2006年1月3日
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Cable Modem系统工作原理
1.Cable Modem的种类
随着Cable Modem技术的发展，出现了不少的类型。按不同的角度划分，大概可以分为以下几种：
（1）从传输方式的角度，可分为双向对称式传输和非对称式传输。
所谓对称式传输是指上/下行信号各占用一个普通频道8M带宽，上/下行信号可能采用不同的调制方法，但用相同传输速率(2～10Mbps)的传输模式。在有线电视网里利用5～30(42)MHz作为上行频带，对应的回传最多可利用3个标准8MHz频带：500～550MHz传输模拟电视信号，550～650MHz为VOD(视频点播)，650～750MHz为数据通讯。利用对称式传输，开通一个上行通道(中心频率26MHz)和一个下行频道(中心频率251MHz)。上行的26MHz信号经双向滤波器检出，输入给变频器，变频器解出上行信号的中频(36～44MHz)再调制为下行的251MHz，构成一个逻辑环路，从而实现了有线电视网双向交互的物理链路。对称式传输速率为2Mbps～4Mbps、最高能达到10Mbps。
所谓非对称式传输是指上行与下行信号占用不同的传输带宽。由于用户上网发出请求的信息量远远小于信息下行量，而上行通道又远远小于下行通道，人们发现非对称式传输能满足客户的要求，而又避开了上行通道带宽相对不足的矛盾。非对称式传输下行速率为30Mbps，上行速率为500K～2.56Mbps。
（2）从数据传输方向上看，有单向、双向之分。
（3）从网络通信角度上看，Modem可分为同步(共享)和异步(交换)两种方式。同步(共享)类似以太网，网络用户共享同样的带宽。当用户增加到一定数量时，其速率急剧下降，碰撞增加，登录入网困难。而异步(交换)的ATM技术与非对称传输正在成为Cable Modem技术的发展主流趋势。
（4）从接入角度来看，可分为个人Cable Modem和宽带Cable Modem(多用户)，宽带Modem可以具有网桥的功能，可以将一个计算机局域网接入。
（5）从接口角度分，可分为外置式、内置式和交互式机顶盒。外置Cable Modem的外形象小盒子，通过网卡连接电脑，所以连接Cable Modem前需要给电脑添置一块网卡，这也是外置Cable Modem的缺点。不过好处是可以支持局域网上的多台电脑同时上网。Cable Modem支持大多操作系统和硬件平台。内置Cable Modem其实是一块PCI 插卡。这是最便宜的解决方案。缺点是只能用在台式电脑上。交互式机顶盒是真正Cable Modem的伪装。机顶盒的主要功能是在频率数量不变的情况下提供更多的电视频道。通过使用数字电视编码（DVB），交互式机顶盒提供一个回路，使用户可以直接在电视屏幕问网络，收发E－Mail等。我国电视机用户也即将有幸使用此项技术，比如TCL刚刚推出了“精彩王牌”机顶盒；迈威宝公司即将推出电视机顶盒和在线服务（www.myweb.com.cn ），使利用电视机浏览网页成为可能。
2.Cable Modem工作原理
Cable Modem从下行的模拟信号中划出6MHz频带，将信号转化为符合以太网协议的格式,从而与电脑实现通讯。用户需要给电脑配置以太网卡和相应的网卡驱动程序。
同轴电缆中的6MHz频带被用来提供数据通讯。电视和电脑可以同时使用，互不影响。有线电视网络实际怎样运行的呢？
射频信号在用户和前端之间沿同轴电缆上行或下行。上行和下行信号共享6MHz频带，但是调制在不同的载波频率上以避免相互干扰。一般速率下行为10Mbs，上行速率为786Kbs。
（1）物理层
最主要的下行协议是64QAM（Quadrature Amplitude Modulation正交振幅调制），调制速率可达36Mbps。上行调制采用 QPSK（Quaternary Phase Shift Keying四相移相键控调制），抗干扰性能好，速率可达10Mbps。另一个上行协议是S-CDMA(Synchronous Code Division Multiple Access 同步码分复用)。例如，摩托罗拉，把上行信号更进一步细分为10-600kHz 频带，把上行信号动态转入干净、无噪声的频带。
（2）介质访问控制层（MAC －Media Access Control Layer）和逻辑链接控制层(LLC －Logical Link Control Layer)
这两个协议层规定了不同信号和用户怎样共享公共带宽。由于目前还没有统一的行业标准，有些Cable Modem厂家采用不同的协议。较常见的有：用于以太网的公共 CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection载波复用通路/冲突检测）和先进的 ATM（Asynchronous Transfer Mode异步传输模式）协议。这些协议都可以有效地使用上行通道，可以根据需要分配带宽，保证通讯质量。
（3）有线电视前端
在上行方向，Cable Modem从电脑接收数据包，把它们转换成模拟信号，传给网络前端设备。该设备负责分离出数据信号，把信号转换为数据包，并传给Internet 服务器。同时该设备还可以剥离出语音（电话）信号并传给交换机。
为实现上述功能，需要将目前的单向有线电视网转变成双向光纤－同轴电缆混合网，以便实现宽带应用。除了前端设备和现存的下行信号放大器外，还需要在干线上插入上行信号放大器。
3.Cable Modem系统的配置、使用和管理
在系统的前端放置Cable Modem前端设备（CMTS）。Cable Modem置于用户端。Cable Modem和前端设备的配置是分别进行的。CableModem设备有用于配置的Consol接口，可通过VT终端或Win9x的超级终端程序进行设置。
CableModem加电工作后，首先自动搜索前端的下行频率，找到下行频率后，从下行数据中确定上行通道，与前端设备CMTS建立连接，并交换信息，包括上行电平数值、动态主机配置协议（DHCP）和小文件传送协议（TFTP）服务器的IP地址等。CableModem有在线功能，即使用户不使用，只要不切断电源，则与前端始终保持信息交换，用户可随时上线。CableModem具有记忆功能，断电后再次上电时，使用断电前存储的数据与前端进行信息交换，可快速地完成搜索过程。
从以上可看出，在实际使用中，CableModem一般不需要人工配置和操作。如果进行了设置，例如改变了上行电平数值，它会在信，氨交换过程中自动设置到CMTS指定的合适数值上。
