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1、第6章 用户接入系统,通常可将通信网按功能划分为传输、交换和接入等几部分，即分为传输网、交换网和用户接入网三类网络。传输网和交换网是公用网，而用户接入网则是为特定用户服务的专用网。在这里用户接入网是指终端交换局与用户之间的网络，是通信网中的“最后1千米”。,6.1 基本概念,传统通信网一直是以电话网为基础的，电话业务占整个电信业务的主要地位。多年来电话网一直是以交换为中心、干线传输和中继传输为骨干构成的分级电话网结构。电话网从整体结构上，分为长途网和本地网。在本地网中，本地交换机到每个用户的业务分配是通过双绞线来实现的。这一分配网路称为用户环路。,传统电话网用户环路结构示例,用户配线架,接入网
2、在整个通信网中的位置,接入网是由传统的用户环路发展而来，是用户环路的升级，是电信网的一部分，负责将电信业务透明地传送到用户。,接入网的定界,接入网的定义,接入网由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（如线路设施和传输设施）组成，是为电信业务提供所需传送承载能力的实施系统。,接入网的主要接口,接入网主要有三种接口： UNI接口是用户和网络之间的接口，主要包括模拟电话接口、64kbit/s接口、2.048Mbit/s接口、ISDN基本速率接口（BRI）和基群速率接口（PRI）等。 SNI接口是接入网和一个业务节点之间的接口，主要有三种：其一是对交换机的模拟接口（Z接口
3、），它对应于UNI的模拟电话接口，提供普通电话业务或模拟租用线业务；其二是数字接口（V接口），包含了V5.1接口和V5.2接口；其三是对节点机的各种数据接口或各种宽带业务接口。 Q3接口是电信管理网与通信网各部分的标准接口。,V5接口,V5接口是一种标准化的、完全开放的接口，是专为接入网发展而提出的本地交换机和接入网之间的接口，目前主要用来支持窄带电信业务。根据接口容纳的数目(接口速率)和接口有无集线功能，V5接口主要有两种形式，即V5.1与V5.2。 V5.1接口由一条单独的2.048Mbit/s链路构成，交换机与接入网之间可以配置多个V5.1接口。 V5.2接口可以由116条并行2.048
4、Mbit/s链路构成。它除了支持所有V5.1接口接入类型以外，还支持2.048Mbit/s的ISDN基群速率接入。,接入网采用的主要技术,接入网涉及的技术相当广泛，这里包括传输介质、多址方式、网络拓扑结构、信息压缩技术、有源与无源器件及各种网络标准接口规范等。,传输介质,有线用户接入网使用的传输介质可分为两大类，即电缆和光缆两类传输介质。传输介质的特性主要是传输损耗和传输带宽。传输损耗是指传输每个单位距离长度时信号能量的损耗(或幅度的降低)；而传输带宽则反映的是传输每个单位距离长度时信号失真的情况(或畸变的程度)。 常用传输介质有：双绞线，同轴电缆，光缆，无线信道等。,多址接入技术,多址接入技
5、术是充分利用信道实现多用户通信的一种手段。多址接入技术是当今各类用户接入网都采用的基本技术。多址接入方法种类很多，其中包括时分多址接入方式(TDMA)、频分多址接入方式(FDMA)、波分多址接入方式(WDMA)、空分多址接入方式(SDMA)、码分多址接入方式(CDMA)、方向多址接入方式(DDMA)、时间压缩多址接入方式(TCMA)和极化多址接入方式(PDMA)等。此外，还有各种多址接入方式的组合，即组合多址接入方式(CODMA)等。,信息压缩技术,由于业务节点容量有限，一般情况下分配给各用户接入网的带宽仅能在155.520Mbit/s速率之内。在这种容量情况下，要传输计算机数据、电子邮件、可
