光纤接入网规划设计.docx
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光纤接入网规划设计
光纤接入网规划设计
第8章光纤接入网规划设计
接入网（AN）是电信的重要组成部分，用户接入网直接连接到千家万户，是整个网络的最低层，也被称为信息高速公路的最后一公里，因此，接入网成为目前人们关注的焦点。
目前，接入网正朝着能提供数据、语音、图象的方向发展，做好接入网的规划和建设是当务之急。
本文首先介绍了光纤接入网的定义、定界、特点、拓扑结构，然后介绍了它的发展状况，最后通过分析本地区的接入网，做出具体的光纤接入网的规划和设计，并对设计方案的选择、网络的构造、今后的发展做出了分析，并提出了接入网建设中存在的问题及解决方法。
8.1概述
自我国1997年1月以来，光纤接入网在全国各地得到了蓬勃发展，全国341个本地网中有320个本地网建设了光纤接入网。
光纤接入网的迅猛发展为提高国家信息化水平作出了积极的贡献。
光纤接入网在实现国家信息现代化过程中起着越来越重要的作用，是现代通信网不可或缺的组成部分。
现代通信网基本实现了基于光纤的骨干网的传输和交换，而接入段仍然是制约现代电信网进一步发展和完善的“瓶颈”，因此，要建设国家信息基础结构（NII），接入网是关键。
接入网技术的发展，将导致通信信息网的巨大变化，即语音、数据、图像等各种信息业务综合一起传送，实现资源共享，逐步优化通信网络，大大提高网络效益。
接入网的概念
.1接入网的定义与定界
接入网（AN）是业务接点（如本地交换机、有线电视中心……..）与最终用户之间的连接网络，他是国际电联为了适应电信业务的数据化和宽带化的发展趋势，充分利用资源，即着眼于经济性又对未来技术进步性和业务发展的适应性，综合考虑本地交换机（IE）、用户终端设备，通过一组有限的标准化接口，将各种业务接入到业务接点而提出的。
接入网通常包括用户线传输系统，复用设备或用户网络/终端设备。
它在电信网中的位置如图1.1所示
UNISNISNIUNI
UNI：
用户网络接口SNI：
业务接点接口核心网：
交换网+传输网
图1.1接入网在电信网中的位置
.2接入网的物理模型
如图1.2所示：
.3接入网的特点
目前接入网一般以双绞线接入为主，由于其地理分布及技术特点具有以下特点：
（1）业务密度低
核心网是高密度互连的网络，可以应付很高密度的业务需求。
通常他的话务量是很高的，而接入网的话务量却相对较低，从统计结果来看，接入网的电路占用率锹核心网的电路占用率低的多，因而，该网络的经济效益就很差。
（2）缺乏规模经济，成本较高
核心网的成本至少有成千上万个用户来分担，即便采用复杂昂贵的设备也能达到规模经济，迅速收回投资，而接入网则相反，用户接入线由个别用户专用，对成本特别敏感，难以由很多用户共享，而且用户较为分散，投资成本就高，回收周期就长。
（3）技术演进迟缓
众所周知，在过去的几十年间无论是交换设备还是传输设备有已经经历了几代的更新，然而传统的接入网技术已经使用了近一个世纪，现在才刚刚开始变化。
接入网的接口
接入网具有以下三种接口
（1）业务接点接口（SNI）：
具有对交换机的模拟接口（Z接口）、数字接口（V接口），对接点机的各种数据接口以及针对宽带业务的各种接口。
（2）用户网络接口（UNI）：
具有模拟电话接口、N-ISDN接口、B-ISDN接口、各种数据接口和宽带业务接口。
（3）Q3接口：
是电信管理网和电信各部分的标准接口，AN作为电信网的一部分，也应通过Q3接口和管理网相连，使电信管理网能对其管理。
接入网的网络拓扑结构
宏观地看接入网的基本拓扑结构有四种：
星形、树形、总线形和环形。
（1）星形结构：
此类结构适用于传输距离较远，用户密度较高的企事业单位和居民用户区。
（2）树型结构
该结构的一种典型形式就是无源光网络（PON），他通过光纤和光分路器等无源器件将信号分送至用户，PON的外部现场没有有源设备，使网络对传输设备的制式、带宽和传输方法没有限制，适于引入新业务，并减少了维护工作量。
但其广播式的结构使其上
行速率受到限
制。
（3）环形结构
环行结构利用分插复用器可以构成可靠性很高的自愈环行网，其中单向倒换环最适合这样业务量集中于端局的情况。
