接入网基础理论.doc
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接入网基础理论
中国电信接入网维护及装维技能竞赛教材编写小组编制
目录
1. 概述 -3-
1.1接入网的基本概念 -3-
1.2接入网的分类 -7-
1.3接入网提供的综合接入业务 -10-
2. 铜线接入技术 -12-
2.1 不对称数字用户线（ADSL）接入技术 -12-
2.2 甚高速数字用户线（VDSL）接入技术 -18-
3 光纤接入技术 -22-
3.1 无源光网络（PON）接入技术 -22-
3.2以太网无源光网络（EPON）接入技术 -30-
4 无线接入技术 -34-
4.1无线接入信道的电波传播 -34-
4.2无线接入的基本技术 -34-
5 接入网网管技术 -39-
5.1网络管理的概念 -39-
5.2接入网网管的管理功能 -42-
1.概述
1.1接入网的基本概念
1.1.1接入网的定义与定界
1．接入网的定义
从整个电信网的角度，可以将全网划分为公用电信网和用户驻地网（CustomerPremisesNetwork，CPN）两大块，其中CPN属用户所有，故通常电信网指公用电信网部分。
公用电信网又可划分为三部分，即：
长途网（长途端局以上部分）、中继网（即长途端局与市话局之间以及市话局之间的部分）和接入网（即端局至用户之间的部分）。
按照ITU-TG.902的定义，接入网（AN）是由业务节点接口（ServiceNodeInterface，SNI）和相关用户网络接口（UserNetworkInterface，UNI）之间的一系列传送实体（诸如线路设施和传输设施）所组成的，它是一个为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统。
2．接入网的定界
接入网所覆盖的范围可由三个接口来定界，即网络侧经由SNI与业务节点（ServiceNode，SN）相连，用户侧经由UNI与用户相连，管理方面则经Q3接口与电信管理网（TelecommunicationsManagementNetwork，TMN）相连。
业务节点（SN）是提供业务的实体，可提供规定业务的业务节点有本地交换机、租用线业务节点或特定配置的点播电视和广播电视业务节点等。
业务节点接口（SNI）是接入网（AN）和业务节点（SN）之间的接口。
用户网络接口（UNI）是用户和网络之间的接口。
在单个UNI的情况下，ITU-T所规定的UNI（包括各种类型的公用电话网和ISDN的UNI）应该用于AN中，以便支持目前所提供的接入类型和业务。
接入网与用户间的UNI接口能够支持目前网络所能提供的各种接入类型和业务，但接入网的发展不应限制在现有的业务和接入类型。
1.1.2接入网的功能结构
一、通用协议参考模型
接入网的功能结构是以ITU-T建议G.803的分层模型为基础的，利用该分层模型可以对AN内同等层实体间的交互作明确的规定。
G.803的分层模型将网络划分为电路层（CircuitLayer，CL）、传输通道层（TransmissionPathlayer，TP）和传输介质层（TransmissionMedialayer，TM），其中TM又可以进一步划分为段层和物理媒质层。
根据接入网框架结构和体制要求，接入网的重要特征可归纳为如下几点。
（1）接入网对于所接入的业务提供承载能力，实现业务的透明传送。
（2）接入网对用户信令是透明的，除了一些用户信令格式转换外，信令和业务处理的功能依然在业务节点中。
（3）接入网的引入不应限制现有的各种接入类型和业务，接入网应通过有限个标准化的接口与业务节点相连。
（4）接入网有独立于业务节点的网络管理系统（简称网管系统），该网管系统通过标准化接口连接电信管理网（TMN）。
TMN实施对接入网的操作、维护和管理。
二、主要功能
接入网主要有5项功能，即用户口功能（UserPortFunction，UPF）、业务口功能（ServicePortFunction，SPF）、核心功能（CoreFunction，CF）、传送功能（TransfortFunction，TF）和AN系统管理功能（SystemManagementFunction，SMF）。
1．用户口功能（UPF）
（1）终结UNI功能。
（2）A/D转换和信令转换。
（3）UNI的激活/去激活。
（4）处理UNI承载通路/容量。
（5）UNI的测试和UPF的维护。
（6）管理和控制功能。
2．业务口功能（SPF）
（1）终结SNI功能。
（2）将承载通路的需要和即时的管理以及操作需要映射进核心功能。
