前景广阔的宽带接入技术

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清华大学电子工程系副主任 冯振明教授

  接入网的研究是近年来的一个热点研究课题,而且此研究仍将会持续一些年,虽然无源光网技术近年来发展很快,使得光纤接入的到来会比人们预期的时间早得多,另外,无线接入技术将是今后10年的发展热点,但是,利用现有的网络,包括电话网、有线电视网以及电力网等等进行接入的研究在一段时期内仍将会有很大的市场。

     虽然在1978年的英国电信会议上,接入网的概念已经被提出,但那之后的十几年间,接入网的发展十分缓慢,而且仍主要是以电路交换为基本特征。与网络侧和用户侧的发展速度很不协调。由于网络遵循的木桶效应,即一个木桶始终由组成木桶的木块中最短的一块决定木桶的容量,网速也由带宽最窄的一段网络决定最终的表现速度,俗称"最后一公里",即接入网。显然,接入网的宽带化和IP化将成为未来接入网发展的主要技术趋向。从90年代初开始,接入网的发展由于信息高速公路的建设出现了热潮。

  接入网研究的几个主要方向是:

  光纤入户(FTTH)

  无线接入(WAN)

  电力网接入(电力载波、副载波调制)

  卫星接入

  局域网接入(综合布线)

  光纤同轴混合网(HFC)接入

  电话铜缆新技术(XDSL)接入

  世界上大多数国家都以光纤入户作为宽带接入网的理想方案,但是,由于现在光纤入户的费用仍然较高,所以,只有少数国家,
如日本和德国等,计划一步到位实现光纤入户。而多数的国家都用HFC作为向理想方案过渡的宽带接入网方案。另一部分国家可能从远端模块或远端节点通过XDSL技术实现宽带接入。当然,最后,宽带接入方案很可能是光节点到小区(FTTC)或到楼(FTTB),然后以宽带无线入户,解决用户的移动接收等个性化需求。

  下面,主要介绍HFC接入和XDSL接入,然后,介绍一下电力网接入和局域网接入的新动向。

  1 XDSL技术

XDSL以现有的电话线路为传输媒介,利用各种先进的数字调制技术和信号处理技术来提高铜线的传输速率和传输距离。在XDSL的发展过程中,针对不同的业务需求,采用不同的技术方案,出现了诸多DSL技术。其中:

&  HDSL:高速数字用户环路
HDSL(High data rate Digital subscriber Line)是Ballcore(贝尔通信技术研究所)于1988年首先提出的,概念是IISDN基本速率DSL传输技术的发展和延伸。其基本思路是利用两对或三对双绞线传输一次群(T1、E1)的信号。HDSL是XDSL技术中最为成熟的一种。但是,由于HDSL要使用2~3对双绞线,因而造价较高,一般用于PBX系统、数字局域环路、ISP和大学校园网等。

  ADSL:非对称数字用户环路ADSL(Asymmetrical
Digital Subscriber Line)是Bellcore于1989年提出的设想,为了用普通电话双绞线来传输视频信号、图像,以至高清晰度画面等信息,故没想以不对称形式传递信息,下行速率提高到9Mbps,上行速率也提高到了640Kbps。从公用网到用户的下传信道的速率远高于从用户到公用网的上传信道速率,一般下传信道的速率可达1.5Mbps~8Mbps,
而上传信道速率为16Kbps~640Kbps,同时可以保持语音通话。ADSL可以在一对双绞线上实现,所以它与普通用户的关系更为密切。

  SDSL:单线路数字用户环路(Single
line Digital Subscriber Line)。与HDSL一样,SDSL也是对称的。其不同之处仅在于SDSL只使用1对双绞线。

  VDSL:甚高速数字用户环路(Very
high rate Digital subscriber Line)。VDSL类似于ADSL,VDSL也是非对称的。其不同之处仅在于VDSL的传输速率远高于ADSL,其下行信道速率可达13Mbps~60Mbps,上行信道速率可1.5Mbps~2.3Mbps。但VDSL的传输距离较短,一般只有2公里。

  IDSL: ISDN数字用户环路(ISDN
line Digital subscriber Line)。IDSL是一种对称DSL技术,可以提供类似于ISDN
128Kbps 双向速率对称的通信业务。

  RDSL:速率自适应数字用户环路(Rate
Adaptive Digital subscriber Line)。RADSL能够提供的上、下传输速率与ADSL基本相同,也是一种非对称的DSL技术。其与ADSL不同之处是RADSL的传输速率可以动态自适应。RADSL的传输速率主要由传输距离决定,即:距离远,则传输速率低;距离近则传输速率高。这样,可以为用户提供最佳的传输服务。

UDSL:通用非对称数字用户环路(Universal
Asymmetrical Digital subscriber Line)。由Compaq、Intel 和Microsoft等公司提出的一种ADSL技术,其上行速率为384Kbps,下行速率为1.5Mbps。其特点是性能价格比较高,比较适合各种线路的质量。

  CDSL:消费数字用户环路(Consumer
Digital subscriber Line)。由Rockwell公司于1998年初推出的一种非对称DSL产品,其价格、销售、安装和操作上均与普通电话模拟Modem相似,而成本更低、技术实现更容易。

  由以上列出的XDSL技术,可以看出XDSL可以分为两大类:

  ●对称型数字环路,包括HDSL、SDSL、IDSL,对称型数字环路一般用于电话网络的局间通信,与普通用户的关系不密切。

  ●非对称数字用户环路,主要用于非对称业务,如:Internet接入、Web浏览、文件下载和VOD、VID等,因此对用户具有很强的吸引力,尤其近两年来推出的几个低速率的XDSL技术,如UDSL、CDSL等,由于其成本低、安装方便、稳定可靠,将会形成较大的市场。

