接入网基础理论

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1、 . . 接入网基础理论中国电信接入网维护与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

2、 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（Customer Premises Network，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与市话局之间的部分）和接入网（即端局至用户之间的部分）。按照ITU-T G.902的定义，接入网（AN）是由业务节点接口（Service Node Interface，SNI）和相关用

3、户网络接口（User Network Interface，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围可由三个接口来定界，即网络侧经由SNI与业务节点（Service Node，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（Telecommunications Management Network，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

4、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（Circuit Layer，CL）、传输通道

5、层（Transmission Path layer，TP）和传输介质层（Transmission Media layer，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（TM

6、N）。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（User Port Function，UPF）、业务口功能（Service Port Function，SPF）、核心功能（Core Function，CF）、传送功能（Transfort Function，TF）和AN系统管理功能（System Management Function，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）

7、（1）终结SNI功能。（2）将承载通路的需要和即时的管理以与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。5AN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

8、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星型结构当涉与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（Remote Node/Remote Terminal，RN/RT），将馈线电缆改用光缆后即成为双星型结构，有人称

9、之为分布式星型结构。3总线结构（链型或T型结构）当涉与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环型结构当涉与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（Cable TeleVision/Community Antenna TeleVision，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（Remote Switching Unit

10、，RSU）或远端（Remote Terminal，RT）。端局本地交换机的主配线架（Main Distribution Frame，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（Network Interface，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）（Optical Access Network，OAN）是以光

11、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（H

12、FC）方式、交换型数字视像（Switched Digital Video，SDV）方式以与综合数字通信和视像（Integrated Digital communication and Video，IDV）方式。一、光纤/同轴电缆混合（HFC）方式1HFC系统的组成与原理HFC是有线电视（CATV）网和网结合的产物，是目前将光纤逐渐推向用户的一种较经济的方式。2HFC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

13、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、微波与卫星通信等）为传输手段，连接起端局至用户间的通信网。

14、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汇接中心接入三种方式，目前主要采用移动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

15、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、普通业务（POTS）的接入接入网提供普通（Plain Old Telephone Service，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）与CID等

16、新业务。二、综合业务数字网（ISDN）业务的接入接入网提供ISDN BRI（2B+D）和ISDN PRI（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（Digital Data Network，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）的迅速普与，在用户接入网中引入CATV业务势在必行。可通过置式光发射

17、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地址与注册域名，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、异步终端与局域网用户接入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

18、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。2E1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，实现接入网系统部租用线业务。32/4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(Digital Subscriber Line数字用户环路)技术是基于普通线的宽带接入技术，它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过交换机设备，减轻了交换机的负载；并且不需要拨号，一直在线，属于专线上网方式。DSL

19、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2.1.1 ADSL的提出不对称数字用户线（Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL）是一种利用现有的传统线路高速传输数字信息的技术。ADSL技术是由 Bellcore的Joe Lechleder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。ADSL的技术特点严格说来，ADSL本身只是一种从铜质线路

20、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

21、铜线可同时供普通业务（Plain Old Telephone Service，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围之以符合对衰减的要求；阻抗要均匀，使机与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、噪声与导线之间的串音。（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，

22、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，需要在铜缆服务围，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。这些噪声包括网中常见的脉冲噪声，以与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。2.1.2 ADSL的系统结构一、系统构成ADSL系统构成以下图所示，它是在一对普通铜线两端，各加装一台ADSL局端

23、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/s6.144 Mbit/s，上行（传）速度须支持16kbit/s以与32kbit/s的倍数，从32 kbit/s640kbit/s。2.1.4 ADSL的技术基础一、ADSL系统模型和性能1ADSL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

24、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）以与网络管理。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

25、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、动态围、信噪比在可承受的围之。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，每1Mbit/s可以低于90dB。1调制解调器的基本模型（1）加扰与解扰多数DSL在发送端与接收端都有加扰以与解扰功能。（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（Cyclical Redundancy Check，循环冗余检查）更重要也更复杂。（3）交错（In

26、terleaving）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，通常在其发送端与接收端都会采用补偿器，以获得最正确传输。2QAM调制技术正交波幅调制（Quadrature Amplitude Modulation，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。3CAP调制技术无载波幅度相位调制（Carrierless Amplitude & Phase Modulati

27、on，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，m位输入比特被映射为k2m个不同的复数符号Ananjbn，由k个不同的复数符号构成k-CAP线路编码。4DMT调制技术DMT（Discrete MultiTone，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

