全業務運營接入技術分析

陳 實

中國移動通信集團設計院有限公司北京分公司，北京 100038

全業務運營接入技術分析

陳 實

中國移動通信集團設計院有限公司北京分公司，北京 100038

電信運營商重組完成后，三大運營商都擁有移動網和固定網，并進行全業務運營，全業務運營要求網絡可以承載并維護不同帶寬、不同QoS等級的業務，在核心網發展趨于成熟的情況下，接入網技術成為全業務運營成敗的關鍵之一。盡管核心網早已采用光傳輸技術，但接入網目前的網絡現狀仍是銅纜接入為主。本文主要討論目前存在的大量銅纜接入網絡作為過渡階段，為了滿足全業務運營的需求可以采用哪些接入技術，以及可以鋪設光接入網的地區接入技術的選擇。

全業務; 固定網; 接入; PON

after completion of the reorganization, all the three carriers have mobile networks and fixed networks, and manage full-service operation.full-service operation requires that the network can carry different bandwidth, different QoS levels of business.with the development of the core network , the access network technologies become key to the success of business operations. Although the core network already uses optical transmission technology, but the current network status of the access network is still copper-based access. This article focuses and what kind of technical can be used in access network in the event that copper access network as a large number of the transition stage, and in the allowed cases which optical access technology is the appropriate choice.

1. 全業務運營

1.1 全業務運營模式

全業務運營分為縱向和橫向兩種理解方式。從橫向角度看，全業務運營是指同時經營固話業務（長途、市話、IP電話等）、寬帶業務（互聯網接入等）、無線業務（移動通信、衛星通信等）；從縱向角度看，是指同時涉入網絡接入、基礎業務、增值業務、內容提供等價值鏈的各個環節。本文討論的“全業務運營”指橫向意義上的全業務運營，即同時經營固定電話、寬帶及無線通信業務，并僅限于討論通信運營商。

中國通信行業原有的運營商各自專注于移動網絡或固定網絡的建設，2008年電信運營商重組后均具備全業務運營能力。

1.2 運營商重組后的網絡

2008年5月24日，工業和信息化部、國家發展和改革委員會以及財政部聯合發布《關于深化電信體制改革的通告》，將中國電信、中國網通、中國移動、中國聯通、中國衛通、中國鐵通六家基礎電信企業合并為中國電信、中國聯通、中國移動三家基礎電信企業。

重組時三家的網絡運營情況為:

重組后三家運營商均具有全業務運營的能力，各自擁有的網絡現狀為：中國聯通在移動網絡和固定網絡基礎相對均衡；中國電信固定網絡基礎好，移動網絡較弱；中國移動移動網絡基礎好，固定網絡基礎弱。

2. 業務類型

2.1 無線網絡業務

2.1.1 GSM業務

GSM移動通信網主要提供6類10種電信業務，其業務編號、名稱、種類如下表所示。

2.1.2 3G業務

第三代數字蜂窩移動通信業務主要特征是可提供移動寬帶多媒體業務：

高速移動環境下：144kb/s

步行和慢速移動環境下：384kb/s

室內環境：2Mb/s

第三代數字蜂窩移動通信業務要包括第二代蜂窩移動通信可提供的所有的業務類型和移動多媒體業務，包括話音、數據、視頻圖像等業務，具體如表2所示。

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表1 GSM網絡業務分類表

2.2 固定網絡業務

固定網絡業務包括固定電話業務、寬帶業務以及相應的增值業務。

表3 固定網絡業務分類表

3. 接入技術

3.1 移動網接入技術

移動網包括核心網和接入網，技術體制主要分為GSM和CDMA兩種，主流的接入技術就是GSM和CDMA接入技術。GSM和CDMA無線接入網絡各有相應的體制、實現技術和接口標準。

GSM無線接入網絡由基站收發信臺（BTS）和基站控制器（BSC）這兩部分的功能實體構成。一個基站控制器根據話務量需要可以控制數十個BTS。BTS可以直接與BSC相連接，也可以通過基站接口設備（BIE）采用遠端控制的連接方式與BSC相連接。無線接入網還應包括碼變換器（TC）和相應的子復用設備（SM）。碼變換器在更多的實際情況下是置于BSC和MSC之間，在組網的靈活性和減少傳輸設備配置數量方面具有許多優點。

