幾種寬帶接入技術

張燕春 李 磊

　　摘要：接入網(wǎng)越來越成為整個電信網(wǎng)絡的瓶頸，為了盡快解決這個問題，各種寬帶接入技術相繼出現(xiàn)。介紹了其中的幾種主流技術，包括xDSL、電纜調(diào)制解調(diào)器、寬帶固定無線接入和寬帶以太網(wǎng)等，并且比較了幾種技術的優(yōu)缺點。



　　關鍵詞：寬帶接入，xDSL，Cable Modem�烪FC LMDS，以太網(wǎng)



　　由于大量資金投入電信骨干網(wǎng)絡的建設，核心網(wǎng)絡普遍實現(xiàn)了光纖化，其帶寬基本可滿足當前通信的需要，但大部分的接入網(wǎng)仍停留在窄帶和以電路交換為基礎的水平，接入網(wǎng)越來越成為網(wǎng)絡的瓶頸，其寬帶化和IP化成為當今網(wǎng)絡發(fā)展的一個新焦點。于是，近來寬帶接入技術呈現(xiàn)出新的發(fā)展態(tài)勢，各種技術爭奇斗艷。



　　下面著重介紹xDSL、電纜調(diào)制解調(diào)器（Cable Modem）、寬帶固定無線接入和寬帶以太網(wǎng)等幾種接入技術。



一、幾種寬帶接入技術



1、xDSL



　　數(shù)字用戶線（DSL）是基于普通電話線的寬帶接入技術，它在同一對銅線上分別傳送數(shù)據(jù)和語音信號，數(shù)據(jù)信號并不通過電話交換設備，從而減輕了電話交換機的負擔；而且無需撥號，一直在線，屬于專線上網(wǎng)方式，因此使用DSL上網(wǎng)并不需要繳付另外的電話費。



　　xDSL中的“x”代表各種數(shù)字用戶線技術，如不對稱數(shù)字用戶線（ADSL）、高速數(shù)字用戶線（HDSL）和高速不對稱數(shù)字用戶線（VDSL）等。它們的主要區(qū)別在于上下行鏈路的對稱性以及傳輸速率和有效距離有所不同。



　　ADSL是目前眾多DSL技術中較為成熟的一種，其優(yōu)點是帶寬較大、連接簡單、投資較小，因此發(fā)展很快，廣州、深圳、上海、北京、成都等地的電信部門已先后推出了ADSL寬帶接入服務。ADSL系統(tǒng)主要是針對住宅用戶設計的，其下行速率高達6～9Mbit／s，傳輸距離可達3～5km，典型的下行速率有T1，E1，DS2（6.312Mbit/s），E2（8.448Mbit/s）；上行速率低，具體數(shù)值隨各公司產(chǎn)品而不同，通常為16～640kbit/s。ADSL在一對電話線上同時傳送一路高速下行數(shù)據(jù)、一路較低速率下行數(shù)據(jù)、一路模擬電話。各種信號采用頻分復用方式占用不同頻段，低頻段傳送話音，中間窄頻段傳上行信道數(shù)據(jù)及控制信息，其余高頻段傳下行信道數(shù)據(jù)、圖像或高速數(shù)據(jù)。



　　ADSL主要采用離散多音頻調(diào)制（DMT）或無載波幅相調(diào)制（CAP）方式。DMT方式把全部頻帶劃分為256個子信道，根據(jù)各子信道的瞬時衰耗特性、群時延特性和噪聲特性，自適應地分配各子信道速率，同時關閉被窄帶噪聲淹沒的子信道，以便最有效利用傳輸線，把誤碼和噪聲減至最小，提高系統(tǒng)傳輸容量。此外，ADSL利用自適應濾波方面的新成果，如柵格編碼及RS碼，提高抗噪聲性能，采用非對稱回波抵消技術以消除回波干擾。ADSL系統(tǒng)分別在局端和用戶端裝置ADSL調(diào)制解調(diào)器，采用DMT調(diào)制方法，用快速傅立葉逆變換（IFFT）和快速傅立葉變換（FFT），實現(xiàn)對信號的處理及調(diào)制與解調(diào)。由電話網(wǎng)來的電話業(yè)務，通過普通電話業(yè)務（POTS）分離器用無源耦合方式接到普通電話線上。交換局節(jié)點通過ADSL調(diào)制解調(diào)器和POTS分離器，使話音與高速數(shù)據(jù)一起通過雙絞銅線傳到用戶端，再經(jīng)過用戶端的分離器與ADSL調(diào)制解調(diào)器，將信息送到用戶的PC機或電視終端。



