宽带接入网毕业设计

摘 要摘 要本文首先对宽带接入网的定义，主要技术及其主要优势作了探讨，接下来又对 HFC 宽带接入网的技术进行了介绍，包括 HFC 接入网的基本原理，频段分配及拓扑结构等。另外对和 ADSL 接入网技术进行了介绍，包括 ADSL 技术的特点，性能分析等。关键词：宽带接入网 HFC ADSL目录目录第 1 章 绪论 .11.1 宽带接入网技术的现状 .11.2 宽带接入网技术的发展趋势 .21.3 本章小结 .3第 2 章 宽带接入网技术的定义及其主要技术 .42.1 宽带接入网技术的定义 .42.2 宽带接入网的主要技术 .52.3 宽带接入网的优势 .72.4 本章小结 .7第 3 章 HFC 宽带接入网技术简述 .83.1 HFC 网的组成与基本原理 .83.2 HFC 接入网的频段分配 .93.3 HFC 网的拓扑结构 .103.4 HFC 网的基本模式 .103.5 HFC 宽带接入网技术要解决的问题 .11第 4 章 ADSL 技术简述 .124.1 ADSL 技术概述 .124.2 ADSL 技术的特点 .124.3 ADSL 宽带接入网的性能分析 .134.4 ADSL 宽带接入网安全设计 .13结 论 .15致 谢 .16参考文献 .17第 1 章 绪论1第 1 章 绪论1.1 宽带接入网技术的现状进入 21 世纪以来，全球宽带接入网进入了大发展阶段。我国宽带接入网在近两年发展也十分迅速。据初步统计，到 2004 年底我国宽带用户达到 2 500 万，成为仅次于美国的第二大宽带接入市场,其中主导技术是 ADSL，大约占 70左右，其次是以太网技术，还有少量宽带无线接入和电缆调制解调器接入。在国内，宽带接入对固网运营商的业务发展起着举足轻重的作用，已成为固网运营商主要的投资方向和业务收入来源之一。从中国 2 亿多的电话用户和不足 1%的宽带普及率来看，未来相当长的时间内 DSL 都具有较大的发展空间。目前商用用户的速率为 512kbit/s，这主要受限于上游 IP 城域网的压力。DSL提速迫在眉睫，特别是随着 IPTV、网上 VOD 点播等视频业务的开展，512kbit/s 的速率已经不能满足需求。从近期看，2Mbit/s3Mbit/s 的速率是比较理想的速率。随着电信业务从语音业务向数据业务的战略转移，加快发展宽带业务已成为固网运营商未来业务发展的战略性选择。 1从用户需求角度看，现有接入网络需要针对住宅用户、商业用户和酒店用户的不同特点，通过不同的接入方式，满足不同层次用户的需求。目前仅根据用户收入对大客户进行划分，一般地对于大规模商业用户和酒店用户采用光纤直驱的专线接入方式，而对于潜在的大型客户或中小用户缺乏多样化、灵活有效的服务等级支持，一定程度上限制了对客户增值潜力的充分挖掘。2从服务能力角度看，语音、数据和视频的综合多业务接入将是未来接入网络发展的重要目标和演进趋势，对服务等级协议(SLA)的全方位保障是目前实北京信息职业技术学院毕业论文2现电信级运营的重要环节。但是现有接入网络经历了长期的建设，设备制式多，客户端设备种类复杂，对于 CPE 设备缺乏必要的维护能力和管理能力，限制了端到端服务质量的保证，使得在部分地区开展高带宽、高实时性业务（如视频会议业务）存在一定的困难。3从运营维护角度看，传统宽带接入网络由于技术发展水平的局限和已敷设线路资源的限制，接入侧维护成本已经接近整体宽带接入运营成本的一半，由于线路和终端的日常维护、故障的定位和排除等辅助功能不足，为运营商带来了高额的支出。1.2 宽带接入网技术的发展趋势1DSL 技术在相当长一段时间内仍将是主流的宽带接入技术。ADSL2/2+技术正逐步发展成熟，在 2005 年，它将逐步取代第一代 ADSL技术，在宽带接入领域扮演主力军的角色。对于 ADSL2 和 ADSL2+两种新一代 ADSL 技术，ADSL2 技术由于其下行速率与第一代 ADSL 技术相比没有太大的提高，而 ADSL2+技术拥有 ADSL2 技术所具有的优良特性，所以，ADSL2/2+技术将以 ADSL2+技术的形式发展。VDSL 技术在 VDSL2 标准推出之前不会有大规模的发展，但目前基于 DMT 调制的 VDSL 技术的双向对称特性和短距离范围内超过 100Mbit/s 的高下行带宽特性仍具有无可比拟的优势，因此，在 VDSL2 标准和技术成熟前，基于 DMT 调制的 VDSL 技术将作为ADSL2+技术的补充，会得到少量的应用。 