（3）特定SNI所需要的协议映射。
（4）SNI的测试和SPF的维护。
（5）管理和控制功能。
3．核心功能（CF）
（1）接入承载通路处理。
（2）承载通路集中。
（3）信令和分组信息复用。
（4）ATM传送承载通路的电路模拟。
（5）管理和控制功能。
4．传送功能（TF）
（1）复用功能。
（2）交叉连接功能（包括疏导和配置）。
（3）管理功能。
（4）物理媒介功能。
5．AN系统管理功能（AN-SMF）
（1）配置和控制。
（2）指配协调。
（3）故障检测和指示。
（4）用户信息和性能数据收集。
（5）安全控制。
（6）协调UPF和SN（经SNI）的即时管理和操作功能。
（7）资源管理。
1.1.3接入网的拓扑结构
网络的拓扑结构是指组成网络的物理的或逻辑的布局形状和结构构成，可以进一步分为物理配置结构和逻辑配置结构。
物理配置结构指实际网络节点和传输链路的布局或几何排列，反映了网络的物理形状和物理上的连接性。
1．星型结构
当涉及通信的所有点中有一个特殊点（即枢纽点）与其他所有点直接相连，而其余点之间不能直接相连时，就构成了星型结构，又称单星型或大星型结构。
2．双星型结构
在光纤接入网环境中，将传统电缆接入网的交接箱换成远端节点或远端设备（RemoteNode/RemoteTerminal，RN/RT），将馈线电缆改用光缆后即成为双星型结构，有人称之为分布式星型结构。
3．总线结构（链型或T型结构）
当涉及通信的所有点串联起来并使首末两个点开放时就形成了链型结构；当中间各个点可以有上下业务时又称为总线结构，也称为T型结构。
4．环型结构
当涉及通信的所有点串联起来，而且首尾相连，没有任何点开放时就形成了环型结构。
5．树型结构
传统的有线电视（CableTeleVision/CommunityAntennaTeleVision，CATV）网往往采用树型-分支结构，很适于单向广播式业务。
1.2接入网的分类
接入网通常是按其所用传输介质的不同来进行分类的。
1.2.1铜线接入网
端局与交接箱之间可以有远端交换模块（RemoteSwitchingUnit，RSU）或远端（RemoteTerminal，RT）。
端局本地交换机的主配线架（MainDistributionFrame，MDF）经大线径、大对数的馈线电缆（数百～数千对）连至分路点转向不同方向。
由交接箱开始经较小线径较小对数的配线电缆（每组几十对）连至分线盒。
由分线盒开始通常是若干单对或双对双绞线直接与用户终端处的网路接口（NetworkInterface，NI）相连，用户引入线为用户专用，NI为网络设备和用户设备的分界点。
铜线用户环路的作用是把用户话机连接到电话局的交换机上。
1.2.2光纤接入网
光纤接入网（或称光接入网）（OpticalAccessNetwork，OAN）是以光纤为传输介质，并利用光波作为光载波传送信号的接入网，泛指本地交换机或远端交换模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。
OLT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。
ODN为OLT与ONU之间提供光传输手段，其主要功能是完成光信号功率的分配任务。
ONU的作用是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。
ONU的主要功能是终结来自ODN的光纤，处理光信号，并为多个小企事业用户和居民用户提供业务接口。
1.2.3混合接入网
混合接入网是指接入网的传输介质采用光纤和同轴电缆混合组成的。
主要有三种方式，即光纤/同轴电缆混合（HFC）方式、交换型数字视像（SwitchedDigitalVideo，SDV）方式以及综合数字通信和视像（IntegratedDigitalcommunicationandVideo，IDV）方式。
一、光纤/同轴电缆混合（HFC）方式
1．HFC系统的组成与原理
HFC是有线电视（CATV）网和电话网结合的产物，是目前将光纤逐渐推向用户的一种较经济的方式。
2．HFC技术应用中要考虑的几个方面
在HFC上实现双向传输，需要从光纤通道和同轴通道这两方面来考虑。
（1）从前端到光节点这一段光纤通道中，上行回传可采用空分复用（SDM）和波分复用（WDM）这两种方式。
（2）从光节点到住户这段同轴电缆通道，其上行回传信号要选择适当的频段。
二、交换型数字视像（SDV）方式
HFC接入网主要是为住宅用户提供视像（以模拟视像业务为主）宽带业务的一种接入网方式，特别适合于单向、模拟的有线电视传送。
