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    深圳印刷論壇世界網絡-網絡技術網絡技術 → 寬帶接入技術應用和發展方向的探討


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    主題:寬帶接入技術應用和發展方向的探討

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    寬帶接入技術應用和發展方向的探討  發貼心情 Post By:2008-11-6 20:17:16

    接入網(AN)是通信信息領域近年提出的概念。接入網是由業務節點接口(SNI)和相關用戶網絡接口(UNI)及為傳送電信業務所需承載能力的系統組成的,經Q接口進行配置和管理。因此,接入網可由三個接口界定,即網絡側經由SNI與業務節點相連,用戶側由UNI與用戶相連,管理方面則經Q接口與電信管理網(TMN)相連。接入網的引入給通信網帶來新的變革,使整個通信網絡結構發生了根本的變化。

    接入網的重要特征可以歸納為如下幾點:

    (1)接入網對于所接入的業務提供承載能力,實現業務的透明傳送。

    (2)接入網對用戶信令是透明的,除了一些用戶信令格式轉換外,信令和業務處理的功能依然在業務節點中。

    (3)接入網的引入不應限制現有的各種接入類型和業務,接入網應通過有限的標準化的接口與業務節點相連。

    (4)接入網有獨立于業務節點的網絡管理系統,該系統通過標準化的接口連接TMN,TMN實施對接入網的操作、維護和管理。

    1 接入網發展現狀

    傳統的用戶接入同采用的是鋼纜,80年代中后期因具有Z接口的光纖環路載波系統(SLC)以及遠端交換模RSU的實用化,使光纖傳輸設備引入到接入網領域,但這些都不是真正意義上的接入網設備。到90年代中期,先進的VS接口光接入系統問世,才進入接入網的正式發展階段。

    VS接口可實現不同廠家接入網設備與交換機的互通,接入網具有較強的業務支持能力,除支持PSTN、 ISDN業務外,還支持 N X 64kb/S、 64kb/S以下各類速率、Internet、X.25、CATV等業務。到1998年8月初,全國建設規模已近270萬線,超過世界其它國家。此外電信部門還積極推進公眾多媒體通信接入系統,并正在試驗先進的ATM接入和VOD系統。

    廣電部門從80年代起大力發展小區CATV網,目前干線傳輸正逐漸采用光纖,在發達地區積極試驗 HFC系統和非對稱 Cable Modem,并正以CATV網為基礎進行地區聯網和全國聯網,試圖將專用CATV網改造成具有寬帶數據和話音接入的寬帶接入網。

    我國接入網建設存在以下的問題:

    (l)由于設備供應商本能的保護性反應,VS.X接口的開放性缺乏法規保障;而且對不同廠商設備之間互通性、兼容性及完備性測試體系的研究滯后,缺乏較為科學的驗證手段。

    (2)僅有VS.l、VS.2數字接口是不夠的,對寬帶接入的研究跟蹤和實用化進程必須加快,F階段接入業務還僅局限于窄帶ISDN范疇,而其他媒體網絡共享接入段的目標基本是分離實現的(如有線電視和其他寬帶數據接入等)。

    ( 3)基于 SDH技術的光纖接入網至今還未能解決好同步問題(特別是當環上節點數大于16時),當1網絡邊緣采用PDH或xDSL同步型接口時其低頻慢漂移現象對數據業務的影響更加突出。

    (4)網管問題。目前使用中的接入網網管維護均由接入設備廠家提供的監控管理系統來完成,VS接口及VS終端設備間數字段的維護、用戶環路測試、電源和環境的監控等工作。存在的問題是用戶環路的測試基本還不能接受112集中受理系統的控制(有個別公司開始這類對接試驗)。目前,對接入網實現112測試的方法有兩種:利用接入網自身測試板完成用戶線的測試和利用測試頭完成用戶線的測試。下一步,網管必須解決以下問題:接入網的上層應具有對不同的接入設備的管理能力(即統一網元層管理)。雖然噸微 和我國電總已制定了接入網集中維護管理系統與接入網設備之間的 Q3接口標準,但實施中尚有兩個問題需要考慮:一是Q3接口的實施尚需時日,同時具有Q3接口的集中維護管理系統的開發成熟也需一段時間,所以在目前的過渡階段,各廠家的接入網設備均由各自開發的管理系統統進行維護,還不能實現集中監控維護的要求;另一方面,Q3接口的開發需要較大的成本投入,對一些小容量的接入設備,其經濟性也待商榷。接入網的網管應具有管理接入網提供的各種業務的能力,如DDN、CATV等。各種疊加網數據接口所采用的永久或半永久性連接不利于對其工作進行監測,從網管角度說實際上是處于阻斷狀態。接入網與交換機(傳統PSTN設備)的網管應能互通,如配置管理應能在一點完成。TMN標準的制定中來自非技術的制約因素過多,致使管理網的一體過程將漫長而又復雜。

