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宽带接入技术的发展与应用(一)

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2003-9-14 18:09:28 周志敏

1.引言

随着Internet的迅猛发展,人们对远程教学、远程医疗、视频会议等多媒体应用的需求大幅度增加,电子商务更是网络应用的典型热点。同时,人们对网络带宽及速率也提出了更高的要求,促使网络由低速向高速、由共享到交换、由窄带向宽带方向迅速发展。目前对于主干网来讲,各种宽带组网技术日益成熟和完善,波分复用系统的带宽已达400Gbit/s,IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM(DWDM)等技术已经开始投入使用,并提出了建立全优化光学主干网络,可以说网络的主干已经为承载各种宽带业务作好了准备。但是位于通信网络与用户之间的接入网发展相对滞后,接入网技术成为制约通信发展的瓶颈。为了给广大用户提供端到瑞的宽带连接,保证宽带业务的开展,接入网的宽带化、数字化是前提和基础,同时也是网络技术中的一大热点和高利润增长点。

网络接入方式的结构,统称为网络的接入技术,其发生在连接网络与用户的最后一段路程,网络的接入部分是目前最有希望大幅提高网络性能的环节。对本地环路网来说这是一个瓶颈,全球拥有上亿条用户接入线,因其功能有限阻碍着网络用户业务的发展,而与用户线路另一端的高性能设备形成了鲜明的反差。随着电子技术和光电技术的迅速发展,数字电子系统(从个人计算机到网络交换机或路由器)以及信息传输设备性能都在快速稳步的增长,为解决这一环路瓶提供了广阔的发展前景。由于在本地环路铜线上传输的仍然是模拟信号,人们仍然使用着狭窄的无线电频道穿越拥挤的无线电频谱。目前如何大规模拓宽网络接入的瓶颈为全球现有的10.5亿条接入线提供超宽频带,已是当前网络技术发展的焦点,瓶颈是相对的,一对金属线可以提供支持双向交谈的足够容量,但传统的铜线所能提供的带宽,对高性能的数据网络和因特网来说的确有些勉为其难,数据用户不仅希望与对方交谈,而希望通过视频会议系统看到对方的虚拟影象,所以对传统的接入技术(接入方式、接入布线)提出高性能的要求,以突破网络接入环节的瓶颈。以增加网络最后一段路程中的带宽,在大范围达到并满足用户在家庭或小型办公室的通信要求的基本前提。而局部环路的瓶颈是由今天提供的较低比特率造成的,事实上,除了本地环路的带宽限制外,当前的数据网络技术已足以保证提供运动图像和其它高带宽服务。

目前正广泛兴起的宽带网接入相对于传统的窄带接入而言显示了其不可比拟的优势和强劲的生命力。为了适应新的形式和需要,出现了多种宽带接入网技术。包括铜线接入技术、光纤接入技术、混合光纤同轴(HFC)接入技术等多种有线接入技术以及无线接入技术等。然而,各种各样的宽带接入方式都有其自身的长短、优劣,不同需要的用户应该根据自己的实际情况做出合理的选择。

2.铜线接入技术

传统铜线接入技术,即借助电话线路,通过调制解调器拨号实现用户接入的方式,速率已达56kbit/s(通信一方应为数字线路接入),但这种速率还远远不能满足用户对宽带业务的需求。虽然铜线的传输带宽有限,但由于电话网非常普及,电话线占居着全世界用户线的90%以上,如何充分利用这部分宝贵资源,采用各种先进的调制技术和编码技术,提高铜线的传输速率,是中、近期接入网宽带化的重要任务,目前,以电话线为传输介质的宽带接入技术主要有以下几种。

xDSL是DSL(Digital Subscriber Line)的统称,意即数字用户线路,是以铜电话线为传输介质的点对点传输技术。尽管xDSL可以包括HDSL(高速数字用户线)、SDSL(对称数字用户线)、ADSL(非对称数字用户线)、VDSL(甚高比特率数字用户线),但是目前市面上主要流行的还是ADSL(非对称数字用户线路)和VDSL(甚高速数字用户线)。VDSL以其52Mbps的理论速度相对于于ADSL 1.5Mbps的理论速度而言,具有绝对的性能优势,但是其高昂的价格也让用户望而却步。它适合于单位用户召开电视电话会议等。

DSL实质是一系列的超级Modem,他们的传输速率要远远高于普通的模拟Modem,甚至能够提供比普通模拟Modem快300倍的兆级传输速率。由于DSL使用普通的电话线(不象其他的高速传输技术,如Cable Modem),所以DSL技术被认为是解决“最后一英里”问题的最佳选择之一。其最大的优势在于利用现有的电话网络架构,为用户提供更高的传输速度。

