宽带有线接入网技术及其比较

摘要: 本文从基于双绞线的ADSL技术，基于HFC网络的CableModem技术，基于五类线路的以太网访问技术以及光纤访问技术等方面详细介绍了宽带有线接入网络技术. 及其比较.

关键字: 宽带有线接入网络技术.

在过去的100年中，电信网络技术发生了翻天覆地的变化. 无论是交换还是传输，新技术和新系统大约每10到20年就会诞生. 但是，这种快速更新和更改仅发生在电信网络的核心，即长距离网络和中继网络中. 电信网络的边缘部分，即从本地交换机到用户的接入网络，一直是电信网络领域中最困难的领域，该领域技术变化最慢，成本最高，成本最敏感，最大的法律影响和最恶劣的运营环境.

国际电信联盟标准部（ITU-T）根据近年来电信网络的发展趋势提出了接入网的概念.

从整个电信网络的角度来看，整个网络可以分为两个部分: 公共网络和客户房屋网络（CPN）. CPN属于用户. 因此，通常意义上的电信网络是指公共电信网络. . 公共电信网络可分为三部分: 远程网络，中继网络和接入网络. 长途网和中继网的结合称为核心网. 与核心网相比，接入网位于本地交换机和用户之间，主要完成了允许用户接入核心网的任务. 接入网由服务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间的一系列服务组成. 传输设备组成.

但是，近年来，以互联网为代表的新技术革命正在深刻地改变传统的电信概念和系统结构. 随着各国接入网络市场的逐步开放，电信监管政策的放宽以及竞争和扩展的加剧，随着新业务需求的迅速出现，有线技术（包括光纤技术）和无线技术的发展，接入网已开始成为人们关注的焦点. 在巨大的市场潜力的推动下，已经产生了多种接入网络技术. 但是，没有可以满足所有应用程序需求的访问技术. 接入技术的多样化是接入网络的基本特征. . 接入技术可以分为两类: 有线接入技术和无线接入技术.

有线接入技术包括: 基于双绞线的ADSL技术，基于HFC网络（光纤和同轴电缆混合网络）的CableModem技术，基于5类电缆的以太网接入技术以及光纤接入技术.

1. 基于双绞线的ADSL技术

非对称数字用户线路系统（ADSL）是一种充分利用现有电话网络的双绞线资源来实现高速，高带宽数据访问的技术. ADSL是DSL的非对称版本. 它使用FDM（频分复用）技术和DMT调制技术. 在确保不影响正常电话使用的前提下，它使用原始电话双绞线进行高速数据传输.

从实际的数据网络形式来看，ADSL的作用类似于窄带拨号调制解调器，后者负责数据传输. 根据OSI七层模型的划分标准，ADSL的功能在理论上应该属于七层模型的物理层. 它主要实现一系列低级电气特性，例如信号调制和接口类型. 同样，ADSL宽带访问仍遵循数据通信的对等通信原理. 上层数据封装在用户侧后，将在网络侧的同一层解封. 因此，要实现ADSL的各种宽带接入，必须在网络侧结合相应的网络设备.

ADSL的接入模型主要由中央交换局模块和远程模块组成. 中央交换局模块包括中央ADSL调制解调器和访问多路复用系统DSLAM. 远程模块由用户ADSL调制解调器和过滤组成. 制造商组成.

ADSL可以为最终用户提供8Mbps的下行链路传输速率和1Mbps的上行链路速率，这比传统的28.8Kbps模拟调制解调器快200倍，而传统的28.8Kbps模拟调制解调器也没有ISDN（集成服务数据网络）的支持. 传输速率为128Kbps. 与电缆调制解调器（CableModem）相比，ADSL具有一个独特的优势: 它是单个电话线用户的专用线路服务，而电缆调制解调器则要求系统中的许多用户共享同一带宽. 尽管电缆调制解调器的下行速率高于ADSL，但考虑到将来会有越来越多的用户同时上网，因此电缆调制解调器的性能将大大降低. 另外，电缆调制解调器的上行速率通常低于ADSL.