6、视电话以及交互式彩色电视信号，使多媒体信息进入家庭，采用信息压缩编码和自动纠错技术是非常重要的。例如采用线性预测编码的声码器可将普通电话所占用的带宽压缩到仅为2.4kbit/s。,光电器件与集成技术,用户接入网所涉及到的光电器件与集成技术相当广泛，就光纤用户接入网而言，所涉及到的光电器件可包括各种光源(LD、LED)、各类光放大器、光检测器、有源与无源波分复用器、光连接器、光开关、光衰耗器和光分路器/耦合器等。光纤用户接入网对于光电器件还有一些特殊需要，例如要求特制的光连接器可有成百上千引线出头。关于光电集成技术更是用户接入网提高性能与可靠性、实现标准化、降低其网络造价的关键。这里包括各类光电
7、集成电路、各类专用超大规模集成电路等。,接入网传输技术分类,6.2 有线接入网,有线接入网是由双绞线、光缆、同轴电缆等作为传输媒介，目前主要有以下三类：,双绞线接入网 光纤接入网 混合接入网,双绞线接入网,多年来，通信网主要采用双绞线向用户提供电话业务，即从本地端局至各用户之间的传输线主要是双绞线，而且这种以双绞线接入网为主的状况还将持续相当长的一段时间。因此应充分利用这些资源，满足日益增长的用户对宽带多媒体信息传输的需求。 充分利用这些双绞线的手段是采用数字化传输技术。近年来，为提高双绞线传输速率，开发了多种数字用户线技术（简称DSL），其中高速率数字用户线和不对称数字用户线技术是应用较多的
8、两种。,高速率数字用户线（HDSL）,采用双绞线传输多媒体信息的主要障碍是双绞线的带宽窄和传输损耗较大，HDSL的开发就是针对这两方面的问题采取措施的。其主要措施之一就是最大限度地将多媒体信息的带宽压缩，即采用2BlQ或64-CAP格式的编码方式，对带宽进行有效的压缩；另一措施便是采用多对双绞线并行传输信息。,2B1Q编码,在编码过程中，除同步字码元有固定的模式外，其余的信息比特均在传输前变成四进制的电平信号，即通过2比特信息组混合出4种电平的脉冲。这样，当双绞线仍传输2Mbit/s的信息时，其码元的速率就降到了1M baud（波特），具体情况如表6-1所示。,HDSL应用系统组成,HDSL采
9、用的另一个措施就是用多对双绞线同时传输。例如，在传输速率为2.048Mbit/s时，如采用2对双绞线，则每对线传输速率仅为1.168Mbit/s；,HDSL系统设备原理图,HDSL设备,收发器原理图,不对称数字用户线（ADSL）,不对称数字用户线简称ADSL。ADSL与HDSL一样，也是采用双绞线作为传输媒介。ADSL中所说的“不对称”是指上行和下行信息速率的不对称，即一个是高速，一个是低速。,ADSL应用系统组成,ADSL局端收发器的基本结构,每条铜质电缆中采用ADSL技术的双绞线比例（或称出线率）为10%60%，这与距离、线径、桥接及噪声有关。下行带宽在2km范围内一般最高能达到2MHz，
10、但随着传输距离的增加而下降。,ADSL设备连接示意图,超高速数字用户线（VDSL）,VDSL技术可在长达lkm的距离内，电话线径为0.4mm的情况下，在下行和上行方向提供对称超过10Mbit/s的传输带宽；传输距离为600m时，0.4mm的电话线上可提供下行超过20Mbit/s，上行超过15Mbit/s的传输带宽。可以说，VDSL提供的带宽远远超过了ADSL能提供的下行最高6Mbit/s、上行最高144kbit/s的带宽，并克服了ADSL在上行方向提供的带宽不足的缺陷。,VDSL系统的频段划分,光纤接入网,光纤接入网（OAN）是指在接入网中用光纤作为主要传输媒介来实现信息传送的网络形式，或者说
11、是本地交换机与用户之间采用光纤通信的接入方式，这包括复用、分配、交叉连接和传输等多种功能而不包括交换功能。,光纤接入网的组成,光纤接入网由光线路终端(OLT)、光配线网(ODN)、光网络单元(ONU)组成。,光纤接入网功能参考配置,光线路终端(OLT),光配线网（ODN）,ODN是光纤接入网的关键部分，是由各种光元件组成的无源分配网，主要元件有：单模光纤和光缆、无源光衰减器、光纤带和带状光缆、光纤接头、光连接器和光分路器。,光纤连接器与分路器,分路器,连接器,光网络单元(ONU),ONU为光纤接入网提供直接的或远端的用户侧接口。其功能是对来自与送给不同用户的信息进行组装和拆卸，并与每种不同的业
