新世纪的移动通信与接入网技术

Telecom Power Market Looking Up!   
he market outlook for telecom power equipment is positive for the next five years.  Growth is driven mainly by network transformation from narrowband to broadband among wireline and wireless carriers alike.  However, the projected growth is not uniform.  Demand is stronger for small and micro power systems used in remote broadband cabinets and at cell sites, while new orders for large central office power systems will remain weak until the telephone companies begin replacing their existing circuit switches with IP-based systems beginning in 2008-2009.
The U.S. telecom power market reached $1.3 billion in 2006 and will grow to $2.1 billion by 2011 at an 11% CAGR (see chart).  The current market is at about half the level it was in the 1999-2000 telecom boom days when networks were built on the expectation of rapid Internet expansion.  It took a few years for the industry to recover when the bubble burst.  Now the demand for telecom power system equipment is growing at a pace more consistent with actual voice and data services growth.

The telecom power business today is predominantly in small systems, both at -48 Vdc and +24 Vdc.  A telecom power system comprises a power plant with ac-dc rectifiers, a system controller, distribution with fuses or circuit breakers, and batteries for backup if the utility ac fails.  Depending on the size and type of application, the power system may include secondary distribution, bulk dc-dc converters that supply other dc voltages, and dc-ac inverters for equipment needing protected ac.
Micro power plants, often called "power plants on a shelf‘, are used widely in outside plant cabinets that house broadband electronics for fiber-to-the-node (FTTN), and WiMAX base stations and other wireless broadband applications.  Micro power plants operate at 100 amps or less at -48 Vdc.  Equipment-only demand will grow at around 18% a year reaching $450 million by 2011.
