宽带接入技术的发展与应用

1、宽带接入技术的发展与应用1.引言随着 Internet 的迅猛发展，人们对远程教学、远程医疗、视频会议等多媒体应用的需求大幅度增加，电子商务更是网络应用的典型热点。同时，人们对网络带宽及速率也提出了更高的要求，促使网络由低速向高速、由共享到交换、由窄带向宽带方向迅速发展。目前对于主干网来讲，各种宽带组网技术日益成熟和完善，波分复用系统的带宽已达 400Gbit/s， IP over ATM 、IP over SDH 、 IP over WDM （ DWDM ）等技术已经开始投入使用，并提出了建立全优化光学主干网络，可以说网络的主干已经为承载各种宽带业务作好了准备。但是位于通信网络与用户之间的接

2、入网发展相对滞后，接入网技术成为制约通信发展的瓶颈。为了给广大用户提供端到瑞的宽带连接，保证宽带业务的开展，接入网的宽带化、数字化是前提和基础，同时也是网络技术中的一大热点和高利润增长点。网络接入方式的结构 ,统称为网络的接入技术 ,其发生在连接网络与用户的最后一段路程 ,网络的接入部分是目前最有希望大幅提高网络性能的环节。对本地环路网来说这是一个瓶颈，全球拥有上亿条用户接入线，因其功能有限阻碍着网络用户业务的发展，而与用户线路另一端的高性能设备形成了鲜明的反差。随着电子技术和光电技术的迅速发展，数字电子系统（从个人计算机到网络交换机或路由器）以及信息传输设备性能都在快速稳步的增长，为解决这一

3、环路瓶提供了广阔的发展前景。由于在本地环路铜线上传输的仍然是模拟信号，人们仍然使用着狭窄的无线电频道穿越拥挤的无线电频谱。目前如何大规模拓宽网络接入的瓶颈为全球现有的 10.5 亿条接入线提供超宽频带 ,已是当前网络技术发展的焦点 ,瓶颈是相对的 ,一对金属线可以提供支持双向交谈的足够容量 ,但传统的铜线所能提供的带宽 ,对高性能的数据网络和因特网来说的确有些勉为其难 ,数据用户不仅希望与对方交谈 ,而希望通过视频会议系统看到对方的虚拟影象 ,所以对传统的接入技术 ( 接入方式、接入布线)提出高性能的要求，以突破网络接入环节的瓶颈。以增加网络最后一段路程中的带宽，在大范围达到并满足用户在家庭或

4、小型办公室的通信要求的基本前提。而局部环路的瓶颈是由今天提供的较低比特率造成的，事实上，除了本地环路的带宽限制外，当前的数据网络技术已足以保证提供运动图像和其它高带宽服务。目前正广泛兴起的宽带网接入相对于传统的窄带接入而言显示了其不可比拟的优势和强劲的生命力。为了适应新的形式和需要，出现了多种宽带接入网技术。包括铜线接入技术、光纤接入技术、混合光纤同轴（ HFC）接入技术等多种有线接入技术以及无线接入技术等。然而，各种各样的宽带接入方式都有其自身的长短、优劣，不同需要的用户应该根据自己的实际情况做出合理的选择。2.铜线接入技术传统铜线接入技术，即借助电话线路，通过调制解调器拨号实现用户接入的方

5、式，速率已达56kbit s（通信一方应为数字线路接入），但这种速率还远远不能满足用户对宽带业务的需求。虽然铜线的传输带宽有限，但由于电话网非常普及，电话线占居着全世界用户线的90以上，如何充分利用这部分宝贵资源，采用各种先进的调制技术和编码技术，提高铜线的传输速率，是中、近期接入网宽带化的重要任务，目前，以电话线为传输介质的宽带接入技术主要有以下几种。xDSL 是 DSL(DigitalSubscriber Line) 的统称，意即数字用户线路，是以铜电话线为传输介质的点对点传输技术。尽管 xDSL 可以包括 HDSL（高速数字用户线） 、 SDSL（对称数字用户线） 、 ADSL （非对称

6、数字用户线）、 VDSL （甚高比特率数字用户线） ,但是目前市面上主要流行的还是 ADSL （非对称数字用户线路） 和 VDSL （甚高速数字用户线） 。VDSL 以其 52Mbps 的理论速度相对于于 ADSL 1.5Mbps 的理论速度而言，具有绝对的性能优势，但是其高昂的价格也让用户望而却步。它适合于单位用户召开电视电话会议等。DSL 实质是一系列的超级Modem ，他们的传输速率要远远高于普通的模拟Modem ，甚至能够提供比普通模拟Modem 快 300 倍的兆级传输速率。由于DSL 使用普通的电话线（不象其他的高速传输技术，如Cable Modem），所以 DSL 技术被认为是解

7、决“最后一英里”问题的最佳选择之一。其最大的优势在于利用现有的电话网络架构，为用户提供更高的传输速度。用户在两个方向并非需要同等的带宽,相反他们希望更多的带宽用于接收视频或因特网服务,为满足这一非对称的接入要求,工业界已开发出非对称数字用户线路技术(ADSL) 。 ADSL技术为家庭和小型业务提供了增强带宽的标准方式，国际电信联盟公布的G.Lite 或 ADSL Lite 标准规定的下行带宽为 1.5Mbs,上行带宽为 384Kbps,前者大约是现有拨号模拟调制解调器的50 倍，为此实际上与网络建立了两个连接，它们分别用于电话和数据业务，并可同时打开和连续使用。在现时中，为了满足电视会议或建立

