寬帶城域網(wǎng)接入技術(shù)及其比較

<%=shijian%> 中國(guó)數(shù)據(jù) 馬艷峰 郭達(dá)
黃鸝

一、前言

隨著網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的迅速崛起和因特網(wǎng)的快速發(fā)展，人們對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、語音、數(shù)據(jù)、圖像等多媒體通信的需求日益旺盛。提供寬帶多媒體業(yè)務(wù)，已成為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商開拓市場(chǎng)的新的空間，寬帶城域網(wǎng)成為信息高速公路建設(shè)的重要部分�，F(xiàn)在基于POS、GE技術(shù)的寬帶IP網(wǎng)以及ATM網(wǎng)是寬帶城域網(wǎng)的主要核心平臺(tái)，寬帶接入技術(shù)將成為城域網(wǎng)接入的主要手段。

目前中國(guó)公眾計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)三期擴(kuò)容工程已經(jīng)于2000年底完成，骨干網(wǎng)的速率在2.5Gbps以上，省級(jí)骨干網(wǎng)以2.5Gbps為目標(biāo)的擴(kuò)容建設(shè)也在順利進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)瓶頸已經(jīng)從骨干網(wǎng)遷移到城域網(wǎng)，尤其是城域網(wǎng)的接入層。如何突破這一瓶頸，已經(jīng)成為了亟待解決重大課題，而解決這一問題的關(guān)鍵就在于采用什么樣的接入方式。因此研究寬帶城域網(wǎng)的接入方式具有非常重要的意義。

二、寬帶城域網(wǎng)的接入方式概述

從接入網(wǎng)的物理傳輸媒質(zhì)看，寬帶城域網(wǎng)接入方式主要分有線接入和無線接入兩大類，現(xiàn)有接入網(wǎng)仍以銅纜為主，光纖接入具有一定的規(guī)模，無線接入已開始應(yīng)用于接入網(wǎng)。隨著光纖/同軸電纜混合（HFC）技術(shù)的不斷推廣使用，Cable
Modem接入也成為頗有競(jìng)爭(zhēng)力的接入方式。雖然xDSL接入、Cable Modem接入、光纖接入方式和固定無線接入方式成為了寬帶城域網(wǎng)接入的熱門技術(shù)，但是仍然沒有哪種接入網(wǎng)技術(shù)能夠完全滿足電信運(yùn)營(yíng)企業(yè)的各種業(yè)務(wù)要求。因此，采用何種接入網(wǎng)技術(shù)不僅取決于該技術(shù)的成熟程度、環(huán)境因素和經(jīng)濟(jì)成本，而且取決于所面向用戶層主要業(yè)務(wù)的要求。

1、基于雙絞線的數(shù)字用戶線（xDSL）接入方式

xDSL（Digital Subscriber Line）即數(shù)字用戶線，是以銅軸雙絞線為傳輸媒質(zhì)的數(shù)字用戶環(huán)路技術(shù)的統(tǒng)稱。它采用多種調(diào)制技術(shù)，在現(xiàn)有的PSTN用戶線上引入高速傳輸技術(shù)。目前，ADSL是應(yīng)用最廣的xDSL技術(shù)。ADSL是利用已有的線纜基礎(chǔ)，在不影響正常話音業(yè)務(wù)的情況下，為用戶提供高速IP接入的非平衡傳輸技術(shù)。ADSL接入方式適用于高速的Internet接入。ADSL利用特有的調(diào)制解調(diào)硬件，通過現(xiàn)有的雙絞線連接用戶端和業(yè)務(wù)接入端。通過ADSL技術(shù)，在雙絞線上形成了三個(gè)不同速率的"管道"，高速的下行管道，中速的雙工管道和一個(gè)POTS信道。在1MHz的頻段內(nèi)，0.3~4kHz用于傳輸話音信號(hào)，4~138kHz用于傳輸?shù)退俚碾p向信號(hào)，138kHz~1MHz用于傳輸下行信號(hào)。

ADSL接入模型主要有中央交換局端模塊和遠(yuǎn)端模塊組成。中央交換局端模塊包括在中心位置的ADSL Modem（ATU-C：ADSL
Transmission Unit-Central）和接入多路復(fù)合系統(tǒng)（DSLAM：DSL Access Multi-plexer）。遠(yuǎn)端模塊由用戶ADSL
Modem （ATU-R：ADSL Transmission Unit-Remote）和濾波器組成。