不容忽视的是，目前全球有将近7.5亿铜线电话用户，而只有1200万家庭拥有电缆调制解调器服务. ADSL不需要修改现有的铜缆网络设施即可提供宽带服务. 由于技术的成熟和产量的大幅增加，ADSL已经开始进入蓬勃发展的阶段.

目前，许多ADSL制造商通常在技术实施方面将先进的ATM服务质量保证技术集成到ADSL设备中. DSLAM（ADSL用户集中器）的ATM功能的引入不仅改善了整个ADSL的访问. ADSL的整体性能为每个用户提供了可靠的访问带宽，为ADSL星形网络模式提供了强大的支持，并完成了无缝互连. 通过ATM接口，可以与ATM骨干网完美结合.

2. 基于HFC网络的电缆调制解调器技术

基于HFC网络（光纤和同轴电缆混合网络）的CableModem技术是宽带接入技术中第一个成熟并进入市场的技术. 它的巨大带宽和相对经济性使其非常适合有线电视网络公司，而新成立的电信公司非常有吸引力.

CableModem的通信与普通调制解调器相同. 这是在模拟通道上交互传输数据信号的过程，但也存在差异. 普通Modem的传输介质在用户和接入服务器之间是独立的，即用户专有的传输介质. ，而CableModem的传输介质是HFC网络，它将数据信号调制到一定的传输带宽，并与有线电视信号共享该介质. 另外，CableModem的结构比普通的调制解调器复杂，后者由调制解调器，调谐器，加密/解密模块以及网桥，网络接口卡，以太网集线器等组成，因此不需要拨号上网，不占用电话线，可以随时提供全天候连接服务.

当前，电缆调制解调器产品在欧洲和美国具有两个主要的标准系统. DOCSIS是北美标准，而DVB / DAVIC是欧洲标准.

两个主要的欧美标准系统在信道划分，信道带宽和信道参数方面的规定差异很大，因此彼此不兼容. 北美标准是一个基于IP的数据传输系统，它着重于系统接口的规范，并具有灵活的高速数据传输的优势. 欧洲标准是一种基于ATM的数据传输系统，该系统专注于DVB交互式通道的规范，并具有实时视频传输的优势. 从当前情况来看，与欧洲标准兼容的EuroDOCSIS1.1标准是有希望的. 信息产业部CM技术要求（征求意见稿）与本标准相似.

电缆调制解调器的工作过程是: 以DOCSIS标准为例，电缆调制解调器的技术实现通常是将6MHZ频道与87MHZ-860MHZ电视频道分开以进行下游数据传输. 通常下行数据采用64QAM（正交幅度调制）调制方式或256QAM调制方式. 上行链路数据通常通过5MHZ-65 MHZ之间的一段频谱进行传输. 为了有效抑制上行链路噪声的累积，通常选择QPSK调制（QPSK比64QAM更适合噪声环境，但速率更低）. CMTS（有线调制解调器的前端设备）与CM（有线调制解调器）之间的通信过程是: CMTS从外部网络接收的数据帧被封装在MPEG-TS帧中，然后通过下行链路与有线电视的模拟信号混合数据调制（频带调制）以输出RF当信号发送到HFC网络时，CMTS同时接收上行链路输出的信号，并将数据信号转换为以太网帧并发送到数据转换模块. 用户端CableModem的基本功能是将用户计算机输出的上行链路数字信号调制为5-65 MHZ射频信号，并输入到HFC网络的上行链路信道中. 同时，CM将下行RF信号解调为数字信号，并将其发送到用户计算机.

电缆调制解调器的前端设备CMTS使用10Base-T，100Base-T和其他接口通过交换式HUB连接到外部设备，通过路由器连接到Internet或直接连接到本地服务器以享受本地服务. CM（CableModem）是一种客户端设备，放置在用户家中，并通过10Base-T接口连接到用户计算机.

三，基于五类线路的以太网接入技术

自1980年代以来，以太网已成为最常用的网络技术. 根据IDC的统计，以太网端口的数量约为所有网络端口的85％. 1998年，以太网卡的销售额为4800万端口，而令牌网，FDDI网络和ATM网卡的总销售额为500万端口，仅占总销售额的10％. 以太网的这一优势仍然有继续发展的动力.