8、Web 主机的需求，对数据服务要求不多的用户也可能仍然需求对称的高速支持。为满足这部分用户要求对称高速的支持，开发的DSL （SDSL ）可以在环路上提供宽带接入，对称的 DSL 可以在两个方向提供最高1.5Mbps 的数据传输率，从而充分利用铜线环路技术带来的所有价值。2.1 高速数字用户环路（HDSL ）技术这种性能主要由于两个主要的HDSL 技术； 2B1Q 和全双工传输，实现回音消除，HDSL 系统由两个单元组成，一个在用户端（ NTU ），另一个在转换端 （ LTU ）。两者通过两个或三个双绞线对，每对可单独传输1168/784KBIT/S 数据位流以584KBIT/S 和 /392

9、KBIT/S 的低波特率传输，低波特率使长距离传输变为可能。显示删除和自适应技术实现和服务。为替换本地局与用户局间的E1 连接， HDSL 技术提供几种应用和服务。2.2 非对称数字用户环路（ADSL ）技术ADSL是利用数字编码技术从现有的铜制电话线上获取最大数据传输容量，同时又不干扰在同一条线路上进行的常规语音服务。ADSL的基本原理是使用电话话音以外的频率来传输数据，使用户在浏览 Internet 的同时可以打电话或发传真，而且不会影响通话的质量和网络下载速度。ADSL技术有利于充分利用铜缆资源，保护已有投资，能够在正常开通现有话音业务的同时提供宽带业务。目前 ADSL的技术和产品已比较

10、成熟、价格也在不断下降，特别是对中国电信这样一个拥有大量铜缆资源和超过1.35 亿电话用户的运营商来说，有重要的现实意义和巨大的发展潜力。如果今后五年内有 20的电话用户能够使用ADSL ，用户数量就会超过2000 万，这将是一个巨大的市场。 ADSL 的应用主要有两种方式：2.2.2 FTTx ADSL 方式。由于光节点靠近用户，铜缆距离较短，线间串扰较小，因此可以达以较高的传输速率，并可随着技术的发展向VDSL 升级。目前，市面上电信和铁通都在经营ADSL 业务，在他们经营的业务中，分为虚拟拨号ADSL 和固定 IP ADSL ，在带宽上也分有等级：512K 、 1M 、 2M 等。对于普

11、通的家庭用户，电信提供512K的虚拟拨号 ADSL ，铁通提供2M 的虚拟拨号 ADSL 。对于非营运性的家庭用户，电信提供512k 的虚拟拨号 ADSL ，铁通提供2M 的虚拟拨号 ADSL 。但是选择铁通需要使用铁通的固定电话，因此位置必须靠近铁路才行。2.3 超高速数字用户环路（VDSL ）技术VDSL 和 ADSL 技术相似，也是一种非对称的数字用户环路技术，采用频分复用方式，将POTS、 ISDN 以及 VDSL 的上、下行信号放在不同的频段传输，但VDSL 比 ADSL 的传输速率更高，是高速的 ADSL 。 VDSL 采用 CAP、 DMT 和 DWMT 等编码方式，在一对普通电

12、话双绞线上提供的典型速率为上行 1.62.3Mbit s，下行12.96 55.2Mbit S（目前最高达到 155Mbit s），速率比 ADSL 高约 10 倍，但传输距离比ADSL 也低得多，典型的传输距离为0.3 1.5km。由于 VDSL的传输距离比较短，因此特别适合于光纤接入网中与用户相连接的最后“一公里”，并且要求光网络单元（ ONU ）尽量与用户接近，其系统配置图与ADSL 类似，存在于用户与本地ONU之间。VDSL 可同时传送多种宽带业务，如高清晰度电视（ HDTV ）、清晰度图像通信以及可视化计算等，其国际标准还正在制定。2.4 对称数字用户线 (SDSL)对称数字用户线它

13、与HDSL 类似，可以在两个方向上 （上行和下行）传送 1.544Mbit s 的带宽，但它利用一对铜双绞线。一对铜双绞线的使用使其传送距离受到限制，SDSL 应用的传送范围为3km 左右。它可在小范围的应用上找到位置，如住宅电视会议或远端LAN 接入等。2.5 IDSL (ISDN DSL综合数字业务用户环路)IDSL 技术也与 HDSL 相同 ,它可以提供 ISDN 的基本速率 (2B+D) 或基群速率 (30B+D) 的双向业务 ,但 IDL 与 ISDN 完全不同 ,ISDN 是交换技术， ISDL 是网络技术。不同于 ISDN 的最大特性是交换数据不通过交换机。2.6 UDSL (U

14、ltrahigh bit-rate DSL:UDSL也是ADSL技术的一种超高速数字用户环路),但其传输速率更高，可达155Mb/s, 不过传输距离只有数十米,Internet 用户使用价值不大。目前仅处于实验阶段。3.混合光纤同轴（ HFC ）接入技术为了解决终端用户通过普通电话线入网速率较低的问题，人们一方面通过xDSL 技术提高电话线路的传输速率，另一方面尝试利用目前覆盖范围广、最具潜力、具有很大带宽的CATV 网络。HFC（ Hybrid Fiber Coaxial ）网是指光纤同轴电缆混合网，它是一种新型的宽带网络，采用光纤到服务区，而在进入用户的“最后1 公里”采用同轴电缆。最常见

15、的也就是有线电视网络，它比较合理有效地利用了当前的先进成熟技术，融数字与模拟传输为一体，集光电功能于一身，同时提供较高质量和较多频道的传统模拟广播电视节目、较好性能价格比的电话服务、高速数据传输服务和多种信息增值服务，还可以逐步开展交互式数字视频应用。HFC 接入技术就是以现有的CATV 网络为基础，采用模拟频分复用技术，综合应用模拟和数字传输技术、射频技术和计算机技术所产生的一种宽带接入网技术。与光纤到路边（FTTC ）不同的是，其同轴电缆不是星型结构，而是采用树型结构，通过分支器连接到终端用户。光分配节点（ODU ）到头端（ HE）为星型拓扑结构，采用AN SCM 光波技术通过光缆传输信号