她的网络可靠性高，利用SDH的同步复用和软件可实现灵活动态地安排业务，故障排除，适用于任何宽、窄带业务。
8.2接入网的发展状况
接入网的业务和市场
迄今为止，我国的主要业务仍然是电话，约占总业务量的70%左右，因而目前接入网的主要目标仍然是针对电话业务的，但其近期和中长期所要支持的业务如下表2.1所示：
小型企事业单位和居民用户的宽带业务
大型企事业单位的宽带业务
近期
中长期
点播电视（VOD）
交互试图像游戏
交互式图像业务
远程教育
多媒体库
广播电视
事务业务
目标型广告
图像信箱业务
可视电话业务
高速数据业务,包括以太网,光纤分布式数据接口（FDDI）光纤通路系统,交换式多兆比数据业务（SMDS）,帧中继（FRS）和异步传递模式（ATM）等.会议电视业务
表2.1接入网的业务需求表
管理体制开始改革并逐渐深化，电信市场也逐步放开，新的运营者不断加入，中国电信业的竞争逐渐拉开序幕，而且在今天的电信格局正发生一次深刻的历史行的改革。
如果说过去电信和通信概念之间有很大的差异，那么今天，它们之间的差异已很小。
新电信已不是电话通信，而是多媒体通信。
因为话音、数据和图象通信都在数字化，而一切可以抽象描述和表示的内容正在分组化。
当然这种改革首先是市场驱动的。
与此同时，中国电信不分领域的竞争日趋激烈。
接入网历来是网络运营商和业务提供者以及不同网络运营者之间竞争的焦点。
总的看来，主要竞争焦点是两大电话公司与有线电视公司的竞争，以及有线技术和无线技术的竞争。
接入网应用与发展
目前，全球范围内接入网的发展趋势是宽带化和无线化。
近期最为突出的特点是宽带化，采用光纤接入或对现有铜线进行升级改造。
同时无线接入在接入网中所占的比重逐渐增大，预计在未来的10-15年内有可能与有线用户持平。
我国的接入网建设方兴未艾，市场潜能是巨大的。
推进接入网建设，意味着推进光纤进一步推向用户，可以方便地引入新业务。
也易于向宽带过度，随着通信信息技术的进一步发展，接入网必将自成体系，独立发展，为接入网骨干网网络体系中做重要的组成部分。
1、XDSL陆续投入商用
当前世界各国的运营公司为了利用现有用户线资源，正在积极开展铜线接入技术，包括ADSL、HDSL和VDSL等，统称为XDSL技术，现已投入商用。
2、HFC持续发展
在宽带数据业务领域，传统的电信运营公司面临来自有线电视公司的挑战。
有线电视的HFC网络在传送电视信号的同时，可以传送高达10Mbit/s的数据。
由于有线电视网的普及率很高，潜在的用户数目非常可观。
美国1997年已有20%的有线电视网改造成双向传送网，1997年底已经达到60%以上。
3、光接入的发展方向
XDSL技术和cablemodem是目前提供快带接入的基本方案，但这两种技术都有不足之处，当用户需要几十或几百兆带宽时，就无法满足。
因此他们只是宽带接入的过度方案，接入瓶颈问题的最终解决方案是光接入网（OAN）。
4、DWDW将进入接入网
由于用户对快带的需求不断提高，密集波分复用（DWDW）正在由网络核心向终端用户推进。
本地网正在从TDM业务向新一代公众网演进。
新一代公众网将通过协议或基于分组的基础设施传送大量的各种业务，这样的网络具有高度扩展性和无限的透明带宽。
随着技术的发展，千兆以太网逐渐进入家庭。
2001年初加拿大提出了G比特到家庭网络，该网络最初只提供INTERNET服务，在话音和图象业务能够被经济有效的转移到GITH网络以前，用户可以继续利用现有的电话和有线电视网获得话音和视像业务，因此费用远远低于FTTH（如表2。
2所示）
表2.2几种接入方式成本的比较
接入技术
每个用户连接的成本（美元）
FTTH
1500~3000
HFC
1200~1500
GITH
900~1000
POTS
600~900
我国光纤接入的现状
1）光纤接入网市场国产设备唱主角
光纤接入网的市场有别于传统的交换机市场，国产设备由于起步早、改进快等特点，在接入网市场上占据了绝对优势。
到目前为止，有近20个国内外厂家的接入网设备获得信息产业部的入网许可证，其中ZXA10和HONET两种产品的市场占有率就达到93%左右。
2）接入网的覆盖率很高
