作者：王兴亮,李伟
出版社：电子工业出版社
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现代接入技术概论试读：
前言
本书以现代通信接入新技术为重点，介绍通信系统的基本原理、基本性能和基本分析方法。
全书共12章内容。
第1章主要介绍接入网的概念、功能模型、分类、拓扑结构、综合接入业务等。
第2章主要以HDSL接入技术、ADSL接入技术和VDSL接入技术为主，论述接入网的性能情况。
第3章的基本内容有无源光网络（PON）接入技术、有源光网络（AON）接入技术以及以太无源光接入网络技术。
第4章介绍本地多点分配业务（LMDS）、多路微波分配系统（MMDS）、LMDS/MMDS混合无线接入、无线ATM接入、红外无线技术和DBS卫星接入技术。
第5章主要介绍了蓝牙技术的基带规范、逻辑链路控制和自适应协议、蓝牙技术的应用等。
第6章介绍超宽带通信概念、超宽带通信发展、超宽带通信的特点、UWB原理及关键技术和UWB应用与发展。
第7章的主要内容有ZigBee技术简介、ZigBee的无线网络技术和ZigBee的应用。
第8章介绍Ad hoc网络技术、移动Ad hoc网络的媒介访问控制、Ad hoc网络中的一些问题和移动Ad hoc网络的应用与发展。
第9章的内容有RFID简介、RFID原理、RFID的标准体系和RFID的应用与发展。
第10章的内容有Wi-Fi技术、Wi-Fi技术标准、IEEE 802.11媒体接入控制、IEEE 802.11物理层、Wi-Fi保护接入和Wi-Fi技术的应用及展望。
第11章介绍WiMAX的概念、WiMAX的关键技术、WiMAX宽带无线接入特点、WiMAX组网技术、WiMAX网络设计、WiMAX无线城域网的解决方案和应用，以及WiMAX无线城域网的应用。
第12章主要介绍无线Mesh网络体系结构、关键技术、IEEE 802系列标准，对无线Mesh网络与其他接入网技术的比较，最后对无线Mesh网络的应用与前景进行了展望。
本教材的特点是内容新颖，反映了当前最新的通信技术和应用情况；教材体系全面，材料充实丰富；语言简练、通俗易懂、条理清楚，便于自学；突出概念的描述，避免烦琐的公式推导，重点讲述各种通信技术的性能和物理意义，重点描述各种新技术的应用情况；图文并茂，实用性强；每章的前面有教学要点，结束有小结，并附有适量的思考与练习题。该教材先后在空军工程大学试用，征求了各方专家和授课老师的意见和建议，且反复修改，教学效果良好。本教材是空军工程大学国家精品课程“通信原理”的配套教材。
本教材不但可用做通信专业本科生的教材，也可用做信息与通信工程、计算机通信及其他相近专业大学专科生的教材，参考学时为40～60学时。
本教材由王兴亮教授、李伟博士和寇宝明教授主编，参加编写的人员有李金良、李凡、寇媛媛、李成斌、张德纯、任啸天、刘敏、侯灿靖、牟京燕、刘莎、周一帆、张亮、储楠等。王兴亮教授统编全书。
限于编著者水平，教材缺点和错误在所难免，欢迎各界读者批评斧正。
编著者E-mail：wxl20060910＠yahoo.com.cn，8185wxl＠21cn.com。
编著者
于西安空军工程大学
第1章 概述
【本章教学要点】◆ 接入网概念
◆ 接入网功能模型
◆ 接入网分类
◆ 接入网拓扑结构
◆ 接入网综合接入业务
近年来，由于用户业务规模和业务类型的剧增，需要有一个综合语音、数据及交互式视像的接入网络来代替现有的铜线网，接入网概念由此而生。
国际电信联盟电信标准部（ITU-T，International Telecommunications Union-Telecommunications standardization section）关于接入网的框架建议（G.902）和我国的接入网体制规定，描述了接入网功能结构、接入类型、业务节点及网络管理接口等相关内容，接入网有了一个较为公认的定义。
1.1 接入网的概念
从整个电信网的角度，可以将全网划分为公用电信网和用户驻地网（CPN，Customer Premises Network）两大块，其中CPN属用户所有，故通常电信网指公用电信网部分。公用电信网又可划分为三部分，即长途网（长途端局以上部分）、中继网（即长途端局与市话局之间以及市话局与市话局之间的部分）和接入网（即端局与用户之间的部分）。目前国际上倾向于将长途网和中继网合在一起称为核心网（CN，Core Network）或转接网（TN，Transit Network），相对于核心网的其他部分则统称为接入网（AN，Access Network）。接入网主要完成将用户接入到核心网的任务。可见，接入网是相对核心网而言的，接入网是公用电信网中最大和最重要的组成部分。图1.1所示为电信网的基本组成，从图中可清楚地看出接入网在整个电信网中的位置。图1.1 电信网的基本组成
按照ITU-T G.902的定义，接入网（AN）由业务节点接口（SNI，Service Node Interface）和用户网络接口（UNI，User Network Interface）之间的一系列传送实体组成，它是一个为电信业务提供所需传送承载能力的实施系统，并可经由管理接口（Q3）配置和管理。这里的传送实体主要指传输、复用、集中和交叉连接，如线路设施和传输设施等。图1.2所示为接入网界定示意图。
图1.2中，业务节点是指为用户提供各种各样业务的实体，可以是各种交换型和/或永久连接型电信业务的网元。电话业务的交换机、数据业务的节点、CATV业务的前端、视频点播（VOD）业务的信息源等，都是具体业务节点的例子。
业务节点接口（SNI）是接入网（AN）和业务节点（SN）之间的接口。如果AN-SNI侧和SN-SNI侧不在同一地方，可以通过透明传送通道实现远端连接。接入网（AN）支持的SN接入类型有三种：仅支持一种专用接入类型；可支持多种接入类型，但所有接入类型支持相同的接入承载能力；可支持多种接入类型，且每种接入类型支持不同的承载能力。图1.2 接入网界定示意图
用户网络接口（UNI）是用户和网络之间的接口。在单个UNI的情况下，ITU-T所规定的UNI（包括各种类型的公用电话网和ISDN的UNI）应该用于AN中，以便支持目前所提供的接入类型和业务。
接入网与用户间的UNI接口能够支持目前网络所能提供的各种接入类型和业务，但接入网的发展不应限制在现有的业务和接入类型。
