宽带接入技术
目 录
1. 普通Modem 1
2. N-ISDN 1
3. Cable Modem与HFC 1
3.1 Cable Modem与HFC的关系 1
3.2 CableModem分类 2
3.3 CableModem技术原理 2
3.4 现行HFC网改造 3
3.4.1 采用电话上行、HFC下行 3
3.4.2 改造现有的单向HFC网络 3
3.4.3 铺设新的双向HFC网络 3
4. HDSL与SDSL 4
5. ADSL与G.lite 4
5.1 ADSL简介 4
5.2 ADSL的技术原理 4
5.3 ADSL的主要特点 5
6. VDSL 5
7. HomePNA 5
8. Ethernet 6
8.1 以太网的发展变化 6
8.2 以太网目前的应用 6
8.3 以太网改进所需的解决的问题 6
9. SDH 7
10. PON与APON 7
11. IM-DSL 7
12. 小结 8
宽带接入技术是目前通信技术中最为活跃的领域之一。在电信网络中，接入网连接用户和业务节点，主要解决传输、复/分接、资源共享等问题。随着带宽要求的提高，光纤不断向用户延伸，FTTB(光纤到大楼)、FTTC(光纤到路边)、FTTCab (光纤到楼阁)和FTTZ(光纤到小区)已正在实施，但实现FTTH(光纤到户)目前还比较困难。
于是，在技术上有如下两个需要解决的问题：一是 ONU(光网络单元)与OLT(光线路终端)之间应采用何种技术来进行信息的传输;二是用户终端或局域网络以何种方式接入ONU。解决这两个方面问题(特别是后者)的技术都比较多，它们在传输特性、市场定位、物理位置及要解决的问题都有所不同，在今后的实际接入网络中很可能是多种技术并存，本文将对一些主要的有线宽带接入技术作介绍。
目前主要的有线宽带接入技术包括：普通Modem、N-ISDN(窄带综合业务数字网)、Cable Modem与HFC(混合光纤同轴电缆)、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)、Ethernet、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)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。
1. 普通Modem
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。
2. N-ISDN
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。
3. Cable Modem与HFC
3.1 Cable Modem与HFC的关系
Cable Modem(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、速率至少高达10Mbps 的数据业务(目前已有成熟的40Mbps的Cable Modem)。将来利用其550M～750MHz频谱还可以提供至少200路MPEG-2的点播电视业务以及其它双向电信业务。从长远看，HFC网计划提供的是所谓FSN (Full Service Network, 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。
3.2 CableModem分类
随着CableModem技术的发展，也出现了不少CableModem类型，大至可以分为以下几种：
（1）从传输方式上可分为双向对称式传输和非对称式传输。对称式传输速率为2Mbps～4Mbps、最高能达到10Mbps。非对称式传输下行速率为30Mbps，上行速率为500Kbps～2.56Mbps。
（2）从数据传输方向上有单向和双向CableModem之分。
（3）从网络通信角度看，CableModem可分为同步(共享)和异步(交换)两种方式。同步类似以太网，网络用户共享同样的带宽。当用户增加到一定数量时，其速率急剧下降，碰撞增加，登录入网困难。而异步的ATM技术与非对称传输成为CableModem技术的发展主流。
（4）从接入角度来看，可分为个人CableModem和宽带CableModem(多用户)，宽带CableModem可以具有网桥的功能，可以将一个计算机局域网接入。
（5）从接口角度分，可分为外置式、内置式和交互式机顶盒。外置CableModem的外形象一个小盒子，通过网卡连接电脑，所以连接CableModem前需要给计算机添置一块网卡，这也是外置CableModem的缺点。不过优点是可以支持局域网上的多台计算机同时上网。
内置CableModem是一块PCI插卡，这是最便宜的解决方案。缺点是只能用在台式电脑上，在苹果电脑和笔记本电脑上无法使用。
交互式机顶盒是真正CableModem的伪装。机顶盒的主要功能是在频率数量不变的情况下提供更多的电视频道。通过使用数字电视编码（DVB），交互式机顶盒提供一个回路，使用户可以直接在电视屏幕上访问网络，收发E－mail和浏览网页等。
3.3 CableModem技术原理
CableModem本身不单纯是调制解调器，它集Modem、调谐器、加/解密设备、桥接器、网络接口卡、虚拟专网代理和以太网集线器的功能于一身。它无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线的永久连接。服务商的设备同用户的Modem之间建立了一个虚拟专网连接，CableModem提供一个标准的10BaseT或10/100BaseT以太网接口同用户的PC设备或以太网集线器相联。
