宽带化研究论文

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随着社会经济和科技的飞速发展，通信网络正在发生深刻的变化，电信业务正在逐渐从传统的以电话业务为主的窄带业务向集语音、高速数据和图像为一体的多媒体宽带业务发展。多媒体通信已成为建立公用宽带网的主要动力。传统电话网将不可避免要过渡到以数据业务、特别是IP业务为中心的下一代电信网，这些都对电信网的宽带化提出了迫切的要求。

宽带网络就是依靠宽带技术为基础构建的网络体系。众所周知，多媒体信息的数据含量远远超过以前以单一形式传输信息的数据量，在传输速率不能降低并且同时信息容量增大的情况下，电信网络必须努力提高传输通道的容量和速度，否则必然不能保障信息及时、准确、完整地传递。因此，要实现社会信息的多媒体化，必须依靠宽带技术。

宽带网络按其技术结构来说可以分为宽带传输网、宽带交换网和宽带接入网三个部分。传输网是所有信息元素传输的基础通道，信息单元和数据就是通过传输网络实现从源地址到目的地址的转移。宽带交换网络通过对信息的接收、分拣和转发的过程，实现了信息的相互交换过程；接入网是整个宽带网络中与用户相连的最后一段，用户通过接入网连接到宽带网上。

宽带接入网

接入网的建设占全网投资的比例较大，是技术最复杂、实施最困难、影响面最广的一部分。要因地制宜，因时制宜，尽量合理地发展接入网。先进的光纤接入网发展既要考虑光纤接入网与原电缆接入网拓扑结构的兼容性，又要明确接入网的全光纤化方向；既要节省投资成本，又要坚持高起点、分期实施的原则。因此在接入网的建设过程中我们应该循序渐进，从低速业务开始，逐渐向高速业务发展。当前常用的窄带接入技术有频带Modem技术，V.90标准的Modem下行速率是56kbps；窄带ISDN接入技术能在一对普通的电话线上，通过基本速率（2B＋D，144kbps）接口，为用户提供端到端的全数字连接的多种电信业务。目前，宽带接入技术主要有下列几种：

（一）基于电信网用户线的数字用户线（DSL）接入技术

DSL技术是一系列基于双绞铜线的用户线高速传输技术，包括HDSL、SDSL、ADSL、RADSL及IDSL等，统称为xDSL。

ADSL

ADSL（非对称数字用户线）技术，其下行速率达8Mbps，上行速率达640kbps，能传输3～5km的距离。ADSL所支持的主要业务是因特网和电话，该技术接入速度可满足宽带因特网接入和部分宽带应用（如会议电视、视频点播等）。更重要的是结合ATM等宽带干线网络技术，可以支持广播级的视频分发和VoD。

利用ADSL技术开展宽带接入业务的优势非常明显，首先可以充分利用电信网现有的铜缆资源，保护这一巨大投资，并充分发挥铜线的潜力。其次，用户随时可以上网，无需每次重新建立连接，而且不会影响电话的使用，每个用户都可以独享高速通道，没有阻塞问题。其主要缺点是对线对的要求苛刻，目前只有大约30％的线对可以开通ADSL业务。

目前一种简化型的、无分路器的ADSL标准已经问世，称为G.Lite。其基本特点有两点：第一是速率降低到1.5Mbps左右，第二是在用户端不用电话分路器，价格可以下降，安装更为方便。它具有自适应速率适配能力，抗射频干扰的能力比ADSL强，主要业务为因特网接入、Web浏览、IP电话、远程教育、在家工作、可视电话和电话等。

VDSL系统

有关ADSL系统发展的第二个趋势是进一步提高系统的下行带宽，即演变成甚高速数字用户线（VDSL）系统。这种技术在双绞线上下行传输速率可以扩展至25Mbps～52Mbps，同时允许

1．5Mbps的上行速率，其传输距离则分别缩短至1000m或300m左右。很适合光纤到小区（FTTC）的接入方式。由于它能提供高速接入带宽，且能满足高清晰度电视和视频点播的要求，所以是一种比较现实的、理想的宽带混合接入方案。

（二）基于CATV网HFC传输设施的电缆调制解调器（CableModem）接入技术

有线电视网是用来传输模拟电视信号的地面网络，所有用户共享下行带宽，是真正的宽纭FC（HybridFiberCoaxial，光缆同轴混合）技术推动了CATV网络的发展，HFC网不仅可以提供原有的有线电视业务，而且可以提供话音、数据以及其他交互型业务。CableModem方案是以HFC为基础的高速接入技术，CableModem用户共享下行数据带宽，而每一个子信道下行通道的数据吞吐量都可以达到25Mbps～40Mbps。

