寬帶IP接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)例

第1章 HFC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

1.1 什么是HFC

1.2 HFC網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)

1.3 HFC結(jié)構(gòu)

1.3.1 傳統(tǒng)CATV網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不足

1.3.2 HFC網(wǎng)絡(luò)組成

1.3.3 HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.4 HFC網(wǎng)絡(luò)前端系統(tǒng)

1.4.1 什么是前端

1.4.2 前端功能

1.4.3 前端設(shè)備

1.4.4 有線電視前端解決方案

1.5 有線電視光纖主干網(wǎng)

1.5.1 光纖通信特點(diǎn)

1.5.2 光纖結(jié)構(gòu)與分類

1.5.3 影響光纖性能的主要參數(shù)

1.5.4 光器件簡介

1.5.5 光纖標(biāo)準(zhǔn)

1.5.6 光纜

1.5.7 光發(fā)射機(jī)

1.5.8 光接收機(jī)

1.5.9 光放大器

1.5.10 光分路器

1.5.11 光纖連接器件

1.5.12 光波分復(fù)用器(WDM)

1.5.13 光耦合器、光隔離器和光衰減器

1.5.14 有線電視光纜傳輸系統(tǒng)分類

1.5.15 AM光纜傳輸系統(tǒng)組成

1.5.16 AM光纜傳輸系統(tǒng)規(guī)劃

1.5.17 光纖傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.5.18 光纜施工

1.5.19 光纜施工

1.5.20 光纜傳輸系統(tǒng)維護(hù)

1.6 同軸電纜分配網(wǎng)

1.6.1 同軸電纜分配網(wǎng)簡介

1.6.2 同軸電纜分配網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.6.3 射頻同軸電纜

1.6.4 分配器

1.6.5 分支器

1.6.6 衰減器

1.6.7 均衡器

1.6.8 用戶終端盒

1.6.9 接插件

1.6.10 電纜放大器

1.6.11 同軸電纜分配網(wǎng)工程設(shè)計(jì)

1.6.12 某縣有線電視系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

1.6.13 某小區(qū)有線電視解決方案

第2章 雙向HFC網(wǎng)絡(luò)實(shí)用技術(shù)

2.1 為什么要建雙向HFC網(wǎng)絡(luò)

2.2 雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的主要功能

2.3 雙向傳輸方式

2.4 雙向HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

2.5 雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的主要部件

2.6 雙向HFC網(wǎng)絡(luò)施工

2.7 某市HFC有線電視網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

第3章 千兆位以太網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用

第4章 某市千兆位以太網(wǎng)解決方案

第5章 SDH技術(shù)及其IP應(yīng)用

第6章 Cable Modem寬帶接入技術(shù)

第7章 Cisco雙向HFC Cable Modem數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)解決方案

第8章 寬帶無線接入技術(shù)

第9章 非對稱數(shù)字用戶線(ADSL)技術(shù)

第10章 千兆位園區(qū)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

第11章 高性能園區(qū)Intranet網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

第12章 DWDM技術(shù)及其IP應(yīng)用解決方案

第13章 智能大樓和智能小區(qū)寬帶網(wǎng)絡(luò)解決方案

本書由三位多年從事寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成的通信博士編寫，詳細(xì)介紹了寬帶網(wǎng)絡(luò)集成實(shí)用技術(shù)，通過一個(gè)個(gè)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)工程方案的講解，使讀者能迅速理解寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)涵，學(xué)會寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，掌握寬帶網(wǎng)絡(luò)集成的實(shí)用施工技術(shù)。 本書的主要內(nèi)容包括:HFC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與施工技術(shù)，雙向HFC網(wǎng)絡(luò)實(shí)用技術(shù)，千兆位以及網(wǎng)技術(shù)及其應(yīng)用，某市城域千兆位以及網(wǎng)解決方案，SDH技術(shù)及其IP應(yīng)用，雙向無線接入技術(shù)，非對稱數(shù)字用戶線技術(shù)，高性能園區(qū)Intranet網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，DDM技術(shù)及其IP應(yīng)用解決方案，智能大樓與智能小區(qū)寬帶網(wǎng)絡(luò)解決方案。 本書適用于電信，廣播電視和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域和廣大工程技術(shù)人員，管理人員，大專院校師生和各類網(wǎng)絡(luò)技術(shù)培訓(xùn)班。

