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因特网宽带接入的方法和技术特点

文章作者:互联网 上传时间:2019-11-20

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  随着xDSL技术的问世,铜线 kbit/s的低速数据接入,发展到已经可以传输高速数据信号了。ADSL、HDSL/SHDSL等基于铜线传输的xDSL接入技术已经使铜线成为宽带用户接入的一个重要手段,并成为宽带接入的主流技术,为广大用户所采用。根据DSL Forum的最新统计,截至到2004年3月31日,全球xDSL用户数已达到7340万。

  最为人们熟悉的数字用户线接入技术是ADSL,以至于DSLAM成为ADSL设备的代名词。实际上xDSL是对多种用户线高速接入技术的统称,其中包括ADSL全速率、ADSL.lite 、SDSL、HDSL、IDSL以及发展中的VDSL。HDSL、SDSL可以满足中小商务用户接入帧中继、DDN等专线业务的需要,同时提供高速因特网接入、企业网互连等。ADSL全速率同时面向商务和居民用户,ADSL.lite则为居民用户提供经济快速的上网手段。

  DSALM设备首先需要符合ADSL/ADSL.Lite 收发器的国际标准。这是保证线路传输质量、传输性能和互通性的基础。由于收发器的测试需要专用仪表和复杂的测试程序,通常用户和运营者无法进行此类测试。在这方面最权威的机构就是信息产业部指定的xDSL测试中心。其次,DSLAM需要通过话音分离器接口测试,目的在于传输高速数据的同时,保证良好的话音质量。

  传输性能测试是用户最关心的指标,由于用户线的线路环境相对较差,DSL传输受到来自其他DSL线、电话以及空中电波(广播、闪电等)的干扰,因此传输性能也会受到影响。为此ITU以及ANSI规定在一定线路条件(线径、距离),受到特定干扰(串音、脉冲噪声等)时,DSLAM应达到一定的传输性能。

  接入网的网络规划和网络设计始终是令运营商头疼的一件事,如何准确预计业务增长量?如何结合技术和设备的寿命周期设计网络容量?过大的投入,过于超前的设计可能造成前期资金浪费,而由此引起的后期新技术投入不足又会在利用新技术吸引用户上滞后,效果事与愿违。过于保守的建设可能无法及时满足用户要求,造成用户不满或更严重的用户分流。实际上由于市政、企业驻地变迁等均直接与业务容量相关,很难准确估计若干年的业务增长。因此,接入设备必须设计为容量、业务灵活的平台。

  xDSL利用与PSTN完全分开的ATM网络,在充分利用现有网络资源,完全不影响电话业务的前提下,提供高速因特网接入通道。在构建xDSL网络时,符合标准的DSLAM设备充分保证xDSL和电话业务的质量,而多样的业务种类、灵活的系统容量和网络结构则是建设经济高效的快速接入网络的关键。虽然xDSL在中国还处于小规模商用和试验阶段,但1999年下半年以来的多处试验性网络建设以及良好的用户反映,表明了中国巨大的潜在业务需求。在这种情况下,信息产业部及时开始了xDSL设备入网的认证工作。在多个申请入网的国内外厂商的设备中,NOKIA D50e 第一个全面通过检测中心的测试,并获得了信息产业部颁发的电信设备入网许可证。

  接入网(AN)是通信信息领域近年提出的概念。接入网是由业务节点接口(SNI)和相关用户网络接口(UNI)及为传送电信业务所需承载能力的系统组成的,经Q接口进行配置和管理。因此,接入网可由三个接口界定,即网络侧经由SNI与业务节点相连,用户侧由UNI与用户相连,管理方面则经Q接口与电信管理网(TMN)相连。接入网的引入给通信网带来新的变革,使整个通信网络结构发生了根本的变化。

  (2)接入网对用户信令是透明的,除了一些用户信令格式转换外,信令和业务处理的功能依然在业务节点中。

  (3)接入网的引入不应限制现有的各种接入类型和业务,接入网应通过有限的标准化的接口与业务节点相连。

  (4)接入网有独立于业务节点的网络管理系统,该系统通过标准化的接口连接TMN,TMN实施对接入网的操作、维护和管理。

  传统的用户接入同采用的是钢缆,80年代中后期因具有Z接口的光纤环路载波系统(SLC)以及远端交换模RSU的实用化,使光纤传输设备引入到接入网领域,但这些都不是真正意义上的接入网设备。到90年代中期,先进的VS接口光接入系统问世,才进入接入网的正式发展阶段。

