浅谈接入网的发展

贾爱茹1  张金生2

（天津铁道职业技术学院，天津 300240）

摘要：随着通信技术迅猛发展，电信业务向综合化、数字化、智能化、宽带化和个人化方向发展，接入网技术也得到了长足的发展，从窄带接入到宽带接入的各种方式；从PSTN接入到无源光网络，FTTH的出现推动了三网融合的进程。因此利用接入网实现网络结构的优化及接入层设备的数字化、宽带化、综合化已成为电信网络发展的重要任务。

关键词：PSTN  xDSL  EPON  GPON  FTTX

100多年以来，电信网技术已发生了翻天覆地的变化，无论是交换还是传输，大约每隔10～20年就会有新的技术和系统诞生。接入网技术也随着电信技术以及用户新业务需求迅速扩大而不断发展更新。随着通信技术迅猛发展，电信业务向综合化、数字化、智能化、宽带化和个人化方向发展，人们对电信业务多样化的需求也不断提高，接入网开始成为人们关注的焦点。在巨大的市场潜力驱动下，产生了各种各样的接入网技术。本文主要介绍接入网在发展过程中的几种常用有线技术。

电信网按功能可分为交换网、传送网、接入网三部分，接入网位于电信网络的末端，是电信网向用户提供业务服务的窗口。它在电信网中的位置如图1所示，接入网（AN：Access Network）是本地交换机(LE：Local Exchange)与用户之间的连接设备，它负责将各种电信业务透明地传送到用户。

图1 接入网位置图

一、窄带PSTN接入

20世纪90年代中期，我国的通信业务开始并快速发展。当时的电信业务主要是固定电话业务，通信介质为通信电缆，用户通过市话电缆接入程控交换机，完成语音呼叫，业务单一。90年代后期，随着互联网业务的出现，电信业务需求开始多样化，以市话通信电缆为传输介质的接入技术开始应用。

PSTN（公用电话交换网）技术是利用PSTN通过调制解调器拨号实现用户接入的方式。最高的速率为56kbps，已经达到仙农定理确定的信道容量极限，这种速率远远不能够满足宽带多媒体信息的传输需求，而且利用电话线话音频带来传输数据信号，占用语音信道，上网就不能打PSTN电话，这种技术已基本淘汰。

     二、窄带ISDN接入

     ISDN(Integrated Service Digital Network，综合业务数字网)接入技术俗称“一线通”，它采用数字传输和数字交换技术，将电话、传真、数据、图像等多种业务综合在一个统一的数字网络中进行传输和处理。

用户利用一条用户线路，采用2B1Q数字编码，利用ISDN的2B+D接口，可以在上网的同时拨打电话、收发传真，就像两条电话线一样。ISDN基本速率接口有两条kbps的信息通路和一条16kbps的信令通路，简称2B+D，当有电话拨入时，它会自动释放一个B信道来进行电话接听。就像普通拨号上网要使用Modem一样，用户使用ISDN也需要专用的终端设备，主要由网络终端NT1和ISDN适配器组成。ISDN的极限带宽为128kbps，从发展趋势来看，窄带ISDN也不能满足高质量的VOD等宽带应用。

三、xDSL接入技术

由于电话用户线路已经被大量铺设，如何充分利用现有的铜缆资源实现高速接入就成为业界的研究重点。在互联网浪潮的带动下， Bell core（贝尔通信研究中心）发明了第一代数字用户技术并创造了术语xDSL，这种技术将软件和电子技术结合，可在传统电话网络(POTS)的用户环路上获得至少2 Mb/s的传输带宽，支持对称和非对称传输，缓解了网络服务供应商和最终用户间的“最后一公里”的传输瓶颈问题。xDSL是以普通电话线为传输介质的点对点传输技术，它可以在一根铜线上分别传送数据和语音信号。其中数据信号不通过电话交换设备，不需要拨号，是一直“在线”的上网方式。xDSL是各种类型数字用户环路DSL(Digital Subscriber Line)的总称。“x”代表着不同种类的数字用户线路技术，有ADSL、RADSL、VDSL、HDSL、SDSL、IDSL、UDSL等等，以采取的调制方式不同，获得的信号传输速率和距离的不同以及上行信道和下行信道的对称性不同区分。

