寬帶接入技術(shù)的探討

毋煒瑋

（鄭州信息工程職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450121）

0 引言

所謂寬帶接入技術(shù)，是指用戶通過什么技術(shù)接入到互聯(lián)網(wǎng)。從寬帶接入的媒體分，接入技術(shù)可以劃分為有線寬帶接入技術(shù)和無線寬帶接入技術(shù)兩大類。本文主要討論三種有線寬帶接入技術(shù)，即基于電話線銅纜改造的ADSL 技術(shù)[1]，基于有線電視同軸線纜改造的HFC 技術(shù)和光接入FTTX 技術(shù)。

1 ADSL 技術(shù)

1.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

ADSL 也稱為非對(duì)稱數(shù)字用戶線，這里的“非對(duì)稱”是指數(shù)字用戶線的上、下行速率不同，其上行速率比下行速率小。ADSL 技術(shù)主要是指在維持現(xiàn)有電話業(yè)務(wù)及其質(zhì)量基礎(chǔ)上，利用已有的電話線銅纜網(wǎng)絡(luò)，在局端和用戶側(cè)分別新增相應(yīng)的ADSL 設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)用戶寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)的接入技術(shù)。

ADSL 技術(shù)根據(jù)業(yè)務(wù)需要重新分配頻譜資源，傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)使用低端頻譜0～4 kHz，用戶寬帶接入業(yè)務(wù)使用高端頻譜40 kHz～1.1 MHz。ADSL 技術(shù)的傳輸數(shù)據(jù)率與距離和用戶線徑有很大的關(guān)系。例如，用戶線線徑為0.5 mm，傳輸速率為1.5 Mb/s 時(shí)，傳輸距離5.5 km；同等線徑0.5 mm 用戶線，傳輸速率為6.1 Mb/s 時(shí)，傳輸距離為3.7 km；那么在6.1 Mb/s 的傳輸速率下，用戶線的線徑為0.4 mm，傳輸距離為2.7km。也就是說，相同線徑用戶線，傳輸速率越快，傳輸距離越短。相同傳輸速率，用戶線徑越細(xì)，傳輸距離越短。

1.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）用戶線的上行和下行速率不同。

（2）上行指從用戶到互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)供應(yīng)商上傳業(yè)務(wù)，下行指從用戶到互聯(lián)網(wǎng)供應(yīng)商下載業(yè)務(wù)。

（3）線路兩端各加裝一個(gè)ADSL 設(shè)備。

1.3 調(diào)制技術(shù)

ADSL 通常采用正交調(diào)幅（QAM）技術(shù)、無載波調(diào)相（CAP）技術(shù)和離散多音調(diào)調(diào)制（DMT）三種調(diào)制技術(shù)，本文主要介紹一下DMT（Discrete Multi-Tone）離散多音調(diào)調(diào)制技術(shù)。

DMT 調(diào)制是一種正交的頻分復(fù)用方式，將整個(gè)信道頻率劃分為若干獨(dú)立、等寬的子信道，每一個(gè)子信道根據(jù)各自頻帶的中心頻率不同，選取不同的載波頻率，分別在各自載波上進(jìn)行QAM 調(diào)制。具體做法是把高端頻譜40 kHz～1.1 MHz 劃分為274 個(gè)子信道，每個(gè)子信道占據(jù)4.312 5 kHz 帶寬，其中的25 個(gè)子信道用于上行信道，249 個(gè)子信道用于下行信道。

1.4 ADSL 接入網(wǎng)

ADSL 接入網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分別由數(shù)字用戶線接入設(shè)備、用戶線和用戶設(shè)備三部分組成。

數(shù)字用戶線接入設(shè)備也就是數(shù)字用戶線接入復(fù)用器（Digital Subscriber Line Access Multiplexer，DSLAM），由許多ADSL 調(diào)制解調(diào)器組成。ADSL 調(diào)制解調(diào)器也叫做接入端接單元ATU，包括用戶ADSL 調(diào)制解調(diào)器（ATU-R）和局端ADSL 調(diào)制解調(diào)器（ATU-C）。ADSL 調(diào)制解調(diào)器主要功能是對(duì)用戶的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并提供數(shù)據(jù)傳輸接口。

在用戶側(cè)，用戶電話設(shè)備經(jīng)過兩次電話分離器PS（POTS Splitter）到達(dá)本地電話局，一次是將經(jīng)過的數(shù)據(jù)信號(hào)和語音信號(hào)組合在一起，通過用戶線到達(dá)端局，在局端，再次經(jīng)過電話分離器把ATU-R 接到ATU-C和本地電話交換機(jī)。電話分離器由高通濾波器和低通濾波器組合而成，是一個(gè)三端口的無源器件，電話分離器一端是將語音信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)合并，另一端是將兩個(gè)信號(hào)分離開，分別接入各自業(yè)務(wù)平臺(tái)上去。

ADSL 技術(shù)在早期對(duì)于改造老舊小區(qū)的寬帶業(yè)務(wù)發(fā)揮了重要作用，可以充分利用現(xiàn)有電話網(wǎng)中的用戶線，無需重新鋪設(shè)線纜，也無需改造現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，只需在一對(duì)銅質(zhì)雙絞線上添加相應(yīng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)信號(hào)雙向傳輸，從而減少資源浪費(fèi)和對(duì)建筑物損害。

