方晓农 储轶刚
随着Internet的迅速普及和网上众多新业务的开放，用户端对数据传输速率的要求也日益增加。然而目前接入IP网络的技术仍然是以拨号Modem为主，远远满足不了用户的需求，于是各种宽带接入技术应运而生。
xDSL数字用户线技术
目前，用户环路依然由模拟双绞线技术扮演着重要角色，究其原因不外乎它的经济性，在提供电话业务时，没有一种技术能比它更廉价的了。随着通信和计算机技术的迅速发展，现代通信网正向着宽带化演进，然而模拟用户接入部分的低速率传输却阻碍着这种发展，形成了“瓶颈”效应。在这种情况下，出现了XDSL技术。目前XDSL主要旨HDSL、ADSL、和VDSL三种。
1、HDSL技术
DSL（Digtal Subscriber Line，数字用户线技术）是20世纪80年代后期的产物，主要用于ISDN的基本速率业务，在一个以绞线对上获得全双工传输，采用的技术是时间压缩复接（TCM）和回波消除。但是，当传输速率增加到T1（1.544Mbps）或E1（2.048Mbps）时，串扰和符号间干扰增加。为了改善通信质量，在DSL技术的基础上，提出了高速数字用户线（HDSL）技术，采用的调制技术是基带2BIQ、QAM/CAP和DMT（离散多音频），使普通电话线传送数字信号的速率从2B+D（144Kbps）提高到T1/E1。HDSL还可以得用两个环路对，但只能限于载波服务区（CSA）范围。
2、ADSL技术
鉴于数字用户线上的数字业务大多数是非对称的，1989年Bellcore首先提出了ADSL（Asynchronous Digital Subscriber Line，非对称数字线技术），一对双绞铜线上的最高数字传输速率可高达6Mbps以上。
目前，ADSL技术根据传输速率的大小分为通用ADSL和UADSL。通用ADSL的上行通道速率为6Mbit/s，下行通道速率为512Kbit/s；UADSL即ITU的G.Lite标准，上下行速率分别为1.5mbit/s和256Kbit/s。ADSL将一条双绞线上的用户频谱分为三个频段：0-4KHZ频段用于电话业务；20-120KHZ的100KHZ的频带用来传送上行或下行的低速数据或控制信息；高频段（约124-1000KHZ）的近1MHZ带宽用于传送下行高速数据。
目前的ADSL产品中主要采用的线路编码技术为CAP（无载波幅度/相应调制）与DMT（离散多音），这两种编码方案是影响ADSL性能和使用场合的不同领域都有一定的实力。通常认为DMT在速率自适应（依据线路状况调节速率）、变化环路状况和处理噪声和子载波（话音应用）等方面具有优势；而CAP的回波抵消设计简单、延时（据称只有DTM处理时延的25％）、技术要成熟（基于QAM，已经有几年的历史），实现简单等。
无论采用何种编码技术，在一对双绞线上进行双向传输时，必须采用上行和下行带宽的简单的频率分割或回波抵消技术，自适应回波抵消器以减弱双向传输引起的回波干扰。由于电缆的一个线束中有若干对双绞线，这就需要采用自适应均衡来减少线对之间的串扰。脉冲噪声是ADSL的主要损害因素，特别是在ADSL用户环路损耗严重时，在ADSL系统设计时应考试采用正向纠错编码（FEC）和交织编码等措施来减小其影响。为了对付电子线路电磁耦合射频干扰（RFI）等产生的背景白噪声，ADSL设备应该有良好的电磁兼容性。既要分开ADSL信号和POTS信号，又要做到降低回波和侧音，这需要高品质的隔离滤波器。综合考试双绞线的传输特性和噪声环境，多采用QAM、CAP或DMT等调制技术，以提高双绞线对的频带利用效率。
ADSL作为宽带接入网方案，其优势是明显的，它充分利用了现有的双绞线资源，对运营商来说，不需花太大的投资，在现有网络上就可以向用户提供宽带业务。但是，ADSL技术目前还未达到完全成熟的地步，还有许多问题需要进一步解决，比如这种技术对线径有要求，只有介于0.4-0.5mm的线缆才能使用，但是目前世界上铺设的铜绞线有相当一部分不符合该要求；而且数据业务会对话带产生干扰等。
2、VDSL技术
VDSL（甚高速数字用户环路）技术能在普通的短距离（0.3-1.5Km）双绞线上提供高达55Mbps传输，它的速度大大高于ADSL和Cable Modem。
目前VDSL技术还处于研究阶段，统一的国际标准尚未出台。美国的ANSI T1.4和欧洲的ETSI TM6标准化小组已经确定了VDSL系统相关方面的规定，如数据传输速率、辐射抑制和功率密度等。
