寬帶城域網中用戶接入技術的比較和分析

2019-11-03 19:04:42

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供稿：網友

李昀李罡

　　摘要本文首先闡述了寬帶城域網的層次結構，然后詳細介紹了接入層的各種技術方案和應用情況，最后對各種接入技術進行了比較和分析，提出采用綜合接入手段作為系統解決方案的觀點。

　　關鍵詞寬帶城域網非對稱數字用戶線系統以太網無源光網碼分多址

1 寬帶城域網的層次結構

　　寬帶城域網在組網功能結構上可分為核心層、邊緣層和接入層。在實際建設中，網絡結構往往根據城市規模、用戶群范圍、業務量大小，確定是二層結構（即骨干層、接入層）還是三層結構（即骨干層、邊緣層和接入層）。

　　核心層的主要功能是為邊緣層網絡提供高速的數據交換和大容量的業務調度，其網絡結構的設計以網絡中業務的流量和流向為前提。核心層的交換技術主要有ip和ATM兩種，主流設備采用吉比特或太比特線速路由器、大容量ATM交換機設備，提供高速的核心交換功能和快速的路由功能。核心層的傳輸技術主要有光纖直連、SDH、DWDM等。

　　邊緣層是核心層和接入層之間的橋梁，主要功能是提高網絡覆蓋面、匯聚和收斂用戶業務和進行用戶控制與管理，并且終結PVC。邊緣層節點一般為大容量路由器、ATM交換機、局域網交換機和寬帶接入服務器等。邊緣層的傳輸技術主要有兩種實現方案：光纖直連方案或通過SDH采用POS技術組網方案。

　　接入層的作用是將終端用戶接入到寬帶城域網絡中，是網絡向用戶延伸的“最后一公里”。接入層通過各種接入技術和線路資源實現對不同業務需求、不同地理分布的用戶覆蓋。為了快速有效地吸納用戶，其設備應提供豐富的業務接口（寬帶和窄帶接入），具有多業務的承載能力和QoS保證，能對用戶節點實現一定的流量控制及其他策略管理功能。

2 寬帶城域網接入層的技術

　　從傳輸媒質來看，寬帶城域網的接入方式可歸納為有線、無線兩大部分。目前寬帶有線接入技術主要有基于雙絞線的非對稱數字用戶線系統（ADSL）技術、基于光纖和同軸電纜混合（HFC）網的電纜調制解調器（Cable Modem）技術、基于光纖（或光傳送網）的接入技術；而寬帶無線接入技術則主要有多路微波分配系統（MMDS）、本地多點分配業務（LMDS）、衛星通信接入技術等。

2.1 寬帶有線接入技術

2.1.1 基于雙絞線的ADSL技術

　　非對稱數字用戶線系統（ADSL）是充分利用現有電話網絡的雙絞線資源，實現高速率、高帶寬的數據接入的一種技術，它采用FDM頻分復用技術和DMT調制技術，在保證不影響正常電話使用的前提下，利用原有的電話雙絞線進行高速數據傳輸。ADSL最高能夠向終端用戶提供6Mbit/s的下行傳輸速率和640kbit/s的上行速率，比傳統的56kbit/s模擬調制解調器快100多倍，這也是傳輸速率達128kbit/s的ISDN（綜合業務數據網）所無法比擬的。

　　目前，全世界有將近7.5億銅制電話線用戶，ADSL無須改動現有銅纜網絡設施就能提供寬帶業務，由于技術成熟，產量大幅上升，ADSL已開始進入大力發展階段。由ADSL延伸發展出的VDSL、SHDSL等技術能夠提供更高的傳輸速率及更豐富的終端接口，目前正處于積極的實驗與小規模的商用發展中。

2.1.2 基于HFC網的Cable Modem技術

　　基于光纖和同軸電纜混合網的Cable Modem技術是寬帶有線接入技術中最早成熟的，其巨大的帶寬和相對經濟性使其對有線電視網絡公司和新成立的電信公司很具吸引力。Cable Modem的前端設備CMTS采用10Base-T，100Base-T等接口，可直接聯到本地服務器，享受本地業務，也可以通過交換型Hub及路由器與Internet連接；用戶端設備CM通過10Base-T接口，與用戶計算機相聯。Cable Modem由調制解調器、調諧器、加/解密模塊、橋接器、網絡接口卡、以太網集線器等組成，無須撥號上網，不占用電話線，可提供隨時在線連接的全天候服務，最高可向終端用戶提供32Mbit/s的下行傳輸速率和10Mbit/s的上行速率。

