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第五章 接入网工程设计
目前,大部分运营商已具有提供综合数据业务 的能力,而作为连接交换机到用户的接入网却仍停 留在对绞线的铜缆上,不能满足宽带接入要求,也 就是接入网造成了通信发展的“瓶颈”效应。实际 上,人们已通过各种接入方式,依托传统的接入网 附加新的宽带技术,以不断满足各种宽带业务的需 求,并逐步向综合业务过渡。本章将介绍不同的宽 带接入方式、FTTH组网、CATV工程设计等。
分配器输出口(n) 分配损耗理想值/dB 2 3.01 3 4.73 4 6.02 6 7.78 8 9.03
分配损耗实际值/dB 3.5±0.4 5.5±0.5 7.5±0.5 9±1 11±1
指标:输入/输出阻抗、隔离度、反射损耗
2019/2/16
2.分支器 分支器的作用是将射频电视信号分成多路输出, 多路输出的信号电平可以不相同,例如大电平信号 分配给主干线路,小电平信号传送给支路。 计算主输出电平和分支输出电平: 主输出电平=主输入电平 − 插入损耗 分支输出电平=主输入电平 − 分支损耗 计算主输入电平和主输出电平: 主输入电平=分支输出电平 + 分支损耗 主输出电平=主输入电平 − 插入损耗 通常,大多数分支器的分支损耗在8~30dB之 间,插入损耗为2~3dB。
图6.5 SDV接入系统的结构图
2019/2/16
九、Internet业务接入方式 方式一:通过局域网接入,局域网上的每一台 计算机都与Internet相联,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等 服务器,为其他的Internet用户提供服务。 方式二:非分组网用户的接入方式。以终端方 式入网,其接入Internet的方法很简单,不必为计算 机申请IP地址和域名,只需从ISP的某台主机上得到 一个账号即可;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。 方式三:分组网接入方式,即Internet通过一个 X.25网关与分组网相连。以专线方式接入分组网的 局域网用户,申请一组IP地址,注册域名,便可。
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2.环形网应用方案 对于业务量要求较高的大型企事业用户,可以 考虑直接用STM-N环形结构将其互连起来;对于带 宽要求不太高的企事业单位用户,首先将其连到路 边的ADM,然后再经环形结构将其互连。图6.4给出 了一种情况的系统结构,其中FAT是可选的。
图6.4 SDH使用多业务帧灵活接入系统
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图6.2 FTTx+LAN的接入方式
优点:传输速率高、安装方便、星形结构、业务应用 多、最高接入带宽100M; 缺点:前期投入大、安全性不大、适用于有LAN的场 合。
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五、PDH接入方式 该方式实际上是PDH传输网向末端用户的延伸, 采用标准的光传输设备解决用户的宽带接入问题。 该接入方式的设备稳定性较高,但对用户侧能够提 供的最大带宽接入能力为N2Mbit/s,对于大型用户 而言,带宽接入能力较弱。见图6.3所示。 适用点到点场合
2019/2/16
指标:插入损耗、分支损耗、隔离度、反射损耗、 反向隔离度和带内平坦度等。
3.衰减器 衰减器是一种降低信号电平的电阻器件,多用 于放大器的输入端和输出端,以调节控制放大器的 输入电平和输出电平。衰减器也常用在分支器中, 得到所要求的信号电平。 (1)衰减器分为固定衰减器和连续可调式衰减器。 (2)衰减量:表示输入端与输出端的电平差,可用 Fra Baidu bibliotek压衰减量或功率衰减量表示,单位为dB。 带内平坦度:用来表示在一定频带范围内衰减 量的变化。
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7.电缆放大器 由于存在电缆衰减,需要使用电缆放大器来放 大射频信号。电缆放大器按工作频率可分为 550MHz放大器、750MHz放大器和全频道放大器 (上限860MHz)。 线路延长放大器:用于补偿支路损耗,用于分配 系统中,能为10~200个用户提供足够的信号电平。 分配放大器:通常安装在分配点,用于支线放大。 分配放大器具有多个输出端口,相当于多个支路放 大器。采用分配放大器可提高系统的负载能力。
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二、HFC接入方式
HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分 组成。 HFC用户接入网技术在从交换机到用户集中点用光纤传 输信号,从CATV的端站或末端放大器到用户利用现有的同轴电 图 缆的CATV分配网络来传送电视、话音和数据等信息,见6.1。
6.1 HFC 用 户 接 入 网 技 术 结 构 示 意 图
图6.3 PDH接入方式
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六、SDH接入方式 由于SDH设备得到广泛的应用,基于SDH的 MSTP技术也较为成熟,可以对用户直接提供以太网 端口接入。由于可采用环路保护机制,接入系统的安 全可靠性有较大的保障。该方式能对用户侧提供最大 带宽接入能力为155Mbit/s,比较适合重要用户或大 型企事业单位的光纤接入网。SDH在用户接入网中常 用的应用方案有以下两种。 1.点到点应用方案 对大型企事业用户,可以接入到各相应的业务节 点上,通过STM-1主通道连接到具有更高速的STM-N 环中的业务节点上。同时建一备用通道,用户速率小 于34M,则采用低速复用器或ADM方式。
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第一节 宽带接入方式 宽带接入网可简单划分为有线接入和无线接入两 种方式,以下要介绍的主要是以光纤为主的有线接入 方式。 一、xDSL接入方式 xDSL中的x是一种泛指的数字用户线(DSL)技 术,其中x可以是A(即ADSL)、H(即HDSL)或V (即VDSL)等。目前,用得最多的是ADSL,ADSL 是运行在原有普通电话线上的一种新的高速宽带技术, 它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。 优点:用户端安装简单(Modem),下行8M、上行1M; 缺点:干扰大、距离短(5km)、仅适合固话运营商。
U T P X F F S
2.频谱安排 HFC采用副载波调制的频分复用方式,各种图 像、数据和语音信号通过调制解调器同时在同轴电 缆上传输。频谱安排目前尚无正式国际标准,但已 有多种建议方案,其中图6.8所示的是一种典型的频 谱安排。
上 行 电 话
2019/2/16
图6.8 典型频谱安排
二、CATV设备选型 1.分配器 分配器的作用是将一路电视电平(电压或功率) 平均分成几路输出,通常有二、三、四、六、八、 十八等几种分配器,分配损耗参数如表6.1所示。
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第二节 FTTH组网技术
在众多的接入网技术中,人们最想实现的就是FTTH。
一、接入网技术
图6.6给出的是用户接入网示意图,接入网由SNI和UNI 之间的一系列传送实体组成。接入网由SNI、UNI和Q3界定。
图6.6 用户接入网示意图
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二、FTTH组网 FTTH不但能提供更大的带宽,而且增强了网络对 数据格式、速率、波长和协议的透明性,放宽了对环 境条件和供电等的要求,简化了维护和安装。 GEPON接入网络是链路层的以太网和物理层的 PON技术的完美结合,可提供1M~1G的带宽,距离为 20Km,用户带宽动态分配。 图6.7(a)所示为“三网融合一”(语音、数据、 电视)的解决方案。在“三网融合一”中,OLT可将 语音和数据业务划分到不同的VLAN,并指定OLT两个 上行千兆接口分别属于不同的VLAN。 图6.7(b)所示为“两网融合一”(语音、数据) 的解决方案,只是没有把CATV节目源接入,这样看上 2019/2/16 去可能不是纯“一线到户”,但非常适合当前环境。
图6.7 FTTH组网方案示意图
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第三节 CATV系统工程设计 一、CATV概述 1.简述 对CATV接入网的要求:以光纤、同轴电缆接入 为主,无线接入为辅。 CATV系统的组网能力:应为以后的发展考虑, 能提供高速率的业务。 同轴电缆分配网工程设计中常用的两种方法:自 上而下法和自下而上法。 用户端电平确定:是指用户端电视接收机的输入 电平,通常可定为57~83dB。 CATV分配网电平计算:可按式(6.1)计算。 (6.1) SSL L G L L 2019/2/16
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八、SDV接入系统方式
