数字通信原理与技术-(11)[302页]课件.ppt

1、第11章宽带接入网技术 第11章 宽带接入网技术11.1概述概述 11.2xDSL接入技术接入技术 11.3光纤接入技术光纤接入技术11.4无线接入技术无线接入技术 第11章宽带接入网技术 11.1概述概述 11.1.1接入网的概念接入网的概念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(CPN,CustomerPremisesNetwork)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)。目前,国际上倾向于将长途网和中继

2、网合在一起称为核心网(CN,CoreNetwork)或转接网(TN,TransitNetwork)。相对于核心网的其他部分,则统称为接入网(AN,AccessNetwork)。接入网主要完成将用户接入到核心网的任务。可见,接入网是相对核心网而言的,接入网是公用电信网中最大和最重要的组成部分。第11章宽带接入网技术 图111电信网的基本组成 第11章宽带接入网技术 按照ITUTG.902的定义,接入网(AN)是由业务节点接口(SNI,ServiceNodeInterface)和用户网络接口(UNI,UserNetworkInterface)之间的一系列传送实体组成的,它是一个为电信业务提供所需传

3、送承载能力的实施系统,并可经由管理接口(Q3)配置和管理。这里的传送实体主要指传输、复用、集中和交叉连接,诸如线路设施和传输设施等。图112是接入网界定示意图。图中,业务节点是指为用户提供各种各样业务的实体,可以是各种交换型和/或永久连接型电信业务的网元,像电话业务的交换机、数据业务的节点、CATV业务的前端、视频点播(VOD)业务的信息源等都是具体业务节点的例子。第11章宽带接入网技术 图112接入网界定示意图第11章宽带接入网技术 业务节点接口(SNI)是接入网(AN)和业务节点(SN)之间的接口。如果ANSNI侧和SNSNI侧不在同一地方,那么可以通过透明传送通道实现远端连接。接入网(A

4、N)支持的SN接入类型有三种:仅支持一种专用接入类型;可支持多种接入类型,但所有接入类型支持相同的接入承载能力;可支持多种接入类型,且每种接入类型支持不同的承载能力。用户网络接口(UNI)是用户和接入网之间的接口。在单个UNI的情况下,ITUT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。第11章宽带接入网技术 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现有的业务和接入类型。通俗地看,接入网可以认为是网路侧V(或Z)参考点与用户侧T(或Z)参考点之间的机线设施的总和,其主要功能

5、是复用、交叉连接和传输,一般不含交换功能(或含有限交换功能),而且应独立于交换机。接入网的管理应纳入电信管理网(TMN)范畴,以便统一协调管理不同的网元。接入网的管理不但要完成接入网各功能块的管理,还要完成用户线的测试和故障定位。作为接入网的传输媒质可以是传统的铜钱,也可以是光纤,还可以是无线媒质。相应的传输技术可以是基于铜线的传输技术、基于光纤的传输技术以及基于无线的传输技术等。除了传统的模拟技术,还可以采用数字技术。总而言之,只要在上述三类接口所包含的范围之内的一切传输媒质、技术、设备等,都属于接入网范畴。从严格意义上来说,具有交换功能的设备不属于接入网,哪怕它离用户很近,也不能算接入设备

6、,如目前使用较多的远端交换模块。第11章宽带接入网技术 11.1.2接入网的功能模型接入网的功能模型接入网要完成必要的功能,以便用户通过接入网接入到提供业务的业务节点上,且适用各种各样的新老业务。图113是接入网的功能模型示意图。(1)用户端口功能(UPF)。用户端口功能是将特定的UNI要求与核心功能和管理功能相适配。接入网可以支持许多不同的接入以及需要特定功能的用户网络接口。具体的UNI要求是根据相关的接口规定、信息传送和协议承载体的接入承载能力的要求来确定的。像A/D转换处理、对信令的转换处理(但不解释信令)、对UNI的激活/去激活以及UNI承载能力的处理等都是用户端口的例子。第11章宽带

7、接入网技术 图113接入网的功能模型第11章宽带接入网技术(2)业务端口功能(SPF)。业务端口的功能将特定的SNI规定的要求适配到公共承载体,以便于在核心功能模块中进行处理,并且选择相关的信息用于接入网的系统管理功能模块。(3)核心功能(CF)。核心功能位于用户端口功能(UPF)和业务端口功能(SPF)之间,将个别用户端口承载通路或业务端口承载通路的要求与公用传送承载通路相适配,还包括为了通过AN传送所需要的协议适配和复用所进行的协议承载通路处理。核心功能可分布于整个接入网内。对于接入承载体的处理有:承载体信道集中、信令和分组信息的复用、对ATM传送载体的电路仿真等。此外还有管理功能和控制功