接入网的管理应纳入电信管理网（TMN）范畴，以便统一协调管理不同的网元。接入网的管理不但要完成接入网各功能块的管理，而且要完成用户线的测试和故障定位。
作为接入网的传输媒质可以是传统的铜钱，也可以是光纤，还可以是无线媒质；相应的传输技术可以是基于铜线的传输技术、基于光纤的传输技术及基于无线的传输技术等；除了传统的模拟技术，还可以采用数字技术。总而言之，只要在上述三类接口所包含的范围之内的一切传输媒质、技术、设备等，都属于接入网范畴。从严格意义上来说，具有交换功能的设备不属于接入网，哪怕它离用户很近，也不能算接入设备，如目前使用得较多的远端交换模块。
1.2 接入网的功能模型
接入网要完成必要的功能，以便用户通过接入网接入提供业务的业务节点，适用各种各样的新旧业务。图1.3是接入网的功能模型示意图。图1.3 接入网的功能模型示意图
1.用户端口功能（UPF）
用户端口功能是将特定的UNI要求与核心功能和管理功能相适配。接入网可以支持许多不同的接入以及需要特定功能的用户网络接口。具体的UNI要求是根据相关的接口规定、信息传送和协议承载体的接入承载能力的要求来确定的。A/D转换处理、对信令的转换处理（但不解释信令）、对UNI的激活/去激活以及UNI承载能力的处理等，都是用户端口的例子。
2.业务端口功能（SPF）
业务端口功能将特定的SNI规定的要求适配到公共承载体，以便于在核心功能模块中进行处理，并且选择相关的信息用于接入网的系统管理功能模块。
3.核心功能（CF）
核心功能位于用户端口功能（UPF）和业务端口功能（SPF）之间，将个别用户端口承载通路或业务端口承载通路的要求与公用传送承载通路相适配，还包括为了通过AN传送所需要的协议适配和复用所进行的协议承载通路处理。核心功能可分布于整个接入网内。对于接入承载体的处理有承载体信道集中、信令和分组信息的复用、对ATM传送载体的电路仿真等，此外还有管理功能和控制功能。
4.传送功能（TF）
传送功能在接入网内的不同位置之间为公共承载体的传送提供通道，并对所有的相关传输媒质进行媒质适配。主要的传送功能有复用功能，包括业务疏导和配置的交叉连接功能等。
5.接入网系统管理功能（AN-SMF）
接入网系统管理功能协调接入网中的用户端口功能（UPF）、业务端口功能（SPF）、核心功能（CF）和传送功能（TF）的指配、操作和管理。它还通过SNI和业务节点以及由相关的接口规定定义的UNI与用户终端协同完成操作功能，如配置和控制、故障检测/故障指示、使用信息和性能数据采集等。
1.3 接入网的分类
接入网通常是按其所用传输媒质的不同来进行分类的。一般地，接入网可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，包括蜂窝通信、地面微波通信和卫星通信等不同形式。在实际接入网中，有时会用到多种传输媒质，如既用到铜线，又用到光纤，甚至还同时用到无线媒质，这样就形成了混合接入网。1.3.1 铜线接入网
图1.4所示为一个典型的铜线接入网系统——市内铜缆用户环。图中，端局与交接箱之间可以有远端交换模块（RSU，Remote Switching Unit）或远端（RT，Remote Terminal）。端局本地交换机的主配线架（MDF，Main Distribution Frame）经大线径、大对数的馈线电缆（数百～数千对）连至分路点转向不同方向。由分路点再经副馈线电缆连至交接箱，其作用是完成馈线或副馈线电缆中双绞线与配线电缆中双绞线之间的交叉连接。在北美起类似作用的装置称馈线分配接口（FDI，Feed Distribution Interface），从功能上可称之为灵活点（FP，Flexible Point），也有人称之为接入点（AP，Access Point）。至于馈线和副馈线则常常不做区别，统称为馈线或馈线段。图1.4 典型的铜线接入网系统
由交接箱开始经较小线径、较小对数的配线电缆（每组几十对）连至分线盒。分线盒的作用是终结配线电缆，并将其与引入线（又称业务线）相连。从功能上可以将分线盒处称为配线点（DP，Distributing Point）或业务接入点（SAP，Service Access Point）。
由分线盒开始通常是若干单对或双对双绞线直接与用户终端处的网络接口（NI，Network Interface）相连，用户引入线为用户专用，NI为网络设备和用户设备的分界点。
铜线用户环路的作用是把用户话机连接到电话局的交换机上。据统计，对于市内用户环路，其主干电缆长度通常为数千米（极少超过10 km），配线电缆长度一般为数百米，用户引入线一般只有数十米。铜线用户接入方式主要有以下几种：线对增容技术、高比特率数字用户线（HDSL，High data rate Digital Subscriber Line）、不对称数字用户线（ADSL，Asymmetric Digital Subscriber Line）和甚高速数字用户线（VDSL，Very high speed Digital Subscriber Line）技术等。1.3.2 光纤接入网
光纤接入网（或称光接入网，OAN，Optical Access Network）是以光纤为传输媒质，并利用光波作为光载波传送信号的接入网，泛指本地交换机或远端交换模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。光纤接入网系统的基本配置如图1.5所示。光纤最重要的特点是：它可以传输很高速率的数字信号，容量很大；并可以采用波分复用、频分复用、时分复用、空分复用（SDM，Space Division Multiplexing）和副载波复用（SCM，SubCarrier Multiplexing）等各种光的复用技术，来进一步提高光纤的利用率。图1.5 光纤接入网系统的基本配置
从图1.5中可以看出，从给定网络接口（V接口）到单个用户接口（T接口）之间的传输手段的总和称为接入链路。通常，接入链路的用户侧和网络侧是不一样的，因而是非对称的。光接入传输系统可以视为一种使用光纤的具体实现手段，用以支持接入链路。于是，光接入网可以定义为：共享同样网络侧接口且由光接入传输系统支持的一系列接入链路，由光线路终端（OLT，Optical Line Terminal）、光配线网络/光配线终端（ODN/ODT，Optical Distributing Network/Optical Distributing Terminal）、光网络单元（ONU，Optical Network Unit）及相关适配功能（AF，Adaptation Function）设备组成，还可能包含若干个与同一OLT相连的ODN。