三、综合数字通信和视像（IDV）方式
从上面的讨论可知，国际上新开发的SDV技术是将电信、视像数字传输和视像模拟传输综合在一起，这既保持了数字传输质量高的优点，又保留了当前视像以模拟传输的现实情况，还可能适应将来交互式数字化视像发展，并具有交换等多种功能，是一种比较先进和有广泛应用前景的技术。
1.2.4无线接入网
无线接入网是以无线电技术（包括移动通信、无绳电话、微波及卫星通信等）为传输手段，连接起端局至用户间的通信网。
一、无线接入网的一般结构
由于无线接入技术比传统的有线接入技术提供更多的自由度，因而，无线接入网结构要比传统的有线接入网结构简单得多，下面介绍无线接入网的一般结构。
移动通信网接入公用固定通信网主要有用户线接入、市话中继线接入和移动电话汇接中心接入三种方式，目前主要采用移动电话汇接中心方式实现移动通信网与固定通信网的连接和联网互通。
二、有线接入和无线接入结构的比较
如果将无线接入作为代替有线接入的手段，那么根据不同情况，可以分别代替相应有线接入的任何一部分乃至全部，下面分别讨论不同的应用情况。
1．代替引入线
最保守的应用是用无线接入代替有线接入中的引入线部分。
2．代替配线和引入线
一种有效的应用是用无线接入代替有线接入中的配线和引入线。
此时无线基站将设置在传统交接箱的位置，也就是数字环路载波（DLC）系统的远端设备所设置的位置，这种应用方案可以称之为无线DLC。
3．代替全部有线接入
一种更经济的应用是用无线接入代替全部有线接入，即不仅代替配线和引入线，也同样代替馈线电缆段。
4．代替部分交换区
如果RCSA可以超过单个交换区，似乎没有理由限制RCSA只应用于单个交换区。
1.3接入网提供的综合接入业务
一、普通电话业务（POTS）的接入
接入网提供普通电话（PlainOldTelephoneService，POTS）接口，它既可支持模拟用户，又可以支持用户交换机的接入，同时还支持虚拟用户交换机（Centrex）及CID等新业务。
二、综合业务数字网（ISDN）业务的接入
接入网提供ISDNBRI（2B+D）和ISDNPRI（30B+D）接口。
三、数字数据网络（DDN）专线业务的接入
数字数据网络（DigitalDataNetwork，DDN）是一个传输速率高、质量好、网络时延小和全透明的数字数据网络。
方式一：
在DDN节点机与OLT之间通过E1接口相连。
方式二：
利用接入网将DDN节点机提供的2B1Q接口进行延伸。
方式三：
在DDN节点机与OLT之间通过V.24或V.35接口相连。
四、有线电视（CATV）业务的接入
随着我国有线电视业务（CATV）的迅速普及，在用户接入网中引入CATV业务势在必行。
可通过内置式光发射模块、光接收机模块等构成一个独立的CATV光纤传输系统，同时还将CATV单元纳入集中监控和网络管理。
五、Internet业务的接入
1．局域网用户（非分组网用户）的接入
有几个主机组成的局域网用户，需要配备路由器，租用数字专线（DDN专线），并申请一组IP地址及注册域名，以专线的方式接入Internet。
2．一般终端或主机用户（非分组网用户）的接入
这类用户是Internet网上为数最多的用户，接入Internet的方法很简单。
3．分组网上的同步、异步终端及局域网用户接入
Internet通过一个X.25协议的转换与分组网相接。
六、其他业务的接入
1．分组交换数据业务的接入
分组网可以在一条电路上同时开放多条虚电路，为多个用户同时使用，具有动态路由功能和较先进的误码纠错功能。
2．E1租用线业务
采用先进的区间通信功能，可在ONU和OLT之间、ONU和ONU之间提供E1租用线业务，实现接入网系统内部租用线业务。
3．2/4线音频专线接口
接入网系统可以为用户提供2/4线音频专线接口。
2/4线音频专线接口板为无变压器模拟接口板，通过软件实现2/4线转换和增益调整功能。
2.铜线接入技术
DSL（DigitalSubscriberLine数字用户环路）技术是基于普通电话线的宽带接入技术，它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机的负载；并且不需要拨号，一直在线，属于专线上网方式。
DSL包括ADSL、RADSL、HDSL和VDSL等等。
下面我们主要介绍现在应用较多的ADSL和VDSL。
2.1不对称数字用户线（ADSL）接入技术
2.1.1ADSL的提出
不对称数字用户线（AsymmetricDigitalSubscriberLine，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。