Small power plants, in the range of 100 amps to 1,000 amps, -48 or +24 Vdc, are a workhorse in small switching buildings, remote cabinets, and wireless cell sites.  This segment will grow at a steady 10% compound annual growth rate (CAGR) reaching $490 million by 2011 as broadband applications proliferate in wireline and wireless networks.
Large power plant demand in applications ranging from 1,000 amps to 10,000 amps at –48 Vdc has languished for several years as telephone companies lose access lines to cable and wireless competitors, and consequently, are not expanding their central office circuit switches or associated power systems.  As telcos migrate their circuit switches to packet technology from 2008-2009 through 2020, much of the associated large power plants will also be replaced.  We expect large power plant growth in the range of 8% a year reaching $125 million by 2011.
Demand for batteries used in all sizes of power plants and the associated engineering and installation services track power plant installations, and will grow at a 9% CAGR through 2011.
Telecom power always follows end equipment applications. As telecom networks undergo modernization and expansion over the next decade so too will the power systems that run them.

Provided by John Celentano,
President, Skyline Marketing Group
新世纪的移动通信与接入网技术
2001-08-14
第一代蜂窝无线通信系统是频分复用（FDM）模拟系统。由于受当时技术条件的限制，移动电话机的体积粗大笨重。因此有人预言移动技术不会有很大的发展。实际上，1980年代以前，移动通信用户的数量也确实寥寥无几。80年代末，半导体技术的进步使移动通信有了快速的发展。利用ASIC技术，移动电话的体积减小了许多。这一技术进步为移动通信业带来了巨大的变化。
移动通信的第二次飞跃来自第二代数字技术标准的广泛使用，包括GSM、IS-136 TDMA、IS-95 CDMA以及PDC。2G技术提高了语音的质量，在降低手机和基础设施的成本方面则更为明显。因此，在90年代中期，该技术进一步加速了移动通信的发展。
21世纪的移动通信将有更大的发展。3G技术提高了频谱利用率，在数据和复用能力方面也有了重大的进步。从技术角度来看，该进步是革命性的，它大大提高并拓展了人与人、人与机器甚至机器与机器之间的通信能力，并进一步挖掘了通信潜力。与1G带来的从车到人的变革相似，3G带来的将是在终端用户的巨大变革，使更多的机器可以参与通信。
除了上述变革之外，还有更多的功能正在被应用于手机，如将手机与PDA结合。在3G中，UMTS终端将与GSM结合。由于多重标准的存在，将来可能采用多模式终端或利用软件无线电实现。
3G技术的进步与接入网技术的发展是密不可分的。目前有多种接入技术处在发展阶段。GSM正通过GPRS、EDGE向UMTS发展。无线局域网（WLAN）系统，如HIPERLAN2、IEEE802.11 、DAB、DVB-T等都在应用中。蓝牙、DECT系统等接入技术可以实现短距离连接。在固定网中，xDSL特别是ADSL技术大大提高了数据在最后一公里的传输速度。这些技术都可能成为固定移动网中的一部分。
核心网的传输能力在最近10年内的增长极为迅速，传输速度相对信号处理能力有了更快的发展，DWDM等技术的发展使得传输费用显著降低。核心网正在向透明传输发展，人们不再区分电路交换数据和分组交换数据，以便在同一网络上实现对实时业务和非实时业务的支持。从目前的发展来看，IP是最好的解决方案。IP传输也可用于无线接入网络，并将路由器设置在基站附近，并可以采用路由器支持的软件技术、Java Virtual技术等。
