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第三章 线缆接入

第三章 线缆接入. 3.1 xDSL 技术. 3.2 同轴电缆接入. 3.3 EoC 及其组网. (网络侧). ( Internet 网络接口, ATM, Ethernet, SDH ). 网络 ( Internet). 电话. 局端设备( DSLAM). 用户终端. 远 端 设 备. 网络 ( PSTN). (用户侧). (电话网络(模拟或数字接口 E1 ). 3.1 .1 xDSL 技术.

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第三章 线缆接入

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  1. 第三章 线缆接入 • 3.1 xDSL技术 • 3.2 同轴电缆接入 • 3.3 EoC及其组网 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  2. (网络侧) ( Internet网络接口, ATM, Ethernet, SDH ) 网络 (Internet) 电话 局端设备(DSLAM) 用户终端 远 端 设 备 网络 (PSTN) (用户侧) (电话网络(模拟或数字接口E1 ) 3.1.1 xDSL技术 数字用户线DSL( Digital Subscriber Line)是一种利用普通电话铜线对(cooper pairs),实现高速宽带信息传输的技术。 Digital Subscriber Line Access Multiplexer (DSLAM#) Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  3. 一、 xDSL技术分类 (一)对称类: 上下链路速率相等,用于LAN互连、PABX互连、E1电路(如基站),Internet接入,e.g., VoD, Video Conferencing 1、高速数字用户环路 HDSL(High data/bit rate conferencing, Internet DSL) • 80年代启用 • 速率1.5或2.3 Mbps (传送T1/E1) • 6000英尺~12000/18000英尺(=0.3m)、1.8-3.6/5公里) • 三线对、二线对、一线对 • 2B1Q(2 Bits/ Quaternary Symbol四进制符号), CAP (carrierless Amplitude/ Phase ) Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  4. 2、SDSL(Symmetric/Single copper pair DSL) • 速率128 K - 2.048 Mbps • 单线对 • <18000 feet, <5Km • 2B1Q 3、SHDSL(G991.2)(G.shdsl) 是SDSL的新版本 G.991.2, Feb, 2001 • 长度可以加大20%(SDSL) • 192K-2.048 Mbps • 可单线对,或双线对(1.2Mbps, 20000feet/ 0.5mm) Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  5. 4、IDSL(Integrated service digital network DSL) • 支持 2B+D 144kps (2B捆绑, 1B语音+1B数据) • 永远在线(always available) (二)非对称类 1.ADSL(Asymmetric DSL) • G.992.1 • 速率upstream 16 – 640 kbps downstream 1.5M-6.1M(or 8 Mbps) 0.4mm(0.5mm) • T1/E1 4.6km/0.4mm线芯 (5.5km/0.5mm线芯) • 6 Mbps 2.7KM/0.4mm线芯 (3.7 km /0.5mm线芯) Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  6. 带分离器(splitter) 滤波器 • DMT/CAP编码 2. 简便ADSL(ADSL Lite) • G.992.2 • downstream /1.5-8 Mbps, upstream /500 kbps • 不带分离器 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  7. 3. RADSL (Rate Adaptive DSL) • 动态改变传输速率 • 速率 upstream 128 ~768kbps • downstream 384k~9.2Mbps 4. VDSL(Very high bit rate DSL) • 速率downstream 13-52Mbps upstream 1.5-2.048Mbps(可以达到52Mbps) • 距离 0.3 -1.5 km (2 km) • 需要分离器 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  8. 二、DSL中使用的复用技术 1) FDM (Frequency Division Multiplexing) 4k 上行下行 f 边界可变 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  9. 2)回波抵消EC (Echo cancellation, canceller) 4k 上行下行 f 边界可变 注解:上行与下行传输频谱有部分重叠,边界可变 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  10. 口 映 射 收发 器 线对1 收发器 映 射 接 口 收发器 收发 器 局端(LTU) 远端(RTU) 3.1.2 HDSL技术 一、HDSL传输系统框图 LTU: Local Termination Unit 线对n (<=3) RTU: Remote Termination Unit Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  11. Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  12.  