寬帶城域網(wǎng)中用戶接入技術(shù)的比較和分析

李昀 李罡



　　摘 要 本文首先闡述了寬帶城域網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)，然后詳細(xì)介紹了接入層的各種技術(shù)方案和應(yīng)用情況，最后對各種接入技術(shù)進行了比較和分析，提出采用綜合接入手段作為系統(tǒng)解決方案的觀點。



　　關(guān)鍵詞 寬帶城域網(wǎng) 非對稱數(shù)字用戶線系統(tǒng) 以太網(wǎng) 無源光網(wǎng) 碼分多址



1 寬帶城域網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)



　　寬帶城域網(wǎng)在組網(wǎng)功能結(jié)構(gòu)上可分為核心層、邊緣層和接入層。在實際建設(shè)中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)往往根據(jù)城市規(guī)模、用戶群范圍、業(yè)務(wù)量大小，確定是二層結(jié)構(gòu)（即骨干層、接入層）還是三層結(jié)構(gòu)（即骨干層、邊緣層和接入層）。



　　核心層的主要功能是為邊緣層網(wǎng)絡(luò)提供高速的數(shù)據(jù)交換和大容量的業(yè)務(wù)調(diào)度，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計以網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)的流量和流向為前提。核心層的交換技術(shù)主要有IP和ATM兩種，主流設(shè)備采用吉比特或太比特線速路由器、大容量ATM交換機設(shè)備，提供高速的核心交換功
能和快速的路由功能。核心層的傳輸技術(shù)主要有光纖直連、SDH、DWDM等。



　　邊緣層是核心層和接入層之間的橋梁，主要功能是提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋面、匯聚和收斂用戶業(yè)務(wù)和進行用戶控制與管理，并且終結(jié)PVC。邊緣層節(jié)點一般為大容量路由器、ATM交換機、局域網(wǎng)交換機和寬帶接入服務(wù)器等。邊緣層的傳輸技術(shù)主要有兩種實現(xiàn)方案：光纖直連方案
或通過SDH采用POS技術(shù)組網(wǎng)方案。



　　接入層的作用是將終端用戶接入到寬帶城域網(wǎng)絡(luò)中，是網(wǎng)絡(luò)向用戶延伸的“最后一公里”。接入層通過各種接入技術(shù)和線路資源實現(xiàn)對不同業(yè)務(wù)需求、不同地理分布的用戶覆蓋。為了快速有效地吸納用戶，其設(shè)備應(yīng)提供豐富的業(yè)務(wù)接口（寬帶和窄帶接入），具有多業(yè)務(wù)的承載能力和QoS保證，能對用戶節(jié)點實現(xiàn)一定的流量控制及其他策略管理功能。



2 寬帶城域網(wǎng)接入層的技術(shù)



　　從傳輸媒質(zhì)來看，寬帶城域網(wǎng)的接入方式可歸納為有線、無線兩大部分。目前寬帶有線接入技術(shù)主要有基于雙絞線的非對稱數(shù)字用戶線系統(tǒng)（ADSL）技術(shù)、基于光纖和同軸電纜混合（HFC）網(wǎng)的電纜調(diào)制解調(diào)器（Cable Modem）技術(shù)、基于光纖（或光傳送網(wǎng)）的接
入技術(shù)；而寬帶無線接入技術(shù)則主要有多路微波分配系統(tǒng)（MMDS）、本地多點分配業(yè)務(wù)（LMDS）、衛(wèi)星通信接入技術(shù)等。



2.1 寬帶有線接入技術(shù)



2.1.1 基于雙絞線的ADSL技術(shù)



　　非對稱數(shù)字用戶線系統(tǒng)（ADSL）是充分利用現(xiàn)有電話網(wǎng)絡(luò)的雙絞線資源，實現(xiàn)高速率、高帶寬的數(shù)據(jù)接入的一種技術(shù)，它采用FDM頻分復(fù)用技術(shù)和DMT調(diào)制技術(shù)，在保證不影響正常電話使用的前提下，利用原有的電話雙絞線進行高速數(shù)據(jù)傳輸。ADSL最高能夠向終端用戶提供6Mbit/s的下行傳輸速率和640kbit/s的上行速率，比傳統(tǒng)的56kbit/s模擬調(diào)制解調(diào)器快100多倍，這也是傳輸速率達(dá)128kbit/s的ISDN（綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)）所無法比擬的。



