现代接入网技术

前   言
宽带接入技术有力推动国民经济的发展、提升社会信息化水平、刺激技术创新和产业革命、消除数字鸿沟、促进节能减排，已成为世界各国积极发展的重点战略技术。我国曾在“宽带中国”战略中提出，到2020年我国宽带网络服务质量、应用水平和宽带产业支撑能力要达到世界先进水平。在各类宽带接入技术中，宽带无线接入作为连接广大用户方便、快捷的手段，在各国的宽带战略中扮演着极其重要的角色。特别是我国的光纤通信、移动通信和无线局域网（WLAN）等宽带接入技术的深度应用，有力地推动了移动互联网及智能终端的爆发式增长，激发了新一轮的信息技术和产业革命。面向未来，第五代移动通信技术（5G）和NB-IoT将会进一步提升无线接入能力，不仅能够满足下一代移动互联网的极致用户体验需求，而且将重点满足海量物联网及垂直行业的应用需求。
本书详细介绍宽带有线和无线接入技术的发展现状与趋势、关键技术、标准原理与应用，以及5G、NB-IoT的研究进展。
本书共9章，主要内容包括：接入网概述、接入网的体系结构、铜线接入技术、光纤接入网、HFC接入网、局域网技术、无线局域网、城域网接入技术和广域网接入技术等，同时还分析了宽带接入网规划与设计案例和应用。为了便于教学，本书提供配套的电子课件和习题参考答案，任课老师可登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）注册下载，也可联系编辑（010-88254113，wangxq@phei.com.cn）索取。
本书的第2、6、9章由赖小龙编写，第3、7章由余晓玫编写，第1、5章由刘文晶编写，第4章由曹文静编写，第8章由谭祥编写。全书由赖小龙主编并统稿。
本书在编写过程中参考了大量相关标准文档、技术提案、论文、研究报告、书籍、资料。其中，移动通信及相关内容重点参考了3GPP R8～R15的标准文档、草案和技术提案，ITU IMT-Advanced建议书与相关资料等。无线局域网及相关内容重点参考了IEEE 802.11系列标准文档、草案。在5G方面，重点参考了IMT-2020（5G）推进组在5G领域的研究进展，并参考了IMT-2020相关建议书和部分与5G相关的论文。 
由于光纤和无线通信技术体系庞杂，而且一直在快速发展，因此书中难免出现错误或不当之处，恳请广大读者提出宝贵意见。

作者   
2020年6月

本书在介绍接入网基本概念的基础上，全面地讲述几种常用的宽带接入技术。本书共9章，主要内容包括：接入网概述、接入网的体系结构、铜线接入技术、光纤接入网、HFC接入网、局域网技术、无线局域网、城域网接入技术、广域网接入技术。本书提供配套的电子课件和习题参考答案。本书取材适宜、结构合理、内容新颖、知识全面、由浅入深、通俗易懂，侧重接入网的基本原理和实际应用技术，且能够跟踪新技术的发展。为便于读者在学习过程中进行归纳总结，以及培养分析问题和解决问题的能力，在每章后都安排了小结及习题。本书可作为通信工程、网络工程专业本科生的教材，也可供相关专业的硕士研究生和相关专业领域的技术人员学习、参考。

赖小龙，2013年6月至今在重庆邮电大学移通学院担任宽带接入技术、现代交换原理、NGN和软交换、移动通信和数字电视传输与组网技术的通信专业课，以及现代交换原理、网络安全和移动通信实验课。

