寬帶接入技術(shù)

相關(guān)專題: 無(wú)線
寬帶接入技術(shù)

為了提高接入網(wǎng)的接入帶寬和改善接入網(wǎng)的傳輸性能,世界上各電信設(shè)備制造廠商已經(jīng)研究并開(kāi)發(fā)了利用各種傳輸媒質(zhì)和先進(jìn)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的多種高速接入技術(shù)?偟膩(lái)看,這些寬帶接入技術(shù)可以分為有線接入和無(wú)線接入。隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展,寬帶無(wú)線接入技術(shù)已經(jīng)成為一種新的不可忽視的寬帶接入發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)有線接入技術(shù)而言,根據(jù)傳輸媒質(zhì)的不同,寬帶有線接入技術(shù)可以分為銅線接入技術(shù)和光纖接入技術(shù)兩大類。



一、銅線接入技術(shù)

在傳統(tǒng)的線路基礎(chǔ)設(shè)施中,各地已經(jīng)鋪設(shè)了大量的銅纜,并且引入到千家萬(wàn)戶中。為了繼續(xù)發(fā)揮銅纜的作用,盡可能地向用戶提供寬帶和高速業(yè)務(wù),已經(jīng)出現(xiàn)了利用銅纜來(lái)提供高傳輸速率的新技術(shù)。目前,研究比較集中、競(jìng)爭(zhēng)性較強(qiáng)的兩個(gè)銅纜新技術(shù)是xDSL和有線調(diào)制解調(diào)器(CABLE MODEM)。



1.xDSL技術(shù)

xDSL技術(shù)按上行和下行的速率是否相同可分為速率對(duì)稱型和速率非對(duì)稱型兩種。速率對(duì)稱型的xDSL有IDSL,HDSL、SDSL Single line DSL、HDSL2等多種形式,HDSL采用2對(duì)雙絞銅線實(shí)現(xiàn)雙向速率對(duì)稱通信。SDSL的功能與HDSL相同,但僅用一對(duì)銅線即可提供速率對(duì)稱型通信。IDSL(ISDN DSL)提供128 kbit/s雙向速率對(duì)稱型通信業(yè)務(wù)。非對(duì)稱型的xDSL有ADSL(Asymmetric DSL)、G.lite ADSL和VDSL(Very high bit rate DSL)等。



ADSL是一種新的在一對(duì)雙絞線上同時(shí)傳輸電話業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)信號(hào)的技術(shù),它屬于速率非對(duì)稱型銅線接入網(wǎng)技術(shù),并且可以在一對(duì)用戶線上進(jìn)行上行達(dá)640kbit/s,下行達(dá)1.5~8Mbit/s速率的傳輸。由于ADSL能夠很好地適應(yīng)Internet業(yè)務(wù)非對(duì)稱性的特點(diǎn),所以在眾多的xDSL技術(shù)中是一種最有希望能夠解決高速Internet接入的技術(shù)。另外,ADSL采用了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)來(lái)減少線路損傷對(duì)傳輸性能的影響。



G.DMT ADSL采用了離散多音頻調(diào)制(DMT)技術(shù),又稱多載波調(diào)制,是一種正交的頻分復(fù)用技術(shù)。其最大優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)的發(fā)送和接收均可以利用高效的快速傅立葉變換(FFT)和反變換(IFFT)來(lái)完成QAM信號(hào)與數(shù)字形式的副載波信號(hào)之間的變換。DMT的基本方法是將全頻道分成256個(gè)子信道,并且根據(jù)子信道的瞬時(shí)衰減特性、群延時(shí)特性和噪聲特性,把輸入數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)地分配給它們。同時(shí),DMT將不能發(fā)送數(shù)據(jù)的子信道關(guān)閉。對(duì)可以發(fā)送數(shù)據(jù)的子信道,則按其瞬時(shí)特性,在1個(gè)碼元包絡(luò)發(fā)送2~15比特信息,并且使用數(shù)字信號(hào)處理器在必要的時(shí)間調(diào)整參數(shù)。這種動(dòng)態(tài)分配數(shù)據(jù)的技術(shù)使頻帶利用率大大提高,將誤碼和噪聲減至最小,提高了系統(tǒng)的傳輸容量。由于子信道的頻帶很窄,其電纜特性可以近似地被認(rèn)為是線性的,所以脈沖混疊可以被減小到最低程度。盡管來(lái)自脈沖干擾的能量會(huì)影響信號(hào)的接收,但是采用FFT可以將這種影響擴(kuò)展到FFT窗口內(nèi)的各子信道內(nèi),所以其影響大大減輕。



