宽带接入方式比较及关键实现技术探讨.docx
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宽带接入方式比较及关键实现技术探讨
目录
1引言3
2宽带接入方式介绍4
2.1最初的网络接入方式4
2.2基于混合光纤同轴接入技术5
2.3xDSL技术铜线宽带接入6
2.3.1HDSL与SDSL技术6
2.3.2VDSL6
2.3.3ADSL与G.lite7
2.3.4HomePNA8
2.3.5IM-DSL8
2.4Ethernet以太网接入技术9
2.5光纤接入技术10
2.5.1SDH技术的有源光接入10
2.5.2无源光网络PON10
2.5.3FSO技术12
2.6宽带无线接入技术12
3总结15
摘要：
本文介绍了骨干网与接入网络的概念，阐述多种当今使用的几种宽带接入技术并且分析了当前各种宽带接入实现技术。
宽带接入技术的研究和开发将会随着数据和多媒体业务的发展、网络的宽带化、光纤化变得越来越明显，进而也就成为目前通信领域的一个热点。
从目前的发展看来，三种不同体系的宽带接入技术：
xDSL（特别是ADSL）、CableModem与HFC、Ethernet、无线宽带接入、光纤接入技术会成为宽带接入网的关键技术，而作为宽带接入技术的PON和SDH也会在相应的领域内得到发展。
随着社会的发展，生产生活的雪要及人们日益增长的需求，促使网络向高带宽、高速率、低延时、高可靠的方向发展，宽带接入网作为网络的一部分，也必需采取措施不断变革中，这就需要了解各种流行的宽带接入方式及关键的实现技术，先进的技术促进成本的不断下降，满足不断发展的互联网新业务和更高带宽的要求，纵览各种网络的宽带接入技术，其中都有很大的发展在不同的领域。
关键词：
接入网络光纤同轴混合HFC光网络接入以太网接入无线接入
Abstract:
Thispaperintroducesthebackbonenetworkandaccessnetworkconcept,elaboratedavarietyoftoday'suseofseveralbroadbandaccesstechnologyandanalysedthevariousbroadbandaccesstechnology.Broadbandaccesstechnologyresearchanddevelopmentwillbewiththedataandmultimediaservices,thedevelopmentofbroadbandnetworks,fiberopticmechanizationhasbecomemoreandmoreobvious,andhasbecomeahotspotofcurrentcommunication.Fromthecurrentdevelopmentlooks,threekindsofdifferentsystemofbroadbandaccesstechnology:
xDSL（especiallyADSL）,CableModemandHFC,Ethernet,wirelessbroadbandaccess,opticalfiberaccesstechnologywillbecomethekeytechnologyofbroadbandaccessnetwork,andasthebroadbandaccesstechniqueofPONandSDHwillalsobeinthecorrespondingfielddevelopment.Withthedevelopmentofsociety,theproductionandlifeofthesnowandthegrowingneedsofpeople,promptedthenetworktothehighbandwidth,highspeed,lowdelay,highreliabledirection,broadbandaccessnetworkaspartofthenetwork,alsomusttakemeasurestocontinuouslyreform,whichrequiresanunderstandingofavarietyofpopularbroadbandwayofaccessandkeytherealizationoftechnology,advancedtechnologytopromotecostdecreases,meetthedevelopmentofnewInternetservicesandhigherbandwidthrequirements,avarietyofnetworkbroadbandaccesstechnology,whichhasgreatdevelopmentindifferentareas.