传统的以太网技术不属于接入网络类别，而是属于客户场所网络（CPN）领域. 但是，其应用领域正在扩展到包括接入网在内的其他公共网络领域. 从历史上看，对于企业用户而言，以太网技术一直是最受欢迎的方法. 使用以太网作为访问方法的主要原因是: （1）以太网具有强大的网络基础和长期的经验知识； （2）目前，所有流行的操作系统和应用程序都与以太网兼容； （3）性价比高，可扩展性强，易于安装和打开，可靠性高； （4）以太网访问模式非常适合IP网络，与此同时，以太网技术也有了重大突破. 容量分为10/100 / 1000Mb / s三个级别，可以按需升级，而10Gb / s以太网系统即将问世.

基于以太网技术的宽带接入网络由办公设备和用户设备组成. 办公室侧设备通常位于小区中，而用户侧设备通常位于住宅建筑物中. 或办公室端设备位于商业大楼中，而用户端设备位于地板上. 办公室端设备提供与IP骨干网的接口，而用户端设备提供与用户终端计算机的10 / 100BASE-T接口. 局端设备具有汇聚用户端设备网络管理信息的功能.

宽带以太网访问技术具有强大的网络管理功能. 像其他接入网络技术一样，它可以执行配置管理，性能管理，故障管理和安全性管理. 它还可以向计费系统提供丰富的计费信息，从而使计费系统可以基于信息量，连接时间或按月订阅等计费方式.

基于5类线路的高速以太网访问无疑是一个更好的选择. 特别适合密集的居住环境，非常适合中国国情. 由于中国居民的生活条件不像西方发达国家，个人用户生活分散，大多数中国家庭居住在集中地区. 这特别适合于开发光纤到社区的访问方法，然后快速与家庭建立以太网连接. 在局域网中，IP协议都在以太网上运行，即IP数据包直接封装在以太网帧中. 以太网协议当前是与IP配合的最佳协议之一. 以太网访问已成为宽带访问的一种新趋势，它将迅速进入家庭. 目前，大多数商业建筑物和新建的住宅建筑物都具有集成布线，布置了5类UTP（非屏蔽双绞线），并将以太网插座放在桌面. 以太网访问可以为每个用户提供10Mb / s或100Mb / s的访问速率，其带宽是其他方法的几倍或几十倍. 它可以完全满足用户的带宽访问需求. 尽管ADSL的速度比56K快，但与以太网相比仍有很大差距. 这只是人们向宽带过渡的过渡技术. ADSL和CableModem的成本很高，平均成本和每户成本将超过1000元. 每户以太网费用约为几百元. 因此，以太网接入方式不仅在性能和价格比上适合中国国情，而且符合网络的未来发展趋势. 在商业建筑和新建的高端住宅建筑中，以太网访问将成为宽带访问的最有希望的手段.

四个. 光纤接入技术

光纤通信具有通信容量大，质量高，性能稳定，抗电磁干扰，保密性强的优点. 在干线通信中，光纤起着重要作用，而在接入网中，光纤接入也将成为发展的重点. 光纤接入网是指传输介质为光纤的接入网. 从技术上讲，光纤接入网可以分为两类: 有源光网络（AON，有源光网络）和无源光网络（PON，无源Optica光网络）. 有源光网络可以分为基于SDH的AON和基于PDH的AON. 本文仅讨论SDH（同步光网络）系统.

（1）用于接入网的SDH系统

活动光网络的中心局设备（CE）和远程设备（RE）通过活动光传输设备连接. 传输技术是已经在骨干网中广泛使用的SDH和PDH技术，但是SDH技术是主要技术. 远程设备主要完成业务收集，接口适配，复用和传输功能. 中心局设备主要完成接口适配，复用和传输功能. 此外，中心局设备还为网络管理系统提供网络管理接口. 在实际的接入网建设中，有源光网络的拓扑结构通常为星形或环形. 在接入网中应用SDH（同步光网络）的主要优点是: SDH可以提供理想的网络性能和服务可靠性； SDH的固有灵活性使其特别适合采用SDH系统来快速发展的蜂窝通信系统. 当然，考虑到接入网对成本的高敏感性和恶劣的工作环境，适合于接入网的SDH设备必须是高度紧凑，低功耗，低成本的新系统，其市场应用前景广阔.

