淺析寬頻接入技術
寬頻接入技術是目前通訊技術中最為活躍的領域之一。在電信網路中,接入網連線使用者和業務節點,主要解決傳輸、復/分接、資源共享等問題。隨著頻寬要求的提高,光纖不斷向用戶延伸,FTTB(光纖到大樓)、FTTC(光纖到路邊)、FTTCab (光纖到樓閣)和FTTZ(光纖到小區)已正在實施,但實現FTTH(光纖到戶)目前還比較困難。 |
於是,在技術上有如下兩個需要解決的問題:一是 ONU(光網路單元)與OLT(光線路終端)之間應採用何種技術來進行資訊的傳輸;二是使用者終端或區域網絡以何種方式接入ONU。解決這兩個方面問題(特別是後者)的技術都比較多,它們在傳輸特性、市場定位、物理位置及要解決的問題都有所不同,在今後的實際接入網路中很可能是多種技術並存,本文將對一些主要的有線寬頻接入技術作介紹。
目前主要的有線寬頻接入技術包括:普通Modem、N-ISDN(窄帶綜合業務數字網)、Cable Modem與HFC(混合光纖同軸電纜)、HDSL(高速數字使用者環路)與SDSL (對稱數字使用者環路)、ADSL(不對稱數字使用者環路)與G.lite(無分路器ADSL)、VDSL(甚高速數字使用者環路)、HomePNA(家庭電話線聯網聯盟)、Ethernet、SDH(同步數字序列)、PON(Passive無源光網路)與APON(ATM無源光網路)、IM-DSL(反向多路復接數字使用者環路)等。一般來說,任何寬頻接入技術都有相應的 CO(局端裝置)和RT(使用者端裝置),但後者更具有多樣性。
普通Modem是目前實現窄帶Internet接入的主要方式之一,技術成熟,最高傳輸速率達56kbps。在技術上它不依賴光接入網路;在產品上包括使用者所用的Modem和放在電信機房的Modem池。由於其速率較低,正在逐步被N-ISDN和其它技術所取代。
2.N-ISDNN-ISDN,又稱“一線通”也是一種成熟的、依賴光接入網路的窄帶接入的銅線技術,目前主要利用2B+D來實現電話和Internet接入,典型下載速度可達64kbps,基本上能夠滿足目前窄帶瀏覽的需要,是廣大Internet使用者提高上網速度的一種經濟而有效的選擇。目前已在國內各個城市開通,使用者反映良好,漸又取代普通Modom之勢。ISDN裝置包括交換機和終端裝置,其中終端裝置種類很多,但從功能上講,主要是ISDN網路終端、終端介面卡、路由器和可視電話等功能的自由組合,同時提供不同介面(如:ISA、PCI、 RS232、USB、模擬電話口、乙太網口等)以適應不同需求。
Cable Modem(線纜調變解調器)是利用有線電視網實現使用者寬頻資料接入的一種方法,也是混合光纖同軸網中的關鍵技術之一。HFC是寬頻接入技術中最早成熟和進入市場的一種,具有寬頻和相對的經濟性的特點。HFC在一個500 戶左右的光節點覆蓋區可以提供60路模擬廣播電視、每戶至少2路電話、速率至少高達10Mbps 的資料業務(目前已有成熟的40Mbps的Cable Modem)。將來利用其550M~750MHz頻譜還可以提供至少200路MPEG-2的點播電視業務以及其它雙向電信業務。從長遠看,HFC網計劃提供的是所謂FSN (Full Service Network, 全業務網),即以單個網路提供各種型別的模擬和數字業務,並逐步從多使用者共享上述頻寬過渡到單個使用者獨享。
