宽带有线接入网技术及其比较

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摘要：本文从基于双绞线的ADSL技术、基于HFC网的Cable Modem技术、基于五类线的以太网接入技术及光纤接入技术等方面，详细地介绍了宽带有线接入网技术及其比较。
关键词：宽带有线接入网技术。
100多年以来，电信网技术已发生了翻天覆地的变化，无论是交换还是传输，大约每隔10～20年就会有新的技术和系统诞生。然而这种迅速更新和变化只发生在电信网的核心，即长途网和中继网部分。而电信网的边缘部分，即从本地交换机到用户之间的接入网一直是电信网领域中技术变化最慢、耗资最大、成本最敏感、法规影响最大和运行环境最恶劣的老大难领域。
国际电联标准部（ITU—T）根据近年来电信网的发展演变趋势，提出了接入网的概念。
从整个电信网的角度讲，可以将全网划分为公用网和用户驻地网（CPN）两大块，其中CPN属用户所有，因而，通常意义的电信网指的是公用电信网部分。公用电信网又可以划分为长途网、中继网和接入网3部分。长途网和中继网合并称为核心网。相对于核心网，接入网介于本地交换机和用户之间，主要完成使用户接入到核心网的任务，接入网由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间一系列传送设备组成。
然而近年来，以互联网为代表的新技术革命正在深刻地改变传统的电信概念和体系结构，随着各国接入网市场的逐渐开放，电信管制政策的放松，竞争的日益加剧和扩大，新业务需求的迅速出现，有线技术（包括光纤技术）和无线技术的发展，接入网开始成为人们关注的焦点。在巨大的市场潜力驱动下，产生了各种各样的接入网技术，然而至今尚无一种接入技术可以满足所有应用的需要，接入技术的多元化是接入网的一个基本特征。接入技术可以分为有线接入技术和无线接入技术两大类。
有线接入技术包括：基于双绞线的ADSL技术、基于HFC网（光纤和同轴电缆混合网）的Cable Modem技术、基于五类线的以太网接入技术以及光纤接入技术。
一、基于双绞线的ADSL技术
非对称数字用户线系统（ADSL）是充分利用现有电话网络的双绞线资源，实现高速、高带宽的数据接入的一种技术。ADSL是DSL的一种非对称版本，它采用FDM（频分复用）技术和DMT调制技术，在保证不影响正常电话使用的前提下，利用原有的电话双绞线进行高速数据传输。
从实际的数据组网形式上看，ADSL所起的作用类似于窄带的拨号Modem，担负着数据的传送功能。按照OSI七层模型的划分标准，ADSL的功能从理论上应该属于七层模型的物理层。它主要实现信号的调制、提供接口类型等一系列底层的电气特性。同样，ADSL的宽带接入仍然遵循数据通信的对等层通信原则，在用户侧对上层数据进行封装后，在网络侧的同一层上进行开封。因此，要实现ADSL的各种宽带接入，在网络侧也必须有相应的网络设备相结合。
ADSL的接入模型主要由中央交换局端模块和远端模块组成，中央交换局端模块包括中心ADSL Modem 和接入多路复用系统DSLAM,,远端模块由用户ADSL Modem和滤波器组成。
ADSL能够向终端用户提供8Mbps的下行传输速率和1Mbps的上行速率，比传统的28.8Kbps模拟调制解调器将近快200倍，这也是传输速率达128Kbps的ISDN（综合业务数据网）所无法比拟的。与电缆调制解调器（Cable Modem）相比，ADSL具有独特的优势是：它是针对单一电话线路用户的专线服务，而电缆调制解调器则要求一个系统内的众多用户分享同一带宽。尽管电缆调制解调器的下行速率比ADSL高，但考虑到将来会有越来越多的用户在同一时间上网，电缆调制解调器的性能将大大下降。另外，电缆调制解调器的上行速率通常低于ADSL。
不容忽视的是，目前，全世界有将近7.5亿铜制电话线用户，而享有电缆调制解调器服务的家庭只有1200万。ADSL无须改动现有铜缆网络设施就能提供宽带业务，由于技术成熟，产量大幅上升，ADSL已开始进入大力发展阶段。
目前，众多ADSL厂商在技术实现上，普遍将先进的ATM服务服务质量保证技术融入到ADSL设备中，DSLAM（ADSL的用户集中器）的ATM功能的引入，不仅提高了整个ADSL接入的总体性能，为每一用户提供了可靠的接入带宽，为ADSL星形组网方式提供了强有力的支撑，而且完成了与ATM接口的无缝互联，实现了与ATM骨干网的完美结合。
二、基于HFC网的Cable Modem技术
基于HFC网（光纤和同轴电缆混合网）的Cable Modem技术是宽带接入技术中最先成熟和进入市场的，其巨大的带宽和相对经济性使其对有线电视网络公司和新成立的电信公司很具吸引力。