ADSL技术是由Bellcore的JoeLechleder于20世纪80年代末首先提出的。
与传统传输技术相比，ADSL是一种宽带调制解调器技术。
ADSL也可以在相同的线路上同时容纳模拟的语音信息，用户在上网时仍然可以使用电话。
ADSL的技术特点
严格说来，ADSL本身只是一种从铜质电话线路的一端传送数据位流到另一端的技术而己，相当于OSI网络七层的第一层物理层。
ADSL系统的主要特点是“不对称”。
这正好与接入网中图像业务和数据业务的固有不对称性相适应。
ADSL技术的主要优点如下：
（1）可以充分利用现有铜线网路，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，无需进行严格业务预测和网路规划，施工简单，时间短，系统初期投资小。
（3）ADSL设备拆装容易、灵活，方便用户转移，较适合流动性强的家庭用户。
（4）充分利用双绞线上的带宽，ADSL将一般电话线路上未用到的频谱容量，以先进的调制技术，产生更大、更快的数字通路，提供高速远程接收或发送信息。
（5）双绞铜线可同时供普通电话业务（PlainOldTelephoneService，POTS）的声音和ADSL数字线路使用。
因此，在一条ADSL线路上可以同时提供个人计算机、电视和电话频道。
要在铜线用户网路中广泛地应用ADSL系统，需要克服一系列技术难题，其中主要有如下几点。
（1）技术待进一步成熟
线路性能要求高，最大程度必须保持在规定的极限范围之内以符合对衰减的要求；阻抗要均匀，使电话机及网络有良好的信号匹配。
每条导线与地之间必须相互保持高度平衡，以防止外部干扰、噪声及导线之间的串音。
（2）设备成本高
与模拟电视不兼容，现有模拟电视机需要通过机顶盒进行数/模转换。
（3）接收机灵敏度
由于用户环路末端信号损耗很大，因此，ADSL系统必须首先解决接收机灵敏度问题。
（4）频谱兼容性
为了使ADSL系统可以和其他系统同时应用，发送频谱必须慎重设计。
否则，需要在铜缆服务范围内，限制一起布放Tl/E1系统和HDSL系统与ADSL系统。
（5）住宅中的噪声环境
用户住宅的噪声环境可能是ADSL系统广泛应用所面临的最大问题。
这些噪声包括电话网中常见的脉冲噪声，以及住宅中其他形式的噪声，如无线电波耦合到住宅引入线中所产生的各种干扰。
（6）容量小
只能传4个电视节目，且不能用于遥控电视机和有画中画功能的电视机，节目质量差。
2.1.2ADSL的系统结构
一、系统构成
ADSL系统构成下图所示，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。
二、传输带宽
ADSL基本上是运用频分复用（FDM）或是回波抵消（EC）技术，将ADSL信号分割为多重信道。
简单地说，一条ADSL线路（一条ADSL物理信道）可以分割为多条逻辑信道。
美国国家标准学会（ANSI）TI.413-1998规定，ADSL的下行（载）速度须支持32kbit/s的倍数，从32kbit/s～6.144Mbit/s，上行（传）速度须支持16kbit/s以及32kbit/s的倍数，从32kbit/s～640kbit/s。
2.1.4ADSL的技术基础
一、ADSL系统模型和性能
1．ADSL的几个重要特征
首先是，规定要支持模拟话音服务（指定服务或POTS）。
一种特殊的分离器将从交换机到其他部分的4kHz的模拟通道送到ADSL链路的数字带宽下。
其次是，考虑ADSL所能提供的服务种类，包括数字广播和宽带业务（如视频和Internet接入）以及网络管理。
2．影响ADSL性能的因素
影响ADSL系统性能的因素主要有以下几点。
（1）衰耗
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。
（2）反射干扰
桥接抽头是一种伸向某处的短线，非终接的抽头发射能量，降低信号的强度，并成为一个噪声源。
（3）串音干扰
由于电容和电感的耦合，处于同一主干电缆中的双绞线发送器的发送信号可能会串入其他发送端或接收器，造成串音。
（4）噪声干扰
传输线路可能受到若干形式噪声干扰的影响，为达到有效数据传输，应确保接收信号的强度、动态范围、信噪比在可接受的范围之内。
二、ADSL的调制技术
ADSL调制解调器利用数字信号处理器技术将大量的数据压缩到双绞铜质电话线上，再运用转换器、分频器、模/数转换器等组件来进行处理。