传统的有线网只能传输单向业务，必须升级为双向的HFC网络才能实现双向宽带传输数字化多媒体信息，可开通VoD、远程教学、远程医疗、因特网高速接入及语音电话等多种新的增值业务。CableModem的开通率高，不存在ADSL因线缆质量和串扰引起的开通率低的问题，只会因为共享用户数的增多而降低每个用户的可用数据带宽。

（三）基于光缆的宽带光纤接入技术

宽带有源光接入

在各种宽带光纤接入网技术中，采用了SDH技术的接入网系统是应用最普遍的。这种系统可称之为有源光接入，主要是为了与基于无源光网络（PON）的接入系统相对比。SDH技术是一种成熟、标准的技术，在骨干网中被广泛采用。在接入网中应用SDH技术，可以将SDH技术在核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域，充分利用SDH同步复用、标准化的光接口、强大的网管能力、灵活网络拓扑能力和高可靠性带来的好处，在接入网的建设发展中长期受益。

SDH技术在接入网中的应用虽然已经很普遍，但仍只是FTTC（光纤到路边）、FTTB（光纤到楼）的程度，光纤的巨大带宽仍然没有到户。因此，要真正向用户提供宽带业务能力，单单采用SDH技术解决馈线、配线段的宽带化是不够的，在引入线部分可分别采用FTTB/C＋xDSL、FTTB/C＋CableModem、FTTB/C＋局域网接入等方式提供业务。

宽带无源光接入网

基于ATM的无源光网络（ATMPON）是既能提供传统业务，又能够提供先进多媒体业务的宽带平台。PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。APON下行采用TDM，而上行采用TDMA技术，其下行速率为622Mbps或155Mbps，上行速率为155Mbps，可给用户提供灵活的高速接入。ATMPON最重要的特点就是其无源点到多点式的网络结构。光分配网络中没有有源器件，比有源的光网络和铜线网络简单，更加可靠，易于维护。特别是如果FTTH大量使用，有源器件和电源备份系统从室外转移到了室内，对器件和设备的环境要求可以大大降低，维护周期可以加长。APON的标准化程度很高，使得大规模生产和降低成本成为可能。此外，ATM统计复用的特点也使ATMPON能比TDM方式的PON服务于更多的用户，ATM的QoS优势也得以继承。

采用波分复用技术是扩大光纤传输容量的一种有效手段。以波分复用技术为基础的无源光网络（WDMPON）用于接入网有着广阔的发展前景。

（四）基于以太网（Ethernet）的高速局域网接入

以太网接入方式与IP网很相似，技术上可以达到10／100／1000Mbps三级。采用专用的无碰撞全双工光纤连接，已可以使以太网的传输距离大为扩展，完全可以满足接入网的应用需要。以太网技术将IP包直接封装到以太网帧中，是目前与IP配合最好的协议之一，它以变长帧来传送变长的IP包。在当前因特网迅速发展的情况下，以太网正在转变成一种主要的接入方式。

（五）基于无线传输手段的无线接入技术

固定无线接入技术因其无须敷设线路、建设速度快、受环境制约少、初期投资省、安装灵活、维护方便等特点而成为接入网领域的新军。主要的宽带固定无线接入技术有三类：已经投入使用的多路多点分配业务（MMDS）、直播卫星系统（DBS）以及正在做现场试验的本地多点分配业务（LMDS）。

LMDS工作在毫米波波段，可用频带至少1GHz。典型LMDS由类似蜂窝配置的多个发送机组成，单个蜂窝的覆盖区为2～5km。LMDS不仅可以提供因特网接入，而且可以用来互连局域网。LMDS几乎可提供任何种类的业务，如话音、数据、图像等，还支持TCP/IP以及MPEG2等标准。

总的来看，宽带固定无线接入技术代表了宽带接入技术的一种新的不可忽视的发展趋势，敷设开通快，维护简单，用户较密时成本低，可以作为电信公司有线接入的重要补充。

宽带传输网

伴随着光纤通信技术的发展，宽带网络传输主要的物理介质必然是光纤。利用光纤组建宽带传输网的优势有三点：

（1）能提供高带宽。光纤的带宽允许高速数据传输，通过复用技术和数据压缩技术完全能够适应多媒体通信对传输速度的要求。

（2）极低的衰减度。通过光纤进行传输的光信号具有低衰减的特性，这就意味着无需中继器就可进行长距离传输，不仅能够降低成本而且能够减少由于中间环节而形成的断点。

（3）保密性强。传输的光信号是非电子的，不受电磁影响。

SDH传输体制是一种新型的完整严密的传送网技术体制，它有全世界统一的网络节点接口，简化了信号的互通以及信号的传输、复用和交叉连接过程；它安排有丰富的开销比特用于网络的管理和维护；它有统一的标准光接口，能够在基本光缆段上实现横向兼容；采用SDH组网技术还可以构成具有高度可靠性的自愈环结构，确保实现业务的透明性，这对某些方面的业务应用十分重要。