困扰VDSL应用的主要是各种噪声的影响，有串扰、无线电频率干扰和脉冲干扰。线缆的线束中有多对双绞线，不可能实现完全的相互屏蔽，于是形成了串扰。在VDSL应用中，串扰有两种形式：NEXT（近端串扰）是指本地接收机检测到了一个或多个本地发送机在其他线路上发送的信号；FEXT（远端串扰）是指本地接收机检测到了在其他频带中传输的一个或多个远端发送机发送的信号。与VDSL频带重叠的无线电信号耦合到双绞线上会形成一种类似尖峰噪声。而脉冲噪声的干扰则会把信号完全淹没了，为了消除这种噪声可以采用FEC编码技术。
VDSL的线路编码技术主要有两种选择：单载波调制和多载波调制。单载波调制包括QAM（正交幅度调制）和CAP（无载波相位调制）。典型的多载波调制是DMT（离散多音频调制）。这两种方案实现时各有其优缺点。一般来说，由于在DMT中采用了DFT，其复杂度要高于CAP/QAM，但随着集成度的提高，这种优势会削弱。在频率的兼容性上，DMT要做得更好一些。
总之，VDSL与ADSL相比，仍然是一种尚未成熟的技术，它面临着许多难题的解决，但是，VDSL技术作为最后1km的解决方案，其应用前景是十分广阔的。
EtherLoop（以太环路技术）
针对XDSL技术存在不足，业界提出了一种新的用户接入技术----Ether Loop。它是一种集中DSL技术和以太网技术为一体的接入方案。
在EtherLoop方案中引入了类似于以太网的突发数据传输方式。在多数情况下，数据是突出产生的。与以XDSL为代表的连续比特流方式相比，采用突发方式具有很大的优越性。首先，它的半双工通信机制消除了在带有桥接头或是线型变换的情况下会给发送端造成的反馈干扰。其次，突发数据方式大大降低了发送功率。同时为了避免以太网的碰撞检测机制带来的负面影响（降低数据的发送带宽），它采用点到点的方式进行通信。
针对用户环路的高BER（误比特率），EtherLoop还提供帧检验和重发。EtherLoop还利用了半双工以太网灵活的对称性，也就是说每个方向上传输的时间和该方向上提供的信息流量是成正比的。例如，当用户在下载文件时，绝大部分时间用于传输下行信息，这种情况下EtherLoop的带宽将绝大部分用于下行通信，只有一小部分用于上行传输。当用户上载文件时则反之。当用户在进行电视会议时，带宽是对称分配的。以上只是几个EtherLoop带宽分配的例子，其实任何组合都是可行的。EtherLoop并不将固定的上/下行带宽分配给用户，而是根据用户的实际流量来动态分配带宽。
EtherLoop还可以动态调整频率。在发送端静默时，通过监控信号质量，测量出串话和干扰的大小，设备通过不断地改变内部频率来降低串话和干扰。通常采用比特率调整技术来实现这一功能。调制解调器可以通过比特率调整来及时适应它收到的或是产生的噪声，从而提高了调制解调器的发送质量，降低了同一个电缆束中的相互干扰。
ADSL和EtherLoop的物理限制是相似的。任何ADSL可以达到的速率，EtherLoop都可以或近似达到。
EtherLoop还有一点优于ADSL技术，即ADSL是同时双向传输数据的，而EtherLoop则是在一个时间点上单向传输数据的，故EtherLoop可以达到ADSL上/下行带宽的总的峰值速率。假如在一根铜线上，ADSL的下行速率为6Mbps、上行速率为1Mbps，那么EtherLoop在同一根铜线上，上/下行两个方向上都可以达到7Mbps的速率。EtherLoop还可以根据用户流量将7Mbps的带宽以任意方式分配给上/下信道。
由于采用了DSL信令技术、数据的突发模式传送和以太网的帧技术，使得EtherLoop具有很强的竞争优势。DSL技术允许使用现有的电话设备，以太网的突发技术降低了干扰和功耗，并提供了一个廉价的接口。
Cabel Modem电缆调制解调技术
目前的有线电视网是HFC（光纤-同轴线混合网）网络，它与用户环路光纤有着相同的带宽，高达1GHZ，但其成本比用户光纤环路要低的多，因此，对于有线电视运营商来说，面临的是如何充分利用这些带宽资源，向用户开放交互式带宽业务。
Cabel Modem技术的出现可以说解决了这一问题。它是通过频分复用（FDM）来分离HFC系统带宽。在HFC系统上，频谱资源的划分尚未形成统一的国际标准。