经济趋势和业务需求
目前，移动通信的发展由经济和技术趋势决定，未来则主要由需求决定。随着2G的发展和3G的出现，用户可获得更多的数据服务和多媒体服务。用户的需求和要求正影响着3G及以后的系统的发展。
在最近10年内，世界上许多国家开放了电信市场。由于存在竞争，通信服务费用特别是移动通信服务费用大幅下降，用户增长率远远高于估计值：1998年全球用户增长率为60%，2002年预计可达到100%；2000年全球的移动用户数已超过4亿，到了2010年全球将会有超过17亿的移动用户。
新的通信环境使移动通信的业务模式发生了变化。未来创造产值的主力将不再是运营商，而是内容提供商。当然，二者都要借助接入网和核心网。据专家预测，数据增值业务和内容提供服务将会成为新的经济增长点。
新的发展模式中应当包括以下三部分：
* IT：互联网的接入网、E- mail、实时图像传输、多媒体传输、浏览、广播以及移动电脑。
* 媒体：语音—视频服务、视频点播、交互式视频服务、增值服务以及电视、广播。
* 通信：移动通信、可视电话、宽带数据服务、接入网安全和QoS。
通信技术和信息技术的结合是信息社会的必然要求。信息社会的服务将是多方位的：互联网浏览、通信、可视会议、教育、金融服务、电子商务、遥感技术、定位服务、个人通信、个人保健以及娱乐等。UMTS论坛预计，到2010年，欧洲将会有超过9000万的移动用户能够享受多媒体服务，其中有60%的数据是以比特形式传输的。这些不同的服务可以继续细分为多媒体、E-mail、文件传输等对称或非对称业务、实时或非实时业务。另外，上述服务还可分为：
* 广域服务：移动电话、GPRS、移动多媒体。
* 局域服务：高速无线安全接入、快速Internet和Intranet、共享数据服务。
3G的无线通信协议
为了提高全球漫游能力，ITU制定了IMT-2000建议，定义了地面和卫星通信系统的协议。
人们起初希望能够制定世界范围内的统一无线接口标准。但是很快发现，制定多种规范以满足不同区域的要求较为符合现实市场的需要。其原因在于3G是从2G演变而来，而2G是建立在许多不同的技术和无线接口标准（如GSM、CDMA、TDMA）的基础上；此外，还存在着两个主要的地区性网络标准：GSM-MAP和ANSI-41。
大部分2G系统建立在GSM或TDMA基础上，其向3G的演变则通过EDGE标准实现。对于新兴的服务提供商而言，实现UMTS的方法很可能采用宽带CDMA（W-CDMA）。W-CDMA系统会在每一条FDD链路上提供5M的带宽。对于采用IS-95技术的系统，2G向3G的演进将采用cdma-2000标准。第一阶段，每条链路提供1.25M带宽以确保能与目前的2G系统兼容，其带宽最终可扩展到5MHz。
虽然3G将制定一组无线接口标准，但是ITU决定不在核心网内使用这些协议。这是为了让GSM-MAP和ANSI-41能分别根据市场的需求独立发展。ITU将制定核心网之间的互连协议，即网间接口（NNI），以便实现漫游。
考虑到3G可采用的无线接口标准有EDGE、UMTS和cdma2000(分别对应于GSM-MAP和ANSI-41)，运营商必须为不同的标准设立不同的基础设施，并根据不同的运营商和国家而采用不同的频段。
以3G为核心的其他技术
软件无线电
人们需要在不同的标准和不同的频段之间切换的技术。由于半导体技术和数字技术的快速发展，该技术日趋成为现实。其中最有前景的技术是软件无线电（SDR：Software Defined Radio）技术。
SDR技术的优点是：
* A/D和D/A转换技术的发展使接近天线的高速信号的直接转换成为可能，减少了无线转换部件的数量，大大方便了数字部件的制造。
* 可采用宽带无线通路来提供内在的机动性，以支持不同的标准和不同的工作频段。
* DSP和FPGA芯片的快速发展，使制造低价的通用设备成为可能。这些采用软件或者固件技术的设备速度很快，完全可与硬件速度相媲美。
* 许多数字技术和软件协议已应用多年，可进一步降低成本、缩短投放市场的时间。
* 通过软件升级，更加容易开发新的服务，因此在快速发展的无线工业中，该技术更有吸引力。
* 软件系统容易根据特定用户的需求进行修改。
* 在新老系统的变更中，提供一定的机动性。
SDR虽然有上述的优点，其广泛应用还有待时日，它仍然面临着来自ASIC的挑战。在基站系统中，不同的服务提供商可能只要满足采用同一种标准的设备的要求。虽然采用ASIC可能需要更长的时间才能推向市场，但是考虑到按特定标准而设计的设备只需要最低限度的软件和硬件，因此制造成本较低。
另外应当指出，SDR的发展与半导体技术和数字技术的快速发展相关。目前处理器和DSP芯片的发展速度每1～2年就会有大幅度的提高，并很快就会被新的无线标准所吸收。从理论上说，采用SDR技术只需要软件升级，实际上系统的硬件设施也必须随着处理器和DSP芯片的快速发展而不断更新。因此，与PC机的软件/硬件关系类似，SDR的一些优点将会因硬件的不稳定性而受到影响。
