宽带通信接入网系统漫谈

宽带通信接入网系统漫谈陆韬（丽水学院计算机与信息工程学院，浙江丽水323000）摘要：对宽带通信接入网的基本业务情况进行了分析，并介绍了面向未来（IPTV等）三重业务（triple-play）播放通信功能的宽带接入网的技术方案。关键词：宽带通信接入网；ADSL接入方式；IPTV三重业务播放；国际电信联盟（ITU）Technology&FultherofTelecomB-AccessNetworkLu-Tao（CollegeofComputerandTelecommunication,LishuiUniversity,Lishui,Zhejiang,323000）Abstract:ThispaperanalysisthebasickindsofbusinessontheTelecom-AccessNetwork，andsomemodeswereraisedabouttheBroadband-AccessNetworkthatsupportetheIPTVtriple-play.Keywords:TelecomBroadband-AccessNetwork；ADSLmultimode；IPTVtriple-play；ITU宽带通信接入网是城市通信网络（城域网）的重要组成部分，主要完成各类用户的接入和各种业务的（二层）汇聚；是体现城市通信组网“广覆盖、大容量、少节点、集中控制”的重要组成部分，我国的通信接入网的技术发展很快，由原有的“市内通信全塑电缆交接配线+户线工程”的网络结构，正逐步向以ADSL/LAN、光纤接入网的传输结构和IP协议为内核的现代通信网络演进；其业务内涵，也正向着在IP的统一平台上综合传输话音信号、数据信号和交互式电视信号（IPTV）的所谓“三重业务（triple-play）播放”的方式演变，下面谈谈这方面的进展情况。一．宽带通信接入网基本业务介绍最新的基本业务主要是指“话音业务（含VoIP）”、“数据传输业务（含宽带上网）”和“交互式网络电视业务（即IPTV）”；下面分别予以简述：1．话音业务：传统的话音信号是“模拟信号”的转换过程，即将话音声波（属于机械波）信号通过“话筒”等装置，转换为0-4kHz（实际在300-3400Hz之间）的相同波形的电信号，此时的信号称为“模拟信号”，即“模仿”原有的声波信号而变成相同波形的电信号。其数字化的过程遵循国际电信联盟的ITU-TG.711协议，即通过脉冲编码调制（PCM），将每一路4kHz的电话信号转换为64kbit/s的数字信号流。随着IP技术的应用，利用IP技术承载话音信号的模式越来越受到重视，对于在保证一定的通话质量下，提高带宽利用率是通信业不断的追求，以下是几种常见的话音信号的编码方案[文献1]及其传输性能的比较情况：（表1）编码方案标准使用情况编码速率MOS评分备注PCMG.711常规数字通信标准64kb/s4.3常规话音通信方案ADPCMG.721差值脉冲编码32kb/s4.1过渡方案RPE-LTPGSMGSM传统移动通信标准13kb/s3.5GSM移动通信方案VSELPIS-54北美洲常规移动通信标准8kb/s3.5美国移动通信标准LD-CELPG.728IP长途电话优秀推荐协议16kb/s4.0新一代IP电话推荐方案CS-ACELPG.729多媒体通信,VoIP8kb/s3.7（注：MOS评分是一种常用的电话语音主观评价方法，共分为1-5个等级分，最高分为5分。）收稿日期：2006-07-05基金项目：丽水学院科研资助项目（KY06034）作者简介：陆韬（1963—），男，山东烟台人，高级工程师。2．宽带上网业务指通过“中国电信”等传统通信运营商的电路，接入中国宽带互联网（CHINANET），通常有以下两种常用的形式[文献2]：（1）LAN方式：LAN（LocalAreaNetwork,局域网）接入方式主要采用以太网技术，以信息化小区的形式为用户服务。在中心节点使用高速交换机，为用户提供FTTx（光纤到小区）+LAN（网线到户）的宽带接入。