寬帶接入技術
2019-11-03 18:45:23
供稿：網友
寬帶接入技術
為了提高接入網的接入帶寬和改善接入網的傳輸性能，世界上各電信設備制造廠商已經研究并開發了利用各種傳輸媒質和先進數字信號處理技術的多種高速接入技術?？偟膩砜矗@些寬帶接入技術可以分為有線接入和無線接入。隨著無線技術的發展，寬帶無線接入技術已經成為一種新的不可忽視的寬帶接入發展趨勢。對有線接入技術而言，根據傳輸媒質的不同，寬帶有線接入技術可以分為銅線接入技術和光纖接入技術兩大類。
一、銅線接入技術
在傳統的線路基礎設施中，各地已經鋪設了大量的銅纜，并且引入到千家萬戶中。為了繼續發揮銅纜的作用，盡可能地向用戶提供寬帶和高速業務，已經出現了利用銅纜來提供高傳輸速率的新技術。目前，研究比較集中、競爭性較強的兩個銅纜新技術是ｘＤＳＬ和有線調制解調器（ＣＡＢＬＥ ＭＯＤＥＭ）。
１．ｘＤＳＬ技術
ｘＤＳＬ技術按上行和下行的速率是否相同可分為速率對稱型和速率非對稱型兩種。速率對稱型的ｘＤＳＬ有ＩＤＳＬ，ＨＤＳＬ、ＳＤＳＬ Ｓｉｎｇｌｅ ｌｉｎｅ ＤＳＬ、ＨＤＳＬ２等多種形式，ＨＤＳＬ采用２對雙絞銅線實現雙向速率對稱通信。ＳＤＳＬ的功能與ＨＤＳＬ相同，但僅用一對銅線即可提供速率對稱型通信。ＩＤＳＬ（ＩＳＤＮ ＤＳＬ）提供１２８ ｋｂｉｔ／ｓ雙向速率對稱型通信業務。非對稱型的ｘＤＳＬ有ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ＤＳＬ）、Ｇ．ｌｉｔｅ ＡＤＳＬ和ＶＤＳＬ（Ｖｅｒｙ ｈｉｇｈ ｂｉｔ ｒａｔｅ ＤＳＬ）等。
ＡＤＳＬ是一種新的在一對雙絞線上同時傳輸電話業務與數據信號的技術，它屬于速率非對稱型銅線接入網技術，并且可以在一對用戶線上進行上行達６４０ｋｂｉｔ／ｓ，下行達１．５～８Ｍｂｉｔ／ｓ速率的傳輸。由于ＡＤＳＬ能夠很好地適應Ｉｎｔｅｒｎｅｔ業務非對稱性的特點，所以在眾多的ｘＤＳＬ技術中是一種最有希望能夠解決高速Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入的技術。另外，ＡＤＳＬ采用了先進的數字信號處理技術來減少線路損傷對傳輸性能的影響。
Ｇ．ＤＭＴ ＡＤＳＬ采用了離散多音頻調制（ＤＭＴ）技術，又稱多載波調制，是一種正交的頻分復用技術。其最大優點是信號的發送和接收均可以利用高效的快速傅立葉變換（ＦＦＴ）和反變換（ＩＦＦＴ）來完成ＱＡＭ信號與數字形式的副載波信號之間的變換。ＤＭＴ的基本方法是將全頻道分成２５６個子信道，并且根據子信道的瞬時衰減特性、群延時特性和噪聲特性，把輸入數據動態地分配給它們。同時，ＤＭＴ將不能發送數據的子信道關閉。對可以發送數據的子信道，則按其瞬時特性，在１個碼元包絡發送２～１５比特信息，并且使用數字信號處理器在必要的時間調整參數。這種動態分配數據的技術使頻帶利用率大大提高，將誤碼和噪聲減至最小，提高了系統的傳輸容量。由于子信道的頻帶很窄，其電纜特性可以近似地被認為是線性的，所以脈沖混疊可以被減小到最低程度。盡管來自脈沖干擾的能量會影響信號的接收，但是采用ＦＦＴ可以將這種影響擴展到ＦＦＴ窗口內的各子信道內，所以其影響大大減輕。
另外，ＡＤＳＬ采用了信道估計技術。在開始建立傳輸時，通過發送雙方預知的信道訓練序列，在接收端測試誤碼率或者信噪比，對雙絞線線路的性能進行測試，從所測試的數據確定出一個信道模型，再根據信道性能的好壞，決定傳輸速率。這個測試過程就稱作信道估計。