HDSL是在無中繼的使用者環路網上,用無負載電話線對稱地高速傳輸資訊,典型速率2Mbps,距離達3~5km,使用兩對或三對雙絞銅線,不需選擇線對、誤位元速率低、採用線路碼,具有良好的頻譜相容性。目前HDSL技術已經發展得比較成熟,主要用於替代傳統的T1/E1,解決分散使用者寬頻接入技術,為使用者租用線,傳送多路語音、視訊和資料。SDSL是HDSL的簡化版本,使用單根雙絞線,可以提供雙向高速可變位元率連線,速率範圍從 160Kbps到2.084Mbps,在0.4mm雙絞線上,最大傳輸距離是3公里。HDSL/SDSL可以與FTTB/FTTC相結合。從功能上講,HDSL裝置種類不多,各廠家裝置相容性差;SDSL成熟稍晚,產品型別也不太豐富。
5.ADSL與G.liteADSL是在無中繼的使用者環路網上,用有負載電話線不對稱地高速傳輸資訊,與HDSL/SDSL相比,避免了使用者側干擾問題,提高了傳輸速率,延長了傳輸距離。ADSL採用DMT(Discrete Multitone, 離散多音訊)線路碼,下行通訊可以支援的速率為1.5Mbps~8Mbps或更高,上行通訊速率為16K~640Kbps或更高,模擬使用者話路獨立,目前已能在0.5芯徑雙絞線上將6Mbps訊號傳送3.6公里之遠。G.lite是一種簡化的ADSL,以降低成本和方便使用者端裝置的安裝。其下行速率最高 1.5Mbps,上行最高512Kbps,可不用電話分離器,最大傳輸距離可達5公里。
ADSL(包括G.lite)的CO端裝置DSLAM(數字使用者環路多路複用器)主要實現復/分接的功能,可以放在市話端局或小區,放在小區的目的是提高傳輸速率並可使更普遍的使用者使用ADSL,這時需要光接入網的配合;使用者端裝置很多,從功能上講主要包括:不同介面(PCI、USB、乙太網) 的ADSL Modem、適應不同需求的ADSL 路由器、同時提供資料和話音的綜合閘道器、分離器或低通濾波器。目前,在終端產品價格上G.lite和ADSL相差不是太大,主要是在DSLAM價格上有差別,但是由於電信運營商更看中全速率的ADSL DSLAM,而目前的ADSL晶片和裝置既支援全速率的ADSL,也支援G.lite,所以在實際中純粹的 G.lite產品反而不多見。在國內,已經有廣東、上海、福建、武漢等地開通了ADSL實驗網。但由於需要交納昂貴得出裝費,使用費,一般家庭使用者很難承受。
在開發ADSL中發現,適當減少距離會大大提高傳輸速率,這便出現了VDSL。VDSL系統中的上下通道頻譜是利用頻分複用技術分開的,編碼方式有CAP(無載波幅度相位調製)、DMT和DWMT(離散小波多音訊)三種。VDSL上下行速率也是不對稱的,其下行速率有3檔:13Mbps、 26Mbps和52Mbips,相應傳輸距離為1500m、1000m和300m;上行速率一般也有3檔:1.6Mbps、2.3Mbps和 19.2Mbps。VDSL必須與FTTB、FTTC、FTTCab、FTTZ相結合使用。在產品上,VDSL與ADSL類似,但由於VDSL技術出現比較晚,正式產品不多。
7.HomePNAHomePNA是一種利用電話線組建區域網的技術,解決家庭使用者的多臺裝置連線問題,還不能作為一種獨立的寬頻接入技術來看待。從頻譜來看,HomePNA物理層訊號分佈在5.5MHz和9.5MHz之間,中心頻率是7.5MHz,資料傳輸速率是1Mbps;在媒體訪問控制層上,HomePNA利用現有的乙太網協議;在連線方式上,HomePNA技術可使網路內所有的節點按菊花鏈的方式連線,無需中央匯接或交換,這種連線方式有助於簡化安裝,還可巧妙地改變家庭電話佈線隨機拓撲結構。
從產品上講,HomePNA的終端裝置正在從獨立的網路介面卡、PC主機板上嵌入式網絡卡向整合到10/100M快速乙太網卡上發展;為了解決接入 Internet問題,HomePNA與xDSL和普通調變解調器結合,形成智慧住宅閘道器。