16、，所有连接到光节点的用户共享一条光纤线路。HFC 技术可以统一提供CATV 、话音、数据及其他一些交互业务，它在550MHz 频段通过QPSK 和 TDMA等技术提供上行非广播数据通信业务，在50550MHz频段采用残留边带调制（VSB ）技术提供普通广播电视业务，在550 750MHZ频段采用QAM 和 TDMA 等技术提供下行数据通信业务，如数字电视和VOD 等， 750MHz 以上频段暂时保留以后使用。终端用户要想通过HFC 接入，需要安装一个用户接口盒（UIB ），它可以提供三种连接：使用 CATV 同轴电线连接到机项盒（ STB ），然后连接到用户电视机；使用双绞线连接到用户电话机；

17、通过 Cable Modem 连接到用户计算机。由于 CATV 网络覆盖范围已经很广泛，而且同轴的带宽比铜线的带宽要宽得多，因此HFC 是一种相对比较经济、高性能的宽带接入方案，是光纤逐步推向用户的一种经济的演变策略，尤其是在有线电视网络比较发达的地区，HFC 是一种很好的宽带接入方案。不过HFC 接入技术的应用也有一些需要解决的问题，首先，原有的CATV 网络只提供广播业务，大都为单向网络，为实现双向通信，需要有双向分配放大器、双向滤波器和双向干线放大器等。其次，HFC 接入系统为树型结构，同轴的带宽是由所有用户公用的，而且还有一部分带宽要用于传送电视节目，用于数据通信的带宽受到限制，目前一

18、般一个同轴网络内至多连接500 个用户，另外树型结构使其上行信号存在噪声积累。再者， HFC 网络的安全保密性、系统健壮性以及价格等问题也有待进一步解决和完善。最后， IEEE 的 802.14 工作组正在制定 HFC 物理层和 MAC 层标准，但 HFC 目前还没有统一的国际标准。在我国开展 HFC 接入，还有一个经营体制的问题，需要打破行业界限。HFC 网是目前世界上公认较好的接入方式，是解决信息高速公路最后1 公里宽带 接入网的最佳方案。 HFC 综合网可以提供电视广播（模拟及数字电视）、影视点播、数据通信、电信服务（电话、传真等） 、电子商贸、远程教学与医疗、以及增值服务（电子邮件、电

19、子图书馆） 等极为丰富的服务内容。由于 HFC 网络大部分采用传统的高速局域网技术，但是最重要的组成部分也就是同轴电缆到用户电脑这一段使用了另外的一种独立技术，这就是Cable Modem ，即电缆调制解调器又名线缆调制解调器，是一种将数据终端设备（计算机）连接到有线电视网（Cable TV ），以使用户能进行数据通信，访问 Internet等信息资源的设备。它是近几年随着网络应用的扩大而发展起来的，主要用于有线电视网进行数据传输。用户可以通过CM 连接有线电视宽带网 （即 HFC 网络）接入有线电视数据网，有线电视数据网再和internet 高速相连，用户即可在家中高速连入internet

20、网。尽管它依靠现有的有线电视网络，但是它必须对现有的有线电缆进行双向改造后才能实现对Internet 的上传。利用 Cable modem接入 Internet 可以实现 10Mb/s 40Mb/s 的带宽，下载速度可以轻松超过100kb/s，有时甚至可以高达 300kb/s，用它可以非常舒心地享受宽带多媒体业务，而且Cable modem 可以绑定独立的 IP。Cable Modem 其主要功能是将数字信号调制到射频（FR）以及将射频信号中的数字信息解调出来。除此之外， Cable Modem 还提供标准的以太网接口，部分地完成网桥、路由器、网卡和集线器的功能，因此，要比传统的Modem 复

21、杂得多。CableModem 与以往的 Modem 在原理上都是将数据进行调制后在Cable(电缆 )的一个频率范围内传输 ,接收时进行解调，传输机理与普通Modem 相同，不同之处在于它是通过有线电视CATV 的某个传输频带进行调制解调的。而普通Modem 的传输介质在用户与交换机之间是独立的，即用户独享通讯介质。 CableModem属于共享介质系统，其它空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。Cable Modem 提供双向信道：从计算机终端到网络方向称为上游（Upstream）信道，从网络到计算机终端方向称为下游（Downstream）信道。上游信道带宽一般在200kbit s 到 2M

22、bit s 之间，最高可达10Mbit s。上游信道采用的载波频率范围在 5MHz 到 40MHz 之间，由于这一频段易受家用电器噪声的干扰，信道环境较差，一般采用较可行的 QPSK 调制方式。下游信道的带宽一般在3Mbit s 至 10Mbit s 之间，最高可达36Mbit s。下游信道采用的载波频率范围在 42MHz 到 750MHz 之间，一般将数字信号调制到一个6MHz 的电视载波上，典型的调制方式有 QPSK 和 QAM64 等，前者可提供10Mbit s 带宽，后者可提供36Mbit/s 带宽。Cable Modem 本身不单纯是调制解调器，它集MODEM 、调谐器、加 /解密设

23、备、桥接器、网络接口卡、 SNMP 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，可永久连接。服务商的设备同用户的Modem 之间建立了一个VLAN （虚拟专网）连接，大多数的Modem 提供一个标准的 10BaseT 以太网接口同用户的PC 设备或局域网集线器相联。CableModem 彻底解决了由于声音图像的传输而引起的阻塞，其速率已达10Mbps 以上，下行速率则更高。而传统的 Modem 虽然已经开发出了速率56Kbps 的产品，但其理论传输极限为64Kbps ，再想提高已不大可能。我们可以看出CableModem 是未来网络发展的一个主流之一，但是，目前尚无 Cabl

