寬帶接入技術(shù)研究和比較

徐敏 羅漢文
　　摘要 分析了目前寬帶接入領(lǐng)域的三種主要技術(shù)(數(shù)字用戶線、光纖/同軸電纜接入、無線接入)的原理和應(yīng)用。通過對三種技術(shù)的比較，提出了數(shù)字用戶線技術(shù)是可長遠(yuǎn)發(fā)展的技術(shù)，最符合實際應(yīng)用的需求。


　　關(guān)鍵詞 數(shù)字用戶線技術(shù) 不對稱數(shù)字用戶線 混合光纖/銅軸電纜 無線接入


1、引言


　　近年來，Internet異軍突起，其業(yè)務(wù)量超常規(guī)增長。大容量交換機(jī)、路由器和密集波分復(fù)用(DWDM)光纖傳輸系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，核心網(wǎng)的容量及成本問題得以解困。普遍寬帶化的問題再一次推到接入網(wǎng)上。綜合用戶、服務(wù)提供商、設(shè)備制造商的要求，寬帶接入必須具備負(fù)擔(dān)得起、普遍存在、高速接入三大特性�；�于這三個特性，電信、數(shù)據(jù)、視頻行業(yè)都提出了各自的寬帶接入技術(shù)，即數(shù)字用戶線技術(shù)(DSL)、光纖/同軸電纜上的電纜接入技術(shù)、無線接入技術(shù)。



2、數(shù)字用戶線技術(shù)(XDSL)


　　金屬對絞用戶線是電信運(yùn)營公司的重要資源，90年代后期新出現(xiàn)的各種XDSL技術(shù)實現(xiàn)了在金屬對絞線傳輸高速數(shù)據(jù)。XDSL系列主要包括ADSL,HDSL,HDSL2,VDSL，其中ADSL最為成熟。


2.1 ADSL


　　ADSL是一種基于銅雙絞線的頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)。利用ADSL技術(shù)，用戶可在同一電話銅雙絞線上同時傳輸電話及數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)。從頻段劃分來看，在進(jìn)行ADSL和電話業(yè)務(wù)時利用電話線的0-1.1M部分頻段。該1.1M的電話銅雙絞線的傳輸帶寬被分為兩部分：在進(jìn)行普通模擬電話業(yè)務(wù)，中間4K到26K為隔離頻段，26K-1.1M頻段傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。在ADSL傳送頻段中，分為上行數(shù)據(jù)和下行數(shù)據(jù)兩部分，一般上下數(shù)據(jù)占用獨(dú)立的傳輸頻段；但下行數(shù)據(jù)的傳輸有兩種方式選擇，或以獨(dú)立的頻段進(jìn)行傳送，也可占用上行頻段的帶寬，以回波抑制方式進(jìn)行下行數(shù)據(jù)傳輸。


　　ADSL的核心是編碼技術(shù)，目前主要有DMT(Discrete Multitone)和CAP(Carrierless Amplitude/Phase Modulation)兩種。由于DMT對線路的依賴性低，并且有很強(qiáng)的抗干擾和自適應(yīng)能力，已被廣泛接受。中國采用的就是基于DMT的ADSL標(biāo)準(zhǔn)。DMT能夠調(diào)整其功率譜，使其靠近干擾源的外圍。這項工作最初可在ADSL設(shè)備啟動時進(jìn)行，此時在整個DMT頻譜范圍內(nèi)進(jìn)行線路測試，以確定各個子載頻上的SNR值。若在某一頻段上檢測到過度的干擾(如AM無線干擾，過度的近端串音等)，DMT處理系統(tǒng)將設(shè)法移動并調(diào)整其頻譜，以避開這一干擾。這個過程是動態(tài)連續(xù)執(zhí)行的，慢慢地將頻譜移動到噪聲干擾源外，從而防止可能的傳輸錯誤。多載波調(diào)制借調(diào)求各子信道間具有正交性。這可以利用快速傅立葉變換(FFT)及其反變換(IFFT)來實現(xiàn)。將ADSL下游信道分成256個單獨(dú)的"窗格"(DMT副載波)，在數(shù)據(jù)發(fā)送時每一子"格"內(nèi)可占有最多11比特，每一子格的SNR值可以存儲在比特表中，用256個窗格的比特表就可以驅(qū)動一編碼器。編碼器將成組的數(shù)據(jù)緩沖后按照比特表格給每一"格"指定適當(dāng)?shù)谋忍財?shù)。編碼器依次根據(jù)每一"格"的比特組合指定總體值。然后，此總體值經(jīng)由快速傅立葉變換(IFFT)處理器加以處理。IFFT又將復(fù)數(shù)式(實部和虛部)的256個窗式正交振幅調(diào)制(QAM)信號變成512個數(shù)字格式表示的真實子載波信號，然后由一個D/A變換器以及頻段分隔濾波器產(chǎn)生模擬信號耦合到傳輸線路上，在應(yīng)用中，加上L個循環(huán)前級是為了避免相鄰的N個向量間經(jīng)過信道作用產(chǎn)生的干擾。接收端實際上是發(fā)送的一個逆過程，接受信號經(jīng)低通濾波，模/數(shù)轉(zhuǎn)換和串并轉(zhuǎn)換后得到時域樣值，再由FFT轉(zhuǎn)換為頻域信號恢復(fù)原來的頻譜并丟掉發(fā)端加的L個循環(huán)前綴。為避免過多的浪費(fèi)信道容量，一般選取N>>L。由于脈沖噪聲只可能在短期內(nèi)出現(xiàn)，所以不可能被DMT系統(tǒng)檢測出來，DMT采用卷積交叉處理的方法和RS前向糾錯碼來克服這類噪聲。