用户只需一台电脑和一块网卡，就可高速接入互联网。其特点是：⑴高速，基本做到千兆到小区、百兆到居民大楼、十兆到用户；⑵便捷，接入设备成本低、可靠性好，用户只需一块10Mbps的网卡即可轻松上网。（2）ADSL方式：ADSL（AsymmetricalDigitalSubscribeLine非对称数字用户线）接入方式是利用现有的双绞铜线（即普通电话线），以上、下行“不对称”的传输速率接入互联网，上行（从用户到网络）为低速的传输，可达1Mbps；下行（从网络到用户）为高速传输，可达8Mbps。其业务特征是：⑴安装方便快捷，普通电话用户申请办理ADSL业务后，只需在普通电话用户端安装相应的ADSL终端设备就可享受宽带业务，原有电话线路无须改造，安装便捷，使用简便，避免用户因线路改造而引起的布线困难和破坏室内装修等诸多问题的困扰；⑵高速上网，ADSL是速率非对称的接入技术，传输速率上行可达1Mbps、下行可达8Mbps，符合用户使用互联网的使用特点，浏览或下载多、上传少；⑶带宽独享，ADSL是点到点的星形网络结构，用户的ADSL线路直接与中国电信的IP城域网骨干相连，保证了用户独享线路和带宽；⑷上网、打电话同线接入，互不干扰，安装ADSL业务后，用户便可直接利用现有电话线同时进行上网和打电话（电话保持原有号码不变），两者互不干扰；⑸ADSL专线接入具有固定的IP地址。ADSL接入方式目前可提供虚拟拨号接入和专线接入两种接入方式。3．IPTV——交互式网络电视业务IPTV也称为网络电视。确切地说，IPTV是利用宽带网络（IP协议传播技术）作为基础设施，以家用电视机和个人电脑作为主要显示终端，利用一系列互联网协议承载和传输经过编码压缩的多媒体数字信号，为家庭用户提供包括电视节目在内的多种交互式数字多媒体服务以及增值业务服务的崭新技术。人们可以通过PC终端、机顶盒+电视机、多媒体手机（用于移动IPTV）等多种方式享受IPTV服务。从用户角度看，IPTV业务可以提供具有个性化和实时交互特点的点播服务和类似于传统电视非交互式的广播服务。IPTV的内容主要来源于广播电视节目运营商。通过IPTV宽带业务应用平台整合，利用IP承载网传送到用户。IPTV业务的突出特点是它的交互性和实时性，人们可以通过IPTV业务自由选择和订制宽带视频内容或电视节目，这将彻底改变多少年来传统电视的被动收看模式，真正实现了无论何时何地“按需收看”的交互网络视频功能。人们所收看的也不仅仅是电视节目，而是如同网上冲浪似的随时得到IPTV提供的各类内容服务。通过宽带IP网络传送的音视频节目质量保持或优于传统电视的图像和声音效果；并可以在不同节目之间快速切换；所有这一切由于选用以电视机为主的显示终端，而使消费人群保持了更为舒适的传统电视后仰式观看习惯。同时也使IPTV的适用范围更广阔，凡是有电视机的家庭，即使不懂有关电脑与网络的知识，也能通过一台机顶盒利用TV接入互联网。二．宽带通信接入网的技术发展当前，接入网已经成为全网宽带化的最后瓶颈，接入网的宽带化已成为接入网发展的主要趋势。到2004年第二季度[文献3]，全球宽带总用户已经超过1.3亿，仅DSL就敷设了7800万线，成为主导的宽带接入技术。据YankeeGroup预测，2008年全球宽带总用户可以达到3.25亿，DSL用户将占2亿。下面，介绍几种宽带接入网技术的最新进展：1．