三網融合與寬帶接入

2019-11-03 18:45:42

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三網融合與寬帶接入（婁潔良）摘要：分析電話網、有線電視網和計算機網的現狀及問題，指出了三網融合必然性和可能性；分析寬帶接入的多種解決方案并提出建設寬帶接入的建設。關鍵詞：寬帶接入融合接入網一、前言隨著通信與信息技術的飛速發展和電信市場的開放，國際上出現了“三網融合”的潮流：即傳統的電話網、有線電視網和計算機網正在相互滲透、相互融合。本文將對此現象作出分析，并對融合中最關鍵部分（寬帶接入）提出一些實現方案和建設建議。二、三網融合 1.三網的現狀與問題傳統的通信網絡主要有以承載窄帶電話業務為主的電信網絡、承載寬帶模擬廣播電視業務的有線電視網和承載數據業務的計算機網絡。這些網絡在其承載的業務、服務范圍、網絡結構和傳輸線路類型等方面均存在較大的差異。電信網絡由電信部門運營，采用量型結構通過電路交換或分組交換方式為用戶提供點到點的雙向通信業務。目前，電信網在國家城市間或國家間都建立了大容量的光纜干線、微波干線或衛星傳輸網，而市內的用戶網絡一般采用銅芯雙絞線。電信網是一種全雙向、對稱流量的結構，傳輸方式逐步向FT－TH發展，傳輸協議從PDH到SDH進而到ATM。電信網對實時電話業務最佳，呼叫成本基于距離和時間。電信網主要問題是受到雙絞線傳輸容量瓶頸限制，尤其是用戶接入網側的窄帶限制，在適應寬帶多媒體業務發展方面先天不足。有線電視網由廣播電視部門經營，為用戶提供包括電視、調頻廣播以及圖文信息等內容的單向廣播業務。傳統的有線電視網絡采用模擬傳輸技術，用樹型拓撲結構將信號分配到網絡中的所有用戶。與電信網相比較，它明顯的優勢是市內網絡全部采用光纜和電纜相結合的寬帶網絡，頻帶寬、容量大、普及面廣；但它是單向廣播式傳輸網，且受網絡拓撲結構的限制；網絡分散，可靠性低。要想實現寬帶多媒體的綜合業務，除了要對其進行雙向化改造外，還要解決用戶的尋址和交換等一系列問題。計算機網一般為各個部門或企業所擁有和管理，用來實現計算機的互聯，進行文件、數據的傳輸和信息資源共享。計算機網具有總統型、星型和環型等多種拓撲結構，采用路由器方式進行交換連接。隨著數據通話業務需求的增多和計算機聯網規模的不斷擴大，局域網互聯成為必然的發展趨勢。大量各種類型的局域網利用原有電信傳輸網或新建專有數據通信網，構成了大范圍的計算機城域網或廣域網。計算機網的優勢在于技術更新快、成本低，正試圖用數據網來逐漸吸收和融合公眾電話和圖像業務；其主要問題是隨著網絡規模的擴大、拓撲復雜性增加，對全網缺乏有效的控制，難以實現統一網管；另外網絡信道帶寬不夠，容易造成網絡擁塞，高質量的實時業務質量無法保證。 2.三網經營業務的相巨滲透近20年來通信技術經歷了一場數字化革命，聲音、圖像、視頻影像等均可以變為數字信號在計算機中加工、存儲和在網絡上傳輸。數據通信網絡不僅可以傳遞文字、數據和表格，也可以傳送聲音、圖像和視頻影像。所以在公共電信平臺上提供綜合業務服務已成為電信業發展的必然趨勢。在通信業從傳統的語音報文業務發展為多媒體綜合業務的同時，廣播電視業經營范圍也在拓寬。雙向有線電視HFC網可以提供的帶寬高達550MHz-750MHz，不僅可以傳送模擬和數字電視節目、進行數據廣播，還可開展多種交互業務；利用電纜調制解調器構成計算機城域網，提供高速互聯網接入業務，代替銅線用戶網提供語音電話。