几种宽带接入技术

zhangboone

    由于大量资金投入电信骨干网络的建设，核心网络普遍实现了光纤化，其带宽
基本可满足当前通信的需要，但大部分的接入网仍停留在窄带和以电路交换为基础
的水平，接入网越来越成为网络的瓶颈，其宽带化和IP化成为当今网络发展的一个
新焦点。于是，近来宽带接入技术呈现出新的发展态势，各种技术争奇斗艳。

    下面着重介绍xDSL、电缆调制解调器（Cable Modem）、宽带固定无线接入和
宽带以太网等几种接入技术。

    一、几种宽带接入技术

    1、xDSL

    数字用户线（DSL）是基于普通电话线的宽带接入技术，它在同一对铜线上分别
传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换设备，从而减轻了电话交换机的负
担；而且无需拨号，一直在线，属于专线上网方式，因此使用DSL上网并不需要缴付
另外的电话费。

    xDSL中的“x”代表各种数字用户线技术，如不对称数字用户线（ADSL）、高速
数字用户线（HDSL）和高速不对称数字用户线（VDSL）等。它们的主要区别在于上下
行链路的对称性以及传输速率和有效距离有所不同。

    ADSL是目前众多DSL技术中较为成熟的一种，其优点是带宽较大、连接简单、投
资较小，因此发展很快，广州、深圳、上海、北京、成都等地的电信部门已先后推出
了ADSL宽带接入服务。ADSL系统主要是针对住宅用户设计的，其下行速率高达
6～9Mbit／s，传输距离可达3～5km，典型的下行速率有T1，E1，DS2（6.312Mbit/s），
E2（8.448Mbit/s）；上行速率低，具体数值随各公司产品而不同，通常为
16～640kbit/s。ADSL在一对电话线上同时传送一路高速下行数据、一路较低速率下
行数据、一路模拟电话。各种信号采用频分复用方式占用不同频段，低频段传送话音，
中间窄频段传上行信道数据及控制信息，其余高频段传下行信道数据、图像或高速数
据。

    ADSL主要采用离散多音频调制（DMT）或无载波幅相调制（CAP）方式。DMT方式把
全部频带划分为256个子信道，根据各子信道的瞬时衰耗特性、群时延特性和噪声特性，
自适应地分配各子信道速率，同时关闭被窄带噪声淹没的子信道，以便最有效利用传
输线，把误码和噪声减至最小，提高系统传输容量。此外，ADSL利用自适应滤波方面
的新成果，如栅格编码及RS码，提高抗噪声性能，采用非对称回波抵消技术以消除回
波干扰。ADSL系统分别在局端和用户端装置ADSL调制解调器，采用DMT调制方法，用快
速傅立叶逆变换（IFFT）和快速傅立叶变换（FFT），实现对信号的处理及调制与解调。
由电话网来的电话业务，通过普通电话业务（POTS）分离器用无源耦合方式接到普通
电话线上。交换局节点通过ADSL调制解调器和POTS分离器，使话音与高速数据一起通
过双绞铜线传到用户端，再经过用户端的分离器与ADSL调制解调器，将信息送到用户
的PC机或电视终端。

    HDSL是利用两对或三对铜双绞线，为用户提供PDH一次群速率（T1或E1）的双工数
字连接。HDSL系统主要是为企事业单位用户设计的，它可以作为铜双绞线接入业务的
通用平台，为用户提供话音、数据和图像等多种宽带业务。

    VDSL是速率更高的ADSL，也有人称其为宽带数字用户线（BDSL）。VDSL系统一般
用于光纤接入网中的最后一段入户连接，其传输距离只有100m（155Mbit/s时）到1km
（13Mbit/s时）。它的下行传输速率可达13,26,52Mbit/s甚至155Mbit/s，采用的调制
技术一般为DMT或16CAP；它的上行传输速率为1.5～2Mbit/s，采用的调制技术一般为
DMT，QPSK或4CAP。

