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宽带接入技术概览

 昵称460416 2009-11-22

基于PSTN的接入技术

传统铜线接入技术,即借助电话线路,通过调制解调器拨号实现用户接入的方式,速率已达56kbps(通信一方应为数字线路接入),这种速率还远远不能满足用户对宽带业务的需求。目前采用各种先进的调制技术和编码技术来提高铜线的传输速率,主要包括如下几类:

1. DSL(Digital Subscriber Line)技术

⑴ ADSL(Asymmetrical Digital Subscriber Line) ADSL利用现有的电话线路,再加上ADSL专用调制解调器,将数字信号的传输速率提升到下传1.5Mbps~9Mbps、上传64kbps~640kbps。实现时的具体差异主要由所采用的调制解调器、传输方式与和传输距离(最主要因素)决定。

ADSL将一条双绞线上用户频谱分为三个频段:
0~4kHz频段:传送话音基带信号实现电话业务
20~200kHz频段:传送上行或下行的低速数据(144-576kbps)
250~1000kHz频段:传送下行高速数据(速率可达8Mbps)

由于ADSL这种上行速率底,下行速率高的不对称性,因此被称为“不对称数字用户线”。ADSL的关键在于高速信道的调制技术,目前采用三种调制技术:QAM(正交幅度调制)、CAP(无载波幅度相位调制)、DMT(离散多频调制)。CAP与QAM基本相同,是无载波的QAM,而DMT则可提供更高的工作速率。DMT是一种多载波调制方法,它将电话网中的双绞线的可用频带分为256个子信道,每个子信道带宽为4kHz,它可根据各子信道的性能来动态分配各信道的数据速率。

⑵HDSL(High data rate Digital Subscriber Line) HDSL利用两条双绞线进行数字资料的传输,不过上下传速度对称(symmetrical),这是它与ADSL最大的不同点。在一条双绞线的状况下,HDSL速率可达784kbps 至1040kbps,如果以两条双绞线传输,则可将速率提高到T1(1.544Mbps)或E1(2.048Mbps)的水准。它采用高速自适应数字滤波技术和先进的信号处理器,进行线路均衡,消除线路串音,实现回波抑制,不需要再生中继器,适合所有非加感用户环路,设计、安装和维护方便、简捷。HDSL采用的编码类型为2B1Q码或CAP码,可以利用现有电话线缆用户线中两对或三对双绞线来提供全双工的T1/E1 信号传输,对普通0.4~0.6mm线径的用户线路来讲,传输距离可达3~6km,比传统的PCM 技术要长一倍以上。如果线径更粗些,传输距离可接近10km。
HDSL技术广泛适用于移动通信基站中继、无线寻呼中继、视频会议、ISDN基群接入、远端用户线单元(RLU)中继以及计算机局域网互联等业务,由于它要求传输介质为2~3对双绞线,因此常用于中继线路或专用数字线路,一般终端用户线路不采用该技术。

⑶ VDSL(Very high data rate Digital Subscriber Line) VDSL为最高速的传输方式, VDSL和ADSL技术相似,也是一种非对称的数字用户环路技术。采用频分复用方式,将POTS、ISDN以及VDSL的上、下行信号放在不同的频段传输, VDSL采用CAP、DMT和DWMT等编码方式,在一对普通电话双绞线上提供的典型速率为上行1.6~2.3Mbps,下行12.96~55.2Mbps(目前最高达到155Mbps),速率比ADSL高约10倍,但传输距离比ADSL也低得多,典型的传输距离为0.3~1.5km。

当前,xDSL技术成为宽带接入网中非常活跃、热门的技术,除上述几种比较典型的技术以外,目前还存在其他一些数字用户环路技术,如IDSL、UDSL、CDSL、EDSL等。



2. HomePNA(Home Phoneline Network Alliance)

HomePNA 系统是用户线接入多路复用器(Phoneline Network Alliance)。该系统在现有的铜线和光纤网络上提供每个用户1Mbps~10Mbps的高速数据传输。HomePNA技术能够分离通过一条电话线传送的声音和数据业务。声音传送的波段在20Hz~3.4kHz之间,而xDSL利用25kHz~1.1MHz这一波段,设备则利用5.5MHz~9.5MHz波段,因此当用户利用同一条电话线访问因特网时可以使用电话或发传真,不会相互影响。它采用频分复用技术。

HomePNA 技术采用2芯的电话线,通过频率分离声音和数据。
voice 20 ~3.4kHz (Telephone)
xDSL 25kHz~1.1MHz (ADSL)
HomePNA 5.5MHz~9.5 MHz