OLT的作用是为光接入网提供网络侧与本地交换机之间的接口，并经一个或多个ODN与用户侧的ONU通信。OLT与ONU的关系为主从通信关系，OLT可以分离交换和非交换业务，管理来自ONU的信令和监控信息，为ONU和自身提供维护和指配功能。OLT可以直接设置在本地交换机接口处，也可以设置在远端，与远端集中器或复用器接口。OLT在物理上可以是独立设备，也可以与其他功能集成在一个设备内。
ODN为OLT与ONU之间提供光传输手段，其主要功能是完成光信号功率的分配任务。ODN是由无源光元件（如光缆、光连接器和光分路器等）组成的纯无源的光配线网，呈树状-分支结构。ODT的作用与ODN相同，主要区别在于ODT是由光有源设备组成的。
ONU的作用是为光接入网提供直接的或远端的用户侧接口，处于ODN的用户侧。ONU的主要功能是终结来自ODN的光纤，处理光信号，并为多个小企事业用户和居民用户提供业务接口。ONU的网络侧是光接口，而用户侧是电接口。因此，ONU需要有光/电和电/光转换功能，还要完成对语音信号的数模和模数转换、复用信令处理和维护管理功能。ONU的位置有很大的灵活性，既可以设置在用户住宅处，也可设置在DP（配线点）处，甚至设置在FP（灵活点）处。
AF为ONU和用户设备提供适配功能，具体物理实现则既可以包含在ONU内，也可以完全独立。以光纤到路边（FTTC，Fiber To The Curb）为例，ONU与基本速率NT 1（Network Termination 1，相当于AF）在物理上就是分开的。当ONU与AF独立时，则AF还要提供在最后一段引入线上的业务传送功能。
随着信息传输向全数字化过渡，光接入方式必然成为宽带接入网的最终解决方法。目前，用户网光纤化主要有两个途径：一是基于现有电话铜缆用户网，引入光纤和光接入传输系统，将现有用户网改造成光接入网；二是基于有线电视（CATV）同轴电缆网，引入光纤和光传输系统，将现有用户网改造成光纤/同轴混合（HFC，Hybrid Fiber Coaxial）网。光纤接入网中采用的接入方式主要有光纤到家（FTTH，Fiber To The Home）、光纤到大楼（FTTB，Fiber To The Building）、光纤到路边（FTTC，Fiber To The Curb）、光纤到办公室（FTTO，Fiber To The Office）、光纤到小区（FTTZ，Fiber To The Zone）及光纤到节点（FTTN，Fiber To The Node）等。各种不同接入方式的主要区别在于ONU放置的位置不同，而其中最典型的方式是FTTC和FTTH。1.3.3 混合接入网
混合接入网是指接入网的传输媒质采用光纤和同轴电缆混合组成。主要有两种方式，即光纤/同轴电缆混合（HFC）方式和交换型数字视像（SDV，Switched Digital Video）方式。
1.光纤/同轴电缆混合（HFC）方式
HFC是有线电视（CATV）网和电话网结合的产物，是目前将光纤逐渐推向用户的一种较经济的方式。CATV系统的主干线路用的是光纤，在ONU之后，进入各家各户的最后一段线路大都利用原来共用天线电视系统的同轴电缆。但这种光纤加同轴电缆的CATV方式仍是单向分配型传输，不能传输双向业务。
HFC的接入方式如图1.6所示。局端把视像信号和电信业务综合在一起，利用光载波，将信号从前端通过光纤馈线网传送至靠近用户的光节点上，光信号经过ONU恢复为原来的电信号，然后用同轴电缆分别送往各个住户的网络接口单元（NIU，Network Interface Unit），每个NIU服务于一个家庭。NIU的作用是将整个电信号分解为电话、数据和视像信号后，再送到各个相应的终端设备。对模拟视像信号来说，用户可利用现有电视机而无须外加机顶盒就可以接收模拟电视信号。
HFC是一种副载波调制（SCM）系统，是以（电的）副载波去调制光载波，然后将光载波送入光纤进行传输。HFC的最大特点是技术上比较成熟，价格比较低廉，同时可实现宽带传输，能适应今后一段时间内的业务需求而逐步向光纤到家（FTTH）过渡。无论是数字信号还是模拟信号，只要经过适当的调制和解调，都可以在该透明通道中传输，有很好的兼容性。图1.6 HFC接入网示意图
2.交换型数字视像（SDV）方式
HFC接入网主要是为住宅用户提供视像（以模拟视像业务为主）宽带业务的一种接入网方式，特别适合于单向、模拟的有线电视传送。为了进一步满足双向数字、通信等业务迅速发展的需要，出现了交换型数字视像方式。实际上，SDV是将HFC与FTTC结合起来的一种组网方式。它是由一个FTTC数字系统与一个单向的HFC有线电视系统重叠而成。SDV主干传输部分采用共缆分纤的SDM（空分复用）方式分别传送双向数字信号（包括交换型数字视像和语音）和单向模拟视像信号。上述两种信号在设置于路边的ONU中分别恢复成各自的基带信号；从ONU出来以后，语音信号经双绞线送往用户，数字和模拟视像信号经同轴电缆送往用户；同时，ONU由同轴电缆负责供电。
SDV不是一种独立的系统结构，而是FTTC与HFC的一种结合起来应用的方式，其基本技术和系统结构是无源光网络（PON）；同时，SDV也不是一种全数字化系统，而是数字和模拟兼容系统；SDV也不单传送视像，还可以同时传送语音和数据。
在SDV中，用FTTC来传送所有交换式数字业务（包括语音、数据和视像），而用HFC来传送单向模拟视像节目，同时向FTTC和HFC供电。这种结合物实际上是由两套基本独立的网络基础设施所组成的。SDV结构原理图如图1.7所示。
图1.7中的光纤实际上是一个以ATM化的BPON（Broadband PON）为基础的FTTC。信号到达ONU后，与来自HFC网的模拟视像信号按频分复用方式结合在一起，其中，SDV信号为基带调制信号（占低频段），模拟视像信号占高频段。上述频分复用信号经由同轴电缆传送给用户终端，其中模拟视像射频（RF，Radio Frequency）电视信号直接送往模拟电视接收机即可；SDV信号需要经过解码器转换为标准模拟RF信号频谱后，才能为模拟电视接收机所接收。图1.7下面的光纤是单向HFC，只用来传送模拟视像。这种结构的好处在于，一是可以免去传输双向视像业务所带来的一系列麻烦，网络大大简化；二是利用同轴电缆总线给ONU提供RF模拟视像信号的同时，也解决了ONU供电问题。这两点恰好是一般FTTC结构所难达到的。图1.7 SDV结构原理图1.3.4 无线接入网