    2.Cable Modem

    Cable Modem是近几年发展起来的，主要用于有线电视网数据传输。现在大多数新
建的有线电视网都采用光纤同轴混合（HFC）网络，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的电信公司很具吸引力。由于Cable Modem是作为一种在HFC网
上提供数据业务的设备，因此它通常等同于HFC宽带接入技术。

    Cable Modem利用64QAM技术，可在单一的电视频道提供30Mbit/s的下行数据速率，
亦可利用256QAM将速率提升至40Mbit/s。从用户端的上行通道可以利用QPSK或16QAM调
制技术提供320kbit/s到10Mbit/s的速率。上行和下行带宽由连接到缆线网络区段上的
使用者共享，通常一个缆线网络区段会连接500～5000个家庭。

    Cable Modem与以往的调制解调器在原理上都是将数据进行调制后变成模拟信号在
电缆的一个频率范围内传输接收时进行解调，将模拟信号转换为数字信号，输入计算
机，其传输机理与普通调制解调器相同。但Cable Modem本身不单纯是调制解调器，它
一般有两个接口，一个用来接有线电视端口，另一个与计算机相联，它集调制解调器、
调谐器、加密解密设备、桥接器、网络接口卡、简单网络管理协议（SNMP）代理和以
太网集线器的功能于一身，且通过HFC网的某个传输频带进行调制解调。普通调制解调
器的传输介质在用户与交换机之间是独立的，即用户独享通信介质。Cable Modem则属
于共享介质系统，其它空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。

    3.LMDS技术

    宽带固定无线接入技术主要有三类，即已经投入使用的多路多点分配业务（MMDS）、
直播卫星系统（DBS）以及正处于试验阶段的本地多点分配业务（LMDS）。前两者已为
人熟知，而LMDS则刚刚兴起，近来才逐渐成为热门的宽带无线接入技术。LMDS是一种微
波宽带业务，工作在28GHz频段，在较近的距离上双向传输话音、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，
每个服务区内设有基站，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。

    LMDS的三个最基本要素为：基站、客户端设备和网络管理系统。基站是处理蜂窝
用户所有来往通信的中央集散点，包括室内和户外设备。室内设备为用户与有线或无
线骨干网连接提供接口，户外设备包括发射机和接收机，通常安装在发射塔上或屋顶
上。这些设备负责收集和传递来往于一个蜂窝或扇区内的所有通信。客户端设备在功
能上与基站设备相似，只是结构稍有变化。在客户端，发射机、接收机和天线一般都
合并成一个定向性极强的器件。网络管理系统（NMS）负责管理有线与无线网络所提供
的业务。理想的网络管理系统应该能够为整个网络提供端对端管理，包括骨干网和客
户端。

    4.宽带以太网

    以太网是在20世纪80年代发展起来的一种局域网技术，由于其具有使用简便、价
格低、速率高等优点，很快成为局域网的主流。随着千兆以太网（GbE）的成熟和万兆
以太网（10GbE）的出现，以及低成本地在光纤上直接架构GbE和10GbE技术的成熟，以
太网开始进入城域网和广域网领域。如果接入网也采用以太网将形成从局域网、接入网、
城域网到广域网全部是以太网的结构。采用与IP一致的统一的以太网帧结构，各网之间
无缝连接，中间不需要任何格式转换，将可以提高运行效率、方便管理、降低成本。

    但由于接入网是一个公用的网络环境，因此其要求与局域网这样一个私有网络环境
会有很大不同，它仅借用了用于局域以太网的帧结构和接口，网络结构和工作原理完全
不一样，其差别主要反映在用户管理、安全管理、业务管理和计费管理上。

