接入网技术的现状与发展展望

发布: 2010-10-20 14:27 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大
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接入网技术的现状与发展展望——韦乐平
    摘要：本文首先介绍新形势对接入网宽带化和IP化的要求，然后重点讨论几种接入
网技术的最新发展态势，主要有UADSL，VDSL，SDH，HFC，APON，LMDS和以太环接入技
术，最后简要介绍我国接入网发展的现状和问题。
    一、接入网发展的新驱动力
    近年来，以因特网为代表的新技术革命正在深刻地改变传统的电信概念和体系。目
前，北美骨干网上的业务量已达到了约6—9个月左右就翻一番的地步，而且迄今没有减
缓的迹象。传统电话网将不可避免要过渡到以数据业务特别是IP业务为中心的融合的下
一代电信网，这种下一代电信网的基本特征将是宽带化和IP化。另一方面，用户侧终端
的速率也在突飞猛进，其CPU的性能每18个月就翻一番。用户侧企事业用户的接入正向IP
快速汇聚。从企事业用户使用的数据通信协议看，在1998年底发达国家的IP通信协议已
达70-80％，IP已明显成为主导通信协议。这种用户接入的IP化趋势也反映在普通居民用
户群中，因特网业务正成为普通居民用户日益重要的接入业务，从电子邮件到Web浏览乃
至视频业务，带宽要求正以几倍几十倍的速度增长。然而，面对核心网和用户侧带宽的
快速增长，中间的接入网却仍停留在窄带水平，而且仍主要是以支持电路交换为基本特
征，与核心网侧和用户侧的发展趋势很不协调。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。
    为了适应这一新的形势，近来接入网技术也呈现了新的发展态势，下面重点介绍和
讨论几种近来发展势头较好的接入网技术的最新发展情况。
    二、双绞线上的数字用户线系统
    到目前为止，全世界的双绞线用户线仍然占居了全部用户线的9O％以上，如何充分
利用这部分宝贵资源，开发新的宽带业务是中近期接入网发展的重要任务，而数字用户
线系统（xDSL）就是一种有效的宽带接入技术。XDSL有很多花样，下面几种技术是最有
活力的。
    1．ADSL与UADSL系统
    非对称数字用户线系统（ADSL）是一种采用离散多音频（DMT）线路码的数字用户
线（DSL）系统。其下行单工信道速率可为2.O48，4.O96，6.144，8.192Mb/s，可选双
工信道速率为O.16O，384，544，576Kb/s，目前已能在O.5芯径双绞线上将6Mb/s信号传
送3.6km之远。ADSL所支持的主要业务是因特网和电话，其次才是点播电视业务。其最
大特点是无须改动现有铜缆网络设施就能提供宽带业务，近来在北美发展势头不错，实
际用户已超过3O万，几个本地电话公司已计划在未来几年内敷设300O万线的系统，我国
也已开始进行一定规模的试商用，初步反映不错，发展势头良好。其主要缺点是对线对
的苛刻要求，目前国外只有大约3O％的线对可以开ADSL。而国内只有不到1O％的线对可
以开ADSL。此外，价格仍偏高。
    在ADSL尚在起步阶段时，因特网业务呈现了爆炸式增长，能否经济有效地支持因特
网业务已成为接入网技术的重要设计考虑。尽管ADSL技术固有的非对称性已能很好地适
应因特网业务，然而其成本仍嫌偏高，用户测设备的安装仍嫌麻烦。一种轻便型的无分
路器的ADSL标准G.99.2.2迅速问世，在北美称为UADSL。基本思路有两点：第一是速率
降低到1.5Mb/s左右，第二是在用户处不用电话分路器，价格可以下降，安装更为方便，
为避免对话带的干扰，米用了Fast-retain程序，一旦检测到摘机就自动减少功率。G.9
92.2规定下行速率降至64Kb/S—1.5Mb/S，上行32Kb/S-512Kb/S，线路码仍为DMT，具有
自适应速率适配能力，抗射频干扰的能力比ADSL强，主要业务为因特网接入，Web浏览，
IP电话，远程教育，在家工作，可视电话和电话等。不使用用户处的电话分路器，但需
妥善解决干扰问题，特别是对话带的干扰问前有关轻便型ADSL的开发工作已获得微软，
Intel,Compaq，LT，Cisco，BT，DT，地方贝尔等各行各业的一致支持，应用前景十分
可观。有可能发展成为电信运营者近期的主要宽带接入方案。
2. VDSL系统
    有关 ADSL系统发展的第二个趋向是进一步提高系统的下行带宽，即演变成所谓甚高
