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宽带接入网技术的发展与展望

Date Added:2013-08-09 Views: 来源:

一.宽带接入网发展的驱动力
长期以来,接入网一直是电信网领域中耗资最大、技术变化最慢、成本最敏感、法规影响最大和运行环境最恶劣的老大难领域。当核心网领域(用户驻地网领域同样)正在越来越频繁地更换和应用各种现代新技术时,接入网领域仍然基本维持着原始的模拟技术为主的局面。正日益成为全网进一步发展的拖累。

  然而近年来,以互联网为代表的新技术革命正在深刻地改变传统的电信概念和体系架构。目前,北美骨干网上的业务量已达到了约6-9个月左右就翻一番的地步。传统电话网将不可避免要过渡到以数据业务特别是IP业务为中心的下一代电信网,这种下一代电信网的基本特征将是宽带化和IP化。目前核心网正在迅速向太比特网演进。另一方面,用户侧终端的速率也在突飞猛进,低成本千兆比以太网将局域网的速率提高了一个量级,10Gb/s以太网也将问世。这种用户接入的宽带化和IP化趋势也反映在普通居民用户群中,互联网业务正成为普通居民用户日益重要的接入业务,从电子邮件到Web浏览乃至视频业务,带宽要求正以几倍几十倍的速度增长。然而,面对核心网和用户侧带宽的快速增长,中间的接入网却仍停留在窄带和模拟的水平,而且仍主要是以支持电路交换为基本特征,与核心网侧和用户侧的发展趋势很不协调。显然,接入网已经成为全网带宽的最后瓶颈,接入网的宽带化和IP化将成为本世纪初接入网发展的主要大趋势。

  为适应这一新的形势,接入网正呈现新的发展态势,下面重点介绍和讨论几种近来发展势头较好的宽带接入网技术的现状与发展情况。

二. 双绞线上的宽带数字 用户线系统

  到目前为止,全世界的双绞线用户线仍然占居了全部用户线的90%以上,如何充分利用这部分宝贵资源,开发新的宽带业务是电信公司中近期接入网发展的重要任务,而数字用户线系统(xDSL)就是一种有效的宽带接入技术。xDSL有十几种花样,下面几种是最有生命力的。

1.ADSL与UADSL系统

  非对称数字用户线系统(ADSL)是一种采用DMT线路码的数字用户线系统。其下行单工信道速率可高达 8.192Mb/s,实际速率取决于线径和传输距离。ADSL所支持的主要业务是互联网和电话。其最大特点是无须改动现有铜缆网络设施就能提供宽带业务。五年来,由于技术的逐渐成熟、产量的大幅提升,ADSL的市场价格下降了80%以上,再加上电缆调制解调器飞速发展的压力,ADSL已开始进入大发展阶段。

  然而传统全速率ADSL系统成本偏高;而且实际能开通1.5Mb/s速率以上的用户线通常仅35%左右;用户侧设备CPE的安装需派人去安装,因而不仅安装开通成本高,而且费时费事,不适于业务的大规模推广和发展。一种轻便型无分路器的ADSL标准G.992.2迅速问世, 有人称为UADSL。基本思路有两点:第一是下行速率降低到1.5Mb/s左右,第二是在用户处不用电话分路器,前者使UADSL的频带只有ADSL的一半,从而使复杂性和功耗也只有其一半,且1.5Mb/s下行速率的传输距离可达5.4km。后者可以免除派人去用户处进行CPE安装测试的麻烦及相应带来的附加高成本,适合于大规模推广应用。这种UADSL系统有一个最大好处是标准化程度高,便于实现不同厂家局端和用户侧设备CPE的兼容,有利于大规模推广。目前全球主要UADSL CPE产品的互操作试验已进入最后阶段,不久有望基本实现任意CPE与任意局端的互操作,从而不仅大大增加了用户的选择范围,而且可以大幅度地推动UADSL价格的下降和业务的大规模扩展。其用户侧modem将如同今天的模拟modem一样,成为计算机的插卡,且性能价格比更好,线路条件要求不高,有可能成为未来5年左右的主导宽带接入技术之一。