　　目前，全世界有將近7.5億銅制電話線用戶，ADSL無須改動現(xiàn)有銅纜網(wǎng)絡(luò)設(shè)施就能提供寬帶業(yè)務(wù)，由于技術(shù)成熟，產(chǎn)量大幅上升，ADSL已開始進入大力發(fā)展階段。由ADSL延伸發(fā)展出的VDSL、SHDSL等技術(shù)能夠提供更高的傳輸速率及更豐富的終端接口，目前正處于積極的實驗與小規(guī)模的商用發(fā)展中。



2.1.2 基于HFC網(wǎng)的Cable Modem技術(shù)



　　基于光纖和同軸電纜混合網(wǎng)的Cable Modem技術(shù)是寬帶有線接入技術(shù)中最早成熟的，其巨大的帶寬和相對經(jīng)濟性使其對有線電視網(wǎng)絡(luò)公司和新成立的電信公司很具吸引力。Cable Modem的前端設(shè)備CMTS采用10Base-T，100Base-T等接口，可直接聯(lián)到本地服務(wù)器，享受本地業(yè)務(wù)，也可以通過交換型Hub及路由器與Internet連接；用戶端設(shè)備CM通過10Base-T接口，與用戶計算機相聯(lián)。Cable Modem由調(diào)制解調(diào)器、調(diào)諧器、加/解密模塊、橋接器、網(wǎng)絡(luò)接口卡、以太網(wǎng)集線器等組成，無須撥號上網(wǎng)，不占用電話線，可提供隨時在線連接的全天候服務(wù)，最高可向終端用戶提供32Mbit/s的下行傳輸速率和10Mbit/s的上行速率。



2.1.3 基于光纖（或光傳送網(wǎng)）的接入技術(shù)



　　光纖通信具有通信容量大、質(zhì)量高、性能穩(wěn)定、防電磁干擾、保密性強等優(yōu)點。在干線通信中，光纖扮演著重要角色；在接入網(wǎng)中，光纖接入方式也將成為發(fā)展的重點。寬帶城域網(wǎng)以光纖作為傳輸媒介時，接入技術(shù)也有多種選擇，目前居于主流地位的有：以太網(wǎng)接入技術(shù)和無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)。



2.1.3.1 以太網(wǎng)接入技術(shù)



　　傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)不屬于接入網(wǎng)范疇，而屬于用戶駐地網(wǎng)（CPN），然而以太網(wǎng)技術(shù)以其低成本和廣泛的應(yīng)用支持等優(yōu)點，迅速向接入網(wǎng)領(lǐng)域擴展，逐漸成為企事業(yè)用戶的主導(dǎo)接入方式。目前全球企事業(yè)用戶的80％以上都采用以太網(wǎng)接入。



　　根據(jù)我國住戶大多集中居住的特點，在居民小區(qū)、高檔住宅樓和商業(yè)大廈適合采用FTTx+LAN的接入方式，即將光纖建設(shè)到小區(qū)或大樓，再通過快速以太網(wǎng)連接到用戶。用戶側(cè)的接入設(shè)備（如寬窄帶綜合接入設(shè)備）一般位于小區(qū)或商業(yè)大樓內(nèi)，能向用戶提供豐富的業(yè)務(wù)接口，完成綜合業(yè)務(wù)的接入；它的上行接口也應(yīng)是多樣化的（ATM、IP），可以利用光纖或光傳送網(wǎng)上聯(lián)至骨干/匯聚層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。



具體有以下幾種接入模式。



模式一：采用光纖收發(fā)器方式接入，參見圖1。




　　該模式的特點是：采用裸光纖接入，可根據(jù)用戶需求決定收發(fā)速率，業(yè)務(wù)開展便捷，但耗費光纖資源，安全性差，維護難度大。適合在建網(wǎng)初期高端用戶的接入。



模式二：采用FE／E1或V．35／E1轉(zhuǎn)換器接入，如圖2所示。







　　該模式的特點是：可利用SDH傳輸網(wǎng)資源，節(jié)省光纖，可靠性高，需進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，降低效率，帶寬的利用率低，當(dāng)帶寬需求激增時，對SDH網(wǎng)有較大沖擊。適合一般用戶。



模式三：通過綜合業(yè)務(wù)傳送節(jié)點(MSTP)接入，參見圖3。







　　該模式的特點是：可利用SDH傳輸網(wǎng)資源，節(jié)省光纖，可靠性高，無需協(xié)議轉(zhuǎn)換，帶寬的利用提高；需對現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò)進行改造。適合在業(yè)務(wù)熱點密集的地區(qū)組網(wǎng)。