由於10M/100M乙太網目前已普及、1000M乙太網技術的成熟、價格低廉、目前人們只需要IP業務並對QOS要求並非十分迫切等原因,全乙太網接入方案被廣泛關注,其基本構想是:建立以1000M乙太網為骨幹網,實現 1000M乙太網到大樓、路邊、小區,然後通過100M乙太網到大樓的樓層、或小型樓宇和居民樓,再通過10M乙太網到半公室和桌面。 目前,使用者使用乙太網卡和5類線與樓層內裝置相連;樓層內是工作在第二層的交換機(採用VLAN技術),通過普通Modem實現帶外管理,並多采用遠端供電;小區裝置是更高吞吐量的第二層的交換機(採用VLAN技術),通過混合光纜和Modem管理樓層內的交換機併為之供電;多個小區通過光纖共享一個千兆路由器和NAT(網路地址對映);骨幹網把多個路由器連線起來,構成寬頻IP都會網路。使用者間的訪問應通過路由器,使用者管理也在路由器所在的節點處完成。
9.SDH適用於接入網的SDH具有高可靠性、靈活性、高度緊湊、低功耗和低成本。一般來說,當要求頻寬155Mbps或更高時,可以直接用SDH系統以點到點或環形拓撲形式與使用者相連;當需要頻寬大於34Mbps時,直接將SDH ADM (Add/Drop Multiplexer, 分插複用器)設定在使用者處用STM-1通道與STM-N服務節點相連,這種連線既可以是點對點的方式,也可以通過環結構;對於頻寬要求遠小於34Mbps 的情況,則採用更低速率的複用器或共享ADM的方式更經濟有效;對於多數普通企事業使用者,設在路邊(DP點)的終端複用器可以用來為大量使用者提供 2Mbps為基本單元的頻寬,需要小於2Mbps頻寬業務的使用者可以靠業務複用器或後接PON 來解決。使用STM-0子速率連線(Sub STM-0)對於小頻寬使用者是一種經濟有效的方案,同時還能保持全部SDH管理能力和功能, ITU-T G.708就規定了這樣的介面。
雖然,SDH可以在建設時為不同的節點分配不同的頻寬,但無法實現節點總速率的動態調整。目前,適用於接入網的各種SDH 裝置(特別是SDH ADM)很多,本文不作詳述。
無源光網路(PON)包括窄帶的無源光網路和以ATM為基礎的寬頻無源光網路—APON,前者是用來提供2Mbps及以下速率的資料傳輸通道,後者則最高可以提供高達622Mbps的下行傳輸通道。APON多采用無源雙星或樹型結構,並使用特殊的點對多點多址協議,使得眾多的ONU/ONT(Optical Network termination,光網路終端)共享OLT,眾多的使用者共享ONU來降低初建成本。目前,已有正式的APON產品,但品種有限,而且元器件的整合度還有待於進一步提高。
IM-DSL的基本構想是建立多條xDSL鏈路,通過反向複用技術構成一條高速的物理鏈路,然後利用ATM的統計複用技術,使眾多的使用者能夠共享這條物理通道。顯然,IM-DSL傳輸距離限制在2公里以內,以解決目前寬頻DSL技術因傳輸距離有限而依賴寬頻接入技術與廣泛實現FTTB、FTTC 和FTTZ還是有相當難度之間的矛盾。IM-DSL技術充分利用現有的電話線,工程小,容量的可擴充套件性好,投資少,但目前缺少工業標準,同時受到來自 HFC和光纖進一步向使用者延伸的壓力。目前,還很難見到這種技術的成熟正式產品。
小結
寬頻接入技術的研究和開發將會隨著資料和多媒體業務的發展,網路的寬頻化、光纖化變得越來越明顯,進而也就成為目前通訊領域的一個熱點。從目前的發展看來,三種不同體系的寬頻接入技術:xDSL(特別是ADSL)、Cable Modem與HFC、Ethernet會在近幾年內三分天下,而作為寬頻接入技術的APON和SDH也會在相應的領域內得到發展。