  另一方面,ADSL技术也在继续改进和发展,特别是无分路器ADSL。这种方式只需在每一个话机前装一个小小的微滤波器即可,此时无分路器ADSL同样具备UADSL无须派人去安装CPE的重要优点,但却具备了原来全速率ADSL所具有的所有优点,诸如速率高、网络可升级、支持未来的图象和交互式在线游戏等新业务以及VoDSL应用, 但是否对其他所有业务完全无影响还有待进一步证实。ADSL的另一个最新发展趋势是Voice over ADSL (VoDSL), 基本思路是在原有模拟语音业务不变的情况下,再提供4~20条数字话音通路,还能提供以太网接口乃至机顶盒接口。该技术的出现大幅度提高了用户线的带宽利用率和业务收入,强化了ADSL对中小企业应用的性能价格比优势。对于ADSL来说,为了降低敷设成本,便于大规模推广,除了改进设备技术以外,还需要密切注意减少与安装开通运营有关的成本。

  总的看,ADSL已经进入大发展阶段,如果说有什么障碍的话,那就是电信运营者自己的业务经营战略考虑,也就是与2Mb/s专线和ISDN业务的协调问题,这将是一个痛苦的却又不得不作出的抉择。此外,也在很大程度上与管制政策有关,开放的市场特别是用户线的开放(用户环的非绑定)无疑会大大加速ADSL的发展。据报道,在未来几年内北美几个本地电话公司已计划敷设3000万线的系统,非绑定的用户环数量已超过5%,英国和德国也分别计划敷设600万和150万线的系统,而韩国已敷设220万线,成为世界上ADSL发展最快的国家。我国各地也已开始进行数万线规模的试商用,初步反映不错,今年计划发展90万线用户。ADSL的主要缺点是对线对的苛刻要求,影响了传输速率或传输距离,这方面依靠与光纤DLC的结合将是扬长避短的好举措。据美国SBC的分析,在上述DLC环境下,至少可以在80%的用户线上提供1.5Mb/s DSL业务,而其中的60%又可以提供至少6Mb/s的业务,大大扩展了DSL的服务范围。此外,无论设备还是业务的价格仍偏高,不利于大规模的推广。相信随着技术的进步、IP业务的发展以及用户环的非绑定等一系列政策的实施,ADSL将有可能在未来几年内成为我国的主导宽带接入技术之一。

2.VDSL系统

  有关ADSL系统发展的另一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( 26-52 ) Mb/s, 从而可容纳6 至 12个4Mb/s MPEG-2 信号,其传输距离则分别缩短至1000或300米左右。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。因而如果配线或引入线的质量尚可,此时将FTTC,特别是APON 与VDSL技术相结合可以提供光纤敷设成本,电子设备成本和提供的带宽能力方面的最佳平衡,是一种比较现实理想的宽带混合接入方案。目前, VDSL仍处于现场试验阶段,其标准工作尚在进行,其频谱安排尚未达成一致,线路码型也在争论之中,其性能和成本是否有竞争力还有待实践检验。

三. 同轴电缆上的混合光 纤同轴网系统

  混合光纤同轴(HFC)网是宽带接入技术中最先成熟和进入市场的,目前仍占据主导地位, 其巨大的带宽和相对经济性使其对有线电视公司和新成立电信公司很具吸引力。 一旦管制放开,对传统电话公司也具有吸引力,允许其迅速提供宽带业务。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路电话以及速率可以至少高达10Mb/s 的数据业务。将来利用其 750MHZ 频谱还可以提供至少200路 MPEG-2 的点播电视业务以及其它双向电信业务。不久用户可以在市场上自己选购标准电缆调制解调器,回家下载软件后,不到一分钟业务就可以开通,完全无须网络运营者介入。另外,与ADSL不同,电缆调制解调器不依托ATM技术,而直接靠IP技术。目前在北美采用电缆调制解调器后只需每月化30-40美圆就可以无限制地上网,很有吸引力。此外,电缆调制解调器也没有xDSL技术的严格距离限制。