无线接入网是以无线电技术（包括移动通信、无绳电话、微波及卫星通信等）为传输手段，连接起端局至用户间的通信网。它可以向用户提供各种电信业务，用无线传播手段来代替接入网的部分甚至全部，从而达到降低成本、改进灵活性和扩展传输距离的目的。
无线接入分为固定无线接入和移动无线接入两种。固定无线接入指固定用户以无线的方式接入固定电话网的交换机，而移动无线接入指移动用户以无线方式接入固定电话网的交换机。固定无线接入网的基本配置如图1.8所示。图1.8 固定无线接入网的基本配置
无线用户环路是无线通信技术尤其是移动通信技术的固定应用，所以无线用户环路采用的技术也就是无线通信技术，如微波的一点多址、蜂窝和无绳技术等。
在推进信息化的过程中，宽带信息通信网络的发展具有至关重要的作用。实践证明，宽带网络是通信发展的基础，在信息化进程中所需要的越来越丰富的信息通信业务和应用，只有在宽带网络上才能得以实现。
宽带互联网络是一种全数字化、高速、宽带、具有综合业务能力的智能化通信网络。宽带通信网的显著特点就是在信息数据传输上突破了速度、容量和时间及空间的限制。
随着社会经济的发展和科技的进步，人们对于宽带网络的需求与日俱增。因此各种宽带接入技术开始如雨后春笋般涌现。
无线宽带接入技术以其成本低廉、不受地理环境的约束、支持用户的移动性等优点，将成为光纤接入技术的重要补充。不管是固定接入还是移动接入，无线宽带技术将逐渐替代传统的有线通信手段，使人们实现真正意义上的个人通信的目的。
近年来，随着UWB、Bluetooth、WLAN、Wi-Fi、WiMAX等各种无线新技术的相继出现，“无线技术将成为下一代网络通信技术的最大推动力”。
全球移动通信系统（GSM，Global System for Mobile communication）是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，属于第二代移动通信技术，1992年由欧洲标准化委员会统一推出。在保证通话质量方面，它采用数字通信技术、统一的网络标准，使通信质量得以保证，并可以开发出更多的新业务供用户使用。在网络负载容量上，它采用窄带TDMA，允许在一个射频即“蜂窝”同时进行分组通话。GSM移动通信网的传输速率为9.6 kb/s。GSM移动通信网具有较强的保密性和杭干扰性，音质清晰，通话稳定，并具备容量大、通信资源丰富、接口开放、功能强大等优点。
通用分组无线业务（GPRS，General Packet Radio Service）是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。简单地说，GPRS是一种高速数据处理技术，其方法是以“分组”的形式传送数据。网络容量只在需要时分配，不需要时就释放，这种发送方式称为统计复用。GPRS移动通信网的最大优势在于，其数据传输速率可达115 kb/s，而GSM为9.6 kb/s。GPRS是在GSM基础上发展起来的技术，它只需对现有的GSM网络进行升级即可，因此它属于2.5G技术。
码分多址（CDMA，Code-Division Multiple Access），即码分多址分组数据传输技术，是数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术，最早由美国高通公司推出。与使用TDMA技术的GSM不同的是，CDMA并不给每一个通话者分配一个确定的频率，而是让每一个频道使用所能提供的全部频谱。它能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求，具有频谱利用率高、语音质最好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点，可以大量减少投资和降低运营成本。更为重要的是，基于宽带技术的CDMA使得移动通信中视频应用成为可能，典型的应用为CDMA2000-1x移动通信系统。
3G（3rd Generation）指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），第三代手机是指将无线通信与互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒休形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供多种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速率，也就是说，在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2 Mb/s、384 kb/s及144 kb/s的传输速率。CDMA被认为是第三代移动通信（3G）技术的首选，目前的标准有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA。
Wi-Fi是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi的出现是1985年美国联邦通信委员会（FCC）决定开放几个无须政府许可证即可使用的无线频段的结果。这些所谓的“垃圾频段”已经分配给设备，如使用无线电波加热食物的微波炉。为了在这些频段工作，设备需要使用“扩频”技术，该技术将无线电信号扩展为宽范围的频率，以使信号受到干扰更少并更难截获。Wi-Fi是一种基于802.11b、802.11a及最后成型的802.11g标准的无线网络技术，它可使用户实现无线接入和共享网络资源。架设无线网络的好处是可免除布线的麻烦，同时也更容易存取网络数据。在新标准下，Wi-Fi的无线距离从100 m拓展到几千米，信号遇到阻碍会反弹，而目还可以穿透墙壁。此外，该标准可以修复安全漏洞，并可传输高质量的通话。高频率Wi-Fi可以使相距几千米之遥的两个天线间发生联系，交换数据。它的短途无线数据传输速率是拨号方式的200倍。