2.2 VDSL


　　VDSL(甚高速數(shù)字用戶環(huán)路)技術(shù)是鑒于現(xiàn)有ADSL技術(shù)在提供圖像業(yè)務(wù)方面的帶寬十分有限以及經(jīng)濟(jì)上成本偏高的弱點(diǎn)而開發(fā)的。VDSL是xDSL技術(shù)中最快的一種，在一對銅質(zhì)雙絞電話線上，下行速率為13Mbps-52Mbps ,上行速率為1.5Mbps-2.3Mbps。但VDSL的傳輸距離較短，一般只在幾百米內(nèi)。目前ITU-T對VDSL系統(tǒng)尚在標(biāo)準(zhǔn)化之中，要求下行速率最高為52Mb/s、上行為2Mb/s，已提議的線路碼有DMT(離散多音)和SCM(副載波調(diào)制)。



3、電纜接入技術(shù)


　　電纜接入技術(shù)主要是為傳輸視頻信道設(shè)計的。電纜調(diào)制解調(diào)器允許通過混合光纖/同軸電纜(HFC)實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)接入。電纜調(diào)制解調(diào)器是一點(diǎn)對多點(diǎn)系統(tǒng)的組成部分，即多個電纜調(diào)制解調(diào)器(出自不同用戶)連接到電纜經(jīng)營商擁有的頭端控制器。與DSL調(diào)制解調(diào)器一樣，電纜調(diào)制解調(diào)器是始終接通的。


　　從頭端到電纜調(diào)制解調(diào)器的下行傳輸，在由多個電纜調(diào)制解調(diào)器共享的那些信道上進(jìn)行，每個信道占用6MHz的下行可÷帶寬，它轉(zhuǎn)換成30Mbps的原始數(shù)據(jù)速率。這個下行信道可以調(diào)諧到從65MHz到850MHz范圍內(nèi)的任何中心頻率，每個電纜調(diào)制解調(diào)器每一次只能在一個下行信道上接收，但頭端可以命令他轉(zhuǎn)移到另一個可供選擇的信道。在上行，每個信道占用一段600Khz的上行帶寬，轉(zhuǎn)換成768Kbps的原始數(shù)據(jù)速率，上行信道可調(diào)諧到5Mhz-65Mhz范圍內(nèi)的任何中心頻率。


　　混合光纖/同軸電纜(HFC)被認(rèn)為是通過現(xiàn)有有限電視集成設(shè)施，向終端用戶提供多種服務(wù)的合理而容易實現(xiàn)的方法。在基于HFC的有線電視系統(tǒng)中，寬帶視頻信號和交換式視頻信號通過光纖傳送到光纖網(wǎng)絡(luò)接口(ONI)。ONI把光纖主干連接到同軸電纜分配設(shè)備。在ONI，信號被移頻到適宜的信道，并被送入放大器，在同軸電纜上傳送。最后一段同軸電纜需要雙向放大器放大電纜上雙向信號。光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(ONU)完成附加的功能，例如分離上行和下行信號。HFC把0－50MHz頻段用于上行通信，50－750Mhz(轉(zhuǎn)換成大約100個6Mhz模擬視頻信道)用于下行通信。就數(shù)字信號而言，每個6Mhz載波信道能傳送27Mbps--36Mbps的數(shù)字有效負(fù)載。HFC可支持基本的模擬/數(shù)字視頻業(yè)務(wù)。如果將本地中心局和頭端相連，通過HFC發(fā)送電話信號也是可能的。