1、接口: 实现E1 G.704定义的2 Mb/s HDB3 2 Mb/s NRZ PCM码流(也称E1 framer); 2、  映射: (Mapper, HDSL framer)用2Mb/s NRZ PCM帧组成HDSL传输帧数据字段;    • 3、收发器(Transceiver) • DSP: 实现HDSL传输帧组装/拆帧、编/解码、均衡回波抵消; • Analog Front End: 模拟信号处理; • Line protection/power feeding: 模拟线路保护馈电。 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  13. 二、HDSL传输帧结构(课本:宽带网络技术原理P155-156,或宽带接入技术及应用pp98) 二、HDSL传输帧结构(课本:宽带网络技术原理P155-156,或宽带接入技术及应用pp98) Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  14. 线对数不同,帧结构不同(1-3线对) • H1:同步码字(14b)+H0 开销(2b); • H2/H3/FH4:开销(10 b) • H5:0-4比特码速调整 • 帧长6ms • 一线对:36*64Kbps+ 16Kbps=2.32Mbps • 二线对:18*64Kbps+ 16Kbps=1.168Mbps, 每线对 • 三线对:12*64Kbps+ 16Kbps=0.784Mbps, 每线对 注解:1线对的HDSL帧传输速率: {[14+2+10+10+10+2 +4*12*(36*8+1)bits}/6ms=3220Kbps 如何用类似方法计算出2线对时的HDSL帧传输速率=1168Kbps? Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  15. 模拟电话 局 端 交换机 HDSL HDSL 用户交换机 数字电话 LTU NTU 三、HDSL应用 1、接入网 用作数字传输设备(N*E1/T1) Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  16. Internet/Intranet Router MUX HDSL HDSL MUX 2、Internet/Intranet接入 用作数字传输设备(N*E1/T1) V.35(N*64k) E1 E1 V.35 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  17. 3、其他应用 局域网通过帧中继互连、ATM电路仿真业务(Circuit Emulation)所需要E1/T1传输的业务,军用被覆线群路传输系统 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  18. 内置/外置 PSTN ModemV.34 用户交换机 计算机 USB/V.24 (串口) 模拟/数字接口 电话 特点: 电话/上网分时使用 Modem池 Internet 3.1.3 ADSL技术 一、ADSL接入网络结构 传统拨号网络结构 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  19. ADSL接入网络结构 PSTN 用户交换机 Internet 电话 Ethernet/ATM接口 RJ-11 分离器 计算机 分离器1 分离器N ADSL 1 ADSLN Router/ switch >4KHZ RF11 ADSL Modem Ethernet (10BASE-T) RJ45 ATM接口 DSLAM(ATU-C) ATU-R DSL路由器 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  20. ATU-C/R(ADSL Transmission Unit-Central/Remote) Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  21. 模拟 前端 DMT modem ATM 传输 接口 UTOPIA/或比特流 CTRLE控制 管理接口 二、ADSL MODEM原理框图 UTOPIA: Universal Test of PHY Interface for ATM Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  22.  1.模拟前端 Analog frontend • 完成A/D、D/A、滤波、AGC(Automatic Gain Control)等 •  2.DMT Modem • QAM mapper / demapper 14比特/tone(16383点) • IFFT/FFT(Inverse) • Frequency Domain Equalizer  3. ATM传输(TC-Transmission Convergence) Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  23. Header HEC Cell delineation Header HEC (only for Tx), Payload descrambling/ scrambling Idle cell Extraction/ Insertion UTOPIA Interface Cell Mux/ DeMux 信元发送/接收接口 OAM Cell Extraction/ Insertion Note: This block diagram has been revised on Oct. 2014 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  24. 4、CTRLE接口 Modem与管理实体间的接口 • Configuration of a modem Line • De-allocation of a modem Line • operation/performance data retrieval • defect Retrieval 故障检查 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  25. 