Keywords:
accessnetworkhybridfibercoaxialHFCOpticalnetworkaccessEthernetaccesswirelessaccess
1引言
随着光通信技术的发展，通信距离已经“死亡”，网络传输带宽瓶颈已经成为过去，基于光纤传输技术的骨干网带宽变得十分宽裕，然而网络的接入方式却仍然是以为窄带方式，限制了宽带交换式多媒体业务、宽带视频业务、带宽按需分配和带宽出租等新一代电信增值业务的发展。
直到近些年各种宽带接入方式才不断地涌现出来，促进了网络的应用与推广。
简单地说，通信网分为3部分：
核心网、接入网和用户驻地网。
接入网与核心网构成电信公网。
两者是基于功能的划分，接入网负责屏蔽用户的多样性接入，核心网负责业务处理，这极大地简化了网络的体系结构。
但是随着今年来宽带城域网技术的发展，核心网进一步划可分为骨干网（核心层）和城域网（汇聚层）。
所谓边缘网络是一个及其松散的概念，目前还没有一个统一的说法，从广义上说，电信网将整个网络划分为骨干网和除用于传输的骨干网以外的网络。
这样骨干网可以专注于如何提高业务传输性能和网络的生存性，而将具有业务智能化的高速路由器和交换机移到网络的边缘，促进了电信运营业务的拓展和多样化趋势。
因此我们往往考虑接入层面网络。
目前宽带城域网解决方案十分活跃，有基于SONET／SDH的、基于ATM的，也有基于10G以太网以及MPLS和RPR（弹性分组环技术）等技术，使得带宽的利用率大提高，对电信级QOS能很好的保障，能足够的支持宽带业务的实施。
但是所谓“最后一公里”这一通信的瓶颈仍然使得终端用户未能享受到高带宽的好处，因此接入网络实施的重点就在于如何改善原有的有线接入方式以提高带宽；充分利用新的无线接入和光纤接入技术满足新建用户的高带宽需求。
骨干网技术是一种在主要连接节点之间承载快速通信流量的通信传输网络，提供了不同子网间信息交换路径，采用混合型拓扑结构，网络间设备采用任意点对任意点连接方式。
接入网技术分类比较繁杂，从接入业务的角度看，可简单地分为适用于窄带业务的接入网技术和适用于宽带业务的接入网技术。
适用于窄带业务的接入网技术主要有：
有源光网络DLC、无源光网络PON、固定无线接入WLL等，这些技术是根据不同的建设需要发展起来的，其中，DLC适用于用户比较密集的地区，PON适用于用户比较分散的地区，WLL适用于边远地区、不宜铺设光缆的地区、城市新居民区应急通话和小范围有移动要求的用户。
窄带接入网技术比较成熟。
宽带接入网技术是随着宽带业务的需求逐渐发展成熟的。
主要有基于双绞线传输的接入网技术、基于光传输的接入网技术、基于同轴电缆传输的接入网技术和基于无线传输的接入网技术。
2宽带接入方式介绍
目前主要的宽带接入技术包括：
普通Modem、N-ISDN（窄带综合业务数字网）、以同轴电缆为接入手段的基于HFC的CableModem有线电视网接入技术、基于电话铜线的xDSL接入技术HDSL（高速数字用户环路）与SDSL（对称数字用户环路）、ADSL（不对称数字用户环路）与G.lite（无分路器ADSL）、VDSL（甚高速数字用户环路）、HomePNA（家庭电话线联网联盟）、以五类超五类双绞线为接入手段的Ethernet、光纤接入技术SDH（同步数字序列）、PON（Passive无源光网络）与APON（ATM无源光网络）、IM-DSL（反向多路复接数字用户环路）、无线接入技术本地多点分配系统LMDS（LocalMultipointDistributeSystem）、多点多信道分配系统MMDS（MultipointMultichannelDistributionSystem）、无线局域网、无线城域网IEEE802.16、蓝牙及其他（如红外）等。
一般来说，任何宽带接入技术都有相应的CO（局端设备）和RT（用户端设备），但后者更具有多样性。
2.1最初的网络接入方式
普通Modem是目前实现窄带Internet接入的主要方式之一，技术成熟，最高传输速率达56kbps。
在技术上它不依赖光接入网络;在产品上包括用户所用的Modem和放在电信机房的Modem池。
由于其速率较低，正在逐步被N-ISDN和其它技术所取代。
N-ISDN，又称“一线通”也是一种成熟的、依赖光接入网络的窄带接入的铜线技术，目前主要利用2B+D来实现电话和Internet接入，典型下载速度可达64kbps，基本上能够满足目前窄带浏览的需要，是广大Internet用户提高上网速度的一种经济而有效的选择。
目前已在国内各个城市开通，用户反映良好，渐又取代普通Modom之势。