  椐报道,美国有线电视网1999年6月已将大约30%的网络改造为双向网络采用了电缆调制解调器。目前HFC主要业务为电视 数据,特别是IP业务誓在必争, 少数为电视 电话。我国有线电视部门自然地选择了这一宽带接入技术, 网络的双向化改造已超过1000万用户。某些地区的电信部门也开始了有一定规模的商用试验。影响电缆调制解调器发展的主要因素之一是统一标准问题,目前有4种不同标准,从发展趋势看,厂家专用标准将逐渐消亡,DOCSIS标准可以为不同的电缆调制解调器提供互操作性,将成为主导的事实标准。在北美,DOCSIS标准产品预计在2000年占据80%的电缆调制解调器销售市场,我国相关标准将以DOCSIS标准为基础。考虑到我国政府目前仍不允许电信部门和有线电视部门的基本业务互相交叉,因而HFC将主要是有线电视部门的选择,电信部门除少数地区外,暂时不大可能大力发展。

四.宽带光纤接入网系统 1. 接入网用SDH系统:

  在接入网中应用 SDH 的主要优势在于:SDH 可以提供理想的网络性能和业务可靠性;SDH 的固有灵活性使对于发展极其迅速的蜂窝通信系统采用SDH系统尤其适合。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,其市场应用前景看好。

  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,于是除了携带话音业务量以外,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。支持的方式有多种,除了现有的PPP方式外,利用VC12的级联方式来支持IP传输也是一种效率较高的方式。总之,作为一种成熟可靠提供主要业务收入的传送技术在可以预见的将来仍然会不断改进支持电路交换网向分组化网的平滑过渡。

2.无源光网络PON:

  无源光网络(PON)是一种纯介质网络,避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响,减少了线路和外部设备的故障率,提高了系统可靠性,同时节省了维护成本,是电信维护部门长期期待的技术。PON的业务透明性较好,原则上可适用于任何制式和速率的信号。特别是一个 ATM 化的无源光网络(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%。

A  PON的业务开发是分阶段实施的,初期主要是VP专线业务。相对普通专线业务,APON提供的VP专线业务设备成本低,体积小,省电,系统可靠稳定,性能价格比有一定优势。第二步实现一次群和二次群电路仿真业务,提供企业内部网的连接和企业电话和数据业务。第三步实现以太网接口,提供互联网上网业务和VLAN业务。以后再逐步扩展至其他业务,成为名副其实的全业务接入网系统。

  APON能否大量应用的一个重要因素是价格问题。目前一代的实际APON产品的业务供给能力有限,成本过高,其市场前景由于ATM在全球范围的受挫而不确定,但其技术优势是明显的。特别是综合考虑运行维护成本,则在新建地区,高度竞争的地区或需要替代旧铜缆系统的地区,此时敷设PON系统,无论是FTTC,还是FTTB方式都是一种有远见的选择。在未来几年能否将性能价格比改进到市场能够接受的水平将是APON技术能否继续生存和发展的关键。

五. 宽带固定无线接入

  宽带固定无线接入技术已有多种形式,例如已经投入使用的多路多点分配业务 (MMDS) 和直播卫星系统 (DBS) 以及正在做现场试验的本地多点分配业务 (LMDS)和不可见光纤无线系统。前两者已为人熟知,下面主要介绍后两者的发展。

1. LMDS系统

  LMDS 工作在毫米波波段,主要工作波段有24GHz、26GHz、28GHz和38 GHz,最常用的是28 GHz 波段。由于这一频段的技术实现难度很大, 因而过去很少应用, 频谱较为宽松, 可用频带至少 1GHz。若采用64QAM调制,则1GHz意味着4Gb/s的速率,十分可观。LMDS双工方式有两种,即FDD和TDD。考虑到LMDS主要定位于数据业务和高速上网,而利用TDD方式可以调整上下行链路的带宽,比FDD方式更高的信息下载速率,因而更有前途。

  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。但最有利的机会是为企事业用户提供数据业务和高速上网。由于LMDS提供多点传输技术,新增用户时无须增加基站射频设备,便于快速扩展用户,最适于新的电信运营公司。

  LMDS 系统尚处于小规模商用阶段,能否大规模发展在很大程度上取决于能否开发出低成本的收发机来,这不仅取决于技术,也与缺乏统一标准有关。另外,必须能妥善解决雨雪影响、视距传输和抑制信号干扰。目前对于普通雨雪,采用动态功率电平调节和先进的纠错技术后有可能仍然维持较高的链路质量,但对于大雨雪,性能仍会迅速劣化。因此,在上述问题没有妥善解决之前,LMDS系统不太适合多雨雪地区应用。 2. 不可见光纤无线系统