2、Cable Modem接入方式

Cable Modem接入方式是在有線電視網(wǎng)（CATV）的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種寬帶接入技術(shù)。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用樹型或總線型，前端至小區(qū)光節(jié)點(diǎn)采用光纖傳輸，光節(jié)點(diǎn)到用戶端采用同軸電纜，光節(jié)點(diǎn)內(nèi)的所有用戶共享一定的帶寬。語音、數(shù)據(jù)、視頻等多媒體信息在前端經(jīng)調(diào)制后與電視射頻信號(hào)一起傳輸?shù)接脩舳耍��?jīng)過分離器提取后，數(shù)據(jù)、視頻等多媒體信息再恢復(fù)成數(shù)據(jù)包的形式。

Cable Modem系統(tǒng)建立在雙向HFC網(wǎng)絡(luò)上，下行采用64QAM或256QAM調(diào)制，一個(gè)6MHz的頻譜寬度內(nèi)速率達(dá)到27Mbps至36Mbps。上行采用QPSK或16QAM調(diào)制，在200KHz至3.2MHz范圍內(nèi)，速率可達(dá)320Kbps至10Mbps。在HFC中，信號(hào)采用頻分復(fù)用方式，在某一頻率上的信道為多個(gè)用戶共享使用。

Cable Modem系統(tǒng)通常放在有線電視前端，采用10Base-T、100Base-T或ATM
OC3等接口通過交換型HUB與外界設(shè)備相聯(lián)，并通過路由器與Internet連接或者直接聯(lián)到本地服務(wù)器，享受本地業(yè)務(wù)。Cable
Modem是用戶端設(shè)備，通過10Base-T接口與用戶的計(jì)算機(jī)相聯(lián)。一般Cable Modem有三種類型，單用戶外置式、單用戶內(nèi)置式以及SOHO（small
office/home office）型。SOHO型MODEM可用于基于HFC網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，形成小型和在家辦公系統(tǒng)（SOHO系統(tǒng)）。

3、光纖接入網(wǎng)方式

從總的發(fā)展趨勢(shì)看,在接入網(wǎng)中饋線光纖必將代替饋線電纜，直接向用戶挺進(jìn)，實(shí)現(xiàn)純光纖接入，即光纖到家（FTTH）方式。這種方式光纖直通用戶家中，一般僅需要一至二條用戶線，是長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展方向和最終的接入網(wǎng)解決方案。受光纖價(jià)格影響，目前光纖到家（FTTH）還不現(xiàn)實(shí)。隨著光纖價(jià)格的大幅度下降，光纖最終取代銅線實(shí)現(xiàn)FTTH的趨勢(shì)越來越明顯。

目前FTTH成本過高，普通用戶無力承擔(dān)。因此在實(shí)際應(yīng)用中，只能部分實(shí)現(xiàn)光纖化，光纖只到路邊的業(yè)務(wù)接入點(diǎn)(SAP)。在該處通過光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU），完成光/電轉(zhuǎn)換和分接等功能，然后通過多種方式接入用戶家中。光纖到大樓后可以采用ADSL、Cable、LAN，即FTTx+ADSL、FTTx+Cable和FTTx+LAN等方式接入用戶家中。其中FTTx+LAN方式最為經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，易于為廣大用戶接受。LAN接入采用五類非屏蔽雙絞線作為接入線路，將以太網(wǎng)插口布到桌邊，給用戶提供電話、電視和數(shù)據(jù)等寬帶接入端口。接入帶寬為10Mb/s或100Mb/s，完全能夠滿足用戶對(duì)寬帶接入的需求。