3. BISDN(宽带综合业务数字网络)

BISDN是一个服务平台。它使用一组限定的网络接口和网络设备配置,单独的BISDN 网络能够支持范围广泛的客户数据、话音和视频通信应用。BISDN的设计是为了配合未来的同步光网络,取得同步光网络可用性的优点。为了得到高传输速率,保证低的延时特性。它以光纤和无线介质的宽带网进行综合数字传输服务。BISDN支持从2Mbps 到更大的传输速率。BISDN 是宽带的ISDN, 而ISDN能够在普通的电话线上以比较小的带宽为用户提供数据的数字传输。因我国推行窄带ISDN故本文对BISDN技术不加以详细描述。

4. 3DDS

3DDS是一种在传统通信网络的基础上提供IP网络增值业务的宽频带多媒体应用系统。全称是三维数字交互宽带网络系统,它可以充分利用现有电话线网络向商业和居民用户提供宽带多媒体服务。3DDS网络系统是通过将3DDS数字环路技术、IP技术和ATM技术结合,采用点对点方式,星形结构在铜质双绞线上实现真正的高速链接,从而建立一种基于公用电话网(PSTN)的宽带多媒体应用系统。

目前的上下行带宽已达10MHz,并且具有双向传输性,传输距离和抗干扰性方面优于现有其他技术。

基于光纤的接入技术

1. Ethernet接入

Ethernet接入提供的带宽是:对商业用户来说,1G到大楼、100M到楼层、10M到桌面;对住宅用户来说,1G到社区、100M到楼、10M到家庭。Ethernet接入技术借用了以太网的帧结构和接口,网络结构和工作原理都不同于以太网。Ethernet除了提供高速接入外,还有强大的网管功能和计费功能。造价也比较低廉。

2. FTTH技术

接入瓶颈问题的最终解决方案是光纤接入网(LAN)。宽带接入的最终目标是实现从骨干网、城域网到接入网的全光纤网络。因此,采用光纤到户(FTTH-Fiber To The Home)依然是宽带互联网最终的发展方向。

基于无线的接入方式

1. LMDS(Local Multipoint Distribution Services)

LMDS中文译作本地多点分配业务。这是一种微波的宽带业务,工作在28GHz附近频段,在较近的距离双向传输话音、数据和图像等信息。LMDS采用一种类似蜂窝的服务区结构,将一个需要提供业务的地区划分为若干服务区,每个服务区内设基站,基站设备经点到多点无线链路与服务区内的用户端通信。每个服务区覆盖范围为几公里至十几公里,并可相互重叠。 普通的无线接入系统均是窄带系统,工作在450M、800M等,针对低速的话音和数据业务。而LMDS 的宽带特性,决定它几乎可以承载任何种类的业务,包括话音、数据和图像等。

LMDS用户端设备包括室外安装的微波发射和接收装置以及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。P-COM的LMDS系统可提供多种类型的用户接口,包括电话、交换机、图像、帧中继、以太网等等,速率也非常全:ISDN、N×64K、2M、N×2M等,基本上目前常见的业务都可直接接入。

2. VSAT(Very Small Aperture Terminal)

VSAT直译为“甚小孔径终端”,通常指卫星天线孔径小于3米(1.2~2.8米)、具有高度软件控制功能的地球站。它是1984年至1985年开发的一种卫星通信设备,并在近几年得到非常迅速的发展。VSAT已广泛应用于新闻、气象、民航、人防、银行、石油、地震和军事等部门以及边远地区通信。VSAT有两个主要特点:

⑴地球站通信设备结构紧凑牢固,全固态化,尺寸小、功耗低,安装方便。VSAT通常只有户外单元和户内单元两个机箱,占地面积小,对安装环境要求低,可以直接安装在用户处(如安装在楼顶,甚至居家阳台上)。由于设备轻巧、机动性好,尤其便于移动卫星通信。按照国际惯例,卫星通信系统分为空间段(无线电波传输通信及通信卫星)和地面段两部分。地面段包括地面收发系统及地面延伸电路。由于VSAT能够安装在用户终端地,不必汇接中转,可直接与通信终端相连,并由用户自选控制,不再需要地面延伸电路。这样,大大方便了用户,并且价格便宜,因而具有明显的经济效益。