用于接入网的SDH的最新发展趋势是支持IP接入. 目前，至少需要支持以太网接口映射. 因此，除了承载语音业务外，SDH有效载荷的一部分还可以用于传输IP服务以启用SDH. 它还可以支持IP访问. 除了现有的PPP方式外，还有很多支持方式，使用VC12的级联方式来支持IP传输也是一种更有效的方式. 简而言之，作为一种能够提供主要业务收入的成熟可靠的传输技术，它将在可预见的未来继续发展，以支持从电路交换网络到分组网络的平稳过渡.

（2）无源光网络PON

无源光网络（PON）是纯媒体网络，可避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，降低线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，并节省维护成本. 这是电信维护部门期待已久的技术. PON的业务透明性良好，原则上可以应用于任何标准和速率的信号. 特别是，基于ATM的无源光网络（APON）可以利用ATM的集中和统计复用，再结合无源分路器在光纤和光线路终端上的共享效应，因此预计成本会更高比传统的电路交换基本的PDH / SDH访问系统要低20％-40％.

APON的业务发展是分阶段实施的，初期主要是VP专线业务. 与普通专线业务相比，APON提供的VP专线业务设备成本低，体积小，省电，系统可靠稳定，在性价比方有一定优势. 第二步是实现一级和二级分组电路仿真服务，并提供企业内部网连接以及企业电话和数据服务. 第三步是实现以太网接口以提供Internet访问服务和VLAN服务. 后来，它将逐步扩展到其他服务，并成为一个名副其实的全服务访问网络系统.

APON应用的重要因素是价格. 目前，第一代实际APON产品的业务供应能力有限，成本较高. 由于ATM的全球挫折，其市场前景不确定，但其技术优势显而易见. 特别是考虑到运营和维护成本，在新建区域，竞争激烈的区域或需要更换旧铜缆系统的区域，此时铺设PON系统（无论是FTTC还是FTTB）都是有远见的选择. 能否在未来几年内将性能价格比提高到市场可接受的水平，是APON技术生存和发展的关键.

与其他接入技术（如铜双绞线，同轴电缆，Cat 5电缆，无线等）相比，光纤接入技术的最大优势是可用带宽大，发展潜力巨大. 另一方面，其他访问技术根本无法比较. 光纤接入网还具有传输质量好，传输距离长，抗干扰能力强，网络可靠性高，节省管道资源的特点. 另外，SDH和APON设备的标准化程度较高，有利于降低生产，运营和维护成本.

当然，与其他接入技术相比，光接入网也有某些缺点. 最大的问题是成本仍然相对较高. 特别地，光节点离用户越近，由每个用户分配的接入设备的成本越高. 另外，与无线接入相比，光纤接入网络还需要管道资源. 这也是许多新兴运营商对光纤接入技术持乐观态度，而不得不选择无线接入技术的原因.

根据光网络单元的位置，光纤访问方法可以分为以下几种: FTTR（光纤到远程连接）；

FTTB（建筑物的光纤）； FTTC（光纤到路边）； FTTZ（光纤到小区）； FTTH（用户光纤）. 光网络单元具有诸如光/电转换，用户信息分接和复用以及向用户终端供电和信令转换等功能. 当用户终端是模拟终端时，在光网络单元和用户终端之间有一个数模和模数转换器.

目前，电信网络的核心部分和CATV（有线电视）网络的骨干网都朝着高速和高带宽发展. 网络传输的业务类型将越来越多，带宽需求将越来越广，交互性将越来越强. 显然，网络的瓶颈部分-接入网也将朝着同一方向发展. 只有这样才能实现. 网络的现代化和宽带化.

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