宽带技术分析

摘要　　本文对宽带网络的主干网和接入网技术进行了详细分析，并对目前占有宽带网络主要市场的ADSL和LAN接入技术进行了比较，最后讨论了宽带技术的发展趋势。

关键词综合业务数字网 非对称数字线路 宽带以太网 混合光纤同轴网

1.引言

计算机技术和通信技术的迅猛发展使得网络进入千家万户，网络日益成为人们工作、学习、生活的必备工具。在网络普及过程中，网速是网络技术和网络经营的关键。众所周知，网络带宽越宽，数据传输速率就越高，宽带技术应运而生。所谓宽带网络是指传输、交换和接入的宽带化。本文详细分析了宽带网的主干网技术和接入网技术，并对宽带技术的发展趋势进行了讨论。

2.主干网技术

宽带技术包括主干网技术和接入网技术。在过去的几年内，运营商将大量资金注入主干网，主干网已经基本实现了光纤化，传输速率可以达到千兆。

宽带主干网在物理层使用的是SONET(同步光纤网络)技术。ITU-T以SONET为基础，制定出国际标准同步数字系列SDH。一般可以认为SDH和SONET 是同义词。主干网的网络层服务可以大致分成三类：虚电路服务、数据报服务和ATM技术。虚电路服务是一种面向连接服务，通信过程包括建立连接、数据传输和释放连接。X.25协议和帧中继都是虚电路服务。虚电路提供的是可靠服务，因此，基于X.25协议和帧中继等虚电路服务的网络可靠性较好。但是由于虚电路传输效率较低，目前常用网络层协议是基于另一类数据报服务的IP协议。数据报服务是基于存储转发机制的无连接服务，虽然服务质量不可靠，但其最大优点是传输效率高，这也是IP协议能够一统天下的原因。最后一类是ATM信元交换技术，ATM是综合了电路交换和分组交换的特点产生，能够提供可靠服务和较高的传输速率，美中不足的是其协议复杂，交换设备昂贵，实际网络中使用不多。

3.接入网技术

接入网的概念从建立电话网开始就存在，宽带网的出现使得接入网作用尤为突出。接入网是连接用户终端设备和某种业务网网络节点之间的网络设施，即用户交接设备之后到用户引入线之前，仅提供通道而不具备交换功能的通信设备网络。

如前所述，宽带主干网已经基本实现光纤化，其带宽可满足当前的通信需要，但大部分的接入网仍然停留在以电话交换为主的水平上。接入网的传输速率普遍比较低，成为制约宽带网络发展的瓶颈。于是，近年来出现了多种接入网技术。接入网作为网络的一部分同样可以使用主干网的协议，如有些接入网也才采用帧中继等技术。这里主要讨论目前发展比较迅速的几种宽带技术。

3.1 ISDN（综合业务数字网）

ISDN是在综合数字电话网（IDN）基础上发展起来的，提供端到端数字通信。它在用户和ISDN之间建立一条数字比特管道，使用时分复用方式支持多个独立的通路(channel)。窄带ISDN 定义的标准化通路有B通路（64kbit/s的数字PCM话音或数据），D通路（16kbit/s或64kbit/s用作带外信令）。

ITU-T规定的标准化组合有两种：（1）基本速率2B+D=144kbit/s，其中一个B通路用于传输话音，一个用于传输数据，D通路为16kbit/s。（2）一次群速率23B+D或30B+D,分别对应T1标准（1.544Mbit/s）和E1标准（2.048Mbit/s）。

由于N-ISDN难以适应宽带需求，继而在ATM技术的基础上出现了宽带ISDN(B-ISDN)。B-ISDN将话音、数据、图像及视频信号集中在一个网络传输，就是通常所说的“一线通”。B-ISDN采用ATM技术，用户环路和干线都采用光缆。由于ATM技术没有得到广泛的应用，B-ISDN使用的也很少。

3.2 HFC（混合光纤同轴网）

HFC利用具有巨大带宽的广播电视网，铺设光纤到服务区，用户的“最后一公里”采用同轴电缆。光纤部分的光分配节点（ODU）到头端（HEAD）是星型连接，光结点到用户这段同轴电缆是树型连接，在美国围绕一个光结点的同轴网络可以连接500个用户。

用户使用Cable modem利用同轴电缆连接到光结点，接入HFC网络。由HFC网接入有线电视网（Cable TV）, 最后由有线电视网和Internet高速相连。

Cable modem 和一般modem原理相似，都是进行频谱搬移。Cable modem将计算机的数据信号调制到某个频带范围后占用有线电视带宽传输。但是Cable Modem 本身又不是单纯的调制解调器，它集Modem、调谐器、加解密设备、桥接器、网络接口卡、SNMP代理和以太网集线器等功能为一身。

