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寬帶接入網技術及發展前景

摘要 本文簡要介紹了寬帶接入網的有關概念和特點,論述了光纖接入網,以及光纖接入未形成時的xDSL和Cable Modem等寬帶接入技術,最后討論了寬帶接入網未來的發展前景。   關鍵詞 寬帶 接入網 光纖接入  1 引言    現代通信網包括核心網和接入網。核心網正在頻繁地更換新技術,以支持各類窄帶和寬帶、實時和非實時、恒定速率和可變速率,尤其是多媒體業務,最終成為數字化、智能化、寬帶化和光纖化的網絡;而接入網做為語音、數據和活動圖像等全業務綜合的主要部分和必經之路,仍是以銅纜雙絞線為主(90%以上)的原始模擬系統,兩者技術上存在較大反差。接入網已成為制約整個通信網進一步發展的瓶頸,競爭已從核心網轉向接入網。 2 接入網有關概念    接入網(Access Network, AN)是連接核心網與用戶或用戶駐地網的橋梁,是本地交換機到用戶終端的實施系統。它直接面向用戶和業務節點,提供電話、視像和多媒體等業務,完成傳輸、復用和交叉連接的功能,相關接口是交換機和用戶終端設備,傳輸介質有雙絞線、光纖、同軸電纜、無線等。    接入網分為有線接入、無線接入和綜合接入。有線接入包括銅線接入網、光纖接入網、混合光纖/同軸電纜接入網(HFC)等;無線接入包括固定無線接入和移動無線接入;綜合接入是有線和無線相結合的接入方式,這里主要討論有線接入。    接入速率在2Mbit/s以上(含2Mbit/s)的為寬帶接入網,主要用于傳輸多媒體和數據;2Mbit/s以下的為窄帶接入,用于傳輸語音。    接入網的接口,也稱為定界,如圖1所示。接入網與用戶側的接口是用戶網絡接口(UNI),用于支持多業務接入;與業務節點(SN)的接口是業務節點接口(SNI),用于連接交換機;與電信管理網(TMN)之間的接口是管理接口(Q3),用于TMN 對接入網的管理。    ITU-T開發和規范了兩個綜合接入V接口(V5.1和V5.2),它們是專為接入網設計的,作為開放的標準,降低了接入網的成本,打破了光纖接入的壟斷。從1998年開始,不具備V5接口的交換機將不被使用。目前接入網與業務節點:PSTN、 CATV 、ATM 等分別有各自的SNI接口,如V5.1 和V5.2支持PSTN,VB5支持ATM寬帶接入等,未來的接入網與業務節點的接口僅有一個SNI接口。 3 接入網的技術特點    接入網無交換功能,通過V5接口與交換設備相連,采用ATM以支持多業務接入,除接入交換業務外,還可接入數據、視像、租用等綜合業務。    接入網的網徑較小,由于只連接本地交換機和用戶,傳輸距離比核心網小得多,一般為幾千米到十幾千米;網絡結構與用戶所處的地形有關,一般沿街道鋪設,線路施工難度較大;業務量密度低,經濟效益差,愿意投資者不多;接入網缺乏規模經濟,成本較高,核心網的成本至少由上千萬用戶來分擔,而接入網的用戶接入線往往是個別用戶專用,接入網的建設費用占全網總費用的一半以上;接入網的成本差異較大,有的差10倍以上,核心網中每個用戶需分擔的網絡設施成本相同,而接入網需要覆蓋所有類型的用戶(市區、郊區等),接入線長度也不同;接入網的技術演進比較遲緩,核心網的交換和傳輸設備在過去的幾十年,經歷了幾代更新,而傳統的接入網技術已使用了約一個世紀,現在才開始變化。    總之,接入網的電信設施專用、分散獨立、使用率較低,主要以硬件和模擬技術為主,一般在室外不可控,運行環境惡劣。而核心網電信設施共享,高度綜合集成,環境可控,使用率高;以數字技術、軟件、新技術為主,技術演進迅速,成本也在下降。兩者在物理、技術、和經濟上都處于完全不同的網絡應用環境。 4 光纖接入網    接入網應保證任何人,在任何地點都能及時、可靠地接入各種業務,要求語音業務不間斷、數據業務可靠、圖像業務實時性好。因此寬帶化、光纖化是接入網發展的必然趨勢。 4.1 光纖接入網簡介    光纖接入網(OAN)是以光纖作為主要傳輸媒質,實現接入網功能的技術。光纖容量大、速率高、損耗小,因此OAN具有帶寬寬、傳輸質量好、不需要中繼器、市場看好等優點。OAN 包括光線路終端(OLT)、光配線網(ODN)、光網絡單元(ONU)和適配模塊(AF)等。    