光纤通信继续向大容量、高速纵深发展，为宽带网提供了最坚实的基础。目前采用密集波分复用（DWDM，DenseWaveDivisionMultiplexing）技术的高速传输系统，其产品已可达到400Gbps，实验室的研究水平已超过3Tbps。这也为IP网络的QoS提供了可靠的保证。在带宽富余的情况下，当网络利用率低于70％时就可以提供有保证的QoS。

当前传统语音网络、数据网络正在走向统一。TCP／IP协议将在整个网络占据统治地位。IP可以承载所有的业务，包括数据业务、实时语音、视频等交互式多媒体业务。未来网络是以IP技术为核心构筑的综合传输语音、数据和视频的大一统宽带IP网络。但IP网只能架构在各种基础传输网之上，目前IP的传输模式如下。

(一)IPoverATM

具有动态带宽分配、高QoS的ATM是一种交换、传输、复用设备，也是承载IP所有业务的理想平台。IPoverATM是面向连接的ATM与无连接IP的统一，也是选路与交换的优化组合，可以综合利用ATM速度快、容量大、多业务支持能力的优点以及IP简单、灵活、易扩充和统一性的特点，达到优势互补的目的。对于电信网而言，在相当长的一段时间内，ATM作为多业务平台是比较理想的。即使在将来，在网络边缘地带，ATM作为业务汇集点仍然是不可缺少的。

(二)IPoverSDH

IP与SDH的结合试图将IP分组通过PPP协议或SDL协议直接映射到SDH帧，从而省掉中间的ATM层，保留因特网无连接特征，简化网络体系结构，提高传输效率，降低运营成本，易于兼容不同技术体制和实现网间互联，在以IP业务为主的骨干网上疏导高速率数据流。

(三)IPoverOptical

从理论角度分析，IP到传输链路层之间增加ATM、SDH纯属多余。因此IPoverOptical是一种理想的体系结构：层次少，避免了功能重叠；设备和网管复杂度低；额外开销小，传输效率高；组网和网络配置简单；可直接利用DWDM技术。

宽带交换网

当传输技术逐渐向宽带迈进的时候，使各种不同业务充分地利用传输资源的交换设备也有了与之相适应的发展，以IP和ATM为代表的分组转发和交换技术是当前网络建设中的热点。IP的灵活特性和ATM的快速交换能力互有千秋，必将在将来的网络技术中，起到关键的作用。

（一）ATM

异步传输模式——ATM就是目前解决宽带综合业务交换的一种方案。为适应多媒体通信的要求，用户必须支持不同的网络：数据网、语音网以及视频网。网络结构也必须适应不同的应用，以太网、令牌环和FDDI用于局域网，PPP、SLIP以及Modem用于广域网。如此复杂的要求，是以前的交换水平所不能达到的。ATM技术的出现将这些问题迎刃而解，它能够提供一个公共的、统一的网络交换框架，支持用户对数据、语音和视频的综合需求。

在ATM技术中传送信息的基本载体是ATM信元，ATM信元与分组交换中的分组十分类似，但是它又有自己的特点。它使用定长的53字节的信元长度，整个信元字节中包括5个字节的信头和48个字节的信息域，信头用来承载信元的控制信息；其后的信息域一般是承载用户信息。在信头信息中VPI表示虚拟路径标识符，VCI表示虚拟通道标识符，这两部分合起来构成信元的路由信息。ATM交换机就是根据这两个信息段选择路由线路。

以ATM技术为主的宽带交换网是面向连接的。当发送端想要和接收端通信并通过网络交换信息数据时，将建立一条虚拟电路。之后，将需要传送的信息分割成ATM信元，通过建立的路径传送到接收端。当信息全部传送完毕后，该虚电路将取消。ATM宽带交换网的目标，也是其最大的特点，就是对任何业务形式的数据传输都能达到最佳的资源利用率。这样就能使宽带传输网高速传输多媒体信息，并毫不停滞地通过交换网络迅速、灵活地选择正确的目的方向继续传送。

（二）路由交换机

路由交换机结合二层交换的性能和传统基于软件路由的功能，采用硬件专用电路(ASIC)进行路由识别、计算和转发，由于其实现了无阻塞交换，速度很快，能够处理线路上满负荷信息，又被称为线速路由交换机。由于它是基于第三层IP的路由交换，也被称为第三层路由交换机。目前吉比特路由器可达线性速率，同时，更高速率的太比特路由器也已问世，足以与ATM交换抗衡。

随着信息社会的到来，人类对多媒体通信的需求日益迫切。虽然窄带电信网在相当长的时间内还具有生命力，但我们更应当看到，宽带化的趋势正向我们走来，必须给予足够的重视，在网络的规划、建设上早做准备，争取早日建成一个易于使用的、安全的、多功能的、信息含量丰富的、信息形式多元的、开放的宽带电信网，为构造信息高速公路奠定基础。