接入网向何处去

发布: 2010-10-20 14:27 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大
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接入网向何处去
1  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地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。目前波分复用系统的带宽已达400Gbit／s，太比特路由器也将问世，这种
巨大的链路和节点带宽正是实现上述战略性转变的物理基础。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，从电子函件到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，与核心网测和用户侧的
发展趋势很不协调。显然，接入网已经成为全网带宽的最后瓶颈，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。
2  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90％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。
2.1  ADSL与UADSL系统
    非对称数字用户线系统（ADSL）是一种采用离散多频青（DMT）线路码的数
字用户线（DSL）系统。其下行单工信道速率可为2.048、4.096、6.144、8.192
Mbit／s，可选双工信道速率为0、160、384、544、576kbit／s，目前已能在0.5
芯径双绞线上将6Mbit／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，实际用户已超过周万，几个本地电话
公司已计划在未来几年内敷设3000万线的系统，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30％的线对可以开ADSL。而国内只有不到10%的线对可以开ADSL。此
外，价格仍偏高。
    在ADSL尚在起飞阶段时，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
已能很好地适应国特网业务，然而其成本仍嫌偏高，用户侧设备的安装仍嫌麻烦。
一种轻便型的无分路器的ADSL标准G.992.2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1.5Mbit／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，采用了Fast-re-tain程序，
一旦检测到摘机就自动减少功率。G.992.2规定下行速率降至64kbit／s－1.5Mbi
t／s，上行速率为32－512kbit／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流览，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题。目前有关轻便型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。
2.2 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）Mbit／s，从而可容纳6至12个4Mbit／sMPEG－2信号，同时允许1.5
Mbit／s的上行速率，其传输距离则分别缩短至1000m或300m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。因而如果配线或引入线的质量尚可，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，是一种比较现实的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，其频谱安排尚未达成一致，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。
2.3 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，10Mbi
t／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。由于以太坏技
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三种调制密度，即QPSK、160AM和640AM，因而
支持的最高比特率可以从375kbit／s到10Mbit／s之间变化。另外，其发送功率
也可以按线路条件从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，
因而减少了功率和功耗，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。
3  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10Mbit／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花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500
户降到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瑞，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21.5dB，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DWDM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定带接入技
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。
4光纤接入网系统
41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入网主要
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V5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50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20－70Mhit／s，支
持几个到几十个用户，每一用户可以有高达2Mbit／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。
4.2SDH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的技术上的巨大优势带进接入网领域，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：
    ①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。
    ②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。
    ③SDH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2Mbit／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64kbit／s等级的灵活性并能综合进现有和新的业务
传送千台。具体实施方法可以有多种，使用 STM－O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－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。sS
TM－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
7.488Mbit／s。当n=2时，信号速率为14.4Mbit／s。当n=4时，信号速率为
28.224Mbit／s。当采用sSTM－1k接口时，K值限于l、2、4、8和16，且主
要适用于无线传送技术。其速率则分别为2.88Mbit／s、5.184Mbit/s、9.
792Mbit／s、19.008Mbit／s和37.44Mbit／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。
4.3  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，AP
ON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A
PON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8
kHz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
155.52Mbit／s与适用于FTTCab／C／B的非对称速率（下行622.08Mbit／s，
上行155.52Mbit／）。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参数要求，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
将成本减少到十分之一；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到原来的十分之一。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AP
ON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入网系统。
5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450MHz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（MMDS）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28 GHz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2－5km。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20MHz，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。速率可达155Mbit／c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不仅可以提供高速因特网接入，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。由于LMDS提供多点传输技术，新增用户时无须增加基站
射频设备，便于快速扩展用户，加上成本较低，最适于新的电信运营公司。
    LMDS系统尚处于现场试验和小规模商用阶段，能否大规模发展在很大
程度上取决于能否开发出低成本的28GHz收发机来。另外，必须能妥善解
决降雨影响、视距传输和抑制信号干扰。对于降雨，采用动态功率电平调
节和先进的纠错技术后仍能维持很高的链路质量。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15－20m处或采用射频中
继器反射信号绕过阻挡，这在有些环境下应用不利。信号干扰问题可以靠
仔细的频率规划来解决。
    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，最适于新的电信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。
6  以太网技术
    严格说以太网技术不属于接入网范畴，而属于用户驻地网（CPN）领域。
然而其应用领域却正在向包括接入网在内的其他领域扩展。历史上，对于
企事业用户，以太网技术一直是最流行的方法，全球用户已达1亿，目前每
年新增用户3000万。采用以太网作为企事业用户接入手段的主要原因是已
有巨大的网络基础和长期的经验知识，目前所有流行的操作系统和应用也
都是与以太网兼容的，具有性能价格比好、可扩展性、容易安装开通以及
高可靠性等。以太网接入方式与IP网很适应，技术已有重要突破（LAN交换，
大容量MAC地址存储等），容量分为10／100／1000Mbit／s三级，可按需升
级，10000Mbit／s的以太网技术也即将问世。采用专用的无碰撞全双工光
纤连接，已可以使以太网的传输距离大为扩展。完全可以满足接入网和城
域网的应用需要。目前全球企事业用户的80％以上都采用以太网接入，今
年年底会超过90％，成为企事业用户的主导接入方式。
    然而，由于计费、管理以及有源器件多等因素，以太网作为居民用户
的接入方式目前尚不适用，但其与其他技术结合的应用前景值得关切。加
拿大Canarie公司提出了2005年吉比特因特网到家（GITH）的方案，其基本
思路是使GITH成为除电话和电视以外的第三种可进入家庭的网络业务。利
用DWDM。光因特网技术和低成本吉比特以太网帧格式，可以提供从几个Mb
it／s到几个Tbit／s速率的信号，无需多业务平台，只要IP平台，简化了
网络，使其成本可以比HFC低，而比ADSL和电缆调制解调器略贵，但设备
的技术寿命和长得多。当然GITH还仅仅是方案而已，是否真有前途还有待
进一步深入研究。但有一点是有目共睹的，即源于企事业用户驻地网的以
太网正在以其原来的形式或修改的形式积极地向其他领域渗透，诸如居民
用户接入。接入网领域、城域网领域乃至广域网领域。
7  国内发展情况和问题
    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 Modem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PON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。
8  结束语
    在向21世纪信息社会的进军中，接入网，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
（NII）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。