    用户管理指的是用户需要到接入网运营商那里进行开户登记，并且在用户进行通信
时对用户进行认证、授权，保证合法用户正常通信，杜绝非法用户入侵。安全管理指的
是接入网需要保障用户数据（单播地址的帧）的安全性，隔离携带有用户个人信息的广
播消息（如地址解析协议（ARP）、动态主机配置协议（DHCP）消息等），防止关键设备
受到攻击。业务管理指的是接入网需要支持组播业务，需要为保证QoS提供一定手段。计
费管理指的是接入网需要提供有关计费的信息，计费问题对于任何一种接入方式都是必
需的。

    基于以太网技术的宽带接入网由局端设备和用户端设备组成，局端设备一般位于小
区内或商业大楼内，用户端设备一般位于居民楼内；局端设备提供与IP骨干网的接口，
用户端设备提供与用户终端计算机相接的10,100BASｅ-T接口。用户端设备不同于以太网
交换机，以太网交换机隔离单播数据帧，不隔离广播地址的数据帧，而用户端设备的功
能仅仅是以太网帧的复用和解复用；局端设备不同于路由器，路由器维护的是端口－网
络地址映射表，而局端设备维护的是端口－主机地址映射表。用户端设备只有链路层功
能，工作在复用器方式下，各用户之间在物理层和链路层相互隔离，从而保证用户数据
的安全性；局端设备支持对用户的认证、授权和计费以及用户IP地址的动态分配，还具
有汇聚用户端设备网管信息的功能。

    二、各种技术的优缺点

    1.xDSL和Cable Modem

    这两种技术的最大特点是可以利用现有通信线路，而无需重新构架网络基础设施。

    由于ADSL信号的工作频带与电话业务的工作频带不重合，因此在一条电话线上既可
传送一般的语音电话业务，也可传送ADSL宽带数据业务，用户可以一边打电话一边通过
ADSL上网。但是，ADSL技术目前还存在一些问题，一是由于电缆中不同线路信号之间相
互串扰以及线路存在质量问题等原因，目前在中国还没有大规模大面积地通过ADSL实现
宽带接入；另外，ADSL设备较昂贵，且在用户端需加装话音分离器，安装相对复杂。

    对于HFC网上的Cable Modem由于采用无连接技术，用户的PC可以一直保持在线状态，
无需拨号过程，且不占用电话。但从传统的有线电视网升级到HFC有很大的改造难度。首
先，频带资源显然不足；其次，传统有线电视网上采用的都是单向放大器和相关设备，
需要全部更换才能满足HFC的要求；其次，HFC接入方案采用分层树型结构，这种技术本
身是一个共享型网络，这就意味着用户要和邻近用户分享带宽，所以HFC的理论传输速率
也会受到影响。

    2.LMDS

    LMDS系统尚处于试验阶段，开发28GHz频段的放大器需要砷化镓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，而且其性能受天气和周围环境影响。但宽带固定无线接
入代表了宽带接入技术的一种发展趋势，它不仅敷设开通快，维护简单，用户较密时成本
低，而且最适于新的本地网竞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。

    3.以太网

    以太网技术对于企事业用户一直是最流行的接入方法，主要原因是已具备强大的网络
基础和丰富的经验，而且目前所有流行的操作系统和应用也都是与以太网兼容的。由于性
价比高、可扩展性强、容易安装开通以及可靠性高等，以太网接入方式与IP网很能相互适
应，使宽带以太网接入技术成为新兴运营商的首选方案之一。然而，由于计费、管理以及
有源器件多等因素，以太网作为居民用户的接入方式目前尚不适用，但随着城市智能化小
区的建设，以太网接入也不失为一种较为理想的方案。

    三、结 语

    接入网网络规模巨大、需求旺盛、新技术不断涌现，其发展包含了无数的机遇，而且
市场之大前所未有，吸引了制造商、运营企业和业务提供者的广泛参与。无论采用何种接
入技术，只有最大程度地满足用户的需求，才能有效占领市场。而且毋庸置疑的是，现行
的各种技术方案终将过渡到一个理想的阶段——光纤到户。