无线局域网（WLAN，Wireless LAN）是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。它不受电缆束缚，可移动，能解决因有线网布线困难等带来的问题，并且组网灵活，扩容方便，与多种网络标准兼容，应用广泛。WLAN既可满足各类便携机的入网要求，也可实现计算机局域网远端接入、图文传真、电子邮件等多种功能。
全球微波接入互操作性（WiMAX，World Interoperability for Microwave Access）是一项基于IEEE 802.16标准的无线宽带接入城域网（BWAMAN，Broadband Wireless Access Metropolitan Area Network）技术，其基本目标是提供一种在城域网一点对多点的多厂商环境下，可有效互操作的无线宽带接入手段。因此WiMAX也常称为IEEE Wireless MAN（Metropolian Area Network）。WiMAX技术可以替代现有的有线和DSL连接方式，来提供最后一英里的无线宽带接入。WiMAX将提供固定、移动、便携形式的无线宽带连接，并最终能够在不需要直接视距的情况下提供移动无线宽带连接。在典型的5～16 km半径单元部署中，获得WiMAX论坛认证的系统有望为固定和便携接入应用提供高达每信道40 Mb/s的速率，可以为同时支持数百个使用T-1连接速度的商业用户或数千个使用DSL连接速度的家庭用户的需求，并提供足够的带宽。
蓝牙（Bluetooth）技术实际上是一种短距离无线通信技术。利用蓝牙技术，能够有效地简化掌上电脑、笔记本电脑和移动电话等移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化以上这些设备与Internet之间的通信，从而使这些现代通信设备与因特网之间的数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。说得通俗一点，就是蓝牙技术使得现代一些轻易携带的移动通信设备和电脑设备，不必借助电缆就能联网，并且能够实现无线上网，其实际应用范围还可以拓展到各种家电产品、消费电子产品和汽车等信息家电，组成一个巨大的无线通信网络。
超宽带（UWB，Ultra WideBand）无线通信是一种不用载波而采用时间间隔极短（小于1 ns）的脉冲进行通信的方式，也称做脉冲无线电（Impulse Radio）、时域（Time Domain）或无载波（Carrier Free）通信。与普通二进制相移键控（BPSK）信号波形相比，UWB方式不利用余弦波进行载波调制，而是发送许多小于1 ns的脉冲，因此这种通信方式占用带宽非常宽，且频谱的功率密度极小，所以它具有通常扩频通信的特点。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的有关传输方面的重大难题，它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、被截获能力低、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点。UWB尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用。
ZigBee这个字源于蜜蜂群通过跳Z字形状的舞蹈，来通知其他蜜蜂发现的食物源的位置、距离和方向等信息，以达到彼此沟通信息的目的，故以此作为新一代无线通信技术的命名。ZigBee先前亦被称为HomeRF Lite、RF-EasyLink或Firely无线电技术，目前统一称为ZigBee。ZigBee是一个由可多到65 000个无线数传（数据传输的简称）模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似于现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个ZigBee网络数传模块类似于移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75 m到扩展后的几百米，甚至几千米；另外，整个ZigBee网络还可以与现有的其他各种网络连接。ZigBee具有低成本、低功率、小尺寸及保证的互操作能力等特性。
Ad hoc网络的前身是分组无线网（Packet Radio Network），是一种特殊的对等式无线移动网络。1991年成立的IEEE 802.11标准委员会采用了“Ad hoc网络”一词来描述它。在Ad hoc网络中，节点具有报文转发能力，节点间的通信可能要经过多个中间节点的转发，即经过多跳（MultiHop），这是Ad hoc网络与其他移动网络的最根本区别。节点通过分层的网络协议和分布式算法相互协调，实现了网络的自组织和运行，因此它也被称为多跳无线网（MultiHop Wireless Network）、自组织网络（Self Organized Network）或无固定设施网络（Infrastructureless Network）。
Mesh网络即“无线网格网络”，它是一个动态的可以不断扩展的网络架构，任意的两个设备均可以保持无线互联。Mesh WLAN要比单跳网络更加稳定，这是因为在数据通信中，网络性能的发挥并不是仅依靠某个节点。在传统的单跳无线网络中，如果固定的接入点（AP，Access Point）发生故障，那么该网络中所有的无线设备都不能进行通信。而在Mesh网络中，如果某个节点的AP发生故障，它可以重新再选择一个AP进行通信，数据仍然可以高速地到达目的地。从物理角度而言，无线通信意味着通信距离越短，通信的效果会越好。因为随着通信距离的增加，无线信号不但会衰弱而且会相互干扰，从而降低数据通信的效率。而在Mash网络中，是以一条条较短的无线网络连接代替以往长距离的连接，从而保证数据可以以高速率在节点之间快速传递。Mesh技术可以使WLAN的安装部署和网络扩容更加方便。许多厂家都推出了功能丰富的Mesh产品，从而使部署大规模运营无线城域网成为可能，使无线访问点具有自动配置网络，并使网络效率最优化的特性，提供自组织、自修复、更新动态网络连接和确保网络安全等功能。