每一台CableModem在使用前，都需在前端登记，在TFTP服务器上形成一个配置文件。一个配置文件对应一台CableModem，其中含有设备的硬件地址，用于识别不同的设备。CableModem的硬件地址标示在产品的外部，有RF和以太两个地址，TFTP服务器的配置文件需要RF地址。有些产品的地址需通过Consol接口联机后读出。对于只标示一个地址的产品，该地址为通用地址。
前端设备CMTS是管理控制CableModem的设备，其配置可通过Consol接口或以太网接口完成。通过Consol接口配置的过程与CableModem配置类似，以行命令的方式逐项进行，而通过以太网接口的配置，需使用厂家提供的专用软件，例如北电网络公司的LCN配置软件。
CMTS的配置内容主要有：下行频率、下行调制方式、下行电平等。下行频率在指定的频率范围内可以任意设定，但为了不干扰其它频道的信号，应参照有线电视的频道划分表选定在规定的频点上，例如，选择DS34频道的中心频率682MHz。调制方式的选择震考虑信道的传输质量。此外，还必须设置DHCP、TFTP服务器的IP地址、CMTS的IP地址等。
上述设置完成后，如果中间的线路无故障，信号电平的衰减符合要求，则启动DHCP、TFTP服务器，就可以在前端和CableModem间建立正常的通信通道。
一般地说，CMTS的下行输出电平为50～61dBmV（110～121dBμV），接收的输入电平为一16～26dBmV；CableModem接收的电平范围为一15～15dBmV；上行信号的电平为8～58dBmV（QPSK）或8～55dBmV（16QAM）。上下行信号经过HFC网络传输衰减后，电平数值应满足这些要求。
CMTS设备中的上行通道接口和下行通道接口是分开的，使用时需经过高低通滤波器混合为一路信号，再送入同轴电缆。实际使用中，也可用分支分配器完成信号的混合，但对CMTS设备内部的上下行通道的干扰较大。
在CMTS和CableModem间的通道建立后，可使用简单网络管理协议（SNMP）进行网络管理。SNMP是一个通用的网络管理程序，对于不同厂家的CMTS和CableModem设备，需将厂家提供的管理信息库（MIB）文件装入到SNMP中，才能管理相应的设备。也可使用行命令的方式进行管理，但操作不直观，容易出现错误。
Cable Modem系统结构
近年来，我国各城市的有线电视网经过升级改造，已基本从传统的同轴电缆网升级到以光纤为主干的双向HFC网。Cable Modem 是HFC数据通信系统中的一个重要部件，它可以使用户获得高于普通电话Modem几百倍的接入速度。
1. 系统结构
HFC的系统结构一般包括局端系统CMTS，用户总端系统和HFC传输网络。如图9-11所示。
2.局端系统
CMTS一般在有线电视的前端，或者在管理中心的机房，完成数据到RF转换，并与有线电视的视频信号混合，送入HFC网络中。除了与高速网络连接外，也可以做为业务接入设备，通过Ethernet网口挂接本地服务器提供本地业务。
作为前端路由器／交换集线器和CATV网络之间的连接设备，CMTS能维护1个连接用户数据交换集线器的10BaseT双向接口和1个承载SNMP信息的10BaseT接口。CMTS也能支持CATV网络上的不同CM（Cable Modem）之间的双向通信。就下行来说，来自路由器的数据包在CMTS中被封装成MPEG2-TS帧的形式，经过64QAM调制后，下载给各CM；在上行方向，CMTS将接收到的经QPSK调制的数据进行解调，转换成以太网帧的形式传送给路由器。同时，CMTS负责处理不同的MAC程序，这些程序包括下行时隙信息的传输、测距管理以及给各CM分配TDMA时隙。
CMTS支持两个管理模式：
l 通过RS-232口，并利用基于专用NMS的PC进行本地管理。
l 利用基于SNMP的网管进行远程管理。完成此项功能是通过CMTS上增加一个SNMP proxy代理模块。
3.用户端系统
CM（Cable Modem）是放在用户家中的终端设备，连接用户的PC机和HFC网络，提供用户数据的接入。
HFC数据通信系统的用户端设备CM是用户端PC和HFC网络的连接设备。它支持HFC网络中的CMTS和用户PC之间的通信。与CMTS组成完整的数据通信系统。CM接收从CMTS发送来的QAM调制信号并解调，然后转换成MPEG2-TS数据帧的形式，以重建传向10-base-T Ethernet接口的以太帧。在相反方向上，从PC机接收到的以太帧被封装在时隙中，经QPSK调制后，通过HFC网络的上行数据通路传送给CMTS。
4.数据传输
通过CMTS的数据传输可以是透明桥，也可以是使用网络层（路由选择，IP转换），通过CM的数据传输是链路层的透明桥。
Cable Modem概述
1.Cable Modem 简介
电缆调制解调器（Cable Modem ）接入技术是基于有线电视（CATV）网的网络接入技术。它是近几年随着网络应用的扩大而发展起来的，主要用于有线电视网进行数据传输。目前，Cable Modem 接入技术在全球尤其是北美的发展势头很猛，在中国，广电部门在有线电视（CATV）网上开发的宽带接入技术已经成熟并进入市场。CATV网的覆盖范围广，入网用户数多；网络频谱范围宽，起点高，大多数新建的CATV网都采用光纤同轴混合网络（HFC网），用550MHZ以上频宽的邻频传输系统，极适合提供宽带业务。
CableModem与以往的Modem在原理上都是将数据进行调制后在Cable(电缆)的一个频率范围内传输,接收时进行解调，传输机理与普通Modem相同，不同之处在于它是通过有线电视CATV的某个传输频带进行调制解调的。而普通Modem的传输介质在用户与交换机之间是独立的，即用户独享通讯介质。CableModem属于共享介质系统，其它空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。
Cable Modem 本身不单纯是调制解调器，它集MODEM、调谐器、加/解密设备、桥接器、网络接口卡、SNMP代理和以太网集线器的功能于一身。它无须拨号上网，不占用电话线，可永久连接。服务商的设备同用户的Modem之间建立了一个VLAN（虚拟专网）连接，大多数的Modem提供一个标准的10BaseT以太网接口同用户的PC设备或局域网集线器相联。