对手机而言，前景也并不明朗。虽然有很多旅行者希望他们的手机能够支持不同的标准，但是相当一部分无线用户对只能够支持某一国家或服务提供商的特定通信协议的手机已感到相当满足。对于这部分人来说，ASIC以其低廉的价格成为首选。另外，手机用户必须考虑到手机电池的寿命。现有ASIC的功率消耗比DSP和FPGA小得多，采用ASIC的手机体积也比后者小。因此，SDR若要成为普遍的选择，还有很多的困难需要克服。但随着时间的推移，SDR所占的比例将会逐步上升。
定位技术
当采用陆地电话发送呼叫时，呼叫者的电话号码和位置可从信令中识别出来，这种定位技术已被应用于用户号（ID）和紧急呼叫处理。同样，无线用户的位置也可用各种方法识别出来。与地面方式不同，无线定位采用了另一种关键技术——无线定位技术。该技术具有巨大的潜力，能够改善相关的应用，使人—机器和机器—机器之间的联系更为便利。无线定位技术的应用包括移动地图服务、紧急呼叫位置查询等。
无线定位技术有两种，一种建立在网络基础上，另一种建立在手机基础上。在基于网络的解决方案中，定位信息是通过对时间、到达的角度、信号的强度来判断的。在基于手机的解决方案中，主要利用GPS的信号来定位。
在实际使用中，上述两种技术均有其局限性。基于网络的解决方案其定位的精确度受到接收信号精确度的限制；基于手机的解决方案，必须收到多颗GPS卫星的信号才能准确定位，而在室内或者在高楼耸立的城市中要做到这一点相当困难。因此，有人提出了GPS与网络技术相结合（即辅助GPS）的方案。
智能天线
移动通信的飞速发展对系统容量和频段的复用提出了更高的要求。智能天线技术可以大幅度提高系统的容量。目前的窄带波束包括两项技术：定向波束和可变向波束。
定向波束利用天线阵或均匀排列的定向天线。定向天线的元件能够使正向链路上的狭窄带波束指向指定的手机。正向链路的天线分集技术是智能天线解决方案的一部分。
可变向波束与定向波束技术至少有两点不同：首先，可变向波束技术的天线安装在扇区内，而定向波束技术的天线位置则要根据信道状况而定。其次，可变向波束可在不同天线波束间切换，定向波束则指向特定手机。
除了上述智能天线技术之外，贝尔实验室提出了一种更有效的技术，即BLAST（Bellabs Layered Space Time）技术。BLAST技术在同一频段上建立了复平行信道，并保持总传输功率不变。因此，正向和反向信道的容量可以在多种技术结合的基础上得到大幅度的提高。
超导体，塔顶低噪声放大器和多用户检测
现有的技术，如超导体、塔顶低噪声放大器（TTLNA：Tower-top Low Noise Amplifier）和多用户检测等同样可以大大提高反向信道的性能。
在很多无线系统中，一个小区的覆盖范围受手机最大传输功率和基站热噪声的限制。考虑到电池寿命问题，提高手机最大传输功率是不现实的，降低系统噪声自然成为扩大小区覆盖范围的最佳途径。目前大部分无线通信系统的噪声指标为4—5dB。在天线中采用超导技术或TTLNA技术之后，噪声指数可降低几个分贝，从而扩大了小区覆盖范围。目前TTLNA技术由于其较高的可靠性和较小的尺寸正在得到推广，而超导技术的应用则没有那么广泛，还需要在价格、可靠性、设备体积等方面加以改进。不难看出，由于TTLNA价格低、稳定性高、传输损失小，超导技术正面临着TTLNA技术的强大挑战。
在城市中，许多移动系统面临的最主要问题不是小区的覆盖范围，而是系统容量。在这种情况下，应当采用多用户检测技术。由于一个小区内存在使用相同频段的不同用户间的干扰，因此小区内的功率受限。采用多用户检测技术后，当某一用户的强信号被接收和检测，而此时还未检测到其他信号时（该信号受到了强信号的干扰），可把该强信号从基站接收的总信号强度中扣除。一旦第二个信号被检测到，便可将该信号从基站接收的总信号强度中扣除并重新检测第一个信号的强度。显然该方法可以反复采用以提高信号的检测精度。
除了上述方法之外，还有其他一些可以一次检测一个用户或同时检测出多个用户的方法。目前，多用户检测技术还处于实验研究阶段，其广泛应用尚待检测速度和正向链路容量的提高，因为如果正向链路容量不大，反向链路的容量也无法提高。
无线互联网
目前，互联网上存贮了大量信息，若移动用户能够方便地利用这些信息，将会带来很大的便利。许多手机用户将会在装配WAP和无线Java后实现上网浏览功能。当互联网数据能够根据移动用户的定位，进行传输时就会更方便。
为了传输互联网数据，需要建立分组交换网络。这就需要解决以下两个问题：IP网上的话音传输是否可行，当数据业务较多时，全IP无线网是否能够同时传输数据和话音业务。在3G系统中，分组交换数据通道能够解决数据的有效传输问题。但IP协议在传输话音时频谱利用率很低。因此，能实现话音和数据交换的全无线IP网在近期内很难得到推广。由于无线通信的带宽有限且昂贵，也可能造成令人无法忍受的时延。
对在基站和网络之间的无线接口而言，全IP网是可行的。然而，数据在过渡到全IP网之前，必须先过渡到ATM网络。ATM网络能够保证数据和话音业务的质量，一旦带宽得到保证，全IP网就可以与不同的网络进行数据交换。