    (5)一些設備供應商采用的“信令轉換架”方式加入,實際是新增局,違背“少局所、大容量”的網絡組織發展原則。

    2 接入網的技術發展趨勢

    隨著社會和技術的進步,信息技術發展的大趨勢是電話、計算機、電視三種技術、產業乃至網絡的融合,即所謂“三網合一”。它表現為業務層互相滲透交叉,應用層使用統一的通信協議,網絡層互聯互通,技術上趨向一致。在這種大潮推動下,電信信息產業正進行結構重組,各種相關體制和法規也發生相應變革。這給電信業既帶來機遇也帶來了挑戰,它對電信網提出了新的要求:即必須改造當前的電信網,使之適于傳輸數據和圖像。

    從技術發展來看,首先現有的鋼纜接入網必須改造,以數字用戶線系列技術為代表的銅纜接入技術是一種重要改造手段; HFC系統和非對稱Cable Modem則是改造現有 CATV網的試驗性方案;但從發展來看,光纖接入,特別是寬帶光接入輔以無線接入手段將占主導地位。以下分別論述。

    2.1 XDSL

    充分利用現有的巨大雙絞線銅纜網來開放寬帶業務是電話公司的主要競爭策略,非對稱數字用戶線(ADSL)系統就是一種比較理想的雙絞線銅纜寬帶接入技術。其下行單工信道速率可為2.048Mb/s、4.096Mb/S、 6. 144Mb/s、 8. 192Mb/S、可選雙 工信道速率為0kb/S、160kb/S、384kb/S、544kb/s、576kb/s,目前已能在 0. 5芯徑雙絞線上將 6Mb/S信號傳送 3. 6km之遠。 ADSL所支持的主要業務是因特網和電話,其次才是點播電視業務。其最大特點是無須改動現有鋼纜網絡設施就能提供寬帶業務。

    目前已開始進行一定規模的試商用,發展勢頭良好,其主要缺點是線對的苛刻要求,且國內雙絞線只有不到10%的線對可以開ADSL,另外,價格仍偏高。

    盡管ADSL技術固有的非對稱性已能很好地適應因特網業務,然而其成本仍偏高,用戶側設備的安裝仍麻煩。目前新開發了一種輕便型的無分路器的ADSL,基本思路有兩點:第一是速率降低到1.5Mb/S左右,第二是在用戶處不用電話分路器,這樣一來價格可能下降,安裝更為方便,但需妥善解決干擾問題,特別是對話帶的干擾問題。輕便型ADSL的開發工作已獲各行各業的一致支持,應用前景十分可觀。有可能發展成為電信運營者近期的主要寬帶接入方案。

    有關ADSL系統發展的第二個趨向是進一步提高系統的下行帶寬,即演變成所謂甚高速數字用戶線(VDSL)系統,這種技術在雙絞線上下行傳輸速率可以擴展至 25~ 52Mb/s,從而可容納 6~ 12個 4Mb/8 MPEG—2信號,同時允許 1.5Mb/S的上行速率,其傳輸距離會分別縮短至1000m或300m左右。有趣的是由于傳輸距離的縮短,碼間干擾大大減小,對數字信號處理要求大為簡化,收發機成本可望比ADSL降低一半。

    CDSL(Consumer DSL)是 DSL的注冊商標版本,它比 ADSL的速度要慢(下行速率為1Mb/S,上行線路可能更少一些)。不過,它也有自己的優勢,它不需要在用戶端安裝“分路器”。

    G.Lite或DSL Lite接入技術(也叫無分路器ADSL或通用 ADSI)是一種速度較慢的 ADSL,它不需要在用戶端進行線路的分離,而是電話公司的遠程用戶分路線路。正式稱呼為ITU—T標準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有望成為部署最為廣泛的DSL技術。