  VS接口可实现不同厂家接入网设备与交换机的互通,接入网具有较强的业务支持能力,除支持PSTN、 ISDN业务外,还支持 N X 64kb/S、 64kb/S以下各类速率、Internet、X.25、CATV等业务。到1998年8月初,全国建设规模已近270万线,超过世界其它国家。此外电信部门还积极推进公众多媒体通信接入系统,并正在试验先进的ATM接入和VOD系统。

  广电部门从80年代起大力发展小区CATV网,目前干线传输正逐渐采用光纤,在发达地区积极试验 HFC系统和非对称 Cable Modem,并正以CATV网为基础进行地区联网和全国联网,试图将专用CATV网改造成具有宽带数据和话音接入的宽带接入网。

  (l)由于设备供应商本能的保护性反应,VS.X接口的开放性缺乏法规保障;而且对不同厂商设备之间互通性、兼容性及完备性测试体系的研究滞后,缺乏较为科学的验证手段。

  (2)仅有VS.l、VS.2数字接口是不够的,对宽带接入的研究跟踪和实用化进程必须加快。现阶段接入业务还仅局限于窄带ISDN范畴,而其他媒体网络共享接入段的目标基本是分离实现的(如有线电视和其他宽带数据接入等)。

  ( 3)基于 SDH技术的光纤接入网至今还未能解决好同步问题(特别是当环上节点数大于16时),当1网络边缘采用PDH或xDSL同步型接口时其低频慢漂移现象对数据业务的影响更加突出。

  (4)网管问题。目前使用中的接入网网管维护均由接入设备厂家提供的监控管理系统来完成,VS接口及VS终端设备间数字段的维护、用户环路测试、电源和环境的监控等工作。存在的问题是用户环路的测试基本还不能接受112集中受理系统的控制(有个别公司开始这类对接试验)。目前,对接入网实现112测试的方法有两种:利用接入网自身测试板完成用户线的测试和利用测试头完成用户线的测试。下一步,网管必须解决以下问题:接入网的上层应具有对不同的接入设备的管理能力(即统一网元层管理)。虽然吨微 和我国电总已制定了接入网集中维护管理系统与接入网设备之间的 Q3接口标准,但实施中尚有两个问题需要考虑:一是Q3接口的实施尚需时日,同时具有Q3接口的集中维护管理系统的开发成熟也需一段时间,所以在目前的过渡阶段,各厂家的接入网设备均由各自开发的管理系统统进行维护,还不能实现集中监控维护的要求;另一方面,Q3接口的开发需要较大的成本投入,对一些小容量的接入设备,其经济性也待商榷。接入网的网管应具有管理接入网提供的各种业务的能力,如DDN、CATV等。各种叠加网数据接口所采用的永久或半永久性连接不利于对其工作进行监测,从网管角度说实际上是处于阻断状态。接入网与交换机(传统PSTN设备)的网管应能互通,如配置管理应能在一点完成。TMN标准的制定中来自非技术的制约因素过多,致使管理网的一体过程将漫长而又复杂。

  (5)一些设备供应商采用的“信令转换架”方式加入,实际是新增局,违背“少局所、大容量”的网络组织发展原则。

  随着社会和技术的进步,信息技术发展的大趋势是电话、计算机、电视三种技术、产业乃至网络的融合,即所谓“三网合一”。它表现为业务层互相渗透交叉,应用层使用统一的通信协议,网络层互联互通,技术上趋向一致。在这种大潮推动下,电信信息产业正进行结构重组,各种相关体制和法规也发生相应变革。这给电信业既带来机遇也带来了挑战,它对电信网提出了新的要求:即必须改造当前的电信网,使之适于传输数据和图像。

  从技术发展来看,首先现有的钢缆接入网必须改造,以数字用户线系列技术为代表的铜缆接入技术是一种重要改造手段; HFC系统和非对称Cable Modem则是改造现有 CATV网的试验性方案;但从发展来看,光纤接入,特别是宽带光接入辅以无线接入手段将占主导地位。以下分别论述。

  充分利用现有的巨大双绞线铜缆网来开放宽带业务是电话公司的主要竞争策略,非对称数字用户线(ADSL)系统就是一种比较理想的双绞线铜缆宽带接入技术。其下行单工信道速率可为2.048Mb/s、4.096Mb/S、 6. 144Mb/s、 8. 192Mb/S、可选双 工信道速率为0kb/S、160kb/S、384kb/S、544kb/s、576kb/s,目前已能在 0. 5芯径双绞线km之远。 ADSL所支持的主要业务是因特网和电话,其次才是点播电视业务。其最大特点是无须改动现有钢缆网络设施就能提供宽带业务。