交换式数字视像(SDV)是一个集电话与宽带业务于 一体的平台,它不仅支持传统的语音业务,而且还能向家庭 传送数据,提供VOD、数字广播视频等业务,还支持模拟制 式的视频广播。该结构如图6.5所示。这是一种混合的FTTC 结构。FTTC传送交互式数据业务、HFC传送模拟广播电视 信号。
优点:利用现有CATV网,下行38M、上行10M; 缺点:树形共享带宽、安全性差、仅适合有线电视运营商。
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三、FTTx接入方式 1.光纤到路边(FTTC) 在FTTC结构中,ONU设置在路边的人孔或电线杆 上的分线盒处(DP点),有时也可能设置在交换箱处 (即FP点),但通常用前者。此时从ONU到各个用户 用对绞线铜缆连接。 适用于点到点或点到多点的树形分支拓扑结构。可带 128个用户(一般4、8~32,FTTR可带256),是光缆/ 对绞线铜缆的混合系统,提供2M以下的窄带业务。 2.光纤到楼(FTTB) 在FTTB结构中将ONU直接放在楼内(通常为居民 住宅公寓或小企事业单位办公楼),再经市话电缆的对 绞线连接到各用户的终端设备上。点到多点的拓扑结构
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3.光纤到家(FTTH) 如将FTTC结构中的ONU换成无源光分支器,然后 将ONU移到用户的房间内,即构成FTTH工作方式。 点到多点的拓扑结构、适用于民宅用户、业务量需 求小,是从交换机到用户的全透明的光纤网络。 (1)对传输制式无要求、是用户接入网的最终目标。 (2)ONU安在用户处、维护成本低。 (3)光纤到用户、真正的宽带链路。 四、FTTx+LAN接入方式 FTTx+LAN是一种光纤加五类网线的宽带接入模 式。它将G比特光纤直接接入小区或大楼的中心交换 机房,用五类网线与各用户的终端相连,为广大用户 提供高速上网和其他宽带数据服务。见图6.2。
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6.接插件 有线电视网络中使用多种接插件,用于网络和 设备的连接。 FL10连接器,即F型连接器,适用于SJ 2952— 1988行业标准。 N型高频插头座,适用于GB 11314 —1989国家 标准,用于中低功率场合。 CCT型连接器,适用于SJ 2951—1988行业标准。 BNC型连接器,适用于GB 11315—1989国家标 准,是一种卡口连接的低功率连接器。
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七、DDN接入方式 ① 在DDN节点机与用户侧接入设备的OLT之间 通过E1接口连接。在ONU侧,可以提供2M、N x 64K、 64K的各种子速率的数据接口,并支持V.24 或V.35多种接口标准。较远时,采用2B1Q接口, 提供0.6~128kbit/s速率数据接口。 ② 用户侧接入设备将DDN节点机提供的2B1Q接 口进行延伸,即在DDN节点机的2B1Q接口,可与 提供2B1Q接口的MUX设备相连,实现0.6~ 64kbit/s速率数据的DDN接入。 ③ 在DDN节点机与接入用户侧设备的OLT之间 通过V.24或V.35接口相连。
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5.用户机顶盒 用户机顶盒也称用户终端盒,安装在每个家庭 内,它是系统和用户设备之间的接口,用于接收电 视(TV)、调频立体声广播(FM)、数据通信 (Data)和监控信号(MC)等。在电磁干扰强的 地区,应选用金属屏蔽型的用户终端盒。 按传输的业务信号可分为单孔(TV)型、双孔 (TV、FM)型、三孔(TV、FM、Data)型和四 孔(TV、FM、Data、MC)型等。 按工作方式可分为终端型(单孔型、双孔型 、 三孔型、四孔型)和串接型(串接分支器)。 按安装方式可分为明装式和暗装式。
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4.均衡器 均衡器用于补偿同轴电缆高频段的损耗。通常, 频率越高,电缆对电视信号的衰减就越大。 (1)按工作频率可分为V频段均衡器和U频段均衡 器,例如300MHz均衡器、550MHz均衡器、 750MHz均衡器和860MHz均衡器。 (2)主要技术指标有:载流量、均衡值、均衡差、 反射损耗、插入损耗等。 (3)电缆衰减的补偿方法:①将可调频率增益放 大器设计成与电缆衰减完全互补的频率增益特性; ②在均衡器的输出端设置一个具有平坦特性的放大 器,从而将信号电平恢复到原来的电平。