⑵组网方式灵活、多样。在VSAT系统中,网络结构形式通常分为星形式、网状式和混合式三类。

VSAT系统综合了诸如分组信息传输与交换、多址协议、频谱扩展等多种先进技术,可以进行数据、语音、视频图像、图文传真等多种信息的传输。通常情况下,星形网以数据通信为主兼容话音业务,网状网和混合网以话音通信为主兼容数据传输业务。 与一般卫星通信一样,VSAT的一个基本优点是可利用共同的卫星实现多个地球站之间的同时通信,这称做“多址联接”。实现多址联接的关键,是各地球站所发信号经过卫星转发器混合与转发后,能为相应的对方所识别,同时各站信号之间的干扰要尽量地小。实现多址联接的技术基础是信号分割。只要各信号之间在某一参量上有差别(如信号频率不同、信号出现的时间不同,或所处的空间不同等),就可以将它们分割开来。为达到此目的,需要采用一定的多址联接方式。



基于同轴电缆的接入技术HFC

1. HFC网与Cable Modem

HFC由光纤干线和同轴电缆分配网通过光节点站结合而成。HFC网络是宽带传输网络,一般采用上、下行不对称的频率分割。在前端,各种业务信号如模拟电视信号、数字视频信号、计算机数据信号、电话信号和各种控制信号等通过副载波复用(SCM)方式调制到下行频段的不同频道,经电光转换后用光纤传送到光节点,在光节点进行光电转换后用同轴电缆广播方式传送至用户。用户的上行信号采用多址技术(如TDMA、FDMA、CDMA或它们的组合)复用到上行信道,由同轴电缆传送到光节点进行电光转换,然后经光纤传至前端。虽然从整个网络来看,HFC网是频分复用的,但某一频率上的信道则是被数以百计的用户共享,因此向同轴电缆网上的用户分配带宽和对信道争用进行仲裁就成为Cable Modem系统的关键技术之一。从这个意义上讲,Cable Modem是一种计算机网络设备,物理层(PHY)和数据链路层的媒质访问控制子层(MAC)协议是它的关键部分。物理层的功能主要是数字信号的调制解调、前向纠错(FEC)编解码等。调制方式主要有QPSK、16/64/256QAM等。通过对数据流进行FEC编解码,实现错误校验。最常用的FEC码是Reed Solomon码。MAC层主要功能是在共享的单一信道中向多个竞争站点分配带宽。



2. HFC网络结构特点

与传统CATV网相比,HFC的网络结构无论从物理上还是逻辑拓扑上都有重大变化。现代HFC网基本上是星形/总线结构(如下图),由三部分组成,即馈线网、配线网和用户引入线,其结构很像电话网中的DLC(数字环路载波),其服务区类似于电话网中的配线区,区别在于HFC网服务区内仍基本保留着传统CATV网的树形-分支型同轴电缆网(总线式),而不是星形的双绞线铜缆网。

⑴ 馈线网

HFC的馈线网指前端至服务区(SA)的光纤节点之间的部分,大致对应CATV网的干线段。但区别在于从前端至每一服务区的光纤节点都有一专用的直接的无源光连接,即用一根单模光纤代替了传统的粗大干线电缆和一连串几十个有源干线放大器。从结构上则相当于用星形结构代替了传统的树形-分支结构。由于服务区又称光纤服务区,因此这种结构又称光纤到服务区 (FSA)。

⑵ 配线网

配线网指服务区光纤节点与分支点之间的部分,大至相当电话网中远端节点与分线盒之间的部分。在HFC网中,配线网部分采用与传统CATV网基本相同的同轴电缆网,很多情况常为简单的总线结构,但其覆盖范围则已大大扩展,可达5至10公里左右,因而仍须保留几个干线/桥接放大器。这一部分的好坏往往决定了整个HFC网的业务量和业务类型。

⑶ 用户引入线

用户引入线指分支点至用户之间的线路,与传统CATV网完全相同。

3. HFC网频谱安排

HFC采用副载波频分复用方式,各种图像,数据和语音信号通过调制解调器同时在同轴电缆上传输,合理的频谱安排非常重要,既要考虑原有和现在的应用需求,又要考虑未来的发展。有关同轴电缆中各种信号的频谱安排尚无正式国际标准。

4.HFC的应用

由于HFC具有经济地提供双向通信业务的能力,因而不仅对住宅用户有吸引力,而且对企事业用户也有吸引力,例如HFC可以使得Internet接入速度和成本优于普通电话线,可以提供家庭办公、远程教学、电视会议和VOD等各种双向通信业务,甚至可以提供高达40/10Mbps的双向数据业务和个人通信服务。

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