24、eModem 的国际标准，各厂家的产品的传输速率均不相同。HFC 网的优点就是可以充分利用现有的有线电视网络，不需要再单独架设网络，并且速度比较快，但是它的缺点就是HFC 网络结构是树型的， Cable Modem 上行 10M 下行 38M 的信道带宽是整个社区用户共享的，一旦用户数增多，每个用户所分配的带宽就会急剧下降，而且共享型网络拓扑致命的缺陷就是它的安全性（整个社区属于一个网段），数据传送基于广播机制，同一个社区的所有用户都可以接收到他人的数据包。从长远看， HFC 网计划提供的是全业务网（ FSN），将来用户数从 500 户降到 25 户，实现光纤到路边。最终用户数可望降到一户，实

25、现光纤到家，提供一条通向宽带通信的新途径。但回传信道的干扰仍需解决。目前有多种解决方案，其中较彻底的是小型光节点方案，就是用独立的光纤来传双向业务。小型光节点采用低成本激光器，很靠近用户，同轴网部分为无源网。回传信道则安排在高频端，彻底避免回传信道的干扰问题。第二种比较好的是采用同步码分多址（S-CDMA ）技术。此时信号处理增益可达21.5dB，干扰大大减少，系统可工作在负信噪比条件，较好解决回传信道的噪声和干扰问题。HFC 的最新发展趋势是与DWDM 相结合，充分利用DWDM的降价趋势简化第二枢纽站，将路由器和服务器等移到前端，消除光射频光变换过程，可以简化系统，进一步降低成本。4.SDH

26、应用于接入网目前的市场，带宽需求和技术都已显示有必要把SDH 的功能和接口尽可能靠近用户。在接入网中应用SDHSDH技术上的巨大优势带进接入网领域，使的主要优势在于：对于要求高可靠高质量业务的大企事业用户，SDH 可以提供理想的网络性能和业务可靠性。此时可以直接用SDH 系统以点到点或环形拓扑形式与用户相连。可以增加传输带宽，改进网管能力，简化维护工作，降低运行维护成本。SDH 的固有灵活性，使网络运营者可以更快更有效地提供用户所需的长期和短期业务需求以及组网需要。对于发展极其迅速的蜂窝通信系统采用 SDH 系统尤其适合，它可以迅速灵活地提供所需的 2Mb/s 透明通道。当然，考虑到接入网对成

27、本的高度敏感性和运行环境的恶劣性，适用于接入网的SDH 设备必须是高度紧凑、低功耗和低成本的新型系统。目前已有若干厂家研制出专用于接入网的SDH 设备，其应用市场前景看好。为了更充分利用SDH 的优势，需要将 SDH 进一步扩展至低带宽用户，特别是无线用户，提供64kb/s 等级的灵活性并能综合现有和新的业务传送平台。具体实施方法有多种，使用STM-0 子速率连接（ sub STM-0 ）对于小带宽用户是经济有效的方案，同时又能保持全部SDH 管理能力和功能。目前 ITU-T 第 15研究组已开发了新的建议G.708，规定了两种接口，即传送TUG-2 的接口（sSTM-2n ）和传送TU-12

28、 的接口（ sSTM-1k ）。采用 sSTM-2n 接口时，信号速率为7.488Mb/s 、14.4Mb/s 和 28.224Mb/s。采用 sSTM-1k 接口时， k 值限于 1、 2、4、8 和 16，主要适用于无线传送技术。其速率分别为 2.88Mb/s 、 5.18Mb/s 、9.792Mb/s、 19.008Mb/s 和 37.4Mb/s。届时 SDH 将进一步向用户推进，在接入网领域占据更大的份额。5.HOME PNA接入HomePNA 全名是 Home PhoneLine Networking Alliance ，它是 1998 年 6 月由全球多家知名的通讯及晶片大厂共同制

29、订的利用电话线在小范围内搭建局域网的电话网络标准，执行的网络标准是IEEE802.3 标准的局域网标准。目前 HomaPNA 已经获得了多家大 IT 企业的支持包括 AMD 、IBM 、 AT&T 、HP、 3Com、 Compaq 等。HomePNA 是利用高低差频多工 （ FDM ）的技术，把话音与数据在同一条电话线上分开传送（话音： 20 4kHz，数据： 5.5 9.5MHz ），并与以太网兼容，上网及通话互不干扰。HomePNA 是以现成的电话线来组建网络，可以快速、方便、低成本地完成网络架构，不需要重新布设5 类线，就能达到让所有电脑及周边设备实现资源共享。HomePNA 技术的出

30、现其中一个主要目的就是解决最后几百米的互联网高速接入，实质就是一种变种的ADSL ， homePNA 设备就是一套简单的ADSL局端和用户端设备，只是速度相对标准ADSL 慢一些，传输距离更短一些。目前速率可以达1Mbps，距离可达400 米。解决互联网接入的模型一般是这样：ISP 通过光纤或者其他方式将高速互联网接口连到小区，通过HomePNA 局端设备（小区网络中心）和客户端设备在小区内通过小区住户的电话线连接成一个局域网，然后通过HomePNA 设备上的共享上网服务功能为用户提供高速上网连接。6.DDN 数字专线对于上网计算机较多的企业用户，可以采用DDN和帧中继的INTERNET的接入