ＡＤＳＬ采用一個較短的時域均衡器，并且在傳送信號的每個字符塊前加入循環前綴，用以消除信號間串擾。為了更好地抑制脈沖噪聲，ＡＤＳＬ不僅采用Ｒｅｅｄ Ｓｏｌｏｍｏｎ前向糾錯碼，而且還采用附加的格柵編碼技術。就性能而言，ＤＭＴ是一種較理想的ＡＤＳＬ調制方式，它的信噪比最高，抗噪聲能力強，傳輸速率高，傳輸距離遠。
雖然ＡＤＳＬ采用先進的數字信號處理技術、編碼調制技術和糾錯技術，但是在推廣ＡＤＳＬ業務時，用戶線路的許多特性，包括線路上的背景噪聲、脈沖噪聲、線路的插入損耗、線路間的串擾、線徑的變化、線路的橋接抽頭、線路接頭和線路絕緣等因素將影響高速率傳輸業務的性能。首先，銅線的插入損耗將隨著線路距離的增加而成比例地增加，并且在同一距離下各子信道的插入損耗也發生變化，這個因素和線路固有的背景噪聲、脈沖噪聲、調制解調器的接收靈敏度將一起作用，這就決定了限制在單用戶線上ＡＤＳＬ所能夠傳輸的最大距離。其次，在同一條電纜中開多條ＡＤＳＬ業務，或者存在其它高速傳輸業務，例如ＨＤＳＬ、ＩＳＤＮ時，線路間的串擾將嚴重影響ＡＤＳＬ的業務性能和傳輸速率，其結果是ＡＤＳＬ傳輸速率下降或者其最大傳輸距離縮短，影響了ＡＤＳＬ的開通率。測試表明，在同一電纜中，以２５對雙絞線為一組的基本單位內的線路串擾最大，而一對雙絞線對不同基本單位內的線路串擾較小，所以同一基本單位內線對之間的串擾是影響ＡＤＳＬ業務開通率的主要因素。第三，線對線徑的改變、線路的縱向平衡性、線路的絕緣性能和線路接頭的性能都將影響線路的插入損耗、引入附加噪聲，從而降低ＡＤＳＬ的傳輸速率，影響ＡＤＳＬ的傳輸性能。第四，線路的橋接抽頭將顯著地改變線路插入損耗的頻響特性和相頻特性，特別是接收端附近的橋接抽頭將導致某些子信道無法使用，所以在使用ＡＤＳＬ時，一定要檢測線路上的橋接抽頭，并盡可能地去除橋接抽頭。應特別注意的是，在接收端附近不能夠有任何形式的橋接抽頭。另外，電話的振鈴、摘掛機等引起的脈沖干擾、周圍環境溫濕度的變化均將影響ＡＤＳＬ的傳輸性能。
ＡＤＳＬ是一種很有希望的寬帶接入技術，特別是Ｇ．ｌｉｔｅ ＡＤＳＬ，但是在提供ＡＤＳＬ業務時，應注意包括用戶引入線和局內線等在內的、各種影響ＡＤＳＬ傳輸性能的因素。
２．ＣＡＢＬＥ ＭＯＤＥＭ技術
ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ是一種通過ＣＡＴＶ網絡實現高速數據接入的新技術，它可接收１０～３０Ｍｂｉｔ／ｓ的下行數據。由于它傳輸速率高，不占用電話線路，并且它所需要的ＣＡＴＶ網的覆蓋面積廣、費用低廉，因此已成為一種極具競爭力的寬帶接入技術。
ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ采用了測距技術來控制系統內的同步和發射功率。終端啟動后，ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ發送一短消息給頭端，然后測量發送與接收消息之間的時間間隔，以判定它與頭端之間的距離。為了實現準確的定時發送，所有的終端設備必須擁有一個系統級的時鐘，以便每一個ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ確定其發送時間。
ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ的下行信道采用了ＱＡＭ的調制方式，而在上行信道上，為了更好地抑制噪聲干擾，通常采用抗干擾性能較好的ＱＰＳＫ或者Ｓ－ＣＤＭＡ調制技術。另外，為了更進一步改善傳輸性能，ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ還采用了交織技術和前向糾錯技術。