2EPON/GPON 光纤接入技术将有一定的发展，但完全实现 FTTH 还需要相当长的一段时间。随着 EPON 技术发展成熟、设备价格的下降， EPON 技术在高档住宅小区和商用大厦将有一定的应用。GPON 技术仍不完全成熟，目前很少有厂商支第 1 章 绪论3持，虽然 GPON 推出的初衷是支持各种业务的综合接入，但随着整个网络和业务的 IP 化，GPON 技术优势越来越不明显，而且其价格问题和技术成熟性一直让运营商对这项技术感到困惑。虽然 EPON/GPON 光纤接入将有一定的发展，但其高成本、业务需求与定位、光缆布放、对维护人员的高要求等因素将会减缓 FTTH 的进程，特别是光器件、光纤、光接续等技术和成本能否快速降低在很大程度决定了光接入技术的发展。1.3 本章小结本章首先介绍了一下宽带接入网技术正在快速地向高带宽、可管理、更经济、更方便、能提供一定服务质量的方向发展，并向下一代网络靠拢。而宽带接入技术的综合化能更容易地结合不同技术的优势，更好地满足业务的发展需求，并能适应向未来网络技术的演变。其次介绍了近十几年来，宽带接入网技术有了长足的进展，其中的新技术也不断被发掘，最后介绍了宽带接入网技术的发展趋势也在逐步上升。北京信息职业技术学院毕业论文4第 2 章 宽带接入网的定义及其主要技术2.1 宽带接入网技术的定义接入网是指用户和端局（即本地交换局）之间的所有机线设备，具有复用、交叉连接和传输等功能，能支持各种交换型和非交换型业务。图 1-1 给出了接入网在整个通信网中的位置分布图。其中：用户是指用户终端设备（如计算机、电话机等）和用户驻地设备（如用户交换机等） ；核心网是指本地局与市话局、市话局与长途局、长途局与长途局之间的所有区段。可见，接入网是用户与核心网之间的中介网，也可以看成是公共通信网的末端网。图中还给出了接入网与用户之间的接口 UNI（称为用户-网络接口） 、接入网与核心网之间的接口SNI（称为业务节点接口） 。利用这些接口，也可以定义接入网是指 UNI 和 SNI之间的所有机线设备。接入网将来自用户的所有业务流组合后通过公共传输通道送往业务节点（如：本地交换机等） ，反过来则将来自业务节点的业务流分开后送往各个用户，其中需要完成 UNI 信令和 SNI 信令的转换，但接入网本身并不解释和处理信令的内容，即对用户信令透明。按照线路的转接配置，端局到用户之间的线路连接结构如图 1-2 所示。其中：端局本地交换机（LE）和交接箱之间用大径多芯（几百至几千对芯）馈线连接，交接箱和分线盒之间用小径多芯配线连接，分线盒和用户终端之间是用细径双芯引入线连接。交接箱的作用是完成馈线和配线之间的交叉连接，分线盒的作用是完成配线和引入线之间的分路/合路。通常馈线长几公里，配线长几百米，引入线长几十米。传统的电缆接入网就是这种结构。第 2 章 光纤通信系统及关键技术5接入网的目的是综合考虑本地交换局、用户环路和终端设备，通过有限的标准化接口将各种用户的需求接入业务节点。接入网的引入给通信网带来了新的变化，使整个通信网络结构发生了根本的变化。由于受传输损耗、传输带宽及噪声等的限制和影响，现行铜线接入网已越来越难以满足电信新业务发展的需求，并逐步成为宽带综合业务数字网的瓶颈所在。作为交换局与用户终端之间的连接纽带，接入网的数字化、宽带化理所当然地被提到议事日程，成为当前电信网发展的焦点之一。近来，随着技术成本的持续下降、电信市场的日益开放以及以 IP 为代表的数据业务的爆炸式增长，网络的带宽与容量再次成为热门话题和紧缺商品。以美国为代表的发达国家的骨干网正向超高速和超大容量的方向发展，高达 160Gbps(1610Gbps)的波分复用系统已投入应用,同时，为了适应这一新的形势，接入网的宽带接入技术也呈现了新的发展态势。2.2 宽带接入网的主要技术1. 接口技术：主要指V5 接口。V接口是数字交换机的数字用户接口，定义在本地交换机的用户侧。与以前定义的V1 到V4 接口不够标准化相比，V5 接口综合考虑了本地交换机，用户环路与终端设备，是用户数字传输系统和交换机相结合的新型数字接口，目前已标准化的有V5.1（G964）和V5.2（G965）接口，前者支持 2Mbps速率的业务，后者支持多达 16 个 2Mbps，将来还准备定义针北京信息职业技术学院毕业论文6对SDH速率的V5.3 接口和针对宽带业务的VB5 接口。2. 光纤接入：光纤是目前传输带宽最宽的介质，目前主干网中已大量采用光纤，如果将光纤应用到用户环路中，定能满足将来各种宽带业务的需要。