使用Cable Modem接入网络，数据传输速率可以到达10M-36Mbps之间，通过HFC网传送数据，可以覆盖整个大、中等城市，；如果将来有线电视宽频网络通过改造后，到达光纤到楼的水平，实现全数据网络，传输速率更可达1000Mbps以上。除了可以实现高速上网外，还可以实现可视电话、电视会议、多媒体远程教学、远程医疗、网上游戏、IP电话、高速数字传播、VPN、视频点播等高速数据传输服务。
2.Cable Modem的特点及其系统连接
CableModem和非对称数字用户线路（ADSL）是实现用户宽带接入的两种技术，它们传输数据的速度可达到几至几十Mbps。这两种技术的工作原理完全不同，有着各自的特点。ADSL技术采用普通电话线传输数据，用户与前端的通信为点对点方式，前端需为每一个拨入的用户提供一个接口电路板，因此前端设备会随着用户数量的增加而逐用有线电视电缆传输数据，用户与前端的通信为总线方式，一台前端设备可为多个用户提供服务。例如，一台CMTS1000型前端设备可以连接500～2000个CableModem用户，其体积仅为一台标准的19’’机箱大小。
CableModem系统包括前端设备CMTS和用户端设备CableModem（CM），两设备通过双向HFC网络连接。
系统的主要性能分为上行通道和下行通道两部分。下行通道的频率范围为88～860MHz，每个通道的带宽为6MHz，采用64QAM或256QAM调制方式，对应的数据传输速率为30.342Mbps或42.884Mbps。上行通道的频率范围为5～65MHz，每个通道的带宽可为200、400、800、1600、3200kHZ，采用QPSK或16QAM调制方式，对应的数据传输速率为320～5120kbps或640～10240kbps。
系统的每一个下行通道可支持500～2000个CableModem用户，工作时每个CableModem用户实时分析下行数据中的地址，通过地址匹配确定数据的接收。当用户数量较多时，下行数据量增大，每个用户的平均速度下降。例如，一个下行通道中有1000个用户，平均速度为40Mbps/1000=40kbps。这个速度是指每个用户同时下载数据的情况，实际传输中，系统可以动态地分配带宽，使某个用户在很短的时间内，占用一切可用的带宽完成数据的下载。因此，平均速度只是一个最小数据。在前述情况中，每个用户的实际传输速度应为40kbps到40Mbps。
在上行通道中，数据传输速率比下行通道低，整个通道被分成多个时间片，每个CableModem根据前端设备提供的参数，确定使用相应的时间片。上行通道的带宽可根据所需的数据传输速率设定。在同样的带宽内，QP－SK调制的速率比16QAM调制方式低，但其抗干扰性能好，适用于噪声干扰较大的上行通道，而16QAM调制适用于信道质量好且要求高速传输数据的场合。
在CMTS设备中，为了减小上行通道的干扰，一个下行通道一般对应有多个不同频率的上行通道，CMTS根据信道的噪声状况自动跳频到干扰较小的通道，而用户察觉不到跳频的过程。
3.Cable Modem与ADSL的比较
ADSL和Cable Modem两种技术组网都能够提供多种业务，并且都能够基本满足目前宽带业务的需要。ADSL在带宽上要低于Cable Modem，但是，利用Cable Modem和HFC进行组网在稳定性、可靠性、供电以及运行维护体制上都存在一些问题。此外，由于其网络线路带宽是共享的，在用户达到一定规模后实际上无法提供宽带数据业务，用户分享到的带宽是非常有限的。以下对这两项技术进行的比较。
——安全性。由于Cable Modem所有用户的信号都是在同一根同轴电缆上进行传送的，因此有被搭线窃听的危险。(在以后实现电子商务有致命缺陷）解决搭线窃听问题首先要保护线缆，其次是要了解线路初始化过程中确立好的设置参数，后一点在技术上是难以解决的。而ADSL则不会有此问题。
——可靠性。由于CATV是一个树状网络，因此极容易造成单点故障，如电缆的损坏、放大器故障、传送器故障都会造成整个节点上的用户服务的中断。而ADSL利用的是一个星状的网络，一台ADSL设备的故障只会影响到一个用户。
——稳定性。Cable Modem的前期用户一定可以享受到非常优质的服务，这是因为在用户数量很少的情况下线路的带宽以及频带都是非常充裕的。但是，每一个Cable Modem用户的加入都会增加噪声、占用频道、减少可靠性以及影响线路上已有的用户服务质量。这将是Cable Modem迫切需要解决的一大难题。ADSL则不会受接入网中用户数以及流量的影响。当然，如果DSLAM的出口带宽小于所有用户可能需要的总带宽，就会在高峰时间出现拥塞，但这时只要通过提高出口带宽就可以解决这一问题。
——兼容性。尽管Cable Modem与ADSL都已经出台了技术规范和标准，但是目前不同厂家的产品都还无法进行兼容，因此给市场扩大带来一定的困难。
——组网成本。在组网成本上，ADSL设备成本显然高于Cable Modem，但是后者需要对HFC改造完成后才能够应用。目前我国大部分HFC只能满足450MHz的频带要求，而利用HFC提供双向业务至少需要750MHz的带宽。这显然需要更换所有不符合要求的同轴电缆。同时，要实现双向的HFC需要更换目前有线电视网上使用的单向放大器，这一部分改造费用也是相当高的。
ADSL接入方式及典型应用
1. ADSL设备的安装
ADSL安装包括局端线路调整和用户端设备安装。在局端方面，由服务商将用户原有的电话线中串接入ADSL局端设备，只需2~3分钟；用户端的ADSL安装也非常简易方便，只要将电话线连上滤波器，滤波器与ADSL MODEM之间用一条两芯电话线连上，ADSL MODEM与计算机的网卡之间用一条交叉网线连通即可完成硬件安装，再将TCP/IP协议中的IP、DNS和网关参数项设置好，便完成了安装工作。原先的电话号码也无需要改号，但由于目前的技术，只能在直线电话上接ADSL终端设备，不能在分机上接ADSL设备。ADSL的局端线路调整和用户端设备安装如图9-6所示。
ADSL的使用就更加简易了，由于ADSL不需要拨号，一直在线，用户只需接上ADSL电源便可以享受高速网上冲浪的服务了，而且可以同时打电话。
图9-6 ADSL的局端线路调整和用户端设备安装
局域网用户的ADSL安装与单机用户没有很大区别，只需再加多一个集线器，用直连网线将集线器与ADSL MODEM 连起来就可以了，如图9-7所示。
2.接入Internet方式