速数字用户线（VDSL）系统。这种技术在双绞线上下行传输速率可以扩展至（25— 52）
Mb/S，从而可容纳6至12个4Mb/SMPEG-2信号，同时允许1.5Mb/s的上行速率，其传输距离
则分别缩短至10O0或3O0米左右。由于传输距离的缩短，码间干扰大大减小，对数字信号
处理要求大为简化；收发机成本可望比ADSL降低一半。因而如果引入线的质量尚可，此
时将FTTC，特别是APON与VDSL技术相结合可以提供光纤敷设成本，电子设备成本和提供的
带宽能力方面的最佳平衡，是一种比较现实理想的宽带混合接入方案。当然，VDSL仍处于
现场试验阶段，其标准工作尚在进行，其频谱安排尚未一致，线路码型也在争论之中，其
性能和成本是否有竞争力还有待实践检验。
3. EDSL系统
  近来，一种结合以太网和DSL技术的以包传输为基础的以太环系统已经问世。以太环系
统利用DSL技术可以在现有电话网基础设施上实现高速数据传送，10Mb/s的传输距离可望
达到约1Km。同时，可以利用以太网半双工模式和突发包交换技术来减轻DSL的缺点，减
少干扰，功耗，并提供低成本接口。由于以太环技术结合了以太网和DSL两者的特点，因
而可以简称为EDSL系统。这种技术具有高度的线路自适应特性，可以从速率、调制方式和
发送功率三个方面的传输参数变化来自动适应双绞线特性。其符号率（即载波频率）可以
按线路质量调整，共有12档。每一符号率可以支持的最高比特率可以从375kb/s到10Mb/s
变化。另外，其发送功率也可按线路条件从14dBm到-28dBm间变化。这样三个方面的自适
应特性相结合后可以极大地减少线路串音和干扰，适应各种噪声环境。最后，由于有包才
传输，因而减少了功率的功耗，这对用户线这样的环境也很关键。
    这种技术的主要应用场合是酒店和医院、普通用户、小企事业和专线。由于技术较复
杂，其成本是否有竞争力还有待实践检验。
  三、同轴电缆上的混合光纤同轴网系统
    混合光纤同轴（HFC）网是宽带接入技术中最先成熟和进入市场的，其巨大的带宽和
相对经济性使其对有线电视公司和新成立电信公司很具吸引力。一旦管制放开，对传统电
话公司也具有吸引力，允许其迅速提供宽带业务。HFC在一个500户左右的光节点覆盖区可
以提供60路模拟广播电视，每户至少2路电话以及速率可以至少高达10Mb/s的数据业务。
将来利用其550-750MHZ频谱还可以提供至少200路MPEG-2的点播电视业务以及其它双向电
信业务。目前在北美采用电缆调制解调器只需每月化40美元就可以无限制地上网，很有吸
引力。
    从长远看，HFC网计划提供的是所谓全业务网（FSN），用户数可以从5O0产降到25户，
实现光纤到路边。最终用户数可望降到1户，实现光纤到家，提供了一条通向宽带通信的
新途径。但其回传信道的干扰问题仍需妥善解决。目前已有多种解决方案可用，其中比
较彻底的方案是所谓的小型光节点方案，用独立的光纤来传双向业务，回传信道则安排
在高频端，从而彻底避免了回传信道的干扰问题。第二种比较好的方案是采用同步码分
多址（S-CDMA）技术，此时信号处理增益可达到215dB，干扰大大减少，系统可以工作在
负信噪比条件，可望较好地解决回传信道的噪声和干扰问题。HFC的最新发展趋势是与DW
DM相结合，可以充分利用DWDM的降价趋势简化第二枢纽站，将路由器和服务器等移到前
端，消除光一射频一光变换过程，从而简化了系统，进一步降低了成本。
    据报道，美国有线电视网1997年已将大约20%的 网络改造为双向网络，计划1999年
末达60-75%。目前HFC主要业务为电视十数据，特别是IP业务誓在必争，少数为电视十电
话。我国有线电视部门自然地选择了这一宽带接入技术，网络的双向化改造比例已达10％，
某些地区的电信部门也开始了较大规模的商用试验。
    四、光纤接入网系统
    1．窄带光接入网技术
    光纤接入网可以粗分为有源和无源两类，目前的所谓有源光接人网主要指综合的数
字环路载波系统（IDLC）。这种系统实际是一种古老的电路倍增技术，但采用了现代光
电子和微电子技术以及VS开放接口，传输体制可以分PDH和SDH两种，组网方式可以有点
到点、链型、星型和环型，可以支持电话、ISDN以及低速数据业务。目前每线价格已经
降到5O美元左右。IDLC技术的低价位和光传输特性使其成为窄带接入网技术的主流。然
而，这种技术本质上仍然是窄带技术，支持的业务也很有限。此外作为有源设备仍然无
法完全摆脱电磁干扰和雷电影响以及有源设备固有的维护问题，因而不是接入网的长远
解决方案。
    在窄带光接入网技术中，无源光网络（PON）是一种很有吸引力的新技术。是纯介质