HFC的频谱分配
其中，HFC的上行通道占据的频段较窄（5-42MHZ），但已能满足用户的要求，主要用于传输低速用户控制信息、数据和电话业务，采用QPSK或π/4DQPSK技术传输控制信息等，传输速率为768Kbps或10Mbps。另外，也可采用VSB（残留边带）调制技术。
下行通道所占的频段（45-750MHZ）较宽，它又分成两段，45-440MHZ段用于传输模拟CATV业务，可以传输80个NTSC制式（每个频道占有8MHZ）的模拟电视频道；550-750MHZ用于传输下行电话、数据和压缩数字视频信号，采用64QAM技术传输高速数据（10-30MBPS），还可用SCDMA或QPSK调 制技术。
目前，在业界有两种相互竞争的Cable Modem标准，即DOCSIS和数字视频广播/数字音频委员会（DVB/DAVIC）。DOCSIS是美国和加拿大的多家公司作为多媒体电视网络线缆（MCNS）联合组织的一种倡议推出的。参加该组织的主要的公司有Cisco、摩托罗拉、3Com、Philips和sony等公司。DVB/DAVIC的主要成员有Alcatel、休斯网络系统和汤姆逊公司等。
HFC网具有很好的数模兼容性，它不仅能满足市场的近期要求，又能满足今后的长期要求。同时HFC网的成本比光纤用户环路低，具有双绞铜线无法比拟的传输带宽，它充分利用现有资源，可大大节省对原来网络改造的费用。但是，由于其上行带宽过窄，只能使用5-42MHZ，加上外界的干扰，一般只能用18-42MHZ。困扰Cable Modem技术的主要难点在于系统的上行噪声太大，不能确保数据的可靠传输。同时，如前所述，Cable Modem的标准不统一，使得各系统之间的不能很好的互联。成本居高不下也是限制其发展的一个主要因素。
本地多点分布业务（LMDS）
LMDS是一种新型的宽带无线接入，其工作频段在24-31GHZ，可用带宽1GHZ以上，因此有人称之为“无线光纤”，它的出现大大缓解了目前接入网环境下带宽不足的问题。
LMDS将点对多点微波通信（PMP）技术和ATM技术有效结合，采用快速动态容量分配（F-DCA）的TDM/TDMA技术，可以动态的为每个用户提供高达37Mbit/s的瞬时速率。由于LMDS采用了基于ATM平台的机制，它不仅可以向远端客户提供多种灵活的接入类型，如以太网接口、ATM接口、帧中继及E1接口等，而且为多种业务（语音、视频以及将来的基于IP的应用）提供有效的支持。此外，LMDS还具有一般无线通信系统的优点，如造价低、风险小、建设周期短、维护费用低、灵活等。
LMDS系统一般有基站系统、用户端设备和网络运行中心（NOC）组成。基站系统采用多扇区技术进行用户端 的覆盖，并提供骨干网络的接口，包括PSTN、Internet、FrameRelay、ATM和ISDN等。多扇区技术不但可以充分
利用无线频谱资源，而且使系统具有很大的灵活性，只要减小扇区角度，增大扇 区数目，就可以使系统容量增加。用户端设备包括室外安装的微波发射和接收装置和室内的网络接口单元（NIU），NIU为各种用户业务提供接口，并完成复用/解复用功能。
当然，LMDS也有其缺陷，这是由其本性决定的。因为LMDS的工作频段是在mm波段，必须采用视距传输，为了避免视距传输中障碍物的阻挡，其传输距离一般限制在2-4km，在某些情况下，基站的高度必须达到15-20m。同时，工作在这一频段的微波很容易受到天气的影响，信道极不稳。此外，LMDS手持收信机中的放大器必须采用基于镓砷技术的单mm波集成电路，使之成本居高不下。
各种接入技术的比较
现在，普遍看好的是XDSL技术，尤其是ADSL技术，各大厂商都在开发、生产自己的产品，但是，依照目前的情况来看，ADSL的费用依然高昂。EtherLoop技术巧妙地将DSL和以太网结合在一起，不失为一种有效的接入手段。而Cable Modem除了费用高昂外，还得采用合理的机制确何数据准确传输。LMDS是目前一种新兴的接入手段，它可以为运营商提供一种快速、高效、廉价的系统，为用户提供高速的无线数据业务。
上述的几种接入技术都具有适用的市场，因为从某种意义上来说，它们都满足了用户某种程度上的需要。在应用中，要根据实际情况选用合适的产品和技术。
摘自《实用无线电》
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