2.1.3 基于光纖（或光傳送網）的接入技術

　　光纖通信具有通信容量大、質量高、性能穩定、防電磁干擾、保密性強等優點。在干線通信中，光纖扮演著重要角色；在接入網中，光纖接入方式也將成為發展的重點。寬帶城域網以光纖作為傳輸媒介時，接入技術也有多種選擇，目前居于主流地位的有：以太網接入技術和無源光網絡(PON)技術。

2.1.3.1 以太網接入技術

　　傳統以太網技術不屬于接入網范疇，而屬于用戶駐地網（CPN），然而以太網技術以其低成本和廣泛的應用支持等優點，迅速向接入網領域擴展，逐漸成為企事業用戶的主導接入方式。目前全球企事業用戶的80％以上都采用以太網接入。

　　根據我國住戶大多集中居住的特點，在居民小區、高檔住宅樓和商業大廈適合采用FTTx+LAN的接入方式，即將光纖建設到小區或大樓，再通過快速以太網連接到用戶。用戶側的接入設備（如寬窄帶綜合接入設備）一般位于小區或商業大樓內，能向用戶提供豐富的業務接口，完成綜合業務的接入；它的上行接口也應是多樣化的（ATM、IP），可以利用光纖或光傳送網上聯至骨干/匯聚層網絡節點。

具體有以下幾種接入模式。

模式一：采用光纖收發器方式接入，參見圖1。

　　該模式的特點是：采用裸光纖接入，可根據用戶需求決定收發速率，業務開展便捷，但耗費光纖資源，安全性差，維護難度大。適合在建網初期高端用戶的接入。

模式二：采用FE／E1或V．35／E1轉換器接入，如圖2所示。

　　該模式的特點是：可利用SDH傳輸網資源，節省光纖，可靠性高，需進行協議轉換，降低效率，帶寬的利用率低，當帶寬需求激增時，對SDH網有較大沖擊。適合一般用戶。

模式三：通過綜合業務傳送節點(MSTP)接入，參見圖3。

　　該模式的特點是：可利用SDH傳輸網資源，節省光纖，可靠性高，無需協議轉換，帶寬的利用提高；需對現有SDH網絡進行改造。適合在業務熱點密集的地區組網。

2.1.3.2 無源光網絡（PON）技術

　　無源光網絡（PON）是光接入網的一種形式，其特點是光配線網（ODN）全部由光纖、無源光分路器（Splitter）等無源器件組成，無需貴重的有源電子設備。

　　一個典型的PON系統有光線路終端（OLT）、光網絡單元（ONU）、無源光分路器（Splitter）組成。OLT放在中心機房，主要功能是完成接入網中業務節點接口（SNI）和用戶網絡接口（UNI）之間的有關信令協議的轉換；ONU一般放在網絡接口單元附近，具有光/電轉換、用戶信息分接和復接，以及向用戶終端饋電和信令轉換等功能。其信號處理方式為：下行采用TDM點到多點的廣播方式發送、上行采用時分多址接入（TDMA）方式解決多點到點的信道帶寬爭用問題。PON的拓撲結構參見圖4。

　　從運營商和服務提供商的角度來看，PON具有非常突出的吸引力。

*運營成本低，維護簡單；

*光分路器可靈活分布，多級分配，適應復雜網絡要求；

*可提供高速的帶寬和靈活的帶寬分配。

　　為了適應多媒體業務的發展，PON技術一直在不斷發展改進。目前寬帶接入的PON技術主要有：ATMPON（APON）和Ethernet PON（EPON）。兩者最主要的區別在于幀結構不同（包括幀結構格式、幀周期長度、打包方式等）。無論是APON還是EPON系統，對帶寬分配和服務保證都有一套完整的體系，可提供不同QoS要求的多業務、多速率接入，能適應用戶的多樣性和業務發展的不確定性要求。因而，無源純介質光分配網絡可能是一種比較理想的、長遠的解決方案。

3 寬帶無線接入網技術

　　光接入網是發展寬帶接入的長遠解決方案，但目前這種方式還存在工程造價太高，建設速度慢等缺點，而且對于部分網絡運行企業來說，不具備本地網絡資源，在這種情況下，要進入和占領接入市場，采用寬帶無線接入技術是一個比較合適的切入點。

　　無線接入又分為移動無線接入和固定無線接入。在移動無線接入中，用戶是移動的，通常只要求提供話音及窄帶數據業務：而固定無線接入中，用戶基本是固定不變的或在室內小范圍移動，通常要求提供寬帶綜合業務。