网络，彻底避免了电磁干扰和雷电影响以及维护问题，仅维护费用的节约就可达每线50
美元，是电信维护部门长期期待的技术。PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制
式和速率的信号。典型窄带PON系统的下行采用TDM，而上行采用TDMA技术，其线路速率
可从20到7OMb/ s，支持几个到几十个用户，每一用户可以有高达2Mb/S的速率可用，其
应用主要面向分散的小企业和居民用户。日本是PON研发工作的先驱者，花了大约10年的
工夫使其成本从铜缆的十几倍降到基本相当的水平，并从1998年开始了大规模的敷设，
计划于2010年实施光纤到家的宏大目标。然而这种技术比较复杂，价格较高，影响了大
面积推广。经过多年的改进，其价格已有大幅度下降，其应用正呈现好势头。
    2．SDH应用于接入网
    SDH已经在核心网牢牢地站住了脚，目前的市场，带宽需求和技术都已显示有必要把
SDH的技术上的巨尬势带进接人网领域，使SDH的功能和接口尽可能靠近用户。在接入网
中应用SDH的主要优势在于：
      ·对于要求高可靠高质量业务的大企事业用户，SDH可以提供理想的网络性能和业
务可靠性。此时可以直接用SDH系统以点到点或环形拓扑形式与用户相连。
      ·可以增加传输带宽，改进网管能力，简化维护工作，降低运行维护成本。
      ·SDH的固有灵活性使网络运营者可以更快更有效地提供用户所需的长期和短期业
务需求以及组网需要。对于发展极其迅速的蜂窝通信系统采用SDH系统尤其适合，它可以
迅速灵活地提供所需的2Mb/s透明通道。
    当然，考虑到接入网对成本的高度敏感性和运行环境的恶劣性，适用于接入网的SDH
设备必须是高度紧凑，低功耗和低成本的新型系统。目前已有若干厂家研制出专用于接
入网的SDH设备，其应用市场前景看好。
    为了更充分地利用SDH的优势，需要将SDH进一步扩展至低带宽用户，特别是无线用
户，提供64Kb/s等级的灵活性并能综合进现有和新的业务传送平台。具体实施方法可以
有多种，使用STM－0子速率连接（Sub STM－O）对于小带宽用户是一种经济有效的方案，
同时又能保持全部SDH管理能力和功能。目前ITU一T第15研究组已开发了一个新的建议
G.708，规定了两种接口，即传送TUG－2的接口sSTM－2n和传送TU－12的接口sSTM－1k。
sSTM－2n接口可适用于光纤、金属线和无线传送技术。当n＝1时，信号速率为7.488Mb/S。
当n＝2时，信号速率为14.4Mb/S。当n＝4时，信号速率为28.224Mb/s。当采用sSTM－1k接
口时，k值限于1，2，4，8和16，且主要适用于无线传送技术。其速率则分别为2.88Mb/s，
5.184Mb/s，9.792Mb／s，19.O08Mb/S和37.44Mb/S。届时SDH将进一步向用户推进，在接
入网领域占据更大的份额。
    接入网用SDH的最新发展趋势是支持IP接入，目前至少需要支持以太网接口的映射，
于是除了携带话音业务量以外，可以利用部分SDH净负荷来传送IP业务，从而使SDH也能支
持IP的接入。支持的方式有多种，除了现有的PPP方式外，利用VC12的级联方式来支持IP
传输一种效率较高的方式。
    3．以ATM为基础的无源光网络（APON）
    一个ATM化的无源光网络（APON）可以通过利用ATM的集中和统计复用，再结合无源
分路器对光纤和光线路终端的共享作用，使成本可望比传统的以电路交换为基础的PDH/
SDH接入系统低20%－40%。因此，从长远的观点看，面对日益丰富多彩的多媒体业务和
呈爆炸式增长的IP业务的压力，APON可能是一种结合ATM多业务多比特率支持能力和无
源光网络透明宽带传送能力的比较理想的长远解决方案，代表了面向21世纪的宽带接
入技术的最新发展方向。正因为如此，ITU－T对其显示了很大的兴趣，以很短的时间
就完成了G.983建议，设备厂家则计划在1999年下半年开发出符合标准的APON系统。
    目前的G.983建议草案规定ATM－PON中数字信号的标称比特率应该是8KHz的整数倍，
其标称线路速率有两种：可适用于FTTCab/C/B/H的对称155. 52Mb/s与适用于FTTCab/C
/B的非对称速率（下行622.O8Mb/S，上行155.52Mb/S）。其双向传输方法主要有两种，
第一种采用单纤波分复用方式；第二种采用单向双纤空分复用方式，工作在1310nm区
以便充分利用低成本的光源。
    APON能否大量应用的一个重要因素是价格问题。首先，由于APON的标准化时间比较