所以，HFC網是提供交互式寬帶綜合業務較理想的網絡，有很大發展潛力。互聯網的成功使以往電信部門專營的業務受到影響。它基于競爭總線帶寬的體制，使資源利用效率遠高于固定信道和程控交換體制的話音通信系統，自然極大地降低了成本；內部網Internet的興起則提供了一種高效的建立內部專用網方法，從而影響現有的基于租用專線開展的各種增值網絡服務。 3.三網融合的必線性和可能性各種新業務的不斷涌現，促使人們建立一個寬頻帶、高速率的公用信息網絡，把通信、廣播電視、計算機、多媒體等各種信息服務業務納入統一的網絡，高速度高效益地滿足社會對信息的需求。“三網分立”已成為信息資源共享、及時交流中的最大障礙。從運營商來看，三網的運營商正力圖把各種業務納入自己的范圍之內；而且三網融合將大大節省用戶網的建設投資、降低網絡管理、維護和運營成本。所以三網融合的需求日益高漲，寬帶化、綜合化和數字化成為今后網絡建設的潮流。從三網融合的可能性來看，市場需求和競爭給融合帶來了新的驅動力量；政府管制部門放寬對業務提供者經營范圍的限制，使某種業務提供者提供多種業務具有了一定的可能性，為融合創造了有利的政策環境；數字技術、光通信技術、軟件技術以及TCP-ip協議的發展為三網融合的實現提供了技術基礎。 4.三網融合實現中的主要技術問題目前阻礙三網融合的因素還不少，除了政策、觀念等非技術因素外，從現階段技術條件看，還需解決不少問題：如在寬帶傳輸方面，以密集波分復用（DWDM）為基礎的光通信網絡必將在整個B-ISDN骨干網中占據主導地位，但較為成熟的DWDM＋SDH系統主要是針對系統的語音信號設計的，要能使信息量龐大的視頻、數據等信息（尤其是實時性要求很高的視頻信息）也能在該系統上快速、高效地傳輸，同時保證較好的QOS，還有許多問題需要解決；又如在寬帶交換方面，無論是ATM交換機，還是新一代的吉位線速路由交換機，在交換速度、網絡吞吐量、QOS方面都遠不能達到三網合一所需的性能指標；另一個問題則是如何實現網絡交換機對語音、視頻、數據以統一的格式進行交換；三網合一的主要難點——寬帶接入方面，各個過渡方案也各有優缺點，難以令所有用戶及運營商滿意。所以，三網在短期內不可能由任何單一的網絡所代替，三網融合將是一個長期的過程，融合的大趨勢主要在于高層業務應用和終端的融合。三、寬帶接入 1.寬帶接入在三網融合中的地位和作用接入網在未來的通信信息網中具有極其重要的地位，是完成語音、數據、活動視像等全業務綜合的最主要部分和必經之路。接入網的融合可以為用戶提供透明簡單的多媒體綜合業務接入服務，使任意網絡的用戶都能在單一的終端匹配設備提供的接口服務下接入其它網絡的業務。所以，盡管三網融合不能在短期實現，但通過接入網的融合可以實現三網互聯或三網兼容。因此，建設能把電信、有線電視和計算機等多種行業中的語音、數據、圖片、特別是活動視像業務融合為一體的公共通信信息寬帶接入網，是當前實現真正網絡融合的有效途徑和關鍵。 2.寬帶接入方案（1）利用銅線資源，用XDSL實現寬帶接入銅線接入是當前電話業務的主要接入手段。XDSL技術利用現有的電話線傳輸多媒體信息和實現高速數據通信，為充分利用銅線資源創造了條件。在寬帶業務發展的初期和中期，寬帶用戶需求和寬帶業務普及率較低，將FTTC（或FTTB），特別是APON與ADSL（或VDSL）技術相結合可以提供光纖敷設成本、電子設備成本和提供的帶寬能力方面的最佳平衡，是一種比較理想的寬帶混合接入方案。