宽带城域网中用户接入技术的比较和分析

tian7163

　　摘 要 本文首先阐述了宽带城域网的层次结构，然后详细先容了接入层的各种技术方案和应用情况，最后对各种接入技术进行了比较和分析，提出采用综合接入手段作为系统解决方案的观点。



　　关键词 宽带城域网 非对称数字用户线系统 以太网 无源光网 码分多址



1 宽带城域网的层次结构



　　宽带城域网在组网功能结构上可分为核心层、边缘层和接入层。在实际建设中，网络结构往往根据城市规模、用户群范围、业务量大小，确定是二层结构（即骨干层、接入层）还是三层结构（即骨干层、边缘层和接入层）。



　　核心层的主要功能是为边缘层网络提供高速的数据交换和大容量的业务调度，其网络结构的设计以网络中业务的流量和流向为前提。核心层的交换技术主要有IP和ATM两种，主流设备采用吉比特或太比特线速路由器、大容量ATM交换机设备，提供高速的核心交换功
能和快速的路由功能。核心层的传输技术主要有光纤直连、SDH、DWDM等。



　　边缘层是核心层和接入层之间的桥梁，主要功能是提高网络覆盖面、汇聚和收敛用户业务和进行用户控制与管理，并且终结PVC。边缘层节点一般为大容量路由器、ATM交换机、局域网交换机和宽带接入服务器等。边缘层的传输技术主要有两种实现方案：光纤直连方案
或通过SDH采用POS技术组网方案。



　　接入层的作用是将终端用户接入到宽带城域网络中，是网络向用户延伸的“最后一公里”。接入层通过各种接入技术和线路资源实现对不同业务需求、不同地理分布的用户覆盖。为了快速有效地吸纳用户，其设备应提供丰富的业务接口（宽带和窄带接入），具有多业务的承载能力和QoS保证，能对用户节点实现一定的流量控制及其他策略管理功能。



2 宽带城域网接入层的技术



　　从传输媒质来看，宽带城域网的接入方式可归纳为有线、无线两大部分。目前宽带有线接入技术主要有基于双绞线的非对称数字用户线系统（ADSL）技术、基于光纤和同轴电缆混合（HFC）网的电缆调制解调器（Cable Modem）技术、基于光纤（或光传送网）的接
入技术；而宽带无线接入技术则主要有多路微波分配系统（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、卫星通信接入技术等。



2.1 宽带有线接入技术



2.1.1 基于双绞线的ADSL技术



　　非对称数字用户线系统（ADSL）是充分利用现有电话网络的双绞线资源，实现高速率、高带宽的数据接入的一种技术，它采用FDM频分复用技术和DMT调制技术，在保证不影响正常电话使用的前提下，利用原有的电话双绞线进行高速数据传输。ADSL最高能够向终端用户提供6Mbit/s的下行传输速率和640kbit/s的上行速率，比传统的56kbit/s模拟调制解调器快100多倍，这也是传输速率达128kbit/s的ISDN（综合业务数据网）所无法比拟的。



　　目前，全世界有将近7.5亿铜制电话线用户，ADSL无须改动现有铜缆网络设施就能提供宽带业务，由于技术成熟，产量大幅上升，ADSL已开始进入大力发展阶段。由ADSL延伸发展出的VDSL、SHDSL等技术能够提供更高的传输速率及更丰富的终端接口，目前正处于积极的实验与小规模的商用发展中。



2.1.2 基于HFC网的Cable Modem技术



　　基于光纤和同轴电缆混合网的Cable Modem技术是宽带有线接入技术中最早成熟的，其巨大的带宽和相对经济性使其对有线电视网络企业和新成立的电信企业很具吸引力。Cable Modem的前端设备CMTS采用10Base-T，100Base-T等接口，可直接联到本地服务器，享受本地业务，也可以通过交换型Hub及路由器与Internet连接；用户端设备CM通过10Base-T接口，与用户计算机相联。Cable Modem由调制解调器、调谐器、加/解密模块、桥接器、网络接口卡、以太网集线器等组成，无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线连接的全天候服务，最高可向终端用户提供32Mbit/s的下行传输速率和10Mbit/s的上行速率。