8、能。第11章宽带接入网技术(4)传送功能(TF)。传送功能在接入网内的不同位置之间为公共承载体的传送提供通道,并对所有的相关传输媒质进行媒质适配。主要的传送功能有复用功能,包括业务疏导和配置的交叉连接功能等。(5)接入网系统管理功能(ANSMF)。接入网系统管理功能协调接入网中的用户端口功能(UPF)、业务端口功能(SPF)、核心功能(CF)和传送功能(TF)的指配、操作和管理。它还通过SNI和业务节点以及由相关的接口规定定义的UNI与用户终端协同完成操作功能。如配置和控制、故障检测故障指示、使用信息和性能数据采集等。第11章宽带接入网技术 11.1.3接入网的分类接入网的分类1.铜线接入网铜

9、线接入网如图114所示的是一个典型的铜线接入网系统市内铜缆用户环。图中,端局与交接箱之间可以有远端交换模块(RSU,RemoteSwitchingUnit)或远端(RT,RemoteTerminal)。端局本地交换机的主配线架(MDF,MainDistributionFrame)经大线径、大对数的馈线电缆(数百至数千对)连至分路点转向不同方向,由分路点再经副馈线电缆连至交接箱。其作用是完成馈线或副馈线电缆中双绞线与配线电缆中双绞线之间的交叉连接。在北美,完成类似作用的装置称馈线分配接口(FDI,FeedDistributionInterface),从功能上可称之为灵活点(FP,Flexible

10、Point),也有人称之为接入点(AP,AccessPoint)。至于馈线和副馈线则常常不作区别,通称为馈线或馈线段。第11章宽带接入网技术 图114典型的铜线接入网系统第11章宽带接入网技术 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。分线盒的作用是终结配线电缆,并将其与引入线(又称业务线)相连。从功能上可以将分线盒处称为配线点(DP,DistributingPoint)或业务接入点(SAP,ServiceAccessPoint)。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(NI,NetworkInterface)相连,用户引入线为用户专用,NI

11、为网络设备和用户设备的分界点。第11章宽带接入网技术 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。据统计,对于市内用户环路,其主干电缆长度通常为数千米(极少超过10km),配线电缆长度一般为数百米,用户引入线一般只有数十米。铜线用户接入方式主要有以下几种:线对增容技术、高比特率数字用户线(HDSL,HighdatarateDigitalSubscriberLine)技术、不对称数字用户线(ADSL,AsymmetricDigitalSubscriberLine)技术和甚高速数字用户线(VDSL,VeryhighspeedDigitalSubscriberLine)技术等。第11章宽带

12、接入网技术 2.光纤接入网光纤接入网光纤接入网(或称光接入网)(OAN,OpticalAccessNetwork)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。它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。光纤接入网系统的基本配置如图115所示。光纤最重要的特点是:它可以传输很高速率的数字信号,容量很大,并可以采用波分复用(WDM,WavelengthDivisionMultiplexing)、频分复用(FDM,FrequencyDivisionMultiplexing)、时分复用(TDM,TimeDivisionMultiplexing)、空分复用

13、(SDM,SpaceDivisionMultiplexing)和副载波复用(SCM,SubCarrierMultiplexing)等各种光的复用技术,来进一步提高光纤的利用率。第11章宽带接入网技术 从图115中可以看出,从给定网络接口(V接口)到单个用户接口(T接口)之间的传输手段的总和称为接入链路。利用这一概念,可以方便地进行功能和规程的描述以及规定网络需求。通常,接入链路的用户侧和网络侧是不一样的,因而是非对称的。光接入传输系统可以看做是一种使用光纤的具体实现手段,用以支持接入链路。于是,光接入网可以定义为:共享同样网络侧接口且由光接入传输系统支持的一系列接入链路,由光线路终端(OLT,

14、OpticalLineTerminal)、光配线网络光配线终端(ODN/ODT,OpticalDistributingNetwork/OpticalDistributingTerminal)、光网络单元(ONU,OpticalNetworkUnit)及相关适配功能(AF,AdaptationFunction)设备组成,还可能包含若干个与同一OLT相连的ODN。第11章宽带接入网技术 图115光纤接入网系统的基本配置 第11章宽带接入网技术 3.混合接入网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,主要有两种方式,即光纤/同轴电缆混合(HFC)方式和交换型数字视频(SD