12、务接口功能相连；对出入信号进行评估和分配，提取和输入与ONU相关的信息；提供一系列物理光接口功能，包括光/电、电/光转换。,ONU的功能框图,ONU的类型,光纤接入网的拓扑类型,光纤接入网采用什么样的拓扑结构类型主要是依据用户所要求传输信息的种类和容量以及可能的建设投资规模来确定。为了便于用户接入网进行分类与性能研究，将实际的具体用户接入网进行高度概括抽象，简单地用其网络节相对位置和相互连接的几何布局来描述实际复杂的用户接入网拓扑结构，这就是通常所称的网络拓扑结构。将众多的用户接入网按网络节相对位置与互相连接的几何布局结构进行分类，即得所称拓扑结构类型。常见的光纤接入网拓扑结构有总线型、环型、
13、星型、树型等。,总线型拓扑,环型拓扑,星型拓扑,树型拓扑,应用类型,无源光网络（PON）,PON是采用无源光耦合器(分路器)进行分路的，内部是无源的纯传输介质的网络。PON的最基本特点是应用无源光耦合器(分路器)和光纤传输介质构成点到多点的光网络，众多的光网络单元(ONU)共享PON网络和端局中的光线路终端设备(0LT)的收发接口。用于传输信息的PON部分仅包括光耦合器、传输光缆、光连接器、光固定接头和光配线架等无源器件。由于这些无源器件比较耐用，通常被放置在处于户外自然环境的简单固定罩盒或机柜中。又由于这些无源器件不需要供电，因此也不用装入电源没施。,混合接入网,混合接入网的全称为光纤/同轴
14、接入网（HFC），这是一种综合应用模拟和数字传输技术、同轴电缆和光缆技术的接入网络,是电信网和CATV网相结合的产物，是将光纤逐渐向用户延伸的一种演进策略。,HFC的基本结构,HFC系统工作原理,HFC系统综合应用模拟和数字传输技术，可接入多种业务信息（如话音、视频、数据等）。当传输数字视频信号时，可采用正交幅度调制（如64QAM）或正交频分复用（QFDM）；当传输话音或数据时，可采用正交相移键控（QPSK）或QFDM；当传送模拟电视信号时，可采用幅度调制残余边带方式（AMVSB）。,HFC的频谱安排,前端机房,HFC网络设备,光纤节点机,干线放大器,分支器,6.3 无线接入网,随着互联网的高
15、速普及，用户对带宽的要求越来越高，有线接入网无法跟上发展的速度：传统的双绞线，已完全不能满足传输的要求，如果添加额外的调制和压缩设备，成本又往往是用户所不愿负担的；全光缆网络虽是比较完美的解决方案，但对基础网络的要求过高，即使在发达国家也还需要一段时间才能实现；折衷的光纤/同轴电缆混合方案（HFC）在很多国家并不适合，因为光纤与同轴电缆往往掌握在不同的部门手中。此外，各种介质的有线接入网由于需要敷设传输线路，从而大大增加建设成本。在这种情况下，无线接入网得到了发展。,无线本地环路系统(WLL),在市内电话网中,一般把从交换机到用户电话机之间的连接线路称为本地环路。用无线信道取代线缆, 也就是用
16、无线来连接市话交换机和用户电话机，这种技术称为无线本地环路系统（WLL）。,WLL系统组成,WLL系统由无线基站和用户单元组成。 无线基站包括基站收发信机、基站控制器，它提供一个面向本地交换机的标准网络接口（V5）或用户接口（a/b线），以及面向用户侧的空中接口。 用户单元包括收发信机并提供一个面向基站的无线接口和面向用户的传统接口（如RJ11、RJ45等）。 交换机与基站之间用双绞线或中继线相连。,WLL系统的工作频段,WLL系统的工作波段在450MHz4GHz之间。但是，在1GHz以下频段已经十分拥挤，可用空间很有限，而在1GHz以上频段，WLL发展空间很大。但是，在1GHz以上频段发展的困难是信号衰减严重，网络的覆盖范围小，其使用的高频元件价格也比较昂贵。根据网络的工作环境和造价等因素一般认为又可将其细分为下面三个频段： 1.83.5GHz，一般应用于人口稠密的城市WLL建设；800MHz1GHz，一般应用于人口分布稀少的农村WLL建设；VHFUHF，一般应用
