也称为以太网接入）实现用户高速接入互联网，可实现的方式是光纤到路边（FTTR）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到户（FTTH），泛称为FTTX。6.3.1FTTX+LAN的概念53目前一般实现的是光缆到路边或光纤到大楼。54–FTTX+LAN（以太网接入）的网络结构采用星形，以接入宽带IP城域网的汇聚层为例，如图6-9所示。6.3.2FTTX+LAN的网络结构55（a）一级接入(b)两级接入图6-9FTTX+LAN（以太网接入）的网络结构56以太网接入的网络结构根据用户数量及经济情况等可以采用图6-9（a）所示的一级接入或图6-9(b)所示的两级接入。57–高速上网业务宽带租用业务网络互联视频业务IP电话业务6.3.3FTTX+LAN接入网络业务种类58–（1）高速传输（2）网络可靠、稳定（3）用户投资少价格便宜（4）安装方便（5）应用广泛6.3.7FTTX+LAN的优缺点1、FTTX+LAN的优点59（1）五类线布线问题——五类线本身只限于室内使用，限制了设备的摆设位置，致使工程建设难度已成为阻碍以太网接入的重要问题。（2）故障定位困难（3）用户隔离方法较为烦琐且广播包较多3、ADSL技术的主要缺点606.4无线接入–1、无线接入网的概念无线接入网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、微波及超短波等传输手段向用户提供各种电信业务的接入系统。6.4.1无线接入网的概念及分类61固定无线接入网无线本地环路一点多址系统甚小型天线地球站（VSAT）系统本地多点分配业务(LMDS）系统等移动无线接入网蜂窝移动通信系统卫星移动通信系统固定无线接入或移动无线接入2、无线接入网的分类621、LMDS的概念本地多点分配业务(LMDS:LocalMultipointDistributeService）系统是一种崭新的宽带无线接入技术，它利用高容量点对多点微波传输，其工作频段为24GHz∽39GHz，可用带宽达1.3GHz。6.4.2本地多点分配业务（LMDS）系统63LMDS几乎可以提供任何种类的业务接入，如双向话音、数据、视频及图像等，其用户接入速率可以从64kbit/s到2Mbit/s，甚至高达155Mbit／s。而且LMDS能够支持ATM、TCP／IP和MPEG-Ⅱ等标准，因此被比喻为“无线光纤”技术。642、LMDS技术特点LMDS技术除具有一般的宽带接入技术的特性外，还具有无线系统所固有的优点，具体体现在：①频率复用度高、系统容量大。LMDS一般工作在10GHz