ADSL拥有极高的带宽，其信号衰减又极小，在最远约5.5km的距离内，每1Mbit/s可以低于90dB。
1．调制解调器的基本模型
（1）加扰及解扰
多数DSL在发送端及接收端都有加扰以及解扰功能。
（2）FEC编译码
FEC（前向纠错控制）是一种极重要的差错控制技术，它比CRC（CyclicalRedundancyCheck，循环冗余检查）更重要也更复杂。
（3）交错（Interleaving）
DSL在数据传输中常会发生一长串的错误，FEC较难实施对这种长串错误的校正。
（4）整形（shaping）
整波就是维持传输数据适当的输出波形。
（5）补偿（equalizing）
当通信系统在接近理论阈值运行时，通常在其发送端及接收端都会采用补偿器，以获得最佳传输。
2．QAM调制技术
正交波幅调制（QuadratureAmplitudeModulation，QAM）是一种对无线、有线或光纤传输链路上的数字信息进行编码，并结合振幅和相位两种调制方法的非专用的调制方式。
3．CAP调制技术
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，可以说它是QAM技术的一个变种。
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。
4．DMT调制技术
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。
2.2甚高速数字用户线（VDSL）接入技术
鉴于现有ADSL技术在提供图像业务方面的带宽十分有限以及其成本偏高的缺点，人们又开发出了一种称为甚高速数字用户线（VeryhighspeedDigitalSubscriberLine，VDSL）的系统。
2.2.1VDSL系统构成
一、VDSL系统结构
VDSL的系统结构下图所示。
使用VDSL系统，普通模拟电话线仍不需改动（上半部），图像信号由局端的局用数字终端图像接口经馈线光纤送给远端，速率可以为STM-4（622Mbit/s）或更高。
VDSL收发机通常采用离散多音频（DMT）调制（也可采用CAP调制），它具有很大的灵活性和优良的高频传送性能。
二、VDSL的体系结构
VDSL计划用于光纤用户环路（FTTL）和光纤到路边（FTTC）网络的“最后一公里”的链接。
FTTL和FTTC网络需要有远离中心局（CentralOffice，CO）的小型接入节点。
这些节点需要有高速宽带光纤传输。
通常一个节点就在靠近住宅区的路边，为10～50户提供服务。
这样，从节点到用户的环路长度就比以CO到用户的环路短。
2.2.2VDSL的相关技术
一、传输模式
VDSL的设计目标是进一步利用现有的光纤满足居民对宽带业务的需求。
ATM将作为多种宽带业务的统一传输方式。
除了ATM外，实现VDSL还有其他的几种方式。
VDSL标准中以铜线/光纤为线路方式定义了5种主要的传输模式。
在这些传输模式中大部分的结构类似于ADSL。
1．STM模式
同步转移模式（SynchronousTransportModule，STM）是最简单的一种传输方式，也称STM为时分复用（TDM），不同设备和业务的比特流在传输过程中被分配固定的带宽。
2．分组模式
在这种模式中，不同业务和设备间的比特流被分成不同长度、不同地址的分组包进行传输；所有的分组包在相同的“信道”上，以最大的带宽传输。
3．ATM模式
ATM在VDSL网络中可以有3种形式。
第一种是ATM端到端模式，它与分组包类似，每个ATM信元都带有自身的地址，并通过非固定的线路传输，不同的是ATM信元长度比分组包小，且有固定的长度。
第二、三种分别是ATM与STM和ATM与分组模式的混合使用，这两种形式从逻辑上讲是VDSL在ATM设备间形成了一个端到端的传输通道。
二、传输速率与距离
由于将光纤直接与用户相连的造价太高，因此光纤到户（FTTH）和光纤到大楼（FTTB）受到很多的争议。
三、其他技术
VDSL所用的技术在很大程度上与ADSL相类似。
不同的是，ADSL必须面对更大的动态范围要求，而VDSL相对要简单得多；VDSL开销和功耗都比ADSL小；用户方VDSL单元需要完成物理层媒质访问（接入）控制及上行数据复用功能。
在VDSL系统中经常使用的线路码技术主要有以下几种。
（1）无载波调幅/调相技术（CarrierlessAmplitude/Phasemodulation，CAP）。
（2）离散多音频技术（DiscreteMultiTone，DMT）
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