15、V,SwitchedDigitalVideo)方式。1)光纤同轴电缆混合方式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。CATV系统的主干线路用的是光纤,在ONU之后,进入各家各户的最后一段线路大都利用原来共用天线电视系统的同轴电缆。但这种光纤加同轴电缆的CATV方式仍是单向分配型传输,不能传输双向业务。第11章宽带接入网技术 HFC的接入方式如图116所示。局端把视频信号和电信业务综合在一起,利用光载波,将信号从前端通过光纤馈线网传送至靠近用户的光节点上,光信号经过ONU恢复为原来的电信号,然后用同轴电缆分别送往各个住户的网络接口单元(NIU

16、,NetworkInterfaceUnit),每个NIU服务于一个家庭。NIU的作用是将整个电信号分解为电话、数据和视频信号后,再送到各个相应的终端设备。对模拟视频信号来说,用户可利用现有电视机而无需外加机顶盒就可以接收模拟电视信号了。第11章宽带接入网技术 图116HFC接入网示意图 第11章宽带接入网技术 HFC是一种副载波调制(SCM)系统,是以(电的)副载波去调制光载波,然后将光载波送入光纤进行传输。HFC的最大特点是技术上比较成熟,价格比较低廉,同时可实现宽带传输,能适应今后一段时间内的业务需求而逐步向光纤到家(FTTH)过渡。无论是数字信号还是模拟信号,只要经过适当的调制和解调,都

17、可以在该透明通道中传输,有很好的兼容性。第11章宽带接入网技术 2)交换型数字视频方式HFC接入网主要是为住宅用户提供视频(以模拟视频业务为主)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。为了进一步适用于双向数字、通信等业务迅速发展的需要,出现了交换型数字视频方式。实际上,SDV是将HFC与FTTC结合起来的一种组网方式。它是由一个FTTC数字系统与一个单向的HFC有线电视系统重叠而成。SDV主干传输部分采用共缆分纤的SDM(空分复用)方式分别传送双向数字信号(包括交换型数字视频和语音)和单向模拟视频信号。上述两种信号在设置于路边的ONU中分别恢复成各自的基带信号;从ONU出

18、来以后,语音信号经双绞线送往用户,数字和模拟视频信号经同轴电缆送往用户;同时,ONU由同轴电缆负责供电。第11章宽带接入网技术 SDV不是一种独立的系统结构,而是FTTC+HFC的一种合并起来应用的方式,其基本技术和系统结构是无源光网络(PON)。同时,SDV也不是一种全数字化系统,而是数字和模拟兼容系统。SDV也不单传送视频,还可以同时传送语音和数据。在SDV中,是用FTTC来传送所有交换式数字业务(包括语音、数据和视频),而用HFC来传送单向模拟视频节目,同时向FTTC和HFC供电。这种结合物实际上是由两套基本独立的网络基础设施所组成的。SDV结构原理图如图117所示。第11章宽带接入网技

19、术 图117SDV结构原理图 第11章宽带接入网技术 图117中的光纤实际上是一个以ATM化的BPON(BroadbandPON)为基础的FTTC。信号到达ONU后,与来自HFC网的模拟视频信号按频分复用方式结合在一起。其中,SDV信号为基带调制信号(占低频段),模拟视频信号占高频段。上述这些频分复用信号经由同轴电缆传送给用户终端,其中模拟视频射频(RF,RadioFrequency)电视信号直接送往模拟电视接收机即可;SDV信号需要经过解码器转换为标准模拟RF信号频谱后,才能为模拟电视接收机所接收。图117下面的光纤是单向HFC,只用来传送模拟视频。这种结构的好处在于:一是可以免去传输双向视

20、频业务所带来的一系列麻烦,网络大大简化;二是利用同轴电缆总线给ONU提供RF模拟视频信号的同时,也解决了ONU供电问题。这两点恰好是一般FTTC结构难以达到的。第11章宽带接入网技术 4.无线接入网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。它可以向用户提供各种电信业务,用无线传播手段来代替接入网的部分甚至全部,从而达到降低成本、改进灵活性和扩展传输距离的目的。无线接入分为固定无线接入和移动无线接入两种。固定无线接入指固定用户以无线的方式接入到固定电话网的交换机,而移动无线接入指移动用户以无线方式接入到固定电话网的交换机