射频识别（RFID，Radio Frequency Identification）技术是20世纪90年代开始兴起的一种自动识别技术，射频识别技术是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。RFID标签具有体积小、容量大、寿命长、可重复使用等特点，可支持快速读写、非可视识别、移动识别、多目标识别、定位及长期跟踪管理。RFID技术与互联网、通信等技术相结合，可实现全球范围内物品跟踪与信息共享。RFID技术应用于物流、制造、公共信息服务等行业，可大幅度提高管理与运作效率，降低成本。
以太无源光网络（EPON，Ether Passive Optical Network）由于利用了低成本的以太网设备和低成本的光纤设施，而被认为是解决“最后一千米”问题的极赋前景的解决方案。EPON是基于以太网技术的宽带接入系统，它利用PON的拓扑结构实现以太网的接入。无线光接入（FSO，Free Space Optical）技术是光通信与无线通信的结合，通过大气而不是光纤来传输光信号。这一技术既可以提供类似光纤的速率，又不需要频谱这样的稀有资源。其主要特点是：传输速率高，可实现从2 Mb/s到622 Mb/s的高速数据传输；传输距离为200 m到6 km；由于工作在红外光波段，对其他传输系统不会产生干扰，安全性强；信号发射和接收通过光仪器，无须天线系统，设备体积较小。
以上这些新的通信接入技术将会在后面的章节中做较为详尽的介绍。
从技术上看，宽带无线的崛起是发展下一代网络（NGN）的必然结果，而先行规划频率、实现产业合作将会对发展宽带无线产业起到关键的推进作用。
在迈向NGN的征途中，全球无线/移动通信的发展呈现出六大趋势，即传输宽带化、应用个性化、接入多样化、网络数据化、系统互补化及有线/无线一体化。对此，宽带无线接入将成为NGN、NGBW（下一代宽带无线）及3G演进的重要接入与传输支撑技术。
一方面，固定无线接入比移动通信容易操作和实现，智能天线、软件无线电以及一系列现代编码调制及自适应信号处理技术等能够提高功率/频谱有效性的新技术，往往首先在固定无线接入中试验与装备应用，因此，固定无线接入往往成为新一代移动通信的技术先导。
另一方面，NGN、NGBW及3G演进需要宽带无线接入作为连接、中继支撑，而且新一代宽带无线接入与新一代移动通信之间的移动性的界面还较模糊，一些新的宽带无线接入技术本身即具备良好的非直视（NLOS）及移动能力，甚至可构成广域移动覆盖。由此产生了NGN系统结构的一种重要设想，即对各种新老交替的无线通信提供接入手段，包括新一代固定无线接入（FWA）技术和移动通信技术，以及各种有线和无线接入手段，公用、专用及共用，地面、空间及海上，广播、交互、移动、半移动、游牧、可搬移或静止/固定式等，覆盖区域可涉及WBAN/WPAN/WLAN/WMAN/WWAN等各种类别，经过中介汇聚桥接途径，均统一、协同、互补地工作于NGN的以IP为基础的核心平台之上，形成有线与无线、固定与移动，以及通信网、计算机网与广播电视网这三网的有机融合。
宽带无线接入从WBAN/WPAN/WLAN/WMAN/WWAN多样化协同发展、互补支持运作来看，3.5 GHz频段是典型的MMDS频段，在某些方面比26 GHz频段LMDS存在较大优势，覆盖及性价比较好，传播与抗衰性能好，是宽带无线接入的上乘之选。3.5 GHz频段宽带无线接入一方面非常适合地县市级单位低价位、较大面积覆盖的应用场合，另一方面还可与WLAN、LMDS等搭配，形成覆盖面积大小配合、用户密度稀密配合的一种多层运行的有机互补模式，对移动通信及卫星通信也具有类似的应用。我们应特别珍惜此类极有限的频率资源，实现高效率的利用。
3.5 GHz/5.8 GHz/26 GHz LMDS等频段无线接入属于宽带业务类别，超越了常规的单一语音业务，它包括数据及多媒体业务、非实时业务、流媒体及视频业务等在内。因此要开展好这些业务并形成良好的业务体系，就必须处理好“产业链”与“生态系统”之类的“Industry Eco-x”问题，处理好“杀手锏技术、应用与服务”之类的“Kill-x”问题，并最终实现持续创新与发展。只有花大力气进行探索和推进，才能做大、做好，从而打造出细分市场的更多的切实有效的业务类别模式。从产业链及保持持续创新与发展的角度看，运营商必须切实重视和处理好与设备供应商的利益平衡、唇齿相依的共赢合作关系。此外，极为有限的3.5 GHz频段的频率资源，将影响宽带无线接入的规模化有效发展。因此，从资源管理的角度看，随着现有3.5 GHz频段无线接入资源的不断开发和使用，管理部门还应积极与相关部门协调，按共赢原则对该频率资源进行适当扩展，以便进一步做大、做好我国的宽带无线市场。
同样，以3G为主要对象的宽带移动通信，正积极地进行技术试验，在完成了包括相应手机终端试验及一些互操作性试验在内的以室内为主的第一阶段全面技术试验测试基础上，已进入第二阶段的网络技术试验，包括野外试验及必要的网络互联互通的试验。同时，在已发布的3G频率规划总框架基础上进行执照发放的频率细规划、IPR谈判（包括手机终端在内的3G系统设备的商用化、产业化工作）以及市场培育思考和可赢利商业模式探索等工作也均在积极地推进中。
1.4 接入网的拓扑结构
网络的拓扑结构是指组成网络的物理的或逻辑的布局形状和结构构成，可以进一步分为物理配置结构和逻辑配置结构。物理配置结构指实际网络节点和传输链路的布局或几何排列，反映了网络的物理形状和物理上的连接性。逻辑配置结构指各种信号通道，如光波长、信元位置、时隙和频率等在光纤中使用的方式，反映了网络的逻辑形状和逻辑上的连接性。在接入网环境中，网络的拓扑结构直接与网络的效能、可靠性、经济性和提供的业务有关，具有至关重要的作用。
接入网环境下的基本网络拓扑结构有5种类型，即星状、双星状、总线状、环状和树状结构。1.4.1 星状结构
在接入网环境中，各个用户最终都要与本地交换机相连，业务量最终都集中在本地交换机这个特殊点上，因而星状结构似乎是一种自然的选择。传统的电缆接入网就是这样配置的，在光缆接入网中星状结构仍然具有相当大的应用价值。由于本地交换机成了各个用户业务量的集中点（即枢纽点），因而星状结构又称枢纽结构。星状结构接入网如图1.9所示。
星状结构具有服务优质和成本高的特点，适合于传输成本相对交换成本较低的应用场合，例如，几十线以上的大企事业用户就是这种结构的最佳服务对象。灵活接入复用器就是一种适于这种应用场合的系统。1.4.2 双星状结构