    IDSL(ISDN— DSL接入)技術這種叫法有些不妥,因為它的速率與 ISDN的 128kb/8的數據速率和服務更接近,而與速度更高的ADSL相差較遠。

    RADSL(速率自適應 DSL接入)技術中,軟件可以決定在特定客戶電話線上信號的傳輸速率,并可以相應地調整傳輸速率。 Wested的FlexCapZ系統使用 RADSL在現有線路上提供從 640kb/s~22Mb/s的下行速率,以及從 272kb/S~1.088Mb/S的上行速率。

    UDSL(單向 DSL接入)技術是歐洲一家公司提出的一項建議,它是HDSL的單向版本。



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    2·2混合接入技術

    HFC(光纖同軸混合網)技術可使電話公司迅速提供寬帶業務。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的數據業務。將來利用其550MHZ~750MHZ頻段還可以提供至少200路MPEG—2的點播電視業務以及其它雙向電信業務。有線接入網發展的一個重要趨勢是FTTC與HFC融合,進而向FTTC發展。最近,接入網又提出了一種新的組網方案:FTTC+HFC。FTTC+HFC主干系統采用共纜光纖的方法分別傳送數字(雙向)與模擬信號,兩種信息由設置于路邊的光網絡單元分別恢復成各自的基帶信號之后,語音信號經雙絞線送至用戶,而數字和模擬視頻信號經同軸電纜送至用戶。

    從長遠看,HFC網計劃提供的是所謂全業務網(FSN),即以單個網絡提供各種類型的模擬和數字業務。用戶數可以從500戶降到25戶,實現光纖到路邊。最終用戶數可望降到1戶,實現光纖到家。光纖的應用提供了一條通向寬帶通信的新途徑,但其回傳信道的干擾問題仍需妥善解決。目前已有多種解決回傳干擾的方案可用,其中比較徹底的方案是小型光節點方案,用獨立的光纖來傳雙向業務,小型光節點采用低成本激光器。小型光節點靠近用戶,因而同軸網部分為無源網,回傳信道則安排在高頻端,從而徹底避免了回傳信道的干擾問題。第二種比較好的方案是采用同步碼分多址(S— CDMA)技術,此時信號處理增益可達ZI.sdB,干擾大大減少,系統可以工作在負信噪比條件,可望較好地解決回傳信道的噪聲和干擾問題。HFC的最新發展趨勢是與DWDM相結合,可以充分利用DWDM的降價趨勢簡化第二樞紐站,將路由器和服務器等移到前端,消除光一射頻一光變換過程,從而簡化了系統,進一步降低了成本。

    2.3光纖接入技術

    SDH已經在核心網得到廣泛應用。目前,帶寬需求和技術都已顯示有必要把SDH的技術上的巨大優勢帶進接入網領域,使SDH的功能和接口盡可能靠近用戶。在接入網中應用SDH的主要優勢如下。

    (1)對于要求高可靠、高質量業務的大型企事業用戶,SDH可以提供理想的網絡性能和業務可靠性。此時可以直接用SDH系統以點到點或環形拓撲形式與用戶相連。

    (2)可以增加傳輸帶寬,改進網管能力,簡化維護工作,降低運行維護成本。

    (3)SDH的固有靈活性使網絡運營者可以更快更有效地提供用戶所需長期和短期的業務以及組網需要。對于發展極其迅速的蜂窩通信系統,采用SDH系統尤其適合,可以迅速靈活地提供所需的2Mb/S透明通道。

    當然,考慮到接入網對成本的高度敏感性和運行環境的惡劣性,適用于接入網的SDH設備必須是高度緊湊、低功耗和低成本的新型系統。為了更充分地利用SDH的優勢,需要將SDH進一步擴展至低帶寬用戶,特別是無線用戶,為其提供64kb/S等級的靈活性并能綜合現有和新的業務傳送平臺。具體實施方法可以有多種,使用STM—0子速率連接(SUb stm一0),對于小帶寬用戶是一種經濟有效的方案,同時又能保持全部SDH管理能力和功能。目前 ITU— T第 15研究組已開發了一個新的建議G.708.規定了兩種接口,即傳送TUG—2的接口sSTM—Zn和傳送 TU—12的接口sSTM—Ik。當采用sSTM—Zn接口時,每幀每個TUG—2為108字節加一列9個字節的復用段開銷。該接口可用于光纖、金屬線和無線傳送技術。當n—l時,信號胡為 7. 488Mb/s;當 n—2時,信號速率為 14. 4Mb/s;當n—4時,信號速率為28.224Mb/s。當采用sSTM-1k接口時, k值限于1、2、4、8和16,且主要適用于無線傳送技術,其速率分別為 2.88Mb/S、5.184Mb/S、9.792Mb/S、19.008Mb/8和37.44Mb/S。由于SDH接入網具有兼容性強烷善的自愈保護能力、可組成傳輸與接入的混合網、面向網絡發展的升級能力、有利于向寬帶接入發展等優勢,使得SDH將得到進一步發展,在接入網領域占據更大的份額。