ADSL接入Internet有虚拟拨号和专线接入两种方式。虚拟拨号方式在使用习惯上与原来MODEM或ISDN拨号基本一致，需要输入帐号和密码进行认证。这种ADSL虚拟拨号连接的并不是具体的接入号码如163或169，而是所谓的虚拟专网VPN的ADSL接入的IP地址。但现在用的拨号Modem由于调制方式及网络结构均不同不可以当作ADSL的Modem使用。ADSL专线接入是ADSL接入方式中的另一种，不同于虚拟拨号方式，而是采用一种类似于专线的接入方式，用户连接和配置好ADSL MODEM后，在自己的PC的网络设置里设置好相应的TCP/IP协议及网络参数（IP和掩码、网关等都由局端事先分配好），开机后，用户端和局端会自动建立起一条链路。所以，ADSL的专线接入方式是以有固定IP、自动连接等类似专线方式的特点，采用专线接入的用户只要开机即可接入互联网或实现网络互联。
图9-7局域网用户的ADSL设备安装
3.ADSL接入典型应用
由于ADSL具备的高速带宽及经济实用的性能，使得ADSL接入倍受用户的欢迎，应用范围也越来越广。目前ADSL接入的典型应用主要有普通用户上网、企业用户上网、企业网络互联等。
（1）普通用户上网
普通用户上网是ADSL接入应用最广泛的一种。由于普通家庭用户一般都具备铜质电话线，使用ADSL接入不需要改造线路，只需增加一台复用设备分离器和一台ADSL modem就可以，非常经济方便。
图9-8 普通用户上网模式
（2）企业用户上网
对于中小型企业，一般均建有内部局域网，使用ADSL接入也是非常好的选择。如图9-9。
图9-9 企业用户上网模式
（3）企业网络互联
ADSL应用除了普通用户上网、企业用户上网，另外还能提供企业网络互连，如图9-10所示。
图9-10企业网络互联模式
ADSL技术的系统结构
1. ADSL原理和技术性能
现存的用户环路主要由UTP（非屏蔽双绞线）组成。UTP对信号的衰减主要与传输距离和信号的频率有关，如果信号传输超过一定距离，信号的传输质量将难以保证。此外，线路上的桥接抽头也将增加对信号的衰减。
因此，线路衰减是影响ADSL性能的主要因素。ADSL通过不对称传输，利用频分复用技术（或回波抵消技术）使上、下行信道分开来减小串音的影响，从而实现信号的高速传送。
为了可以利用多个信道，ADSL modem采用两种方式划分可以利用的电话线路的带宽:FDM技术(Frequency Division Multiplexing)或回波抵消技术（Echo Cancellation）技术，如图9-2示。 FDM方式将频带划分为上行部分和下行部分, 下行通道在被时分复用(Time Division Multiplexing)为一个或多个高速信道和低速信道; 而上行通道也会被复用为相应的低速信道。
回波抵消技术（Echo Cancellation）使上行通道和下行通道在频带上的重叠部分相互抵消，通过本地的回波抵消技术可以有效地分开上、下行信道， 减小串音对信道的影响，从而实现信号的高速传送。这种技术已应用于V.32和V.34协议的modem产品中。
图9-2 FDM技术和回波抵消技术原理示意图
衰减和串音是决定ADSL性能的两项标准损伤。传输速率越高，它们对信号的影响也越大，因此ADSL的有效传输距离随着传输速率的提高而缩短。
ADSL接入网线路长度若为5.5km，则可覆盖80%以上的现有电话用户；线路长度若为3.7km，则可覆盖50%以上的现有用户，用户小区以外的分散用户可通过基于光纤的集线器节点接入到网络中。串音噪声通常是稳定的，因此比较容易对其进行研究并加以克服；而冲击噪声在频率、周期、相位等方面都是随机的，对期难以建模和研究。
2.ADSL系统的接入方式和接入结构模型
图9-3为ADSL系统连接方式的功能模块图。
图9-3 ADSL系统连接方式的功能模块图
其中，Server：应用服务器；Internet：IP互联网；CORE Network：骨干网络(一般为ATM骨干网)；ADSL：在局端的部分为ADSL局端设备，在用户端的为ADSL用户端设备；Existing Copper：连接用户端和局端的普通双绞铜线。
ADSL的接入结构模型主要有中央交换局端模块和远端模块组成，如图9-4所示。
图9-4 ADSL的接入结构模型
中央交换局端模块包括在中心位置的ADSL Modem和接入多路复合系统，处于中心位置的ADSL Modem被称为ATU－C（ADSL Transmission Unit－Central）。接入多路复合系统中心Modem通常被组合成一个被称作接入节点，也被作“DSLAM”（DSL Access Multiplexer）。
远端模块由用户ADSL Modem 和滤波器组成，用户端ADSL Modem通常被称为ATU－R（ADSL Transmission Unit－Remote）。图9-5显示了ADSL用户在用户端的设备连接结构。
图9-5 ADSL用户在用户端的设备连接图
一直以来，ADSL有CAP和DMT两种标准，CAP由AT&T Paradyne设计，而DMT由Amati通信公司发明，其区别在于发送数据的方式。ANSI标准T1.413是基于DMT的，DMT已经成为国际标准,而CAP则大有没落之势。近来谈论很多的G.Lite标准很被看好,不过DMT和G.Lite两种标准各有所长,分别适用于不同的领域。DMT是全速率的ADSL标准,支持8Mbps/1.5Mbps的高速下行/上行速率，但是，DMT要求用户端安装POTS分离器,比较复杂;而G.Lite标准虽然速率较低,下行/上行速率为1.5Mbps/512Kbps，但由于省去了复杂的POTS分离器,因此用户可以像使用普通Modem一样，直接从商店购买CPE,然后自己就可以简单安装。就适用领域而言,DMT可能更适用于小型或家庭办公室(SOHO);G.Lite则更适用于普通家庭用户。
1.CAP（Carrierless Amplitude/Phase Modulation）标准
CAP是AT&T Paradyne的专有调制方式，数据被调制到单一载体信道，然后沿电话线发送。信号在发送前被压缩，在接收端重组。
2.DMT（Discrete Multi-Tone）标准
将数据分成多个子载体信道，测试每个信道的质量，然后赋予其一定的比特数。DMT用离散快速傅立叶变换创建这些信道。
DMT使用了我们熟悉的机制来创建调制解调器间的连接。当两个DMT调制解调器连接时，它们尝试可能的最高速率。根据线路的噪声和衰减，两个调制解调器可能成功地以最高速率连接或逐步降低速率直到双方都满意。
3.G.Lite标准