28、与其成本偏高的缺点，人们又开发出了一种称为甚高速数字用户线（Very high speed Digital Subscriber Line，VDSL）的系统。2.2.1 VDSL系统构成一、VDSL系统结构VDSL的系统结构以下图所示。使用VDSL系统，普通模拟线仍不需改动（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

29、一公里”的。FTTL和FTTC网络需要有远离中心局（Central Office，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1050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。2.2.2 VDSL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。在这些传输模式部分的结构类似于ADSL。1STM模式同步转移模式（Synchronous Tran

30、sport Module，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。3ATM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

31、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）控制与上行数据复用功能。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（Carrierless Amplitude/Phase modulation，CAP）。（2）离散多音频技术（Discrete MultiTone，DMT

32、）。（3）离散小波多音频技术（Discrete Wavelet MultiTone，DWMT）。（4）简单线路码（Simple Line Code，SLC），这是一种4电平基带信号，经基带滤波后送给接收端。 VDSL下行信道能够传输压缩的视频信号。压缩的视频信号要求有低时延和时延稳定的实时信号，这样的信号不适合用一般数据通信中的差错重发算法。VDSL下行数据有许多分配方法。最简单的方法是将数据直接广播给下行方向上的每一个用户设备（CPE），或者发送到集线器，由集线器把数据进行分路，并根据信元上的地址或直接利用信号流本身的时分复用将不同的信息分开。2.2.3 VDSL存在的问题（1）不能确定VD

33、SL能可靠地传输数据的最大距离。（2）业务环境问题虽然上行和下行数据速率还没有完全确定下来，但是完全有理由相信未来的VDSL将使用ATM信元格式来载送视频与不对称数据信息。（3）用户设备分配与网络与用户设备之间的接口 从开销上考虑，可以使用无源网络接口器件，用户的VDSL单元可以置于用户网络设备中，上行复用的处理可以按照局域网总线接入方式进行。（4）开销也是一个不能忽略的因素与ADSL相比，VDSL是直接与本地交换相连接的，所以VDSL的开销比ADSL小得多。2.2.4 VDSL的应用一、VDSL分布位置与ADSL相同，VDSL能在基带上进行频率分离，以便为传统业务（POTS）留下空间。同时传

34、送VDSL和POTS的双绞线需要每个终端使用分离器来分开这两种信号。从中心点出发，VDSL的围和延伸距离分为下面几种情况：对于26Mbit/s对称或52Mbit/s/6.4Mbit/s非对称，所覆盖服务区半径约为300m；对于13Mbit/s对称或26Mbit/s/3.4Mbit/s非对称，所覆盖服务区半径为800m；对于6.5Mbit/s对称或13.5Mbit/s/1.6Mbit/s非对称，所覆盖服务区半径为1.2km。一个ONU可用的光纤总带宽通常不大于所有ONU用户可能的带宽总和。二、VDSL在WAN网络的应用1视频业务VDSL的高速方案选项使其成为用于视频点播（Video On Dem

35、and，VOD）的非常好的接入技术。2数据业务从目前来看，VDSL的数据业务是很多的。在不远的将来，VDSL将会占据整个住宅Internet接入和Web访问市场；可能用VDSL替代光纤连接，把较大的办公室和公司连到数据网络上。3全服务网络由于VDSL所支持的高比特速率，因此，被认为是全业务网络（Full Service Network，FSN）的接入机制。3 光纤接入技术3.1 无源光网络（PON）接入技术根据光接入网（OAN）参考配置可知，OAN由光线路终端（OLT）、光配线网（ODN）和光网络单元（ONU）三大部分组成。3.1.1 PON拓扑结构一、基本拓扑结构光接入网（OAN）的拓扑结构

36、取决于光配线网（ODN）的结构。通常ODN可归纳为单星型、树型、总线型和环型等四种基本结构，也就是PON的四种基本拓扑结构。1单星型结构单星型结构是指用户端的每一个光网络单元（ONU）分别通过一根或一对光纤与端局的同一OLT相连，形成以光线路终端（OLT）为中心向四周辐射的星型连接结构。2树型结构在PON的树型结构（也叫多星型结构）中，连接OLT的第一个光分支器（Optical Branching Device，OBD）将光分成n路，每路通向下一级的OBD，如最后一级的OBD也为n路并连接n个ONU。3总线型结构总线（bus）型结构的PON通常采用非均匀分光的光分路器（OBD）沿线状排列。4环