FTTx+LAN方式根據(jù)ONU的不同位置又可分為以下兩種方式。

光纖到路邊（FTTC）+LAN

在FTTC結(jié)構(gòu)中，光網(wǎng)絡(luò)單元設(shè)置在路邊的人孔或電線桿上的分線盒處，從光網(wǎng)絡(luò)單元到各個(gè)用戶之間采用雙絞線銅纜或同軸電纜。它主要適用于點(diǎn)到點(diǎn)或點(diǎn)到多點(diǎn)的樹形分支拓?fù)�，典型用戶�?shù)在128個(gè)以下，經(jīng)濟(jì)用戶數(shù)正逐漸降低至8~32個(gè)乃至4個(gè)左右。FTTC在提供2Mbit/s以下窄帶業(yè)務(wù)時(shí)仍是光接入網(wǎng)中最現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)的方案。

光纖到大樓（FTTB）+LAN

FTTB也可以看作是FTTC的一種類型，不同之處在于將光網(wǎng)絡(luò)單元直接敷設(shè)到樓內(nèi)，通常為居民住宅公寓或小企業(yè)單位辦公樓，再經(jīng)多對(duì)雙絞線將業(yè)務(wù)分送給各用戶，其光纖化程度更進(jìn)一步，因而更適于高密度，以及需提供窄帶和寬帶綜合業(yè)務(wù)的用戶區(qū)。光纖到大樓FTTB的實(shí)際應(yīng)用最為廣泛，主要提供話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。

4、固定寬帶無線接入方式

主要的寬帶無線接入技術(shù)有三類，即多路多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（MMDS）、直播衛(wèi)星系統(tǒng)（DBS）和本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）。其中LMDS最近才成為熱門的寬帶無線接入技術(shù)。

典型的LMDS由類似蜂窩配置的多個(gè)樞紐發(fā)送機(jī)組成，每個(gè)發(fā)送機(jī)經(jīng)點(diǎn)到多點(diǎn)無線鏈路與服務(wù)區(qū)的固定用戶通信。單個(gè)蜂窩的覆蓋區(qū)為二至五公里，覆蓋區(qū)相互重疊。每一蜂窩區(qū)的覆蓋區(qū)又可以劃分為多個(gè)扇區(qū)，根據(jù)用戶需要在該扇區(qū)提供特定的業(yè)務(wù)。這種模塊式結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容靈活方便。原理上，LMDS可以提供所有業(yè)務(wù)，但最有利的是提供交互式電視和高速數(shù)據(jù)。LMDS不僅可以提供因特網(wǎng)接入，而且可以用來互連局域網(wǎng)。

三、寬帶城域網(wǎng)接入方式的比較

下面我們將從線纜基礎(chǔ)、接入成本、接入帶寬、接入可靠性方面對(duì)四種寬帶城域網(wǎng)接入方式進(jìn)行對(duì)比。

1、線纜基礎(chǔ)

光纖接入網(wǎng)方式利用已經(jīng)或者正在鋪設(shè)的城市光纜，采取兩種方式到用戶：第一種是光纖直接到用戶；第二種是光纖到大樓，然后通過以太網(wǎng)雙絞線到用戶。對(duì)于絕大多數(shù)城域網(wǎng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)商來說，實(shí)際上FTTB和FTTC以太網(wǎng)接入方式的線纜基礎(chǔ)并不存在，需要大量補(bǔ)充。

ADSL接入方式具有充分的線纜基礎(chǔ)，利用現(xiàn)有的電話線，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、視頻的同步傳輸。這是ADSL方式的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

理論上，同軸電纜已經(jīng)進(jìn)入絕大部分城市家庭和部分農(nóng)村家庭，Cable Modem接入方式具有充分的線纜基礎(chǔ)，可以利用現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)實(shí)現(xiàn)IP數(shù)據(jù)的傳輸。但是，考慮到國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的同軸電纜絕大部分質(zhì)量較差，達(dá)不到Cable
Modem接入方式的要求，需要對(duì)同軸電纜進(jìn)行改造。同時(shí)，還存在著網(wǎng)絡(luò)的雙向改造問題。

寬帶無線接入方式?jīng)]有線纜基礎(chǔ)，需要配置基站。

2、接入成本

光纖接入網(wǎng)方式需在用戶樓內(nèi)配置一臺(tái)光纖收發(fā)器和一臺(tái)以太網(wǎng)交換機(jī)，并進(jìn)行五類布線。同時(shí)還需要在用戶小區(qū)中進(jìn)行光纜鋪設(shè)。但在成本上，如果該方式在一定區(qū)域內(nèi)大規(guī)模使用，其單位成本反而是最低的。以中等城市為例，假設(shè)接入10萬家庭用戶和2000集團(tuán)用戶，則每用戶接入成本約為1100元。