正如N1标准和互用性测试曾推动了ISDN市场一样,如今客户和厂商也急切地等待着一项DSL设备互用性标准的到来。该标准被称为G.lite,也被另称为Consumer Asymmetrical DSL (消费者ADSL),它正在由一个几乎包括所有主要的DSL设备制造商的集团--Universal ADSL Working Group进行开发。不过不要将这个标准与Rockwell公司1997年夏天展示的已不再使用的基于QAM的Consumer DSL芯片集或者与Universal ADSL相混淆。G.lite的第一版工作文档是1998年6月在亚特兰大举行的Supercomm贸易博览会上公布的。这项初步的G.lite标准首先由UAWG交付表决,然后作为一项建议转交给国际电信联盟ITU。ITU当时预计在1998年底之前签署认可一项正式的G.lite标准。
未来的G.lite标准的某些细节已经明了,基于该标准的CPE也许很快就会出现。G.lite标准(即ADSL)将基于ANSI标准"T1.413 Issue 2 DMT Line Code"之上,并且将1.5Mbps的下行速度和384Kbps的上行速度预定为其最大速度。小于那些最大速度的"速度自适应(Rate-Adaptive)"也是该标准的一部分，所以,，Internet服务提供商(ISP)可以提供256Kbps的对称速度作为一个G.lite连接速度。不过,为了简化设备和供应要求,多数设备将被限制在那些最大速度上。
1.5Mbps的速度限制虽然与DSL的一般被公布的7Mbps的最大下行速度相比似乎具有限制性,但它是基于典型客户布线方案的经验测试之上,也是基于可通过ISP获得的实际骨干带宽之上。
DSL线路需要优质铜环，这意味着没有加感线圈,桥接抽头之间不超过2500英尺,而一般与中心局之间的距离不超过18000英尺。如果速度更高,距离要求就变得更加关键,而且线路也更容易被"扰乱者"--和DSL线路处于同样线捆中的ISDN和T1线路--破坏。
虽然G.lite正被宣传为一项"不分离(splitterless)"的标准,但新的标准所面临的工程现实意味着,在一开始可能仍然对分离器、过滤器,甚至新的客户场所布线有所需要。随着G.lite的标准走向成熟,人们更好地理解这些问题,更好地实施厂商芯片,它也许才会更接近于成为一项真正的不分离的标准。
当然,即使处于G.lite速度,常规的PC串行端口上的UARTs(通用异步接收机/发送器)也已不能跟上。因此,使用串行技术的单个用户的外置PC调制解调器将会在PC上采用通用串行总线端口(Universal Serial Bus),也有可能采用增强的并行端口;路由器和桥接单位则使用以太网;更新一点的芯片集,如Rockwell最近宣传的V.90/ADSL配对芯片集,将会把G.lite和V.90标准结合在一个调制解调器上,为客户提供一项连接配置选择。
带宽是另一项考虑因素。当Bellcore于1989年首次公布其DSL工作时,其目的是为了将DSL用于视频点播服务,而不是纯粹的数据通信。但是,现在没有几家ISP能够真正满足1000个用户的7Mbps Internet访问需求。G.lite的1.5Mbps/384Kbps限制是一个合理的最大速度,无论如何,许多用户很可能会选择更慢的对称速度。
4.目前的标准
ANSI提出了速率可达6.1Mbps的ADSL标准T1.413，ETSI(European Technical Standard Institute)增加了附件以适应欧洲的需要，称为T1E1.4，将扩展标准以包含用户端的复用接口、网络配置和管理协议及其它改进。
1.什么是ADSL
不对称数字用户线（Asymmetrical Digital Subscriber Line，ADSL）是一种利用现有的传统电话线路高速传输数字信息的技术。ADSL技术利用现有的一对电话铜线，为用户提供上、下行非对称的传输速率。非对称主要体现在上行速率（最高640Kbps）和下行速率（最高8Mdps）的非对称性上。上行（从用户到网络）为低速的传输，可达640Kbps；下行（从网络到用户）为高速传输，可达8Mbps，是传统的28.8Kbps模拟调制解调器近300倍，是传输速率为128Kbps的ISDN(综合业务数据网)70倍。与CATV经营者的电缆调制解调器相比, ADSL具有独特优势：它提供针对单一电话线路用户的专线服务，而电缆调制解调器则要求一个系统内的众多用户分享同一带宽。尽管电缆调制解调器的下行速率比ADSL高，但考虑到将来会有越来越多的用户在同一时间上网，电缆调制解调器的性能将大大下降。另外，电缆调制解调器的上行速率通常低于ADSL。事实上，目前全世界有将近7.5亿铜质电话线用户，而享有电缆调制解调器服务的家庭只有1200万。
ADSL可以在相同的线路上同时容纳模拟的语音信息，用户在上网时仍然可以使用电话。ADSL最初主要是针对视频点播业务开发的，随着技术的发展，逐步成为了一种较方便的宽带接入技术，为电信部门所重视。ADSL技术可实现高速数据通信和交互视频功能。数据通信功能可为因特网访问、公司远程计算或专用的网络应用。交互视频包括需要高速网络视频通信的视频点播(VoD)、电影、游戏等。通过网络电视的机顶盒，可以实现许多以前在低速率下无法实现的网络应用。
2.ADSL技术的特点
ADSL本身是一种基于铜质电话线的端到端传输技术，处于OSI七层参考模型的第一层物理层。ADSL技术作为一种宽带接入方式，可以为用户提供多种业务：
l高速的数据接入。用户可以通过ADSL宽带接入方式快速地浏览各种互连网上的信息进行网上交谈、收发电子邮件、获得所需要的信息。
l视频点播。由于ADSL技术传输的非对称性，特别适合用户对音乐、影视和交互式游戏的点播，可以根据用户自己的需要，任意地对上述业务进行随意控制。
l网络互连业务。ADSL宽带接入方式可以将不同地点的企业网或局域网连接起来，避免了企业分散所带来的麻烦，同时又不影响各用户对互连网的浏览。
l家庭办公。随着经济的发展，通信的飞跃发展已经越来越影响着人们的生活工作方式，部分企业的工作人员因为某种原因需要在家里履行自己的工作职责，他将通过高速的接入方式从自己企业信息库中提取所需要的信息，甚至面对面地和同事进行交谈，完成工作任务。
l远程教学、远程医疗等。随着人们生活水平的提高，人们在家里接受教育和在教育以及得到必要的医疗保证将成为一种时尚，通过宽带的接入方式，你可以获得图文并茂的多媒体信息，或者和老师或医生进行随意交谈。
ADSL接入技术具有以下优点：
l可直接利用现有用户电话线，无须另铺电缆，节省投资；
l可享受超高速的网络服务，为用户提供上、下行不对称的传输带宽；
l节省费用，上网同时可以打电话，互不影响，而且上网时不需要另交电话费；