31、方式。 DDNDigital Data Network ）即数字数据网，是利用光纤、数字微波或卫星等数字信道，提高永久或半永久性电路，以传输数据信号为主的信号网络。它区别与传统模拟电话专线，其显着特点是数字专线，传输质量高，时延小，通信速度可以根据需要在2.4kbps 到 2Mbps 之间选择。用DDN 方式接入 INTERNET ，传输速率可以达到64kbps 至 2Mbps。DDN是采用数字传输信道传输数据信号的通信网，可提供点对点、点对多点透明传输的数据专线，为用户传输数据、图象、声音等信息。 数字数据网是以光纤为中继干线网络，组成 DDN 的基本单位是节点，节点间通过光纤连接，构成网状

32、的拓朴结构，用户的终端设备通过数据终端单元（DTU ）与就近的节点机相连。DDN专线就是市内或长途的数据电路，电信部门将它们出租给用户做资料传输使用后，它们就变成用户的专线，直接进入电信的DDN 网络，因为这种电路是采用固定连接的方式，不需经过交换机房，所以称之为固定 DDN 专线。现在我们常见的固定 DDN 专线按传输速率可分为 14.4K 、 28.8K 、64K 、128K 、256K 、 512K 、 768K 、 1.544M （就是常说的 T1 线路）及 44.763M （T3）九种目前 DDN 可达到的最高传输速率为 155Mbit/s ，平均时延 450s。 过去这种所谓专线的

33、技术是单纯用来连接相隔两地的区域网络，现在利用它直接进入电信主干数据网的先天优势，他的应用范围获得了极大扩展。因为 DDN 的主干传输为光纤传输，采用数字信道直接传送数据，所以传输质量高。采用专线连接的方式而不必选择路由，直接进入主干网络，所以时延小速度快14.4K 的 DDN 绝对比 14.4K的拨号上网快很多、采用点对点或点对多点的专用数据线路，特别适用于业务量大、实时性强的用户。7.帧中继帧中继（ Frame Relay）是在 OSI 的第二层上用简化的方法传送和交换数据单元的一种网络互联技术。它的传输率从 19.2KBPS 到 2MKBPS 。帧中继主要运用在企业局域网之间的互联，以及

34、局域网联入 INTERNET ，它是一种经济、方便、灵活、投资少的一种企业级的网络解决方案。帧中继是在分组交换网的基础上，结合数字专线技术而产生的数据业务网络。在某种程度上它可被认为是一种“快速分组交换网”。它是当前数据通信中一项重要的业务网络技术。用户的LAN 一般通过网关路由器接入帧中继网；若路由器不具有标准的帧中继UNI 接口规程，则在路由器和帧中继网间还需增加帧中继拆装设备（FRAD ）。其主要优势表现为：7.1 简化了相应协议，提高了传输速度。它只完成 OSI 七层协议中物理层和数据链路层的功能，而将流量控制、纠错等功能留给智能终端完成。故其数据链路层协议（LAPD 协议）在可靠的基

35、础上相对简化，从而减小了传输时延，提高了传输速度（速率范围一般亦为9.6kbps 2.048Mbps ）。另外，它所采用的LAPD 链路层协议，能够顺利承载IP 、IPX 、SNA 等常用协议。7.2 PVC技术帧中继网络可提供的基本业务有两种，即 Virtual Circuit ），但目前的帧中继网络只提供PVC （Permanent VirtualCircuit ）和 SVC（ SwitchedPVC 业务。所谓PVC 是指在网管定义完成后，通信双方的电路在用户看来是永久连接的，但实际上只有在用户准备发送数据时网络才真正把传输带宽分配给用户。但它自身没有足够的流量控制功能，当同一网络端口的

36、各 PVC 同时数据流量很大时，可能造成拥塞。技术上缺乏对 SVC 的支持也使它丧失了部分应用上的优势，影响了业务的进一步推广。采用 PVC 和统计复用技术可以提高网络的利用率，但同时，一旦物理线路或物理端口出现故障，将会有多条 PVC 同时受到影响。7.3 统计复用技术。它使得帧中继的每一条线路和网络端口都时由多个终端用户按信息流（即能在单一物理连接上提供多个逻辑连接。显然，它大大地提高了网络资源的利用率。7.4 用户费用相对经济。PVC）实现共享，即由于网络的信息流基于数据包，采用了PVC 技术和统计复用技术，其电路租用费用低廉。其费率一般仅为同速率DDN 电路的 40%。且在网络空闲时，

37、它还允许用户突发地超过自己申请的速率（ CIR ）占用动态带宽。对于经常传递大量突发性数据的用户，非常经济合算。不难看出，帧中继适合于突发性较强、速率较高、时延较短且要求经济性较好的数据传输业务，如公司间进行网络互联、开放远程医疗等多媒体业务、进行电子商务以及VPN 组网等。8.无线接入技术PVC无线接入技术是指在终端用户和交换局端间的接入网部分全部或部分采用无线传输方式，为用户提供固定或移动的接入服务的技术。作为有线接入网的有效补充，它有系统容量大，话音质量与有线一样，覆盖范围广，系统规划简单，扩容方便，可加密码或用CDMA增强保密性等技术特点，可解决边远地区、难于架线地区的信息传输问题，是

38、当前发展最快的接入网之一。目前，无线接入技术已较为广泛地应用于农村、城镇，在水利电力、工矿等专网中也得到一定程度上的应用。无线接入的方式有很多，如微波传输技术（包括一点多址微波）、卫星通信技术、蜂窝移动通信技术（包括 FDMA 、TDMA 、 CDMA 和 SCDMA ）、 CTZ 、DECT 、 PHS 集群通信技术、无线局域网（ WLAN ）、无线异步转移模式（ WATM ）等，尤其是 WLAN 以及刚刚兴起的 WATM 将成为宽带无线本地接入（ WWLL ）的主要方式。与有线宽带接入方式相比，虽然无线接入技术的应用还面临着开发新频段、完善调制和多址技术、防止信元丢失、时延等方面的问题，但