(1)寬帶點(diǎn)到點(diǎn)有源光纖數(shù)字環(huán)路

寬帶點(diǎn)到點(diǎn)有源光纖數(shù)字環(huán)路支持DSL等寬帶接入業(yè)務(wù)，集成IP語音媒體網(wǎng)關(guān)功能，是推動接入網(wǎng)在靈活點(diǎn)(交接箱處)寬帶化演進(jìn)的理想平臺，適合網(wǎng)絡(luò)從傳統(tǒng)電話端局向軟交換統(tǒng)一控制的寬帶網(wǎng)過渡，適用于過渡和改建的用戶地區(qū)使用，光傳輸技術(shù)目前采用以太網(wǎng)光纖直連或者M(jìn)STP。采用內(nèi)置MSTP技術(shù)，在接入網(wǎng)設(shè)備中提供綜合承載與組網(wǎng)能力，同時(shí)具有統(tǒng)一管理能力，也是一個(gè)經(jīng)濟(jì)的選擇。

(2)寬帶點(diǎn)到點(diǎn)有源光纖系統(tǒng)

寬帶點(diǎn)到點(diǎn)有源光纖系統(tǒng)包括寬帶點(diǎn)到點(diǎn)以太網(wǎng)技術(shù)和新一代MSTP技術(shù)。

寬帶點(diǎn)到點(diǎn)有源以太網(wǎng)技術(shù)，對用戶采用專線接入，每用戶帶寬可達(dá)100Mbit/s，局端設(shè)備簡單，傳輸距離長，成本隨用戶數(shù)的實(shí)際增長線性增加，適合于用戶分散的低密度區(qū)域。缺點(diǎn)是光纖設(shè)施專用，當(dāng)需求快速增長且用戶很密集時(shí)，空間需求和成本隨之迅速增加，因此不太適合高密集用戶區(qū)域。

新一代MSTP技術(shù)集成了VC級聯(lián)、通用成幀協(xié)議(GFP)和鏈路容量調(diào)整(LCAS)等新功能，可以提供較好的網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)可靠性，適于企事業(yè)用戶的光接入。

點(diǎn)對點(diǎn)直接光纖連接具有容易管理、沒有復(fù)雜的上行同步技術(shù)和終端自動識別等優(yōu)點(diǎn)。但其專線式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對于降低網(wǎng)絡(luò)成本沒有好處。另外，上行的全部帶寬可被一個(gè)終端所用，這非常有利于帶寬的擴(kuò)展。但需要綜合考慮局端設(shè)備的容量、出線密度、配線機(jī)房占用等不利因素。

(3)寬帶點(diǎn)到多點(diǎn)無源光纖系統(tǒng)

在點(diǎn)對多點(diǎn)系統(tǒng)中，由于光發(fā)送機(jī)和光纖由用戶共享，線路成本和核心設(shè)備成本得到有效分擔(dān)，而且避免了有源設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設(shè)備的故障率，提高了系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)節(jié)省了維護(hù)成本。此外，PON的樹形-分支拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使其適合用做居民用戶的接入技術(shù)，在這樣的場合下，如果部署保護(hù)功能，尤其是全保護(hù)功能，則會導(dǎo)致用戶接入成本升高，所以，一般采用無保護(hù)或者干線光纖保護(hù)。

無線接入技術(shù)是指接入網(wǎng)的某一部分或全部采用無線傳輸媒質(zhì)，向用戶提供固定和移動接入服務(wù)的技術(shù)。特點(diǎn)是:覆蓋范圍廣、擴(kuò)容方便、可加密等。無線接入技術(shù)分為移動接入技術(shù)和固定無線接入技術(shù)。

移動接入技術(shù)主要是為移動用戶和固定用戶以及在用戶之間提供通信服務(wù)。具體實(shí)現(xiàn)方式有蜂窩移動通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無線尋呼、集群調(diào)度。