l安装简单，装拆灵活，不需要另外申请增长率加线路，适合于集中与分散的用户；
l采用点对点的拓扑结构，用户可独享高带宽；
l双绞铜线可同时供普通电话业务的语音和ADSL数字线路使用，作为数字线路可广泛用于视频业务及高速INTERNET等数据的接入。
接入网的主要业务
早期的接入网在业务接入能力方面主要针对普通电话、ISDN等窄带业务。随着网络通信技术的不断发展成熟，当前的接入网设备具有同时提供POTS、ISDN、DDN等窄带业务和ADSL、VDSL、SHDSL、LAN等宽带业务的集中接入能力，即在同一个网络中同时实现话音、数据和图像传输三种服务功能。目前这些业务基本能够满足绝大多数用户的多种接入需求。
1.窄带话音业务
接入网提供对普通电话（POTS）业务的接入，通过V5接口接入PSTN网络提供窄带话音业务。它既可支持模拟用户，又可支持用户交换机的接入，同时还支持虚拟用户交换机及CID等新业务。用户信令可以是双音多频信号或线路状态信号，用户附加业务不受限制。
2.ISDN业务
ISDN即综合业务数字网。ISDN有两种速率连接接口，一种是ISDN BRI（基本速率接口），是把现有电话网的普通用户作为“一线通”用户线而规定的接口，即2B+D接口。ISDN BRI的3个通道总带宽为144 kbps。其中两个通道称为B（荷载Bearer）通道，速率为64 kbps，用于承载声音、图像和数据通信。第三个通道是D（数据）通道，是16 kbps信号通道，用于告诉公用交换电话网如何处理每个B通道。另一种是ISDN PRI（基群速率接口），基于T1（23B+D）或者E1（30B+D），总速率分别为1.544Mbps或2.048Mbps。接入网是通过V5.2支持ISDN的接入。
目前中国电信推出的ISDN业务主要是窄带综合业务数字网（N-ISDN），它可以把各种电信业务（电话、电报、传真、数据图象等）综合在同一个网内处理并传输，并可在不同的业务终端之间实现互通。用户只要用一个电话端口即可实现电话、传真与图象的同时传送。ISDN业务还可提供桌面会议电视系统、租用数据专线备份、局域网互联等应用。
3.数据专线业务
核心网所提供的业务类型可分语音业务和数据业务两大类型。中国电信提供的数据业务类型主要包括以下几种：
DDN（数字数据网）专线业务
分组交换业务
帧中继业务
ATM业务
（1）DDN专线业务
DDN即数字数据网，是以传输数据信号为主的数字传输网络。DDN可以为用户提供点对点，点对多点的全数字、全透明、入网速率在2Mb/s以内的高质量数字专用传输通道，以满足用户对多媒体通信和组建中高速计算机通信网的需要。可向用户提供2.4、4.8、9.6、19.2、N*64（N=1-31）及2048Kb/s速率的全透明数字专用电路。适用于LAN/WAN的互联、不同类型网的互联以及会议电视等图像业务的传输；也可作为接入帧中继网、分组交换网或CHINANET的数据传输专用通道。广泛应用于政府、金融、教育与服务等领域。
DDN不仅可以实现用户终端的接入，而且可以满足用户网络的互连，扩大信息的交换与应用范围。例如利用DDN实现局域网之间的互联；专用DDN与公用DDN（CHINADDN）互联；用户交换机通过DDN互联；用户通过DDN接入分组交换网、计算机互联网等。
DDN用户入网方式有两种：一种是通过摸拟专线和调制解调器入网，适用于大部分用户(尤其是光纤未到户的用户)，通信速率受用户入网距离限制，最高可到2Mbps。另一种是通过光纤电路入网，适用于光纤到户的用户，通信速率可灵活选择。
（2）分组交换业务
分组交换是为适应计算机通信而发展起来的一种先进通信手段，它以CCITTX.25建议为基础，可以满足不同速率、不同型号终端与终端、终端与计算机、计算机与计算机间以及局域网间的通信，实现数据库资源共享。分组交换网是数据通信的基础网，利用其网络平台可以开发各种增值业务，如：电子信箱、电子数据交换、可视图文、传真存储转发、数据库检索。
分组交换网具有传输质量高、可靠性高、线路利用率高等特点，并且可以进行速率、码型、规程的转换，允许不同类型、不同速率、不同编码格式和不同通信规程的终端之间互相通信。分组交换网的突出优点是可以在一条电路上同时开放多条虚电路，为多个用户同时使用，网络具有动态路由功能和先进的误码纠错功能。
分组交换的接入方式主要有以下3种：
①经模拟专线直上分组，速率1.2K—19.2K；
②经DDN专线上分组，速率1.2K—256K；
③经电话拨号上分组，速率1.2K—9.6K向下自适应。
（3）帧中继业务
帧中继（Frame Relay， FR）是一种面向连接的快速分组交换技术。帧中继技术是在分组技术充分发展，数字与光纤传输线路逐渐替代已有的模拟线路，用户终端日益智能化的条件下诞生并发展起来的。帧中继仅完成OSI物理层和链路层核心层的功能，将流量控制、纠错等留给智能终端去完成，大大简化了节点机之间协议；同时，帧中继采用虚电路技术，能充分利用网络资源，因而帧中继具有吞吐量高、时延低、适合突发性业务等特点。帧中继可向用户网络提供9.6kb/s、14.4kb/s、19.2kb/s、N*64kb/s(N=1-31)、2Mb/s的入网速率。
帧中继作为一种新的承载业务，具有很大的潜力，主要应用在广域网(WAN)中，支持多种数据型业务，如局域网(LAN)互连、计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)、文件传送、图象查询业务、图象监视等。帧中继业务广泛应用于大企业、银行、政府部门总部和各地分支机构的局域网之间的互连以及组建虚拟专用网领域。
帧中继用户接入方式主要有以下3种：
①经专线方式接入，用户通过直通电路接入CHINAFRN，物理接口为v.35、x.21、ATME1、ATME3、ATM155；
②经DDN专线接入，用户通过本地提供的DDN专线接入CHINAFRN，物理接口为V.35、X.21；
③经ISDN网接入，用户通过拨号方式经ISDN接入CHINAFRN，物理接口为BRI。
目前，用户可以采用直通用户电路接入到帧中继网络，也可以采用电话交换ISDN或拨号交换电路接入帧中继网络。
（4）ATM业务
ATM即异步转移模式。所谓异步转移模式，是一种采用统计时分复用技术“面向分组”的传送模式；在ATM中，信息流被组织成固定尺寸的块（称为“信元”）进行传送，信元长度为53字节；信元的传送是“面向连接”的，只有在已经建立好的虚连接（“虚电路”）上才能接收和发送信元。ATM结合了电路交换和分组交换的优点，是目前最具发展前景的数据通信业务.
