计算机网络广域网接入技术

广域网接入主要解决的是最终用户接入宽带城域网的问题。接入方式涉及用户的环境与需求，大致上可分为个人用户接入，校园网、机构与企业网接入。接入技术分为有线接入或无线接入。从接入实现角度，目前的接入方式主要有：数字用户线技术、光纤同轴电缆混合网技术、光纤接入技术、局域网接入技术与无线接入技术。无线接入又分为无线局域网接入、无线城域网接入与无线自组网接入3种类型。

1.数字用户线xDSL

数字用户线（Digital Subscriber Line，xDSL），又称数字用户环路，是指从用户到本地电话中心局（交换中心）的一对铜质双绞线。xDSL是美国贝尔实验室1989年研究开发的基于用户电话铜双绞线应用于视频点播业务的高速传输技术。

DSL是以铜质电话线为传输介质的传输技术组合，包括HDSL、SDSL、VDSL、ADSL和RADSL等，一般称为xDSL。它们之间的主要区别是信号传输速度和距离的不同以及上行速率和下行速率对称性的不同。

HDSL与SDSL支持对称的T1/E1（1.544Mbit/s/2.048Mbit/s）传输。其中HDSL的有效传输距离为3～4km，需要两至四对铜质双绞电话线；SDSL最大有效传输距离3km，只需一对铜线。比较而言，对称DSL更适用于企业点对点连接应用，如文件传输、视频会议等收发数据量大致相当的业务。与非对称DSL相比，对称DSL的市场要少很多。

VDSL、ADSL和RADSL均属非对称式传输。其中VDSL（甚高比特率用户线路）技术是xDSL技术中速度最快的一种，在一对铜质双绞电话线上，下行数据速率为13～52Mbit/s，上行数据的速率为1.5～2.3Mbit/s，但VDSL的传输距离只在几百米以内，VDSL可以成为光纤到家庭的具有高性价比的替代方案。

ADSL在一对铜线上支持上行速率640～1Mbit/s，下行速率1～8Mbit/s，有效传输距离在3～5km范围以内；RADSL能提供的速度范围与ADSL基本相同，但可根据双绞铜线质量的优劣和传输距离的远近动态地调整用户的访问速度。正是RADSL的这些特点使RADSL成为用于高速上网、视频点播、远程局域网络访问的理想技术，在这些应用中用户下载信息往往比上载信息（发送指令）要多得多。

电话网目前是唯一可在几乎全球范围内向住宅和商业机构、企业用户提供接入的网络。图3-35为一用户使用ADSL（非对称数字用户线）技术接入互联网的示意图。

图3-35 使用ADSL的结构

ADSL主要技术特点：

1）它可在现有用户电话线上通过传统的电话交换网，以重叠和不干扰传统模拟电话业务的方式，同时提供高速数字业务。因此ADSL允许用户保留已申请的模拟电话业务，并同时支持单对双绞线上的新型数据业务，如互联网在线访问、远程办公、视频点播等。

2）该技术几乎和本地环路实际参数无关，与所使用的用户电话线特性无关，因此用户无需专门为获得ADSL服务而重新铺设电缆。

3）ADSL技术提供非对称带宽特性，即所谓异步传输方式。上行速率在64～640kbit/s范围，下行速率在512～8Mbit/s范围。用户可根据需要选择上行和下行速率。

传输速率受线路质量与用户接入局端距离限制，通常限制在3km之内。ADSL的传输速率与传输距离的关系是，传输距离越远，传输速率越低；反之，传输距离越近，传输速率就越高。

交换局端的ADSL Modem产品大多具有多路复用功能（DSL Access Multiplexer，DSLAM）。各条ADSL线路传来的信号在DSLAM中进行复用，通过高速接口向主干网的路由器等设备转发，这种配置可节省路由器端口，布线得到简化。目前已有将数条ADSL线路集束成一条10BASE-T的产品和将交换机上全部数据综合成155 Mbit/s的ATM端口的产品。

ADSL Modem的工作模式由局端确定，或由局端与用户的Modem共同协商。如局端对某一端口限制只允许某一种工作模式，那么用户端必须与局端的模式保持一致才可正常通信。如局端端口设置模式是自协商，那么用户端Modem可工作在局端所支持的任意一种工作模式。如局端对用户端口及Modem都支持ADSL 2+，那么用户可选择工作在2+模式。如带宽已被限制，那么G.DMT与ADSL 2+基本无差别。用户一般无须关注工作模式。

