宽带城域网接入技术及其比较

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随着网络经济的迅速崛起和因特网的快速发展，人们对于数据业务、语音、数据、图像等多媒体通信的需求日益旺盛。提供宽带多媒体业务，已成为网络运营商开拓市场的新的空间，宽带城域网成为信息高速公路建设的重要部分。现在基于POS、GE技术的宽带IP网以及ATM网是宽带城域网的主要核心平台，宽带接入技术将成为城域网接入的主要手段。
     
     目前中国公众计算机互联网三期扩容工程已经于2000年底完成，骨干网的速率在2.5Gbps以上，省级骨干网以2.5Gbps为目标的扩容建设也在顺利进行。网络瓶颈已经从骨干网迁移到城域网，尤其是城域网的接入层。如何突破这一瓶颈，已经成为了亟待解决重大课题，而解决这一问题的关键就在于采用什么样的接入方式。因此研究宽带城域网的接入方式具有非常重要的意义。
     
     二、宽带城域网的接入方式概述
     
     从接入网的物理传输媒质看，宽带城域网接入方式主要分有线接入和无线接入两大类，现有接入网仍以铜缆为主，光纤接入具有一定的规模，无线接入已开始应用于接入网。随着光纤/同轴电缆混合（HFC）技术的不断推广使用，Cable Modem接入也成为颇有竞争力的接入方式。虽然xDSL接入、Cable Modem接入、光纤接入方式和固定无线接入方式成为了宽带城域网接入的热门技术，但是仍然没有哪种接入网技术能够完全满足电信运营企业的各种业务要求。因此，采用何种接入网技术不仅取决于该技术的成熟程度、环境因素和经济成本，而且取决于所面向用户层主要业务的要求。
     
     1、基于双绞线的数字用户线（xDSL）接入方式
     
     xDSL（Digital Subscriber Line）即数字用户线，是以铜轴双绞线为传输媒质的数字用户环路技术的统称。它采用多种调制技术，在现有的PSTN用户线上引入高速传输技术。目前，ADSL是应用最广的xDSL技术。ADSL是利用已有的线缆基础，在不影响正常话音业务的情况下，为用户提供高速IP接入的非平衡传输技术。ADSL接入方式适用于高速的Internet接入。ADSL利用特有的调制解调硬件，通过现有的双绞线连接用户端和业务接入端。通过ADSL技术，在双绞线上形成了三个不同速率的"管道"，高速的下行管道，中速的双工管道和一个POTS信道。在1MHz的频段内，0.3~4kHz用于传输话音信号，4~138kHz用于传输低速的双向信号，138kHz~1MHz用于传输下行信号。
     
     ADSL接入模型主要有中央交换局端模块和远端模块组成。中央交换局端模块包括在中心位置的ADSL Modem（ATU-C：ADSL Transmission Unit-Central）和接入多路复合系统（DSLAM：DSL Access Multi-plexer）。远端模块由用户ADSL Modem （ATU-R：ADSL Transmission Unit-Remote）和滤波器组成。
     
     2、Cable Modem接入方式
     
     Cable Modem接入方式是在有线电视网（CATV）的基础上发展起来的一种宽带接入技术。其网络结构采用树型或总线型，前端至小区光节点采用光纤传输，光节点到用户端采用同轴电缆，光节点内的所有用户共享一定的带宽。语音、数据、视频等多媒体信息在前端经调制后与电视射频信号一起传输到用户端，经过分离器提取后，数据、视频等多媒体信息再恢复成数据包的形式。
     
     Cable Modem系统建立在双向HFC网络上，下行采用64QAM或256QAM调制，一个6MHz的频谱宽度内速率达到27Mbps至36Mbps。上行采用QPSK或16QAM调制，在200KHz至3.2MHz范围内，速率可达320Kbps至10Mbps。在HFC中，信号采用频分复用方式，在某一频率上的信道为多个用户共享使用。
     
     Cable Modem系统通常放在有线电视前端，采用10Base-T、100Base-T或ATM OC3等接口通过交换型HUB与外界设备相联，并通过路由器与Internet连接或者直接联到本地服务器，享受本地业务。Cable Modem是用户端设备，通过10Base-T接口与用户的计算机相联。一般Cable Modem有三种类型，单用户外置式、单用户内置式以及SOHO（small office/home office）型。SOHO型MODEM可用于基于HFC网络的计算机互联网络，形成小型和在家办公系统（SOHO系统）。
     
     3、光纤接入网方式
     
     从总的发展趋势看,在接入网中馈线光纤必将代替馈线电缆，直接向用户挺进，实现纯光纤接入，即光纤到家（FTTH）方式。这种方式光纤直通用户家中，一般仅需要一至二条用户线，是长远的发展方向和最终的接入网解决方案。受光纤价格影响，目前光纤到家（FTTH）还不现实。随着光纤价格的大幅度下降，光纤最终取代铜线实现FTTH的趋势越来越明显。
     