利用ADSL技術實現寬帶接入提供因特網接入業務時，可采用“ADSL＋ATM／以太網”方式；用戶端配置ADSL遠端設備，局方配置DSLAM（ADSL局端設備）：ADSL遠端設備為用戶PC機提供以太網接口，DSLAM通過ATM或快速以太網與ISP相連。DSLAM可以放置在ISP機房，通過接入網接入到ISP，也可以與ISP接入平臺利用局域網直接相連；而利用ADSL提供VOD視頻點播業務時，則可以采用“ADSL＋ATM”方式。 ADSL技術在寬帶分配上具有很大的靈活性，能夠很容易地根據用戶業務對帶寬的需求和骨干網絡建設發展情況來調節分配給用戶的帶寬大小。對用戶來說，提供的帶寬是獨占的；而對運行商來說，由于采用統計復用技術，因此帶寬是共享的。由于通信距離遠、覆蓋面廣，既能夠向集中居住的用戶提供，也能夠向分散的用戶提供業務。 VDSL是電信部門向用戶提供寬帶大容量雙向接入服務的發展方向。其在雙絞線上的下行傳輸速率可以擴展至25-52Mbit／s，可以和ATM設備的速率相兼容；可以容納6至12個4Mbit／s的MPEG-2信號，同時允許1.5Mbit／s的上行速率，傳輸距離在300米到1000米左右。從其技術指標來看，VDSL傳輸的距離已足夠覆蓋小區或大樓，而且相應的速率能在相當長的時間內滿足用戶對帶寬的需求；特別是目前電信部門正在實施光纖到大樓或小區，為該技術的應用提供了條件。（2）采用FTTC＋HFC實現全業務接入 HFC和基于PON的FTTC是兩種較好的接入方式，但各自有不足之處：HFC在傳送模擬CATV信號方面有優勢，但開展語音、數據接入方面可靠性差，且上行信道頻帶窄、易受噪聲“漏斗”效應的影響和信號間串擾；此外，模擬信道對數字業務開展也不利。HFC是在現有的CATV網基礎上建設，在成本上具有很大優勢；而FTTC采用PON技術，提高了通信傳輸質量，解決了上行傳輸中的帶寬問題，但它不支持模擬分配式視像業務（CATV業務）的傳送。將上述兩種技術優化組合而形成新的網絡結構，便可支持所有業務的接入。從網絡結構上看，本方案由數字FTTC系統與一個單向的HFC有線電視系統重疊而成，主干傳輸部分采用光纜分纖的SDM（空分復用）方式分別傳送雙向數字信號和單向模擬視像信號。該兩種信號在設置于路邊的ONU分別恢復成各自的基帶信號：語音信號經雙絞線送往用戶，數字和模擬視像信號經同軸電纜送往用戶。ONU由同軸電纜負責供電。為基礎的FTTC。信號到達ONU后，首先與來自HFC網的模擬視像信號按額分復用方式結合在一起，后經同軸電纜傳給用戶終端；模擬視像RF信號直接送往模擬電視接收機，交換式數字信號則需經過解碼器轉換為標準模擬RF信號頻譜后才能為模擬電視機接受。光纖2是單向HFC，只用來傳送模擬視像，這樣就免去傳輸雙向視像業務所帶來的麻煩而簡化網絡。此外，利用同軸電纜總線給ONU提供RF模擬視像信號的同時向ONU供電。本方案可將電信網和CATV網結合起來，兩套網絡可共用光纜、管孔等基本設施，避免重復投資。另外，FTTC也可經該網絡向FTTH發展，而HFC也可進一步把節點服務范圍縮小而逐步與FTTC融合，最后實現FTTH。（3）發展寬帶PON XDSL技術和HFC網絡中Cable Modem是目前提供寬帶接入的基本方案，但它們的發展受傳輸距離、最大容量或噪聲干擾的限制。因此，它們只是寬帶接入的過渡方案，寬帶光纖接入才是接入網發展的主要方向。引入光纖有幾種方案，根據當前具體情況，在近期和中期應主要采用 FTTC／FTTB方案。PON是比較有前途的網絡結構，網絡可靠性高、成本低、分支能力強、對業務透明、易于升級擴容。