目前,大部分运营商已具有提供综合数据业务 的能力,而作为连接交换机到用户的接入网却仍停 留在对绞线的铜缆上,不能满足宽带接入要求,也 就是接入网造成了通信发展的“瓶颈”效应。实际 上,人们已通过各种接入方式,依托传统的接入网 附加新的宽带技术,以不断满足各种宽带业务的需 求,并逐步向综合业务过渡。本章将介绍不同的宽 带接入方式、FTTH组网、CATV工程设计等。
分配器输出口(n) 分配损耗理想值/dB 2 3.01 3 4.73 4 6.02 6 7.78 8 9.03
分配损耗实际值/dB 3.5±0.4 5.5±0.5 7.5±0.5 9±1 11±1
指标:输入/输出阻抗、隔离度、反射损耗
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2.分支器 分支器的作用是将射频电视信号分成多路输出, 多路输出的信号电平可以不相同,例如大电平信号 分配给主干线路,小电平信号传送给支路。 计算主输出电平和分支输出电平: 主输出电平=主输入电平 − 插入损耗 分支输出电平=主输入电平 − 分支损耗 计算主输入电平和主输出电平: 主输入电平=分支输出电平 + 分支损耗 主输出电平=主输入电平 − 插入损耗 通常,大多数分支器的分支损耗在8~30dB之 间,插入损耗为2~3dB。
图6.5 SDV接入系统的结构图
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九、Internet业务接入方式 方式一:通过局域网接入,局域网上的每一台 计算机都与Internet相联,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等 服务器,为其他的Internet用户提供服务。 方式二:非分组网用户的接入方式。以终端方 式入网,其接入Internet的方法很简单,不必为计算 机申请IP地址和域名,只需从ISP的某台主机上得到 一个账号即可;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。 方式三:分组网接入方式,即Internet通过一个 X.25网关与分组网相连。以专线方式接入分组网的 局域网用户,申请一组IP地址,注册域名,便可。
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2.环形网应用方案 对于业务量要求较高的大型企事业用户,可以 考虑直接用STM-N环形结构将其互连起来;对于带 宽要求不太高的企事业单位用户,首先将其连到路 边的ADM,然后再经环形结构将其互连。图6.4给出 了一种情况的系统结构,其中FAT是可选的。
图6.4 SDH使用多业务帧灵活接入系统
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图6.2 FTTx+LAN的接入方式
优点:传输速率高、安装方便、星形结构、业务应用 多、最高接入带宽100M; 缺点:前期投入大、安全性不大、适用于有LAN的场 合。
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五、PDH接入方式 该方式实际上是PDH传输网向末端用户的延伸, 采用标准的光传输设备解决用户的宽带接入问题。 该接入方式的设备稳定性较高,但对用户侧能够提 供的最大带宽接入能力为N2Mbit/s,对于大型用户 而言,带宽接入能力较弱。见图6.3所示。 适用点到点场合
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指标:插入损耗、分支损耗、隔离度、反射损耗、 反向隔离度和带内平坦度等。
3.衰减器 衰减器是一种降低信号电平的电阻器件,多用 于放大器的输入端和输出端,以调节控制放大器的 输入电平和输出电平。衰减器也常用在分支器中, 得到所要求的信号电平。 (1)衰减器分为固定衰减器和连续可调式衰减器。 (2)衰减量:表示输入端与输出端的电平差,可用 Fra Baidu bibliotek压衰减量或功率衰减量表示,单位为dB。 带内平坦度:用来表示在一定频带范围内衰减 量的变化。
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7.电缆放大器 由于存在电缆衰减,需要使用电缆放大器来放 大射频信号。电缆放大器按工作频率可分为 550MHz放大器、750MHz放大器和全频道放大器 (上限860MHz)。 线路延长放大器:用于补偿支路损耗,用于分配 系统中,能为10~200个用户提供足够的信号电平。 分配放大器:通常安装在分配点,用于支线放大。 分配放大器具有多个输出端口,相当于多个支路放 大器。采用分配放大器可提高系统的负载能力。
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二、HFC接入方式