在光纤接入网环境中，将传统电缆接入网的交接箱换成远端节点或远端设备（RN/RT，Remote Node/Remote Terminal），将馈线电缆改用光缆后即成为双星状结构，有人称之为分布式星状结构。RN可以为有源电子设备（即有源双星状结构）；也可以采用无源器件（如星状耦合器）来完成选路、交接和测试功能，利用波分复用或时分复用方式来分离不同通路。不管是采用有源设备还是无源器件，两种方式在形式上类似，从端局到RN是星状配置，从RN到用户又是个星状配置。双星状结构接入网如图1.10所示。图1.9 星状结构接入网图1.10 双星状结构接入网
有源双星状结构继承了点到点星状结构的一些特点，如与原有网络和管道的兼容性、保密性、故障定位容易、用户设备较简单等。为了克服星状结构成本高的缺点，可以通过向新设的RN/RT分配一些复用功能（有时还附加一些有限的交换功能）来减少馈线段光纤的数量。由于馈线段长度长，由多个用户共享后使系统成本大大降低，故双星状结构是一种经济的、演进的网络结构，很适用于距离较远、用户密度较高的企事业用户和住宅居民用户区。特别是远端节点采用同步数字序列（SDH，Synchronous Digital Hierarchy）复用器的双星状结构不仅覆盖距离远，而且容易升级至高带宽。利用SDH的特点，可以灵活地向用户单元分配所需的任意带宽。1.4.3 总线状结构
总线状结构接入网如图1.11所示，其结构特点是通信的所有点串联起来并使首末两个点开放，当中间各个点可以有上下业务时又称为总线状结构，也称为链状或T状结构。总线状结构具有遍及全网的公共设施，但RN多且信息保密性大大受损，较适于分配式业务。在传统准同步数字序列（PDH，Plesiochronous Digital Hierarchy）网中，由于中间点上下业务费用较高，这种结构用得不太多。当接入网引入SDH分插复用器（ADM，Add/Drop Multiplexer）后，具有十分经济灵活的上下低速业务的能力，可以节省光纤并简化设备。因而，总线状结构又开始受到重视并得到应用。1.4.4 环状结构
环状结构接入网如图1.12所示，其结构特点是通信的所有点串联起来，而且首尾相连，没有任何点开放时就形成了环状结构。图1.11 总线状结构接入网图1.12 环状结构接入网
与T状结构类似，环状结构只在采用了ADM作为RN时，才开始受到重视。利用ADM可以构成各种可靠性很高的自愈环状网结构，其中，单向通道倒换环是最适用于像接入网这样的业务量集中于端局的一种环状结构。这种环状结构，特别是SDH自愈环状网结构，其出色的质量结合较高的成本适合于带宽需求大、质量要求高的企事业用户和接入网馈线段应用。1.4.5 树状结构
传统的有线电视（CATV，Cable television/community Antenna TeleVision）网往往采用树状-分支结构，很适于单向广播式业务。在光纤接入网中，这种结构再次显示了很强的生命力。如图1.13所示的这种结构的两种典型形式，即无源光网络（PON，Passive Optical Network）形式（见图1.13（a））和数字环路载波（DLC，Digital Loop Carrier）形式（见图1.13（b）），仅有的差别是光分路器和复用器。无源光网络不允许在外部设施中出现有源电子设备，而采用无源器件（如无源光功率分路器）来代替传统电缆接入网的交接箱和/或分线盒，完成光信号的分路功能。所谓的无源双星状、无源三星状或树状-分支结构均可由这类PON结构支持。
以PON为基础的树状-分支结构十分适合四线以上的电话业务需求，尤其是对双向宽带业务需求不迫切或不明朗的小企事业用户和住宅居民用户，特别是新建用户区。图1.13 树状-分支结构1.4.6 无线接入网的一般结构
由于无线接入技术比传统的有线接入技术提供了更多的自由度，故无线接入网结构要比传统的有线接入网结构简单得多。
无线接入网的拓扑结构通常可分为两类：无中心拓扑方式和有中心拓扑方式。
1.无中心拓扑方式
在无中心拓扑方式的无线接入网中，任意两个站点之间均可以直接通信，一般采用无线广播信道，各站点都争用公用的无线信道。这种结构的优点是组网简单，费用低廉，并且网络稳定。但是当网络中节点过多时，各节点对信道的争用会降低网络的性能。同时，由于各个节点之间要进行直接通信，网络的布局就会受到一定的限制。因此，这种结构的接入网络适用于用户数较少的情况。
2.有中心拓扑方式
在有中心拓扑方式的无线接入网中，有一个无线站点（节点）是中心站，此站点控制接入网中所有其他站点对网络的访问。由于有一个节点实施控制功能，所以当网络中节点数目增多时，网络的吞吐性能和时延性能可以控制在一定的范围内，而不会像无中心网络一样性能急剧恶化。同时，网络中节点的布局受到的限制也要小一些，组网灵活。但是当中心站点出现故障时，网络很容易陷入瘫痪。
图1.14所示是一个标准的固定无线接入本地环结构。在第1段（段1），从本地交换机（也可以经过基站控制器）到无线基站之间由数字传输系统相连。这些传输系统可以是光纤、微波或电缆，传输体制可以是传统的准同步数字序列（PDH），也可以是同步数字序列（SDH）。在第2段（段2），无线基站负责把网络侧进来的符合网络标准的数字信号转换成数字空中接口信号。在第3段（段3），用户单元接收基站送来的无线电信号，将其转化为模拟信号或网络标准的数字信号。在第4段（段4），用有线手段将用户单元与用户设备（如电话机）相连。图1.14 标准的固定无线接入本地环结构
图1.15所示为一个典型的移动通信系统结构（移动式接入），主要由移动台（MS，Mobile Station）、基站（BS，Base Station）、移动交换中心（MSC，Mobile Switching Center）和与公用固定通信网相连的中继线等构成。移动台（MS）是移动网的用户终端设备，它与最近的基站（BS）之间确立一个无线信道，并通过移动交换中心（MSC）与另一个移动用户通话，或者通过MSC及有线信道与市话用户通话。基站（BS）负责射频信号的发送、接收和无线信号至MSC的接入，还具有信道分配、信令转换及无线小区管理等控制功能，一个基站一般控制一个无线小区。移动交换中心（MSC）对本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制与管理，通过标准接口与基站（BS）和其他MSC相连，完成越区切换、漫游及计费功能。图1.15 典型的移动通信系统结构