ISDN设备包括交换机和终端设备，其中终端设备种类很多，但从功能上讲，主要是ISDN网络终端、终端适配器、路由器和可视电话等功能的自由组合，同时提供不同接口（如：
ISA、PCI、RS232、USB、模拟电话口、以太网口等）以适应不同需求。
2.2基于混合光纤同轴接入技术
HybridFiberCoaxial是一种新型的宽带接入技术，采用光纤到服务区，而在进入用户的“最后1公里”采用同轴电缆。
它融数字与模拟传输为一体，集光电功能于一身，同时提供较高质量和较多频道的传统模拟广播电视节目、较好性能价格比的电话服务、高速数据传输服务和多种信息增值服务，以及交互式数字视频应用。
HFC的主要结构由模拟前端、数字前端、光纤传输网络、同轴电缆传输网络、光节点、网路接口单元和用户终端设备等技术组成。
模拟前端的主要功能是将模拟电视信号调制在HFC所规定的50～450MHz或550MHz的频段。
数字前端提供对数字图像的压缩调制、数字电话信号的调制以及用户信息的路由选择等功能。
光纤传输网络的主要作用是将所有接入到HFC的信息复用成一群信息流，然后将其变换为光信号后传送。
光节点主要进行光电和电光转换。
网络接口单元的主要作用是：
一是将电话、数据和电视信号分开，二是将这些业务信号分送到不同的用户设备。
HFC的主要优点是基于现有的有线电视网络，提供窄带、宽带及数字视频业务，因此，成本较低，将来可方便地升级到光纤到户（FTTH）。
但缺点是必须对现有有线电视网络进行改造，以提供双向业务的传送。
随着有线电视网的发展，通过CableModem（线缆调制解调器）利用有线电视网访问互联网已成为越来越受关注的一种高速接入方式。
目前新建的CATV网都采用光纤同轴混合网络，采用CableModem进行数据传输，为用户提供宽带数据业务。
利用CableModem在HFC网上为用户提供宽带服务的好处是，可利用已有的HFC网和有线电视台的机房等资源，不足之处在于需要对原有的单向HFC网进行双向改造，所需的工作较为复杂、改造成本高，在一定程度上限制了HFC技术的发展。
CableModem（线缆调制解调器）是利用有线电视网实现用户宽带数据接入的一种方法，也是混合光纤同轴网中的关键技术之一。
HFC是宽带接入技术中最早成熟和进入市场的一种，具有宽带和相对的经济性的特点。
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、使原有的550MHzCATV网扩展到750MHz双向CATV网，其中有200MHz宽带用于数据传输。
为了实现互联网接入，通常双向CATV网下行数据采用64QAM（正交调幅）调制方式，最高速率达27Mbps；若采用256QAM调制方式，最高速率则达40Mbps。
为了有效抑制上行干扰，一般选用QPSK调制，速率最高可达10M。
由于CATV网采用模拟传输协议，需要CableModem来协助完成数字数据的转化，它的空闲频带仍在传输有线电视信号。
从长远看，HFC网计划提供的是所谓FSN（FullServiceNetwork,全业务网），即以单个网络提供各种类型的模拟和数字业务，并逐步从多用户共享上述带宽过渡到单个用户独享。
2.3xDSL技术铜线宽带接入
xDSL技术主要包括ADSL、VDSL和SHDSL三种技术。
ADSL和VDSL技术都能利用普通电话铜缆，在不影响窄带话音业务的情况下，为用户提供高速数据业务，由于中国有丰富的铜缆资源，ADSL和VDSL是目前主要的宽带接入技术。
而SHDSL是一种利用电话铜缆提供上、下行高速对称数据速率的技术，主要为一些企业提供性价比较高的专线业务。
2.3.1HDSL与SDSL技术
HDSL是在无中继的用户环路网上，用无负载电话线对称地高速传输信息，典型速率2Mbps，距离达3～5km，使用两对或三对双绞铜线，不需选择线对、误码率低、采用线路码，具有良好的频谱兼容性。
目前HDSL技术已经发展得比较成熟，主要用于替代传统的T1/E1，解决分散用户宽带接入技术，为用户租用线，传送多路语音、视频和数据。
HDSL利用现有铜线用户线中的两对或三对双绞线来提供全双工的1.5/2Mbit/s数字连接能力。
其基本原理是：
局端机接收交换机来的标准一次群信号，然后加上所需的用于同步和维护的HDSL开销，进行数字信号处理和线路编码，形成具有HDSL帧的线路信号并送给双绞线传输。
在用户侧的远端机对收到的线路信号进行解码和信号处理，减小传输损伤，去掉HDSL开销并恢复标准一次群信号。
