寬帶化研究論文

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隨著社會經濟和科技的飛速發展，通信網絡正在發生深刻的變化，電信業務正在逐漸從傳統的以電話業務為主的窄帶業務向集語音、高速數據和圖像為一體的多媒體寬帶業務發展。多媒體通信已成為建立公用寬帶網的主要動力。傳統電話網將不可避免要過渡到以數據業務、特別是IP業務為中心的下一代電信網，這些都對電信網的寬帶化提出了迫切的要求。

寬帶網絡就是依靠寬帶技術為基礎構建的網絡體系。眾所周知，多媒體信息的數據含量遠遠超過以前以單一形式傳輸信息的數據量，在傳輸速率不能降低并且同時信息容量增大的情況下，電信網絡必須努力提高傳輸通道的容量和速度，否則必然不能保障信息及時、準確、完整地傳遞。因此，要實現社會信息的多媒體化，必須依靠寬帶技術。

寬帶網絡按其技術結構來說可以分為寬帶傳輸網、寬帶交換網和寬帶接入網三個部分。傳輸網是所有信息元素傳輸的基礎通道，信息單元和數據就是通過傳輸網絡實現從源地址到目的地址的轉移。寬帶交換網絡通過對信息的接收、分揀和轉發的過程，實現了信息的相互交換過程；接入網是整個寬帶網絡中與用戶相連的最后一段，用戶通過接入網連接到寬帶網上。

寬帶接入網

接入網的建設占全網投資的比例較大，是技術最復雜、實施最困難、影響面最廣的一部分。要因地制宜，因時制宜，盡量合理地發展接入網。先進的光纖接入網發展既要考慮光纖接入網與原電纜接入網拓撲結構的兼容性，又要明確接入網的全光纖化方向；既要節省投資成本，又要堅持高起點、分期實施的原則。因此在接入網的建設過程中我們應該循序漸進，從低速業務開始，逐漸向高速業務發展。當前常用的窄帶接入技術有頻帶Modem技術，V.90標準的Modem下行速率是56kbps；窄帶ISDN接入技術能在一對普通的電話線上，通過基本速率（2B＋D，144kbps）接口，為用戶提供端到端的全數字連接的多種電信業務。目前，寬帶接入技術主要有下列幾種：

（一）基于電信網用戶線的數字用戶線（DSL）接入技術

DSL技術是一系列基于雙絞銅線的用戶線高速傳輸技術，包括HDSL、SDSL、ADSL、RADSL及IDSL等，統稱為xDSL。

ADSL

ADSL（非對稱數字用戶線）技術，其下行速率達8Mbps，上行速率達640kbps，能傳輸3～5km的距離。ADSL所支持的主要業務是因特網和電話，該技術接入速度可滿足寬帶因特網接入和部分寬帶應用（如會議電視、視頻點播等）。更重要的是結合ATM等寬帶干線網絡技術，可以支持廣播級的視頻分發和VoD。

利用ADSL技術開展寬帶接入業務的優勢非常明顯，首先可以充分利用電信網現有的銅纜資源，保護這一巨大投資，并充分發揮銅線的潛力。其次，用戶隨時可以上網，無需每次重新建立連接，而且不會影響電話的使用，每個用戶都可以獨享高速通道，沒有阻塞問題。其主要缺點是對線對的要求苛刻，目前只有大約30％的線對可以開通ADSL業務。

目前一種簡化型的、無分路器的ADSL標準已經問世，稱為G.Lite。其基本特點有兩點：第一是速率降低到1.5Mbps左右，第二是在用戶端不用電話分路器，價格可以下降，安裝更為方便。它具有自適應速率適配能力，抗射頻干擾的能力比ADSL強，主要業務為因特網接入、Web瀏覽、IP電話、遠程教育、在家工作、可視電話和電話等。