    接入網用 SDH的最新發展趨勢是支持 IP接入,目前至少需要支持以太網接口的映射,除了攜帶語音業務以外,可以利用部分SDH凈負荷來傳送IP業務,從而使SDH也能支持IP的接入。

    ATM為基礎的無源光網絡(APON)可以通過利用ATM的集中和統計復用,再結合無源分路器對光纖和光線路終端的共享作用,使成本可望比傳統的以電路交換為基礎的 PDH/SDH接入系統低20%~40%。因此,從長遠的觀點看,面對日益豐富多彩的多媒體業務和呈爆炸式增長的 IP業務的壓力,APON可能是一種結合ATM多業務多比特率支持能力和無源光網絡透明寬帶傳送能力的比較理想的長遠解決方案,代表了面向21世紀的寬帶接入技術的最新發展方向。

    ATM—PON中數字信號的標稱比特率應該是8kHZ的整數倍,其標稱線路速率有兩種:可適用于FTTCab/C/B/H的對稱 155. 52Mb/s與適用于FTTCab/C/B的非對稱速率(下行 622.08Mb/s,上行155.52Mb/s)。其雙向傳輸方法主要有兩種,第一種采用單纖波分復用方式;第二種采用單向雙纖空分復用方式,工作在1310urn區,以便充分利用低成本的光源。與窄帶PON不同之處在于不采用單纖雙向時分壓縮復用(TCM)方式,主要是考慮集成電路的速率和成本的限制因素所致。

    APON能否大量應用的一個重要因素是價格問題。由于APON是無源系統,因而使安裝、開通和維護運營成本大為降低。APON的目標價格是窄帶PON的1.5倍,但提供的業務范圍和業務質量將遠優于窄帶PON。預計不久就會有產品問世,初期主要是專線業務,以后逐步擴展至其他業務,成為名副其實的全業務接入網系統。接入網中采用 PON技術曾是電信業的熱門,但由于價格過高難以為運營商接受。隨著多媒體時代的到來和三網融合的發展,以 ATM為基礎的 APON應運而生,它進一步改進了傳統PON的性能,并具有更好的性價比。預計在不久的將來,APON將在AN中得到推廣。

    利用 ATM技術傳送 MPEG—2信號。實現視頻點播業務(VOD)是is幾年 ATM論壇、ITU—T等組織研究的一個中心內容,也是AN發展的另一趨勢。目前ATM網絡提供了兩類面向連接的業務,恒定比特率(CBR)和可變比特率(VBR)業務,MPEG—2信號可分別以這兩種業務接入。但在接入時,它們各有優勢,同時又都不是最理想的方法。作為CBR業務接入需先用緩沖存儲器平滑處理,將MPEG—2適配成CBR業務。從理論上講,只有當存儲器容量足夠大時,VBR MPEG—2才可能成為真正平滑的CBR業務接入。這顯然是不切實際的,而且隨著存儲器容量的增大,延時會增加,影響業務實時性。而MPEG—2的VBR業務接入,由于ITU對B—ISDN的AALZ標準尚未制定完善,無法用AALZ對MPEG—2適配,ATM論壇曾準備用AALS適配VOD方案,但此方案技術較復雜,成本高。

    基于光纖環路(FITL)和ATM技術的交互式數字視頻接入系統(SDV),目前正在國外進行實驗,它除支持傳統的話音窄帶業務外,還能向用戶提供VOD、數字廣播視頻業務以及模擬廣播視頻服務;而且,在SDV網絡的不同單元間還可以進行信息流(如圖像、ATM數字包)的交換。SDV由于具有比HFC更多的優點,因此有可能成為實現交互式多媒體業務的最佳選擇,引起了電信業的重視。SDV實際是以 PON為基礎的 FTTC與單向 HFC的結合,它采用分層面方式,一個層面用FITL系統傳輸電話和數據;另一層面采用基于SDH的ATM信元,支持交互式數字視頻等寬帶業務,模擬視頻接入則以WDM方式疊加或光纜分纖實現。