另外,ADSL采用了信道估計(jì)技術(shù)。在開(kāi)始建立傳輸時(shí),通過(guò)發(fā)送雙方預(yù)知的信道訓(xùn)練序列,在接收端測(cè)試誤碼率或者信噪比,對(duì)雙絞線線路的性能進(jìn)行測(cè)試,從所測(cè)試的數(shù)據(jù)確定出一個(gè)信道模型,再根據(jù)信道性能的好壞,決定傳輸速率。這個(gè)測(cè)試過(guò)程就稱作信道估計(jì)。



ADSL采用一個(gè)較短的時(shí)域均衡器,并且在傳送信號(hào)的每個(gè)字符塊前加入循環(huán)前綴,用以消除信號(hào)間串?dāng)_。為了更好地抑制脈沖噪聲,ADSL不僅采用Reed Solomon前向糾錯(cuò)碼,而且還采用附加的格柵編碼技術(shù)。就性能而言,DMT是一種較理想的ADSL調(diào)制方式,它的信噪比最高,抗噪聲能力強(qiáng),傳輸速率高,傳輸距離遠(yuǎn)。



雖然ADSL采用先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)、編碼調(diào)制技術(shù)和糾錯(cuò)技術(shù),但是在推廣ADSL業(yè)務(wù)時(shí),用戶線路的許多特性,包括線路上的背景噪聲、脈沖噪聲、線路的插入損耗、線路間的串?dāng)_、線徑的變化、線路的橋接抽頭、線路接頭和線路絕緣等因素將影響高速率傳輸業(yè)務(wù)的性能。首先,銅線的插入損耗將隨著線路距離的增加而成比例地增加,并且在同一距離下各子信道的插入損耗也發(fā)生變化,這個(gè)因素和線路固有的背景噪聲、脈沖噪聲、調(diào)制解調(diào)器的接收靈敏度將一起作用,這就決定了限制在單用戶線上ADSL所能夠傳輸?shù)淖畲缶嚯x。其次,在同一條電纜中開(kāi)多條ADSL業(yè)務(wù),或者存在其它高速傳輸業(yè)務(wù),例如HDSL、ISDN時(shí),線路間的串?dāng)_將嚴(yán)重影響ADSL的業(yè)務(wù)性能和傳輸速率,其結(jié)果是ADSL傳輸速率下降或者其最大傳輸距離縮短,影響了ADSL的開(kāi)通率。測(cè)試表明,在同一電纜中,以25對(duì)雙絞線為一組的基本單位內(nèi)的線路串?dāng)_最大,而一對(duì)雙絞線對(duì)不同基本單位內(nèi)的線路串?dāng)_較小,所以同一基本單位內(nèi)線對(duì)之間的串?dāng)_是影響ADSL業(yè)務(wù)開(kāi)通率的主要因素。第三,線對(duì)線徑的改變、線路的縱向平衡性、線路的絕緣性能和線路接頭的性能都將影響線路的插入損耗、引入附加噪聲,從而降低ADSL的傳輸速率,影響ADSL的傳輸性能。第四,線路的橋接抽頭將顯著地改變線路插入損耗的頻響特性和相頻特性,特別是接收端附近的橋接抽頭將導(dǎo)致某些子信道無(wú)法使用,所以在使用ADSL時(shí),一定要檢測(cè)線路上的橋接抽頭,并盡可能地去除橋接抽頭。應(yīng)特別注意的是,在接收端附近不能夠有任何形式的橋接抽頭。另外,電話的振鈴、摘掛機(jī)等引起的脈沖干擾、周圍環(huán)境溫濕度的變化均將影響ADSL的傳輸性能。



ADSL是一種很有希望的寬帶接入技術(shù),特別是G.lite ADSL,但是在提供ADSL業(yè)務(wù)時(shí),應(yīng)注意包括用戶引入線和局內(nèi)線等在內(nèi)的、各種影響ADSL傳輸性能的因素。



2.CABLE MODEM技術(shù)

CableModem是一種通過(guò)CATV網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)接入的新技術(shù),它可接收10~30Mbit/s的下行數(shù)據(jù)。由于它傳輸速率高,不占用電話線路,并且它所需要的CATV網(wǎng)的覆蓋面積廣、費(fèi)用低廉,因此已成為一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的寬帶接入技術(shù)。