Cable Modem的通信和普通Modem一样，是数据信号在模拟信道上交互传输的过程，但也存在差异，普通Modem的传输介质在用户与访问服务器之间是独立的，即用户独享传输介质，而Cable Modem的传输介质是HFC网，将数据信号调制到某个传输带宽与有线电视信号共享介质；另外，Cable Modem的结构较普通Modem复杂，它由调制解调器、调谐器、加/解密模块、桥接器、网络接口卡、以太网集线器等组成，它无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线连接的全天候服务。
目前Cable Modem产品有欧、美两大标准体系，DOCSIS是北美标准，DVB/DAVIC是欧洲标准。
欧、美两大标准体系的频道划分、频道带宽及信道参数等方面的规定，都存在较大差异，因而互不兼容。北美标准是基于IP的数据传输系统，侧重于对系统接口的规范，具有灵活的高速数据传输优势；欧洲标准是基于ATM的数据传输系统，侧重于DVB交互信道的规范，具有实时视频传输优势。从目前情况看，兼容欧洲标准的Euro DOCSIS1.1标准前景看好，我国信息产业部——CM技术要求（征求意见稿）类似于这一标准。
Cable Modem的工作过程是：以DOCSIS标准为例，Cable Modem的技术实现一般是从87 MHZ—860MHZ电视频道中分离出一条6MHZ的信道用于下行传送数据。通常下行数据采用64QAM（正交调幅）调制方式或256QAM调制方式。上行数据一般通过5 MHZ—65 MHZ之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用QPSK调制（QPSK比64QAM更适合噪音环境，但速率较低）。CMTS（Cable Modem的前端设备）与 CM（Cable Modem）的通信过程为：CMTS从外界网络接收的数据帧封装在MPEG—TS帧中，通过下行数据调制（频带调制）后与有线电视模拟信号混合输出RF信号到HFC网络，CMTS同时接收上行接收机输出的信号，并将数据信号转换成以太网帧给数据转换模块。用户端的Cable Modem的基本功能就是将用户计算机输出的上行数字信号调制成5 —65 MHZ射频信号进入HFC网的上行通道，同时，CM还将下行的RF信号解调为数字信号送给用户计算机。
Cable Modem的前端设备CMTS采用10Base—T，100Base—T等接口通过交换型HUB与外界设备相联，通过路由器与Internet连接，或者可以直接联到本地服务器，享受本地业务。CM（Cable Modem）是用户端设备，放在用户的家中，通过10Base—T接口，与用户计算机相联。
三、基于五类线的以太网接入技术
从二十世纪八十年代开始以太网就成为最普遍采用的网络技术，根据IDC的统计，以太网的端口数约为所有网络端口数的85%。1998年以太网卡的销售是4800万端口，而令牌网、FDDI网和ATM等网卡的销售量总共才是500万端口，只是整个销售量的10%。而以太网的这种优势仍然有继续保持下去的势头。
传统以太网技术不属于接入网范畴，而属于用户驻地网（CPN）领域。然而其应用领域却正在向包括接入网在内的其它公用网领域扩展。历史上，对于企事业用户，以太网技术一直是最流行的方法，利用以太网作为接入手段的主要原因是：（1）以太网已有巨大的网络基础和长期的经验知识；（2）目前所有流行的操作系统和应用都与以太网兼容；（3）性能价格比好、可扩展性强、容易安装开通以及可靠性高；（4）以太网接入方式与IP网很适应，同时以太网技术已有重大突破，容量分为10/100/1000Mb/s三级，可按需升级，10Gb/s以太网系统也即将问世。
基于以太网技术的宽带接入网由局侧设备和用户侧设备组成。局侧设备一般位于小区内，用户侧设备一般位于居民楼内；或者局侧设备位于商业大楼内，而用户侧设备位于楼层内。局侧设备提供与IP骨干网的接口，用户侧设备提供与用户终端计算机相接的10/100BASE-T接口。局侧设备具有汇聚用户侧设备网管信息的功能。
宽带以太网接入技术具有强大的网管功能。与其它接入网技术一样，能进行配置管理、性能管理、故障管理和安全管理；还可以向计费系统提供丰富的计费信息，使计费系统能够按信息量、按连接时长或包月制等计费方式。
基于五类线的高速以太网接入无疑是一种较好的选择方式。它特别适合密集型的居住环境，非常适合中国国情。因为中国居民的居住情况不象西方发达国家，个人用户居住分散，中国住户大多集中居住，这一点尤其适合发展光纤到小区，再以快速以太网连接到户的接入方式。在局域网中IP协议都是运行在以太网上，即IP包直接封装在以太网帧中，以太网协议是目前与IP配合最好的协议之一。以太网接入手段已成为宽带接入的新潮流，它将快速进入家庭。目前大部分的商业大楼和新建住宅楼都进行了综合布线，布放了5类UTP（非屏蔽双绞线），将以太网插口布到了桌边。以太网接入能给每个用户提供10Mb/s或100Mb/s的接入速率，它拥有的带宽是其它方式的几倍或者几十倍。完全能满足用户对带宽接入的需要。ADSL虽然比56K速度快，但与以太网相比，还有很大差距，它只是人们迈向宽带过程中的一个过渡技术。ADSL和Cable Modem的费用都很高，造价和成本平均每一户将超过1000元。而以太网每户费用在几百元左右。所以以太网接入方式，在性能价格比上既适合中国国情，又符合网络未来发展趋势。在商业大楼和新建高档住宅楼，以太网接入将会是最有前途的宽带接入手段。