VDSL系統

有關ADSL系統發展的第二個趨勢是進一步提高系統的下行帶寬，即演變成甚高速數字用戶線（VDSL）系統。這種技術在雙絞線上下行傳輸速率可以擴展至25Mbps～52Mbps，同時允許

1．5Mbps的上行速率，其傳輸距離則分別縮短至1000m或300m左右。很適合光纖到小區（FTTC）的接入方式。由于它能提供高速接入帶寬，且能滿足高清晰度電視和視頻點播的要求，所以是一種比較現實的、理想的寬帶混合接入方案。

（二）基于CATV網HFC傳輸設施的電纜調制解調器（CableModem）接入技術

有線電視網是用來傳輸模擬電視信號的地面網絡，所有用戶共享下行帶寬，是真正的寬紜FC（HybridFiberCoaxial，光纜同軸混合）技術推動了CATV網絡的發展，HFC網不僅可以提供原有的有線電視業務，而且可以提供話音、數據以及其他交互型業務。CableModem方案是以HFC為基礎的高速接入技術，CableModem用戶共享下行數據帶寬，而每一個子信道下行通道的數據吞吐量都可以達到25Mbps～40Mbps。

傳統的有線網只能傳輸單向業務，必須升級為雙向的HFC網絡才能實現雙向寬帶傳輸數字化多媒體信息，可開通VoD、遠程教學、遠程醫療、因特網高速接入及語音電話等多種新的增值業務。CableModem的開通率高，不存在ADSL因線纜質量和串擾引起的開通率低的問題，只會因為共享用戶數的增多而降低每個用戶的可用數據帶寬。

（三）基于光纜的寬帶光纖接入技術

寬帶有源光接入

在各種寬帶光纖接入網技術中，采用了SDH技術的接入網系統是應用最普遍的。這種系統可稱之為有源光接入，主要是為了與基于無源光網絡（PON）的接入系統相對比。SDH技術是一種成熟、標準的技術，在骨干網中被廣泛采用。在接入網中應用SDH技術，可以將SDH技術在核心網中的巨大帶寬優勢和技術優勢帶入接入網領域，充分利用SDH同步復用、標準化的光接口、強大的網管能力、靈活網絡拓撲能力和高可靠性帶來的好處，在接入網的建設發展中長期受益。

SDH技術在接入網中的應用雖然已經很普遍，但仍只是FTTC（光纖到路邊）、FTTB（光纖到樓）的程度，光纖的巨大帶寬仍然沒有到戶。因此，要真正向用戶提供寬帶業務能力，單單采用SDH技術解決饋線、配線段的寬帶化是不夠的，在引入線部分可分別采用FTTB/C＋xDSL、FTTB/C＋CableModem、FTTB/C＋局域網接入等方式提供業務。

寬帶無源光接入網

基于ATM的無源光網絡（ATMPON）是既能提供傳統業務，又能夠提供先進多媒體業務的寬帶平臺。PON的業務透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率的信號。APON下行采用TDM，而上行采用TDMA技術，其下行速率為622Mbps或155Mbps，上行速率為155Mbps，可給用戶提供靈活的高速接入。ATMPON最重要的特點就是其無源點到多點式的網絡結構。光分配網絡中沒有有源器件，比有源的光網絡和銅線網絡簡單，更加可靠，易于維護。特別是如果FTTH大量使用，有源器件和電源備份系統從室外轉移到了室內，對器件和設備的環境要求可以大大降低，維護周期可以加長。APON的標準化程度很高，使得大規模生產和降低成本成為可能。此外，ATM統計復用的特點也使ATMPON能比TDM方式的PON服務于更多的用戶，ATM的QoS優勢也得以繼承。