CableModem的技术实现一般是从42MHz～750MHz电视频道中分离出一条6MHz的信道用于下行传送数据。通常下行数据采用64QAM（正交调幅）调制方式，最高速率可达27Mbps，如果采用256QAM，最高速率可达36Mbps。上行数据一般通过5MHz～42MHz之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用QPSK调制，QPSK比64QAM更适合噪音环境，但速率较低。CMTS（CableModem头端设备）从外界网络接收的数据帧封装在MPGE-TS帧中，通过下行数字调制和RF(RadioFrequency）输出到用户端，同时接收上行出来的数据转换成以太网帧。用户端CableModem的基本功能就是将上行数字信号调制成RF信号，将下行的RF信号解调为数字信号，从MPEG-TS帧中解出数据，形成以太网的数据，通过10-BaseT的端口输出。在HFC网是频分复用的，但在某一频率上的信道则是被很多用户所共享，通过MAC控制用户信道分配与竞争的问题，同时还支持不同等级的业务。可以通过网络管理系统对HFC网络中CableModem进行配置、状态、流量监控和诊断。
在CableModem系统中，采用了双向非对称技术，在下行方向有6MHz的模拟带宽供系统中的用户共享。但这种共享技术不会降低传输速率。CableModem不同于线路交换的电话网定向呼叫连接，用户在连接时并不占用一固定带宽，而是与其他活动用户共享，仅在发送、接收数据的瞬间使用网络资源。在毫秒级甚至兆秒级的时间内，抓住一切利用带宽的机会下载数据包。如果在网络使用的高峰期中有拥塞，可以通过灵活的分配附加带宽来解决。只需简单分配一个6MHz频段，就能倍增下行速度。另一种方法是在用户段重新划分物理网络，按照访问频度给用户合理分配带宽，速度可与专线媲美。
3.4 现行HFC网改造
常规的用于CATV的HFC网络是单向传输的，而数据传输系统是双向的，这就需对现有的HFC网络进行改造。按改造的难易和成本可分为三种情形：
3.4.1 采用电话上行、HFC下行
这种方法用在CMTS和CableModem中具有电话线接口、无需对HFC进行双向的改造。这是一种低成本迅速占领市场的策略，或者用在改造网络确实存在困难的地方。一般不推荐这种方法，原因有二：一是影响原有电话业务，二是电话的带宽毕竟有限，不利于系统扩展。
3.4.2 改造现有的单向HFC网络
对现有的单向HFC网络进行改造，增加反向传输模块，如反向光发和光收，原有链路中单向的放大器换成双向放大器等。目前，现有的城市CATV的HFC网已初具规模，主要是双向改造问题。
3.4.3 铺设新的双向HFC网络
铺设新的双向HFC网络，在新建的城市小区中，直接建设双向网络。
4. HDSL与SDSL
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。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。
5. ADSL与G.lite
5.1 ADSL简介
ADSL是一种异步传输模式（ATM）。在电信服务提供商端，需要将每条开通ADSL业务的电话线路连接在数字用户线路访问多路复用器（DSLAM）上。而在用户端，用户需要使用一个ADSL终端（因为和传统的调制解调器（Modem）类似，所以也被称为“猫”）来连接电话线路。由于ADSL使用高频信号，所以在两端还都要使用ADSL信号分离器将ADSL数据信号和普通音频电话信号分离出来，避免打电话的时候出现噪音干扰。
通常的ADSL终端有一个电话Line-In，一个以太网口，有些终端集成了ADSL信号分离器，还提供一个连接的Phone接口。
某些ADSL调制解调器使用USB接口与电脑相连，需要在电脑上安装指定的软件以添加虚拟网卡来进行通信。
5.2 ADSL的技术原理
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，与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(Discrete Multitone, 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ADSL Modem、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 ADSL DSLAM，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。
5.3 ADSL的主要特点
(1) 一条电话线可同时接听，拨打电话并进行数据传输，两者互不影响。
(2) 虽然使用的还是原来的电话线，但adsl传输的数据并不通过电话交换机，所以adsl上网不需要缴付额外的电话费，节省了费用。
(3) adsl的数据传输速率是根据线路的情况自动调整的，它以“尽力而为”的方式进行数据传输。
6. VDSL
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。
7. HomePNA
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花链的方式连接，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。
