实现接入网的几种方案

方案综述:

　　文章摘要:

　　本文对目前流行的几种接入网技术做了详细的阐述，并对不同技术方案之间的优劣性进行了分析与比较。

关键词：接入 xDSL ADSL VDSL Cable Modem LMDS

　　随着Internet 的迅速普及、网上众多新业务的开放，用户端对数据传输速率的要求也日益增加。然而目前接入IP 网络的技术仍然是以拨号Modem 为主，远远满足不了用户的需求，于是各种宽带接入技术应运而生。

　　1 、 56K Modem 技术

　　在过去的几年中，模拟Modem 技术获得了很大的发展，从9600bit/s 发展14.4kbit/s,28.8kbit/s,33.6kbit/s 直到目前的56kbit/s 。

　　然而，事实上所谓的56k modem，它的上行速率和下行速率是不对称的，这是由于在56k Modem 中采用的特殊技术造成的。它将PCM 话音中的8 比特压缩成7 比特编码，因此速率变为56kbit/s 。其连接的一般思路如下图。



图一、56k Modem 调制解调器的连接

　　在下行流方向，数/模转换不受噪声的影响使56k 的连接速率成为可能。这个方向上的连接是直接的，128PCM 码字产生一个语音信号音。这个语音信号能被与PC 相连56K Modem 识别。对于上行流却是另一回事，在这种情况下，模/数转换噪声（量化噪声）相当严重，因此56K Modem 的上行连接速率被限制在28.8kbit/s 或33.6kbit/s(这里模/数必须接入数字骨干/交换网)。

56k Modem 技术的最大优点就在于简单、费用低，对线路没有什么特殊要求。

　　2 、xDSL 数字用户线技术

　　目前，用户环路依然由模拟双绞线技术扮演着重要角色，究其原因不外乎它的经济性，在提供电话业务时，没有一种技术能比它更廉价的了。随着通信和计算机技术的迅速发展，现代通信网正向着宽带化演进，然而模拟用户接入部分的低速率传输却阻碍着这种发展，形成了"瓶颈"效应。在这种情况下，出现了xDSL 技术。目前，xDSL 主要指HDSL 、ADSL 和VDSL 三种。

　　2.1 、HDSL 技术

　　DSL（Digtal Subscriber Line,数字用户线技术）是80 年代后期的产物，主要用于ISDN 的基本速率业务，在一个双绞线对上获得全双工传输，采用的技术是时间压缩复接（TCM）和回波消除。但是，当传输速率增加到T1（1.544Mb/s）或E1（2.048Mb/s）时，串扰和符号间干扰增加。为了改善通信质量，在DSL 技术的基础上，提出了高速数字用户线（HDSL）技术，采用的调制技术是基带2BIQ 、QAM/CAP 和DMT（离散多音频），使普通电话线传送数字信号的速率从2B+D（144Kb/s）提高到T1/E1 。HDSL 还可以利用两个环路对，但只能限于载波服务区（CSA）范围。

　　2.2 、 ADSL 技术

　　鉴于数字用户线上的数字业务大多数是非对称的，1989 年Bellcore 首先提出了ADSL（Asynchronous DigitalSubscriber Line,非对称数字线技术），一对双绞铜线上的最高数字传输速率可高达6Mb/s 以上。

　　目前，ADSL 技术根据传输速率的大小分为通用ADSL 和UADSL 。通用ADSL 的上行通道速率为6Mbit/s,下行通道为512kbit/s;UADSL 即ITU 的G.Lite 标准，上下行速率分别为为1.5Mbit/s 、256kbit/s 。ADSL 将一条双绞线上的用户频谱分为三个频段：0 ～4kHz 频段用于电话业务；20 ～120kHz 左右100kHz 的频带用来传送上或下行的低速数据或控制信息；高频段（约124 ～1000kHz）的近1MHz 带宽用于传送下行高速数据。

　　目前的ADSL 产品中主要采用的线路编码技术为CAP（无载波幅度/相位调制）与DMT（离散多音），这两种编码方案在影响ADSL 性能和使用场合的不同领域都有一定的实力。通常认为DMT 在速率自适应（依据线路状况调节速率）、变化环路状况、处理噪声和子载波（话音应用）等方面具有优势；而CAP 的回波抵消设计简单、延时小（据称只有DMT处理时延的25％）、技术要成熟（基于QAM，已经有几年的历史），实现简单等。