SDSL是HDSL的简化版本，使用单根双绞线，可以提供双向高速可变比特率连接，速率范围从160Kbps到2.084Mbps，在0.4mm双绞线上，最大传输距离是3公里。
HDSL/SDSL可以与FTTB/FTTC相结合。
从功能上讲，HDSL设备种类不多，各厂家设备兼容性差;SDSL成熟稍晚，产品类型也不太丰富。
2.3.2VDSL
在开发ADSL中发现，适当减少距离会大大提高传输速率，这便出现了VDSL。
VDSL系统中的上下信道频谱是利用频分复用技术分开的，编码方式有CAP（无载波幅度相位调制）、DMT和DWMT（离散小波多音频）三种。
VDSL上下行速率也是不对称的，其下行速率有3档：
13Mbps、26Mbps和52Mbips，相应传输距离为1500m、1000m和300m;上行速率一般也有3档：
1.6Mbps、2.3Mbps和19.2Mbps。
VDSL必须与FTTB、FTTC、FTTCab、FTTZ相结合使用。
在产品上，VDSL与ADSL类似，但由于VDSL技术出现比较晚，正式产品不多。
对于相对密集、中等距离、带宽需求较高的用户，可考虑采用VDSL技术。
VDSL技术利用更宽的（0.138-12MHz）频段，为用户提供高速数据业务，在近距离（几百米范围内），上下行速率分别最高可达26Mb/s和52Mb/s，在1公里左右可以支持10Mb/s上、下行对称速率。
VDSL作为ADSL技术的一种补充，主要用于提供短距离范围内的高速非对称业务和1Km左右距离内的对称数据业务。
由于VDSL技术还不成熟、设备成本较高，调制方式还存在DMT和QAM之争，使得基于QAM调制、EoVDSL方式的VDSL设备在一定范围内被商用。
2.3.3ADSL与G.lite
ADSL采用DMT调制技术、基于ATM传送模式，利用25KHz-1.104MHz频段，为用户提供上、下行非对称的宽带数据业务，最大上、下行速率分别不低于640kbps和6Mbps。
由于ADSL技术成熟，设备价格低，覆盖范围广，理论上最大传输距离可达5Km，实际使用证明3km范围内使用，能够保证较好的传输性能；再加上ADSL所提供的上、下行速率能满足普通用户的带宽需求，目前ADSL作为主流的宽带接入技术获得广泛应用，ADSL主要解决覆盖，应用于距离较长、较为分散的用户，鉴于技术的成熟性特别适合于宽带接入发展初期。
ADSL是在无中继的用户环路网上，用有负载电话线不对称地高速传输信息，HDSL/SDSL相比，避免了用户侧干扰问题，提高了传输速率，延长了传输距离。
ADSL采用DMT（DiscreteMultitone,离散多音频）线路码，下行通信可以支持的速率为1.5Mbps～8Mbps或更高，上行通信速率为16K～640Kbps或更高，模拟用户话路独立，目前已能在0.5芯径双绞线上将6Mbps信号传送3.6公里之远。
G.lite是一种简化的ADSL，以降低成本和方便用户端设备的安装。
其下行速率最高1.5Mbps，上行最高512Kbps，可不用电话分离器，最大传输距离可达5公里。
ADSL（包括G.lite）的CO端设备DSLAM（数字用户环路多路复用器）主要实现复/分接的功能，可以放在市话端局或小区，放在小区的目的是提高传输速率并可使更普遍的用户使用ADSL，这时需要光接入网的配合;用户端设备很多，从功能上讲主要包括：
不同接口（PCI、USB、以太网）的ADSLModem、适应不同需求的ADSL路由器、同时提供数据和话音的综合网关、分离器或低通滤波器。
目前，在终端产品价格上G.lite和ADSL相差不是太大，主要是在DSLAM价格上有差别，但是由于电信运营商更看中全速率的ADSLDSLAM，而目前的ADSL芯片和设备既支持全速率的ADSL，也支持G.lite，所以在实际中纯粹的G.lite产品反而不多见。
在国内，已经有广东、上海、福建、武汉等地开通了ADSL实验网。
但由于需要交纳昂贵得出装费，使用费，一般家庭用户很难承受。
2.3.4HomePNA
HomePNA是一种利用电话线组建局域网的技术，解决家庭用户的多台设备连接问题，还不能作为一种独立的宽带接入技术来看待。
从频谱来看，HomePNA物理层信号分布在5.5MHz和9.5MHz之间，中心频率是7.5MHz，数据传输速率是1Mbps;在媒体访问控制层上，HomePNA利用现有的以太网协议;在连接方式上，HomePNA技术可使网络内所有的节点按菊*链的方式连接，无需中央汇接或交换，这种连接方式有助于简化安装，还可巧妙地改变家庭电话布线随机拓扑结构。
