實現接入網的幾種方案

 隨着Internet 的迅速普及、網上衆多新業務的開放,用戶端對數據傳輸速率的要求也日益增加。然而目前接入IP 網絡的技術仍然是以撥號Modem 爲主,遠遠滿足不了用戶的需求,於是各種寬帶接入技術應運而生。

  1 、 56K Modem 技術
  在過去的幾年中,模擬Modem 技術獲得了很大的發展,從9600bit/s 發展14.4kbit/s,28.8kbit/s,33.6kbit/s 直到目前的56kbit/s 。
  然而,事實上所謂的56k modem,它的上行速率和下行速率是不對稱的,這是由於在56k Modem 中採用的特殊技術造成的。它將PCM 話音中的8 比特壓縮成7 比特編碼,因此速率變爲56kbit/s 。其連接的一般思路如下圖。


圖一、56k Modem 調制解調器的連接


  在下行流方向,數/模轉換不受噪聲的影響使56k 的連接速率成爲可能。這個方向上的連接是直接的,128PCM 碼字產生一個語音信號音。這個語音信號能被與PC 相連56K Modem 識別。對於上行流卻是另一回事,在這種情況下,模/數轉換噪聲(量化噪聲)相當嚴重,因此56K Modem 的上行連接速率被限制在28.8kbit/s 或33.6kbit/s(這裏模/數必須接入數字骨幹/交換網)。
56k Modem 技術的最大優點就在於簡單、費用低,對線路沒有什麼特殊要求。

  2 、xDSL 數字用戶線技術
  目前,用戶環路依然由模擬雙絞線技術扮演着重要角色,究其原因不外乎它的經濟性,在提供電話業務時,沒有一種技術能比它更廉價的了。隨着通信和計算機技術的迅速發展,現代通信網正向着寬帶化演進,然而模擬用戶接入部分的低速率傳輸卻阻礙着這種發展,形成了"瓶頸"效應。在這種情況下,出現了xDSL 技術。目前,xDSL 主要指HDSL 、ADSL 和VDSL 三種。
  2.1 、HDSL 技術
  DSL(Digtal Subscriber Line,數字用戶線技術)是80 年代後期的產物,主要用於ISDN 的基本速率業務,在一個雙絞線對上獲得全雙工傳輸,採用的技術是時間壓縮復接(TCM)和回波消除。但是,當傳輸速率增加到T1(1.544Mb/s)或E1(2.048Mb/s)時,串擾和符號間干擾增加。爲了改善通信質量,在DSL 技術的基礎上,提出了高速數字用戶線(HDSL)技術,採用的調製技術是基帶2BIQ 、QAM/CAP 和DMT(離散多音頻),使普通電話線傳送數字信號的速率從2B+D(144Kb/s)提高到T1/E1 。HDSL 還可以利用兩個環路對,但只能限於載波服務區(CSA)範圍。

  2.2 、 ADSL 技術
  鑑於數字用戶線上的數字業務大多數是非對稱的,1989 年Bellcore 首先提出了ADSL(Asynchronous DigitalSubscriber Line,非對稱數字線技術),一對雙絞銅線上的最高數字傳輸速率可高達6Mb/s 以上。
  目前,ADSL 技術根據傳輸速率的大小分爲通用ADSL 和UADSL 。通用ADSL 的上行通道速率爲6Mbit/s,下行通道爲512kbit/s;UADSL 即ITU 的G.Lite 標準,上下行速率分別爲爲1.5Mbit/s 、256kbit/s 。ADSL 將一條雙絞線上的用戶頻譜分爲三個頻段:0 ~4kHz 頻段用於電話業務;20 ~120kHz 左右100kHz 的頻帶用來傳送上或下行的低速數據或控制信息;高頻段(約124 ~1000kHz)的近1MHz 帶寬用於傳送下行高速數據。
  目前的ADSL 產品中主要採用的線路編碼技術爲CAP(無載波幅度/相位調製)與DMT(離散多音),這兩種編碼方案在影響ADSL 性能和使用場合的不同領域都有一定的實力。通常認爲DMT 在速率自適應(依據線路狀況調節速率)、變化環路狀況、處理噪聲和子載波(話音應用)等方面具有優勢;而CAP 的回波抵消設計簡單、延時小(據稱只有DMT處理時延的25%)、技術要成熟(基於QAM,已經有幾年的歷史),實現簡單等。
  無論採取何種編碼技術,在一對雙絞線上進行雙向傳輸時,必需採用上行和下行帶寬的簡單的頻率分割或回波抵消技術。自適應回波抵消器以減弱雙向傳輸引起的回波干擾。由於 電纜的一個線束中有若干對雙絞線,這就需要採用自適應均衡來減少線對之間的串擾。脈衝 噪聲是ADSL 的主要損害因素,特別是在ADSL 用戶環路損耗嚴重時,在ADSL 系統設計時應考慮採用正向糾錯編碼(FEC)和交織編碼等措施來減小其影響。爲了對付電子線路電磁耦合射頻干擾(RFI)等產生的背景白噪聲,ADSL 設備應該有很好的電磁兼容性。既要分開ADSL 信號和POTS 信號,又要做到降低迴波和側音,這需要高品質的隔離濾波器。綜合考慮雙絞線的傳輸特性和噪聲環境,多采用QAM 、CAP 或DMT 等調製技術,以提高雙絞線對的頻帶利用效率。
  ADSL 作爲寬帶接入網方案,其優勢是很明顯的,它充分利用了現有的雙絞線資源,對運營商來說,不需花太大的投資,在現有網絡上就可以向用戶提供寬帶業務。但 是,ADSL 技術目前還未達到完全成熟的地步,還有許多問題需要進一步解決,如這種技術對線徑有要求,只有介於0.4 ~0.5mm 的線纜才能使用,但是目前世界上鋪設的銅絞線有相當一部分不符合該要求;而且數據業務會對話帶產生干擾等。