固定無線接入(FWA)技術(shù)主要是為位置固定的用戶或僅在小范圍移動的用戶提供通信業(yè)務(wù)。連接的骨干網(wǎng)是PSTN，可以說FWA是PSTN的無線延伸，目的是為用戶提供透明的PSTN業(yè)務(wù)。

(1)LMDS(Local Multipoint Distribute System，本地多點(diǎn)分配系統(tǒng))技術(shù)

LMDS是一種點(diǎn)對多點(diǎn)的寬帶固定無線接入技術(shù)，主要使用無線ATM協(xié)議，并具有標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備接口和網(wǎng)管協(xié)議，工作頻段一般為20~40GHz，利用大容量點(diǎn)對多點(diǎn)微波傳輸，提供雙向語音、數(shù)據(jù)和視頻圖像業(yè)務(wù)。但由于工作于毫米波，其受氣候影響較大，抗雨衰性能差，工作區(qū)域受到一定限制。

LMDS系統(tǒng)通常由基礎(chǔ)骨干網(wǎng)、基站、用戶終端設(shè)備和網(wǎng)管組成，骨干網(wǎng)可由ATM或IP的核心交換平臺及因特網(wǎng)、PSTN互連模塊等組成。基站實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)與無線信號的轉(zhuǎn)換，可支持多個(gè)扇區(qū)，以擴(kuò)充系統(tǒng)容量。一般來說，用戶終端都有室外單元和室內(nèi)單元。LMDS系統(tǒng)可采用的調(diào)制方式主要為相移鍵控(PSK)和正交幅度調(diào)制(QAM)。無線雙工方式一般為頻分雙工(FDD)、多址方式為頻分多址(FDMA)或時(shí)分多址(TDMA)。

(2)MMDS(Multichannel Multipoint Distribute System，多點(diǎn)多信道分配系統(tǒng))技術(shù)

MMDS是服務(wù)商向用戶提供寬帶數(shù)據(jù)和語音業(yè)務(wù)的一種固定無線接入方案。MMDS工作頻段集中在2~5GHz，可用帶寬2′31.5MHz(上、下行)。3.5GHz MMDS頻段具有良好的傳播特性，傳輸距離可達(dá)10km。MMDS頻譜不受雨衰的影響，但可被建筑物衰減。

MMDS可提供點(diǎn)對點(diǎn)面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、點(diǎn)對多點(diǎn)業(yè)務(wù)、點(diǎn)對點(diǎn)無連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。與LMDS相比，MMDS不受雨衰影響，適用于用戶分散、容量較小的場合。MMDS基站與網(wǎng)絡(luò)側(cè)接入包括T1/E1、100 Base-T和OC-3，用戶側(cè)接口包括T1/E1、10 Base-T。因此，MMDS提供的帶寬比較有限，MMDS的建設(shè)成本相對于LMDS要低些。

(3)無線局域網(wǎng)

一般來說，凡是采用無線傳輸媒質(zhì)的計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)都可稱為無線局域網(wǎng)。這里的無線媒體可以是無線電波、紅外線或激光。無線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)還是傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)，是有線局域網(wǎng)的無線擴(kuò)展和替換。它是在有線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上通過無線HUB、無線訪問節(jié)點(diǎn)(AP)、無線網(wǎng)橋、無線網(wǎng)卡等設(shè)備使無線通信得以實(shí)現(xiàn)。

無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式包括有中心和無中心兩種模式。當(dāng)采用有中心模式時(shí)，由接入點(diǎn)AP對無線信道進(jìn)行集中式管理，當(dāng)采用無中心的方式時(shí)，各移動終端分布式地隨機(jī)訪問信道。

無線局域網(wǎng)為移動終端提供一種訪問廣域網(wǎng)的方式，也可由多個(gè)移動終端自由組網(wǎng)，共享資源。它主要支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送，也可提供語音和圖像業(yè)務(wù)的傳送。