雖然ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ與ＨＦＣ配合，是將ＣＡＴＶ網改造成為視頻數據混合通信網的一種可能選擇，但ＨＦＣ采用副載波頻分復用方式，必須進行數模轉換才能傳輸，所以傳輸質量將受到影響。第二，因為傳統的同軸電纜網是單向分配式網絡，為了能夠進行雙向數據傳輸，必須對這個網絡進行雙向改造。第三，ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ容易受到噪聲干擾，特別是上行信道易受噪聲"漏斗"效應的影響以及頻帶窄從而引起信號間的串擾。在ＨＦＣ網絡中，上行信道采用５～４２ＭＨｚ的頻帶，雖然這一頻帶具有良好的衰減特性，但是因為其他服務也采用這一頻帶，所以引入噪聲成了一個嚴重的問題，并且這個噪聲將逐步積累，嚴重地影響ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ的傳輸性能。另外，ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ的另一個問題是，其總的帶寬由所有用戶共享，當同時使用的用戶的數目增加時，則每一個用戶所能夠獲得的帶寬就減少。
二、光纖接入技術
利用光纖作為傳輸媒質的寬帶接入網一般可以分為寬帶無源光網絡，寬帶有源光網絡（ＡＰＯＮ）和光纖／同軸電纜混合網絡（ＨＦＣ）。
１．寬帶無源光網絡（ＡＰＯＮ）
ＡＰＯＮ是在無源光網絡中采用ＡＴＭ傳送技術，利用ＳＤＨ幀結構傳送各種寬帶和窄帶業務的信元，業務節點接口采用ＳＴＭ－Ｎ接口。
由于ＡＴＭ具有統計復用功能，故可以在ＡＰＯＮ中對寬帶業務進行集中傳輸。這種系統所要求的總比特率取決于網絡中業務傳遞的統計分布，比特率的利用率較高。
在無源光網絡中，ＯＬＴ到ＯＮＵ的下行信號的傳輸過程較為簡單，一般在ＯＬＴ將需要發送到各ＯＮＵ的信息采用時分復用的方式組成復幀送到饋線光纖，通過無源光分路器以廣播的方式發送到每一個ＯＮＵ，ＯＮＵ收到下行復幀信號后分別取出屬于自己的那一部分信息。目前ＡＰＯＮ系統在上行信道中采用時分多址的接入方式，它對光性能方面的要求不高，但它要求更復雜的電子設備，如要求復雜的同步定時、測距和延時控制技術，以避免上行信息分組產生碰撞。
首先，ＡＰＯＮ要解決的問題是測距問題。由于ＡＰＯＮ中各ＯＮＵ與ＯＬＴ之間的物理距離各不相同，并且其傳輸距離也會由于環境溫度的變化和光電器件的老化等因素而發生動態的改變，引起上行傳輸時延差異造成各ＯＮＵ的上行時隙重疊，從而導致不同的ＡＴＭ信元流發生碰撞。因此引入測距技術對時延差異進行補償，以確保不同ＯＵＮ所發出的信號能夠在ＯＬＴ處準確地復用到一起。測距包括靜態測距和動態測距，在ＯＮＵ安裝調測階段進行靜態粗測，確定對物理距離差異的固定時延補償；ＯＮＵ在正常運行過程中一直進行實時的動態精測，以校正由于環境溫度變化和器件老化等因素引起的動態時延漂移。
ＡＰＯＮ需要解決上行信道中突發信元快速同步的問題。雖然采用了測距技術，但是各ＯＮＵ到達ＯＬＴ處的比特流仍存在一定的相位漂移，所以必須采取快速同步的技術，將ＯＬＴ的接收時鐘同步到當前所接收的、來自某一ＯＮＵ的比特流。在上行幀的每個時隙里有３字節開銷，防衛時間用于防止微小的相位漂移損害信號，前置比特圖案則用于同步獲取。ＯＬＴ在接收上行幀時，搜索同步圖案，并以此快速獲取碼流的相位信息，達到比特同步；然后根據定界圖案確定ＡＴＭ信元的邊界，完成字節同步。ＯＬＴ必須在收到ＯＮＵ上行突發的前幾個比特內實現比特同步，才能恢復ＯＮＵ的信號。同步獲取可以通過將收到的碼流與特定的比特圖案進行相關運算來實現。為了提高快速同步的速度，可以利用多相位的時鐘，采用并行的滑動相關搜索方法，來選擇最佳時鐘源。