CableModem采用了測(cè)距技術(shù)來(lái)控制系統(tǒng)內(nèi)的同步和發(fā)射功率。終端啟動(dòng)后,CableModem發(fā)送一短消息給頭端,然后測(cè)量發(fā)送與接收消息之間的時(shí)間間隔,以判定它與頭端之間的距離。為了實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定時(shí)發(fā)送,所有的終端設(shè)備必須擁有一個(gè)系統(tǒng)級(jí)的時(shí)鐘,以便每一個(gè)CableModem確定其發(fā)送時(shí)間。



CableModem的下行信道采用了QAM的調(diào)制方式,而在上行信道上,為了更好地抑制噪聲干擾,通常采用抗干擾性能較好的QPSK或者S-CDMA調(diào)制技術(shù)。另外,為了更進(jìn)一步改善傳輸性能,CableModem還采用了交織技術(shù)和前向糾錯(cuò)技術(shù)。



雖然CableModem與HFC配合,是將CATV網(wǎng)改造成為視頻數(shù)據(jù)混合通信網(wǎng)的一種可能選擇,但HFC采用副載波頻分復(fù)用方式,必須進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換才能傳輸,所以傳輸質(zhì)量將受到影響。第二,因?yàn)閭鹘y(tǒng)的同軸電纜網(wǎng)是單向分配式網(wǎng)絡(luò),為了能夠進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸,必須對(duì)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向改造。第三,CableModem容易受到噪聲干擾,特別是上行信道易受噪聲"漏斗"效應(yīng)的影響以及頻帶窄從而引起信號(hào)間的串?dāng)_。在HFC網(wǎng)絡(luò)中,上行信道采用5~42MHz的頻帶,雖然這一頻帶具有良好的衰減特性,但是因?yàn)槠渌⻊?wù)也采用這一頻帶,所以引入噪聲成了一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題,并且這個(gè)噪聲將逐步積累,嚴(yán)重地影響CableModem的傳輸性能。另外,CableModem的另一個(gè)問(wèn)題是,其總的帶寬由所有用戶共享,當(dāng)同時(shí)使用的用戶的數(shù)目增加時(shí),則每一個(gè)用戶所能夠獲得的帶寬就減少。



二、光纖接入技術(shù)

利用光纖作為傳輸媒質(zhì)的寬帶接入網(wǎng)一般可以分為寬帶無(wú)源光網(wǎng)絡(luò),寬帶有源光網(wǎng)絡(luò)(APON)和光纖/同軸電纜混合網(wǎng)絡(luò)(HFC)。



1.寬帶無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(APON)

APON是在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中采用ATM傳送技術(shù),利用SDH幀結(jié)構(gòu)傳送各種寬帶和窄帶業(yè)務(wù)的信元,業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口采用STM-N接口。



由于ATM具有統(tǒng)計(jì)復(fù)用功能,故可以在APON中對(duì)寬帶業(yè)務(wù)進(jìn)行集中傳輸。這種系統(tǒng)所要求的總比特率取決于網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)傳遞的統(tǒng)計(jì)分布,比特率的利用率較高。



在無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)中,OLT到ONU的下行信號(hào)的傳輸過(guò)程較為簡(jiǎn)單,一般在OLT將需要發(fā)送到各ONU的信息采用時(shí)分復(fù)用的方式組成復(fù)幀送到饋線光纖,通過(guò)無(wú)源光分路器以廣播的方式發(fā)送到每一個(gè)ONU,ONU收到下行復(fù)幀信號(hào)后分別取出屬于自己的那一部分信息。目前APON系統(tǒng)在上行信道中采用時(shí)分多址的接入方式,它對(duì)光性能方面的要求不高,但它要求更復(fù)雜的電子設(shè)備,如要求復(fù)雜的同步定時(shí)、測(cè)距和延時(shí)控制技術(shù),以避免上行信息分組產(chǎn)生碰撞。



首先,APON要解決的問(wèn)題是測(cè)距問(wèn)題。由于APON中各ONU與OLT之間的物理距離各不相同,并且其傳輸距離也會(huì)由于環(huán)境溫度的變化和光電器件的老化等因素而發(fā)生動(dòng)態(tài)的改變,引起上行傳輸時(shí)延差異造成各ONU的上行時(shí)隙重疊,從而導(dǎo)致不同的ATM信元流發(fā)生碰撞。因此引入測(cè)距技術(shù)對(duì)時(shí)延差異進(jìn)行補(bǔ)償,以確保不同OUN所發(fā)出的信號(hào)能夠在OLT處準(zhǔn)確地復(fù)用到一起。測(cè)距包括靜態(tài)測(cè)距和動(dòng)態(tài)測(cè)距,在ONU安裝調(diào)測(cè)階段進(jìn)行靜態(tài)粗測(cè),確定對(duì)物理距離差異的固定時(shí)延補(bǔ)償;ONU在正常運(yùn)行過(guò)程中一直進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)精測(cè),以校正由于環(huán)境溫度變化和器件老化等因素引起的動(dòng)態(tài)時(shí)延漂移。