無線局域網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)是投資少，移動終端可以動態(tài)、臨時(shí)組網(wǎng)，支持移動終端的漫游。缺點(diǎn)是覆蓋范圍有限，帶寬相對較小，且存在潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)。

銅線寬帶接入技術(shù)也就是DSL技術(shù)，主要包括高比特率的用戶數(shù)字環(huán)路(HDSL)、非對稱用戶數(shù)字環(huán)路(ADSL)和甚高比特率的用戶數(shù)字環(huán)路(VDSL)。傳統(tǒng)的銅線接入技術(shù)，即通過調(diào)制解調(diào)器撥號實(shí)現(xiàn)用戶的接入，速率為56kbit/s(通信一方為數(shù)字線路接入)，但是這種速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶對寬帶業(yè)務(wù)的需求。雖然銅線的傳輸帶寬非常有限，但是由于現(xiàn)在電話網(wǎng)非常普及，電話線占據(jù)著全世界用戶線的90%以上。充分利用這些寶貴資源，需要先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)和編碼技術(shù)。

全銅線接入網(wǎng)在雙絞線上采用時(shí)間壓縮復(fù)接(TCM)和回波消除技術(shù)來提高傳輸速率。但是，當(dāng)傳輸速率增加到T1(1554kbit/s)和E1(2048kbit/s)時(shí)，串?dāng)_和符號間干擾迅速增加。為了改善通信質(zhì)量，采用非對稱用戶線(ADSL)和超高速數(shù)字用戶線(VDSL)。

(1)ADSL用戶線

1989年，美國Bellcore首先提出ADSL技術(shù)。在實(shí)現(xiàn)FTTH比較困難的情況下，ADSL考慮了用戶線上傳輸視頻信號和多媒體信號時(shí)上、下行帶寬的不對稱性。美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ANSI)的TIE研究組制訂了第一個(gè)ADSL標(biāo)準(zhǔn)(即T1.413)，其單工下行最高傳輸速率為6.144Mbit/s。中國將8.192Mbit/s速率作為ADSL最高傳送等級速率。

雙絞線上ADSL的用戶頻譜的分配如下:0~4kHz頻段傳送語音基帶信號，實(shí)現(xiàn)電話業(yè)務(wù);20~120kHz頻段用來傳送上下行低速數(shù)據(jù)或控制信息，控制信息速率在16~64kbit/s;高頻段(124~1000kHz)的帶寬用于傳送下行高速數(shù)據(jù);最新的ADSL2+將頻段擴(kuò)展到2.208MHz。

(2)超高速數(shù)字用戶線(VDSL)

另一種數(shù)字用戶線技術(shù)是VDSL，這是一種在雙絞線上能夠提供最高傳輸速率達(dá)55Mbit/s，傳輸距離為0.3~1.5km的技術(shù)。VDSL的信道劃分如下:0~4kHz為用戶傳輸電話業(yè)務(wù);4~8kHz為上行通道，用于傳輸中低速數(shù)據(jù)，速率可達(dá)1.6Mbit/s;7000kHz以上為下行通道，傳輸高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，最大下行速率分為3檔:1.5km時(shí)為12.96~13.8Mbit/s，1.0km時(shí)為25.92~27.6Mbit/s，0.3km時(shí)為51.84~55.2Mbit/s。由于技術(shù)等因素，最初的VDSL產(chǎn)品采用較低的上行速率。

VDSL中，上下行信道均使用FDM(頻分復(fù)用)技術(shù)，并與POTS和ISDN信號分開。上行也可采用TDMA(時(shí)分多址)技術(shù)，此時(shí)上行信道相應(yīng)采用QPSK(正交相移鍵控)調(diào)制技術(shù)或SLC(簡單線路編碼)技術(shù)。

VDSL所要達(dá)到的目的是要在更短的距離上傳輸更多的信息，因此VDSL采用先進(jìn)的編碼技術(shù)，如CAP、DMT、DWMT(離散小波多音頻調(diào)制)和SLC等。為使傳輸誤碼率與壓縮的視頻信號相適應(yīng)，VDSL必須采用前向誤碼糾錯(cuò)方案，并采用交織技術(shù)，以糾正由于脈沖噪聲產(chǎn)生的誤碼。