用户在两个方向并非需要同等的带宽,相反他们希望更多的带宽用于接收视频或因特网服务,为满足这一非对称的接入要求,工业界已开发出非对称数字用户线路技术(ADSL)。ADSL技术为家庭和小型业务提供了增强带宽的标准方式,国际电信联盟公布的G.Lite或ADSL Lite标准规定的下行带宽为1.5Mbs,上行带宽为384Kbps,前者大约是现有拨号模拟调制解调器的50倍,为此实际上与网络建立了两个连接,它们分别用于电话和数据业务,并可同时打开和连续使用。在现时中,为了满足电视会议或建立Web主机的需求,对数据服务要求不多的用户也可能仍然需求对称的高速支持。为满足这部分用户要求对称高速的支持,开发的DSL(SDSL)可以在环路上提供宽带接入,对称的DSL可以在两个方向提供最高1.5Mbps的数据传输率,从而充分利用铜线环路技术带来的所有价值。

2.1高速数字用户环路(HDSL)技术

HDSL是数字用户线(DSL)技术中的一种,它采用高速自适应数字滤波技术和先进的信号处理器,进行线路均衡,消除线路串音,实现回波抑制,不需要再生中继器,适合所有用户环路,设计、安装和维护方便、简捷。HDSL采用的编码类型为2B1Q码或CAP码,可以利用现有电话线缆的用户线中两对或三对双绞线来提供全双工的T1/E1信号传输,对于普通0.4~0.6mm线径的用户线路来讲传输距离可达3~6km,比传统的PCM技术要长一倍以上,如果线径更粗些,传输距离可接近10km。HDSL技术广泛适用于移动通信基站中继、无线寻呼中继、视频会议、ISDN基群接入、远端用户线单元(RLU)中继以及计算机局域网互联等业务,由于它要求传输介质为2~3对双绞线,因此常用于中继线路或专用数字线路,一般终端用户线路不采用该技术。与HDSL有关的标准包括ANSI的T1E1.4。ETSI的DTR/TM-3017以及ITU-T的G.991.1等,该技术目前还没有统一的国际标准。

这种性能主要由于两个主要的HDSL技术;2B1Q和全双工传输,实现回音消除,HDSL系统由两个单元组成,一个在用户端(NTU),另一个在转换端(LTU)。两者通过两个或三个双绞线对,每对可单独传输1168/784KBIT/S数据位流以584KBIT/S和/392KBIT/S的低波特率传输,低波特率使长距离传输变为可能。显示删除和自适应技术实现和服务。为替换本地局与用户局间的E1连接,HDSL技术提供几种应用和服务。

2.1.2高质量的视频电话,为点到点连接也好,为视频会议也好,可能成为每个人生活中的一个重要部分。这项应用需1MBIT/S速率,HDSL能够支持。

2.1.2因为标准的成熟,我们能看见每家不只需要一根视频电话线,可能一个五口之家需要4到5根视频线,其中包括传真。HDSL可通过一条双绞线支持15条线路。

2.1.3越来越多的人想在家里办公来节省时间,为这一需求。要在工作地点和家庭之间实现高速数据传输。

2.1.4每个家庭的报纸和杂志服务,同样是一个很迫切的要求。

2.2非对称数字用户环路(ADSL)技术

ADSL是一种非对称的数字用户环路,即用户线的上行速率和下行速率不同,根据用户使用各种多媒体业务的特点,上行速率较低,下行速率则比较高,特别适合传输多媒体信息业务。ADSL不仅具有HDSL的优点,而且在信号调制数字相位均衡、回波抑制等方面采用了更先进的器件和动态控制技术,它采用正交调幅(QAM)、无载波幅度相位调制(CAP)、离散多音频调制(DMT)等调制技术,通过对不同的业务和上下行信号采用频分复用方式,实现了在一对普通电话线上同时传送一路高速下行单向数据、一路双向较低速率的数据以及一路模拟电话信号,可直接利用用户现有的电话线路,在线路两侧各安装一台ADSL调制解调器即可。在普通电话双绞线上,ADSL的典型的上行速率为16~640kbit/s,下行速率为1.544~8.192Mbit/s,传输距离为3~6km,有关ADSL的标准有ANSI的T1E1.4、ITU-T的G.922.2、G.992.1等。ADSL除可提供电话业务外,还能提供多种宽带业务,在未来几年内,ADSL接入技术将会是终端用户最主要的宽带接入方式。

ADSL是利用数字编码技术从现有的铜制电话线上获取最大数据传输容量,同时又不干扰在同一条线路上进行的常规语音服务。ADSL的基本原理是使用电话话音以外的频率来传输数据,使用户在浏览Internet的同时可以打电话或发传真,而且不会影响通话的质量和网络下载速度。