     目前FTTH成本过高，普通用户无力承担。因此在实际应用中，只能部分实现光纤化，光纤只到路边的业务接入点(SAP)。在该处通过光网络单元（ONU），完成光/电转换和分接等功能，然后通过多种方式接入用户家中。光纤到大楼后可以采用ADSL、Cable、LAN，即FTTx+ADSL、FTTx+Cable和FTTx+LAN等方式接入用户家中。其中FTTx+LAN方式最为经济实惠，易于为广大用户接受。LAN接入采用五类非屏蔽双绞线作为接入线路，将以太网插口布到桌边，给用户提供电话、电视和数据等宽带接入端口。接入带宽为10Mb/s或100Mb/s，完全能够满足用户对宽带接入的需求。
     
     FTTx+LAN方式根据ONU的不同位置又可分为以下两种方式。
     
     光纤到路边（FTTC）+LAN
     
     在FTTC结构中，光网络单元设置在路边的人孔或电线杆上的分线盒处，从光网络单元到各个用户之间采用双绞线铜缆或同轴电缆。它主要适用于点到点或点到多点的树形分支拓扑，典型用户数在128个以下，经济用户数正逐渐降低至8~32个乃至4个左右。FTTC在提供2Mbit/s以下窄带业务时仍是光接入网中最现实经济的方案。
     
     光纤到大楼（FTTB）+LAN
     
     FTTB也可以看作是FTTC的一种类型，不同之处在于将光网络单元直接敷设到楼内，通常为居民住宅公寓或小企业单位办公楼，再经多对双绞线将业务分送给各用户，其光纤化程度更进一步，因而更适于高密度，以及需提供窄带和宽带综合业务的用户区。光纤到大楼FTTB的实际应用最为广泛，主要提供话音业务和数据业务。
     
     4、固定宽带无线接入方式
     
     主要的宽带无线接入技术有三类，即多路多点分配业务（MMDS）、直播卫星系统（DBS）和本地多点分配业务（LMDS）。其中LMDS最近才成为热门的宽带无线接入技术。
     
     典型的LMDS由类似蜂窝配置的多个枢纽发送机组成，每个发送机经点到多点无线链路与服务区的固定用户通信。单个蜂窝的覆盖区为二至五公里，覆盖区相互重叠。每一蜂窝区的覆盖区又可以划分为多个扇区，根据用户需要在该扇区提供特定的业务。这种模块式结构使网络扩容灵活方便。原理上，LMDS可以提供所有业务，但最有利的是提供交互式电视和高速数据。LMDS不仅可以提供因特网接入，而且可以用来互连局域网。
     
     三、宽带城域网接入方式的比较
     
     下面大家将从线缆基础、接入成本、接入带宽、接入可靠性方面对四种宽带城域网接入方式进行对比。
     
     1、线缆基础
     
     光纤接入网方式利用已经或者正在铺设的城市光缆，采取两种方式到用户：第一种是光纤直接到用户；第二种是光纤到大楼，然后通过以太网双绞线到用户。对于绝大多数城域网建设运营商来说，实际上FTTB和FTTC以太网接入方式的线缆基础并不存在，需要大量补充。
     
     ADSL接入方式具有充分的线缆基础，利用现有的电话线，实现数据、语音、视频的同步传输。这是ADSL方式的一个优点。
     
     理论上，同轴电缆已经进入绝大部分城市家庭和部分农村家庭，Cable Modem接入方式具有充分的线缆基础，可以利用现有的有线电视网实现IP数据的传输。但是，考虑到国内现有的同轴电缆绝大部分质量较差，达不到Cable Modem接入方式的要求，需要对同轴电缆进行改造。同时，还存在着网络的双向改造问题。
     
     宽带无线接入方式没有线缆基础，需要配置基站。
     
     2、接入成本
     
     光纤接入网方式需在用户楼内配置一台光纤收发器和一台以太网交换机，并进行五类布线。同时还需要在用户小区中进行光缆铺设。但在成本上，如果该方式在一定区域内大规模使用，其单位成本反而是最低的。以中等城市为例，假设接入10万家庭用户和2000集团用户，则每用户接入成本约为1100元。
     
     ADSL接入方式的接入成本包括ADSL头端设备和ADSL调制解调器的费用。目前每用户投入的接入成本较高，再加上局端设备，每用户投资约为2000~3000元。
     
     Cable Modem接入方式每个用户都要配置一个接入设备--线缆调制解调器，每用户投入的接入成本较高，加上局端设备每用户投资为2000~3000元。如果考虑同轴电缆的更新和双向改造的成本，接入平均成本还会上浮。
     
     宽带无线接入成本较高。在用户密度较高的情况下，接入成本有望降低。
     
     3、接入带宽
     
     光纤接入网的接入带宽为双向10M或100Mbps，上下行总带宽为20Mbps或200Mbps，在几种接入方式中带宽最大，而且轻松实现平滑升级，很容易就能达到1000Mbps。
     