37、型结构环型结构相当于总线型结构组成的闭合环，其信号传输方式和所用器件与总线型结构差不多。二、性能比较为便于PON结构选择，现将总线型、星型、环型与树型拓扑结构从性能上进行比较，如下表所示：比较容总线型星 型环 型树 型成本投资低最高低低维护与运行测试很困难清除故障时间长较好测试困难安全性能很安全安全很安全很安全可靠性比较好最差很好比较好用户规模适于中规模适于大规模适于选择性用户适于大规模新业务要求容易提供容易提供每户提供较困难每户提供较困难带宽能力高速数据基群接入视频基群接入视频高速3.1.2 PON关键技术一、PON的双向传输技术在PON中，OLT至ONU的下行信号传输过程是：OLT送至各O

38、NU的信息采用光时分复用（Optical Time Division Multiplexing，OTDM）方式组成复帧送到馈线光纤；通过无源光分路器以广播方式送至每一个ONU，ONU收到下行复帧信号后，分别取出属于自己的那一部分信息。1光时分多址（OTDMA）光时分多址（Optical Time Division Multiple Access，OTDMA）方式是指将上行传输时间分为若干时隙，在每个时隙只安排一个ONU，以分组的方式向OLT发送分组信息，各ONU按OLT规定的顺序依次向上游发送。2光波分多址（OWDMA）采用光波分多址（Optical Wavelength Division M

39、ultiple Access，OWDMA）接入技术，将各ONU的上行传输信号分别调制为不同波长的光信号，送至OBD后，耦合到馈线光纤；到达OLT后，利用光分波器分别取出属于各ONU的不同波长的光信号，再分别通过光电探测器解调为电信号。3光码分多址（OCDMA）光码分多址（Optical Code Division Multiple Access，OCDMA）是指给每一个ONU分配一个多址码。4光副载波多址（OSCMA）光副载波多址（Optical SubCarrier Multiple Access，OSCMA）采用模拟调制技术，将各个ONU的上行信号分别用不同的调制频率调制到不同的射频段，然

40、后用此模拟射频信号分别调制各ONU的激光器（laser Device，LD），把波长相同的各模拟光信号传输至OBD合路点后再耦合到同一馈线光纤到达OLT，在OLT端经光电探测器后输出的电信号通过不同的滤波器和鉴相器分别得到各ONU的上行信号。二、PON的双向复用技术光复用技术作为构架信息高速公路的主要技术，在过去、现在和将来，对光通信系统和网络的发展与对充分挖掘光纤巨大传输容量的潜力，将起着重要作用。1光波分复用（OWDM）技术实用化程度最高的当属光波分复用技术，其技术与产品已广泛地应用在光通信系统中。构成WDM-PON的上行回传通道有四种方案可供选择。方案一，在ONU也用单频激光器，由位于远

41、端节点的路由器将不同ONU送来的不同波长的信号回到OLT。方案二，利用下行光的一部分在ONU调制，从第二根光纤上环回上行信号，ONU没有光源。方案三，在ONU用LED一类的宽谱线光源，由路由器切取其中的一部分；由于LED功率很低，需要与光放大器配合使用。方案四，与常规PON一样，采用多址接入技术，如TDMA，SCMA等。2光时分复用（OTDM）技术采用复用技术的目的是提高信道传输信息的容量。OTDM的复接可分为两种，即以比特为单位进行逐比特交错复接和以比特组为单位的逐组交错复接。3光码分复用（OCDM）技术光码分复用技术在原理上与电码分复用技术相似。4光频分复用（OFDM）技术OWDM和OFD

42、M技术都是在光层按其波长将可传输带宽围分割成若干光载波通道。5光副载波复用（OSCM）技术OSCM技术不同于OWDM和OFDM技术，OWDM和OFDM都是指光波层进行复用。OSCM技术的最大优点是：可采用成熟的微波技术，以较为简单的方式实现宽带、大容量的光纤传输，它可构成灵活方便的光纤传输系统，可以为多个用户提供语音、数据和图像等多种业务。6光空分复用（OSDM）技术空分复用（Space Division Multiplexing，SDM）指利用不同空间位置传输不同信号的复用方式，如利用多芯缆传输多路信号就是空分复用方式。7时间压缩复用（TCM）技术时间压缩复用（Time Compressio

