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宽带接入技术发展新动向 |
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[ 通信界 / 佚名熊四皓 / www.cntxj.net / 2006/2/17 23:13:13 ] |
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信息产业部电信传输研究所 熊四皓
摘 要:介绍了ADSL、Cable Modem、LMDS、综合接入的技术特点、应用情况和发展动向，阐述了作者对FTTH、ATM和IP的观点。
关键词:宽带接入网 ADSL Cable Modem LMDS 综合接入 发展动向
1 引言
传统的接入方式是铜线接入，且SNI接口不开放。这种接入方式仅能支持普通电话业务和低速数据业务。70年代末80年代初，国外出现数字用户环路的概念。随着光通信技术和高速调制技术的突破，以及用户对高速数据业务和多媒体业务需求的推动，接入网技术在90年代飞速发展。总的特点是，设备的标准化程度更高，接口更开放，用户接口速率更高，对不同业务的支持能力更强。
宽带与窄带一般的划分标准是用户网络接口上的速率，即将用户网络接口上的最大接入速率超过2Mb/s的用户接入称为宽带接入，对最低接入速率则没有限制。窄带接入系统是基于支持传统的64kb/s电路交换业务的，对以IP为主流的高速数据业务支持能力差。宽带接入系统则是以分组传送方式为基础，具有统计复用功能。宽带接入网适合用来解决高速数据业务接入。
近几年，Internet以惊人的速度迅猛发展。据统计，世界上Internet业务量每6个月翻一番。现在每天都有数以亿计的人与Internet发生关系。随着Internet服务内容的增多，用户对数据传送速率的需求也日益增加，对整个网络带宽形成巨大压力。特别是在接入部分，已成为Internet的瓶颈。为解决Internet业务的接入，国内外主要电信运营商都开始宽带接入网的建设。这些宽带接入网中，有的是试验网，还有的是大规模的商用网。我国接入网的建设始于90年代中期，到目前为止网上运行的接入网设备绝大部分是窄带接入系统。1999年开始出现较大规模的宽带接入网试验。
由于市场需求的推动，宽带接入技术这几年有了较大发展，呈现百花齐放的状态。基于铜线(缆)的接入技术有xDSL(HDSL、ADSL、VDSL....)、Cable Modem等；基于光纤的接入技术有有源光接入和无源光接入等；另外还有固定无线接入技术。这给运营商增加了技术选择余地。
2 ADSL和Cable Modem迅速发展
ADSL和Cable Modem是当今发展最快、市场容量最大、技术最为成熟的宽带接入技术。
ADSL和G.lite(无话音分离器的ADSL)都是基于现有的铜双绞线的高速接入技术。带话音分离器的ADSL下行带宽最高可达8Mb/s，上行带宽最高可达640kb/s。使用的传输频段是25～1104kHz，多采用DMT线路编码方式。通过调整传输速率，最远传输距离可达4～5km。ADSL设备可同时支持电话高速数据接入业务。由于其上下行速率的不对称性，特别适合用于住宅用户和小型商业用户的Internet接入。但ADSL也存在着开通率低、不能支持视频广播业务、不同厂家的局端和用户端设备一般不能相互兼容、设备价格高、用户端安装相对复杂等问题。
G.lite与普通ADSL相比除接入速率较低外，最大区别是用户端不再有独立的话音分离器(局端还需要)，因而用户端安装相对简单。另外G.lite使用的传输频带是25～552kHz，不再需要在用户电缆中传输衰耗大的552～1104kHz频带，因而传输距离得到延长。G.lite也采用DMT线路编码方式，抗扰性较好。下行速率范围是64kb/s～1.5Mb/s，上行速率范围是32～512kb/s。G.lite设备也可同时支持电话高速数据业务的接入。同样由于其上下行速率的不对称性，适合用于住宅用户和小型商业用户的Internet接入。G.lite设备相对普通ADSL设备而言，标准化程度高(ITU-T建议G.992.2)，将来能做到不同厂家的局端和用户端设备相互兼容。另外，G.lite也不能支持视频广播业务。