ADSL技术有利于充分利用铜缆资源,保护已有投资,能够在正常开通现有话音业务的同时提供宽带业务。目前ADSL的技术和产品已比较成熟、价格也在不断下降,特别是对中国电信这样一个拥有大量铜缆资源和超过1.35亿电话用户的运营商来说,有重要的现实意义和巨大的发展潜力。如果今后五年内有20%的电话用户能够使用ADSL,用户数量就会超过2000万,这将是一个巨大的市场。ADSL的应用主要有两种方式:

2.2.1在交换端局到用户间直接使用ADSL,可以利用已有电话铜缆,快速满足用户的宽带业务需求。更重要的是,这种方式从网络结构上将话音和数据业务流量分离,将数据业务流量从接入部分直接分流到数据网络中,能够有效地缓解用户上网负荷对电话交换网的压力。可根据线路条件、设备产品价格、用户业务需求和资费等具体情况,开通ADSL(或G.lite)的多种子速率,包括限速提供512Kbps、284Kbs等。

2.2.2 FTTx+ADSL方式。由于光节点靠近用户,铜缆距离较短,线间串扰较小,因此可以达以较高的传输速率,并可随着技术的发展向VDSL升级。

ADSL尚在起飞阶段时,internet业务就已呈现了爆炸式的增长,能否经济有效的支持internet业务已成为接入网技术考虑的重要因素。尽管ADSL技术能支持internet业务,但成本仍嫌偏高,用户侧设备的安装仍嫌麻烦。ITU-T专家们充分意识到这一工作的重要与市场前景,成立了课题组开发简化的无电话分离器的ADSL标准,并已在1998年10月通过建议G.922.2。其基本思路有两点,第一是速率降低到1.5Mb/s左右,第二在用户处不用电话分离器,价格会大大下降,其应用前景十分可观。G.992.2规定下行速率降到64kb/s至1.5Mb/s,上行速率为32kb/s至512kb/s,线路码仍为DMT,主要业务则为internet接入、Web流览、IP电话、远程教育、在家工作、可视电话和电话等。当然还有不少地方须改进,如组帧效率的改进、比特交换与速率适配等。

目前,市面上电信和铁通都在经营ADSL业务,在他们经营的业务中,分为虚拟拨号ADSL和固定IP ADSL,在带宽上也分有等级:512K、1M、2M等。对于普通的家庭用户,电信提供512K的虚拟拨号ADSL,铁通提供2M的虚拟拨号ADSL。对于非营运性的家庭用户,电信提供512k的虚拟拨号ADSL,铁通提供2M的虚拟拨号ADSL。但是选择铁通需要使用铁通的固定电话,因此位置必须靠近铁路才行。

2.3超高速数字用户环路(VDSL)技术

VDSL和ADSL技术相似,也是一种非对称的数字用户环路技术,采用频分复用方式,将POTS、ISDN以及VDSL的上、下行信号放在不同的频段传输,但VDSL比ADSL的传输速率更高,是高速的 ADSL。VDSL采用CAP、DMT和DWMT等编码方式,在一对普通电话双绞线上提供的典型速率为上行1.6~2.3Mbit/s,下行12.96~55.2Mbit/S(目前最高达到155Mbit/s),速率比ADSL高约10倍,但传输距离比ADSL也低得多,典型的传输距离为0.3~1.5km。由于VDSL的传输距离比较短,因此特别适合于光纤接入网中与用户相连接的最后“一公里”,并且要求光网络单元(ONU)尽量与用户接近,其系统配置图与ADSL类似,存在于用户与本地ONU之间。VDSL可同时传送多种宽带业务,如高清晰度电视(HDTV)、清晰度图像通信以及可视化计算等,其国际标准还正在制定。

2.4对称数字用户线(SDSL)

对称数字用户线它与HDSL类似,可以在两个方向上(上行和下行)传送1.544Mbit/s的带宽,但它利用一对铜双绞线。一对铜双绞线的使用使其传送距离受到限制,SDSL应用的传送范围为3km左右。它可在小范围的应用上找到位置,如住宅电视会议或远端LAN接入等。

2.5 IDSL (ISDN DSL综合数字业务用户环路)

IDSL技术也与HDSL相同,它可以提供ISDN的基本速率(2B+D)或基群速率(30B+D)的双向业务,但IDL与ISDN完全不同,ISDN是交换技术,ISDL是网络技术。不同于ISDN的最大特性是交换数据不通过交换机。

2.6 UDSL (Ultrahigh bit-rate DSL:超高速数字用户环路)

UDSL也是ADSL技术的一种,但其传输速率更高,可达155Mb/s,不过传输距离只有数十米,Internet用户使用价值不大。目前仅处于实验阶段。

Link: http://www.asm32.net/article_details.aspx?id=597