43、n Multiplexing,，TCM）又称“光乒乓传输”。3.1.3 PON功能结构一、光线路终端（OLT）的功能结构在PON中，OLT提供一个与ODN相连的光接口，在光接入网（OAN）的网络端提供至少一个网络业务接口。二、光网络单元（ONU）的功能结构在PON中，ONU提供通往ODN的光接口，用于实现OAN的用户接入。ONU的核心功能块包括用户和服务复用功能、传输复用功能以与ODN接口功能。ONU服务功能块提供用户端口功能，它包括提供用户服务接口并将用户信息适配为64kbit/s或n64kbit/s的形式。三、光配线网（ODN）的功能结构PON中的ODN位于ONU和OLT之间，ODN全部由

44、无源器件构成，它具有无源分配功能，其功能结构以下图所示：四、操作管理维护功能通常将操作管理维护（OAM）功能分成两部分，即光接入网（OAN）特有的OAM功能和OAM功能类别。五、光接入网（OAN）基本性能OAN的容量和ONU的类别如表4.2所示，其路传输距离是逻辑距离，即特定传输系统所能达到的最大传输距离。3.1.4 PON技术应用一、PON组网应用目前无源光纤接入网发展很快，组网方式多种多样。PON主要采用无源光功率分配器（耦合器）将信息送至各用户。二、波分复用PON技术应用1两波分复用PONITU-T制定的G.983标准只适用于1310nm/1550nm（波分复用WDM）技术，即粗波分复用

45、（CWDM）技术。OLT与ONU间是明显的点到多点连接，上行和下行信号传输发生在不同的波长窗口中。当ONU采用TDMA方式上传数据时，为避免数据可能发生的碰撞，OLT与ONU之间要精确定时，ONU按照OLT分配的时隙传送分组。系统采用单纤波分复用方式来解决双向传输问题，即用1550nm波长（14841580nm）传送下行信号；用1310nm波长（12701344nm）传送上行信号。2波分复用PON波分复用PON简称为WDM-PON。WDM-PON的下行传输的关键是多波长光源，目前有许多方法制造多波长光源。方法一：选择16个接近精确波长的、离散的分布反馈（DFB）激光器，每个均有温度调谐以便获得

46、满意的信道间隔。方法二：使用多频激光器（Multiple Frequency Laser，MFL）。方法三：采用啁啾脉冲WDM光源。它使用了飞秒级（1015）光纤激光器来产生一个1500nm附近70nm谱宽的脉冲，此脉冲被22km长的标准单模光纤啁啾。3.2 以太网无源光网络（EPON）接入技术以太网无源光网络（Ethernet PON或Ethernet Over PON，EPON）。EPON是指采用PON的拓扑结构实现以太网的接入。3.2.1EPON技术特点与网络结构一、EPON技术特点（1）高带宽：从目前的技术上看，EPON的下行信道为几百/几千Mbit/s的广播方式；上行信道为用户共享的

47、几百/几千Mbit/s信道。（2）低成本：EPON提供较大的带宽和较低的用户设备成本，它采用PON结构，使EPON网络中减少了大量的光纤和光器件以与维护的成本，降低了预先支付的设备资金和与SDH与ATM有关的运行成本。（3）易兼容：EPON互连互通容易，各个厂家生产的网卡都能互连互通。以太网技术是目前最成熟的局域网技术。二、网络结构EPON位于业务网络接口到用户网络接口间，通过SNI与业务节点相连，通过UNI与用户设备相连。EPON主要分成三部分，即光线路终端（OLT），光配线网络（ODN）和光网络单元/光网络终端（ONU/ONT）组成。其中OLT位于局端，ONU/ONT位于用户端。OLT到O

48、NU/ONT的方向为下行方向，反之为上行方向。EPON接入网结构如以下图所示。EPON中的ONU采用了技术成熟的以太网络协议，在中带宽和高带宽的ONU中，实现了成本低廉的以太网第二层第三层交换功能。3.2.2EPON传输原理与帧结构在EPON中，根据IEEE802.3以太网协议，传送的是可变长度的数据包，最长可为1518个字节。在EPON中，OLT传送下行数据到多个ONU，完全不同于从多个ONU上行传送数据到OLT。OLT根据IEEE802.3协议，将数据以可变长度的数据包广播传输给所有在PON上的ONU，每个包携带一个具有传输到目的地ONU标识符的信头。EPON下行传输帧结构由一个被分割成固

49、定长度帧的连续信息流组成，其传输速率为1.250Gbit/s，每帧携带多个可变长度的数据包（时隙）。按照IEEE G.802.3组成可变长度的数据包，每个ONU分配一个数据包，每个数据包由信头、可变长度净负荷和误码检测域组成。EPON在上行传输时，采用TDMA技术将多个ONU的上行信息组织成一个TDM信息流传送到OLT。3.2.3 EPON光路波长分配EPON的光路可以使用两个波长，也可以使用三个波长。EPON的两波长结构如以下图所示，1510nm波长用来携带下行数据、语音和数字视频业务，1310nm波长用来携带上行用户语音信号和点播数字视频、下载数据的请求信号。3.2.4 EPON关键技术1