21、。固定无线接入又称用户环路。固定无线接入网的基本配置如图118所示。第11章宽带接入网技术 图118固定无线接入网的基本配置 第11章宽带接入网技术 11.1.4接入网的拓扑结构接入网的拓扑结构 1.星型结构星型结构在接入网环境中,各个用户都最终要与本地交换机相连,业务量最终都集中在本地交换机这个特殊点上,因而星型结构似乎是一种自然的选择。传统的电缆接入网就是这样配置的,在光缆接入网中星型结构仍然具有相当的应用价值。由于本地交换机成了各个用户业务量的集中点(即枢纽点),因而星型结构又称枢纽结构。星型结构接入网如图119所示。第11章宽带接入网技术 图119星型结构接入网 第11章宽带接入网技术

22、 2.双星型结构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(RN/RT,RemoteNode/RemoteTerminal),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。RN可以为有源电子设备(即有源双星型结构),也可以采用无源器件(例如星型耦合器)来完成选路、交接和测试功能,利用波分复用或时分复用方式来分离不同通路。不管是采用有源设备还是无源器件,两种方式在形式上类似,从端局到RN是星型配置,从RN到用户又是各个星型配置。双星型结构接入网如图1110所示。第11章宽带接入网技术 图1110双星型结构接入网第11章宽带接入网技术 有源双星型

23、结构继承了点到点星型结构的一些特点,诸如与原有网络和管道的兼容性、保密性、故障定位容易、用户设备较简单等等。为了克服星型结构成本高的缺点,可以通过向新设的RN/RT多分配一些复用功能(有时还附加一些有限的交换功能)来减少馈线段光纤的数量。由于馈线段长度最长,由多个用户共享后使系统成本大大降低。因此双星型结构是一种经济的、演进的网络结构,很适于传输距离较远、用户密度较高的企事业用户和住宅居民用户区。特别是远端节点采用同步数字序列(SDH)复用器的双星型结构,不仅覆盖距离远,而且容易升级至高带宽。利用SDH的特点,可以灵活地向用户单元分配所需的任意带宽。第11章宽带接入网技术 3.总线结构总线结构

24、(链型或链型或T型结构型结构)总线结构接入网如图1111所示,其结构特点是通信的所有点串联起来并使首末两个点开放,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。总线结构具有遍及全网的公共设施,但RN多且信息保密性大大受损,较适于分配式业务。在传统准同步数字序列(PDH)网中,由于中间点上下业务费用较高,这种结构用得不很多。当接入网引入SDH分插复用器(ADM,Add/DropMultiplexer)后,具有十分经济灵活的上下低速业务的能力,可以节省光纤并简化设备。因此,总线结构又开始受到重视和应用。第11章宽带接入网技术 图1111 总线结构接入网第11章宽带接入网技术 4.环型

25、结构环型结构环型结构接入网如图1112所示,其结构特点是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。第11章宽带接入网技术 图1112环型结构接入网 第11章宽带接入网技术 与T型结构类似,环型结构只有采用了ADM作为RN时,才开始受到重视。利用ADM可以构成各种可靠性很高的自愈环型网结构,其中,单向通道倒换环是最适用于像接入网这样业务量集中于端局的一种环型结构。这种环型结构,特别是SDH自愈环型网结构,以其出色的质量结合较高的成本适合于带宽需求大、质量要求高的企事业用户和接入网馈线段应用。第11章宽带接入网技术 5.树型结构树型结构传统的有线电视(CATV,Cabl

26、eTeleVision/CommunityAntennaTeleVision)网往往采用树型分支结构,适于单向广播式业务。图1113所示为这种结构的两种典型形式,即无源光网络(PON,PassiveOpticalNetwork)形式(图1113(a)和数字环路载波(DLC,DigitalLoopCarrier)形式(图1113(b)。它们仅有的差别是光分路器和复用器。无源光网络是不允许在外部设施中出现有源电子设备,而是采用无源器件(例如无源光功率分路器)来代替传统电缆接入网的交接箱和或分线盒,完成光信号的分路功能。所谓的无源双星型、无源三星型或树型-分支结构均可由这类PON结构支持。第11章宽