  2.3 、 VDSL 技術
  VDSL(甚高速數字用戶環路)技術能在普通的短距離(0.3 ~1.5Km)雙絞線上提供高達55Mb/s 傳輸速率,它的速度大大高於ADSL 和Cable Modem .
  目前VDSL 技術還處於研究階段,統一的國際標準尚未出臺,幾大標準化組織正在制定這方面的規範。美國的ANSI T1.4 和歐洲的ETSI TM6 標準化小組已經確定了VDSL 系統相關方面的規定,如數據傳輸速率、輻射抑制、功率譜密度等。
  VDSL 的信道劃分三個頻段:0 ~4kHz 用於傳輸電話業務;4 ~80kHz 用於傳輸ISDN 業務;300 ~700kHz 爲上行通道,速率分爲三檔--1.6Mb/s 、2.3Mb/s 和19.2Mb/s,用於傳輸中低速數據;7000kHz 以上爲下行通道,傳輸高速數據,如VOD 業務數據,速率大小也分爲三檔--12.96Mb/s 、25.92Mb/s 和51.84Mb/s 。可見,VDSL 的上下行速率是不對稱的。
  困擾VDSL 應用的主要是各種噪聲的影響,有串擾、無線電頻率干擾和脈衝干擾。線纜 的線束中有多對雙絞線,不可能實現完全的相互屏蔽,於是形成了串擾。在VDSL 應用中,串擾有兩種形式:NEXT(近端串擾),是指本地接收機檢測到了一個或多個本地發送機在其他線路上發送的信號:FEXT(遠端串擾),是指本地接收機檢測到了在其它頻帶中傳輸的一個或多個遠端發送機發送的信號。與VDSL 頻帶重疊的無線電信號耦合到雙絞線上會形成一種類似尖峯噪聲。而脈衝噪聲的干擾則會把信號完全淹沒,爲了消除這種噪聲可以採用FEC 編碼技術。
  VDSL 的線路編碼技術主要有兩種選擇:單載波調製和多載波調製。單載波調製包括QAM(正交幅度調製)和CAP(無載波相位調製)。典型的多載波調製是DMT(離散多音頻調製)。這兩種方案實現時,各有其優缺點。一般來說,由於在DMT 中採用了DFT,其複雜度要高於CAP/QAM,但隨着集成度的提高,這種優勢會削弱。在頻率的兼容性上,DMT 要做的更好一些。
  總之,VDSL 同ADSL 相比,仍然是一種尚未成熟的技術,它面臨着許多難題要解決,但是,VDSL 技術作爲最後一公里的解決方案,其應用前景是十分廣闊的。

  3 、Cable Modem 電纜調製解調技術
  目前的有線電視網是HFC(光纖-同軸線混合網)網絡,它與用戶環路光纖有着相同的帶寬,高達1GHZ,但其成本比用戶光纖環路要低的多,因此,對於有線電視運營商來說,面臨的是如何充分利用這些帶寬資源向用戶交互式寬帶業務。
  Cable modem 技術的出現可以說解決了這一問題。它是通過頻分複用(FDM)來分享HFC 系統帶寬。在HFC 系統上頻譜資源的劃分尚未形成統一的國際標準,大多數的系統使用如圖二所示的方案。