39、它以其特有的无须敷设线路、建设速度快、初期投资小、受环境制约不大、安装灵活、维护方便等特点将成为接入网领域的新生力量。8.1 无线本地环路（ WLL ）WLL利用无线方式把固定用户接入到固定电话网，即利用无线方式代替传统的有线用户接入，为用户提供终端业务服务。 WLL 包括 DECT、 PHS、 CDMA 、 FDMA 、 SCDMA 等，它具有部署灵活，建网速度快，适应环境能力强，网络配置简单等优点，近年来颇受青睐。 8.2 本地多点分配业务接入（ LMDS ）本地多点分配业务(LMDS) ，作为近年来兴起的一种宽带无线接入技术。它与蜂窝移动通信系统类似，一般也采用小区结构，小区的半径为2

40、5km（具体数值因各地的地理环境与气候条件不同而有差异）。美国FCC 规定， LMDS 占用 28GHz 与 31GHz 频段附近（ Ka 波段）的 1.3GHz 带宽，其他各国对 LMDS 所占用的频段规定各不相同，但一般都采用 20 40GHz 间的频段，带宽通常在 1GHz 以上。与蜂窝移动通信系统不同的是， LMDS 由于具有 Ka 波段的电波传播特点，所以不能支持移动业务，只能提供定点的接入。LMDS 利用地面转接站而不是卫星转发数据，通过射频（RF）频带 LMDS 最多可提供 10Mbit/s的数据流量，它采用蜂窝单元，以毫米波28GHz 的带宽向用户提供ROD、广播和会议电视、视

41、频家庭购物等宽带业务。LMDS 接入系统主要由带扇形天线的收发信机组成，其典型蜂窝半径为410km，在每个扇区传输交互式的数字信号，信号到达用户室外单元后，28GHz 的信号转换成中频595MHz ，在室内用同轴电缆将数字信号送至机顶盒（ STB）。 LMDS 为某些布线施工困难的地区提供类似的带宽接入和双路能力。LMDS 系统通常由多个小区组成，每个小区由一个中心站和众多用户站组成，各中心站通过带自愈功能的高速光纤环路相连。中心站由网络节点设备与射频设备组成，网络节点设备主要包括与 ATM 和 CATV 网络的接口、信号的编解码、压缩、纠错、复分接、路由、调制解调、合分路等；射频设备主要包括

42、射频收发信机与天线。通常，这两部分是做在一起的，射频部分将来自网络节点设备的中频信号变频至相应频段，通过天线发射出去，同时将天线收到的信号变频至中频送入网络节点设备处理。用户站由网络接口单元和射频部分组成，其结构基本同中心站。但网络接口单元较中心站的网络节点设备要简单得多，而且因用户所需业务的不同而有差异，一般可向用户提供E1 T1、 E3T3、 10BaseT、 ATM25.6 、 ISDN BNI 、PRI、 POTS 等接口。中心站一般采用全向天线或扇形天线，用户站则采用方向性极强的高增益天线。每个小区通常可以提供的下行带宽为1GHz，上行带宽为300MHz 。如果在小区内划分扇区，并且

43、在相邻扇区内采用交叉极化的方式，还可以成倍地扩大带宽。例如，一个划分了8 个扇区的小区，如采用QPSK调制，从理论上来说，该小区内的用户可以享受10GHz 以上的带宽。此外LMDS 系统采用了高效先进的均衡与纠错算法，使系统的误码率降至10-10 10-11。因此， LMDS 系统在带宽容量和传输性能上都达到或接近了光纤的水平，所以有人称其为“空中光纤”。同低频段的其他无线通信系统不同的是，LMDS 系统对各通信点之间的“视通”（ LOS）的要求非常苛刻。由于建筑物与植物等的阻挡，所以一个小区内能满足“视通”要求的用户比例通常为60左右。对此， LMDS 系统在规划、设计小区时采用了小区重叠、

44、增加中继站或反射器等技术，这可以使小区内收到有效信号的用户比例上升到85左右。此外， LMDS 系统所处 Ka 波段的电波还易受天气的影响，雨、雪、雾等都会引起电波的衰减，较强的降雨甚至可能导致信号的完全中断。对此， LMDS 系统通常采用动态自适应发信功率控制技术，在信号衰减较大的情况下，自动增大信号的发射功率，以便为系统提供足够的增益储备。另外， LMDS 系统还采用了动态自适应带宽分配，动态自适应调制等一系列先进的技术，以最大限度优化系统性能。可以说， LMDS 系统集成了当今世界多项尖端的通信与网络技术。LMDS 的主要缺点是，存在来自其他小区的同信道干扰和覆盖区范围有限。因为系统要求

45、工作在高频段，所以即使发射机和接收机位置固定，交通工具和树叶也会造成信号衰落。8.3 数字直播卫星接入（DBS）DBS 利用位于地球同步轨道的通信卫星将高速广播数据送到用户的接收天线，所以它一般也称为高轨卫星通信。其特点是通信距离远，费用与距离无关，适用于多业务传输，可为全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动灵活的移动通信服务等。在 DBS 系统中，大量的数据通过频分或时分等调制后利用卫星主站的高速上行通道和卫星转发器进行广播，用户通过卫星天线和卫星接收Modem 接收数据，接收天线直径一般为18 英寸（0.45m）或 21 英寸（ 0.53m）。 DBS 主要是广播系统，用户的回传数