目 录 
第1章 接入网概述 1 
1.1 接入网是什么 1 
1.1.1 接入网的定义 1 
1.1.2 接入网的定界 1 
1.1.3 接入网的功能结构 3 
1.1.4 接入网的特点 4 
1.2 接入网的发展 5 
1.3 接入网的分类 6 
1.3.1 按拓扑结构分类 6 
1.3.2 按传输介质分类 7 
1.3.3 按传输信号的形式分类 8 
1.3.4 按接入业务的速率分类 8 
1.3.5 按接入技术分类 9 
小结 13 
习题 13 
第2章 接入网的体系结构 14 
2.1 接入网总体标准——G.902建议 14 
2.1.1 G.902建议概述 14 
2.1.2 接入网的基本定义 15 
2.1.3 接入网的结构和定界 16 
2.1.4 接入网的接口 16 
2.1.5 管理、控制和操作 17 
2.1.6 G.902建议小结 18 
2.2 IP接入网总体标准——Y.1231建议 18 
2.2.1 IP接入网系列标准概述 18 
2.2.2 ITU Y系列建议与GII 18 
2.2.3 IP接入网概述 19 
2.2.4 IP接入网的定义 19 
2.2.5 IP接入网的位置 19 
2.2.6 IP接入网的参考模型 20 
2.2.7 IP接入网的接入类型 21 
2.2.8 Y.1231建议小结 21 
2.3 相关标准 21 
小结 22 
习题 22 
第3章 铜线接入技术 23 
3.1 铜线接入技术概述 23 
3.1.1 DSL技术发展 23 
3.1.2 DSL关键技术 25 
3.2 非对称数字用户线（ADSL）接入技术 27 
3.2.1 ADSL定义与特点 27 
3.2.2 ADSL系统构成 27 
3.2.3 ADSL的应用 29 
3.2.4 ADSL2和ADSL2 30 
3.3 超高速数字用户线（VDSL）接入技术 31 
3.3.1 VDSL系统结构 31 
3.3.2 VDSL相关技术 32 
3.3.3 VDSL的应用 33 
小结 33 
习题 34 
第4章 光纤接入网 35 
4.1 光纤接入网概述 35 
4.1.1 定义 35 
4.1.2 分类 35 
4.1.3 拓扑结构 36 
4.1.4 传输技术 39 
4.1.5 应用类型 40 
4.2 EPON技术 41 
4.2.1 EPON技术的产生和发展 41 
4.2.2 EPON的网络结构 42 
4.2.3 EPON的传输原理 42 
4.2.4 EPON协议栈 44 
4.2.5 EPON的关键技术 45 
4.3 GPON技术 47 
4.3.1 GPON技术概述 47 
4.3.2 GPON的技术原理 48 
4.3.3 GPON的关键技术 50 
4.3.4 GPON与EPON的比较 52 
4.3.5 10G EPON和WDM-PON 53 
4.3.6 GPON的应用 55 
小结 58 
习题 59 
第5章 HFC接入网 60 
5.1 HFC接入网概述 60 
5.1.1 HFC的发展 60 
5.1.2 HFC系统的频谱划分 61 
5.2 HFC接入网的结构 62 
5.2.1 传统CATV网的结构 62 
5.2.2 HFC接入网的设计方案 63 
5.3 EOC技术 68 
5.3.1 EOC技术概述 68 
5.3.2 EOC的工作原理 69 
5.4 HFC接入网的演进方向 75 
5.4.1 HFC接入网存在的问题 75 
5.4.2 HFC接入网的发展思路 76 
5.4.3 有线电视网络的发展趋势 76 
小结 78 
习题 79 
第6章 局域网技术 80 
6.1 计算机网络概述 80 
6.1.1 计算机网络的定义 80 
6.1.2 计算机网络的功能 80 
6.1.3 计算机网络的分类 81 
6.2 局域网 83 
6.2.1 局域网概念 83 
6.2.2 以太网概念 84 
6.2.3 以太网技术的发展 85 
6.2.4 以太网工作过程 85 
6.2.5 关键技术——CSMA/CD协议 86 
6.2.6 以太网使用集线器的星状拓扑 92 
6.2.7 以太网的信道利用率 93 
6.2.8 以太网的MAC层 94 
6.3 扩展的以太网 99 
6.3.1 在物理层扩展以太网 99 
6.3.2 在数据链路层扩展以太网 100 
6.4 虚拟局域网技术 102 
6.4.1 VLAN 102 
6.4.2 广播域和广播风暴 103 
6.4.3 VLAN的划分方法 103 
6.5 以太网宽带接入技术 106 
6.6 LAN接入组网案例分析 107 
6.6.1 IP网络结构 107 
6.6.2 宽带接入组网结构 108 
6.6.3 LAN典型组网应用 108 
6.6.4 FTTx LAN接入 109 
6.7 网线的制作 110 
小结 113 
习题 113 
第7章 无线局域网 114 
7.1 WLAN接入技术概述 114 
7.1.1 WLAN的基本概念 114 
7.1.2 WLAN的特点 115 
7.1.3 WLAN的应用领域 115 
7.2 WLAN的基本原理 117 
7.2.1 WLAN的技术标准 117 
7.2.2 WLAN的频段分配 121 
7.2.3 WLAN的关键技术 123 
7.3 WLAN的网络结构与系统组成 126 
7.3.1 WLAN的网络结构 126 
7.3.2 中国移动WLAN的网络结构与系统组成 129 
7.4 WLAN的应用 131 
7.4.1 Wi-Fi与WLAN的区别及Wi-Fi的应用 131 
7.4.2 WLAN的典型应用 133 
小结 137 
习题 138 
第8章 城域网接入技术 139 
8.1 IEEE 802.16标准总体概述 139 
8.1.1 标准及其演进 140 
8.1.2 协议结构 141 
8.2 IEEE 802.16物理层关键技术 144 
8.3 IEEE 802.16系统结构 145 
8.4 IEEE 802.16组网应用模式 146 
8.4.1 PMP应用模式 146 
8.4.2 Mesh模式 147 
小结 149 
习题 149 
第9章 广域网接入技术 151 
9.1 概述 151 
9.1.1 国际移动通信发展历程 151 
9.1.2 我国移动通信发展情况 152 
9.1.3 NB-IoT出现 153 
9.2 5G接入技术 154 
9.2.1 5G时代 154 
9.2.2 5G的技术路线 155 
9.2.3 5G的关键技术 155 
9.2.4 5G无线网络典型覆盖场景 158 
9.2.5 5G无线网络的关键性能指标 159 
9.2.6 5G无线网络架构的设计原则 160 
9.2.7 5G无线网络架构的设计方案 160 
9.3 NB-IoT 162 
9.3.1 NB-IoT的基本概念 163 
9.3.2 NB-IoT的网络架构 164 
9.3.3 NB-IoT的关键技术 164 
9.3.4 NB-IoT的应用特点 166 
9.3.5 NB-IoT的应用场景 167 
小结 167 
习题 168 
参考文献 169

本书在介绍接入网基本概念的基础上，全面地讲述几种常用的宽带接入技术。本书共9章，主要内容包括：接入网概述、接入网的体系结构、铜线接入技术、光纤接入网、HFC接入网、局域网技术、无线局域网、城域网接入技术、广域网接入技术。本书提供配套的电子课件和习题参考答案。本书取材适宜、结构合理、内容新颖、知识全面、由浅入深、通俗易懂，侧重接入网的基本原理和实际应用技术，且能够跟踪新技术的发展。为便于读者在学习过程中进行归纳总结，以及培养分析问题和解决问题的能力，在每章后都安排了小结及习题。本书可作为通信工程、网络工程专业本科生的教材，也可供相关专业的硕士研究生和相关专业领域的技术人员学习、参考。

赖小龙，2013年6月至今在重庆邮电大学移通学院担任宽带接入技术、现代交换原理、NGN和软交换、移动通信和数字电视传输与组网技术的通信专业课，以及现代交换原理、网络安全和移动通信实验课。