2.1.3 基于光纤（或光传送网）的接入技术



　　光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。在干线通信中，光纤扮演着重要角色；在接入网中，光纤接入方式也将成为发展的重点。宽带城域网以光纤作为传输媒介时，接入技术也有多种选择，目前居于主流地位的有：以太网接入技术和无源光网络(PON)技术。



2.1.3.1 以太网接入技术



　　传统以太网技术不属于接入网范畴，而属于用户驻地网（CPN），然而以太网技术以其低成本和广泛的应用支撑等优点，迅速向接入网领域扩展，逐渐成为企事业用户的主导接入方式。目前全球企事业用户的80％以上都采用以太网接入。



　　根据我国住户大多集中居住的特点，在居民小区、高档住宅楼和商业大厦适合采用FTTx+LAN的接入方式，即将光纤建设到小区或大楼，再通过快速以太网连接到用户。用户侧的接入设备（如宽窄带综合接入设备）一般位于小区或商业大楼内，能向用户提供丰富的业务接口，完成综合业务的接入；它的上行接口也应是多样化的（ATM、IP），可以利用光纤或光传送网上联至骨干/汇聚层网络节点。



具体有以下几种接入模式。



模式一：采用光纤收发器方式接入，参见图1。






　　该模式的特点是：采用裸光纤接入，可根据用户需求决定收发速率，业务开展便捷，但耗费光纤资源，安全性差，维护难度大。适合在建网初期高端用户的接入。



模式二：采用FE／E1或V．35／E1转换器接入，如图2所示。









　　该模式的特点是：可利用SDH传输网资源，节省光纤，可靠性高，需进行协议转换，降低效率，带宽的利用率低，当带宽需求激增时，对SDH网有较大冲击。适合一般用户。



模式三：通过综合业务传送节点(MSTP)接入，参见图3。









　　该模式的特点是：可利用SDH传输网资源，节省光纤，可靠性高，无需协议转换，带宽的利用提高；需对现有SDH网络进行改造。适合在业务热点密集的地区组网。



2.1.3.2 无源光网络（PON）技术



　　无源光网络（PON）是光接入网的一种形式，其特点是光配线网（ODN）全部由光纤、无源光分路器（Splitter）等无源器件组成，无需贵重的有源电子设备。



　　一个典型的PON系统有光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）、无源光分路器（Splitter）组成。OLT放在中心机房，主要功能是完成接入网中业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间的有关信令协议的转换；ONU一般放在网络接口单元附近，具有光/电转换、用户信息分接和复接，以及向用户终端馈电和信令转换等功能。其信号处理方式为：下行采用TDM点到多点的广播方式发送、上行采用时分多址接入（TDMA）方式解决多点到点的信道带宽争用问题。PON的拓扑结构参见图4。









　　从运营商和服务提供商的角度来看，PON具有非常突出的吸引力。



*运营成本低，维护简单；



*光分路器可灵活分布，多级分配，适应复杂网络要求；



*可提供高速的带宽和灵活的带宽分配。



　　为了适应多媒体业务的发展，PON技术一直在不断发展改进。目前宽带接入的PON技术主要有：ATMPON（APON）和Ethernet PON（EPON）。两者最主要的区别在于帧结构不同（包括帧结构格式、帧周期长度、打包方式等）。无论是APON还是EPON系统，对带宽分配和服务保证都有一套完整的体系，可提供不同QoS要求的多业务、多速率接入，能适应用户的多样性和业务发展的不确定性要求。因而，无源纯介质光分配网络可能是一种比较理想的、长远的解决方案。



3 宽带无线接入网技术



　　光接入网是发展宽带接入的长远解决方案，但目前这种方式还存在工程造价太高，建设速度慢等缺点，而且对于部分网络运行企业来说，不具备本地网络资源，在这种情况下，要进入和占领接入市场，采用宽带无线接入技术是一个比较合适的切入点。



　　无线接入又分为移动无线接入和固定无线接入。在移动无线接入中，用户是移动的，通常只要求提供话音及窄带数据业务：而固定无线接入中，用户基本是固定不变的或在室内小范围移动，通常要求提供宽带综合业务。