46、据则要通过电话Modem 送到主站的服务器。由于数字卫星系统具有高可靠性，不像PSTN 网络中采用双绞线的模拟电话需要较多的信号纠错，因此可使下载速率达到400kbit/s，而实际 DBS 广播速率最高为 12Mbit/s 。目前，在美国已经可以提供DBS 服务，主要用于因特网接入，其中最大的DBS 网络就是休斯网络系统公司的DirectPC 。该产品实际就是小口径卫星终端（VSAT ）产品，其用户通过一个碟形天线、一块卫星接入卡及相应的软件接收从通信卫星传来的信号。DirectPC 的数据传输也是不对称的，在接入因特网时，下载速率为400kbit/s ，上行速率为33.6kbit/s ，这一

47、速率虽然比普通拨号Modem 提高不少，但与 DSL 及 Cable Modem 技术仍无法相比。8.4 微波无线接入目前最常被应用于军事通信上的就是一般大家常说的微波，所谓微波是指频率大过于1GHz 的电波。如果应用较小的发射功率（约一瓦） 配合定向高增益微波天线，再于每隔1050 英哩（约为16 80kM ）的距离设置一个中继站就可以架构起微波通信系统。数字微波设备所接收与传送的是数字信号，数字微波采用正交调幅（QAM ）或移相键送（ PSK）等调幅方式，传送语音、数据或是影像等数字信号。与微波比较起来，数字微波具有较佳的通信品质，而且在长距离的传送过程中比较不会有杂音累积。数字微波作为一

48、种无线传输方式，在灵活性、抗灾性和移动性方面具有光纤传输所无法比拟的优点，这也是它的优势所在。8.5 通用分组无线接入GPRS 是通用分组无线业务（General Packet Radio Service）的英文简称，是在现有的GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务。在某种意义上，可以认为GPRS 是 GSM 向 IP 和 X 25 数据网的延伸；反过来也可以说 GPRS 是互联网在无线应用上的延伸。在GPRS 上可实现 FTP、 WEB 浏览器、 E MAIL 等互联网应用。GPRS 无线分组数据系统与现有的GSM 语音系统最根本的区别是，GSM 是一种电路交换系统，而 GPRS 是一种分

49、组交换系统。分组交换的基本过程是把数据先分成若干个小的数据包，通过不同的路由，以存储转发的接力方式传送到目的端，再组装成完整的数据。在 GSM 无线系统中，无线信道资源非常宝贵，如采用电路交换，每条GSM 信道只能提供9.6kb/s 或 14.4kb/s 传输速率。如果多个组合在一起（最多8 个时隙），虽可提供更高的速率，但只能被一个用户独占，在成本效率上显然缺乏可行性。而采用分组交换的GPRS 则可灵活运用无线信道，让其为多个GPRS 数据用户所共用，从而极大地提高了无线资源的利用率。在理论上，GPRS可以将最多 8 个时隙组合在一起，给用户提供高达171.2kbs 的带宽。同时，与 GSM

50、 不同的是，它可同时供多个用户共享。从无线系统本身的特点看，GPRS 使 GSM 系统实现无线数据业务的能力产生了质的飞跃，从而提供了便利高效、低成本的无线分组数据业务。GPRS 特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。而这正是大多数移动互联应用的特点。由于 GPRS 网是通过软件升级和增加必要的硬件，利用GSM 现有的无线系统实现分组数据传输， GSM 在承载 GPRS 业务时可以不必中断其他业务，如语音业务等。所以GPRS 是 GSM 向系统演进的重要一环，它的引入将大大延长GSM 系统的生存周期，同时为3G 的发展奠定基础。9.电力线接入方案3G随

51、着因特网应用的不断扩展和各种新技术的出现，电力线通信开始应用于高速数据接入和室内组网，通过电力线载波方式传送语音和数据信息，把电力网用于网络通信，以节省通信网络的建设成本。电力线通信是接入网的一种替代方案，这对网络运营商非常重要，其原因在于：通信市场 50% 的投资用于接入网；在很多国家，电信管制解除后，接入网的线路资源还归以往运营商所拥有，新兴运营商于是试图寻找一种新的解决方案，向用户提供网络接入服务，以打破传统运营商对最后一公里的垄断；新型电信业务的快速发展导致了接入网传输容量需求的急剧增加。目前，开展接入网业务有两种方式：一种是建立新的网络，另一种是利用已有的线路资源。第一种方式可通过无

52、线、新铺电缆或光纤等方法实现，无线方式需要射频转换的硬件，由于成本较高，难以得到大面积推广，只能作为有线接入的一种补充；新铺电缆或光纤需要重新布线，费时费力，建设投入和维护费用大，并给用户带来诸多不便。因此，利用现有线路资源是比较理想的解决方式。现有线路资源主要有：电话线、有线电视网和电力线。电话线和有线电视网的接入线路资源归传统的运营商所拥有，而且相对于电力线而言，其线路覆盖范围要小得多。在国内，除了特别偏僻的山区外，电力线几乎无所不在，在每个家庭的每个房间，至少都有一个以上的电源插座，这对开展接入业务而言非常方便。在室内组网方面，计算机、打印机、电话和各种智能控制设备都可通过普通电源插座，

53、由电力线连接起来，组成局域网。现有的各种网络应用：如话音、电视、多媒体业务、远程教育等，都可通过电力线向用户提供，以实现接入和室内组网的多网合一。因此，电力线通信在家庭组网和接入等方面将大有可为。电力线通信将在一个较短的时间内将有突破性发展，而且会像 20 世纪 50 年代的电视那样，影响每个家庭。9.1 电力线通信环境分析电力线接入是把户外通信设备插入到变压器用户侧的输出电力线上，该通信设备可以通过光纤与主干网相连，向用户提供数据、语音和多媒体等业务。在通信设备内部，高频网络信号与 50/60Hz 低频电信号一起，耦合到用户端电力线上，由此可把通信网、电力输送网和用户驻地网连接起来。户外设备