  不可见光纤无线系统是一种采用连续点串接网络结构组成自愈环工作的宽带无线接入系统,兼有SDH自愈环的高可用性能和无线接入的灵活配置特性,可应用于28GHz, 29GHz, 31GHz和38GHz等毫米波段。系统通路带宽50MHz, 前向纠错采用RS和格栅码调制。当通路调制采用32QAM时,可以提供155Mb/s 全双工SDH信号接口,用户之间通过标准155Mb/s, 1310nm单模光纤接口互连;当通路调制采用8PSK时,可以提供两个100Mb/s全双工快速以太网信号接口,用户之间通过标准100Mb/s, 1310nm多模光纤接口互连。

  该系统不同于点对多点的LMDS,采用环形拓扑结构,当需要扩容时,可以分拆环或在POP点增加新环。系统的频谱效率很高,运营者可重复使用一对射频信道给业务区的所有用户提供服务。该系统采用有效的动态功率电平调节和前向纠错技术,具有优良的抗雨衰能力。可为用户提供宽带Internet接入,增值业务,会议电视,远程教学,VoIP,专线服务以及传统的电话服务,是一种在企事业市场上有竞争力的新技术。

  总的看, 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,最适于新的电信竟争者与传统电信公司和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。我国联通公司在广东地区的初步实验结果是肯定的,只要价格合适和频谱可用,预计未来几年会有相当的发展。 六.以太网技术

  传统以太网技术不属于接入网范畴,而属于用户驻地网(CPN)领域。然而其应用领域却正在向包括接入网在内的其他公用网领域扩展。历史上,对于企事业用户, 以太网技术一直是最流行的方法,全球已有2.5亿个以太网交换端口,仅1999年就售出了5300万个端口,目前已成为仅次于供电插口的第二大住宅和办公室公用设施接口。 采用以太网作为企事业用户接入手段的主要原因是已有巨大的网络基础和长期的经验知识、目前所有流行的操作系统和应用也都是与以太网兼容的、性能价格比好、可扩展性、容易安装开通以及高可靠性等。以太网接入方式与IP网很适应,技术已有重要突破,容量分为10/100/1000Mb/s三级,可按需升级,10Gb/s以太网系统也即将问世。

多年来,以太网除了带宽有了大幅度增加外,还有两个重要变化。一是采用星形布线,二是LAN 交换的出现。采用类似电话网的星形布线后,共享媒质的集线器将由交换机代替。此时业务量将不再自动广播给所有计算机,而可以由交换机经由连至特定计算机的双绞线将业务量送给该计算机,在一定程度上实现了计算机间的信息隔离,而且也解决了系统带宽问题。更重要的影响是使以太网转向全双工传输,消除了链路带宽的竞争,因而也就可以省掉传统以太网必须的CSMA/CD算法。由于采用专用的无碰撞全双工光纤连接,还可以使以太网的传输距离也大为扩展,可以满足接入网和城域网的应用需要。另一个全双工以太网链路的优点是LAN链路的利用率可以达80%以上,而传统以太网链路的利用率只有30%时响应时间就开始劣化。

  目前全球企事业用户的80-90%以上都采用以太网接入,已成为企事业用户的主导接入方式。然而,由于计费、质量、寻址、管理、安全以及私有性等多种因素, 以太网作为公用网接入方式尚需进一步改进。主要是以太网技术的固有机制不提供端到端的包延时、包丢失率、带宽控制,难以支持实时业务的服务质量。目前以太网也不能提供故障定位和多用户共享节点和网络所必须的计费统计能力。以太网原来是为局域网企事业用户内部应用设计的,缺乏安全机制保证。因此,传统以太网必须经改造后才能顺利地应用于公用电信网,目前已有多种改进方案可供选择。例如采用虚拟局域网方式可以解决用户间信息隔离,但地址利用率低,不能动态分配IP地址,解决不了计费问题。采用以太网上承载PPP协议后可以解决计费问题,但不能解决用户信息隔离和组播问题。市场还需要更全面的解决方案。

  简言之,目前源于企事业用户驻地网的以太网正在以其原来的形式或修改的形式积极地向其他领域渗透,诸如公用电信网接入网领域、城域网领域乃至广域网领域。
 

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