窄帶PON可方便地升級到寬帶PON，還可繼續使用WDM擴容。寬帶無源光纖網（BPON）是寬帶接入的一種較好結構，特別是以ATM為基礎的無源光網絡（APON），結合了ATM多業務多比特率支持能力和無源光網絡透明寬帶傳送能力，是BPON的發展方向。以SDH自愈環和BPON相結合組成的接入網是寬帶接入網的一種主要接入結構。在接入網的主干層采用SDH-ADM組成的自愈環，提高了網絡的可靠性和靈活性；配線層采用BPON，將業務分配到各個光纖網絡單元（ONU）。從ONU到用戶可繼續利用銅線雙絞線，使用ADSL、VDSL為用戶提供寬帶服務。 ATM-PON有很多優點，但技術復雜、上下行均要采用信無傳輸，特別是ONU要打包，增大了難度和成本。因特網的迅速發展，使得IP技術可能對寬帶接入網帶來影響。寬帶接入可能直接采用IPOver WDM／Optical，也可能有更好的接入方案。應該說，SDH自愈環與寬帶PON相結合是今后一段時期內寬帶接入的主要形式。（4）WDM進入接入網為了滿足接入網容量不斷增長的需要，可采用光分插復用器（OADM）來擴大主干層容量。不同波長用于網絡的不同節點，不僅具有良好的保密性、有效性和安全性，而且可以不變接入網結構而將寬帶業務逐漸引入，從而實現平穩升級。當所需容量超過了PON所能提供的速率時，WDM-PON不需要使用復雜的電子設備來增加傳輸比特率，僅需引入一個新波長就可滿足新的容量要求。目前的水平可實現16-32個波長的密集波分復用（DWDM），從長遠看則有可能實現數百個波長的高密集波分復用或頻分復用系統，將來甚至可以實現一個用戶一個波長。（5）發展LMDS，實現寬寬無線接入本地多點分配系統（LMDS）是一種新興的寬帶接入技術，以點對多點的廣播信號傳送方式提供高速率、大容量、全雙工的寬帶接入手段。運用LMDS可實現用戶遠端到骨干網的寬帶無線接入，進行包括話音、數據、圖像的傳輸，也可作為因特網的接入網。LMDS工作在28GHz波段附近，可用寬帶達到1GHz以上，通過若干個類似蜂窩的服務區提供業務，每個服務區建立一個基站，用戶遠端通過基站接入骨干網。 LMDS具有較強的競爭優勢，它的傳輸容量可與光纖相比擬，同時又兼備無線通信的經濟和易于實施特性；它的傳輸速率高達155Mbit／s，在上行通信方面也和光纖一樣具有提供高速對稱業務的潛力，這些指標均大大高于HFC和XDSL技術。因此，LMDS不但可作為有線接入的有力補充，而且可在一定范圍內替代有線的接入方式，是今后電信網、數據網、因特網接入的重要手段，是三網融合的重要支持技術。 3.合理發展建設寬帶接入當前，接入網技術正朝著數字化、寬帶化、智能化的方向發展，多種業務集成在一起，在統一的平臺上傳輸。通過建設全業務接入網來促進三網融合的趨勢日益明顯。在這種背景下，應當順應潮流、發展寬帶接入，特作以下建議：（1）充分利用已有的銅線資源我國銅線已有相當規模，國家為此付了巨大投資，若不考慮需求對鋼纜完全改造，會因投資大而造成浪費。在光接入網尚未形成時，通過銅線挖潛可以基本滿足用戶對新業務的需要。采用ADSL技術可以滿足近期發展的需要，VDSL可滿足相當長一段時間的需要。特別是VDSL傳輸距離較短（1km以下），使碼間干擾大大減少，對數字信號處理大為簡化，收發機成本約為ADSL的1／2，是當前最有應用前景的銅線接入技術。另外，ATM-PON與XDSL相結合也是寬帶接入的一種廉價解決方案。