宽带接入技术研究和比较

徐敏 罗汉文
　　摘要 分析了目前宽带接入领域的三种主要技术(数字用户线、光纤/同轴电缆接入、无线接入)的原理和应用。通过对三种技术的比较，提出了数字用户线技术是可长远发展的技术，最符合实际应用的需求。

　　关键词 数字用户线技术 不对称数字用户线 混合光纤/铜轴电缆 无线接入

1、引言

　　近年来，Internet异军突起，其业务量超常规增长。大容量交换机、路由器和密集波分复用(DWDM)光纤传输系统应运而生，核心网的容量及成本问题得以解困。普遍宽带化的问题再一次推到接入网上。综合用户、服务提供商、设备制造商的要求，宽带接入必须具备负担得起、普遍存在、高速接入三大特性。基于这三个特性，电信、数据、视频行业都提出了各自的宽带接入技术，即数字用户线技术(DSL)、光纤/同轴电缆上的电缆接入技术、无线接入技术。

2、数字用户线技术(XDSL)

　　金属对绞用户线是电信运营公司的重要资源，90年代后期新出现的各种XDSL技术实现了在金属对绞线传输高速数据。XDSL系列主要包括ADSL,HDSL,HDSL2,VDSL，其中ADSL最为成熟。

2.1 ADSL

　　ADSL是一种基于铜双绞线的频分复用调制技术。利用ADSL技术，用户可在同一电话铜双绞线上同时传输电话及数据接入业务。从频段划分来看，在进行ADSL和电话业务时利用电话线的0-1.1M部分频段。该1.1M的电话铜双绞线的传输带宽被分为两部分：在进行普通模拟电话业务，中间4K到26K为隔离频段，26K-1.1M频段传输数据业务。在ADSL传送频段中，分为上行数据和下行数据两部分，一般上下数据占用独立的传输频段；但下行数据的传输有两种方式选择，或以独立的频段进行传送，也可占用上行频段的带宽，以回波抑制方式进行下行数据传输。

　　ADSL的核心是编码技术，目前主要有DMT(Discrete Multitone)和CAP(Carrierless Amplitude/Phase Modulation)两种。由于DMT对线路的依赖性低，并且有很强的抗干扰和自适应能力，已被广泛接受。中国采用的就是基于DMT的ADSL标准。DMT能够调整其功率谱，使其靠近干扰源的外围。这项工作最初可在ADSL设备启动时进行，此时在整个DMT频谱范围内进行线路测试，以确定各个子载频上的SNR值。若在某一频段上检测到过度的干扰(如AM无线干扰，过度的近端串音等)，DMT处理系统将设法移动并调整其频谱，以避开这一干扰。这个过程是动态连续执行的，慢慢地将频谱移动到噪声干扰源外，从而防止可能的传输错误。多载波调制借调求各子信道间具有正交性。这可以利用快速傅立叶变换(FFT)及其反变换(IFFT)来实现。将ADSL下游信道分成256个单独的"窗格"(DMT副载波)，在数据发送时每一子"格"内可占有最多11比特，每一子格的SNR值可以存储在比特表中，用256个窗格的比特表就可以驱动一编码器。编码器将成组的数据缓冲后按照比特表格给每一"格"指定适当的比特数。编码器依次根据每一"格"的比特组合指定总体值。然后，此总体值经由快速傅立叶变换(IFFT)处理器加以处理。IFFT又将复数式(实部和虚部)的256个窗式正交振幅调制(QAM)信号变成512个数字格式表示的真实子载波信号，然后由一个D/A变换器以及频段分隔滤波器产生模拟信号耦合到传输线路上，在应用中，加上L个循环前级是为了避免相邻的N个向量间经过信道作用产生的干扰。接收端实际上是发送的一个逆过程，接受信号经低通滤波，模/数转换和串并转换后得到时域样值，再由FFT转换为频域信号恢复原来的频谱并丢掉发端加的L个循环前缀。为避免过多的浪费信道容量，一般选取N>>L。由于脉冲噪声只可能在短期内出现，所以不可能被DMT系统检测出来，DMT采用卷积交叉处理的方法和RS前向纠错码来克服这类噪声。

2.2 VDSL

　　VDSL(甚高速数字用户环路)技术是鉴于现有ADSL技术在提供图像业务方面的带宽十分有限以及经济上成本偏高的弱点而开发的。VDSL是xDSL技术中最快的一种，在一对铜质双绞电话线上，下行速率为13Mbps-52Mbps ,上行速率为1.5Mbps-2.3Mbps。但VDSL的传输距离较短，一般只在几百米内。目前ITU-T对VDSL系统尚在标准化之中，要求下行速率最高为52Mb/s、上行为2Mb/s，已提议的线路码有DMT(离散多音)和SCM(副载波调制)。