CDMA無線接入網絡包括無線網絡控制器RNC和一個或多個基站NodeB，NodeB和RNC通過Iub接口互聯。在UTRAN內，不同的RNS通過Iur接口互聯，Iur可以通過RNC之間的直接物理連接或通過傳輸網連接。NodeB相當于GSM網絡中的基站收發信臺（BTS），它可采用FDD、TDD模式或雙模式工作，每個NodeB服務于一個無線小區，提供無線資源的接入功能。RNC相當于GSM網絡中的基站控制器（BSC），提供無線資源的控制功能。

3.2 固定網接入技術

3.2.1 固定網接入技術

隨著光通信技術的發展，三大運營商的核心骨干網都早已采用光傳輸技術，光進銅退是電信運營商的必然之路，而接入網技術卻相對落后，大部分仍然停留在以銅纜技術為主的低速率水平上（幾十Kbps到幾百Kbps）。截至2009年底，兩種技術的用戶規模比例約為8:2，尤其是中國電信和中國聯通，具有大量的雙絞線資源。

3.2.1.1 銅纜接入技術

（1）PLC技術

PLC是利用電力線傳輸信號的通信技術。PLC利用1.6M到30M頻帶范圍傳輸信號。在發送時，利用GMSK或OFDM調制技術將用戶數據進行調制，然后在電力線上進行傳輸，在接收端，先經過濾波器將調制信號濾出，再經過解調，就可得到原通信信號。目前可達到的通信速率依具體設備不同在4.5M～45M之間。 PLC設備分局端和調制解調器，局端負責與內部PLC調制解調器的通信和與外部網絡的連接。在通信時，來自用戶的數據進入調制解調器調制后，通過用戶的配電線路傳輸到局端設備，局端將信號解調出來，再轉到外部的Internet。

電力網絡覆蓋范圍非常廣，但電力網絡的運營權屬于國家電網公司，通信運營商的接入網絡無法使用這項技術。

表2 3G網絡業務分類表

（2）CM技術

現在CATV系統中普遍采用廣播方式的光纖/同軸電纜混合網絡(HFC)，即電視信號→頭端→光纜→小區節點→同軸電纜→用戶家中的單向樹型網絡結構。伴隨智能小區數字化建設、改造，可提供諸如數字電視、Cablephone、NVOD、HDTV、數據通信等多種業務，具有860MHz以上頻寬的雙向HFC網絡已成為發展趨勢。CM(Cable Modem)就是基于上述網絡基礎的一種寬帶接入方式。

CM(Cable Modem)是通過同軸電纜進行寬帶IP網絡接入的設備，與符合MCNS DOCSIS協議標準的有線電視前端設備兼容。內部集成Modem、TUNER、NTU、SNMP代理和以太網集線器等多種功能，可與ISP的服務器之間建立一個VLAN（虛擬專網）連接，實現無撥號上網的永久在線。其上行/下行數據速率最大10/42Mbps，用戶數小于15(CM可支持管理15個MAC地址)。通過SNMP可對它進行遠程管理服務，并有自動下載升級軟件版本功能。

（3）以太網技術

以太網接入技術是一種計算機接入局域網絡的連接技術。以太網接入建立在五類線基礎上，覆蓋范圍在100米以內，通常采用二層以太網交換機，它工作于數據鏈路層，提供數據流量控制、傳輸差錯處理、傳輸介質訪問控制等功能。它可以將多個局域網網段連接起來形成更大的局域網。以太網交換機能在端口之間建立多個不同的點對點專用通道，它采用帶寬獨占模式，大大降低了網絡發生擁塞的可能性，顯著提高網絡的傳輸效率。

隨著快速以太網、千兆以太網技術的發展，其在寬帶數據的接入方面具有了一定的優勢。但是在QoS控制和電信級方面還需做更多的努力，特別是在實現時鐘同步、滿足現有TDM接入方面還存在問題。