HFC通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分 组成。 HFC用户接入网技术在从交换机到用户集中点用光纤传 输信号,从CATV的端站或末端放大器到用户利用现有的同轴电 图 缆的CATV分配网络来传送电视、话音和数据等信息,见6.1。
6.1 HFC 用 户 接 入 网 技 术 结 构 示 意 图
图6.3 PDH接入方式
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六、SDH接入方式 由于SDH设备得到广泛的应用,基于SDH的 MSTP技术也较为成熟,可以对用户直接提供以太网 端口接入。由于可采用环路保护机制,接入系统的安 全可靠性有较大的保障。该方式能对用户侧提供最大 带宽接入能力为155Mbit/s,比较适合重要用户或大 型企事业单位的光纤接入网。SDH在用户接入网中常 用的应用方案有以下两种。 1.点到点应用方案 对大型企事业用户,可以接入到各相应的业务节 点上,通过STM-1主通道连接到具有更高速的STM-N 环中的业务节点上。同时建一备用通道,用户速率小 于34M,则采用低速复用器或ADM方式。
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第一节 宽带接入方式 宽带接入网可简单划分为有线接入和无线接入两 种方式,以下要介绍的主要是以光纤为主的有线接入 方式。 一、xDSL接入方式 xDSL中的x是一种泛指的数字用户线(DSL)技 术,其中x可以是A(即ADSL)、H(即HDSL)或V (即VDSL)等。目前,用得最多的是ADSL,ADSL 是运行在原有普通电话线上的一种新的高速宽带技术, 它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。 优点:用户端安装简单(Modem),下行8M、上行1M; 缺点:干扰大、距离短(5km)、仅适合固话运营商。
U T P X F F S
2.频谱安排 HFC采用副载波调制的频分复用方式,各种图 像、数据和语音信号通过调制解调器同时在同轴电 缆上传输。频谱安排目前尚无正式国际标准,但已 有多种建议方案,其中图6.8所示的是一种典型的频 谱安排。
上 行 电 话
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图6.8 典型频谱安排
二、CATV设备选型 1.分配器 分配器的作用是将一路电视电平(电压或功率) 平均分成几路输出,通常有二、三、四、六、八、 十八等几种分配器,分配损耗参数如表6.1所示。
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第二节 FTTH组网技术
在众多的接入网技术中,人们最想实现的就是FTTH。
一、接入网技术
图6.6给出的是用户接入网示意图,接入网由SNI和UNI 之间的一系列传送实体组成。接入网由SNI、UNI和Q3界定。
图6.6 用户接入网示意图
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二、FTTH组网 FTTH不但能提供更大的带宽,而且增强了网络对 数据格式、速率、波长和协议的透明性,放宽了对环 境条件和供电等的要求,简化了维护和安装。 GEPON接入网络是链路层的以太网和物理层的 PON技术的完美结合,可提供1M~1G的带宽,距离为 20Km,用户带宽动态分配。 图6.7(a)所示为“三网融合一”(语音、数据、 电视)的解决方案。在“三网融合一”中,OLT可将 语音和数据业务划分到不同的VLAN,并指定OLT两个 上行千兆接口分别属于不同的VLAN。 图6.7(b)所示为“两网融合一”(语音、数据) 的解决方案,只是没有把CATV节目源接入,这样看上 2019/2/16 去可能不是纯“一线到户”,但非常适合当前环境。
图6.7 FTTH组网方案示意图
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第三节 CATV系统工程设计 一、CATV概述 1.简述 对CATV接入网的要求:以光纤、同轴电缆接入 为主,无线接入为辅。 CATV系统的组网能力:应为以后的发展考虑, 能提供高速率的业务。 同轴电缆分配网工程设计中常用的两种方法:自 上而下法和自下而上法。 用户端电平确定:是指用户端电视接收机的输入 电平,通常可定为57~83dB。 CATV分配网电平计算:可按式(6.1)计算。 (6.1) SSL L G L L 2019/2/16
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八、SDV接入系统方式