3.1 移动无线接入网技术



　　随着用户对移动通信需求的增加及移动通信用户的飞速发展，移动通信业务已成为各通信运营商竞争最为激烈的业务，无线移动通信技术已成为通信技术的主流技术之一。目前较为成熟且普遍采用的无线移动通信技术有GSM、GPRS、CDMA以及各类无线市话技术。



　　其中无线市话技术以其精简的投资规模、优良的通话音质以及高速的数据传输将使新兴的通信运营商快速有效地切入市场。无线市话系统的典型组网技术有：数字无绳技术和CDMA-WLL技术。



　　与此同时，随着3G技术的发展与成熟，3G技术将为移动终端提供144kbit/s～2Mbit/s的传输速率，从而为用户提供话音、数据、视频等多种服务业务。目前3G的技术标准主要有WCDMA、cdma 2000以及TD-SCDMA三种。



3.2 固定无线接入网技术



　　固定无线接入网技术主要有3.5G无线接入系统、MMDS、LMDS、卫星通信接入技术；WLAN、FSO等。



3.2.1 3.5g无线接入系统



　　3.5G无线接入系统工作在3.5GHz附近，是一点到多点的无线系统，其带宽为30MHz×2，多数系统的单用户的接入速率为1～2个2Mbit/s。3.5G固定无线接入系统主要面向基站传输、中继传输、中小企业接入、无线到大楼、IP电话等。3.5G固定无线接入系统的信号衰减小于0.1dB/km,覆盖范围一般可达10km，属于准视距传输，障碍物的影响较小。



3.2.2 MMD鞋入技术



　　多路微波分配系统（MMDS，Multichannel Microwave Distribution System）原本是以传送电视节目为目的，随着MMDS系统由模拟向数字化的发展，数字MMDS已不单纯只传送电视节目，而是同时传送高速数据，提供数字业务服务了。MMDS的工作频率为2.5～2.7GHa可在50km半径内为用户提供数据流量为500kbit/s～1Mbit/s的数字业务服务。



3.2.3 LMD接入技术



　　本地多点分配业务（LMDS，Local Multipoint Distribution Service）最大特点在于其宽带特性，LMDS工作在24～38GHz频段，可用频谱往往达到1GHz以上。由于该技术利用高容量点对多点微波传输，几乎可以提供任何种类的业务，支撑双向话音、数据及视频图像业务，能够实现从64kbit/s～2Mbit/s，甚至高达155Mbit/s的用户接入速率，具有很高的可靠性，被称为是一种“无线光纤”技术。



3.2.4 卫星通信接入技术



　　在我国复杂的地理条件下，采用卫星通信技术是一种有效方案。目前，已有网络使用卫星通信的VSAT技术，发挥其非对称特点，即上行检索使用地面电话线或数据电路，而下行则以卫星通信高速率传输，可用于提供ISP的双向传输。



4 宽带城域网接入层技术的比较和选择



　　用户的需求是多样化的，用户驻地网络所用的传输媒质不一、用户带宽需求不一、用户的业务流量模型不一，不可能用一种接入技术解决所有的问题，不同的技术均有其特点和适用的领域。所以，应根据终端用户的业务类型和线路资源情况选择最合适的接入手段。



　　在有线接入方式中，ADSL适用于零散分布用户或不计划改造现有双绞线布线计划的小区、大厦用户；HFC主要适用于对现有有线电视线缆进行双向和扩频改造后的家庭用户；光纤（或光传送网）接入技术主要适用于用户密集、业务量大的企事业单位、商业写字楼和智能小区等。



　　在无线接入方式中，MMDS与LMDS系统在容量上、传播距离上各有优势与劣势。MMDS系统适合于用户分布较分散，业务需求不大的用户业务模型：LMDS系统则适合于用户分布集中，业务需求较大的用户业务模型。卫星通信技术适合在复杂的地理条件下，实现宽带IP多媒体广播。如果用户分布零散，带宽需求不大，还可以选择如WLAN、CDMA等的接入模式。



　　需要指出的是，作为宽带城域网接入层的系统解决方案，利用一种技术解决所有业务是不现实的，所以，有时要将上述的几种技术进行组合，提供综合接入手段。