　　HDSL是利用兩對或三對銅雙絞線，為用戶提供PDH一次群速率（T1或E1）的雙工數(shù)字連接。HDSL系統(tǒng)主要是為企事業(yè)單位用戶設計的，它可以作為銅雙絞線接入業(yè)務的通用平臺，為用戶提供話音、數(shù)據(jù)和圖像等多種寬帶業(yè)務。



　　VDSL是速率更高的ADSL，也有人稱其為寬帶數(shù)字用戶線（BDSL）。VDSL系統(tǒng)一般用于光纖接入網(wǎng)中的最后一段入戶連接，其傳輸距離只有100m（155Mbit/s時）到1km（13Mbit/s時）。它的下行傳輸速率可達13,26,52Mbit/s甚至155Mbit/s，采用的調(diào)制技術一般為DMT或16CAP；它的上行傳輸速率為1.5～2Mbit/s，采用的調(diào)制技術一般為DMT，QPSK或4CAP。



2.Cable Modem



　　Cable Modem是近幾年發(fā)展起來的，主要用于有線電視網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸�，F(xiàn)在大多數(shù)新建的有線電視網(wǎng)都采用光纖同軸混合（HFC）網(wǎng)絡，其巨大的帶寬和相對經(jīng)濟性使其對有線電視公司和新成立的電信公司很具吸引力。由于Cable Modem是作為一種在HFC網(wǎng)上提供數(shù)據(jù)業(yè)務的設備，因此它通常等同于HFC寬帶接入技術。



　　Cable Modem利用64QAM技術，可在單一的電視頻道提供30Mbit/s的下行數(shù)據(jù)速率，亦可利用256QAM將速率提升至40Mbit/s。從用戶端的上行通道可以利用QPSK或16QAM調(diào)制技術提供320kbit/s到10Mbit/s的速率。上行和下行帶寬由連接到纜線網(wǎng)絡區(qū)段上的使用者共享，通常一個纜線網(wǎng)絡區(qū)段會連接500～5000個家庭。



　　Cable Modem與以往的調(diào)制解調(diào)器在原理上都是將數(shù)據(jù)進行調(diào)制后變成模擬信號在電纜的一個頻率范圍內(nèi)傳輸�熃邮諘r進行解調(diào)，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸入計算機，其傳輸機理與普通調(diào)制解調(diào)器相同。但Cable Modem本身不單純是調(diào)制解調(diào)器，它一般有兩個接口，一個用來接有線電視端口，另一個與計算機相聯(lián)，它集調(diào)制解調(diào)器、調(diào)諧器、加密解密設備、橋接器、網(wǎng)絡接口卡、簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議（SNMP）代理和以太網(wǎng)集線器的功能于一身，且通過HFC網(wǎng)的某個傳輸頻帶進行調(diào)制解調(diào)。普通調(diào)制解調(diào)器的傳輸介質(zhì)在用戶與交換機之間是獨立的，即用戶獨享通信介質(zhì)。Cable Modem則屬于共享介質(zhì)系統(tǒng)，其它空閑頻段仍然可用于有線電視信號的傳輸。



3.LMDS技術



　　寬帶固定無線接入技術主要有三類，即已經(jīng)投入使用的多路多點分配業(yè)務（MMDS）、直播衛(wèi)星系統(tǒng)（DBS）以及正處于試驗階段的本地多點分配業(yè)務（LMDS）。前兩者已為人熟知，而LMDS則剛剛興起，近來才逐漸成為熱門的寬帶無線接入技術。LMDS是一種微波寬帶業(yè)務，工作在28GHz頻段，在較近的距離上雙向傳輸話音、數(shù)據(jù)和圖像等信息。LMDS采用一種類似蜂窩的服務區(qū)結(jié)構，將一個需要提供業(yè)務的地區(qū)劃分為若干服務區(qū)，每個服務區(qū)內(nèi)設有基站，基站設備經(jīng)點到多點無線鏈路與服務區(qū)內(nèi)的用戶端通信。每個服務區(qū)覆蓋范圍為幾公里至十幾公里，并可相互重疊。



