物理层——宽带接入技术

用户要连接到互联网,必须先连接到某个 ISP,以便获得上网所需的 IP 地址。

在互联网的发展初期,用户都是利用电话的用户线通过调制解调器连接到 ISP 的,电话用户线接入到互联网的速率最高仅达到56 kbit/s

下行速率达到25 Mbit/s,上行速率达到3 Mbit/s就是宽带。

从宽带接入的媒体来看,可以划分为两大类:有线宽带接入、无线宽带接入。

ADSL技术

非对称数字用户线 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line) 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使它能够承载宽带业务。

标准模拟电话信号的频带被限制在300~3400 Hz的范围内,但用户线本身实际可通过的信号频率超过1 MHz

ADSL 技术就把0~4 kHz低端频谱留给传统电话使用,而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

DSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。

DSL 的几种类型:

  • ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line):非对称数字用户线
  • HDSL(High speed DSL):高速数字用户线,使用1对线或2对线的对称DSL
  • SDSL(Single-line DSL):1 对线的数字用户线
  • VDSL(Very high speed DSL):甚高速数字用户线
  • DSL(Digital Subscriber Line) :数字用户线
  • RADSL(Rate-Adaptive DSL):速率自适应 DSL,是 ADSL 的一个子集,可自动调节线路速率

ADSL 的传输距离

ADSL 的传输距离取决于数据率和用户线的线径(用户线越细,信号传输时的衰减就越大)。

ADSL 所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关。

例如:0.5 毫米线径的用户线,传输速率为1.5~2.0 Mbit/s时可传送5.5km,但当传输速率提高到6.1 Mbit/s时,传输距离就缩短为3.7km。如果把用户线的线径减小到 0.4 毫米,那么在6.1 Mbit/s的传输速率下就只能传送2.7km

ADSL 的特点

上行和下行带宽做成不对称的。由于用户在上网时主要是从互联网下载各种文档,而向互联网发送的信息量一般都不太大,因此下行(从ISP到用户)带宽都远远大于上行。

上行指从用户到 ISP,而下行指从 ISP 到用户。

DMT 技术

ADSL 在用户线(铜线)的两端各安装一个 ADSL 调制解调器。调制解调器的实现有很多,我国目前采用的方案是离散多音调 DMT (Discrete Multi-Tone)调制技术。这里的“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。

DMT 调制技术采用频分复用的方法,把40 kHz以上一直到1.1 MHz的高端频谱划分为许多子信道,其中 25 个子信道用于上行信道,而 249 个子信道用于下行信道。

每个子信道占据4 kHz带宽(严格讲是4.3125 kHz),并使用不同的载波(即不同的音调)进行数字调制。这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据。

DMT 技术的频谱分布

ADSL 的数据率

由于用户线的具体条件往往相差很大(距离、线径、受到相邻用户线的干扰程度等都不同),因此 ADSL 采用自适应调制技术使用户线能够传送尽可能高的数据率。

当 ADSL 启动时,用户线两端的 ADSL 调制解调器就测试可用的频率、各子信道受到的干扰情况,以及在每一个频率上测试信号的传输质量。

ADSL 不能保证固定的数据率。对于质量很差的用户线甚至无法开通 ADSL。

通常下行数据率在32 kbit/s6.4 Mbit/s之间,而上行数据率在32 kbit/s640 kbit/s之间。

ADSL 的组成

ADSL 调制解调器有两个插口,较大的一个是 RJ-45 插口,用来和计算机相连。较小的是 RJ-11 插口,用来和电话分离器相连。

ADSL 借助于在用户线两端安装的 ADSL 调制解调器对数字信号进行了调制,使得调制后的数字信号的频谱适合在原来的用户线上传输,用户线本身并没有发生变化。

第二代 ADSL

包括 ADSL2(G.992.3 和 G.992.4)和 ADSL2+(G.992.5)。

通过提高调制效率得到了更高的数据率。

  • ADSL2 要求至少应支持下行8 Mbit/s、上行800 kbit/s的速率。
  • ADSL2+ 则将频谱范围从1.1 MHz扩展至2.2 MHz,下行速率可达16 Mbit/s(最大传输速率可达25 Mbit/s),而上行速率可达800 kbit/s

采用了无缝速率自适应技术 SRA(Seamless Rate Adaptation),可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下,自适应地调整数据率。

改善了线路质量评测和故障定位功能,这对提高网络的运行维护水平具有非常重要的意义。

光纤同轴混合网(HFC网)

HFC(Hybrid Fiber Coax)网是在目前覆盖面很广的有线电视网 CATV 的基础上开发的一种居民宽带接入网。

HFC 网除可传送 CATV 外,还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。

现有的 CATV 网是树形拓扑结构的同轴电缆网络,它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。

HFC 网对 CATV 网进行了改造。HFC 网将原 CATV 网中的同轴电缆主干部分改换为光纤,并使用模拟光纤技术。

在模拟光纤中采用光的振幅调制AM,这比使用数字光纤更为经济。

模拟光纤从头端连接到光纤结点(fiber node),即光分配结点 ODN(Optical Distribution Node)。在光纤结点光信号被转换为电信号。在光纤结点以下就是同轴电缆。

HFC 网具有双向传输功能,扩展了传输频带。

每个家庭要安装一个用户接口盒。用户接口盒 UIB(User Interface Box)要提供三种连接,即:

  • 使用同轴电缆连接到机顶盒,然后再连接到用户的电视机。
  • 使用双绞线连接到用户的电话机。
  • 使用电缆调制解调器连接到用户的计算机。

电缆调制解调器 (Cable Modem)

电缆调制解调器是为 HFC 网而使用的调制解调器。电缆调制解调器最大的特点就是传输速率高。

  • 下行速率一般在3 ~ 10 Mbit/s之间,最高可达30 Mbit/s
  • 上行速率一般为0.2 ~ 2 Mbit/s,最高可达10 Mbit/s

电缆调制解调器比在普通电话线上使用的调制解调器要复杂得多,并且不是成对使用,而是只安装在用户端。

FTTx技术

FTTx 是一种实现宽带居民接入网的方案,代表多种宽带光纤接入方式。
FTTx 表示Fiber To The…(光纤到…),例如:

  • 光纤到户 FTTH(Fiber To The Home):光纤一直铺设到用户家庭,可能是居民接入网最后的解决方法。
  • 光纤到大楼 FTTB(Fiber To The Building):光纤进入大楼后就转换为电信号,然后用电缆或双绞线分配到各用户。
  • 光纤到路边 FTTC(Fiber To The Curb):光纤铺到路边,从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。

无源光网络 PON (Passive Optical Network)

光配线网 ODN(Optical Distribution Node)是在光纤和用户之间的转换装置,使用户能够共享一根光纤干线。

无源表明在光配线网中无须配备电源,因此基本上不用维护,长期运营成本和管理成本都很低。无源的光配线网常称为无源光网络 PON。

光线路终端 OLT(Optical Line Terminal)是连接到光纤干线的终端设备。OLT 把收到的下行数据发往无源的1:N光分路器,然后用广播方式向所有用户端的光网络单元 ONU(Optical Network Unit) 发送。每个 ONU 根据特有的标识只接收发送给自己的数据,然后转换为电信号发往用户家中。

当 ONU 发送上行数据时,先把电信号转换为光信号,光分路器把各 ONU 发来的上行数据汇总后,以 TDMA 方式发往 OLT,而发送时间和长度都由 OLT集中控制,以便有序的共享光纤主干。

光配线网采用波分复用,上行和下行分别使用不同的波长。

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