APON需要解決上行信道中突發(fā)信元快速同步的問(wèn)題。雖然采用了測(cè)距技術(shù),但是各ONU到達(dá)OLT處的比特流仍存在一定的相位漂移,所以必須采取快速同步的技術(shù),將OLT的接收時(shí)鐘同步到當(dāng)前所接收的、來(lái)自某一ONU的比特流。在上行幀的每個(gè)時(shí)隙里有3字節(jié)開(kāi)銷,防衛(wèi)時(shí)間用于防止微小的相位漂移損害信號(hào),前置比特圖案則用于同步獲取。OLT在接收上行幀時(shí),搜索同步圖案,并以此快速獲取碼流的相位信息,達(dá)到比特同步;然后根據(jù)定界圖案確定ATM信元的邊界,完成字節(jié)同步。OLT必須在收到ONU上行突發(fā)的前幾個(gè)比特內(nèi)實(shí)現(xiàn)比特同步,才能恢復(fù)ONU的信號(hào)。同步獲取可以通過(guò)將收到的碼流與特定的比特圖案進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了提高快速同步的速度,可以利用多相位的時(shí)鐘,采用并行的滑動(dòng)相關(guān)搜索方法,來(lái)選擇最佳時(shí)鐘源。



另外,APON還需要解決突發(fā)發(fā)送和接收的技術(shù)關(guān)鍵問(wèn)題。每個(gè)ONU到OLT接收機(jī)的傳輸損耗不同,因此所接收到的上行光功率將存在較大的動(dòng)態(tài)范圍。一方面,接收機(jī)必須具有自適應(yīng)功能,能以最快速度動(dòng)態(tài)調(diào)定"0"、"1"bit電平判決門限;另一方面, ONU的發(fā)射機(jī)應(yīng)該采取-定的措施減小和補(bǔ)償突發(fā)時(shí)延,其光突發(fā)發(fā)送電路要求能夠非?焖俚亻_(kāi)啟和關(guān)斷激光器,迅速發(fā)送信號(hào),所以,它需要使用響應(yīng)速度很快的激光器。



2.寬帶有源光網(wǎng)絡(luò)

寬帶有源光網(wǎng)絡(luò)采用ATM傳送技術(shù),利用SDH幀結(jié)構(gòu)在光纖傳輸環(huán)上傳送各種寬帶和窄帶業(yè)務(wù)的信元,業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口采用STM-N接口。



雖然SDH傳輸技術(shù)正在廣泛地應(yīng)用于核心級(jí)網(wǎng)絡(luò)中,但是因?yàn)樗捎脮r(shí)分復(fù)用的機(jī)制,帶寬的顆粒度太大,帶寬分配不靈活,不適合于接入網(wǎng)中用戶數(shù)量多、帶寬需求不確定等特點(diǎn),所以SDH技術(shù)在接入網(wǎng)中的應(yīng)用受到一定的限制。利用ATM技術(shù)來(lái)傳送這些業(yè)務(wù)時(shí),就能夠根據(jù)所需要的業(yè)務(wù)質(zhì)量級(jí)別(QoS)和需要傳輸?shù)膶?shí)際業(yè)務(wù)量來(lái)按需分配帶寬。



寬帶有源光網(wǎng)絡(luò)是在SDH環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上傳輸ATM信元,因而具有環(huán)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的自愈功能。同時(shí)在傳輸環(huán)上還可以對(duì)不同用戶的業(yè)務(wù)進(jìn)行合并,再連接到ATM交換機(jī)上,所以可以占用很少的ATM交換機(jī)端口,從而能夠以較少的交換機(jī)端口數(shù)目支持大量的用戶。



另外,ATM信元在SDH環(huán)網(wǎng)中傳輸,其帶寬由環(huán)網(wǎng)上的所有節(jié)點(diǎn)單元所共享。其部分信元可以被預(yù)留給某些對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的業(yè)務(wù),其它信元可以根據(jù)環(huán)網(wǎng)上各節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)量的動(dòng)態(tài)變化和根據(jù)各用戶的業(yè)務(wù)類別,動(dòng)態(tài)地分配到各節(jié)點(diǎn)和各用戶,所以它既能夠很好地適應(yīng)QoS要求高的業(yè)務(wù),也能夠很好地適應(yīng)突發(fā)業(yè)務(wù)的傳輸。



3.混合光纖同軸網(wǎng)(HFC)