27、带接入网技术 图1113树型-分支结构(a)PON形式;(b)DLC形式 第11章宽带接入网技术 6.无线接入网的一般结构无线接入网的一般结构1)无中心拓扑方式在无中心拓扑方式的无线接入网中,任意两个站点之间均可以直接通信,一般采用无线广播信道,各站点都争用公用的无线信道。这种结构的优点是组网简单、费用低廉,并且网络稳定。但是当网络中节点过多时,各节点对信道的争用会降低网络的性能。同时,由于各个节点之间要进行直接通信,网络的布局就会受到一定的限制。因此,这种结构的接入网络适用于用户数较少的情况。第11章宽带接入网技术 2)有中心拓扑方式在有中心拓扑方式的无线接入网中,有一个无线站点(节点)是中

28、心站,此站点控制接入网中所有其他站点对网络的访问。由于有一节点实施控制功能,因此当网络中节点数目增多时,网络的吞吐性能和时延性能可以控制在一定的范围内,而不会像无中心网络一样性能急剧恶化。同时,网络中节点的布局受到的限制也要小一些,组网灵活。但是当中心站点出现故障时,网络很容易陷入瘫痪。第11章宽带接入网技术 如图1114所示的是一个标准的固定无线接入本地环结构。在第1段(段1),从本地交换机(也可以经过基站控制器)到无线基站之间由数字传输系统相连。这些传输系统可以是光纤、微波或电缆,传输体制可以是传统的准同步数字序列(PDH),也可以是同步数字序列(SDH)。在第2段(段2),无线基站负责把

29、网络侧进来的符合网络标准的数字信号转换成数字空中接口信号。在第3段(段3),用户单元接收基站送来的无线电信号,将其转化为模阻信号或网络标准的数字信号。在第4段(段4),再用有线手段将用户单元与用户设备(例如电话机)相连。第11章宽带接入网技术 图1114标准的固定无线接入本地环结构 第11章宽带接入网技术 图1115所示为一个典型的移动通信系统结构(移动式接入),主要由移动台(MS,MobileStation)、基站(BS,BaseStation)、移动交换中心(MSC,MobileSwitchingCenter)和与公用固定通信网相连的中继线等构成。移动台(MS)是移动网的用户终端设备,它与

30、最近的基站(BS)之间确立一个无线信道,并通过移动交换中心(MSC)建立与另一个移动用户通话,或者通过MSC及有线信道与市话用户通话。基站(BS)负责射频信号的发送、接收和无线信号至MSC的接入,还具有信道分配、信令转换及无线小区管理等控制功能,一个基站一般控制一个无线小区。移动交换中心(MSC)完成对本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制与管理。通过标准接口与基站(BS)和其他MSC相连,完成越区切换、漫游及计费功能。第11章宽带接入网技术 图1115典型的移动通信系统结构 第11章宽带接入网技术 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,

31、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。移动电话汇接中心接入方式就是将某个大区域或全国的各移动电话局汇接起来构成一个区域性的或全国性的移动电话汇接中心,然后与长途干线或国际干线接续,以便形成地区性的或全国性的无线移动通信网。在一个区域内,可能有多个移动交换中心(即移动交换局),通过局间中继线和市话端局或汇接局连接。第11章宽带接入网技术 11.2xDSL接入技术接入技术 11.2.1HDSL接入技术接入技术1.HDSL系统的基本构成系统的基本构成高比特率数字用户线(HDSL)是ISDN编码技术研究的产物。HDSL技术是一种基于现有铜线的技术,采用先进的数字信

32、号自适应均衡技术和回波抵消技术,以消除传输线路中近端串音、脉冲噪声和波形噪声,以及因线路阻抗不匹配而产生的回波对信号的干扰,从而能够在现有的电话双绞铜线(两对或三对)上提供准同步数字序列(PDH)一次群速率(T1或E1)的全双工数字连接。使用0.40.5mm线径的铜线时,无中继传输距离可达35km。第11章宽带接入网技术 HDSL系统构成如图1116所示。图中所示规定了一个与业务和应用无关的HDSL接入系统的基本功能配置。它是由两台HDSL收发信机和两对(或三对)铜线构成。两台HDSL收发信机中的一台位于局端,另一台位于用户端,可提供2Mb/s或1.5Mb/s速率的透明传输能力。位于局端的HD