四、光纤接入技术
光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。在干线通信中，光纤扮演着重要角色，在接入网中，光纤接入也将成为发展的重点。光纤接入网指的是接入网中的传输媒质为光纤的接入网。光纤接入网从技术上可分为两大类：即有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive OpticaOptical Network)。有源光网络又可分为基于SDH的AON和基于PDH的AON,本文只讨论SDH（同步光网络）系统。
（1）接入网用SDH系统
有源光网络的局端设备（CE） 和远端设备（RE）通过有源光传输设备相连，传输技术是骨干网中已大量采用的SDH和PDH技术，但以SDH技术为主。远端设备主要完成业务的收集、接口适配、复用和传输功能。局端设备主要完成接口适配、复用和传输功能。此外，局端设备还向网络管理系统提供网管接口。在实际接入网建设中，有源光网络的拓扑结构通常是星型或环行。在接入网中应用SDH（同步光网络）的主要优势在于：SDH可以提供理想的网络性能和业务可靠性；SDH固有的灵活性使对于发展极其迅速的蜂窝通信系统采用SDH系统尤其适合。当然，考虑到接入网对成本的高度敏感性和运行环境的恶劣性，适用于接入网的SDH设备必须是高度紧凑，低功耗和低成本的新型系统，其市场应用前景看好。
接入网用SDH的最新发展趋势是支持IP接入，目前至少需要支持以太网接口的映射，于是除了携带话音业务量以外，可以利用部分SDH净负荷来传送IP业务，从而使SDH也能支持IP的接入。支持的方式有多种，除了现有的PPP方式外，利用VC12的级联方式来支持IP传输也是一种效率较高的方式。总之，作为一种成熟可靠提供主要业务收入的传送技术在可以预见的将来仍然会不断改进支持电路交换网向分组网的平滑过渡。
（2）无源光网络PON
无源光网络（PON）是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率信号。特别是一个ATM化的无源光网络（APON）可以通过利用ATM的集中和统计复用，再结合无源分路器对光纤和光线路终端的共享作用，使成本可望比传统的以电路交换为基础的PDH/SDH接入系统低20%—40%。
APON的业务开发是分阶段实施的，初期主要是VP专线业务。相对普通专线业务，APON提供的VP专线业务设备成本低，体积小，省电、系统可靠稳定、性能价格比有一定优势。第二步实现一次群和二次群电路仿真业务，提供企业内部网的连接和企业电话及数据业务。第三步实现以太网接口，提供互联网上网业务和VLAN业务。以后再逐步扩展至其它业务，成为名副其实的全业务接入网系统。
APON能否大量应用的一个重要因素是价格问题。目前第一代的实际APON产品的业务供给能力有限，成本过高，其市场前景由于ATM在全球范围内的受挫而不确定，但其技术优势是明显的。特别是综合考虑运行维护成本，在新建地区，高度竞争的地区或需要替代旧铜缆系统的地区，此时敷设PON系统，无论是FTTC，还是FTTB方式都是一种有远见的选择。在未来几年能否将性能价格比改进到市场能够接受的水平是APON技术生存和发展的关键。
光纤接入技术与其他接入技术（如铜双绞线、同轴电缆、五类线、无线等）相比，最大优势在于可用带宽大，而且还有巨大潜力可以开发，在这方面其他接入技术根本无法与其相比。光纤接入网还有传输质量好、传输距离长、抗干扰能力强、网络可靠性高、节约管道资源等特点。另外，SDH和APON设备的标准化程度都比较高，有利于降低生产和运行维护成本。
当然，与其他接入技术相比，光纤接入网也存在一定的劣势。最大的问题是成本还比较高。尤其是光节点离用户越近，每个用户分摊的接入设备成本就越高。另外，与无线接入相比，光纤接入网还需要管道资源。这也是很多新兴运营商看好光纤接入技术，但又不得不选择无线接入技术的原因。
根据光网络单元的位置，光纤接入方式可分为如下几种：FTTR（光纤到远端接点）；
FTTB（光纤到大楼）；FTTC（光纤到路边）；FTTZ（光纤到小区）；FTTH（光纤到用户）。光网络单元具有光/电转换、用户信息分接和复接，以及向用户终端馈电和信令转换等功能。当用户终端为模拟终端时，光网络单元与用户终端之间还有数模和模数的转换器。
目前，无论是电信网的核心部分还是CATV（有线电视）网的骨干部分都向着高速、高带宽的方向发展。网络传输的业务种类会越来越多，带宽的需求越来越宽，交互性会越来越强，显然网络的瓶颈部分——接入网也将向着同样的方向发展，只有这样，才能实现网络的现代化和宽带化。