　　LMDS的三個最基本要素為：基站、客戶端設備和網(wǎng)絡管理系統(tǒng)�；�站是處理蜂窩用戶所有來往通信的中央集散點，包括室內(nèi)和戶外設備。室內(nèi)設備為用戶與有線或無線骨干網(wǎng)連接提供接口，戶外設備包括發(fā)射機和接收機，通常安裝在發(fā)射塔上或屋頂上。這些設備負責收集和傳遞來往于一個蜂窩或扇區(qū)內(nèi)的所有通信�？蛻舳嗽O備在功能上與基站設備相似，只是結(jié)構稍有變化。在客戶端，發(fā)射機、接收機和天線一般都合并成一個定向性極強的器件。網(wǎng)絡管理系統(tǒng)（NMS）負責管理有線與無線網(wǎng)絡所提供的業(yè)務。理想的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)應該能夠為整個網(wǎng)絡提供端對端管理，包括骨干網(wǎng)和客戶端。



4.寬帶以太網(wǎng)



　　以太網(wǎng)是在20世紀80年代發(fā)展起來的一種局域網(wǎng)技術，由于其具有使用簡便、價格低、速率高等優(yōu)點，很快成為局域網(wǎng)的主流。隨著千兆以太網(wǎng)（GbE）的成熟和萬兆以太網(wǎng)（10GbE）的出現(xiàn)，以及低成本地在光纖上直接架構GbE和10GbE技術的成熟，以太網(wǎng)開始進入城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)領域。如果接入網(wǎng)也采用以太網(wǎng)將形成從局域網(wǎng)、接入網(wǎng)、城域網(wǎng)到廣域網(wǎng)全部是以太網(wǎng)的結(jié)構。采用與IP一致的統(tǒng)一的以太網(wǎng)幀結(jié)構，各網(wǎng)之間無縫連接，中間不需要任何格式轉(zhuǎn)換，將可以提高運行效率、方便管理、降低成本。



　　但由于接入網(wǎng)是一個公用的網(wǎng)絡環(huán)境，因此其要求與局域網(wǎng)這樣一個私有網(wǎng)絡環(huán)境會有很大不同，它僅借用了用于局域以太網(wǎng)的幀結(jié)構和接口，網(wǎng)絡結(jié)構和工作原理完全不一樣，其差別主要反映在用戶管理、安全管理、業(yè)務管理和計費管理上。



　　用戶管理指的是用戶需要到接入網(wǎng)運營商那里進行開戶登記，并且在用戶進行通信時對用戶進行認證、授權，保證合法用戶正常通信，杜絕非法用戶入侵。安全管理指的是接入網(wǎng)需要保障用戶數(shù)據(jù)（單播地址的幀）的安全性，隔離攜帶有用戶個人信息的廣播消息（如地址解析協(xié)議（ARP）、動態(tài)主機配置協(xié)議（DHCP）消息等），防止關鍵設備受到攻擊。業(yè)務管理指的是接入網(wǎng)需要支持組播業(yè)務，需要為保證QoS提供一定手段。計費管理指的是接入網(wǎng)需要提供有關計費的信息，計費問題對于任何一種接入方式都是必需的。



　　基于以太網(wǎng)技術的寬帶接入網(wǎng)由局端設備和用戶端設備組成，局端設備一般位于小區(qū)內(nèi)或商業(yè)大樓內(nèi)，用戶端設備一般位于居民樓內(nèi)；局端設備提供與IP骨干網(wǎng)的接口，用戶端設備提供與用戶終端計算機相接的10,100BASｅ-T接口。用戶端設備不同于以太網(wǎng)交換機，以太網(wǎng)交換機隔離單播數(shù)據(jù)幀，不隔離廣播地址的數(shù)據(jù)幀，而用戶端設備的功能僅僅是以太網(wǎng)幀的復用和解復用；局端設備不同于路由器，路由器維護的是端口－網(wǎng)絡地址映射表，而局端設備維護的是端口－主機地址映射表。用戶端設備只有鏈路層功能，工作在復用器方式下，各用戶之間在物理層和鏈路層相互隔離，從而保證用戶數(shù)據(jù)的安全性；局端設備支持對用戶的認證、授權和計費以及用戶IP地址的動態(tài)分配，還具有匯聚用戶端設備網(wǎng)管信息的功能。