从产品上讲，HomePNA的终端设备正在从独立的网络接口卡、PC主板上嵌入式网卡向集成到10/100M快速以太网卡上发展;为了解决接入Internet问题，HomePNA与xDSL和普通调制解调器结合，形成智能住宅网关。
2.3.5IM-DSL
IM-DSL的基本构想是建立多条xDSL链路，通过反向复用技术构成一条高速的物理链路，然后利用ATM的统计复用技术，使众多的用户能够共享这条物理通道。
显然，IM-DSL传输距离限制在2公里以内，以解决目前宽带DSL技术因传输距离有限而依赖宽带接入技术与广泛实现FTTB、FTTC和FTTZ还是有相当难度之间的矛盾。
IM-DSL技术充分利用现有的电话线，工程小，容量的可扩展性好，投资少，但目前缺少工业标准，同时受到来自HFC和光纤进一步向用户延伸的压力。
目前，还很难见到这种技术的成熟正式产品。
总的说来，xDSL技术允许多种格式的数据、话音和视频信号通过铜线从局端传给远端用户，可以支持高速Internet/Intranet访问、在线业务、视频点播、电视信号传送、交互式娱乐等。
其主要优点是能在现有90%铜线资源上传输高速业务，解决光纤不能完全取代铜线"最后一公里"的问题。
但DSL技术也有其不足之处。
它们的覆盖面有限（只能在短距离内提供高速数据输），并且一般高速传输数据是非对称的，仅仅能单向高速传输数据（通常是网络的下行方向）。
因此，这些技术只适合一部分应用。
可作为宽带接入的过渡技术。
2.4Ethernet以太网接入技术
基于以太网宽带接入技术的网络结构由局侧设备和用户侧设备组成，局侧设备一般位于小区内，用户侧设备一般位于居民楼内；或者局侧设备位于商业大楼内，而用户侧设备位于楼层内。
用户侧设备提供与用户终端计算机相接的10／100BASET接口，局侧设备提供与IP骨干网的接口，并具有汇聚用户侧设备网管信息的功能。
在基于以太网宽带接入网中，用户侧设备只有链路层功能，工作在MUX（复用器）方式下，各用户之间在物理层和链路层相互隔离，从而保证用户数据的安全性。
另外用户侧设备可以在局侧设备的控制下动态改变其端口速率，从而保证用户最低接入速率、限制用户最高接入速率，支持对业务的QoS保证。
对于组播业务，由局侧设备控制各多播组状态和组内成员的情况，用户侧设备只执行受控的多播复制，不需要多播组管理功能，局侧设备还支持对用户的认证、授权、计费（按信息量、连接时长或包月制等进行计费）和用户IP地址的动态分配，以及对用户侧设备的配置，性能优化，故障和安全管理的功能。
为了保证设备的安全性，局侧设备与用户侧设备之间采用逻辑上独立的内部管理通道，并且局侧设备不同于路由器，路由器维护的是端口网络地址映射表，而局侧设备维护的是端口主机地址映射表；用户侧设备不同于以太网交换机，以太网交换机隔离单播数据帧，不隔离广播地址的数据帧，而用户侧设备仅具有以太网帧的复用和解复用功能。
由于10M/100M以太网目前已普及、1000M以太网技术的成熟、价格低廉、目前人们只需要IP业务并对QOS要求并非十分迫切等原因，全以太网接入方案被广泛关注，其基本构想是：
建立以1000M以太网为骨干网，实现1000M以太网到大楼、路边、小区，然后通过100M以太网到大楼的楼层、或小型楼宇和居民楼，再通过10M以太网到半公室和桌面。
目前，用户使用以太网卡和5类线与楼层内设备相连;楼层内是工作在第二层的交换机（采用VLAN技术），通过普通Modem实现带外管理，并多采用远程供电;小区设备是更高吞吐量的第二层的交换机（采用VLAN技术），通过混合光缆和Modem管理楼层内的交换机并为之供电;多个小区通过光纤共享一个千兆路由器和NAT（网络地址映射）;骨干网把多个路由器连接起来，构成宽带IP城域网。
用户间的访问应通过路由器，用户管理也在路由器所在的节点处完成。
2.5光纤接入技术
宽带光纤接入技术主要有有源光接入和无源光接入方式两种，以及近期浮出水面自由空间光通信FSO宽带接入方式。
2.5.1SDH技术的有源光接入
适用于接入网的SDH具有高可靠性、灵活性、高度紧凑、低功耗和低成本。
一般来说，当要求带宽155Mbps或更高时，可以直接用SDH系统以点到点或环形拓扑形式与用户相连;当需要带宽大于34Mbps时，直接将SDHADM（Add/DropMultiplexer,分插复用器）设置在用户处用STM-1通道与STM-N服务节点相连，这种连接既可以是点对点的方式，也可以通过环结构;对于带宽要求远小于34
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