　　无论采取何种编码技术，在一对双绞线上进行双向传输时，必需采用上行和下行带宽的简单的频率分割或回波抵消技术。自适应回波抵消器以减弱双向传输引起的回波干扰。由于 电缆的一个线束中有若干对双绞线，这就需要采用自适应均衡来减少线对之间的串扰。脉冲 噪声是ADSL 的主要损害因素，特别是在ADSL 用户环路损耗严重时，在ADSL 系统设计时应考虑采用正向纠错编码（FEC）和交织编码等措施来减小其影响。为了对付电子线路电磁耦合射频干扰（RFI）等产生的背景白噪声，ADSL 设备应该有很好的电磁兼容性。既要分开ADSL 信号和POTS 信号，又要做到降低回波和侧音，这需要高品质的隔离滤波器。综合考虑双绞线的传输特性和噪声环境，多采用QAM 、CAP 或DMT 等调制技术，以提高双绞线对的频带利用效率。

　　ADSL 作为宽带接入网方案，其优势是很明显的，它充分利用了现有的双绞线资源，对运营商来说，不需花太大的投资，在现有网络上就可以向用户提供宽带业务。但 是，ADSL 技术目前还未达到完全成熟的地步，还有许多问题需要进一步解决，如这种技术对线径有要求，只有介于0.4 ～0.5mm 的线缆才能使用，但是目前世界上铺设的铜绞线有相当一部分不符合该要求；而且数据业务会对话带产生干扰等。

　　2.3 、 VDSL 技术

　　VDSL（甚高速数字用户环路）技术能在普通的短距离（0.3 ～1.5Km）双绞线上提供高达55Mb/s 传输速率，它的速度大大高于ADSL 和Cable Modem .

　　目前VDSL 技术还处于研究阶段，统一的国际标准尚未出台，几大标准化组织正在制定这方面的规范。美国的ANSI T1.4 和欧洲的ETSI TM6 标准化小组已经确定了VDSL 系统相关方面的规定，如数据传输速率、辐射抑制、功率谱密度等。

　　VDSL 的信道划分三个频段：0 ～4kHz 用于传输电话业务；4 ～80kHz 用于传输ISDN 业务；300 ～700kHz 为上行通道，速率分为三档--1.6Mb/s 、2.3Mb/s 和19.2Mb/s，用于传输中低速数据；7000kHz 以上为下行通道，传输高速数据，如VOD 业务数据，速率大小也分为三档--12.96Mb/s 、25.92Mb/s 和51.84Mb/s 。可见，VDSL 的上下行速率是不对称的。

　　困扰VDSL 应用的主要是各种噪声的影响，有串扰、无线电频率干扰和脉冲干扰。线缆 的线束中有多对双绞线，不可能实现完全的相互屏蔽，于是形成了串扰。在VDSL 应用中，串扰有两种形式：NEXT（近端串扰），是指本地接收机检测到了一个或多个本地发送机在其他线路上发送的信号：FEXT（远端串扰），是指本地接收机检测到了在其它频带中传输的一个或多个远端发送机发送的信号。与VDSL 频带重叠的无线电信号耦合到双绞线上会形成一种类似尖峰噪声。而脉冲噪声的干扰则会把信号完全淹没，为了消除这种噪声可以采用FEC 编码技术。

　　VDSL 的线路编码技术主要有两种选择：单载波调制和多载波调制。单载波调制包括QAM（正交幅度调制）和CAP（无载波相位调制）。典型的多载波调制是DMT（离散多音频调制）。这两种方案实现时，各有其优缺点。一般来说，由于在DMT 中采用了DFT，其复杂度要高于CAP/QAM，但随着集成度的提高，这种优势会削弱。在频率的兼容性上，DMT 要做的更好一些。

　　总之，VDSL 同ADSL 相比，仍然是一种尚未成熟的技术，它面临着许多难题要解决，但是，VDSL 技术作为最后一公里的解决方案，其应用前景是十分广阔的。

　　3 、Cable Modem 电缆调制解调技术

　　目前的有线电视网是HFC（光纤－同轴线混合网）网络，它与用户环路光纤有着相同的带宽，高达1GHZ，但其成本比用户光纤环路要低的多，因此，对于有线电视运营商来说，面临的是如何充分利用这些带宽资源向用户交互式宽带业务。

　　Cable modem 技术的出现可以说解决了这一问题。它是通过频分复用（FDM）来分享HFC 系统带宽。在HFC 系统上频谱资源的划分尚未形成统一的国际标准，大多数的系统使用如图二所示的方案。



图二、HFC 的频谱分配

　

　　其中，HFC 的上行通道占据的频段较窄（5 ～42MHz），但已能满足用户的要求，主要用于传输低速用户控制信息、数据和电话业务，采用QPSK 或ð /4DQPSK 技术传输控制信息 等，传输速率为768kb/s 或10Mb/s 。另外，也可采用 VSB（残留边带）调制技术。