ADSL接入方式的接入成本包括ADSL頭端設(shè)備和ADSL調(diào)制解調(diào)器的費(fèi)用。目前每用戶投入的接入成本較高，再加上局端設(shè)備，每用戶投資約為2000~3000元。

Cable Modem接入方式每個(gè)用戶都要配置一個(gè)接入設(shè)備--線纜調(diào)制解調(diào)器，每用戶投入的接入成本較高，加上局端設(shè)備每用戶投資為2000~3000元。如果考慮同軸電纜的更新和雙向改造的成本，接入平均成本還會(huì)上浮。

寬帶無線接入成本較高。在用戶密度較高的情況下，接入成本有望降低。

3、接入帶寬

光纖接入網(wǎng)的接入帶寬為雙向10M或100Mbps，上下行總帶寬為20Mbps或200Mbps，在幾種接入方式中帶寬最大，而且輕松實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)，很容易就能達(dá)到1000Mbps。

ADSL接入帶寬為非對(duì)稱的，上行768Kbps，下行為8Mbps帶寬。上下行總帶寬約為9Mbps。后期進(jìn)行接入帶寬升級(jí)時(shí)成本較高。

Cable Modem接入方式一般在一個(gè)光節(jié)點(diǎn)內(nèi)提供1GHz的雙向總帶寬，為各個(gè)用戶共享。通常上行信號(hào)頻帶為5~42Mbit/s，用于傳輸數(shù)字化的語音和數(shù)據(jù)；下行信號(hào)頻帶為48~860Mbit/s，扣除電視占用的頻段和不適合傳輸?shù)念l段，Cable
Modem系統(tǒng)最終可用的頻率資源為300Mhz左右。由光節(jié)點(diǎn)內(nèi)所有用戶共享分配，按一般情況計(jì)算，每用戶平均分配可用雙向總帶寬不足2M。再加上調(diào)頻技術(shù)的采用、各類傳輸開銷的占用帶寬以及現(xiàn)有同軸電纜質(zhì)量較差的影響，每個(gè)用戶實(shí)際享有的有效帶寬就更小了。

固定無線接入的帶寬較高，為2.5G，甚至高達(dá)28G。

4、接入可靠性

光纖接入網(wǎng)在城域范圍內(nèi)基本上不受距離影響，無中繼傳輸距離可達(dá)100多公里，完全可以覆蓋全城范圍。光纖是一種傳輸質(zhì)量最好、抗干擾能力最強(qiáng)的傳輸媒質(zhì)，并且光纖接入網(wǎng)是一種新建的網(wǎng)絡(luò)，完全可以網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)階段把安全性考慮在內(nèi)，設(shè)計(jì)具備一定冗余度的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在接用戶小區(qū)到用戶家庭接入段，故障點(diǎn)比較少，網(wǎng)絡(luò)的安全容易得以保證。

ADSL接入受線纜質(zhì)量與距離影響較大，基站設(shè)立較多，而且由于部分采用了模擬方式，因此，抗干擾能力較差。網(wǎng)絡(luò)安全性受距離、環(huán)境的影響，需要根據(jù)實(shí)際情況具體分析。

Cable Modem接入方式采用模擬頻分多路復(fù)用技術(shù)，而主干網(wǎng)絡(luò)一般采用數(shù)字技術(shù)，增加了同步、網(wǎng)管和信令等技術(shù)難度；由于采用樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，保密性能不夠理想，上行帶寬不足，易產(chǎn)生信號(hào)的噪聲積累，即"漏斗效應(yīng)"。Cable
Modem接入方式與ADSL接入方式一樣，傳輸可靠性受線纜質(zhì)量與距離的影響較大，基站設(shè)立較多，抗干擾能力較差。

固定無線接入方式中的高G段產(chǎn)品工作在20GHz以上，受雨衰和多徑影響嚴(yán)重，覆蓋范圍也受到限制。低G段產(chǎn)品具有足夠的接入帶寬，無線電傳輸特性好，受雨衰和多徑影響較小，覆蓋范圍廣，具有寬帶無線接入的靈活性和實(shí)用性。