在HFC上利用Cable Modem进行数据传输，是解决住宅用户高速数据接入的另一项热门技术。Cable Modem下行数据占用50～860MHz之间的一个8MHz的频段。一般采用64QAM调制方式，速率可达40Mb/s；上行数据占用5～42MHz之间的一个8MHz的频段。为解决漏斗噪声问题，一般采用抗噪声能力较强的QPSK调制方式，速率可达10Mb/s。Cable Modem系统在HFC中的引入不影响有线电视业务的正常传送。目前Cale Modem设备大多符合MCNS的标准DOCSIS1.1，该标准正成为事实上的国际标准。Cable Modem与其它接入技术相比存在可靠性低的问题。另外，虽然我国同轴电缆入户率很高，但如果要引入Cable Modem系统，首先要对现有的单向有线电视网进行双向改造，这里涉及的费用往往比较高。
ADSL和Cable Modem在北美地区发展最快。到1999年底，北美地区这两类宽带接入设备的安装量均超过了100万线。这是因为北美的电信运营市场开放较早，有线电视公司和电信运营商的相互竞争促进了这两种技术的应用。在亚洲地区，仅有少量Cable Modem用户，ADSL用户相对多一些。香港和新加坡ADSL的安装量比较多。世界上目前已接入使用的ADSL基本上都是带话音分离器的产品，但从发展前途看，G.lite将取代带话音分离器的ADSL，成为ADSL的主导产品。未来的G.lite用户端Modem将大部分是PCI插卡式，作为个人计算机的基本配件，由计算机厂商提供给用户。
我国电信部门已经敷设一亿多条铜双绞线，这是未来发展以ADSL为主的宽带接入网的重要基础设施。我国ADSL设备的安装量到1999年底为止已突破1万线，主要集中在广东和上海。另外，北京、四川、云南、山东、湖南、浙江等省市建了少量ADSL试验网。预计2000年我国ADSL设备(含G.lite设备)的安装总量将超过5万线。
我国近年来有线电视网络也有较大发展。目前已经有近8000万CATV用户，每年还以近1000万的速度增加。这些网络目前只能提供单向业务。但上海、北京、青岛等城市的广电部门正在对其部分有线电视网络进行改造，准备建成具有双向通信能力的HFC试验网。主要提供高速数据接入业务。
3 LMDS受到新兴电信运营商的青睐
LMDS是一种高速固定无线接入技术，可同时解决高速数据和话音业务的接入。它不需要市政管道资源来敷设光缆或电缆等线路设施，因此它是新兴电信运营商的最佳选择。
完整的LMDS网络包括3个组成部分：中心站、用户站和骨干网。中心站以蜂窝状进行配置，每个中心站以点到多点的无线链路和本中心站服务区内的用户通信。根据系统可用度的要求，每个服务区的覆盖半径为2～15km，各服务区之间可相互重叠。每个服务区又划分出许多扇区，可根据用户需求在该扇区内提供特定业务。各中心站通过光纤或者高速微波连入骨干网。LMDS一般工作在10GHz以上频段，可用频带至少1GHz，因而具有巨大的带宽资源。LMDS系统调制方式主要分为PSK和QAM两种。
相对其它接入技术而言，LMDS有其固有的优势。首先，建设LMDS时，不像敷设有线接入设备那样需要市政管道资源；其次，LMDS安装调试容易。因而LMDS具有建设周期短、提供业务速度快的特点。LMDS的推广同样存在一些障碍，如高频段的收发信机成本较高、雨衰对高频段无线传输的影响等。还需要注意的是，LMDS需要视距传输。在我国，各个城市都经常会有新的高层建筑出现，因而可能需要频繁调整LMDS收发设备，以避开新的建筑物，这必将增加运营维护成本。
目前，LMDS在世界上还没有大规模商用。美国已经把开展LMDS业务的频段拍卖，以WINSTAR为代表的新兴运营商建设了LMDS试验网。我国广州已经有一个LMDS试验网，上海市今年也准备建设试验网。但我国LMDS的频率还未确定。
随着电信运营市场的放开，将有越来越多的新兴运营商加入电信运营市场。预计LMDS将会有比较大的发展。
4 综合接入系统将在未来电信网中起重要作用
电信网经过近百年的飞速发展，目前已建成大规模的PSTN、ISDN、DDN、ATM和帧中继等网络。未来的网络无论怎么演变，现有电信网是传统电信运营商的宝贵财富，这些网络将在相当长一段时间内继续发挥作用。电信运营商可以通过综合接入系统将这些不同的业务网与用户连接，为用户提供各种业务。
综合接入系统起到业务收集和分流的作用。其最主要的综合功能是综合传送现有窄带业务和未来高速数据业务，同时保证现有窄带业务的QoS。QoS保证一般通过ATM来实现。无论宽带业务怎么飞速发展，用户对以话音通信为代表的窄带业务仍然有需求，现有的窄带业务网不可能在一夜之间消失。因此，支持现有窄带业务是综合接入系统的基本功能。
目前建设宽带接入网有3种可选方案来支持窄带业务。第一种方案是在接入网中直接将话音等窄带信号打成IP包，进入宽带业务网，然后通过网关进入现有窄带业务网；第二种方案是通过ATM电路仿真方式在宽带接入网中支持现有窄带业务，窄带用户信息通过接入网的电路仿真接口进入ATM交换机，再通过ATM交换机的电路仿真接口进入现有窄带业务网；第三种方案是重叠建设窄带和宽带两个接入网，窄带和宽带用户信息分别通过不同的接入网进入窄带和宽带业务网。