ATM网络主要分ATM专用网和ATM公用网两大部分：ATM专用网交换机包括专用网骨干交换机和ATM局域网交换机。骨干交换机有UNI和 NNI接口，完成PUNI和PNNI的信令处理和VP/VC交换操作。接口类型较单一，通常只有标准的ATM接口，只处理ATM信令。其交换容量通常在10Gbps以上，具有较强的管理和维护功能。ATM局域网交换机通常只完成局域网（以太网、令牌环网和FDDI等）业务的接入，并通过ATM上连接口与骨干交换机相连。通常，属于本机的局域网接口之间的交换就在本机内完成。局域网交换机具有局域网接口和ATM PUNI接口，处理局域网的各层协议以及ATM信令。目前采用的协议有局域网仿真（LANE）、IPOA（IP Over ATM）和MPOA（Multiple Protocol Over ATM等。在ATM公用网中，主要有ATM接入交换机和骨干交换机。接入交换机用于将各种业务，如帧中继（F.R.）、PBX、局域网、窄带ISDN以及ATM信元业务等接入到ATM网络中。通过AAL层功能将业务数据适配到ATM信元中,完成统计复用功能；将多个低速信元流复用成标准速率的ATM信元流；另外还必须完成业务信令的处理，识别业务信 令并将其转换成ATM信令。公用网骨干交换机通常仅提供ATM接口，主要完成UNI、NNI、B-ISUP和B-ICI接口的功能及信令。和专用网骨干交换机比较，应有更强的包括带宽管理在内的功能，以适应公用网计费和管理的要求，且容量要大得多。
ATM用户接入方式主要有以下几种：
①光纤接入：光纤接入是ATM宽带网最常用和方便的接入方式。用户路由器的广域网接口只要是155M的ATM光接口模块，就可以通过一对单模光纤直接与ATM交换机相联。每个155M接口又可以增开无数条虚电路（PVC），虚电路可以是64K~155M的带宽，每条虚电路可以连到不同的方向，实现点对多点的通信。
②网线接入：为节省客户的端口开销，ATM公网还提供10M的以太网接口。在有ATM节点机的商务楼内，客户的路由器只要配以太网的广域网接口模块，就可以通过五类线与节点机上的以太网接口相联，由ATM交换机将客户的IP数据包封装成ATM信元进行传输。没有ATM节点机的商务楼用户与普通用户一样，可以附加一对光电转换器，利用光纤传输，同样可以使用以太网接口开放10M以下的带宽。
③模拟线接入：在ATM交换机上有V.35的接口，客户可以利用一对模拟线在ATM网上开放帧中继业务，并可以实现帧中继与ATM的互通。这种接入方法与在DDN上开放帧中继的方式大致相同。
4.Internet接入业务
Internet是世界上最大的互连网络，提供丰富的信息资源。要使用Internet上的信息资源，首先必须接入Internet网络。用户的Internet接入可归纳为电话拨号接入和数据专线接入两种方式。下面介绍接入网实现不同用户的 Internet业务接入的各种方式。
①局域网用户（非分组网用户）的接入
由几个主机组成的局域网用户，需要配备路由器，租用数字专线（DDN专线），并申请一组IP地址及注册域名，以专线的方式接入Internet。通过局域网入网，局域网上的每一台计算机都与Internet相通，成为Internet的主机，每台计算机都能得到完全的Internet服务。同时，也可在局域网上建立WWW、FTP等服务器，为其他Internet用户提供服务。
②一般终端或主机用户（非分组网用户）的接入
这类用户是Internet网上为数最多的用户，接入Internet的方法较为简单。对于模拟线路，需配备一个Modem、相应的拨号软件和一根电话线，通过公用电话交换网（PSTN）或综合业务数字网（ISDN）便可灵活地接入Internet。接入服务器动态地接入通过拨号入网的远程计算机，提供大容量的拨号接入服务，应用于Internet拨号上网。以终端方式入网，不必为计算机申请IP地址和域名，只需从ISP申请得到一个帐号即可。以主机方式入网，必须申请一个IP地址，利用SLIP/PPP通过拨号方式进入Internet。
③分组网上的同步、异步终端及局域网用户的接入
Internet通过一个X.25协议的转换与分组网相接。因此，分组网上的同步、异步终端用户需再申请一个Internet电话拨号帐户，便可以通过分组网呼叫X.25网关地址直接接入Internet。已经以专线方式接入分组网上的局域网用户，通过向ISP申请一组IP地址，并注册域名，便可以方便地接入Internet。
接入网的分类
接入网的分类方法有很多种，例如可以按传输介质分、按拓扑结构分、按使用技术分、按接口标准分、按业务带宽分、按业务种类分等等。通常按传输介质的不同对接入网进行分类，可将接入网分为有线接入网和无线接入网两大类。有线接入网又分为铜线接入网和光纤接入网两类；无线接入网分为固定无线接入网和移动无线接入网两类。在实际接入网中，有时会用到多种传输介质，如既用到铜线，又用到光纤，甚至还同时用到无线介质这样接形成了混合接入网。
1.铜线接入网