交换式数字视像(SDV)是一个集电话与宽带业务于 一体的平台,它不仅支持传统的语音业务,而且还能向家庭 传送数据,提供VOD、数字广播视频等业务,还支持模拟制 式的视频广播。该结构如图6.5所示。这是一种混合的FTTC 结构。FTTC传送交互式数据业务、HFC传送模拟广播电视 信号。
优点:利用现有CATV网,下行38M、上行10M; 缺点:树形共享带宽、安全性差、仅适合有线电视运营商。
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三、FTTx接入方式 1.光纤到路边(FTTC) 在FTTC结构中,ONU设置在路边的人孔或电线杆 上的分线盒处(DP点),有时也可能设置在交换箱处 (即FP点),但通常用前者。此时从ONU到各个用户 用对绞线铜缆连接。 适用于点到点或点到多点的树形分支拓扑结构。可带 128个用户(一般4、8~32,FTTR可带256),是光缆/ 对绞线铜缆的混合系统,提供2M以下的窄带业务。 2.光纤到楼(FTTB) 在FTTB结构中将ONU直接放在楼内(通常为居民 住宅公寓或小企事业单位办公楼),再经市话电缆的对 绞线连接到各用户的终端设备上。点到多点的拓扑结构
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3.光纤到家(FTTH) 如将FTTC结构中的ONU换成无源光分支器,然后 将ONU移到用户的房间内,即构成FTTH工作方式。 点到多点的拓扑结构、适用于民宅用户、业务量需 求小,是从交换机到用户的全透明的光纤网络。 (1)对传输制式无要求、是用户接入网的最终目标。 (2)ONU安在用户处、维护成本低。 (3)光纤到用户、真正的宽带链路。 四、FTTx+LAN接入方式 FTTx+LAN是一种光纤加五类网线的宽带接入模 式。它将G比特光纤直接接入小区或大楼的中心交换 机房,用五类网线与各用户的终端相连,为广大用户 提供高速上网和其他宽带数据服务。见图6.2。
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6.接插件 有线电视网络中使用多种接插件,用于网络和 设备的连接。 FL10连接器,即F型连接器,适用于SJ 2952— 1988行业标准。 N型高频插头座,适用于GB 11314 —1989国家 标准,用于中低功率场合。 CCT型连接器,适用于SJ 2951—1988行业标准。 BNC型连接器,适用于GB 11315—1989国家标 准,是一种卡口连接的低功率连接器。
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七、DDN接入方式 ① 在DDN节点机与用户侧接入设备的OLT之间 通过E1接口连接。在ONU侧,可以提供2M、N x 64K、 64K的各种子速率的数据接口,并支持V.24 或V.35多种接口标准。较远时,采用2B1Q接口, 提供0.6~128kbit/s速率数据接口。 ② 用户侧接入设备将DDN节点机提供的2B1Q接 口进行延伸,即在DDN节点机的2B1Q接口,可与 提供2B1Q接口的MUX设备相连,实现0.6~ 64kbit/s速率数据的DDN接入。 ③ 在DDN节点机与接入用户侧设备的OLT之间 通过V.24或V.35接口相连。
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5.用户机顶盒 用户机顶盒也称用户终端盒,安装在每个家庭 内,它是系统和用户设备之间的接口,用于接收电 视(TV)、调频立体声广播(FM)、数据通信 (Data)和监控信号(MC)等。在电磁干扰强的 地区,应选用金属屏蔽型的用户终端盒。 按传输的业务信号可分为单孔(TV)型、双孔 (TV、FM)型、三孔(TV、FM、Data)型和四 孔(TV、FM、Data、MC)型等。 按工作方式可分为终端型(单孔型、双孔型 、 三孔型、四孔型)和串接型(串接分支器)。 按安装方式可分为明装式和暗装式。
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4.均衡器 均衡器用于补偿同轴电缆高频段的损耗。通常, 频率越高,电缆对电视信号的衰减就越大。 (1)按工作频率可分为V频段均衡器和U频段均衡 器,例如300MHz均衡器、550MHz均衡器、 750MHz均衡器和860MHz均衡器。 (2)主要技术指标有:载流量、均衡值、均衡差、 反射损耗、插入损耗等。 (3)电缆衰减的补偿方法:①将可调频率增益放 大器设计成与电缆衰减完全互补的频率增益特性; ②在均衡器的输出端设置一个具有平坦特性的放大 器,从而将信号电平恢复到原来的电平。