  2 HFC接入中的CM技术


  HFC多媒体宽带接入网是有线电视网经双向改造后而形成的多种媒体信息综合接入网络。由于HFC有线电视网具有高带宽、大容量和很大的用户覆盖面,所以被公认为是最有希望成为用户多种信息业务的统一接入平台。

  ITU-T在J.112建议中,在J.83建议有线电视的电视、声音和数据分配业务数字多程系统的基础上,为HFC接入中交互式有线电视业务的传输系统建议了三个参考标准:

     A.有线电视分配系统的交互信道

  这是从欧洲电信标准ETS300
800衍变而来,此解决方案为网络交互信道进行数字视频广播系统的交互业务提供了多种反向信道的选择。

  B.电缆上数据传输的射频接口

  这是来自北美的DOCSIS规范,此规范为一系列接口协议,作为在有线电视网上进行数据传输的定义、设计、开发和推广的规范,也作为网络的一致性、兼容性、开放性和通用性方面多家厂家协作的基础。DOCSIS规范现已成为国际上大多数有线电视业务的传输系统生产厂家的实用规范。

  C.有线电视网的多媒体数据传输设备

  这是在日本有线电视网的多媒体数据传输的工作基础上完成的。它描述了用于高至770MHz有线电视系统上非对称式多媒体数据系统,该系统允许双向IP数据报传输。

  我国是一个有线电视网络的大国,有线电视网络覆盖的用户数已达8000多万户。把有线电视网建设成为一个多媒体通信平台是一个有显著经济效益和深远政治意义的大事。现在国内大约有20多家单位在从事有线电视网的多媒体数据传输的研究工作。绝大多数单位都采用DOCSIS规范和美国Broadcom公司的参考设计和芯片。由于此规范为一系列接口协议,为设计者留下充分的发展空间,故可以根据我国各城市的具体情况增加各种新技术。

  由于DOCSIS规范中的用户端CM(Cable
Modem)只给用户提供Internet的上网功能,导致了国内的用户数量很少。如果把Cable
Modem看成一个收发器,在此基础上,实现一个机顶盒,为用户提供多种业务,使之成为一个用户平台,相信很快会被用户所接受,从而出现一个很大的用户市场。

  3 HFC接入与XDSL的比较

  由于有线电视网的CM技术和电话网的XDSL技术基于不同介质、不同拓扑结构的网络,所以,用现代接入网的宽带化、数字化、综合业务化的要求来衡量,必然会有许多缺欠之处。下面对CM和XDSL做一个简单的比较。

  ●业务流量:CM技术本身是一种非对称结构,当XDSL技术也采用非对称结构时,CM技术在上下行业务流量上有一定优势。对实现交互视频传输来讲,XDSL技术也比CM技术困难。

  ●传输质量:XDSL中的传输质量与传输距离有较强的相关性,CM技术的传输质量与传输距离的相关性很弱。

  ●可扩展性:CM技术需要对HFC网络进行双向改造,改造之后HFC网络上的CM用户扩展要比XDSL方便。

  ●信息安全:由于CM技术基于树状分枝网的共享介质环境,比起基于星形网XDSL技术来,其对窃听和盗用的防范比较脆弱。

  ●可靠性:线路故障对CM用户的影响比较大,对XDSL用户影响比较小。

  ●供电:局端供电的XDSL技术比起本地供电的CM技术有明显的优势。

  ●价格:HFC网络的基础设施改造费用高,而
XDSL接入设备贵。

  ●Internet接入:CM技术的数据广播功能是XDSL技术无法比拟的。

  ●用户扩容:由于电话电缆中用户线间远端和近端的干扰
,所以,同一根电话电缆中使用XDSL设备的用户比例是不高的。而
CM对用户数量的限制比较小。

  ●用户设备成本:由于HFC网络带宽比电话网的带宽宽得多,因此采用的技术低于XDSL采用的技术,从而设备成本较低。

  ●向FTTH过渡:HFC网络光节点逐步向用户的靠近(即光节点覆盖的用户数逐步变少)是很容易的,而XDSL技术的此过程则损失较多。

  4 电力网接入

  用电力线进行通信的研究已经进行了多年,这是由于电力线的用户覆盖率远大于有线电视网和电话网,
因此用电力线作为接入网多年来一直受到关注。数字电力载波虽然比模拟电力载波有好的传输质量,但因为其可用的模拟带宽只有400KHz,不可能支持宽带接入,且信号如何通过变压器是一个不好解决的问题。最近,美国Media
Fusion公司发明了一项副载波调制技术,
该技术并不是通过电力线本身来传送数据,而是通过设置在这些电缆线周围的磁场上的微波信号来实现。其数据传输率可达2.5Gbps。并且还解决了数据传输时如何通过变压器的问题。这家公司现正在美国的得克萨斯州和俄克拉荷马州的10万个家庭测试这个系统,如果一切顺利,这项技术将授权给电信和电缆公司进行生产。该公司估计,用户端的价格将在60美元以内,那将使一向不被人们重视的电力线接入成为接入网的一支新秀。

  5 局域网接入

  局域网接入一直被认为在我国很长一段时间内将主要应用于共众场合,但是,智能化小区的迅速发展把局域网接入方案推到了前面。智能化小区采用超五类线入户,可以为用户提供100Mbps的接入速率。可以很好地支持Internet接入和VOD业务。当然,对于几十套至上百套电视节目的接入,其传输速率仍嫌不够。

摘自《世界电子元器件》2001.10
   

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