我国现有的接入网用户线路大部分由双绞铜线组成，因此，充分利用现有的铜缆用户网，然后逐步过渡到光纤接入网，这是建设和改造我国当前用户接入网比较切入实际的方针。数字用户线（Digital Subscriber Line，DSL）技术是采用不同调制方式将信息在现有的公用电话交换网（PSTN）引入线上高速传输的技术。DSL技术又可以分为IDSL（ISDN数字用户环路）、HDSL（利用两对线双向对称传输2Mb/s的高速数字用户环路）、SDSL（单线对双向对称传输2Mb/s的数字用户环路，传输距离比HDSL稍短）、VDSL（甚高速数字用户环路）、ADSL（不对称数字用户环路）。
2.光纤接入网
光纤接入网是以光纤为传输介质，并利用光波作为光载波传送信号的接入网。光纤接入技术最大的特点是传输速率大，容量高。随着光纤成本的降低，光缆在价格上可与铜缆媲美，加上其固有的宽带优势，可以预言，接入网的光纤化将是解决用户端“瓶颈”问题的最终方案。
光纤接入网可分为光纤到户（Fiber to the Home，FTTH）、光纤到路边（Fiber to the Curb，FTTC）、光纤到大楼（Fiber to the Building，FTTB）、光纤到居民区（Fiber to the Zone，FTTZ）、光纤到节点（Fiber to the Node，FTTN）、光纤到办公室（Fiber to the Office，FTTO）。其中光纤到户和光纤到办公室为一种全光纤的网络结构，光网络单元（Optical Network Unit，ONU）设置在用户家里，用户与业务节点之间以全光缆作为传输线，因此无论在带宽方面还是在传输质量和维护方面都十分理想，适合各种交互式宽带业务。不过目前这种全光纤网络短期内由于经济原因还难以普及。光纤到路边是用光纤代替主干铜线电缆（包括部分配线电缆），将ONU放置在靠近用户的路旁，用户用双绞线或同轴电缆与之连接。这种光纤和铜缆的混合结构成本较低，适合于居住密度较高的地区。光纤到大楼的原理与光纤到路边相同，只是ONU放置在大楼内，用铜线或同轴电缆延伸到用户，非常适用于现代化智能大楼。光纤到居民区是将路边光纤接到靠近交接箱的ONU，再用铜线或双绞线向用户延伸，适用于比较分散的居民区。
3.光纤/同轴电缆混合接入网（HFC）
HFC是宽带接入技术中最早成熟和进入市场的，它建立在有线电视网（CATV）的基础上，带宽和经济上的优势使它对用户有很大的吸引力。HFC在连接上采用Cable Modem技术，它从技术上分为动态分配带宽速率（适用于Internet 接入、公共信息查询等）和固定带宽速率（适用于普通电话、可视电话、数据专线等）两类，从传输方式又可分为对称型与非对称型业务。与其他有线介质相比，HFC容量大，灵活性强，扩展性也好，性价比优于DSL。当然，Cable Modem技术也有着自己的弱点，首先，以往的有线电视网都是单向广播式地向用户传送电视，不符合网络信息双向传输的要求，因此需要一个改造的过程。其次，由于HFC是将数字信号转换为模拟方式传输的，所以传输质量受到影响，而且在模拟方式下，过高的频率会产生大量噪音，因此其频带利用率较低。最后，HFC接入方式是以模拟频分多路复用方式传输信息的，一个ONU可以为500-2000个用户服务，一旦出了问题，影响面很大。
4.无线接入网
无线接入网是指接入网的某一部分或全部使用无线传输介质，连接起端局至用户间的通信网。作为有线接入网的有效补充，无线接入网具有系统容量大，话音质量与有线一样，覆盖范围广，系统规划简单，扩容方便，可加密码或用CDMA增强保密性等技术特点，可解决边远地区、难于架线地区的通信问题，是当前发展最快的接入网之一。
无线接入网根据其技术来自移动通信、无绳电话、集群电话、蜂窝移动通信、微波通信或卫星通信可分为很多类，对应不同的频段，容量、业务带宽和覆盖范围各异。无线接入主要的工作方式是点到多点，上行解决多用户争用的技术有FDMA（频分多址）、TDMA（时分多址）和CDMA（码分多址），从频谱效率看CDMA最好，TDMA其次。其中CDMA又可有扩谱（DS）、跳频（FH）和同步（S-CDMA）几种。目前，无线接入技术已较为广泛地应用于农村、城镇，在水利、电力、工矿等专网中也得到一定程度上的应用。
接入网的概念
1.接入网的定义
国际电信联盟电信标准部（ITU—T）根据近年来电信网的发展演变趋势，提出了接入网的概念。从整个电信网的角度讲，可以将全网划分为公用网和用户驻地网（CPN）两大块，其中CPN属用户所有。因而，通常意义的电信网指的是公用电信网部分。公用电信网又可以划分为长途网、中继网和接入网3部分。长途网和中继网合并称为核心网。相对于核心网的其它部分则统称为接入网（Access Network，AN）。接入网介于本地交换机和用户之间，主要完成使用户接入到核心网的任务。
根据ITU-T的新建议G.902定义：接入网由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间一系列传送设备组成，它是一个为传送电信业务而提供所需传送承载能力的实施系统，可经由管理接口（Q3）配置和管理。接入网在电信网中的位置如图9-1所示。
图9-1 接入网在电信网中的位置
2.接入网的功能
接入网主要有5项功能：用户口功能（User Port Function，UPF）、业务口功能（Service Port Function，SPF）、核心功能（Core Function ，CF）、传送功能（Transfort Function ，TF）、系统管理管理（System Management Function ，SMF）。