以上3种方案各有不同的适用范围。第一种方案适合给用户提供廉价但质量没有保证的IP电话/IP传真等业务，无法满足用户对高质量话音通信的需求；第二种方案适用于新建住宅小区或商业大楼，这些地方还没有建设任何窄带接入网络，通过建设这样的宽带接入网可给用户同时提供高质量的窄带和宽带电信业务；第三种方案适合在已建设了窄带接入网的地区建设宽带接入网。
从1999年底开始，有不少来自国内外的电信运营商在我国市场推出综合接入系统，这些综合接入系统一般通过第二种方式即ATM电路仿真方式支持现有窄带业务。
有些综合接入系统还起到业务分流的作用。随着Internet拨号上网用户数的爆炸式增长，PSTN/ISDN交换机的负荷越来越重，一些国家出现过拨号上网业务量过大导致本地交换机瘫痪的实例。针对这种情况，有些厂商推出的综合接入系统能够将拨号上网业务分流出PSTN/ISDN业务网；它提供了一个高速的IP接入通道，能用标准的LAN或WAN接口及其协议连接IP网，也可支持与FR/ATM网的连接。这种综合接入系统在拨号上网用户占主流的情况下，将在电信网上发挥重大作用。
但是现在综合接入系统成本还比较高。购买一套综合接入系统甚至比分别购买窄带和宽带(在这里主要用于高速数据接入)接入系统的价格之和还要高。因此，今后在相当长的一段时间内，建设重叠网是解决窄带和宽带业务接入的主要方式。
5 FTTH受阻
首先应该明白，FTTC、FTTB、FTTZ、FTTH等不是具体的接入技术，而是建设光纤接入网的实施策略。不可否认，光纤接入不论是现在还是将来，都是接入网中使用的重要媒质。接入网的光纤化是未来的发展方向。关键是在建设宽带接入网时如何处理已有的铜双绞线?在现阶段条件下光纤应该敷设到什么地方?
1996年前后，世界上不少电信运营商和设备制造商错误估计了形势，认为光纤到户(FTTH)时代即将来临，并成立了FSAN(全业务接入网)组织，该组织主要致力于推进光纤到户，并解决相关技术和标准问题。
日本是世界上对FTTH最热衷的国家。NTT通过著名的“π”系统(窄带PON)将广大用户接入，并期望在2000年实现光纤到户。但在实际建网过程中，由于设备成本难以下降，并没有真正实现光纤到户，而是几个用户共享一个ONU。
如果要推行FTTH政策，从成本上考虑，必然要用无源光网络技术。虽然ATMPON标准很成熟，但是由于其关键技术由少数几个厂家掌握，且市场容量有限，因此设备价格居高不下。这是推行FTTH政策的重大障碍之一。推行FTTH政策的另外一个障碍是用户没有如此高速的业务需求。
现有的铜双绞线和HFC网络是发展宽带接入技术的重要基础设施，而不是包袱。近两年来ADSL和Cable Modem得到迅速发展，基于已在基础设施的宽带接入设备的成本正迅速下降，FTTH已几乎销声匿迹。
总而言之，用光纤代替铜线用户环路是发展趋势，但不一定现在就要实现FTTH。
6 宽带接入系统都以解决IP接入为重点
ATM的提出始于80年代，在90年代初曾被认为是构建未来B-ISDN网的唯一可选技术。应该说，ATM是一种非常理想的传送技术。如果它能按原来的设想按部就班地发展下去，可以想象，未来的骨干网、接入网和用户驻地网都是基于ATM的。问题是在ATM还没有大规模进入市场时，IP技术迅猛发展起来，ATM的神话逐渐破灭，不得不朝着如何更好地支持IP业务的方向发展。
ATM有可靠的质量保证，IP有廉价的优势。但从现在的发展趋势来看，未来的电信业务将以IP为主。那么，ATM的前景到底如何?在用户驻地网，ATM将逐渐退出历史舞台。接入网向用户提供的数据接口将以以太网接口为主流。但ATM将在未来的骨干网和接入网中继续存在，并支持IP业务的接入。
随着用户信息保密问题和网络安全问题的解决，局域网接入技术将在未来宽带接入中起重要作用。目前有些传统电信运营商正在建设通过局域网技术解决IP业务接入的试验网，以验证其可靠性。
7 结束语
随着Internet业务的爆炸式增长，数据业务正在取代话音业务，成为电信运营企业竞争的焦点。宽带接入技术在IP业务的驱动下得到大发展，并出现了一些与我们以前设想的不一样的新动向。无论是电信运营商还是电信设备制造商，要想在越来越激烈的竞争环境中立于不败之地，就应该重视这些发展动向。
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作者：佚名熊四皓 合作媒体：邮电设计技术 编辑：顾北 |
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