根據光纖深入用戶的程度,OAN有FTTX(X=B大樓,C路邊,Z小區,H家)等應用類型,即光纖到“X”,其中FTTH是最理想的光纖接入方式。    OAN按室外傳輸是否有源,可分為無源光網絡(PON)和有源光網絡(AON)。PON 易于擴容和展開業務,維修費用低,初期投資也不高,但對光器件要求較高,需較復雜的多址接入協議,在實現雙向通信時,需解決不同地點、不同長度信號的傳輸損耗、時延和同步等問題。    PON中有代表性的是A-PON(ATM-PON)和E-PON(Ethernet PON)。A-PON是基于ATM的無源光網絡,即在PON上實現基于ATM信元的傳輸,可用于寬帶綜合業務接入。E-PON是用無源光網絡實現的以太網接入,它是在吉比特以太網大量涌現,10吉比特以太網漸成為主流的情況下,由Alloptic公司提出的。 4.2 A-PON的技術特點和應用    A-PON兼有ATM和PON的特點,與傳統窄帶PON相比,具有很好的性能價格比;它以光纖為共享媒質,無有源器件,組網方式為樹型,是點到多點的無源光分配網(ODN);作為純介質網絡,具有波長透明性;由于基于ATM的集中和統計復用技術,可服務于更多的用戶;A-PON還具有ATM的高速分組技術和QoS管理,有成熟的技術保證,能很好地與ATM主干段互通;A-PON的標準化程度很高,使大規模生產和降低成本成為可能。但由于A-PON對視頻傳輸帶寬有限,標準不適合本地環。    A-PON 作為分布式ATM接入復用器,可用于商用寫字樓;作為綜合業務接入網系統,可用于信息化小區;作為傳輸平臺,可用于基站與中心站/基站集中器互連;作為數字回傳平臺,可實現HFC滲透。 4.3 E-PON的技術特點    E-PON上行為用戶共享的吉比特/10吉比特每秒信道,下行可廣播到各個DNU。通道層用以太網幀來承載,幀長最大可達1518字節。    E-PON兼有以太網和PON的特點,容量較大(Gbit/s級),可提供各種寬帶網絡接口;傳輸距離可達20km;成本低、帶寬高;與現有的以太網802.3完全兼容。但由于以太網的時延較大,E-PON還需解決語音時延的問題。目前E-PON技術還不夠成熟,重要的是實現QoS時,價格優勢將喪失。 5 光接入未形成時的寬帶解決方案    光纖接入是未來的發展主流,但由于價格和技術等因素,在光接入未形成時,主要采用xDSL和Cable Modem 等技術,來滿足寬帶和窄帶的接入要求。 5.1 xDSL技術    xDSL技術(x=A,H,S,V)是用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造,使之承載寬帶業務。其中ADSL (非對稱式)應用較多。xDSL在保證原POTS業務的前提下,不需改動原有的銅纜設施,就能提供寬帶業務,可實現專線接入和Internet 寬帶接入;它的傳輸媒質覆蓋范圍廣,能充分利用已有的基礎設施;施工周期短,但成本稍高。    xDSL不需改變中心局交換軟件,可提高雙絞線上的數字傳輸速率和傳輸質量,并提供不同配置的用戶端接口;對電話網的改造升級,比CATV網更容易,投資也低;DSL已有一些標準,并被眾多廠商支持和使用,新的衍生技術有望降低DSL的推廣成本。 5.2 Cable Modem技術    Cable Modem技術是利用現有的有線電視(CATV)網,以Cable(同軸電纜)或HFC網絡作為傳輸通道,進行的寬帶接入改造。它的上行速率為10Mbit/s,下行速率為27~56Mbit/s。它集Modem、調諧器、加/解密設備、橋接器、網絡接口卡、SNMP代理和以太網集線器的功能于一體,無需撥號上網,不占用電話線,只需對某個傳輸頻帶進行調制解調,只占用有線電視系統可用頻譜的一小部分,上網時,不影響看電視和打電話。    Cable Modem將數、模傳輸融為一體,既能支持目前的模擬與數字服務,又能平滑地過渡到今后的FTTH和全數字化,其最大優勢是寬帶接入費用明顯低于xDSL等的接入費用。因此通過CATV網提供語音服務,已成為極具前景的發展方向,是最佳的三網合一接入方案。    Cable Modem也存在一些問題。原有的CATV網只能傳送單向數據,需要進行大規模改造才能提供快速的Internet接入、普通電話、VOD、遠程教學等雙向業務;它主要鋪設在住宅小區,不如市話的雙絞線覆蓋范圍廣。