  目前已开始进行一定规模的试商用,发展势头良好,其主要缺点是线对的苛刻要求,且国内双绞线%的线对可以开ADSL,另外,价格仍偏高。

  尽管ADSL技术固有的非对称性已能很好地适应因特网业务,然而其成本仍偏高,用户侧设备的安装仍麻烦。目前新开发了一种轻便型的无分路器的ADSL,基本思路有两点:第一是速率降低到1.5Mb/S左右,第二是在用户处不用电话分路器,这样一来价格可能下降,安装更为方便,但需妥善解决干扰问题,特别是对话带的干扰问题。轻便型ADSL的开发工作已获各行各业的一致支持,应用前景十分可观。有可能发展成为电信运营者近期的主要宽带接入方案。

  有关ADSL系统发展的第二个趋向是进一步提高系统的下行带宽,即演变成所谓甚高速数字用户线(VDSL)系统,这种技术在双绞线上下行传输速率可以扩展至 25~ 52Mb/s,从而可容纳 6~ 12个 4Mb/8 MPEG—2信号,同时允许 1.5Mb/S的上行速率,其传输距离会分别缩短至1000m或300m左右。有趣的是由于传输距离的缩短,码间干扰大大减小,对数字信号处理要求大为简化,收发机成本可望比ADSL降低一半。

  CDSL(Consumer DSL)是 DSL的注册商标版本,它比 ADSL的速度要慢(下行速率为1Mb/S,上行线路可能更少一些)。不过,它也有自己的优势,它不需要在用户端安装“分路器”。

  G.Lite或DSL Lite接入技术(也叫无分路器ADSL或通用 ADSI)是一种速度较慢的 ADSL,它不需要在用户端进行线路的分离,而是电话公司的远程用户分路线路。正式称呼为ITU—T标准G一992.2的 G.Lite提供了 1.544~6Mb/s的下行速率,128~384kb/s的上行速率。G.Lite有望成为部署最为广泛的DSL技术。

  IDSL(ISDN— DSL接入)技术这种叫法有些不妥,因为它的速率与 ISDN的 128kb/8的数据速率和服务更接近,而与速度更高的ADSL相差较远。

  RADSL(速率自适应 DSL接入)技术中,软件可以决定在特定客户电话线上信号的传输速率,并可以相应地调整传输速率。 Wested的FlexCapZ系统使用 RADSL在现有线Mb/s的下行速率,以及从 272kb/S~1.088Mb/S的上行速率。

  UDSL(单向 DSL接入)技术是欧洲一家公司提出的一项建议,它是HDSL的单向版本。

  HFC(光纤同轴混合网)技术可使电话公司迅速提供宽带业务。HFC在一个500户左右的光节点覆盖区可以提供60路模拟广播电视、每户至少2路电线Mbps的数据业务。将来利用其550MHZ~750MHZ频段还可以提供至少200路MPEG—2的点播电视业务以及其它双向电信业务。有线接入网发展的一个重要趋势是FTTC与HFC融合,进而向FTTC发展。最近,接入网又提出了一种新的组网方案:FTTC+HFC。FTTC+HFC主干系统采用共缆光纤的方法分别传送数字(双向)与模拟信号,两种信息由设置于路边的光网络单元分别恢复成各自的基带信号之后,语音信号经双绞线送至用户,而数字和模拟视频信号经同轴电缆送至用户。

  从长远看,HFC网计划提供的是所谓全业务网(FSN),即以单个网络提供各种类型的模拟和数字业务。用户数可以从500户降到25户,实现光纤到路边。最终用户数可望降到1户,实现光纤到家。光纤的应用提供了一条通向宽带通信的新途径,但其回传信道的干扰问题仍需妥善解决。目前已有多种解决回传干扰的方案可用,其中比较彻底的方案是小型光节点方案,用独立的光纤来传双向业务,小型光节点采用低成本激光器。小型光节点靠近用户,因而同轴网部分为无源网,回传信道则安排在高频端,从而彻底避免了回传信道的干扰问题。第二种比较好的方案是采用同步码分多址(S— CDMA)技术,此时信号处理增益可达ZI.sdB,干扰大大减少,系统可以工作在负信噪比条件,可望较好地解决回传信道的噪声和干扰问题。HFC的最新发展趋势是与DWDM相结合,可以充分利用DWDM的降价趋势简化第二枢纽站,将路由器和服务器等移到前端,消除光一射频一光变换过程,从而简化了系统,进一步降低了成本。