（4）xDSL

xDSL是DSL(Digital Subscriber Line)的統稱,意即數字用戶線路,是以銅纜為傳輸介質的點對點傳輸技術。xDSL技術在傳統的電話網絡(POTS)的用戶環路上支持對稱和非對稱傳輸模式，解決了經常發生在網絡服務供應商和最終用戶間的“最后一公里”的傳輸瓶頸問題。xDSL技術目前大量應用，是非常成熟的接入技術。

xDSL系統主要由局端設備(DSLAM--Digital Subscriber Line Access Multiplexer)和用戶端設備(CPE)組成,

局端由DSLAM接入平臺、xDSL局端卡、語音分離器、IPC(數據匯聚設備)等組成。語音分離器將線路上的音頻信號和高頻數字調制信號分離,并將音頻信號送入電話交換機,高頻數字調制信號送入xDSL接入系統;DSLAM接入平臺可以同時插入不同的xDSL接入卡和網管卡等;局端卡將線路上的信號調制為數字信號,并提供數據傳輸接口；IPC為xDSL接入系統提供不同的廣域網接口,如ATM、幀中繼、T1/E1等。這些設備都設在電話系統的交換機房中。

用戶設備由xDSL Modem和語音分離器組成，xDSL Modem對用戶的數據包進行調制和解調,并提供數據傳輸接口。

由于目前接入網領域仍然存在大量銅纜資源，因此xDSL仍然是當前接入網的主要應用技術，xDSL領域主要存在的接入技術為：

HDSL：利用二對雙絞線能提供2Mbit/s的對稱速率；

ADSL：利用一對雙絞線，可提供的速率下行為6～8Mbit/s，上行為640kbit/s；

VDSL：采用了先進的調制技術，即上行和下行使用不同的頻率范圍。通常下行速度有0.9～3.4MHz；上行速度有4.0～7.75MHz，能實現話音、數據以及幾路視頻業務的接入。

為了實現全業務接入，滿足高帶寬業務的承載需求，電信運營商可以利用現有的銅纜資源采用升級技術ADSL2和VDSL2。

VDSL2技術目前可以為每用戶在1km距離上提供30～50Mbit/s的速率，在300米內提供對稱100Mbit/s的速率。VDSL2能與ADSL、ADSL2+和DMT調制的VDSL1兼容，VDSL技術在短距離高速接入方面仍具有獨到的優勢，特別適合于對上下行速率要求很高的商業用戶。

ADSL2的有效傳輸距離為5～6公里，在傳輸距離方面比VDSL2更為靈活，ADSL2下行速率最高為24Mbps，上行速率為1Mbps。從傳輸速率看，ADSL2在一段時間內可以作為過渡技術基本滿足帶寬需要，但上行帶寬偏低。

對于目前只具備銅纜接入條件的地區，VDSL2和ADSL2是可能提供的最優接入方式。但是隨著寬帶網絡各種熱點業務和應用（如IPTV、Triple-play等高帶寬需求業務）越來越普遍，xDSL技術在功能和性能上將無法滿足多用戶需求，光進銅退是必然的發展趨勢。

圖1 PLC技術接入網絡示意圖

圖2 CM技術接入網絡示意圖

圖3 以太網技術接入網絡示意圖

圖4 xDSL技術接入網絡示意圖

圖5 PON技術接入網絡示意圖

3.2.1.2 光纜接入技術

光纜接入網從技術上可以分為兩大類：有源光接入網和無源光接入網。以光纜作為傳輸媒質的接入技術無論是有源光接入網或無源光接入網在帶寬上都可以滿足全業務的需求。

有源光接入網也存在幾種形式，其中一種是以光纖替代原有的銅線主干網，從交換局通過光纖用V5接口連接到遠端單元，然后經銅線分配到各終端用戶，提高了復用率。這種技術本質上還是一種窄帶技術，不能適應高速業務的需求。另外一種形式就是有源雙星光接入網結構。采用有源光結點可降低對光器件的要求，采用性能低、價格便宜的光器件，但是初期投資較大，作為有源設備存在電磁信號干擾、雷擊以及有源設備固有的維護問題，因而有源光接入網不是接入網長遠的發展方向。

圖6 FTTH應用EPON技術接入網絡示意圖

圖7 FTTB/FTTN應用EPON技術接入網絡示意圖

無源光網絡(PON)技術是點到多點的光纖接入技術。無源光網絡由光線路終端(OLT)、光網絡單元(ONU)和光分配網絡(ODN)組成。一般其下行采用TDM廣播方式、上行采用TDMA(時分多址接入)方式，而且可以靈活地組成樹型、星型、總線型等拓撲結構(典型結構為樹形結構)，PON的本質特征就是ODN全部由無源光器件組成，不包含任何有源電子器件。這樣避免了外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設備的故障率，簡化了供電配置和網管復雜度，提高了系統可靠性，同時節省了維護成本，是電信運營商可以長期使用的技術，無源光接入網按照技術體制主要分為三種：APON、EPON和GPON。