另外，ＡＰＯＮ還需要解決突發發送和接收的技術關鍵問題。每個ＯＮＵ到ＯＬＴ接收機的傳輸損耗不同，因此所接收到的上行光功率將存在較大的動態范圍。一方面，接收機必須具有自適應功能，能以最快速度動態調定"０"、"１"ｂｉｔ電平判決門限；另一方面， ＯＮＵ的發射機應該采取-定的措施減小和補償突發時延，其光突發發送電路要求能夠非?？焖俚亻_啟和關斷激光器，迅速發送信號，所以，它需要使用響應速度很快的激光器。
２．寬帶有源光網絡
寬帶有源光網絡采用ＡＴＭ傳送技術，利用ＳＤＨ幀結構在光纖傳輸環上傳送各種寬帶和窄帶業務的信元，業務節點接口采用ＳＴＭ－Ｎ接口。
雖然ＳＤＨ傳輸技術正在廣泛地應用于核心級網絡中，但是因為它采用時分復用的機制，帶寬的顆粒度太大，帶寬分配不靈活，不適合于接入網中用戶數量多、帶寬需求不確定等特點，所以ＳＤＨ技術在接入網中的應用受到一定的限制。利用ＡＴＭ技術來傳送這些業務時，就能夠根據所需要的業務質量級別（ＱｏＳ）和需要傳輸的實際業務量來按需分配帶寬。
寬帶有源光網絡是在ＳＤＨ環形網絡結構上傳輸ＡＴＭ信元，因而具有環形網絡結構的自愈功能。同時在傳輸環上還可以對不同用戶的業務進行合并，再連接到ＡＴＭ交換機上，所以可以占用很少的ＡＴＭ交換機端口，從而能夠以較少的交換機端口數目支持大量的用戶。
另外，ＡＴＭ信元在ＳＤＨ環網中傳輸，其帶寬由環網上的所有節點單元所共享。其部分信元可以被預留給某些對實時性要求高的業務，其它信元可以根據環網上各節點業務量的動態變化和根據各用戶的業務類別，動態地分配到各節點和各用戶，所以它既能夠很好地適應ＱｏＳ要求高的業務，也能夠很好地適應突發業務的傳輸。
３．混合光纖同軸網（ＨＦＣ）
混合光纖同軸網的概念最初是由Ｂｅｌｌｃｏｒｅ提出的。它的基本特征是在目前有線電視網的基礎上，以模擬傳輸方式綜合接入多種業務信息，可用于解決ＣＡＴＶ、電話、數據等業務的綜合接入問題。ＨＦＣ主干系統使用光纖，采取頻分復用方式傳輸多種信息；配線部分使用樹狀拓撲結構的同軸電纜系統，傳輸和分配用戶信息。
ＨＦＣ采用副載波頻分復用方式，各種圖象、數據和語音信號通過調制解調器同時在同軸電纜上傳輸。典型地，低頻端的５～４２ＭＨｚ頻帶安排為上行通道，即所謂的回傳通道。５０～１０００ＭＨｚ均用于下行信道。其中５０～５５０ＭＨｚ頻段用來傳輸現有的模擬ＣＡＴＶ信號，每一通路的帶寬為６～８ＭＨｚ，因而總共可傳輸各種不同制式的電視信號６０～８０路。５５０～７５０ＭＨｚ頻段允許用來傳輸附加的模擬ＣＡＴＶ信號或數字ＣＡＴＶ信號，或者數據信號。 從長遠看，ＨＦＣ網計劃提供的是所謂全業務網，即以單個網絡提供各種類型的模擬和數字業務。用戶數可以從５００戶降到２５戶，實現光纖到路邊。最終用戶數可望降到１戶，實現光纖到家，從而提供了一條通向寬帶通信的新途徑。
ＨＦＣ適用于廣播業務，但對于開發雙向的、交互式業務存在嚴重的缺陷：１樹支形結構的系統可靠性較差，干線上每一點或每個放大器的故障對于其后的所有用戶都將產生影響，系統難以達到象公用電話網那樣的高可靠性。２限制了對上行信道的利用。原因很簡單，成千上萬個用戶必須分享同一干線上的有限帶寬，同時在干線上還將產生嚴重的噪聲積累；情況嚴重時，甚至連模擬電話業務也難以提供。３ＨＦＣ屬于模擬傳輸技術，與整個電信網絡的數字化、光纖化的發展趨勢不相吻合。４ＨＦＣ的帶寬由用戶所共享，存在帶寬競爭的問題，所以當ＨＦＣ所服務的用戶數目增加時，每一個用戶所能夠獲得的ＨＦＣ帶寬就迅速下降。