全国已经有约320多个本地网建设了接入网，覆盖率达到全国341个本地网的95%，西藏和香港也不同规模地应用了光纤接入网。
3）各省市的接入网建设量差别较大
据初步统计，在已经建设的4300万线接入网中，广东、山东、河南、江苏、浙江、辽宁、安徽和河北等省的建设量较大，8个省共计2200万线，超过了总量的一半以上，而低于60万线的有北京、黑龙江等10个省市。
4）无线村地环路日益萎缩
前几年为了解决偏远地区和农村地区的电信服务，无线本地环路获得了较大的发展，但随着电信的分营和企业化运作，中国电信的投资转移到以城市为重点，这在很大程度上限制了WLL系统在农革的推广，建设量也在逐年减少。
光纤的选择
光纤种类性能参数
G.652光纤
G.652光纤
G.652光纤
G.652光纤
模场直径
8.6~9.5um
7~8.3um
8~11um
9.5um
2~20m长跳线光缆截止波长
1260nm
1270nm
1480nm
--------
零色散波长
1300~1324nm
1500~1600nm
-------------
-----------
零色散斜率
1.093
ps/（nm^2.km）
1.085
ps/（nm^2.km）
-----------
0.1
ps/（nm^2.km）
最大色散系数（1.3um波段）
3.5nm.km
（1288~1399nm）
----------
-------------
-----------
最大色散系数
（1.5um波段）
20ps/nm.km
（1525~1575nm）
3.5ps/nm.km
（1525~1575nm）
1.1~6.0
ps/nm.km
（1530~1565nm）
2.0~6.0
ps/nm.km
（1530~1565nm）
包直径
125+或-2um
125+或-2um
125+或-2um
125+或-2um
典型衰减系数
（1310nm）
0.3~0.4dB/m
-----------
-------------
-------------
典型衰减系数
（1550nm）
1.17~0.25
dB/km
0.19~0.25dB/km
0.19~0.25dB/km
0.19~0.25dB/km
ITU-T有关光纤的主要规范
接入网中使用的光缆仍将采用目前广泛使用的1310nm窗口性能最佳的光纤，即G.652光纤。
目前有关单位（武汉邮电科学研究院、邮电部第五研究所）正在制定有关接入网用光纤带光缆的相关技术规范，包括骨架式、层绞式、中心束管蔚蓝色光缆，最大光纤芯数为800至1，200。
光缆芯数的取定可遵循以下原则：
重要用（主要包括金融、商贸等综合性大楼）按八至12芯考虑，其中初期使用两芯，设备扩容升级考虑两芯，CATV预留一芯，剩余纤芯留作备用或作为FTTO的馈线光纤；居民区按户数考虑光缆芯数，每500户布放八至12芯，其中初期使用两芯，设备扩容升级预留两芯，剩余光纤留作备用或作为FTTH的馈线光纤。
另外每1，000户还需考虑CATV用光纤一芯。
未来光纤接入网的发展方向
1）宽带化和综合化
宽带接入是市场发展的总体趋势，光纤入户将是宽带接入的必然。
xDSL、双总线综合接入等作为完全光纤接入的过渡技术，将在未来几年内扮演宽带接入市场的主角。
未来的接入网要实现单一平台上宽窄带多种业务的综合接入，实现业务与网络的分离，即要进一步向宽带化和综合化的方向发展。
同时光纤接入网也要能够灵活支持与其它接入方式的联合组网。
2）向下一代网络（NGN）的演进
从技术发展上来看，传统的电话网、数据通信网以及有线电视网三大行业的技术差别正在逐步消失，技术的融合将进一步引发网络融合、业务融合及产业融合。
下一代网络（NGN）是可提供包括话音、数据和多媒体等业务的综合的、开放的网络。
其发展趋势可概括为：
网络设备构件化、网络互通网关化、接入技术多样化、网管一体化、终端智能化、业务交换控制功能分离和核心网络分组化。
NGN在未来通信网中占据主导地位后，光纤接入网也将随着融合到下一代网络当中。
光纤接入网应该是一个不断发展、不断革新的开放体系，接入网设备可以通过相应的信令网关和中继网关将窄带业务接入到NGN网络中，通过宽带数据网关将宽带业务接入到NGN网络中.