4、無線接入


　　無線接入技術(shù)就是利用無線作為傳輸媒介向用戶提供寬帶接入服務(wù)。除了傳統(tǒng)的無線局域網(wǎng)絡(luò)接入外，進(jìn)來衛(wèi)星寬帶技術(shù)正在迅速發(fā)展。用戶通過計算機(jī)的調(diào)制解調(diào)器和衛(wèi)星配合接入互聯(lián)網(wǎng)，從而獲得高速互聯(lián)網(wǎng)傳輸、定向發(fā)送數(shù)據(jù)、網(wǎng)站廣播等服務(wù)。


　　直播衛(wèi)星系統(tǒng)(DBS)是基于衛(wèi)星的視頻廣播服務(wù)的下一代。DBS提供類西當(dāng)前由常規(guī)模擬衛(wèi)星系統(tǒng)提供的一種服務(wù)。DBS用數(shù)字格式發(fā)送信號，由每個用戶室內(nèi)的機(jī)頂盒對信號譯碼。機(jī)頂盒除把信號從數(shù)字格式轉(zhuǎn)換成模擬格式外，還具有內(nèi)建智能，能提供新的高級服務(wù)。直播衛(wèi)星運(yùn)行在Ku(10-17Ghz)頻段范圍內(nèi)的廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)(BSS)部分。DBS的用戶能接收使用MPEG-2壓縮的150-200數(shù)字視頻信道。DBS最近的發(fā)展支持單向廣播數(shù)據(jù)，允許高速Internet接入盒使用電話線做控制信道。



5、三種寬帶接入技術(shù)的比較


　　從上文他區(qū)內(nèi)可見，數(shù)字用戶線。電纜、衛(wèi)星三大類寬帶接入技術(shù)都具備從當(dāng)前的基礎(chǔ)設(shè)施向?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的條件。下面，從寬帶接入的三大基本標(biāo)準(zhǔn)：負(fù)擔(dān)得起、普遍存在、高速接入對三種方案進(jìn)行比較，見下表1。

條件	要求	數(shù)字用戶線	電纜	衛(wèi)星
負(fù)擔(dān)得起	1利用現(xiàn)有接入基礎(chǔ)設(shè)施	回路必須合格	雙向要求設(shè)備升級	可能重新使用現(xiàn)有拋物面天線
	2設(shè)備成本低	是	是	不是
	3服務(wù)成本低	可能	是	可能
	4通用標(biāo)準(zhǔn)	初步形成	初步形成	無
	5可伸縮性	可伸縮	要求電纜設(shè)備升級	決于衛(wèi)星數(shù)目
	6可升級服務(wù)	是	是	是
普遍存在	1市場接受	試用令人滿意	試用令人滿意	生疏
	2可用性	有限，但有廣泛的可能性	用于住宅區(qū)	有限，但有廣泛的可能性
	3容易部署	是	要求設(shè)備升級	不容易，需發(fā)射衛(wèi)星
	4容易使用	是	是	與衛(wèi)星位置有關(guān)
高速接入	超音頻調(diào)制解調(diào)器	每個用戶專用下行1.5-8Mbps	多用戶共享30Mbps	每個用戶專用下行400kbps

　　從上面得比較可以看出，衛(wèi)星接入技術(shù)不滿足普遍存在盒高速接入得某些主要標(biāo)準(zhǔn)。這樣數(shù)字用戶線和電纜接入作為現(xiàn)階段寬帶接入得主要選擇方案。目前，兩種技術(shù)大量部署時都會遇到一些障礙。但對于電纜接入技術(shù)，共享帶寬，安全性問題，管理問題成為它目前仍然很難解決的技術(shù)問題。



6、結(jié)論


　　總的來說，數(shù)字用戶線技術(shù)是滿足主要要求的具有長遠(yuǎn)發(fā)展前途的一種技術(shù)，近期和長期的問題要解決的問題都比較少。而其中ADSL技術(shù)較為成熟，能很快進(jìn)入商用。從中國近期的電信發(fā)展看，各電信公司都明確提出了將發(fā)展ADSL帶寬接入作為主要發(fā)展方向。




摘自《通信技術(shù)》