移动通信网接入公用固定通信网主要有用户线接入、市话中继线接入和移动电话汇接中心接入三种方式，目前主要采用移动电话汇接中心接入方式实现移动通信网与固定通信网的连接和联网互通。移动电话汇接中心接入方式就是将某个大区域或全国的各移动电话局汇接起来，构成一个区域性的或全国性的移动电话汇接中心，然后与长途干线或国际干线接续，以形成地区性的或全国性的无线移动通信网。在一个区域内，可能有多个移动交换中心（即移动交换局），通过局间中继线和市话端局或汇接局连接。1.4.7 有线接入和无线接入结构的比较
如果将无线接入作为代替有线接入的手段，那么根据不同情况，可以分别代替相应有线接入的任何一部分乃至全部。
1.代替引入线
最保守的应用是用无线接入代替有线接入中的引入线部分，如图1.16所示。此时，有线接入的馈线电缆和配线电缆不动，用无线基站代替分线盒。无线基站在这类应用中常称为无线端口（RP，Radio Port），装在电灯杆或电力杆上，辐射距离较短，覆盖区大致对应微微区（50～500 m）。
在市区，用户引入线很短，典型长度为几十米，初始成本很低，因此采用无线手段的经济优势不明显。然而，如果综合考虑维护成本和生命期成本，则这种方案是有吸引力的，特别是受城市传播条件影响较小，容易实施。在农用网情况下，引入线有可能长达几百米至一千米，此时在初始成本上，用无线手段也比有线手段具有优势。从长期看，用无线接入代替引入线的方案将是某些个人通信网（PCN，Personal Communication Network）配置所需要的。
2.代替配线和引入线
一种有效的应用是用无线接入代替有线接入中的配线和引入线，如图1.17所示。此时无线基站将设置在传统交接箱的位置，也就是数字环路载波（DLC）系统的远端设备所设置的位置，这种应用方案可以称为无线DLC。图1.16 无线代替引入线的结构图1.17 无线接入代替配线和引入线的结构
图1.17所示无线DLC方案的结构可以代替较长的有线接入部分，因此，经济上具有较明显的优势。这种方案是典型的无线环路应用情况，多数蜂窝网也是以十分类似的方式组织的，此时无线基站通过主干路由（通常是DLC）与移动交换局相连。城市传播条件是这种方案的重要制约因素，因此，这种方案主要适用于大型企事业用户、近郊区和新居民区环境，覆盖区大致对应于微区（500～5000 m）。
3.代替全部有线接入
一种更经济的应用是用无线接入代替全部有线接入，即不仅代替配线和引入线，也同样代替馈线电缆段，如图1.18所示。在这种情况下，单个无线系统可以代替交换区内的多个主干/配线系统，从而实现整个无线覆盖区内的接入，它也可以称为无线载波服务区（RCSA，Radio Carrier Service Area）。通常需要在本地交换局处设立高天线和大功率基站，覆盖区很大，相当于宏区（5000～55 000 m）。图1.18 无线接入代替全部有线接入的结构
这种方案代替了交换区的全部外场设施（包括电缆设施和设备），经济上具有最明显的优势。同时，由于整个交换区实现了无线传输，彻底消除了其他部分代替方案所不可避免的规划设计限制，因而理论上似乎是一种最有效、最基本的代替方案，而其他代替方案可以视为一些特殊的、有限的应用。然而，城市实际传播条件的限制将严重影响这种方案的应用，再加上覆盖区太大，同一频带内用户数较少，因而主要适合远郊区和农村网环境。
4.代替部分交换区
如果RCSA可以超过单个交换区，似乎没有理由限制RCSA只应用于单个交换区。这样RCSA有可能扩展至覆盖多个有线交换区和几十千米的范围，于是无线接入系统有可能代替多个交换区。此时无线接入系统不仅代替了多个交换区内的全部外场设备，而且也省掉了多个交换局。这种代替方案可以称为无线重叠网（RON，Radio Overlapping Network）。
理论上，RON方案也是一种十分有效的代替方案，不仅经济上具有明显优势，而且在一定程度上扭转了向分布式交换的发展趋势，并提供了重叠式数字业务的可能性。然而，城市传播条件的限制将严重影响其实际应用。
1.5 接入网的综合接入业务
接入网可提供综合接入业务，即在同一个网络中同时实现语音、数据和图像三种业务，而这三种业务目前已基本覆盖了用户绝大部分的通信需求。1.5.1 普通电话业务（POTS）的接入
接入网提供普通电话（POTS，Plain Old Telephone Service）接口，它既可支持模拟用户，又可以支持用户交换机的接入，同时还支持虚拟用户交换机（Centrex）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。1.5.2 综合业务数字网（ISDN）业务的接入
接入网提供ISDN BRI（2B+D）和ISDN PRI（30B+D）接口。以2B+D和30B+D方式支持N-ISDN（Narrow band-ISDN）业务，如可视会议电话、可视图文、G4传真、电子邮箱、数据信息检索、局域网互联及Internet接入等多种业务；支持ISDN用户与摸拟电话用户混合配置；支持25种ISDN补充业务，如直接拨入（DDI，Direct Dial In）、多用户号码（MSN，Multiple Subscriber Number）及主叫线识别显示（CLIP，Call Line Identity Presence）等业务。1.5.3 数字数据网络（DDN）专线业务的接入
数字数据网络（DDN，Digital Data Network）是一个传输速率高、质量好、网络时延小和全透明的数字数据网络。接入网提供的数据接口包括2048 kb/s（G.703）、N×64 kb/s、子速率（V24）、2B1Q。基于64 kb/s时隙的交叉连接和丰富的数据接口，接入网可以满足任意的DDN接入方式。1.5.4 有线电视（CATV）业务的接入
随着我国有线电视业务（CATV）的迅速普及，在用户接入网中引入CATV业务势在必行。可通过内置式光发射模块、光接收机模块等构成一个独立的CATV光纤传输系统，同时还将CATV单元纳入集中监控和网络管理，如图1.19所示（其中STB为提供数模转换的机顶盒）。
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