三、ADSL 组网 BRAS: Broadband Remote Access Server 宽带远程 接入服务器 今天仍在使用 • DSLAM: DSL Access Multiplexer • RTU: Remote Termination Unit,ATMF:ATM Forum Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  26. DSLAM-RTU间的两种模式: 1)ATM over ADSL 2)Packet over ADSL DSLAM与核心网的接口#: 1)SDH (Packet) 2) SDH (ATM) 3) GE 4) n*E1 注解:WDM为传输设备提供传输波长λ,每个波长可用于SDH、GE的传输。 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  27. 3.1 xDSL技术 • 3.2 同轴电缆接入 • 3.3 EoC及其组网 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  28. 3.2 HFC接入网技术  一、    HFC网络组成# 1、什么是HFC网? HFC: Hybrid Fiber coaxial cable, HFC is a shared broadcast medium 它是利用光纤进行干线传输、用户网络采用同轴电缆,可以实现CATV、Internet、数据、电话/视频等业务双向传输的网络。 2、模拟数字HFC网络结构 (图见黄孝建P146) Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  29. 外网(模拟网) 外网(核心网) 解调 解调 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  30. 3. 网元及其功能 (1) 前端 • 连接PSTN的设备:PBX、CO等 • 连接电视设备:模拟电视设备、数字电视设备(IPTV 服务器) • 连接Internet/数据网:路由器、集线器等 • 内容服务器:视频会议服务器(MCU:Multipoint Control Unit)、VoD服务器 • 网管系统:SNMP(Simple Network Management Protocol) • 基带处理设备:调解器MODEM、复用器Multiplexer • CMTS#:Cable Modem Termination Sys.,电缆调解器端局系统,是HFC的核心设备 (2)光纤传输设备 光纤及传输设备组成 下行 50 ~ 750MHZ 上行 5 ~ 200 MHZ Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  31. 用户服务区(配线网+用户引入线) A.光纤结点 分支器 (射频) B.      分支器将下行信号分配到用户单元 C.      引入线一般使用软电缆 D.     用户设备: 机顶盒(Set Top) :连接电视设备 线缆调解器(Cable Modem):连接计算机、话机设备 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  32. 光分路器 1:4 光发送 机 射频分配 (包括射频放大重新分配) TV信号 光接 收机 和IP骨干网上联 光收机 CMTS 射频分配组合 分 前 端 光节点 放大器 用户端:电视端口以及各种数据业务端口(CM或者STB等) 供电器 用户分配网 4. 实用网络实例 东方有线网络有线公司网络示意图 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  33. 二、HFC接入网中的频率分配-同轴电缆中的频谱分配 1)回传(上行)信道: 5 ~ 30(42)MHz 一般 5~30 MHZ传输上行电话 30 ~42 MHz 传输上行数据(VoD点播信令) 2)   广播、电视频率段(MHZ) : 48.5~92模拟广播电视 87.0~108 FM广播 111~550 模拟广播电视(450~550也可以用于数字电视) 550~710 VoD数字电视 710~750 非广播电视 750~1000 个人通讯 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  34. 三、基于IP的HFC网络 1、网络结构 ADM#: Add & Drop Multiplexer 分插复用器(detailed in Ch 5) CATV 网关1 ADM Switch/ 网关2 电信网PSTN CM结点 ADM ADM Router HFC ADM Internet 用户设备 模拟 PCM 语音 IP语音 模拟 不同位置语音体制 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  35. 提供业务:IP电话、IP视频会议、IP电视、Internet;提供业务:IP电话、IP视频会议、IP电视、Internet; • 网关1完成模拟电视与数字化IP电视的转换; • 网关2完成传统PCM数字语音与数字化IP语音的转换; • Router、网关1、网关2 与 Cable Modem传输机即可分开,也可合为一体。 2、IP传送协议结构 模拟 数字 数据 语音、视频 电视 电视 RTP/RTCP TCP/UDP/IP PPP SDH DWDM 物理光纤 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  36. RTP(实时传送协议): Real-time Transport Protocol,提供实时传送机制,如分组丢失、时戳(time stamp,用于收端时延波动处理) • RTCP(实时传送控制协议): Real-time Transport Control Protocol,提供传输质量测控,如分组丢失率等 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  37. 3. 分组传送技术简记 (分层网嵌套式连接) • X over Y (over Z) (X分组 在Y分组中传送, Y分组 在Z分组中传送,studied in detail in the chapter No.8 ;例如,左图的R1~R5链路的提供有3种方式: 1)SDH层的直连链路 2)R1-D1, D1-D5, D5-R5构成链路 3)R1-O1, O1-O7,O7-O8,O8-O5,O5-R5构成链路 • Voice over DSL (VoDSL) • Voice over IP (VoIP) # • Packet over SDH (PoS) # • PPP over Ethernet (PPPoE) # • IP over ATM over SDH (IPoA/SDH) • IP over Fiber (IPoF) Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  38. 