    2.4無線接入

    無線接入可分為移動接入與固定接入兩種。其中移動接入又可分為高速和低速兩種。高速移動接入一般可用蜂窩系統、衛星移動通信系統、集群系統等。低速接入系統可用PGN的微小區和毫微小區,如 CDMA的 WILL、PACS、PHS等。固定接入是從交換節點到固定用戶終端采用無線接入,它實際上是PSTN/ISDN網的無線延伸。其目標是為用戶提供透明的PSTN/ISDN業務,固定無線接入系統的終端不含或僅含有限的移動性。接入方式有微波一點多址、蜂窩區移動接入的固定應用、無線用戶環路及衛星VSAT網等。固定無線接入系統以提供窄帶業務為主,基本上是電話業務。

    主要的寬帶固定無線接入技術有3類,即已經投入使用的多路多點分配業務(MMDS)、直播衛星系統(DBS)以及正在做現場試驗的本地多點分配業務(LMDS)。前兩者已為入熟知,而LMDS則是剛剛興起,近來才逐漸成為熱點的新興寬帶無線接入技術。

    典型LMDS由類似蜂窩配置的多個樞紐發送機組成,每個發送機經點到多點無線鏈路與服務區的固定用戶通信。單個蜂窩的覆蓋區為 2~5kin。覆蓋區相互重選,每一蜂窩的覆蓋區又可以劃分為多個扇區,可根據用戶需要在該扇區提供特定業務。這種模塊式結構使網絡擴容很靈活方便。為了減少設備成本和改進質量,初期的應用可能是模擬調頻電視分配業務,每路20MHz,約50路。下一步再逐步實現數字調制通路和提供數據和其它業務。原理上,LMDS可以提供從電視分配業務和電話到全交換式寬帶多媒體業務在內的所有業務。但最有利的機會是提供交互式電視和高速數據,LMDS不僅可以提供因特網接入,而且可以用來互聯局域網,從而可望在企事業用戶市場上分流部分利潤。只用于單向模擬分配電視業務時,其成本可望小于MMDS的一半。如果僅用于語音則可以支持6萬個電話用戶。

    LMDS系統尚處于現場試驗階段,能否發展在很大程度上取決于能否開發出低成本的28GHS收發機來。這一頻段的放大器需要基于像砷技術的單片毫米波集成電路,要做到低成本高性能不大容易。另外,LMDS只能視距傳輸,為了避免阻擋,樞紐站可能不得不設置在高于地面15~20m處,這在有些環境下應用不利。

    總的來看,寬帶固定無線接入技術代表了寬帶接入技術的一種新的不可忽視的發展趨勢,不僅敷設開通快,維護簡單,用戶較密時成本低,而且改變了本地電信業務的傳統觀念,最適于新的本地網競爭者與傳統電信公司與有線電視公司展開有效競爭,也可以作為電信公司有線接入的重要補充而得到應有的發展。

    2.5以大網接入技術

    隨著技術成本的持續下降、電信市場的日益開放以及以 IP為代表的數據業務的爆炸式增長,網絡的帶寬與容量再次成為熱門話題和緊缺商品。以美國為代表的發達國家的骨干網正向超高速和超大容量的方向發展,高達 160Gb/S(16X10Gb/S)的波分復用系統已投入應用。與此同時,為了適應這一新的形勢,接入網的寬帶接入技術也呈現了新的發展態勢。

    對于企事業用戶,以太網技術一直是最流行的方法,全球用戶已達1億,目前每年新增用戶3000萬。采用以太網作為企事業用戶接入手段的主要原因是已有巨大的網絡基礎和長期的經驗知識。目前所有流行的操作系統和應用也都是與以太網相兼容,具有性能價格比好、可擴展性、容易安裝開通以及高可靠性等優點。以太同接入方式與IP網很適應,技術已有重要突破(LAN交換、大容量MAC地址存儲等),容量分為10Mb/8、100Mb/S、1000M/S三種等級,可按需升級,10000Mb/S的以太網技術也即將問世。采用專用的無碰撞全雙工光纖連接,已可以使以太網的傳輸距離大為擴展,完全可以滿足接入網和城域網的應用需要。

    總體來講,各種接入技術在各自優勢領域都描繪了美好的前景,然而最終檢驗發展的是市場,究竟誰能稱雄,讓我們拭目以待吧。



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