目前语音信号通过MSC实现传输，而数据通过路由器传输。将来会出现一种能够代替独立的MSC和路由器的软件交换方式，它可降低网络的费用，并提高OAM（运营、管理和维护）性能。
无线接入网
新技术展望
2001年，3G网络开始向用户提供多媒体业务。新技术的标准化和发展是一个长期的过程，相关的工作目前刚刚开始。然而，未来发展的目标何在？
频谱是有限资源，无线业务的开展要求更高的频谱利用率、更多的频谱资源。日益增长而且价格低廉的计算处理能力使更为复杂的运算，如编码、解码、测量、软件无线电等成为可能。具有不同灵活性和带宽的接入技术不断出现，在建立灵活的可移植平台后，这些技术能够对用户的单个终端提供更多的服务。用户期望能够得到与目前的有线网相媲美的QoS无线服务。
典型的通信模式将会采用现有的或研制中的接入网技术，该模式要求系统向用户提供令人满意的服务。从1990年3G标准提出以来，不同无线接入系统，如蜂窝、无绳等的容量应当得到不同无线环境的统一接口支持。在UMTS定义和标准化阶段，没有什么技术能够满足所有的应用要求。因此，UTRA结合了FDD和TDD来支持不同的对称或非对称业务。
由于上述因素的存在，3G系统将主要采用纵向通信模式，不同的接入方式如蜂窝、无绳、WLAN、短距离连接系统等可以共存于同一平台，取长补短，以满足不同用户的需求。这些接入系统将会与一个灵活、无缝的核心网相连，对这些技术而言，实现全球漫游是必须的。另外，在不同的接入技术之间进行纵向、横向切换和无缝服务，并保证业务的移动性、安全性、QoS 等已成为必须解决的问题，其彻底解决有待于接入技术和核心网的发展。
其系统的主要特征包括：
* 在2G向3G的演变过程中，系统支持不同速率的数据业务，宽带接入、短距离连接系统以及有线系统（如xDSL系统）；
* 支持当前和未来的带宽；
* 在不同的系统和不同的运营商之间分配频谱，使其能实现最大利用；
* 支持新的网络类型和网络管理方式（如自动网络分配和动态网络分配），在同一平台上能够支持不同接入系统的动态频谱分配；
* 利用FDD和TDD系统支持对称和非对称业务；
* 核心网和接入网能够支持实时业务的QoS要求，以满足数据包传输的需求；
* 为非对称传输提供更好的链路服务；
* 目前，核心网和接入网建立在IP的基础上，能够降低重建费用，使新技术的移植更为便利；
* 物理层和不同接入技术分离，Java Virtual和CORBA技术使软件和硬件实现分离。
接入网技术的发展
多种接入网技术将在近期内得到快速发展。这些技术大致可分为以下几种：
* 蜂窝移动通信系统（2G，如GSM；3G，如IMT-2000/UMTS）
* 无绳系统（如DECT）
* 短距离连接系统(蓝牙，DECT系统）
* WLAN（如ETSI BRAN HIPERLAN2和HIPERACCESS、IEEE802.11a）
* 固定无线接入和无线环网
* 卫星通信
* 广播系统（如DAB、DVB-T）
* 有线系统（如xDSL、CATV系统）
上述系统的设计都适用于数据传输。WLAN系统主要用来进行高速数据接入，可用于公用网络和一些接入设施，以及会议中心、展览馆、机场、饭店、火车站等。ETSI BRAN系统的物理层HIPERLAN2由IEEE 802.11a和日本的MMAC进行协调，其中后者允许全球漫游。另外，在日本有一种新的接入技术正在研究之中，该技术支持高移动性和高数据速率。自组网络也能对低功率系统和某些特殊业务起到补充作用。在这些系统中，移动台的作用相当于在多跳传输系统中充当远端手机和基站之间的中继站。移动台有支持基站的能力，直接的手机—手机呼叫是可行的。
固定无线接入和无线环网将取代或补充有线接入网，但这些系统并不支持移动通信。DAB和DAB-T可以在下行链路中用于宽带广播数据服务。这些系统可以与蜂窝移动系统（如GSM和UMTS）或公用交换网（PSTN、ISDN）结合，以支持下行不对称数据业务。目前大量采用的是铜双绞线和同轴电缆网络，后者支持宽带数据传输，前者则可用于ISDN和xDSL(主要是ADSL)。
上述技术代表了未来业务平台的多种技术方案。然而，这些技术大部分是独立设计的，未考虑彼此间的兼容性。它们的设计主要用于支持特定的传统业务。在未来的用户需求和经济需求的基础上，将会有能够满足宽带、高移动性的新接入网方案出现。
面向3G的接入网技术面临的挑战
目前仍存在许多技术上的问题，它们有待于进一步的解决，其中最主要的就是同一平台上不同接入网间的交互、多模式或者自适应转换，以及服务范围的进一步扩大。在无线接口、无线接入、核心网等方面，当前的技术也面临挑战。
未来的系统需要尽可能地利用频谱资源。因此，需要首先解决以下几个与物理层相关的问题：
* 优化接入网系统，改善调制和编码方案以进一步提高频谱利用率和系统性能；
* 提高检测能力，如多用户检测等；
* 选择在处理精度和算法复杂度之间取得最佳折衷的信号处理算法；
* 源代码压缩技术，以降低用户数据速率。