33、SL收发信机通过G.703接口与交换机相连,提供系统网络侧与业务节点(交换机)的接口,并将来自交换机的E1(或T1)信号转变为两路或三路并行低速信号,再通过两对(或三对)铜线的信息流透明地传送给位于远端(用户端)的HDSL收发信机。位于远端的HDSL收发信机则将收到来自交换机的两路(或三路)并行低速信号恢复为E1(或T1)信号送给用户。在实际应用中,远端机可能提供分接复用、集中或交叉连接的功能。同样,该系统也能提供从用户到交换机的同样速率的反向传输。所以,HDSL系统在用户与交换机之间,建立起PDH一次群信号的透明传输信道。第11章宽带接入网技术 图1116HDSL系统的基本构成 第11章宽带

34、接入网技术 HDSL系统由很多功能块组成,一个完整的系统参考配置如图1117所示。信息在局端机和远端机之间的传送过程如下述:1对传输时,收发双方间是2320kb/s双工信道;2对传输时,各为1168kb/s双工;3对传输时,各为784kb/s双工。图1117中,DCS表示数字交叉连接;CPE表示用户驻地设备。第11章宽带接入网技术 图1117HDSL系统的参考配置 第11章宽带接入网技术 从用户端发来的信息,首先进入应用接口,在应用接口,数据流集成在应用帧结构(G.704,32时隙帧结构)中。然后进入映射功能块,映射功能块将具有应用帧结构的数据流插入144字节的HDSL帧结构中,发送端的核心帧

35、被交给公用电路。在公用电路中,为了在HDSL帧中透明地传送核心帧,需加上定位、维护和开销比特。最后,由HDSL收发器发送到线路上去。图1117中的线路传输部分可以根据需要配置可选再生器(REG,REGenerator)功能模块。在接收端,公用电路将HDSL帧数据分解为帧,并交给映射功能模块;映射功能块将数据恢复成应用信息,通过应用接口传送至网络侧。第11章宽带接入网技术 HDSL系统的核心是HDSL收发信机,它是双向传输设备。发送机中的线路接口单元,对接收到的El(2.048Mb/s)信号进行时钟提取和整形。E1控制器进行HDB3解码和帧处理。HDSL通信控制器将速率为2.048Mb/s串行信

36、号分成两路(或三路),并加入必要的开销比特,再进行CRC6编码和扰码,每路码速为1168kb/s(或784kb/s),各形成一个新的帧结构。HDSL发送单元进行线路编码。数模(D/A)变换器进行滤波处理以及预均衡处理。混合电路进行收发隔离和回波抵消处理,并将信号送到铜线对上。第11章宽带接入网技术 接收机中混合电路的作用与发送机中的相同。模数(A/D)转换器进行自适应均衡处理和再生判决。HDSL接收单元进行线路解码。HDSL通信控制器进行解扰、CRC6解码和去除开销比特,并将两路(或三路)并行信号合并为一路串行信号。E1控制器恢复E1帧结构并进行HDB3编码。线路接口按照G.703要求选出E1

37、信号。第11章宽带接入网技术 由于HDSL采用了高速自适应数字滤波技术和先进的信号处理器,因此它可以自动处理环路中的近端串音、噪声对信号的干扰、桥接和其他损伤,能适应多种混合线路或桥接条件。在没有再生中继器的情况下,传输距离可达35km。而原来的1.5Mb/s或2Mb/s数字链路每隔0.81.5km就需要增设一个再生中继器,而且还要严格地选择测量线对。因此,HDSL不仅提供了较长的无中继传输能力,而且简化了安装维护和设计工作,也降低了维护运行成本,可适用于所有加感环路。HDSL既适合T1,又适合E1,这是因为T1和E1使用同样的HDSL帧结构。第11章宽带接入网技术 2.HDSL关键技术关键技

38、术HDSL技术的应用具有相当的灵活性,在基本核心技术的基础上,可根据用户需要改变系统组成。目前与具体应用无关的HDSL系统也有很多类型,按传输线对的数量分,常见的HDSL系统可分为两线对系统和三线对系统两种。在两线对系统中,每线对的传输速率为1168kb/s;三线对系统中,每线对的传输速度为784kb/s。三线对系统由于每线对的传输速率比两线对的低,因而,其传输距离相对较远(一般地,传输距离可增加10%)。但是由于三线对系统增加了一对收发信机,其成本也相对较高,并且该系统利用三线对传输,占用了更多的网络线路资源。综合比较,建议在一般情况下采用两线对HDSL传输。另外,HDSL还有四线对和一线对