可以说，光纤接入是宽带接入网的最终形式，但目前要完全抛弃现有的用户网络，全部重新铺设光纤，对于大多数国家和地区来说还是不经济不现实的。3. 混合接入：主要有混合光纤/同轴（HFC）技术，同轴也是一种带宽较宽的介质，目前CATV网就是一种混合光纤同轴网络，主干部分利用光纤，然后用同轴经分支器接入各家用户。HFC接入技术的一大优点是可以利用现有的CATV网，从而降低网络成本。4. 铜线接入：铜线接入以现有的电话线为传输媒介，利用各种先进的调制技术和数字信号处理技术，来提高铜线的传输速率和距离。但是铜线的传输带宽毕竟有限，铜线接入方式的传输速率和传输距离是一对难以调和的矛盾。5. 无线接入：无线用户环路（WLL）指利用无线技术为固定用户和移动用户提供电信业务，因此无线接入可分为固定无线接入和移动无线接入，采用的无线技术可以包括微波，卫星等。无线接入的优点有：初期投入小，能迅速提供业务，无线接入不需要铺设线路，所以可以省去铺线的大量费用和时间；灵活，可随时按需进行变更，扩容，抗灾难性强；当然无线用户也有许多缺点，如性能不如有线方式，质量不稳定，受环境影响大，目前还难以提供宽带接入，虽然现在已经开始研究利用ATM技术的无线接入系统，但离现实有很大的距离。对于各种接入技术，对于不同的国情，不同的应用场合，应比较各种技术的优缺点，灵活选择。目前世界各地所采用的接入技术就是五花八门的，但总的来说目前实际应用的宽带网络中，提供宽带业务的宽带接入网络主要有三种：光纤接入网，HFC 网和铜线接入网。许多专家学者和工程技术人员相继发表文章陈述各种技术的利弊，激烈的争论和技术本身的飞速发展使得广大技术人员感到有些无所是从，在一定程度上影响了接入网的建设，改造。本文主要对HFC 宽带接入网的技术问题进行了分析讨论，重点研究了 HFC 接入技术的国际标准，协议，回传通道的噪声问题，以及为解决噪声问题而采用的集中分配式 HFC 网络和 S-CDMA 电缆调制解调器等，最后对宽带接入网建设的一些问第 2 章 光纤通信系统及关键技术7题进行了讨论，综合我国的接入网状况，提出了适合我国现状的宽带接入方案。2.3 宽带接入网的优势宽带接入网的技术实现手段有多种，包括铜线上的DSL和以太网技术，同轴电缆上的HFC技术，光纤上的各种有源和无源技术，以及无线上的宽带接入技术等。当前各种宽带接入技术都在发展和应用，从世界范围看，电信公司是以ADSL 为主发展的。根据ATM论坛的统计，2004 年第一季度全球已有 7340 多万ADSL 宽带用户，其他宽带接入技术的用户量都不是很大。 4目前的 ADSL 技术是建立在铜线基础上的宽带接入技术，然而铜是世界性战略资源，所以随着国际铜缆价格的持续攀升，以铜缆为基础的 xDSL 的线路成本会越来越高；其次，作为有源设备，电磁干扰难以避免，维护成本也会越来越高；最后，随着全网的光纤化进程继续向用户侧延伸，端到端宽带连接的限制将越来越集中在接入段，目前 ADSL 上行 1MBit/s 和下行 8MBit/s 的连接速率已无法满足高端用户的长远需求。尽管 ADSL2 和 ADSL2技术有望缓解这一压力，但其速率和传输距离的继续大幅度提高是受限的，不能指望有本质性突破。显然，随着光纤在长途网、城域网乃至接入网主干段的大量应用，逻辑的发展趋势将是继续向接入网的配线段和引入线部分延伸，关键是推进速度有多快。这将取决于多种因素，包括市场的需求、竞争的需要、应用的刺激、技术的进步、成本的下降以及配套运维系统的开发，等等。我国举办 2008 年奥运会和 2010 年世界博览会这两大事件将在一定程度上推进宽带光纤接入网的发展。下面将重点从技术角度来分析几种主要宽带光纤接入技术的特征、问题和发展趋势。2.4 本章小结本章首先介绍了宽带接入网技术的定义，其次介绍了宽带接入网以下几个主要技术：接口技术，光纤接入，混合接入，铜线接入，无线接入等，最后介绍了宽带接入网的优势。北京信息职业技术学院毕业论文8第 3 章 HFC 宽带接入网技术简述3.1 HFC 网的组成与基本原理HFC（Hybrid Fiber Coax）即光纤同轴混合网。HFC的基本结构为前端到光接点之间采用光缆传输，在光节点和用户之间再用同轴电缆入户。典型的 HFC 网络可分为三个主要部分：前端光传输链路用户，同轴电缆分配网和用户端设备。图 2-1 所示为 HFC 网络体系组成简图。HFC网的工作原理如下：HFC 网中所有语音,数据,模拟视频,数字视频信息经由相应调制转换成射频（即HF、VHF、和UHF ）模拟信号，经由频分