3.1 移動無線接入網技術

　　隨著用戶對移動通信需求的增加及移動通信用戶的飛速發展，移動通信業務已成為各通信運營商競爭最為激烈的業務，無線移動通信技術已成為通信技術的主流技術之一。目前較為成熟且普遍采用的無線移動通信技術有GSM、GPRS、CDMA以及各類無線市話技術。

　　其中無線市話技術以其精簡的投資規模、優良的通話音質以及高速的數據傳輸將使新興的通信運營商快速有效地切入市場。無線市話系統的典型組網技術有：數字無繩技術和CDMA-WLL技術。

　　與此同時，隨著3G技術的發展與成熟，3G技術將為移動終端提供144kbit/s～2Mbit/s的傳輸速率，從而為用戶提供話音、數據、視頻等多種服務業務。目前3G的技術標準主要有WCDMA、cdma 2000以及TD-SCDMA三種。

3.2 固定無線接入網技術

　　固定無線接入網技術主要有3.5G無線接入系統、MMDS、LMDS、衛星通信接入技術；WLAN、fso等。

3.2.1 3.5g無線接入系統

　　3.5G無線接入系統工作在3.5GHz附近，是一點到多點的無線系統，其帶寬為30MHz×2，多數系統的單用戶的接入速率為1～2個2Mbit/s。3.5G固定無線接入系統主要面向基站傳輸、中繼傳輸、中小企業接入、無線到大樓、IP電話等。3.5G固定無線接入系統的信號衰減小于0.1dB/km,覆蓋范圍一般可達10km，屬于準視距傳輸，障礙物的影響較小。

3.2.2 MMD鞋入技術

　　多路微波分配系統（MMDS，Multichannel Microwave Distribution System）原本是以傳送電視節目為目的，隨著MMDS系統由模擬向數字化的發展，數字MMDS已不單純只傳送電視節目，而是同時傳送高速數據，提供數字業務服務了。MMDS的工作頻率為2.5～2.7GHa可在50km半徑內為用戶提供數據流量為500kbit/s～1Mbit/s的數字業務服務。

3.2.3 LMD接入技術

　　本地多點分配業務（LMDS，Local Multipoint Distribution Service）最大特點在于其寬帶特性，LMDS工作在24～38GHz頻段，可用頻譜往往達到1GHz以上。由于該技術利用高容量點對多點微波傳輸，幾乎可以提供任何種類的業務，支持雙向話音、數據及視頻圖像業務，能夠實現從64kbit/s～2Mbit/s，甚至高達155Mbit/s的用戶接入速率，具有很高的可靠性，被稱為是一種“無線光纖”技術。

3.2.4 衛星通信接入技術

　　在我國復雜的地理條件下，采用衛星通信技術是一種有效方案。目前，已有網絡使用衛星通信的VSAT技術，發揮其非對稱特點，即上行檢索使用地面電話線或數據電路，而下行則以衛星通信高速率傳輸，可用于提供ISP的雙向傳輸。

4 寬帶城域網接入層技術的比較和選擇

　　用戶的需求是多樣化的，用戶駐地網絡所用的傳輸媒質不一、用戶帶寬需求不一、用戶的業務流量模型不一，不可能用一種接入技術解決所有的問題，不同的技術均有其特點和適用的領域。所以，應根據終端用戶的業務類型和線路資源情況選擇最合適的接入手段。

　　在有線接入方式中，ADSL適用于零散分布用戶或不計劃改造現有雙絞線布線計劃的小區、大廈用戶；HFC主要適用于對現有有線電視線纜進行雙向和擴頻改造后的家庭用戶；光纖（或光傳送網）接入技術主要適用于用戶密集、業務量大的企事業單位、商業寫字樓和智能小區等。

　　在無線接入方式中，MMDS與LMDS系統在容量上、傳播距離上各有優勢與劣勢。MMDS系統適合于用戶分布較分散，業務需求不大的用戶業務模型：LMDS系統則適合于用戶分布集中，業務需求較大的用戶業務模型。衛星通信技術適合在復雜的地理條件下，實現寬帶IP多媒體廣播。如果用戶分布零散，帶寬需求不大，還可以選擇如WLAN、CDMA等的接入模式。

　　需要指出的是，作為寬帶城域網接入層的系統解決方案，利用一種技術解決所有業務是不現實的，所以，有時要將上述的幾種技術進行組合，提供綜合接入手段。

摘自　電信工程技術與標準化

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