多层多域混合光网络组成及其相邻层/隔层承载关系示意图 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  39. 四、Cable Modem 设备类型 1、机顶盒(STB: Set-Top Box): 早期:增加视道、收费控制、按次计费等 现今:STB具备 1)模拟电视接收(解扰) 2)数字视频接收解码 3)交互通信(VoD、WWW、FTP、微博) 2、线缆调解器: 与信息处理平台(PC)相连,提供音/视频、上网业务等 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  40. 五、Cable Modem原理 1、工作原理框图 调制 FEC/ 交织 组帧 扰码 MAC 处理 传 输 接 口 解调 帧 同 步 FEC/去交织 载荷 解扰 控制 PDU 处理 传输接口:ATM接口,10/100M Ethernet网口,USB 扰码:保证/降低错误帧同步的概率,一般使用g(x)= x43+1 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  41. 2、MAC工作原理(Cable Modem Connection ) CATV 用户设备 电信网PSTN HFC CM 结点 用户设备 Internet 用户设备 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  42. Req CMTS CMi Confirm 2、MAC工作原理 1)CMTS(Cable Modem Termination System) CMTS与CMs是Server/clients结构; 请求冲突后,CMs采用退避机制;   2) 信道获得:channel acquisition 搜索下行信道,获得QAM数据,寻找MPEG-2分组,找到DOCSIS(Data Over Cable Service Interface Specification) 规定PID(Packet IDentifier)分组。 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  43. 3)获得上行参数:obtain upstream parameters CM搜索三种MAC消息(message) A)Sync: a common time reference to all modems B)  UCD:Upstream Channel Descriptor C) MAP(上行小时隙指派图):upstream allocation MAP(图形) mini-slot information that indicates when a Modem can transmit and how long to transmit 4)测距-Ranging 测距用于调整:time reference, transmitter (frequency, power) Req CMTS CMi Confirm Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  44. CMTS 上行大时隙1 上行大时隙2 上行大时隙3 t CMi t CMj t 图注: 1)由于测距的不准确,达到CMTS的小时隙间的空隙在变化; 2) CMTS的小时隙帧间留有保护时隙; 3)每一个CM需测量到CMTS的距离,以确定发送时刻; 4)即使分配给CMi的小时隙超前于CMj, CMi可能在CMj发送之后,才开始发送其数据。 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  45. 过程结束后,同步误差<1ms,发送频率<10HZ,发送功率误差1/4 db 5)建立IP连接 使用DHCP为CM分配临时IP地址。 6)注册(Registration) a) DHCP# (Dynamic Host Configuration Protocol, specified by an IETF RFC)响应中包括配置参数文件名、配置文件服务器的IP地址; b)CM采用TFTP(Trivial File Transfer protocol-普通文件传送协议)下载配置文件; c)CM发送注册消息,CMTS比较CM的注册消息与配置服务器获得的配置文件一致后,发出注册响应,允许CM入网. Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  46. 3.1 xDSL技术 • 3.2 同轴电缆接入 • 3.3 EoC及其组网 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  47. 家居(HFC)网络的若干新动向: • 1)全数字化; • 2)可能采用Ethernet,可能的网络体制包括: • CMTS+Cable Modem; • EPON+EoC (Ethernet over Passive Optical Network, Ethernet over Cable); • 采用GPON (Gigabit PON); • 采用FTTH。 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  48. 1. 什么是EoC? • Ethernet over Cable ---在“电缆”上传输以太网数据 • 电缆: 狭义上仅指“同轴电缆”,广义上指同轴电缆、电力线 powerline、电话线 phoneline、双绞线 (网线UTP-5) twisted Pairs。 • EoC 是同轴电缆网络和IP网络的网桥 • EoC 是同轴电缆和以太网的介质转换器 • EoC 是RF信号和IP信号的加减复用器 • EoC 是特定RF频带的调制解调器 Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  49. EoC原理: Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

  50. EoC组网原理: Dr. Zhanqi XU,National Key Lab on ISN, Xidian University

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