39、系统,其应用不普遍。下面就HDSL系统的一些关键技术进行讨论。第11章宽带接入网技术 1)线路编码在二线用户环路的数字传输中,线路编码的目的主要有三个:其一,使线路信号与线路的传输特性相匹配,以使接收信号不失真或很少失真;其二,使接收端便于从收到的线路信号中提取定时信号;其三,尽量压缩线路信号的传输带宽,以便提高发送信码的速率。在二线用户环路上,线路信号的常用码型有:HDB3码、2B1Q码和CAP码。HDB3码在前面已经介绍过,这里着重介绍2B1Q码和CAP码。第11章宽带接入网技术(1)2B1Q码。2B1Q码是无冗余度的4电平脉冲幅度调制(PAM,PulseAmplitudeModulati

40、on)码,属于基带型传输码,在一个码元符号内传送2bit信息。2B1Q码是用2位二进制(Binary)码组,表示1位四进制(Quaternary)码组。1位四进制码有四个不同电平,正好可以一一对应地表示2位二进制码组的4种不同组合。四进制码的四个不同电平分别是-2、-1、+1和+2。它与2位二进制码组的对应关系是:00-2,01-1,10+1,11+2。这是双极性四电平码,一般不含直流分量。2B1Q码的码元周期是比特周期的两倍,其速率是比特速率的一半。第11章宽带接入网技术 这种编码具有实现电路简单、使用经验成熟、与原有电话和ISDNBRA兼容性好以及成本低等优点,故应用较多,已批量生产。但采

41、用这种编码的HDSL系统,与采用无载波幅度相位调制码(CAP,CarrierlessAmplitude&PhaseModulation)编码的系统相比,其线路信号的功率谱较宽,故信号的时延失真较大,引起的码间串扰较大,同时近端串话也较大,所以,需要使用设计良好的均衡器和回波抵消器,来消除码间串扰和近端串话的影响。第11章宽带接入网技术(2)CAP码。无载波幅度相位调制(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。CAP码的编码原理是: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(km)个不同的复数符号An=an+jbn,由k个不同的复数符号构成k

42、CAP线路编码。编码后an和bn被分别送入同相I(Inphase)和正交Q(Quadraturephase)数字带通滤波器,求和后送入D/A转换器,最后经低通滤波器将信号发送出去。CAP码原理图如图1118所示。这两个数字带通滤波器的幅频特性相同,但相频特性相差90。CAP编码与QAM的唯一区别是:QAM使用了载波,而CAP编码不使用载波。第11章宽带接入网技术 图1118CAP编码原理 第11章宽带接入网技术 CAP调制与QAM调制较明显的差异是CAP符号经过编码之后,x值及y值会各经过一个数字带通滤波器,然后才合并输出。CAP中的无载波是指生成载波与调制解调合为一体,使结构更加紧凑。由于C

43、AP信号的功率谱是带通型,与2B1Q码相比,CAP码的带宽减少了一半,传输效率提高一倍。在HDSL系统中,CAP码常与格栅编码调制(TCM)结合应用,例如,TCM8CAP64编码的信号星座图与QAM64相同,但它的每个码元只包含4bit信息,另外2bit是TCM引入的用于纠错的冗余位。采用这种编码的HDSL系统在两对双绞线上传输时,其传输性能优于2B1QHDSL系统在三对双绞线上的传输性能。在24小时内统计的平均误码率可达110-11,传输质量接近光纤的传输质量。CAP码系统有着比2B1Q码系统更好的性能,但CAP码系统在价格上相对较贵。因此,2B1Q系统和CAP系统各有各的优势,在接入网中,

44、应根据实际情况灵活地采用。第11章宽带接入网技术 2)回波抵消回波抵消技术已经成功地应用在线对增容系统中,它实现了在一对双绞线上进行ISDNBRA双工传输。在HDSL系统中,回波抵消技术仍然是一个不能缺少的关键技术。由于HDSL系统中的线路传输速率提高,要求回波抵消器中的数字信号处理器(DSP,DigitalSignalProcessor)的处理速度更快,以适应信号的快速变化。同时,由于线路特性引起信号拖尾较长,要求回波抵消器具有更多的抽头。第11章宽带接入网技术 3)码间串扰与均衡由于用户线路的传输带宽限制和传输特性较差,会使接收信号发生波形失真。从发送端发出的一个脉冲到达接收端时,其波形常