目前有下列解决方案：
* 链路自适应能力，可根据信道状况、流量、频率资源和系统性能自动调整；
* 不同系统间的频谱和共享，不同无线接入系统间的共存性检测；
* 先进的天线技术以提高链路质量和信道容量。
上述方案用于提高无线链路的容量。分集天线主要是减少多径传输带来的衰落现象。多重天线的概念是分集天线的延伸，由基站和终端的不同天线之间的不相关多径传输构成。在平行的传输信道中同时复用相同频段，以增加信道容量。自适应天线提高了链路性能，降低了不同方向间信道的相互干扰，并利用SDMA技术实现不同用户、不同方向的相同频率复用。控制信道和信号处理等系统方面的技术是天线的核心技术，它们可以实现频谱的最大利用率。UMTS论坛已考虑到自适应天线的技术要求和前题，但是各种射频前端和基带信号的处理成本问题是我们面临的技术挑战。
无缝网络包括多个接入网系统和它们之间的无缝切换。功率低、体积小的多模式和多频带终端将在近期与用户见面。不同的终端类型，如PDA、笔记本、手机等都支持上述的应用。另外，高级信号处理平台的概念是将不同的接入网参数下载到信号处理单元中。最先进的可编程信号处理机能适应任何实际接入系统。软件无线电技术则是终端技术中最难实现的。随着半导体技术和信号处理能力的不断发展，上述方案和概念最终将成为现实。
从用户的观点来看，人机界面必须简单易用，便于残疾人和老人使用。当然，这些技术和概念必须能够与目前的承载能力相吻合。
技术竞争
现存许多无线或是有线技术，包括固定无线网、宽带无线网（LMDS和MMDS）、卫星通信等均试图与蜂窝移动技术相媲美。
固定无线网技术曾流行一时，但从技术角度而言，它并不太适合无线环境。但是，高增益的窄波束技术可以大大提高覆盖范围，降低功率损耗。由于不需要硬切换，因而系统结构可以大大简化。人们有理由相信,改进后的固定无线网可能比目前的移动网造价更低、更有效地满足网络的需求。
当前，固定无线网的希望并不大。困难之一在于移动通信中的竞争激烈。只要移动通信的主要业务仍是话音，那么固定无线网就很难主宰移动业务。相应的技术设计的改进需要大量的投资，在当前移动系统早已占有巨大市场份额的情况下，这显然并不容易。另外，如果使用窄波束技术的话，固定无线网将会更加费时费力。以前曾有不少固定无线解决方案，由于价格方面不能与现存的网络抗衡而无法实施。
无线解决方案中也包括LMDS和MMDS的点对点和点对多点解决方案。由于微波的价格高昂，因此LMDS和MMDS解决方案开始可能只能为SOHO提供服务，其初期用户将比移动市场的用户少得多。
随着铱星计划的惨败，卫星和蜂窝移动技术之间在话音业务领域的竞争已告结束。即使技术上可行，利用卫星进行话音通信的费用也比目前的费用高得多。综上所述，在最近
几年内，用于传送话音的移动技术仍然会保持当前的强势。
随着数据业务的发展，上述无线解决方案可能会有所不同。以固定无线网技术为例，在使用窄波束技术后，该技术可以提高频谱利用率。考虑到用户对语音和数据混合传输的要求，在此基础上，固定无线网技术对室内无线应用而言，是很有吸引力的。另外，LMDS和卫星解决方案可利用它们的带宽优势传送高速数据。因此，在数据传输方面，还会有激烈的技术竞争。
移动多媒体的应用随着2G的发展而不断扩大。3G系统则为移动多媒体的发展提供了更多的机遇、更灵活的界面和更宽的带宽。3G后的系统将会建立在更灵活的网络平台基础上。依靠接入系统和承载层的能力，新的系统选择最佳的接入方式，并根据小区的大小、覆盖范围、对全球移动性和无缝传输的要求将不同的接入系统应用于不同的小区。从目前的情况来看，接入系统平台的可移植性和核心网将会建立在IP技术和透明传输的基础上，以保证通信环境的自由性。另外，重组自优化网络和自适应网需要采用新的算法，并加入新的网络实体和接入系统。
新技术的关键在于同一平台上不同接入系统的纵向或横向切换、无缝服务的实现和全球漫游。目前仍有许多技术上的问题需要解决，应在接入系统、无线IP网和移动管理领域开展广泛的国际合作研究。在解决上述问题的过程中，国际标准的制定将显得尤为重要。
移动通信只有不到50年的历史，却已经改变了人们相互交流的方式。未来将会有更多的新技术使人们的通信方式发生新的变革，最终使随时随地与任何对象的通信成为可能。
实现接入网的几种方案
2001-07-06
文章摘要:
本文对目前流行的几种接入网技术做了详细的阐述，并对不同技术方案之间的优劣性进行了分析与比较。
关键词：接入 xDSL ADSL VDSL Cable Modem LMDS
随着Internet 的迅速普及、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。
1 、 56K Modem 技术
在过去的几年中，模拟Modem 技术获得了很大的发展，从9600bit/s 发展14.4kbit/s,28.8kbit/s,33.6kbit/s 直到目前的56kbit/s 。