二、各種技術的優(yōu)缺點



1.xDSL和Cable Modem



　　這兩種技術的最大特點是可以利用現(xiàn)有通信線路，而無需重新構架網(wǎng)絡基礎設施。



　　由于ADSL信號的工作頻帶與電話業(yè)務的工作頻帶不重合，因此在一條電話線上既可傳送一般的語音電話業(yè)務，也可傳送ADSL寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務，用戶可以一邊打電話一邊通過ADSL上網(wǎng)。但是，ADSL技術目前還存在一些問題，一是由于電纜中不同線路信號之間相互串擾以及線路存在質(zhì)量問題等原因，目前在中國還沒有大規(guī)模大面積地通過ADSL實現(xiàn)寬帶接入；另外，ADSL設備較昂貴，且在用戶端需加裝話音分離器，安裝相對復雜。



　　對于HFC網(wǎng)上的Cable Modem由于采用無連接技術，用戶的PC可以一直保持在線狀態(tài)，無需撥號過程，且不占用電話。但從傳統(tǒng)的有線電視網(wǎng)升級到HFC有很大的改造難度。首先，頻帶資源顯然不足；其次，傳統(tǒng)有線電視網(wǎng)上采用的都是單向放大器和相關設備，需要全部更換才能滿足HFC的要求；其次，HFC接入方案采用分層樹型結(jié)構，這種技術本身是一個共享型網(wǎng)絡，這就意味著用戶要和鄰近用戶分享帶寬，所以HFC的理論傳輸速率也會受到影響。



2.LMDS



　　LMDS系統(tǒng)尚處于試驗階段，開發(fā)28GHz頻段的放大器需要砷化鎵單片毫米波集成電路，要做到低成本高性能不大容易。另外，LMDS只能視距傳輸，為了避免阻擋，樞紐站可能不得不設置在高于地面15～20m處，而且其性能受天氣和周圍環(huán)境影響。但寬帶固定無線接入代表了寬帶接入技術的一種發(fā)展趨勢，它不僅敷設開通快，維護簡單，用戶較密時成本低，而且最適于新的本地網(wǎng)競爭者與傳統(tǒng)電信公司和有線電視公司展開有效競爭，也可以作為電信公司有線接入的重要補充。



3.以太網(wǎng)



　　以太網(wǎng)技術對于企事業(yè)用戶一直是最流行的接入方法，主要原因是已具備強大的網(wǎng)絡基礎和豐富的經(jīng)驗，而且目前所有流行的操作系統(tǒng)和應用也都是與以太網(wǎng)兼容的。由于性價比高、可擴展性強、容易安裝開通以及可靠性高等，以太網(wǎng)接入方式與IP網(wǎng)很能相互適應，使寬帶以太網(wǎng)接入技術成為新興運營商的首選方案之一。然而，由于計費、管理以及有源器件多等因素，以太網(wǎng)作為居民用戶的接入方式目前尚不適用，但隨著城市智能化小區(qū)的建設，以太網(wǎng)接入也不失為一種較為理想的方案。



三、結(jié) 語



　　接入網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)模巨大、需求旺盛、新技術不斷涌現(xiàn)，其發(fā)展包含了無數(shù)的機遇，而且市場之大前所未有，吸引了制造商、運營企業(yè)和業(yè)務提供者的廣泛參與。無論采用何種接入技術，只有最大程度地滿足用戶的需求，才能有效占領市場。而且毋庸置疑的是，現(xiàn)行的各種技術方案終將過渡到一個理想的階段——光纖到戶。


摘自《現(xiàn)代電信科技》2002.3