8.3接入网涉及的各种技术
接口技术
接入网依赖于各种接口将各种类型的业务从用户端接入到各个电信业务网，在不同的配置下，接入网有不同的接口类型。
接入网的两侧有两种接口，用户侧是用户网络接口（UNI），她支持各种业务的接入，对不同的业务采取不同的接入方式，对应不同的接口类型。
接入万能感的业务侧是业务接点接口（SNI）。
是不同的用户业务能与交换机相连。
.1V5接口的基本概念
本地交换机通常以Z接口连接用户线，随着光纤和数字用户传输系统的引入，如继续采用Z接口将增加的A/D变换次数，这样既增加了传输损耗，也很不经济。
而数字业务的发展，要求从TE到LE之间应是透明的数字连接，这就要求数字交换机提供数字用户接入能力，为此开发出了本地交换机用户侧数字接口，统称为V5接口。
V5接口在接入网中的位置如图所示：
1、V5接口的技术特点和功能比较
V5.2接口按需要可以有1~16个2.048Mbps链路构成，除了支持V5.1接口提供的接入类型外，还支持ISDN一次群速率接入。
这些接入类型都具有灵活的、基于呼叫的承载通路分配，并且具有集线能力。
对于模拟电话接入，既支持单个用户接入，也支持PABX的接入，其中用户线信令可以是DTMF或是线路状态信令，并且对用户的补充业务没有热和影响。
在PABX接入的情况下，也可以支持PABX的直接拨入（DID）功能。
对于ISDN的接入，B通路上的承载业务、用户综合（综合）业务以及补充业务均不受限制，同时也支持D通路和B通路中的分组数据业务。
2、接口支持的业务包括：
PSTN接入（包括单个用户PSTN和PABX接入）
ISDN基本接入（ISDN-BA）
永久线路（PL）接入
半永久租用线路业务
永久租用线路业务
ISDN一次群速率接入（ISDN-PRA）
.2V5接入的优点
大家知道，由国际交换机厂商20世纪80年代推出的传统的远端模块方案，虽然在业务功能、经济容量几经改进，但仍具有两条明显缺陷：
含交换机功能和交换接口不开放。
这显然不符合通信技术的发展方向。
而采用开放的V5标准接口，可支持利用不同的传输媒介的接入类型和业务，并且可以独立于交换机而发展，不受交换机的限制。
当业务接点被改变或被淘汰后，接入网仍能发挥作用。
通过接口可以容纳各种设备，不同厂家的可以在此基础上互连，用户在选择设备时也有了很大的自由度。
这无疑是众多厂家之间的竞争，促进网络发展的现代化。
铜线接入技术
电话网中的用户铜线是目前全球普及绿最高的接入介质，在传统的线路基础设施中，各地已铺设了大量的铜线，并且引入到了千家万户中。
因此，本地电话网中铜缆的大量存在，预计还要持续相当长的时间。
为了继续发挥铜缆的作用，尽可能向用户提供宽带和高速业务，已经出现了利用铜缆来提高传输速率的新技术。
目前，研究比较集中竞争较强的有两个铜新技术的XDSL和有线调知解调器（cablemodem）。
.1XDSL技术
XDSL技术是80年代开始研究的在铜线上高速调制和解调技术，按照上行和下行的速率是否相同可分为速率对称型和速率非对称型两种。
速率对称的XDSL有IDSL、HDSL、SDSL、HDSL2等多种形式。
非对称的XDSL有ADSL和VDSL等。
IDSL系统提供128Mbps双向速率对称型通信业务。
HDSL采用两对双绞线来提供全双工的2Mbps数字连接能力，无须再生中即器即可在0.4mm至0.6mm直径的双绞线上将2Mbps传至3至5KM之远，因而不仅提供了较强的无中继传输能力主要用于企事业用户。
HDSL技术应用如下图所示：