（1）APON技術

APON 技術的核心部分采用ATM技術，利用ATM的集中和統計復用特性,提供從窄帶到寬帶等各種業務,不僅支持可變速率業務,也支持時延要求較小的業務,具有支持多業務多比特率的能力。對稱速率( 155.52Mbit/s) 和非對稱速率( 下行622.08Mbit/s ,上行155.52Mbit/s)，傳輸距離最大20KM。支持的光分路比在32至64之間。APON技術具備綜合業務接入、QOS服務質量保證等獨有的特點；與有源光接入網和銅纜接入網相比結構簡單、可靠和易維護,能提供相對高速的接入速率；由于標準化時間較早,已有成熟商用化產品等等優點。同時APON技術也存在利用ATM信元造成的傳輸效率較低、帶寬受限；系統相對復雜、價格較貴；需要進行協議之間的轉換等缺點。因此APON主要應用在企業、商業大樓的寬帶接入中，特別適合于ATM骨干交換機端口有限、光纜資源緊張、用戶具有綜合業務接入需求且對業務服務質量要求較高的場合。對于經濟敏感的接入網領域，APON不是一種適合廣泛應用的技術。

（2）EPON技術

EPON 是基于以太網的PON，支持的光分路比最大為32，可以支持1.25Gbps對稱速率，下行幀周期為2ms，每幀開頭是長度為1字節的同步標識符,用于OLT與ONU 之間的時鐘同步，隨后是長度不同的數據包。這些數據包按照IEEE802.3協議組成,每個數據包包括信頭、長度可變的信息凈荷和誤碼監測域三部分。每個ONU分配一個數據包。EPON上行幀周期也為2ms ,每幀包含許多可變長度的時隙，每個ONU分配一個,用于向OLT發送上行數據。接入網絡中的家庭用戶類對成本比較敏感，而對QoS需求相對較小，EPON源于以太網結構，簡單易用且成本低，無論是對安全、計費、控制還是智能化管理都是相對低的，非常適用于家庭級大規模鋪設。

針對光接入網目前存在的多種接入方式，EPON可提供的網絡構建方式如下：

●FTTH

FTTH即光纖到戶，ONU直接安裝在用戶家里，ONU可以提供FE、POTS、CATV視頻等接口直接與PC電腦、電話機、有線電視等終端設備相連，也可以通過家庭網關進行協議轉換與各種音視頻終端相連。

●FTTB/FTTN

FTTB/FTTN即光纖到樓宇或節點，ONU設備安裝在樓層機房或綜合機柜內，可以多戶ONU集中放置，直接提供FE、POTS、CATV視頻等接口，也可以ONU下聯匯聚設備和綜合接入設備，再通過這些設備與用戶的各類終端相連。

（3）GPON

GPON 技術是針對1Gbit/s以上速率要求的PON標準,除了對更高速率的支持外,還是一種更佳、支持全業務、效率更高的解決方案。引入通用成幀協議(GFP),能將任何類型和任何速率的業務進行原有格式封裝后經由PON傳輸,而且GFP 幀頭包含幀長度指示字節,可用于可變長度數據包的傳遞,大大提高了傳輸效率。因此能更簡單、通用、高效地支持全業務。GPON 提供1.244 和2.488Gbit/s的下行速率和所有標準的上行速率。傳輸距離可達20 KM(邏輯60 KM)。支持的光分路比在64～128之間。

表4 EPON、GPON技術體制對比表

GPON的終端接入方式與EPON相似。

從上表可以看出，GPON更適合在需要提供運營及維護、互通性和安全性等大型網絡運營所需的所有必要支持的運營商網絡中實現。就成本來說，由于GPON使用的光模塊成本略高于EPON，因此GPON的同類設備與EPON的同類設備價格高，但同等接入距離GPON具有更高的分光比，需要根據用戶數量和距離不同，選擇合適的接入技術。

[1]陳雪.無源光網絡技術.北京郵電大學出版社.2006:110-247

[2]姜克建.全業務運營環境下接入網建設策略探討.移動通信：網絡建設版.2010，3：76-81

TP915

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.056