2.1.3.2 無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)



　　無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是光接入網(wǎng)的一種形式，其特點是光配線網(wǎng)（ODN）全部由光纖、無源光分路器（Splitter）等無源器件組成，無需貴重的有源電子設(shè)備。



　　一個典型的PON系統(tǒng)有光線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）、無源光分路器（Splitter）組成。OLT放在中心機房，主要功能是完成接入網(wǎng)中業(yè)務(wù)節(jié)點接口（SNI）和用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）之間的有關(guān)信令協(xié)議的轉(zhuǎn)換；ONU一般放在網(wǎng)絡(luò)接口單元附近，具有光/電轉(zhuǎn)換、用戶信息分接和復(fù)接，以及向用戶終端饋電和信令轉(zhuǎn)換等功能。其信號處理方式為：下行采用TDM點到多點的廣播方式發(fā)送、上行采用時分多址接入（TDMA）方式解決多點到點的信道帶寬爭用問題。PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參見圖4。







　　從運營商和服務(wù)提供商的角度來看，PON具有非常突出的吸引力。



*運營成本低，維護簡單；



*光分路器可靈活分布，多級分配，適應(yīng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)要求；



*可提供高速的帶寬和靈活的帶寬分配。



　　為了適應(yīng)多媒體業(yè)務(wù)的發(fā)展，PON技術(shù)一直在不斷發(fā)展改進。目前寬帶接入的PON技術(shù)主要有：ATMPON（APON）和Ethernet PON（EPON）。兩者最主要的區(qū)別在于幀結(jié)構(gòu)不同（包括幀結(jié)構(gòu)格式、幀周期長度、打包方式等）。無論是APON還是EPON系統(tǒng)，對帶寬分配和服務(wù)保證都有一套完整的體系，可提供不同QoS要求的多業(yè)務(wù)、多速率接入，能適應(yīng)用戶的多樣性和業(yè)務(wù)發(fā)展的不確定性要求。因而，無源純介質(zhì)光分配網(wǎng)絡(luò)可能是一種比較理想的、長遠(yuǎn)的解決方案。



3 寬帶無線接入網(wǎng)技術(shù)



　　光接入網(wǎng)是發(fā)展寬帶接入的長遠(yuǎn)解決方案，但目前這種方式還存在工程造價太高，建設(shè)速度慢等缺點，而且對于部分網(wǎng)絡(luò)運行企業(yè)來說，不具備本地網(wǎng)絡(luò)資源，在這種情況下，要進入和占領(lǐng)接入市場，采用寬帶無線接入技術(shù)是一個比較合適的切入點。



　　無線接入又分為移動無線接入和固定無線接入。在移動無線接入中，用戶是移動的，通常只要求提供話音及窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：而固定無線接入中，用戶基本是固定不變的或在室內(nèi)小范圍移動，通常要求提供寬帶綜合業(yè)務(wù)。



3.1 移動無線接入網(wǎng)技術(shù)



　　隨著用戶對移動通信需求的增加及移動通信用戶的飛速發(fā)展，移動通信業(yè)務(wù)已成為各通信運營商競爭最為激烈的業(yè)務(wù)，無線移動通信技術(shù)已成為通信技術(shù)的主流技術(shù)之一。目前較為成熟且普遍采用的無線移動通信技術(shù)有GSM、GPRS、CDMA以及各類無線市話技術(shù)。



　　其中無線市話技術(shù)以其精簡的投資規(guī)模、優(yōu)良的通話音質(zhì)以及高速的數(shù)據(jù)傳輸將使新興的通信運營商快速有效地切入市場。無線市話系統(tǒng)的典型組網(wǎng)技術(shù)有：數(shù)字無繩技術(shù)和CDMA-WLL技術(shù)。



　　與此同時，隨著3G技術(shù)的發(fā)展與成熟，3G技術(shù)將為移動終端提供144kbit/s～2Mbit/s的傳輸速率，從而為用戶提供話音、數(shù)據(jù)、視頻等多種服務(wù)業(yè)務(wù)。目前3G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有WCDMA、cdma 2000以及TD-SCDMA三種。



3.2 固定無線接入網(wǎng)技術(shù)



　　固定無線接入網(wǎng)技術(shù)主要有3.5G無線接入系統(tǒng)、MMDS、LMDS、衛(wèi)星通信接入技術(shù)；WLAN、FSO等。



3.2.1 3.5g無線接入系統(tǒng)