3、电缆接入技术

　　电缆接入技术主要是为传输视频信道设计的。电缆调制解调器允许通过混合光纤/同轴电缆(HFC)实现高速数据接入。电缆调制解调器是一点对多点系统的组成部分，即多个电缆调制解调器(出自不同用户)连接到电缆经营商拥有的头端控制器。与DSL调制解调器一样，电缆调制解调器是始终接通的。

　　从头端到电缆调制解调器的下行传输，在由多个电缆调制解调器共享的那些信道上进行，每个信道占用6MHz的下行可÷带宽，它转换成30Mbps的原始数据速率。这个下行信道可以调谐到从65MHz到850MHz范围内的任何中心频率，每个电缆调制解调器每一次只能在一个下行信道上接收，但头端可以命令他转移到另一个可供选择的信道。在上行，每个信道占用一段600Khz的上行带宽，转换成768Kbps的原始数据速率，上行信道可调谐到5Mhz-65Mhz范围内的任何中心频率。

　　混合光纤/同轴电缆(HFC)被认为是通过现有有限电视集成设施，向终端用户提供多种服务的合理而容易实现的方法。在基于HFC的有线电视系统中，宽带视频信号和交换式视频信号通过光纤传送到光纤网络接口(ONI)。ONI把光纤主干连接到同轴电缆分配设备。在ONI，信号被移频到适宜的信道，并被送入放大器，在同轴电缆上传送。最后一段同轴电缆需要双向放大器放大电缆上双向信号。光纤网络设备(ONU)完成附加的功能，例如分离上行和下行信号。HFC把0－50MHz频段用于上行通信，50－750Mhz(转换成大约100个6Mhz模拟视频信道)用于下行通信。就数字信号而言，每个6Mhz载波信道能传送27Mbps--36Mbps的数字有效负载。HFC可支持基本的模拟/数字视频业务。如果将本地中心局和头端相连，通过HFC发送电话信号也是可能的。

4、无线接入

　　无线接入技术就是利用无线作为传输媒介向用户提供宽带接入服务。除了传统的无线局域网络接入外，进来卫星宽带技术正在迅速发展。用户通过计算机的调制解调器和卫星配合接入互联网，从而获得高速互联网传输、定向发送数据、网站广播等服务。

　　直播卫星系统(DBS)是基于卫星的视频广播服务的下一代。DBS提供类西当前由常规模拟卫星系统提供的一种服务。DBS用数字格式发送信号，由每个用户室内的机顶盒对信号译码。机顶盒除把信号从数字格式转换成模拟格式外，还具有内建智能，能提供新的高级服务。直播卫星运行在Ku(10-17Ghz)频段范围内的广播卫星业务(BSS)部分。DBS的用户能接收使用MPEG-2压缩的150-200数字视频信道。DBS最近的发展支持单向广播数据，允许高速Internet接入盒使用电话线做控制信道。

5、三种宽带接入技术的比较

　　从上文他区内可见，数字用户线。电缆、卫星三大类宽带接入技术都具备从当前的基础设施向宽带网络演进的条件。下面，从宽带接入的三大基本标准：负担得起、普遍存在、高速接入对三种方案进行比较，见下表1。

条件	要求	数字用户线	电缆	卫星
负担得起	1利用现有接入基础设施	回路必须合格	双向要求设备升级	可能重新使用现有抛物面天线
	2设备成本低	是	是	不是
	3服务成本低	可能	是	可能
	4通用标准	初步形成	初步形成	无
	5可伸缩性	可伸缩	要求电缆设备升级	决于卫星数目
	6可升级服务	是	是	是
普遍存在	1市场接受	试用令人满意	试用令人满意	生疏
	2可用性	有限，但有广泛的可能性	用于住宅区	有限，但有广泛的可能性
	3容易部署	是	要求设备升级	不容易，需发射卫星
	4容易使用	是	是	与卫星位置有关
高速接入	超音频调制解调器	每个用户专用下行1.5-8Mbps	多用户共享30Mbps	每个用户专用下行400kbps

　　从上面得比较可以看出，卫星接入技术不满足普遍存在盒高速接入得某些主要标准。这样数字用户线和电缆接入作为现阶段宽带接入得主要选择方案。目前，两种技术大量部署时都会遇到一些障碍。但对于电缆接入技术，共享带宽，安全性问题，管理问题成为它目前仍然很难解决的技术问题。

6、结论

　　总的来说，数字用户线技术是满足主要要求的具有长远发展前途的一种技术，近期和长期的问题要解决的问题都比较少。而其中ADSL技术较为成熟，能很快进入商用。从中国近期的电信发展看，各电信公司都明确提出了将发展ADSL带宽接入作为主要发展方向。

摘自《通信技术》