45、常被扩散为几个脉冲周期的宽度,从而干扰到相邻的码元,形成码间串扰。如果线路特性是已知的,这种码间串扰可以用均衡器来消除。均衡器能够对线路的衰减频率失真和时延频率失真予以校正,也就是说,将线路的非平直衰减频率特性和非平直时延频率特性分别校正为平直的,从而消除了所产生的码间串扰。当线路的频率特性固定不变时,采用固定均衡器就可以了;当线路的频率特性随机变化时,则需要采用自适应可变均衡器。第11章宽带接入网技术 一种常用的自适应可变均衡器是判决反馈均衡器,其工作原理与回波抵消器的工作原理相似。它是将接收信号的判决结果反馈回去,根据信道传输特性估计其拖尾,并把它从其后跟随的接收信号中减去,达到消除码间串

46、扰的目的。第11章宽带接入网技术 4)性能损伤影响HDSL系统性能的主要因素有两个:一是HDSL系统内部两对双绞线之间产生的近端串话,它将随线路频率的增高而增大;二是邻近线对上的PSTN信令产生的脉冲噪声,这种噪声有时较大,甚至会使耦合变压器出现饱和失真,从而产生非线性效应。对于HDSL系统内部两对双绞线之间产生的近端串话,可以用回波抵消技术予以消除。对于脉冲噪声干扰,则需要采用纠错编码技术来对抗。不过,采用纠错编码会引入附加时延。第11章宽带接入网技术 3.HDSL的应用特点的应用特点HDSL技术能在两对双绞铜线上透明地传输E1信号达35km。鉴于我国大中城市用户线平均长度为3.4km左右,

47、因此在接入网中可广泛地基于铜缆技术的HDSL应用。HDSL系统既适合点对点通信,也适合点对多点通信。其最基本的应用是构成无中继的E1线路,它可充当用户的主干传输部分。HDSL的主要应用有:访问Internet服务器、装有铜缆设备的大学校园网、将中心PBX(PublicBrancheXchange)延伸到其他的办公场所、局域网扩展和连接光纤环、视频会议和远程教学应用、连接无线基站系统以及ISDN基群速率接入(PRA,PrimaryRateAccess)等。第11章宽带接入网技术 HDSL系统可以认为是铜线接入业务(包括话音、数据及图像)的一个通用平台。目前,HDSL系统具有多种应用接口。例如:G

48、.703与G.704平衡与不平衡接口,V35、X.21及EIA503等接口,以及会议电视视频接口。另外,HDSL系统还有与计算机相连的RS232、RS449串行口,便于用计算机进行集中监控;还有E1/T1基群信号监测口,便于进行在线监测。在局端和远端设备上,可以进行多级环测和状态监视。状态显示有的采用发光二极管,有的采用液晶显示屏,这给维护工作带来较大方便。第11章宽带接入网技术 较经济的HDSL接入方式将用于现有的PSTN网,具有初期投资少,安装维护方便,使用灵活等特点。HDSL局端设备放在交换局内,用户侧HDSL端机安放在DP点(用户分线盒)处,可为30个用户提供每户64kb/s的话音业务

49、。配线部分使用双绞引入线,不需要加装中继器及其他相应的设备,也不必拆除线对原有的桥接配线,无需进行电缆改造和大规模的工程设计工作。第11章宽带接入网技术 HDSL技术的一个重要发展是延长其传输距离和提高传输速率。根据应用需要,HDSL系统还可用于一点对多点的星型连接,以实现对高速数据业务使用的灵活分配。在这种连接中,每一方向以单线对传输的速率最大可达784bit/s。另外,在短距离内(百米数量级),利用HDSL技术还可以再提高线路的传输比特率。甚高数字用户线(VHDSL)可以在0.5mm线径的线路上,能将速率为13Mb/s、26Mb/s或52Mb/s的信号,甚至能将速率为155Mb/s的SDH

50、信号,或者125Mb/s的FDDI(FiberDistributedDataInterface)信号传送数百米远。因此,它可以作为宽带ATM的传输介质,给用户开通图像业务和高速数据业务。第11章宽带接入网技术 4.HDSL的局限性的局限性尽管HDSL具备巨大的吸引力且有益于服务提供商及用户,但仍有一些制约因素,因此在某些情况下还不能使用。最大的问题在于HDSL必须使用两对线或三对线。另外,由于各个生产商的产品之间的特性不兼容,使得互操作性无法实现,这就限制了HDSL产品的推广。另一方面的不利因素是用户无法得到更多的增值业务。HDSL在长度超过3.6km的用户线上运行时需要中继器。第11章宽带接