50、突发同步由于突发模式的光信号来自不同的端点，所以可能导致光信号的偏差，消除这种微小偏差的措施是采用突发同频技术。2大动态围光功率接收由于EPON上各个ONU到OLT的距离各不相同，所以各个ONU到OLT的路径传输损耗也互不相同，当各个ONU发送光功率相同时，到达OLT后的光功率互不相同。3测距和ONU数据发送时刻控制由于光信号来自远近不同的光网络单元（ONU），所以可能产生相应的信号冲突，通过距离修正的技术就可以消除这种冲突。现在，无论是长距离的核心传输网络，还是城域接入网汇聚层部分，数字通信技术已经从ATM为中心，逐渐转移到以IP为基础的视频、音频和数据通信了。4带宽分配EPON分配给每个O

51、NU的上行接入带宽由OLT控制决定。5实时业务传输质量传输实时语音和视频业务要求传输延迟时间既恒定又很小，时延抖动也要小。6安全性和可靠性EPON下行信号以广播的方式发送给所有ONU，每个ONU可以接收OLT发送给所有ONU的信息，这就必须对发送给每个ONU的下行信号单独进行加密。 4 无线接入技术4.1 无线接入信道的电波传播无线接入系统采用无线传输技术，通过空间电磁波来传输信息，无线传输所占用的信道即称为无线信道。4.2 无线接入的基本技术4.2.1 信源编码与信道编码技术一、信源编码技术信源编码就是将来自模拟信源或离散信源的信号变换为适合于在数字通信系统中传输的数字信号。1规则脉冲激励长

52、时预测（RPE-LTP）编码RPE-LTP编码方案是以若干间距相等、相位与幅度优化的脉冲序列作为RPE（规则脉冲激励），使合成波形接近于原信号。2矢量和激励线性预测（VSELP）编码矢量和激励线性预测（VSELP）编码是码激励线性预测（Code Excited Linear Prediction，CELP）编码的一种。二、信道编码技术信道编码就是在数据发送之前，在信息码元中再增加冗余码元（即监督码元），用来供接收端纠正或检出信息在信道传输中产生的误码。1分组码在分组码中，监督码元只与本组的信息码元有关。（1）循环码：循环码是分组码的一个重要分支，其特点是循环码中的任何一个码字向左或向右循环移位

53、后，仍是该码字集合中的码字。（2）BCH码：BCH码是一种能纠正多个随机差错的特殊循环码，其码长为n2m1或是2m1的因子，m为正整数。（3）R-S码：R-S是Reed-Solomon码的缩写，是一种多进制的BCH码。一个M进制码元有M个二进制码元。2交织编码对于突发错误，交织码是一种有效的纠错码。交织编码是将已编码的码字交织，使突发误码转换为一个纠错码字的随机误码。3卷积码分组码为达到一定的纠错能力和编码效率，码组长度通常都比较大，时延随着n的增加而线性增加。4Turbo码Turbo码包含重复解码、软入/软出解码、递归系统卷积编码和非均匀交织等概念。Turbo码编码基本结构包含两个并联的相同

54、递归系统卷积编码器，中间由一个交织器分隔。4.2.2 多址接入技术目前无线接入系统中常用的多址方式有：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等。一、频分多址（FDMA）频分多址（Frequency Division Multiple Access，FDMA）是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道（或称信道），分配给不同的用户使用。二、时分多址（TDMA）时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）是把无线频谱按时隙划分，若干个时隙组成一帧。三、码分多址（CDMA）码分多址（Code Division Mu

55、ltiple Access，CDMA）是使用扩展频谱技术的一种多址技术。四、空分多址（SDMA）空分多址（Space Division Multiple Access，SDMA）是通过控制用户的空间辐射能量来提供多址接入能力的，通过分割空间信道分离同一时隙和同一频道上的多个用户信号。4.2.3 数字调制与扩频技术一、数字调制技术无线接入系统在无线传输中一般多使用频谱效率高、抗干扰能力强的数字调制技术。1线性调制技术线性调制方案有PSK，QPSK，DQPSK，OQPSK，/4QPSK，MPSK与MQAM等。（1）二相相移键控（2PSK） 绝对相移键控（BPSK） 差分相移键控（DPSK）（2）四