随着技术的发展，千兆以太网逐渐进去家庭，2001年初，加拿大提出了G比特到家庭网络，该网络最初只提供INTERNET服务，在话音和图象业务能够被经济有效地转移到GITH网络以前，用户可以继续利用现有的电话和有西安电视网获得话音和视像业务，因此费用远远低于FTTH（如表2.2所示）GITH的成本比XDSL高一些，而低于HFC。
XDSL和cablemodem的使用寿命较短，GITH的主要组成部分一般可以使用20~30年。
.2宽带无线接入
目前，作为宽带无线接入系统的代表—本地多点分配业务（LMDS）的系统受到越来越多的关注。
它是一种能够提供电话、视像节目、数据业务的宽带无线接入系统。
欧洲把它成为微波视像分配系统（MVDS），加拿大成为本地多点通信业务（LMCS）。
SDSLSingle–LineDSL
这是HDSL的单线版本，它可以提供双向高速可变比特率连接，速率范围160Kbps~2.084Mbps，它利用单对双绞线，支持多种速率到T1/E1，用户可根据数据流量，选择最经济合适的速率，最高可达E1速率，比用HDSL节省一对铜线。
在0.4mm双绞线上的最大传输距离为3公里以上。
ADSL传输速率与传输距离的关系如图2.4所示：
ADSL使用普通电话线作为传输介质，虽然传统的MODEM也是使用普通电话线作为传输的，但它只使用了0K到4KHZ的低频段，而电话线理论上有接近2MHZ的带宽，ADSL正是使用了26KHZ以后的高频带才能提供如此高的速度。
具体工作流程是经ADSLMODEM编码后的信号通过电话线传到电话局后再通过一个信号识别器/分离器，如果是语音信号就传到交换机上，如果是数字信号就接入Internet。
当你的电话线两端连接ADSLMODEM时，在这个电话线上便产生了三个信息通道：
一个速率是1.5mbps~9mbps的高速下行通道，用于用户下载信息；一个速率是16Kbps~1Mbps的中速双工通道，用与ADSL控制信号的传输和上行的信息；一个普通的老式电话服务通道；且这三个通道可以同时工作。
当前ADSL调制解调设备多采用3种线路编码技术分别成为抑制载波幅度和相位（carrier-lessmplitudeandphase,CAP）,离散多音复用（disceretemultitone,DMT）,以及离散小波多音复用（discretewaveletmultiton,DWMT）。
其中CAP的基础是正交幅度调制（QAM），在CAP中数据被调制到单一载波之上，每个载波上的数据使用QAM进行调制，DMT中使用大家熟悉的快速傅立叶变换算法做识字信号处理，而在DWMT中。
则用近年来新兴的小波变换算法代替快速傅立叶变换。
一个ADSL调制解调器将多路下行通道中，双工通道中以及维护信道中的数据流组合成数据块（block），并在每一数据块中附加纠错代码，接受端则通过此纠错代码对在传输过程中产生的误码进行纠错年。
实验表明：
此纠错编码技术完全可以达到MPEG-2和其他数字图象压缩方法的要求。
目前使用最为广泛的是DMT调制技术，该技术已经被广泛的采用。
目前采用的标准有DMT全速标准上行1M下行6M和G.Lite标准DVD相当的要求，但是对线路要求较高，而且必须使用信号分离器，设备费用昂贵；安装和调试也比较复杂。
后者虽然传输速度一般，但是也比modem和N-ISDN有很大的提高，对于一般上网是绰绰有余，费用较低，对线路的适应能力也比较强，不需要额外的信号分离器，安装调试简单。