2 HFC 網(wǎng)

2.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

混合光纖/同軸電纜（Hybrid Fiber-Coaxial，HFC）接入網(wǎng)，是在傳統(tǒng)的有線電視（Community Antenna TeleVision，CATV）網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行改造而來的，是將新鋪設(shè)的光纖和有線電視同軸電纜相結(jié)合的一種混合網(wǎng)絡(luò)[2]。HFC 將光纜先敷設(shè)到居民小區(qū)的光節(jié)點(diǎn)，然后在節(jié)點(diǎn)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，最后通過同軸電纜網(wǎng)連接到用戶。

2.2 主要特點(diǎn)

（1）主干線路采用光纖。原有線電視網(wǎng)中主干部分的同軸電纜退換為光纜，頭端設(shè)備通過光纜接到用戶側(cè)光分配結(jié)點(diǎn)，在光分配結(jié)點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，光分配結(jié)點(diǎn)至用戶側(cè)仍保留使用已有的同軸電纜。干線網(wǎng)是連接頭端和光分配點(diǎn)之間的纜線設(shè)備，每隔一段距離需要設(shè)置單向放大器，對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行放大。

（2）采用結(jié)點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)。

（3）雙向傳輸功能，具有比有線電視網(wǎng)更寬的頻譜。

（4）安裝用戶接口盒。在用戶側(cè)安裝用戶接口盒，可以連接視頻、語音和數(shù)據(jù)信號(hào)，也就是所謂的三網(wǎng)融合終端設(shè)備，分別與電視機(jī)、電話機(jī)和計(jì)算機(jī)連接。

（5）電纜調(diào)制解調(diào)器（cable modem）。HFC 網(wǎng)使用的電纜調(diào)制解調(diào)器不同于ADSL 調(diào)制解調(diào)器，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不成對(duì)使用，只安裝在用戶端。最大的特點(diǎn)是傳輸速率高，其下行速率最高可達(dá)30 Mb/s，上行速率最高可達(dá)10 Mb/s。

根據(jù)我國(guó)有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范的規(guī)定，HFC 頻帶為5～1 000 MHz，具有很寬的頻帶，其中5～65 MHz 留給傳送電視、非廣播業(yè)務(wù)及電話信號(hào)，用做上行信號(hào)使用，87～1 000 MHz 留給調(diào)頻廣播和傳輸模擬CATV 信號(hào)，用做下行信號(hào)使用，上行和下行通道之間要保留一定的間隔。

3 FTTX 技術(shù)

隨著視頻會(huì)議、互動(dòng)游戲和各種高清視頻節(jié)目這些高數(shù)據(jù)量業(yè)務(wù)的不斷增加，ADSL、HFC 這些寬帶接入技術(shù)已經(jīng)無法滿足用戶需求，再加之覆蓋范圍小，維護(hù)成本高等原因，一種新的寬帶接入技術(shù)——光纖接入技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，光纖接入技術(shù)也就是FTTx 技術(shù)[3]。

3.1 技術(shù)簡(jiǎn)介

FTTX（Fiber To The X）光纖連接到X 點(diǎn)，即光接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。根據(jù)接入場(chǎng)景的不同，字母X 表示終端設(shè)備所處位置不同，也就是可以選擇不同接入方案，主要有如下3 種。

（1）FTTH：光纖到家（Home），光纜延伸至用戶家中。

（2）FTTB：光纖到大樓（Building），在樓內(nèi)光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過雙絞線延伸至終端。

（3）FTTC：光纖到路邊此處（Curb），光纜敷設(shè)至路邊，然后使用星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過雙絞線分配到終端。

光接入技術(shù)主要是為了有效地利用光纖資源，提高終端用戶上網(wǎng)速率。在光纜干線和家庭用戶之間，加入一個(gè)無源轉(zhuǎn)換裝置分光器，分光器和兩端線路稱為光配線網(wǎng)ODN（Optical Distribution Network），多個(gè)用戶可以共享光纖干線，提高光纖利用率。光配線網(wǎng)中無需配備電源，所以就叫無源的光配線網(wǎng)，也稱為無源光網(wǎng)絡(luò)PON，如圖1 所示。

圖1 無源光網(wǎng)絡(luò)PON

PON（Passive Optical Network）網(wǎng)絡(luò)由端局設(shè)備OLT（Optical Line Terminal）、無源分光器和用戶側(cè)設(shè)備光網(wǎng)絡(luò)單元ONU（Optical Network Unit）三部分構(gòu)成。

3.2 PON 傳送方式

（1）下行（廣播方式）：OLT 連續(xù)廣播發(fā)送，ONU 僅處理與自己標(biāo)簽相同的數(shù)據(jù)包。

（2）上行（TDMA 方式）：ONU 僅在OLT 允許的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)包到OLT，時(shí)隙嚴(yán)格同步以免干擾。

PON 技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是低成本、高帶寬、易維護(hù)，擴(kuò)展性強(qiáng)，兼容性強(qiáng)，方便管理等。隨著接入網(wǎng)的日益寬帶化，PON 技術(shù)已成為當(dāng)下主流寬帶接入技術(shù)，解決了接入網(wǎng)的許多問題。

4 結(jié)論

有線寬帶接入技術(shù)有著各自不同的特點(diǎn)，它們廣泛的應(yīng)用在不同的環(huán)境、場(chǎng)景和領(lǐng)域中。寬帶接入技術(shù)正在快速地向超帶寬、可管理、更經(jīng)濟(jì)、更方便、能提供一定服務(wù)質(zhì)量的方向發(fā)展。

隨著光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，10G PON 的大規(guī)模部署應(yīng)用[4]，5G 與千兆寬帶網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模部署，PON 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展到全光家庭、工業(yè)園區(qū)、數(shù)據(jù)中心等，實(shí)現(xiàn)更廣泛的萬物互聯(lián)，引領(lǐng)未來智慧家庭新生活。