此外,CATV網作為共享型網絡,數據傳送基于廣播機制,通信安全性不高,而且當共享用戶數量增多時,會降低每個用戶的可用帶寬。    目前Cable Modem已進入試行階段,全球較著名的Cable Modem系統試驗已有數十個,Cable Modem系統服務已進入活躍的試用階段,在北美應用最為廣泛,我國部分城市的有線電視臺也已開始利用CATV網為用戶提供寬帶服務。 5.3 Gbit/s以太網接入    Gbit/s以太網是一種新型的高速以太網。它采用與傳統的10Mbit/s、100Mbit/s以太網相同的CSMA/CD協議、幀格式和幀長,用戶接入速度只受限于光的接入速度,可提供高達1Gbit/s的通信帶寬,可在原有的10Mbit/s、100Mbit/s基礎上,平滑、連續地升級,最大限度地保護用戶已有的投資;它具備可支持新應用和新數據類型的能力,總體開銷較低,網絡設計靈活,可提供內部局域網通信。但需要重新布線,對環境有要求,設備安裝和維護困難,費用較高,大方向上不符合“三網融合”的趨勢。 6 接入網的發展前景    接入網市場規模大,技術競爭激烈,發展較快,由于對多種因素敏感,目前還沒有一種絕對主導的技術,窄帶接入仍處于主要地位。從長遠來講,寬帶化是接入網發展的必然趨勢,光纖接入網是未來的發展主流,FTTH是最終目標,以ATM無源光網絡代表接入網的發展方向,無線接入由于其組網方便、使用靈活、成本低等特點,也將占有一席之地。 6.1 寬帶化是接入網發展的必然趨勢    多媒體和Internet等新型業務的迅速發展,要求低成本、高質量的寬帶解決方案。接入網作為最靠近用戶的基礎網絡,須同時支持圖像、數據、語音等各類業務;核心網已逐步寬帶化,接入網也只有寬帶化才能充分利用核心網的巨大帶寬資源,滿足日益增長的業務需求。據了解,128kbit/s的接入速率能滿足80%左右的業務需求;2Mbit/s的接入速率能滿足90%左右的業務需求;10Mbit/s的接入速率能滿足92%左右的業務需求,未來的寬帶業務信息速率最高可達幾百兆比特每秒(高清晰度電視 150Mbit/s)。因此寬帶化是接入網發展的必然趨勢。 6.2 光纖接入網是未來的發展主流,FTTH是最終目標    光纖具有容量大、質量高、性能穩定、防電磁干擾、保密性強等優點,而光纖接入網的高性能、寬帶寬,最能適應未來的寬帶接入發展方向,最終目標是以FTTH實現的全業務接入網。    FTTH為純光纖接入,由于光纖價格、用戶需求和市場等原因,FTTH仍然是一個長期任務,分階段、有步驟地向FTTH演進,是接入網未來的發展方向。    FTTH的普及將在2005年以后,目前光纖接入主要應用于城域網的主干層和接入層,或直接到大、中型企事業用戶,其中無源接入主要是ATM-PON,由于基于ATM,成本較高;有源接入主要是基于SDH,適用于大企業集團用戶。 6.3 ATM無源光網絡(A-PON)代表接入網的發展方向    與有源光網絡和銅線網絡相比,A-PON 更簡單、更可靠,并易于維護,特別是當FTTH大量使用時,有源器件和電源備份系統將從室外轉移到室內,維護成本也會降低,最終會使運營者和用戶雙方受益。    與E-PON相比,APON已經營了近10年,有明顯綜合技術優勢,標準化工作已基本完成,設備研制正在進行,QoS正是強項。    A-PON既能提供傳統業務,又能提供先進的多媒體業務寬帶平臺。人們普遍認為,A-PON 是寬帶綜合接入中最有效的方式,但目前離最終的商用還有一段距離。  參 考 文 獻 [1] 韋樂平 . 接入網 . 北京:人民郵電出版社,1997 [2] 紀越峰 . 綜合業務接入技術 . 北京:北京郵電大學出版社,1999 [3] Azzam A, Ransorn N . Broadband Access Technologies . NewYork: McGraw-Hill, 1999 [4] Gillespie A . Broadband Access Technology, Interfaces, and Management . Norwood, MA: Artech House, 2001    

關鍵詞: 寬帶接入 通訊 網絡 無線

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