54、与各用户端设备之间的所有连接都可看成是具有不同特性和通信质量的信道，如果通信系统支持室内组网，则室内任两个电源插座间的连接都是一个通信信道。因此，低压电力网有多个通信信道。通信质量的好坏与通信信道直接相关，很大程度上取决于接收端的噪音水平和不同频率信号的衰减。噪音越大，在接收端将越难提取出有用的信号；同样，如果信号从发送端到接收端的传输过程中发生衰减，在接收端，信号可能被淹没在噪音之中，也很难提取出有用的信号。电力线通信的噪音主要来源于与低压电网相连的所有负载以及无线电广播的干扰等，由于负载的开关会引起电力线上电流的波动，使得电力线的周围会产生电磁辐射，所以，沿电力线传送数据时，会出现许多意想

55、不到的问题。另外，信号衰减与信道的物理长度和低压电网的阻抗匹配情况有关，由于低压电网上负载的开关是随机的，因此，其阻抗是随时间而变化的，很难进行匹配。所以，电力线通信的环境极为恶劣，在这样恶劣的环境下，很难保证数据传输的质量，必须采用许多相关的技术加以解决。9.2 电力线通信技术发展要用电力线传输高速数据和语音等信号，必须找到一种可靠的传输方式，使得数据可以在恶劣的电力线通信环境下稳定地传送。力普公司在电力线通信产品的开发取得了突破性的进展，并相继开发出各种类型的应用产品。如用于智能小区的光纤到小区，电力线到户的全套产品；基于电力线通信的 VoIP ；电力线组网产品；电力线到以太网的桥接产品。

56、目前推出的产品传输速率为14Mbps，并将推出 100Mbps 速率的产品。10.光纤接入技术所谓光接入网（ OAN ）就是采用光纤传输技术的接入网，泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。通常，OAN 指采用基带数字传输技术并以传输双向交互式业务为目的的接入传输系统，将来应能以数字或模拟技术升级传输宽带广播式和交互式业务。在北美，美国贝尔通信研究所规范了一种称为光纤环路系统（FITL ）的概念，其实质和目的与ITU-T 所规定的 OAN 基本一致，只是具体规范稍有差异因而泛指时OAN 和 FITL 两者可以等效使用，不作区分。光纤由于其大容量、保密性好、不怕干

57、扰和雷击、重量轻等诸多优点，正在得到迅速发展和应用。主干网线路迅速光纤化，光纤在接入网中的广泛应用也是一种必然趋势。光纤接入技术实际就是在接入网中全部或部分采用光纤传输介质，构成光纤用户环路（FITL ），或称光纤接入网（OAN ），实现用户高性能宽带接入的一种方案。根据ONU 所设置的位置，光纤接入网分为光纤到户（ FTTH ）、光纤到路边（ FTTC ）、光纤到大楼（ FTTB ）、光纤到办公室（FTTO ）、光纤到楼层（ FTTF ）、光纤到小区（ FTTZ ）等几种类型，其中 FTTH将是未来宽带接入网发展的最终形式。10.1 光纤接入网的网络结构从光纤接入网的网络结构看，按接入网室外

58、传输设施中是否含有源设备，OAN 又可以划分为无源光网络（ PON）和有源光网络（ AON ），前者采用光分路器分路，后者采用电复用器分路，两者均在发展，但多数国家和国际电联标准部（ITU-T ）更注重推动 PON 的发展， ITU-T 第 15 研究组已于 1996 年 6 月通过了第一个有关PON 的国际建议 G.982，不少国家也已开始或准备开始在接入网中大量引入 OAN 系统。目前商用的PON 系统主要是窄带 PON（ 2Mbit/s 以下业务），宽带PON（BPON ）尚处于研究试验阶段，但发展势头很猛，值得密切注视。有源光纤网络（ AON ）也存在几种形式，其中一种是以光纤替代原有

59、的铜线主干网，从交换局通过光纤用 V5 接口连接到远端单元，然后经铜线分配到各终端用户，提高了复用率。这种技术本质上还是一种窄带技术，不能适应高速业务的需求。另外一种形式就是有源双星（ADS ）光纤接入网结构。采用有源光节点可降低对光器件的要求，采用性能低、价格便宜的光器件，但是初期投资较大，作为有源设备存在电磁信号干扰、雷击以及有源设备固有的维护问题，因而有源光纤接入网不是接入网长远的发展方向。目前光纤接入网几乎都采用无源光纤网络（PON）结构， PON 成为光纤接入网的发展趋势，它采用无源光节点将信号传送给终端用户，初期投资少、维护简单，易于扩展，结构灵活，只是要求采用性能好、带宽宽的光器

60、件，大量的费用将在宽带业务开展后支出。和AON 相比，由于无源光节点损耗较大，因此传输距离较短，另外还需解决信号的同步和复用等问题。PON 中 ONU 到 OLT的上行信号的传输，多采用时分多址（TDMA ）、波分多址（ WDMA ）或码分多址（ CDMA ）等先进的多址传输技术。 PON 中上、下行信号的传输复用技术主要有：传统的时分复用技术（TDMPON），由 OLT 向 ONU 发送定时信号，保证OLT 和 ONU 间严格的定时关系；频分复用技术 （ FDMPON）；波分复用技术（ WDMPON ），不同信号采用不同波长的光信号传输，对波长的稳定性要求极高，是目前正积极研究应用的复用方法