ADSL2+技术模式目前我国接入网的主流模式是ADSL和ADSL2+，特别是后者，作为第二代高速不对称数据传输（ADSL）技术，是国际电信联盟（ITU）于2003年1月通过的ADSL2＋（G.992.5）新一代ADSL技术标准，它在保持了第一代ADSL（G.992.1）的DMT调制技术基础上进行了全面的、较大的改进[文献4]：⑴扩大了覆盖范围和提高了数据速率ADSL2＋将电缆线路使用的频谱范围从ADSL标准的1.1MHz扩展到2.2MHz，使下行速率大大提高（最高可达25Mbps以上），根据信息产业部电信传输研究所2004年5月组织的通信厂商ADSL2与ADSL2＋芯片的评估测试[文献5]：在0.4mm线径的全塑通信电缆上，ADSL2＋下行传输速率在距离不超过2.4km时平均可以达到25Mbps；其最长的通信距离（实测）可达6km以上；⑵拓展了应用范围ADSL2/2＋在原有的ATM（异步传输）和STM（同步传输）的基础上，增加了PTM（分组传送模式），能够更加高效地传送日益增长的以太网和IP业务；⑶提高了线路故障诊断和速率适配能力能力ADSL2＋系统可在初始化过程中及结束后，提供对线路噪声、线路衰耗、信噪比等重要参数的测量功能；并且，能在不影响业务的情况下，根据测量的线路情况动态调整速率，以适应变化的线路条件；⑷增加了节能特性局端设备和用户端设备都能在业务量小或没有业务的情况下进入低功率模式或休眠状态，可大大降低设备功耗，降低散热要求，能很好地适应“永远在线”的应用方式；⑸支持多线对速率捆绑可以实现更高的数据速率。2．VDSL2技术发展情况国际电信联盟（ITU）于2005年5月27日批准并发布了VDSL2标准G.993.2，基于离散多音频调制(DMT)技术，旨在充分使用现有的铜缆线路2.2M～30MHz的频谱段，使宽带接入网的上、下行传输速率在短距离内均达到100Mbps[文献6]，实现在同一媒介上同时传输视频/HDTV、数据和语音等三重业务（triple-play）的需要，这类业务包括了至少3个电视频道、若干个VoIP连接和足够快的互联网访问，要求的数据速率至少要达到30~40Mbps，该速度大约是目前ADSL2+解决方案在实际运行状态下能够达到的速率的二倍。VDSL2标准综合了ADSL2+和VDSL1的特性，实质上是对现有DSL标准的进一步增强和优化，并与现有的DSL标准兼容（特别是ADSL2+），可在传统的ATM网和基于IP的接入网上使用，并提供更成熟完善的服务质量(QoS)；因而VDSL2被认为是“终极DSL技术标准”，同时也被国际DSL论坛推荐为光纤宽带接入技术FTTP（光纤到户）的最佳搭档：在“最后一公里”利用普通双绞线提供高速综合接入服务。世界各地的许多主要电信运营商已宣布了部署VDSL2的计划，其中包括美国SBC、法国电信、德国电信、英国电信、瑞士电信、比利时电信、日本NTT和KDDI以及其它公司[文献4]；该技术标准也受到了全球电信与电子生产厂商的热烈响应：英飞凌科技公司于标准发布的当天，便宣布推出符合该技术标准的8种传输模式的电路集成芯片组“VINAX”：可在距离超过1,150英尺(350米)的铜线上利用VDSL2频谱，提供100Mbps的对称数据速率；同时具有优秀的长距离传输性能（类似ADSL2+），在4.8公里距离内可以达到1~4Mbps的下行数据速率；并确保对ADSL的后向兼容性，能实现灵活的VDSL2/ADSL2+架构；著名的国际半导体公司“科胜迅”、“博通”和“德州仪器（TI）公司”等先后也基于“ADSL2+/VDSL2组合模式”推出了自己的集成芯片组，参与这场激烈的高科技竞争中[文献7]。3．光纤接入技术从长远的观点看，光纤接入网，特别是无源光网络（PON）可能是比较理想的接入解决方案。其主要特点是在接入网中去掉了有源设备，避免了电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，降低了相应的运维成本；其次，PON的业务透明性好，带宽宽，可适用于任何制式和速率的信号，能比较经济地支持模拟广播电视业务，具备三重业务功能（triple-play）；最后，由于其局端设备和光纤由用户共享，线路成本较其他点到点方式要低，土建成本也明显降低。PON的每用户成本随着分享OLT的用户数量的增加而迅速下降，因而最适合于分散的小企业和居民用户，特别是那些用户区域较分散，而每一区域用户又相对集中的小面积密集用户地区，尤其是新建区域。近来，ITU通过的新一代的无源体系结构——GPON标准将上下行速率提高到2.5Gbit/s并