     ADSL接入带宽为非对称的，上行768Kbps，下行为8Mbps带宽。上下行总带宽约为9Mbps。后期进行接入带宽升级时成本较高。
     
     Cable Modem接入方式一般在一个光节点内提供1GHz的双向总带宽，为各个用户共享。通常上行信号频带为5~42Mbit/s，用于传输数字化的语音和数据；下行信号频带为48~860Mbit/s，扣除电视占用的频段和不适合传输的频段，Cable Modem系统最终可用的频率资源为300Mhz左右。由光节点内所有用户共享分配，按一般情况计算，每用户平均分配可用双向总带宽不足2M。再加上调频技术的采用、各类传输开销的占用带宽以及现有同轴电缆质量较差的影响，每个用户实际享有的有效带宽就更小了。
     
     固定无线接入的带宽较高，为2.5G，甚至高达28G。
     
     4、接入可靠性
     
     光纤接入网在城域范围内基本上不受距离影响，无中继传输距离可达100多公里，完全可以覆盖全城范围。光纤是一种传输质量最好、抗干扰能力最强的传输媒质，并且光纤接入网是一种新建的网络，完全可以网络设计阶段把安全性考虑在内，设计具备一定冗余度的拓扑结构。在接用户小区到用户家庭接入段，故障点比较少，网络的安全容易得以保证。
     
     ADSL接入受线缆质量与距离影响较大，基站设立较多，而且由于部分采用了模拟方式，因此，抗干扰能力较差。网络安全性受距离、环境的影响，需要根据实际情况具体分析。
     
     Cable Modem接入方式采用模拟频分多路复用技术，而主干网络一般采用数字技术，增加了同步、网管和信令等技术难度；由于采用树状拓扑结构，保密性能不够理想，上行带宽不足，易产生信号的噪声积累，即"漏斗效应"。Cable Modem接入方式与ADSL接入方式一样，传输可靠性受线缆质量与距离的影响较大，基站设立较多，抗干扰能力较差。
     
     固定无线接入方式中的高G段产品工作在20GHz以上，受雨衰和多径影响严重，覆盖范围也受到限制。低G段产品具有足够的接入带宽，无线电传输特性好，受雨衰和多径影响较小，覆盖范围广，具有宽带无线接入的灵活性和实用性。
     
     四、宽带城域网接入方式的选择策略
     
     虽然光纤接入网方式线缆基础薄弱，但在用户集中的区域，新建网络的平均用户成本反而比较低，而且和其他两种接入方式相比，光纤接入网方式的性能最稳定、带宽最高、接入最方便，是目前最为经济实用高性价比的接入方式。这种方式已经成为了一种普遍的宽带数据接入方式，已经能够实现光纤到大楼。在城区用户密集的区域，应优先选择光纤以太网接入方式。
     
     ADSL已经是成熟的技术，在北美地区已经得到广泛的应用，正在提供着良好的服务。ADSL方式在我国具有良好的线缆基础，其单位用户平均接入成本对用户密度的变化不敏感。在用户分散的区域，单位成本比较低，但对用户密集、宽带数据通信需求最为迫切的城市用户而言，其单位用户成本比光纤接入网方式要高出一倍左右。电信网络具备丰富的双绞线资源，采用ADSL技术将是较好的选择。在双绞线资源较多、光纤接入网尚未到位的郊区、村镇等用户分散的区域，可以采用FTTx+LAN的方式，也可以采用ADSL作过渡手段，扩充原来有铜缆的接入用户数量和业务。以后采用光纤接入设备将ADSL设备替换或一并替换此区域的铜缆，ADSL用于其他用途。在宽带业务发展初期，用户较少并较分散，ADSL或VDSL是理想的选择方式。
     
     Cable Modem接入方式虽然具有线缆基础，能够实现宽带接入，但其双向改造费用昂贵，噪声漏斗问题难以克服，发展前景并不乐观。这种接入方式的带宽为节点内的用户所共享，难以实现带宽升级。同时，同轴电缆网作为广播式网络，冗余备份非常困难，其网络安全性也值得怀疑。一般情况下，尽量避免选择Cable Modem方式。
     
     宽带无线接入是解决宽带城域网建设最后一公里的重要手段。这种方式敷设开通快，维护简单，用户较密时成本低，然而宽带无线接入系统中的高G段产品工作在20GHz以上频段，受雨衰和多径的影响严重，覆盖范围也受到了限制。因此无线接入网可考虑在低密度的分散小用户群领域、急需电话用户线的地区以及有地理障碍的地区。对于正在建设固定有线接入网的地区，无线接入可作为过渡手段迅速提供新用户线，一旦有线接入网建成后，无线接入系统可以移往别处使用。农村网环境下则无线一点多址技术具有经济性和灵活性。宽带固定无线接入技术代表了宽带接入技术的一种新的不可忽视的发展趋势。
     
     总的来说，接入网市场是多种新旧技术共存竞争，多种传输手段共存竞争，多种传输体制共存竞争的领域，其中还受到政策和法规的影响。采用何种类型的接入网应该根据具体情况而定。