  SDH已经在核心网得到广泛应用。目前,带宽需求和技术都已显示有必要把SDH的技术上的巨大优势带进接入网领域,使SDH的功能和接口尽可能靠近用户。在接入网中应用SDH的主要优势如下。

  (1)对于要求高可靠、高质量业务的大型企事业用户,SDH可以提供理想的网络性能和业务可靠性。此时可以直接用SDH系统以点到点或环形拓扑形式与用户相连。

  (3)SDH的固有灵活性使网络运营者可以更快更有效地提供用户所需长期和短期的业务以及组网需要。对于发展极其迅速的蜂窝通信系统,采用SDH系统尤其适合,可以迅速灵活地提供所需的2Mb/S透明通道。

  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。为了更充分地利用SDH的优势,需要将SDH进一步扩展至低带宽用户,特别是无线kb/S等级的灵活性并能综合现有和新的业务传送平台。具体实施方法可以有多种,使用STM—0子速率连接(SUb stm一0),对于小带宽用户是一种经济有效的方案,同时又能保持全部SDH管理能力和功能。目前 ITU— T第 15研究组已开发了一个新的建议G.708.规定了两种接口,即传送TUG—2的接口sSTM—Zn和传送 TU—12的接口sSTM—Ik。当采用sSTM—Zn接口时,每帧每个TUG—2为108字节加一列9个字节的复用段开销。该接口可用于光纤、金属线和无线传送技术。当n—l时,信号胡为 7. 488Mb/s;当 n—2时,信号速率为 14. 4Mb/s;当n—4时,信号速率为28.224Mb/s。当采用sSTM-1k接口时, k值限于1、2、4、8和16,且主要适用于无线传送技术,其速率分别为 2.88Mb/S、5.184Mb/S、9.792Mb/S、19.008Mb/8和37.44Mb/S。由于SDH接入网具有兼容性强烷善的自愈保护能力、可组成传输与接入的混合网、面向网络发展的升级能力、有利于向宽带接入发展等优势,使得SDH将得到进一步发展,在接入网领域占据更大的份额。

  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,除了携带语音业务以外,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。

  ATM为基础的无源光网络(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%。因此,从长远的观点看,面对日益丰富多彩的多媒体业务和呈爆炸式增长的 IP业务的压力,APON可能是一种结合ATM多业务多比特率支持能力和无源光网络透明宽带传送能力的比较理想的长远解决方案,代表了面向21世纪的宽带接入技术的最新发展方向。

  ATM—PON中数字信号的标称比特率应该是8kHZ的整数倍,其标称线路速率有两种:可适用于FTTCab/C/B/H的对称 155. 52Mb/s与适用于FTTCab/C/B的非对称速率(下行 622.08Mb/s,上行155.52Mb/s)。其双向传输方法主要有两种,第一种采用单纤波分复用方式;第二种采用单向双纤空分复用方式,工作在1310urn区,以便充分利用低成本的光源。与窄带PON不同之处在于不采用单纤双向时分压缩复用(TCM)方式,主要是考虑集成电路的速率和成本的限制因素所致。

  APON能否大量应用的一个重要因素是价格问题。由于APON是无源系统,因而使安装、开通和维护运营成本大为降低。APON的目标价格是窄带PON的1.5倍,但提供的业务范围和业务质量将远优于窄带PON。预计不久就会有产品问世,初期主要是专线业务,以后逐步扩展至其他业务,成为名副其实的全业务接入网系统。接入网中采用 PON技术曾是电信业的热门,但由于价格过高难以为运营商接受。随着多媒体时代的到来和三网融合的发展,以 ATM为基础的 APON应运而生,它进一步改进了传统PON的性能,并具有更好的性价比。预计在不久的将来,APON将在AN中得到推广。