四、寬帶城域網(wǎng)接入方式的選擇策略

雖然光纖接入網(wǎng)方式線纜基礎(chǔ)薄弱，但在用戶集中的區(qū)域，新建網(wǎng)絡(luò)的平均用戶成本反而比較低，而且和其他兩種接入方式相比，光纖接入網(wǎng)方式的性能最穩(wěn)定、帶寬最高、接入最方便，是目前最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用高性價(jià)比的接入方式。這種方式已經(jīng)成為了一種普遍的寬帶數(shù)據(jù)接入方式，已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)光纖到大樓。在城區(qū)用戶密集的區(qū)域，應(yīng)優(yōu)先選擇光纖以太網(wǎng)接入方式。

ADSL已經(jīng)是成熟的技術(shù)，在北美地區(qū)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，正在提供著良好的服務(wù)。ADSL方式在我國(guó)具有良好的線纜基礎(chǔ)，其單位用戶平均接入成本對(duì)用戶密度的變化不敏感。在用戶分散的區(qū)域，單位成本比較低，但對(duì)用戶密集、寬帶數(shù)據(jù)通信需求最為迫切的城市用戶而言，其單位用戶成本比光纖接入網(wǎng)方式要高出一倍左右。電信網(wǎng)絡(luò)具備豐富的雙絞線資源，采用ADSL技術(shù)將是較好的選擇。在雙絞線資源較多、光纖接入網(wǎng)尚未到位的郊區(qū)、村鎮(zhèn)等用戶分散的區(qū)域，可以采用FTTx+LAN的方式，也可以采用ADSL作過渡手段，擴(kuò)充原來有銅纜的接入用戶數(shù)量和業(yè)務(wù)。以后采用光纖接入設(shè)備將ADSL設(shè)備替換或一并替換此區(qū)域的銅纜，ADSL用于其他用途。在寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展初期，用戶較少并較分散，ADSL或VDSL是理想的選擇方式。

Cable Modem接入方式雖然具有線纜基礎(chǔ)，能夠?qū)崿F(xiàn)寬帶接入，但其雙向改造費(fèi)用昂貴，噪聲漏斗問題難以克服，發(fā)展前景并不樂觀。這種接入方式的帶寬為節(jié)點(diǎn)內(nèi)的用戶所共享，難以實(shí)現(xiàn)帶寬升級(jí)。同時(shí)，同軸電纜網(wǎng)作為廣播式網(wǎng)絡(luò)，冗余備份非常困難，其網(wǎng)絡(luò)安全性也值得懷疑。一般情況下，盡量避免選擇Cable
Modem方式。

寬帶無線接入是解決寬帶城域網(wǎng)建設(shè)最后一公里的重要手段。這種方式敷設(shè)開通快，維護(hù)簡(jiǎn)單，用戶較密時(shí)成本低，然而寬帶無線接入系統(tǒng)中的高G段產(chǎn)品工作在20GHz以上頻段，受雨衰和多徑的影響嚴(yán)重，覆蓋范圍也受到了限制。因此無線接入網(wǎng)可考慮在低密度的分散小用戶群領(lǐng)域、急需電話用戶線的地區(qū)以及有地理障礙的地區(qū)。對(duì)于正在建設(shè)固定有線接入網(wǎng)的地區(qū)，無線接入可作為過渡手段迅速提供新用戶線，一旦有線接入網(wǎng)建成后，無線接入系統(tǒng)可以移往別處使用。農(nóng)村網(wǎng)環(huán)境下則無線一點(diǎn)多址技術(shù)具有經(jīng)濟(jì)性和靈活性。寬帶固定無線接入技術(shù)代表了寬帶接入技術(shù)的一種新的不可忽視的發(fā)展趨勢(shì)。

總的來說，接入網(wǎng)市場(chǎng)是多種新舊技術(shù)共存競(jìng)爭(zhēng)，多種傳輸手段共存競(jìng)爭(zhēng)，多種傳輸體制共存競(jìng)爭(zhēng)的領(lǐng)域，其中還受到政策和法規(guī)的影響。采用何種類型的接入網(wǎng)應(yīng)該根據(jù)具體情況而定。

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