G．LiteADSL是基于ITU-T标准的低速率且无分离器的简易型ADSL，受UAWG联盟的支持。
G．LiteADSL有两点基本思路：
在用户处不用电话分离器；对ADSL进行简化，将速率降到1.5Mbps左右（支持更远的距离）。
这样以来价格进一步下降，安装更为方便。
G．LiteADSL下行速率降为64Kbps，上行速率为32-512KBPS,线路码为DTM，主要业务为互联网接入，普通电话。
远程教育、家庭办公等。
VDSLVeryHighDateDSL（超高速数字用户线）
它是一项正在开发之中的技术，它可以保证在相对短的距离上达到很高的数据速率（如在1000英尺的线路上为51Mbps,在300英尺的线路上为55Mbps）。
而在用户回路长度小于5000英尺的情况下，可以提供的速率高达13Mbps甚至可能更高，这种技术可作为光纤到路边网络结构的一部分。
此技术可在较短的距离上传输速率，但目前应用还不是很多，不过，可以预计。
VDSL将会在ADSL广泛部署之后面世，并与之共存。
其传输技术（CAP、DMT或其他）以及它在某些环境中的传输效率目前仍没确定，许多标准组织正在研究这项技术。
最后，我们由下表给出各种ADSL技术的比较：
缩写词
名称
调制方式
上行速率
下行速率
线对数量
支持POTS
最大传输距离
IDSL
数字用户环路
2BIQ
160Kbps
160Kbps
1
否
5.5Km
HDSL
高速DSL
2BIQ
1.5Mbps.2Mbps
1.5Mbps.2Mbps
2-3
否
3.7Km
HDSL
（2）
高速率DSL2
PAM2BIQ
1.5Mbps.2Mbps
1.5Mbps.2Mbps
1
否
2.7Km
ADSL
不对称DSL
DMT，CAP
16~60Kbps
16~60Kbps
1
是
5.5Km
G．Lite
简易ADSL
DMT
32~512Kbps
32~512Kbps
1
是
>5.5Km
VDSL
甚高速率DSL
研究中
1．5~20Mbps
1．5~20Mbps
1
是
0.3-1.5Km
.3CABLEMODEM技术
CABLEMODEM是一种通过CATV网络实现高速率数据接入的新技术，它可以接收10-3-Mbps的下行数据。
由于它传输速率高，不占用电话线路，并且它所需要的CATV网的覆盖面积广、费用低，因此已成为一种极具有竞争力的宽带接入技术。
CableModem采用了测距技术来控制系统内的同步和发射功率。
终端启动后，CableModem发送一短消息给头端，然后测量发送与接受消息之间的时间间隔，以判断它与头端的距离。
为实现准确的定时发送，所有的终端设必须拥有一个系统级的时钟，以使每一个CableModem确定其发送时间。
CableModem的下行信道采用；QAM调制方式，而在信道上，为了更好地一直噪声干扰，通常采用抗干扰性能较好的QPSK或者S-CDMA替哦安置技术。
另外，为了更进一步改善传输性能，CableModem还采用了交织技术和前向纠错技术。
虽然CableModem与HFC配合，是将CATV网改造成为视频数据混合通信网的一种可能选择，但HFC采用副载波频分复用方式，必须进行数模转换才能传输，所以传输质量将受到影响。
第二，因为传统的同轴电缆网是单向分配网络，为了能进行双行数据传输，必须对这个网络进行双向改造。
第三，CableModem容易受到噪声干扰，特别是上行信道易受到“漏斗”
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