ADSL技术是在双绞线上传送高速非对称数字信号的一种技术，它采用DMT调制方式和不对称的数据传输形式进行业务传输，全速率ADSL系统上行速率最大可达0kbit/s，下行速率最大可达8Mbit/s。由于ADSL的频带划分与POTS业务4kHz频带是分开的，不会影响POTS的正常应用，并对现有用户分配网络不需做任何变动，并可为用户提供诸如高速Internet接入、VOD、可视电话等多种业务，因而在全球范围发展迅速。其接入方式如图2所示。

图2 ADSL用户端接入方式

VDSL技术在缩短传输距离的基础上进一步提高了传输速率，上、下行速率根据传输距离的不同分档。例如在长度为1000米和1500米的线路下行速率可以扩展至25Mbit/s甚至52Mbit/s，能够容纳4～8个6Mbit/s的MPEG-2信号，同时允许普通电话业务继续工作于4kHz以下频段，通过频分复用方式将电话信号和25／52Mbit/s的数字信号结合在一起送往双绞线，上行速率最低可达1.6Mbit/s。由于传输距离缩短，码间干扰大大减少，对数字信号处理的要求大为简化，成本可望降低。

ADSL与VDSL传输距离与传输速率之间的关系如图3所示：

图3 G.993.1 VDSL与G.992.1 ADSL的传输速率和传输距离

四、HFC技术

HFC是Hybrid Fiber-Coax的缩写，是指采用光纤传输系统与同轴电缆分配网相结合的宽带传输平台。随着技术的发展，HFC网又常常被赋予新的含义，特指利用混合光纤同轴来进行宽带数字通信的CATV网络。目前依据CATV网络的信号流向将HFC网络分为单向HFC和双向HFC两种，但由于单向HFC只能运营广播业务，而双向HFC则可以运营各种数字业务，通常把双向HFC网络称为HFC，而将单向HFC称为CATV。

HFC网络示意图参见图4，从局端（(也称头端、前端)）到光分配节点（ODU）用光纤，为星型结构，所有连接到光节点的用户共享一条光纤线路；从光分配节点到用户用同轴电缆，为树型结构，通过分支器连接到各个终端用户，用户终端再利用Cable Modem接各种终端设备。对称式传输速率为2Mbps～4Mbps、最高能达到10Mbps；非对称式传输下行为30Mbps，上行为500Kbps～2.56Mbps 

图4 HFC网络示意图

五、光纤接入技术

光纤接入网（OAN）从系统分配上分为有源光网络(AON，Active Optical Network)和无源光网络(PON，Passive Optical Network)两类。

1．有源光网络

有源光网络AON又可分为基于SDH的和基于PDH的以及基于MSTP的AON。有源光网络的局端设备（CE）和远端设备（RE）通过有源光传输设备相连，传输技术是骨干网中已大量采用的PDH、SDH和MSTP技术。MSTP接入技术是在SDH的基础上发展起来的。MSTP（基于SDH 的多业务传送平台）是指基于SDH 平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。是随着通信技术的发展出现的传输/接入设备。有源光网络具有如下优点：

①AON的传输容量大，接入速率可达155.520Mbps或622.080Mbps；

②传输距离远，不用中继器的传输距离为70多千米；

③带宽易于扩展；

④网络规划和运行的灵活性大；

⑤技术成熟，不管是SDH设备，还是MSTP设备，都已在主干网中广泛应用。

由于采用有源设备，成本高，维护费用高，存在供电、可靠性等问题，因此在公网接入网中很少采用，在高速铁路接入网中，由于其特点----点多线长，接入方式采用了MSTP有源接入方式。

2.无源光网络

无源光网络（PON）是指在OLT和ONU之间的光分配网络(ODN)，没有任何有源电子设备。

无源光网络种类主要包括ATM-PON（APON，即基于ATM的无源光网络）、Ethernet-PON（EPON/GEPON，基于以太网的无源光网络）以及GPON （Gigabit-Capable Passive Optical Network）三种形式，它们的主要差别在于采用了不同的链路层技术，可以实现宽带数据业务与CATV业务的共网传送。

APON把ATM和PON结合在一起，在PON网络上实现基于信元的ATM传输。APON由于ATM技术实现复杂、成本较高而不敌以太网，随着ATM的衰落而淡出人们的视线。