然而，事实上所谓的56k modem，它的上行速率和下行速率是不对称的，这是由于在56k Modem 中采用的特殊技术造成的。它将PCM 话音中的8 比特压缩成7 比特编码，因此速率变为56kbit/s 。其连接的一般思路如下图。

图一、56k Modem 调制解调器的连接
在下行流方向，数/模转换不受噪声的影响使56k 的连接速率成为可能。这个方向上的连接是直接的，128PCM 码字产生一个语音信号音。这个语音信号能被与PC 相连56K Modem 识别。对于上行流却是另一回事，在这种情况下，模/数转换噪声（量化噪声）相当严重，因此56K Modem 的上行连接速率被限制在28.8kbit/s 或33.6kbit/s(这里模/数必须接入数字骨干/交换网)。
56k Modem 技术的最大优点就在于简单、费用低，对线路没有什么特殊要求。
2 、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 主要指HDSL 、ADSL 和VDSL 三种。
2.1 、HDSL 技术
DSL（Digtal Subscriber Line,数字用户线技术）是80 年代后期的产物，主要用于ISDN 的基本速率业务，在一个双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（1.544Mb/s）或E1（2.048Mb/s）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（144Kb/s）提高到T1/E1 。HDSL 还可以利用两个环路对，但只能限于载波服务区（CSA）范围。
2.2 、 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 DigitalSubscriber 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6Mb/s 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,下行通道为512kbit/s;UADSL 即ITU 的G.Lite 标准，上下行速率分别为为1.5Mbit/s 、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 左右100kHz 的频带用来传送上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/相位调制）与DMT（离散多音），这两种编码方案在影响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、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、延时小（据称只有DMT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。
无论采取何种编码技术，在一对双绞线上进行双向传输时，必需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 系统设计时应考虑采用正向纠错编码（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 设备应该有很好的电磁兼容性。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。综合考虑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，其优势是很明显的，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，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。
2.3 、 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55Mb/s 传输速率，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，几大标准化组织正在制定这方面的规范。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、功率谱密度等。
VDSL 的信道划分三个频段：0 ～4kHz 用于传输电话业务；4 ～80kHz 用于传输ISDN 业务；300 ～700kHz 为上行通道，速率分为三档--1.6Mb/s 、2.3Mb/s 和19.2Mb/s，用于传输中低速数据；7000kHz 以上为下行通道，传输高速数据，如VOD 业务数据，速率大小也分为三档--12.96Mb/s 、25.92Mb/s 和51.84Mb/s 。可见，VDSL 的上下行速率是不对称的。