56、相相移键控（QPSK） 交错QPSK（OQPSK）p/4-QPSK2恒包络调制技术（1）二相频移键控（2FSK）（2）最小频移键控（MSK）（3）高斯滤波最小频移键控（GMSK）二、扩频调制技术扩展频谱通信的理论基础是仙农（Shannon）公式：式中，C为信道容量，单位为bit/s；W为带宽；S为信号功率；N为噪声功率。4.2.4 抗衰落技术分集技术（Diversity Techniques）就是利用多条具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性的信号路径来传输相同信息，并在接收端对这些信号进行合并（Combining），以便降低多径衰落的影响，改善传输的可靠性。1空间分集空间分集（Spac

57、e Diversity）是在发端使用一副发射天线，接收端使用多副接收天线，并且接收端天线的间隔足够大（dl/2），从而保证各接收天线输入信号的衰落特性相互独立。2时间分集时间分集（Time Diversity）就是将给定的信号在时间上相隔一定的间隔重复传输多次，只要时间间隔大于相干时间，就可以得到多条独立的分集支路。3频率分集频率分集（Frequency Diversity）是将要传输的信息分别以不同的载频发射出去，只要载频的间隔大于相干带宽，那么在接收端就可以得到衰落特性不相关的信号。在接收端取得多条相互独立的支路信号后，可以通过合并技术来得到分集增益。合并技术有选择式合并、最大比合并、等增

58、益合并以与开关合并。4.2.5 网络安全技术（1）对于接入网络的呼叫请求进行鉴权，判定用户身份的合法性。（2）对移动台的用户识别码进行保护，即用经常变更的临时移动台识别码代替用户识别码。（3）对无线信道上的用户数据和信令信息进行加密。一、用户鉴权（1）移动台做主叫。（2）移动台做被叫。（3）移动台位置登记、位置更新。（4）基站要求鉴权。二、信息加密信息加密是指基站和移动台之间交换的用户信息和用户参数不被截获或监听，用户信息是否需要加密可在呼叫建立时由信令指明。5 接入网网管技术5.1 网络管理的概念5.1.1 TMN的基本概念一、TMN的定义对于电信管理网（TMN）的概念一般分为两种含义：一是

59、与信令网、传输网等并列的实现电信网管理的一种支撑网；二是指遵循ITU-T等国际组织制定的TMN相关标准，针对确定围（如接入网）的电信网络OAM（运营管理与维护）和提供的管理网络，是整个管理支撑网的子网。二、TMN的体系结构1TMN物理结构如以下图所示，TMN网管系统由一系列物理实体组成，包括网元（NA）、运行系统（OS）、Q适配器（QA）、工作站（WS）、数据通信网（DCN）、协调设备（MD）和管理接口。（1）网元（Network Element，NE）（2）运行系统（Operating System，OS）（3）Q适配器（Q Adapter，QA）（4）工作站（Work Station，WS

60、）（5）数据通信网（Data Communication Network，DCN）（6）管理接口（7）协调设备（Mediation Device，MD）2TMN功能结构（1）TMN功能块运行系统功能（Operating System Function，OSF）网元功能（Network Element Function，NEF）Q适配器功能（Q Adapter Function，QAF）协调功能（Mediation Function，MF）工作站功能（Work Station Function，WSF）数据通信功能（Data Communication Function，DCF）3TMN逻辑分层

61、结构(1)网元层（Network Element layer）(2)网元管理层（Network Element Management layer）(3)网络管理层（Network Management layer）(4)业务管理层（Service Management layer）(5)事务管理层（Business Management layer）5.1.2 接入网网管的基本概念1接入网网管的管理围接入网网管的管理围主要集中在三方面。（1）一般的网络管理（2）设备的集中管理（3）对保证业务质量的支持2物理结构和功能结构接入网网管系统的功能体系结构基于TMN的功能体系结构，包括OSF，NEF和WSF三种功能实体。3网络管理协议接入网网管系统的网络管理协议采用CMIP，CMIP有关的概念在前面已作介绍。4网管系统的互连接入网是整个电信网的一部分，它的正常运行需要其网管系统与其他相关的网管系统保持一致性.5.2 接入网网管的管理功能5.2.1 PCF-OSF支持的管理功能端口与核心功能运行系统功能（PCF-OSF）支持的管理功能是对SNI，UNI与其支持的业务进行管理，主要包括SNI的配置、UNI的配置、UPF/SPF/CF的故障和性能管理与安全管理。