EPON将Ethernet与PON结合起来，也称Ethernet over PON，用简单的方式实现点到多点结构的吉比特以太网光纤接入系统。它不仅能综合现有的有线电视、数据和话音业务，还能兼容如数字电视、VoIP、电视会议和VOD等等，实现综合业务接入。对于Gbps速率的EPON系统也常被称为GEPON。100M的EPON与1G的EPON只有速率上的不同，其中所包含的原理和技术是一样的，目前主要应用的是GEPON。EPON的主要缺点是总体效率较低，难以支持以太网之外的业务。当遇到话音/TDM业务时，就会引起QoS问题。

GPON（Gigabit PON)标准是ITU-TG.984系列，是ITU-T /FSAN（Full Service Access Networks，全业务接入网）联盟2002年9月提出的。它可以灵活地提供1.244和2.488Gb/s的下行速率和ITU规定的多种标准上行速率（对称和非对称速率）；传输距离至少达20km；系统分路比可以为1：16、1：32、1：、乃至1：128；支持各种接入服务，特别是非常有效地（上行带宽利用效率可以达到90%，EPON只有75%）支持原有格式的数据分组和TDM流。GPON支持的业务类型包括数据 (Ethernet，包括IP和MPEG视频流)、PSTN (POTS，ISDN)、专用线(T1，E1，DS3， E3和ATM)和视频 (数字视频)。简而言之，GPON是一种速率高、效率高、全业务的光接入网技术。

无源光网络（PON）是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网络，其典型拓扑结构为树型。如图5所示：

图5 PON结构图

PON系统由局侧的光线路终端OLT（Optical Line Terminal）、用户侧的光网络单元ONU/ONT（Optical Network Unit/ Optical Network Terminal）和光分配网络ODN（Optical Distribution Network）组成，为单纤双向系统。在下行方向（OLT到ONU），OLT发送的信号通过ODN到达各个ONU。在上行方向（ONU到OLT），ONU发送的信号只会到达OLT，而不会到达其他ONU。ODN在OLT和ONU间提供光通道。

OLT的作用是为接入网提供与本地交换机之间的接口，并通过光传输与用户端的光网络单元通信。它将交换机的交换功能与用户接入完全隔开。光线路终端提供对自身和用户端的维护和监控，它可以直接与本地交换机一起放置在交换局端，也可以设置在远端。

ONU的作用是为接入网提供用户侧的接口。它可以接入多种用户终端，同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。ONU的主要功能是终结来自OLT的光纤，处理光信号并为多个小企业，事业用户和居民住宅用户提供业务接口。ONU的网络端是光接口，而其用户端是电接口。因此ONU具有光/电和电/光转换功能。它还具有对话音的数/模和模/数转换功能。

六、FTTX接入技术

在无源光纤接入网PON中，ONU通常放在距离用户较近的地方，其位置具有很大的灵活性。根据光网络单元（ONU）的位置，光纤接入方式可分为如下几种： FTTB（光纤到大楼）； FTTC（光纤到路边）；FTTZ（光纤到小区）；FTTH（光纤到用户）；FTTO（光纤到办公室）；FTTF（光纤到楼层）； FTTD（光纤到桌面）等。如图6所示。

图6 FTTx接入方式

FTTH(Fiber To The Home )，顾名思义就是一根光纤直接到家庭。具体说，FTTH是指将光网络单元(ONU)安装在住家用户或企业用户处，是光接入系列中除FTTD(光纤到桌面)外最靠近用户的光接入网应用类型。FTTH的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装。FTTH与三网融合之间是良性互动，互为补充、互为发展的。

FTTS、FTTB、FTTC等接入方式实际上是光纤与xDSL以及双绞线的有机结合，即利用了PON的优势，又充分利用了原有通信电线路资源，为用户提供更高的带宽。

结束语：接入网作为基础承载网络，需要承载话音、数据、视频甚至移动基站回传等多种业务。复杂的历史原因使得传统接入网形成了“一种业务建设一种接入网”的“烟囱式”网络结构，光进铜退是必然趋势，大容量、高带宽、多业务的接入方式决定了以光纤作为传输介质的FTTx接入接入技术将会成为主流，最终将会实现三网融合。

参考文献：［1］晏蓉．宽带接入技术 中国铁道出版社 2011

         ［2］华为综合业务接入网技术手册

［3］中兴EPON光接入技术手册

［3］中兴GPON光接入技术手册

作者简介：贾爱茹（1974），女，天津市人，天津铁道职业技术学院讲师，从事《通信网络》、《交换技术》等课程的教学工作。

          张金生（1967），男，天津市人，天津铁道职业技术学院高级讲师，从事《网络综合布线》、《计算机通信》等课程的教学工作。