(3)ADSL2/ADSL2+

ITU于2002年完成ADSL2(G.992.3，G.992.4)，它延長了傳輸距離，引入了無縫數(shù)據(jù)適配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)線路實(shí)時(shí)改變和兩端平滑同步，支持多線對端口綁定，支持智能管理及實(shí)時(shí)測試等功能。另外，ITU在2003年完成ADSL2+(G.992.5)，頻譜寬度從1.1Mbit/s提高到2.2Mbit/s，下行速率在0.9km之內(nèi)可達(dá)24Mbit/s，1.2km之內(nèi)可達(dá)20Mbit/s，1.5km之內(nèi)可達(dá)16Mbit/s。

總的說來，xDSL技術(shù)允許多種格式的數(shù)據(jù)、語音和視頻信號通過銅線從局端傳給遠(yuǎn)端用戶，可以支持豐富的業(yè)務(wù)類型。其主要優(yōu)點(diǎn)是能在現(xiàn)有90%銅線資源上傳輸高速業(yè)務(wù)，解決光纖不能完全取代銅線"最后一公里"的問題。但DSL技術(shù)也有其不足之處:它們的覆蓋范圍有限(只能在短距離內(nèi)提供高速數(shù)據(jù)傳輸)，且一般是非對稱的(通常下行帶寬較高)。因此，這些技術(shù)只適用于一部分應(yīng)用場景，可作為寬帶接入的過渡技術(shù)-從發(fā)展的角度來看，基于銅質(zhì)雙絞線和同軸電纜的各種寬帶接入技術(shù)都只是一種過渡性措施，可以暫時(shí)滿足一部分比較有需求的新業(yè)務(wù)，但如果要真正解決寬帶多媒體業(yè)務(wù)的接入，就必須將光纖引入接入網(wǎng)。

(4)VDSL2

VDSL2是第二代VDSL，與VDSL不同，ITU 制定了VDSL2+互聯(lián)互通標(biāo)準(zhǔn)，使VDSL2+實(shí)現(xiàn)了不同廠家的兼容。

與VDSL相比，VDSL2有更高的傳輸速率:在300m的短距離內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)雙向的100Mbit/s數(shù)據(jù)傳送速率;在300~1500m中等距離內(nèi)，通過采用柵格編碼技術(shù)和交織技術(shù)，傳輸速率也高于第一代VDSL。VDSL2有更遠(yuǎn)的傳輸距離，通過增強(qiáng)發(fā)射功率(20.5dBm)，并配合U0頻段和回波抑制的使用，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)4.5km左右。VDSL2摒棄了QAM調(diào)制方式，采用與ADSL2+同樣的DMT作為唯一的調(diào)制方式，能夠兼容ADSL2+技術(shù)。VDSL2由于融合了ADSL2+和第一代VDSL技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，因此在短距離內(nèi)，可以達(dá)到100Mbit/s傳輸速率，超過一定距離后，直接切換到ADSL2+模式，繼續(xù)提供中遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。這為ADSL2+向VDSL2過渡提供了良好的解決方案，運(yùn)營商可以根據(jù)需要逐步更新設(shè)備，既保護(hù)了原有的投資，又減少了技術(shù)選擇風(fēng)險(xiǎn)。

VDSL2具有完善的PSD控制能力，采用頻譜開槽、上行功率削減(UPBO)、MIB控制PSD等技術(shù)來完成功率譜的管理，消除或減小干擾對傳輸性能的影響，提高對接入環(huán)境的適應(yīng)能力。同時(shí)也具有良好的視頻業(yè)務(wù)支持能力。充分考慮了視頻業(yè)務(wù)對分組丟失或誤碼敏感的特點(diǎn)，在脈沖噪聲保護(hù)、動態(tài)改變交織深度以及雙延遲通道等方面做了大量的工作，以降低脈沖噪聲造成的誤碼、分組丟失的概率。

除此之外，VDSL2還具有多種模板(Profile)配置、環(huán)路診斷以及在線重配置(OLR)等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。