（2）注重窄帶接入網向寬帶接入網的平滑過渡寬帶接入網建設層次主要有：一是物理煤質層，主要應是光纖，應發展光纖接入網；二是傳輸通道層，從目前技術發展來看，應先取SDH和ATM；三是具體應用的接入設備，應根據技術發展情況加以選用。為了適應這一要求，在光纖網的組網中必須遵循幾個原則，即光纖靠近用戶、光纖網絡應與系統組網相適應并有較高安全性、可維護性及可發展性。目前光接入網的主體結構已基本確立，在系統組網時就應當適應寬帶網絡的發展。雖然寬帶業務的具體界定、傳輸接口的標準以及如何賦予目前的窄帶傳輸平臺以寬帶業務傳輸能力等都尚未解決，但今后的接入層的承載方式很可能為各類業務網絡接口的協議綜合加上高速率的傳輸通道以構成寬帶接入。就目前的情況看，在寬帶業務的接口標準還不十分完備的情況下，系統的組網應以光纖組網的高速傳輸網為主體，同時應用具有IP接入等擴展潛力接入設備解決當前的業務接入，并逐步向寬帶接入方向發展。（3）規劃好接入網的布局將接入網分為主干層、配線層和引入層三層，這樣有利于接入網的規劃和建設。接入網主干網絡以環路為主，容量大并能提供保證；傳輸以SDH技術為主，并逐步引入DWDM；配線段網絡以星型和樹型為主，容量小且用戶分散，傳輸可以采用SDH或PON；引入段網絡主要為星形結構，目前主要以銅線傳輸為主，XDSL可作為主要接入手段。目前接入網主干層的光纖化已基本完成，而配線層和引入層的光纖化剛剛開始。推薦采用SDH和PON相結合的傳輸技術，因為SDH和PON相輔相成組建全光網絡，不僅推進了網絡的光纖化進程，而且適用于各種業務的接入，是實現FTTH的根本手段。（4）注重在光纖接入網中逐步實現電信網和CATV網的融合電信網和CATV網的拓撲結構不同，傳輸的業務也不同，但隨著技術的發展，在寬帶接入上可以聯合建設，逐步融合。在接入網的規劃和建設中，已提出了綜合業務目標局的概念，即指未來能作為語音、數據、圖像等多種業務的綜合業務節點。在此前提下，電信業務和CATV業務的融合，在目標局可有兩種不同的選擇：一種是同纜分纖的方法，電視信號和電信信號都采用獨立的傳輸系統，分別占用一部分光纖；或將兩種信號在光纖接入的局端設備中通過波分復用耦會到一起傳送到ONU，在ONU分離出兩種不同波長的光信號，再分別將光信號轉換成電信號傳送到用戶端。另一種融合的方法是采用HFC雙向傳輸技術，同纜同纖同引入線。在目標局將電話業務節點、數據節點和CATV總前端的語音、數據、CATV節目分別調制到不同的射頻上，然后混頻通過一個光發送系統傳輸到遠端的光節點；光電轉換后，將混頻的電信號用同軸電纜傳給用戶單元，用戶單元解調出三種信號，通過三種信號為用戶提供語音、數據和電視。所以，電信業務和CATV業務在主干層和配線層采用同纜分纖或波分復用方式（通常用1310nm窗口傳送電信業務，1500nm窗口傳送有線電視業務）實現兩業務的聯合建設是可行的，不僅可避免重復建設，也為今后的進一步融合奠定了基礎。四、結束語三網融合不是簡單的三網相加，其本質是建成國家信息高速公路，實現網絡從傳輸、接入到交換各個層面的寬帶化。作為這場通信信息變革中最關鍵部份之一的接入網，追求的目標就是建立一種開放的全業務寬帶接入網：將各種應用性技術融于一網，使用戶能高速自由地接入任意業務、透明地接入任意網絡，從而加速三網融合的進程；充分利用現有的通信設備資源，為用戶服務，在服務過程中保持和發展市場。摘自《數據通信》

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