采用波分復用技術是擴大光纖傳輸容量的一種有效手段。以波分復用技術為基礎的無源光網絡（WDMPON）用于接入網有著廣闊的發展前景。

（四）基于以太網（Ethernet）的高速局域網接入

以太網接入方式與IP網很相似，技術上可以達到10／100／1000Mbps三級。采用專用的無碰撞全雙工光纖連接，已可以使以太網的傳輸距離大為擴展，完全可以滿足接入網的應用需要。以太網技術將IP包直接封裝到以太網幀中，是目前與IP配合最好的協議之一，它以變長幀來傳送變長的IP包。在當前因特網迅速發展的情況下，以太網正在轉變成一種主要的接入方式。

（五）基于無線傳輸手段的無線接入技術

固定無線接入技術因其無須敷設線路、建設速度快、受環境制約少、初期投資省、安裝靈活、維護方便等特點而成為接入網領域的新軍。主要的寬帶固定無線接入技術有三類：已經投入使用的多路多點分配業務（MMDS）、直播衛星系統（DBS）以及正在做現場試驗的本地多點分配業務（LMDS）。

LMDS工作在毫米波波段，可用頻帶至少1GHz。典型LMDS由類似蜂窩配置的多個發送機組成，單個蜂窩的覆蓋區為2～5km。LMDS不僅可以提供因特網接入，而且可以用來互連局域網。LMDS幾乎可提供任何種類的業務，如話音、數據、圖像等，還支持TCP/IP以及MPEG2等標準。

總的來看，寬帶固定無線接入技術代表了寬帶接入技術的一種新的不可忽視的發展趨勢，敷設開通快，維護簡單，用戶較密時成本低，可以作為電信公司有線接入的重要補充。

寬帶傳輸網

伴隨著光纖通信技術的發展，寬帶網絡傳輸主要的物理介質必然是光纖。利用光纖組建寬帶傳輸網的優勢有三點：

（1）能提供高帶寬。光纖的帶寬允許高速數據傳輸，通過復用技術和數據壓縮技術完全能夠適應多媒體通信對傳輸速度的要求。

（2）極低的衰減度。通過光纖進行傳輸的光信號具有低衰減的特性，這就意味著無需中繼器就可進行長距離傳輸，不僅能夠降低成本而且能夠減少由于中間環節而形成的斷點。

（3）保密性強。傳輸的光信號是非電子的，不受電磁影響。

SDH傳輸體制是一種新型的完整嚴密的傳送網技術體制，它有全世界統一的網絡節點接口，簡化了信號的互通以及信號的傳輸、復用和交叉連接過程；它安排有豐富的開銷比特用于網絡的管理和維護；它有統一的標準光接口，能夠在基本光纜段上實現橫向兼容；采用SDH組網技術還可以構成具有高度可靠性的自愈環結構，確保實現業務的透明性，這對某些方面的業務應用十分重要。

光纖通信繼續向大容量、高速縱深發展，為寬帶網提供了最堅實的基礎。目前采用密集波分復用（DWDM，DenseWaveDivisionMultiplexing）技術的高速傳輸系統，其產品已可達到400Gbps，實驗室的研究水平已超過3Tbps。這也為IP網絡的QoS提供了可靠的保證。在帶寬富余的情況下，當網絡利用率低于70％時就可以提供有保證的QoS。

當前傳統語音網絡、數據網絡正在走向統一。TCP／IP協議將在整個網絡占據統治地位。IP可以承載所有的業務，包括數據業務、實時語音、視頻等交互式多媒體業務。未來網絡是以IP技術為核心構筑的綜合傳輸語音、數據和視頻的大一統寬帶IP網絡。但IP網只能架構在各種基礎傳輸網之上，目前IP的傳輸模式如下。

(一)IPoverATM

具有動態帶寬分配、高QoS的ATM是一種交換、傳輸、復用設備，也是承載IP所有業務的理想平臺。IPoverATM是面向連接的ATM與無連接IP的統一，也是選路與交換的優化組合，可以綜合利用ATM速度快、容量大、多業務支持能力的優點以及IP簡單、靈活、易擴充和統一性的特點，達到優勢互補的目的。對于電信網而言，在相當長的一段時間內，ATM作為多業務平臺是比較理想的。即使在將來，在網絡邊緣地帶，ATM作為業務匯集點仍然是不可缺少的。