　　下行通道所占的频段较宽（45 ～750MHz），它又分成两段，45 ～440MHz 段用于传输模拟CATV 业务，可以传输80 个NTSC 制式(每个频道占有6MHZ)或59 个PAL 制式（每个频道占有8MHZ）的模拟电视频道；550 ～750MHz 用于传输下行电话、数据和压缩数字视频信号，采用64QAM 技术传输高速数据（10M ～30Mb/s），还可用SCDMA 或QPSK 调制技术。

　　目前，在业界有两种相互竞争的Cable Modem 标准，即DOCSIS 和数字视频广播/数字音频-会员会（DVB/DAVIC）。DOCSIS 是由美国和加拿大的多家公司作为多媒体电视网络线缆（MCNS）联合组织的一种倡议推出的。参加该组织的比较主要的公司有Cisco 、摩托罗拉、3Com 、Philips 和Sony 等公司。DVB/DAVIC 的主要成员有Alcatel 、休斯网络系统和汤姆逊公司等。

　　HFC 网具有很好的数模兼容性，它不仅能满足市场的近期要求，又能满足今后的长期要求。同时，HFC 网 的 成本 比 光 纤 用 户 环 路 低，具 有 双 绞 铜 线 无 法比 拟 的 传 输 带 宽，它充分利用现有资源，可大大节省对原来网络改造的费用。但是，由于其上行带宽过窄，只能使用5MHZ ～42MHZ，加上外界的干扰，一般只能用18MHZ ～42MHZ 。困扰Cable Modem 技术的主要难点在于系统的上行噪声太大，不能确保数据的可靠传输。同时，如前所述Cable Modem 的标准不统一，使得各系统之间的不能很好的互联。成本居高不下也是限制其发展的一个主要因素。

　　4 、本地多点分布业务（LMDS）

　　LMDS 是一种新型的宽带无线接入技术，其工作频段在24 ～31GHZ，可用带宽为1GHZ 以上，因此有人称之为"无线光纤"，它的出现大大缓解了目前接入网环境下带宽不足的问题。

　　LMDS 将点对多点微波通信（PMP）技术和ATM 技术有效结合，采用快速动态容量分配（F-DCA）的TDM/TDMA 技术，可以动态的为每个用户提供高达37Mbit/s 的瞬时速率。由于LMDS 采用了基于ATM 平台的机制，它不仅可以向远端客户提供多种灵活的接入类型，如以太网接口、ATM 接口、帧中继及E1 接口等，而且为多种业务（语音、视频以及将来的基于IP 的应用）提供有效的支持。此外，LMDS 还具有一般无线通信系统的优点，如造价低、风险小、建设周期短、维护费用低、灵活等。

　　LMDS 系统一般有基站系统、用户端设备和网络运行中心（NOC）组成。基站系统采用多扇区技术进行用户端的覆盖，并提供骨干网络的接口，包括PSTN 、Internet 、Frame Relay 、ATM 、ISDN 等。多扇区技术不但可以充分利用无线频谱资源，而且使系统具有很大的灵活性，只要减小扇区角度，增大扇区数目，就可以使系统容量增加。用户端设备包括室外安装的微波发射和接收装置和室内的网络接口单元（NIU），NIU 为各种用户业务提供接口，并完成复用/解复用功能。

　　当然，LMDS 也有其缺陷，这是由其本性决定的。因为LMDS 的工作频段是在毫米波段，必需采用视距传输，为了避免视距传输中障碍物的阻挡，其传输距离一般限制在2 ～4 公里，在某些情况下基站的高度必需达到15 ～20 米。同时，工作在这一频段的微波很容易受到天气的影响，信道极不稳。此外，LMDS 手持收发信机中的放大器必需采用基于镓砷技术的单毫米波集成电路，使之成本居高不下。

　　5 、各种接入网方案的比较

　　56k Modem 技术由于其简单，费用低，目前仍是一般用户的首选，但是实际上采用56k Modem 技术，在用户双绞线上的传输速率并不能达到56kbit/s，这是由于其技术本身所决定的。现在，普遍看好的是xDSL 技术，尤其是ADSL技术，各大厂商都在开发、生产自己的产品，但是，依照目前的情况来看，ADSL 的费用依然高昂，而Cable Modem除了费用高昂外，还得采用合理的机制确保数据的准确传输。LMDS 是目前一种新兴的接入手段，它可以为运营商提供一种快速、高效、廉价的系统，为用户提供高速的无线数据业务。

　　上述的几种接入技术都有其适用的市场，因为从某种意义上来说，它们都满足了用户某种程度上的需要。在应用中，要根据实际情况选用合适的产品、技术。

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产品配置:
56K Modem 技术;xDSL 数字用户线技术;Cable Modem 电缆调制解调技术;本地多点分布业务（LMDS）

适用领域及情况:
满足了用户某种程度上的需要。在应用中，要根据实际情况选用合适的产品、技术

提交人员或单位:

摘自《东方电子集成商务网》