8. Ethernet
8.1 以太网的发展变化
传统以太网技术不属于接入网范畴，而属于用户驻地网(CPN)领域。然而其应用领域却正在向包括接入网在内的其他公用网领域扩展。历史上，对于企事业用户，以太网技术一直是最流行的方法，全球已有2.5亿个以太网交换端口，仅1999年就售出了5300万个端口，目前已成为仅次于供电插口的第二大住宅和办公室公用设施接口。 采用以太网作为企事业用户接入手段的主要原因是已有巨大的网络基础和长期的经验知识、目前所有流行的操作系统和应用也都是与以太网兼容的、性能价格比好、可扩展性、容易安装开通以及高可靠性等。以太网接入方式与IP网很适应，技术已有重要突破，容量分为10/100/1000Mb/s三级，可按需升级，10Gb/s以太网系统也即将问世。
多年来，以太网除了带宽有了大幅度增加外，还有两个重要变化。一是采用星形布线，二是LAN 交换的出现。采用类似电话网的星形布线后，共享媒质的集线器将由交换机代替。此时业务量将不再自动广播给所有计算机，而可以由交换机经由连至特定计算机的双绞线将业务量送给该计算机，在一定程度上实现了计算机间的信息隔离，而且也解决了系统带宽问题。更重要的影响是使以太网转向全双工传输，消除了链路带宽的竞争，因而也就可以省掉传统以太网必须的CSMA/CD算法。由于采用专用的无碰撞全双工光纤连接，还可以使以太网的传输距离也大为扩展，可以满足接入网和城域网的应用需要。另一个全双工以太网链路的优点是LAN链路的利用率可以达80%以上，而传统以太网链路的利用率只有30%时响应时间就开始劣化。
8.2 以太网目前的应用
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。
8.3 以太网改进所需的解决的问题
目前全球企事业用户的80-90%以上都采用以太网接入，已成为企事业用户的主导接入方式。然而，由于计费、质量、寻址、管理、安全以及私有性等多种因素, 以太网作为公用网接入方式尚需进一步改进。主要是以太网技术的固有机制不提供端到端的包延时、包丢失率、带宽控制，难以支持实时业务的服务质量。目前以太网也不能提供故障定位和多用户共享节点和网络所必须的计费统计能力。以太网原来是为局域网企事业用户内部应用设计的，缺乏安全机制保证。因此，传统以太网必须经改造后才能顺利地应用于公用电信网，目前已有多种改进方案可供选择。例如采用虚拟局域网方式可以解决用户间信息隔离，但地址利用率低，不能动态分配IP地址，解决不了计费问题。采用以太网上承载PPP协议后可以解决计费问题，但不能解决用户信息隔离和组播问题。市场还需要更全面的解决方案。
简言之，目前源于企事业用户驻地网的以太网正在以其原来的形式或修改的形式积极地向其他领域渗透，诸如公用电信网接入网领域、城域网领域乃至广域网领域。
9. SDH
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SDH ADM (Add/Drop Multiplexer, 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34Mbps 的情况，则采用更低速率的复用器或共享ADM的方式更经济有效;对于多数普通企事业用户，设在路边(DP点)的终端复用器可以用来为大量用户提供 2Mbps为基本单元的带宽，需要小于2Mbps带宽业务的用户可以靠业务复用器或后接PON 来解决。使用STM-0子速率连接(Sub STM-0)对于小带宽用户是一种经济有效的方案，同时还能保持全部SDH管理能力和功能， ITU-T G.708就规定了这样的接口。
虽然，SDH可以在建设时为不同的节点分配不同的带宽，但无法实现节点总速率的动态调整。目前，适用于接入网的各种SDH 设备(特别是SDH ADM)很多，本文不作详述。
10. PON与APON
无源光网络(PON)包括窄带的无源光网络和以ATM为基础的宽带无源光网络—APON，前者是用来提供2Mbps及以下速率的数据传输通道，后者则最高可以提供高达622Mbps的下行传输通道。APON多采用无源双星或树型结构，并使用特殊的点对多点多址协议，使得众多的 ONU/ONT(Optical Network termination，光网络终端)共享OLT，众多的用户共享ONU来降低初建成本。目前，已有正式的APON产品，但品种有限，而且元器件的集成度还有待于进一步提高。
11. IM-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。
12. 小结
随着数据和多媒体业务的发展，网络的宽带化、光纤化越来越明显，宽带接入技术的研究和开发也就成为目前通信领域的一个热点。接人网位于电信网的末梢，与骨干网相比，具有建设工程复杂、投资大、维护难的特点。近几年来，骨干网随着密集波分复用技术的引人，光纤利用效率大大提高，传输容量得到极大的拓宽。接人部分技术变化相对缓慢，已经成为整个电信网的瓶颈。实际上，当今网络宽带化的重点和难点在于接人网，而不是骨干网或网络的其它部分。正因为如此，宽带接人技术和宽带接人网的建设一直受到各国政府、电信设备制造商和电信运营商等方方面面的重视。
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)、Cable Modem与HFC、Ethernet会在近几年内三分天下，而作为宽带接入技术的APON和SDH也会在相应的领域内得到发展。