　　3.5G無線接入系統(tǒng)工作在3.5GHz附近，是一點到多點的無線系統(tǒng)，其帶寬為30MHz×2，多數(shù)系統(tǒng)的單用戶的接入速率為1～2個2Mbit/s。3.5G固定無線接入系統(tǒng)主要面向基站傳輸、中繼傳輸、中小企業(yè)接入、無線到大樓、IP電話等。3.5G固定無線接入系統(tǒng)的信號衰減小于0.1dB/km,覆蓋范圍一般可達(dá)10km，屬于準(zhǔn)視距傳輸，障礙物的影響較小。



3.2.2 MMD鞋入技術(shù)



　　多路微波分配系統(tǒng)（MMDS，Multichannel Microwave Distribution System）原本是以傳送電視節(jié)目為目的，隨著MMDS系統(tǒng)由模擬向數(shù)字化的發(fā)展，數(shù)字MMDS已不單純只傳送電視節(jié)目，而是同時傳送高速數(shù)據(jù)，提供數(shù)字業(yè)務(wù)服務(wù)了。MMDS的工作頻率為2.5～2.7GHa可在50km半徑內(nèi)為用戶提供數(shù)據(jù)流量為500kbit/s～1Mbit/s的數(shù)字業(yè)務(wù)服務(wù)。



3.2.3 LMD接入技術(shù)



　　本地多點分配業(yè)務(wù)（LMDS，Local Multipoint Distribution Service）最大特點在于其寬帶特性，LMDS工作在24～38GHz頻段，可用頻譜往往達(dá)到1GHz以上。由于該技術(shù)利用高容量點對多點微波傳輸，幾乎可以提供任何種類的業(yè)務(wù)，支持雙向話音、數(shù)據(jù)及視頻圖像業(yè)務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)從64kbit/s～2Mbit/s，甚至高達(dá)155Mbit/s的用戶接入速率，具有很高的可靠性，被稱為是一種“無線光纖”技術(shù)。



3.2.4 衛(wèi)星通信接入技術(shù)



　　在我國復(fù)雜的地理條件下，采用衛(wèi)星通信技術(shù)是一種有效方案。目前，已有網(wǎng)絡(luò)使用衛(wèi)星通信的VSAT技術(shù)，發(fā)揮其非對稱特點，即上行檢索使用地面電話線或數(shù)據(jù)電路，而下行則以衛(wèi)星通信高速率傳輸，可用于提供ISP的雙向傳輸。



4 寬帶城域網(wǎng)接入層技術(shù)的比較和選擇



　　用戶的需求是多樣化的，用戶駐地網(wǎng)絡(luò)所用的傳輸媒質(zhì)不一、用戶帶寬需求不一、用戶的業(yè)務(wù)流量模型不一，不可能用一種接入技術(shù)解決所有的問題，不同的技術(shù)均有其特點和適用的領(lǐng)域。所以，應(yīng)根據(jù)終端用戶的業(yè)務(wù)類型和線路資源情況選擇最合適的接入手段。



　　在有線接入方式中，ADSL適用于零散分布用戶或不計劃改造現(xiàn)有雙絞線布線計劃的小區(qū)、大廈用戶；HFC主要適用于對現(xiàn)有有線電視線纜進行雙向和擴頻改造后的家庭用戶；光纖（或光傳送網(wǎng)）接入技術(shù)主要適用于用戶密集、業(yè)務(wù)量大的企事業(yè)單位、商業(yè)寫字樓和智能小區(qū)等。



　　在無線接入方式中，MMDS與LMDS系統(tǒng)在容量上、傳播距離上各有優(yōu)勢與劣勢。MMDS系統(tǒng)適合于用戶分布較分散，業(yè)務(wù)需求不大的用戶業(yè)務(wù)模型：LMDS系統(tǒng)則適合于用戶分布集中，業(yè)務(wù)需求較大的用戶業(yè)務(wù)模型。衛(wèi)星通信技術(shù)適合在復(fù)雜的地理條件下，實現(xiàn)寬帶IP多媒體廣播。如果用戶分布零散，帶寬需求不大，還可以選擇如WLAN、CDMA等的接入模式。



　　需要指出的是，作為寬帶城域網(wǎng)接入層的系統(tǒng)解決方案，利用一種技術(shù)解決所有業(yè)務(wù)是不現(xiàn)實的，所以，有時要將上述的幾種技術(shù)進行組合，提供綜合接入手段。





摘自　電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化