圖二、HFC 的頻譜分配

 
  其中,HFC 的上行通道佔據的頻段較窄(5 ~42MHz),但已能滿足用戶的要求,主要用於傳輸低速用戶控制信息、數據和電話業務,採用QPSK 或ð /4DQPSK 技術傳輸控制信息 等,傳輸速率爲768kb/s 或10Mb/s 。另外,也可採用 VSB(殘留邊帶)調製技術。
  下行通道所佔的頻段較寬(45 ~750MHz),它又分成兩段,45 ~440MHz 段用於傳輸模擬CATV 業務,可以傳輸80 個NTSC 制式(每個頻道佔有6MHZ)或59 個PAL 制式(每個頻道佔有8MHZ)的模擬電視頻道;550 ~750MHz 用於傳輸下行電話、數據和壓縮數字視頻信號,採用64QAM 技術傳輸高速數據(10M ~30Mb/s),還可用SCDMA 或QPSK 調製技術。
  目前,在業界有兩種相互競爭的Cable Modem 標準,即DOCSIS 和數字視頻廣播/數字音頻-會員會(DVB/DAVIC)。DOCSIS 是由美國和加拿大的多家公司作爲多媒體電視網絡線纜(MCNS)聯合組織的一種倡議推出的。參加該組織的比較主要的公司有Cisco 、摩托羅拉、3Com 、Philips 和Sony 等公司。DVB/DAVIC 的主要成員有Alcatel 、休斯網絡系統和湯姆遜公司等。
  HFC 網具有很好的數模兼容性,它不僅能滿足市場的近期要求,又能滿足今後的長期要求。同時,HFC 網 的 成本 比 光 纖 用 戶 環 路 低,具 有 雙 絞 銅 線 無 法比 擬 的 傳 輸 帶 寬,它充分利用現有資源,可大大節省對原來網絡改造的費用。但是,由於其上行帶寬過窄,只能使用5MHZ ~42MHZ,加上外界的干擾,一般只能用18MHZ ~42MHZ 。困擾Cable Modem 技術的主要難點在於系統的上行噪聲太大,不能確保數據的可靠傳輸。同時,如前所述Cable Modem 的標準不統一,使得各系統之間的不能很好的互聯。成本居高不下也是限制其發展的一個主要因素。

  4 、本地多點分佈業務(LMDS)
  LMDS 是一種新型的寬帶無線接入技術,其工作頻段在24 ~31GHZ,可用帶寬爲1GHZ 以上,因此有人稱之爲"無線光纖",它的出現大大緩解了目前接入網環境下帶寬不足的問題。
  LMDS 將點對多點微波通信(PMP)技術和ATM 技術有效結合,採用快速動態容量分配(F-DCA)的TDM/TDMA 技術,可以動態的爲每個用戶提供高達37Mbit/s 的瞬時速率。由於LMDS 採用了基於ATM 平臺的機制,它不僅可以向遠端客戶提供多種靈活的接入類型,如以太網接口、ATM 接口、幀中繼及E1 接口等,而且爲多種業務(語音、視頻以及將來的基於IP 的應用)提供有效的支持。此外,LMDS 還具有一般無線通信系統的優點,如造價低、風險小、建設週期短、維護費用低、靈活等。
  LMDS 系統一般有基站系統、用戶端設備和網絡運行中心(NOC)組成。基站系統採用多扇區技術進行用戶端的覆蓋,並提供骨幹網絡的接口,包括PSTN 、Internet 、Frame Relay 、ATM 、ISDN 等。多扇區技術不但可以充分利用無線頻譜資源,而且使系統具有很大的靈活性,只要減小扇區角度,增大扇區數目,就可以使系統容量增加。用戶端設備包括室外安裝的微波發射和接收裝置和室內的網絡接口單元(NIU),NIU 爲各種用戶業務提供接口,並完成複用/解複用功能。
  當然,LMDS 也有其缺陷,這是由其本性決定的。因爲LMDS 的工作頻段是在毫米波段,必需採用視距傳輸,爲了避免視距傳輸中障礙物的阻擋,其傳輸距離一般限制在2 ~4 公里,在某些情況下基站的高度必需達到15 ~20 米。同時,工作在這一頻段的微波很容易受到天氣的影響,信道極不穩。此外,LMDS 手持收發信機中的放大器必需採用基於鎵砷技術的單毫米波集成電路,使之成本居高不下。

  5 、各種接入網方案的比較
  56k Modem 技術由於其簡單,費用低,目前仍是一般用戶的首選,但是實際上採用56k Modem 技術,在用戶雙絞線上的傳輸速率並不能達到56kbit/s,這是由於其技術本身所決定的。現在,普遍看好的是xDSL 技術,尤其是ADSL技術,各大廠商都在開發、生產自己的產品,但是,依照目前的情況來看,ADSL 的費用依然高昂,而Cable Modem除了費用高昂外,還得采用合理的機制確保數據的準確傳輸。LMDS 是目前一種新興的接入手段,它可以爲運營商提供一種快速、高效、廉價的系統,爲用戶提供高速的無線數據業務。
  上述的幾種接入技術都有其適用的市場,因爲從某種意義上來說,它們都滿足了用戶某種程度上的需要。在應用中,要根據實際情況選用合適的產品、技術。
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