适宜，尚无正式产品问世，因而有可能对很多参数达成一致，提供比窄带PON标准化程
度高得多的系统系数要求，从而可能达到大规模生产和较低成本的要求；其次，若能将
分离的光元件实现集成有可能最终将成本减少10倍；再有，若能将年生产量提高到百万
单元，则某些芯片制造成本可望降低1O倍。根据目前大力推动APON的由世界14个主要网
络运营者（诸如日本NTT、美国南方贝尔等）组成的FSAN集团的市场来估计，要达到年
产百万单元的目标是有可能的；最后，由于APON是无源系统，因而使安装、开通和维护
运营成本大为降低。APON的目标价格是窄带PON的1.5倍，但提供的业务范围和业务质量
将远优于窄带PON。预计不久就会有产品问世，初期主要是专线业务，以后逐步扩展至
其他业务，成为名副其实的全业务接人网系统。
    五、固定无线接入
    固定无线接入技术以其特有的无须敷设线路、建设速度快、受环境制约少、初期投
资省、安装灵活、维护方便等特点而成为接入网领域的新军。特别是45OMHz无线接入系
统特有的衍射能力，可适用于我国广大农村地区和林区。
    主要的宽带固定无线接入技术有三类，即已经投入使用的多路多点分配业务（MMD5）
和直播卫星系统（DBS）以及正在做现场试验的本地多点分配业务（LMDS）。前两者已为
人熟知，而LMDS则是刚刚兴起，近来才逐渐成为热点的新兴宽带无线接入技术。
    LMDS工作在毫米波波段，大致在28GHz附近。由于这一频段的技术实现难度很大，因
而过去很少应用，频谱较为宽松，可用频带至少1GHz。
    典型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2－5公里。覆盖区相互重迭，每一蜂窝
的覆盖区又可以划分为多个扇区，可根据用户需要在该扇区提供特定业务。这种模块式
结构使网络扩容很灵活方便。为了减少设备成本和改进质量，初期的应用可能是模拟调
频电视分配业务，每路2OMHz，约50路。下一步再逐步实现数字调制通路和提供数据和其
它业务。原理上，LMDS可以提供从电视分配业务和电话到全交换式宽带多媒体业务在内
的所有业务。但最有利的机会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，从而可望在企事业用户市场上分流部分利润。只用于
单向模拟分配电视业务时，其成本可望小于MMDS的一半。如果仅用于话音则可以支持6
万个电话用户。
    LMDS系统尚处于现场试验阶段，能否发展在很大程度上取决于能否开发出低成本的
28GHz收发机来。另外，LMDS只能视距传输，为了避免阻挡，枢纽站可能不得不设置在
高于地面15至2O米处，这在有些环境下应用不利。
    总的看，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，不仅敷设开通快，维护简单，用户较密时成本低，而且改变了本地电信业务的传统
观念，最适于新的本地网竞争者与传统电信公司与有线电视公司展开有效竞争，也可以
作为电信公司有线接入的重要补充而得到应有的发展。
    六、国内发展情况和主要问题
    我国接入网的发展已进入了高速增长期，几年来已敷设了接近1000万线的接入网系
统。发展重点主要是具有开放型V5接口的有源光接入网，特别是综合的数字环路载波系
统（IDLC）。在某些地区无源光网络（PON）也有相当的发展。近来，ADSL和Cable M0dem
也开始了一定规模的商用。但总体上看，我国接入网在现阶段仍主要是以电话业务为主
的窄带方式，宽带方式刚刚启步。近二年来我国因特网的高速发展将会改变这一模式，
促进宽带接入网发展高潮的提前到来。
    从制造业的角度看，我国电信制造业发挥独立自主，奋力拼搏的精神在较短的时间
内，继程控交换机后在窄带有源光接入网领域又一次实现了群体突破。以华为和中兴通
信为代表的民族电信企业已占据了接入网市场的90％以上的份额。我国P0N系统也已研制
成功并开始了应用。但在宽带接入网技术的研发方面则处于明显落后态势，需要奋起直追。
    六、结束语
    在向21世纪信息社会的进军中，接入网一特别是宽带接入网不仅成为电信网必须尽
快妥善解决的”瓶颈”，而且也成了未来国家信息基础设施（Nil）的发展重点和关键。
其市场之大，前所未有，吸引了所有制造商，运营公司和业务提供者的注意。同时其对
管制，技术，业务和成本的高度敏感性也往往使人困惑和却步。简言之，谁能妥善地解
决好接入网问题，谁就能在未来的市场竞争中赢得主动，并能在下一世纪的信息高速公
路的竞赛中处于优胜者地位，这就是接入网时代的基本含义。