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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. 接 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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