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它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，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 要做的更好一些。
总之，VDSL 同ADSL 相比，仍然是一种尚未成熟的技术，它面临着许多难题要解决，但是，VDSL 技术作为最后一公里的解决方案，其应用前景是十分广阔的。
3 、Cable 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交互式宽带业务。
Cable 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）来分享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，大多数的系统使用如图二所示的方案。

图二、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ð /4DQPSK 技术传输控制信息 等，传输速率为768kb/s 或10Mb/s 。另外，也可采用 VSB（残留边带）调制技术。
下行通道所占的频段较宽（45 ～750MHz），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6MHZ)或59 个PAL 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（10M ～30Mb/s），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-会员会（DVB/DAVIC）。DOCSIS 是由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。参加该组织的比较主要的公司有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5MHZ ～42MHZ，加上外界的干扰，一般只能用18MHZ ～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。
4 、本地多点分布业务（LMDS）
LMDS 是一种新型的宽带无线接入技术，其工作频段在24 ～31GHZ，可用带宽为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 、Frame Relay 、ATM 、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 的工作频段是在毫米波段，必需采用视距传输，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 ～4 公里，在某些情况下基站的高度必需达到15 ～20 米。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 手持收发信机中的放大器必需采用基于镓砷技术的单毫米波集成电路，使之成本居高不下。
5 、各种接入网方案的比较
56k Modem 技术由于其简单，费用低，目前仍是一般用户的首选，但是实际上采用56k Modem 技术，在用户双绞线上的传输速率并不能达到56kbit/s，这是由于其技术本身所决定的。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，而Cable Modem除了费用高昂外，还得采用合理的机制确保数据的准确传输。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有其适用的市场，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、技术。
接入网及技术（Access Network and Technologies）
接入网（Access Network）是公共交换网络（PSTN）的一部分，提供接入节点到个人用户的连接，其中较为主要的是双绞线铜缆接入网。接入网也指数据网络，即连接个人用户与服务供应商提供的边缘网络。接入网技术主要有基于双绞线铜缆、基于光纤的接入网技术、基于无线传输的接入网技术等。
接入网中利用接入设备获取远程资源访问权限，反之亦然。常用接入网设备有路由器和 modem 池。IAD 作为一种接入设备，能同时交付传统的 PSTN 语音服务、数据包语音服务以及单个 WAN 链路上的 数据服务（通过 LAN 端口）等。IAD 将跨越单个共享访问链路的多个语音和数据信道集中到载波或服务供应商 POP 上。其中访问链路可能指 T1 线路、DSL 连接、有线电视网络（CATV）、宽带无线链路或 Metro-Ethernet 连接。

接入网及技术 （Access Network and Technologies）