HFC的上行速率一般在200kbit/s到2Mbit/s之间，最高可达10Mbit/s。下行速率一般在3Mbit/s到10Mbit/s,最高可达到36Mbit/s。

同轴电缆带宽要比电话线带宽宽很多，在有线电视网络比较发达的地区，HFC是一种很好的宽带接入方式。但是传统有线电视网是单向的，用于上网就要对原有线路进行双向改造，需要一定费用。

3.3 ADSL(非对称数字线路)

xDSL是DSL(数字用户线路)的统称，是以铜电话线为传输介质的点对点传输技术。xDSL包括HDSL（高速数字用户线）、SDSL（对称数字用户线）、ADSL（非对称数字用户线）、VDSL（甚高比特率数字用户线）等多种类型。目前宽带市场主要使用ADSL技术。
ADSL使用普通电话线作为传输介质，利用ADSL Modem 将计算机的数据信号调制到一定的频带后再与原有电话信号复用同一条普通电话线传输。ADSL 利用ADSL Modem将电话线分成三个信息通道：一个速率为1 Mbps到9Mbps的高速下行通道；一个速率为16kbps到1Mbps的中速双工通道，用于ADSL控制信号的传输和上行信息；一个普通3k带宽的电话通道。这三个信息通道可以同时工作。

　 当前 ADSL调制解调设备一般采用 3种线路编码技术，抑制载波幅度和相位 (carrier-less amplitude and phase, CAP),离散多音复用 (discrete multitone, DMT)，以及离散小波多音复用 (discrete wavelet multitone, DWMT)。其中 CAP的基础是正交幅度调制 (QAM)。在 CAP中，数据被调制到单一的载波上；而在 DMT中，数据被调制到多个载波上，每个载波上的数据都使用 QAM调制。DMT中使用快速傅里叶变换进行数字信号处理，而在 DWMT中使用小波变换。ADSL技术目前还存在一些问题，如电缆中不同线路信号之间相互串扰及线路质量问题等。

目前，ADSL 的主要应用方式有两种

（1）交换局端到用户间直接使用ADSL。这种方式直接使用原有电话线路，成本比较低。利用ADSL Modem可以有效的将话音与数据业务流量分离，数据业务直接分流到数据网络中，缓解了用户上网负荷对电话交换网的压力。但是这种方式的数据传输率不是很高，一般提供512kbps和284kbps 两种。

（2）FTTx+ADSL方式。这种方式的铜电话线比较短，其他线路采用光纤，可以达到较高的传输速率。

ADSL接入模型

3.4 LAN（宽带以太网方式)

以太网是目前广泛被采用的一种局域网技术，其技术成熟、安装简单、设备便宜。随着千兆以太网和万兆以太网技术的逐渐成熟，以太网已经占有了80%的局域网市场。

宽带以太接入网一般采用光缆＋双绞线的方式对社区进行综合布线。小区内用户先用集线器组成一个简单的以太网，然后接入光纤干线。双绞线总长度一般不超过100米，线路距离短，因而线路质量可以得到更好保障。LAN方式的宽带服务一般是吉比特光纤进小区，百兆光纤到楼，10/100M到户的模式，虽然实际传输速度不能达到那么高，但传输速率基本可以满足用户的各种需求。

由于接入网是一个公用网络环境，其要求与一般局域网的私有网络环境有很大不同，它仅借用了以太网的帧结构和接口，与一般局域网的差别主要在用户管理、安全管理、业务管理、计费管理及安全管理等方面。

目前主要占有宽带接入网市场的是ADSL和LAN接入技术。这两种技术各有利弊。

从速度上来说，LAN方式用户组成的以太网采用争用信道协议，上网速度受到集线器和用户数量的影响。集线器所连用户越多，上网速度就越慢。可以看出，集线器和交换设备也是制约网速的一个瓶颈。但总的来说，LAN方式是目前几种宽带接入方式中速度最快的一种。ADSL的速度比LAN方式要慢，在传输视频信息时（如观看网络电视等）质量不好。

从安装的角度来说,ADSL建立在原有普通电话线基础上，安装方便，比较适合家庭或小型业务单位使用。以太网方式适合于用户比较密集的小区或单位，使用前需要重新铺设线路。

在抗干扰方面，由于采用光纤接入，LAN方式比普通电话线上传输数据的ADSL方式干扰要小。

从费用上说，以太网方式的初装费一般高于ADSL,而且以太网一般采用包月方式，ADSL一般按照若干小时为单位计费。因此，ADSL更适合那些偶尔上网的用户。