(二)IPoverSDH

IP與SDH的結合試圖將IP分組通過PPP協議或SDL協議直接映射到SDH幀，從而省掉中間的ATM層，保留因特網無連接特征，簡化網絡體系結構，提高傳輸效率，降低運營成本，易于兼容不同技術體制和實現網間互聯，在以IP業務為主的骨干網上疏導高速率數據流。

(三)IPoverOptical

從理論角度分析，IP到傳輸鏈路層之間增加ATM、SDH純屬多余。因此IPoverOptical是一種理想的體系結構：層次少，避免了功能重疊；設備和網管復雜度低；額外開銷小，傳輸效率高；組網和網絡配置簡單；可直接利用DWDM技術。

寬帶交換網

當傳輸技術逐漸向寬帶邁進的時候，使各種不同業務充分地利用傳輸資源的交換設備也有了與之相適應的發展，以IP和ATM為代表的分組轉發和交換技術是當前網絡建設中的熱點。IP的靈活特性和ATM的快速交換能力互有千秋，必將在將來的網絡技術中，起到關鍵的作用。

（一）ATM

異步傳輸模式——ATM就是目前解決寬帶綜合業務交換的一種方案。為適應多媒體通信的要求，用戶必須支持不同的網絡：數據網、語音網以及視頻網。網絡結構也必須適應不同的應用，以太網、令牌環和FDDI用于局域網，PPP、SLIP以及Modem用于廣域網。如此復雜的要求，是以前的交換水平所不能達到的。ATM技術的出現將這些問題迎刃而解，它能夠提供一個公共的、統一的網絡交換框架，支持用戶對數據、語音和視頻的綜合需求。

在ATM技術中傳送信息的基本載體是ATM信元，ATM信元與分組交換中的分組十分類似，但是它又有自己的特點。它使用定長的53字節的信元長度，整個信元字節中包括5個字節的信頭和48個字節的信息域，信頭用來承載信元的控制信息；其后的信息域一般是承載用戶信息。在信頭信息中VPI表示虛擬路徑標識符，VCI表示虛擬通道標識符，這兩部分合起來構成信元的路由信息。ATM交換機就是根據這兩個信息段選擇路由線路。

以ATM技術為主的寬帶交換網是面向連接的。當發送端想要和接收端通信并通過網絡交換信息數據時，將建立一條虛擬電路。之后，將需要傳送的信息分割成ATM信元，通過建立的路徑傳送到接收端。當信息全部傳送完畢后，該虛電路將取消。ATM寬帶交換網的目標，也是其最大的特點，就是對任何業務形式的數據傳輸都能達到最佳的資源利用率。這樣就能使寬帶傳輸網高速傳輸多媒體信息，并毫不停滯地通過交換網絡迅速、靈活地選擇正確的目的方向繼續傳送。

（二）路由交換機

路由交換機結合二層交換的性能和傳統基于軟件路由的功能，采用硬件專用電路(ASIC)進行路由識別、計算和轉發，由于其實現了無阻塞交換，速度很快，能夠處理線路上滿負荷信息，又被稱為線速路由交換機。由于它是基于第三層IP的路由交換，也被稱為第三層路由交換機。目前吉比特路由器可達線性速率，同時，更高速率的太比特路由器也已問世，足以與ATM交換抗衡。

隨著信息社會的到來，人類對多媒體通信的需求日益迫切。雖然窄帶電信網在相當長的時間內還具有生命力，但我們更應當看到，寬帶化的趨勢正向我們走來，必須給予足夠的重視，在網絡的規劃、建設上早做準備，爭取早日建成一個易于使用的、安全的、多功能的、信息含量豐富的、信息形式多元的、開放的寬帶電信網，為構造信息高速公路奠定基礎。