混合光纖同軸網(wǎng)的概念最初是由Bellcore提出的。它的基本特征是在目前有線電視網(wǎng)的基礎(chǔ)上,以模擬傳輸方式綜合接入多種業(yè)務(wù)信息,可用于解決CATV、電話、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的綜合接入問(wèn)題。HFC主干系統(tǒng)使用光纖,采取頻分復(fù)用方式傳輸多種信息;配線部分使用樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同軸電纜系統(tǒng),傳輸和分配用戶信息。



HFC采用副載波頻分復(fù)用方式,各種圖象、數(shù)據(jù)和語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)調(diào)制解調(diào)器同時(shí)在同軸電纜上傳輸。典型地,低頻端的5~42MHz頻帶安排為上行通道,即所謂的回傳通道。50~1000MHz均用于下行信道。其中50~550MHz頻段用來(lái)傳輸現(xiàn)有的模擬CATV信號(hào),每一通路的帶寬為6~8MHz,因而總共可傳輸各種不同制式的電視信號(hào)60~80路。550~750MHz頻段允許用來(lái)傳輸附加的模擬CATV信號(hào)或數(shù)字CATV信號(hào),或者數(shù)據(jù)信號(hào)。 從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,HFC網(wǎng)計(jì)劃提供的是所謂全業(yè)務(wù)網(wǎng),即以單個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供各種類型的模擬和數(shù)字業(yè)務(wù)。用戶數(shù)可以從500戶降到25戶,實(shí)現(xiàn)光纖到路邊。最終用戶數(shù)可望降到1戶,實(shí)現(xiàn)光纖到家,從而提供了一條通向?qū)拵ㄐ诺男峦緩健?



HFC適用于廣播業(yè)務(wù),但對(duì)于開(kāi)發(fā)雙向的、交互式業(yè)務(wù)存在嚴(yán)重的缺陷:1樹(shù)支形結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)可靠性較差,干線上每一點(diǎn)或每個(gè)放大器的故障對(duì)于其后的所有用戶都將產(chǎn)生影響,系統(tǒng)難以達(dá)到象公用電話網(wǎng)那樣的高可靠性。2限制了對(duì)上行信道的利用。原因很簡(jiǎn)單,成千上萬(wàn)個(gè)用戶必須分享同一干線上的有限帶寬,同時(shí)在干線上還將產(chǎn)生嚴(yán)重的噪聲積累;情況嚴(yán)重時(shí),甚至連模擬電話業(yè)務(wù)也難以提供。3HFC屬于模擬傳輸技術(shù),與整個(gè)電信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化、光纖化的發(fā)展趨勢(shì)不相吻合。4HFC的帶寬由用戶所共享,存在帶寬競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題,所以當(dāng)HFC所服務(wù)的用戶數(shù)目增加時(shí),每一個(gè)用戶所能夠獲得的HFC帶寬就迅速下降。

   
微信掃描分享本文到朋友圈
掃碼關(guān)注5G通信官方公眾號(hào),免費(fèi)領(lǐng)取以下5G精品資料
  • 1、回復(fù)“YD5GAI”免費(fèi)領(lǐng)取《中國(guó)移動(dòng):5G網(wǎng)絡(luò)AI應(yīng)用典型場(chǎng)景技術(shù)解決方案白皮書(shū)
  • 2、回復(fù)“5G6G”免費(fèi)領(lǐng)取《5G_6G毫米波測(cè)試技術(shù)白皮書(shū)-2022_03-21
  • 3、回復(fù)“YD6G”免費(fèi)領(lǐng)取《中國(guó)移動(dòng):6G至簡(jiǎn)無(wú)線接入網(wǎng)白皮書(shū)
  • 4、回復(fù)“LTBPS”免費(fèi)領(lǐng)取《《中國(guó)聯(lián)通5G終端白皮書(shū)》
  • 5、回復(fù)“ZGDX”免費(fèi)領(lǐng)取《中國(guó)電信5GNTN技術(shù)白皮書(shū)
  • 6、回復(fù)“TXSB”免費(fèi)領(lǐng)取《通信設(shè)備安裝工程施工工藝圖解
  • 7、回復(fù)“YDSL”免費(fèi)領(lǐng)取《中國(guó)移動(dòng)算力并網(wǎng)白皮書(shū)
  • 8、回復(fù)“5GX3”免費(fèi)領(lǐng)取《R1623501-g605G的系統(tǒng)架構(gòu)1
  • 本周熱點(diǎn)本月熱點(diǎn)

     

      最熱通信招聘

      最新招聘信息

    最新論壇貼子