  利用 ATM技术传送 MPEG—2信号。实现视频点播业务(VOD)是is几年 ATM论坛、ITU—T等组织研究的一个中心内容,也是AN发展的另一趋势。目前ATM网络提供了两类面向连接的业务,恒定比特率(CBR)和可变比特率(VBR)业务,MPEG—2信号可分别以这两种业务接入。但在接入时,它们各有优势,同时又都不是最理想的方法。作为CBR业务接入需先用缓冲存储器平滑处理,将MPEG—2适配成CBR业务。从理论上讲,只有当存储器容量足够大时,VBR MPEG—2才可能成为真正平滑的CBR业务接入。这显然是不切实际的,而且随着存储器容量的增大,延时会增加,影响业务实时性。而MPEG—2的VBR业务接入,由于ITU对B—ISDN的AALZ标准尚未制定完善,无法用AALZ对MPEG—2适配,ATM论坛曾准备用AALS适配VOD方案,但此方案技术较复杂,成本高。

  基于光纤环路(FITL)和ATM技术的交互式数字视频接入系统(SDV),目前正在国外进行实验,它除支持传统的话音窄带业务外,还能向用户提供VOD、数字广播视频业务以及模拟广播视频服务;而且,在SDV网络的不同单元间还可以进行信息流(如图像、ATM数字包)的交换。SDV由于具有比HFC更多的优点,因此有可能成为实现交互式多媒体业务的最佳选择,引起了电信业的重视。SDV实际是以 PON为基础的 FTTC与单向 HFC的结合,它采用分层面方式,一个层面用FITL系统传输电话和数据;另一层面采用基于SDH的ATM信元,支持交互式数字视频等宽带业务,模拟视频接入则以WDM方式叠加或光缆分纤实现。

  无线接入可分为移动接入与固定接入两种。其中移动接入又可分为高速和低速两种。高速移动接入一般可用蜂窝系统、卫星移动通信系统、集群系统等。低速接入系统可用PGN的微小区和毫微小区,如 CDMA的 WILL、PACS、PHS等。固定接入是从交换节点到固定用户终端采用无线接入,它实际上是PSTN/ISDN网的无线延伸。其目标是为用户提供透明的PSTN/ISDN业务,固定无线接入系统的终端不含或仅含有限的移动性。接入方式有微波一点多址、蜂窝区移动接入的固定应用、无线用户环路及卫星VSAT网等。固定无线接入系统以提供窄带业务为主,基本上是电话业务。

  主要的宽带固定无线类,即已经投入使用的多路多点分配业务(MMDS)、直播卫星系统(DBS)以及正在做现场试验的本地多点分配业务(LMDS)。前两者已为入熟知,而LMDS则是刚刚兴起,近来才逐渐成为热点的新兴宽带无线接入技术。

  典型LMDS由类似蜂窝配置的多个枢纽发送机组成,每个发送机经点到多点无线链路与服务区的固定用户通信。单个蜂窝的覆盖区为 2~5kin。覆盖区相互重选,每一蜂窝的覆盖区又可以划分为多个扇区,可根据用户需要在该扇区提供特定业务。这种模块式结构使网络扩容很灵活方便。为了减少设备成本和改进质量,初期的应用可能是模拟调频电视分配业务,每路20MHz,约50路。下一步再逐步实现数字调制通路和提供数据和其它业务。原理上,LMDS可以提供从电视分配业务和电话到全交换式宽带多媒体业务在内的所有业务。但最有利的机会是提供交互式电视和高速数据,LMDS不仅可以提供因特网接入,而且可以用来互联局域网,从而可望在企事业用户市场上分流部分利润。只用于单向模拟分配电视业务时,其成本可望小于MMDS的一半。如果仅用于语音则可以支持6万个电话用户。

  LMDS系统尚处于现场试验阶段,能否发展在很大程度上取决于能否开发出低成本的28GHS收发机来。这一频段的放大器需要基于像砷技术的单片毫米波集成电路,要做到低成本高性能不大容易。另外,LMDS只能视距传输,为了避免阻挡,枢纽站可能不得不设置在高于地面15~20m处,这在有些环境下应用不利。

  总的来看,宽带固定无线接入技术代表了宽带接入技术的一种新的不可忽视的发展趋势,不仅敷设开通快,维护简单,用户较密时成本低,而且改变了本地电信业务的传统观念,最适于新的本地网竞争者与传统电信公司与有线电视公司展开有效竞争,也可以作为电信公司有线接入的重要补充而得到应有的发展。

  随着技术成本的持续下降、电信市场的日益开放以及以 IP为代表的数据业务的爆炸式增长,网络的带宽与容量再次成为热门话题和紧缺商品。以美国为代表的发达国家的骨干网正向超高速和超大容量的方向发展,高达 160Gb/S(16X10Gb/S)的波分复用系统已投入应用。与此同时,为了适应这一新的形势,接入网的宽带接入技术也呈现了新的发展态势。

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