2.ADSL接入技术原理与应用

用户接入网（从本地电话局到用户之间的部分）是电信网的重要组成部分，是电信网实现用户接入网的数字化、宽带化的主要途径之一。近期用光纤作为用户线在迅速推行，这是城市用户网今后发展的必然方向。在宽带接入技术中，ADSL和HFC最具竞争力。

（1）ADSL原理和技术性能

现存的用户环路主要由UTP组成。UTP对信号的衰减主要与传输距离和信号的频率有关，如信号传输超过一定距离，信号传输质量将难以保证。此外，线路上的桥接抽头也将增加对信号的衰减。因此，线路衰减是影响ADSL性能的主要因素。ADSL通过不对称传输，利用频分复用技术（或回波抵消技术）使上、下行信道分开减小串音影响，从而实现信号高速传送。

为了能利用多信道，ADSL Modem采用两种方式划分可利用的电话线路的带宽。FDM方式将频带划分为上行部分和下行部分，下行通道再被时分复用为一个或多个高速信道和低速信道，同样，上行通道也会被复用为相应的低速信道。

回波抵消技术使上行通道和下行通道在频带上的重叠部分相互抵消，通过本地的回波抵消技术可有效地分开上、下行信道，减小串音对信道的影响，从而实现信号的高速传送。该技术已应用于V.32和V.34协议的Modem产品中。

衰减和串音是决定ADSL性能的两项标准损伤。传输速率越高，其对信号影响也越大，因此ADSL有效传输距离随着传输速率的提高而缩短。据统计，ADSL接入网线路长度若为5.5km，可覆盖80%以上现有电话用户，若为3.7km，则可覆盖50%以上的现有用户。用户小区以外分散用户可通过基于光纤的集线器结点接入到网中。串音噪声通常是稳定的，容易采取措施解决，而冲击噪声在频率、周期、相位等方面都是随机的，对其难以建模和研究。

（2）ADSL系统的接入方式和接入模型

图3-36为ADSL系统连接方式功能模块。

图3-36 ADSL系统连接方式的功能模块图

Server：应用服务器。

CORE Network：互联网或骨干网（一般为ATM骨干网）。(www.xing528.com)

ADSL：在局端的部分为ADSL局端设备，在用户端的为ADSL用户端设备。

Existing Copper：连接用户端和局端的普通双绞铜线。

ADSL的接入模型主要由中央交换局端模块和远端模块组成。图3-37为ADSL接入模型。中央交换局端模块包括ADSL Modem和接入多路复合系统，处于中心位置的ADSL Modem被称为ATU-C（ADSL Transmission Unit-Central）。接入多路复合系统的Modem通常组合成一个接入结点，也称为DSLAM（DSL Access Multiplexer）。

图3-37 ADSL的接入模型

远端模块由用户ADSL Modem和滤波器（也称为分离器。分离承载音频信号的4 kHz以下的低频带和ADSL Modem调制用的高频带。分离器实际上是由低通滤波器和高通滤波器合成的设备）组成。用户端ADSL Modem通常被称为ATU-R（ADSL Transmission Unit-Remote）。图3-38为ADSL用户在用户端的设备连接方式。

图3-38 ADSL用户在用户端的设备连接图

（3）ADSL的调制和解调技术

目前广泛采用的ADSL调制技术有3种：QAM（Quadature Amplitude Modulation）、CAP（Carrierless Amplitude Modulation/Phase Modulation）、DMT（Discrete MultiTone），其中DMT调制技术被ANSI标准化小组T1E1.4制订的国家标准所采用。但由于此项标准发布时间不长，目前仍有相当数量的ADSL产品采用QAM或CAP调制技术。

●QAM调制技术。QAM调制器的原理是发送数据在比特/符号编码器内被分成两路（速率各为原来的1/2），分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。与其他调制技术相比，QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。如图3-39所示。在16-QAM的QAM调制中，2bit被编码表示相位的变化，另外2bit用来表示幅度变化，所以用4bit来表示。QAM用于ADSL的主要问题是如何适应不同电话线路之间较大的性能差异。要取得较为理想的工作特性，QAM接收器需要一个和发送端具有相同的频谱和相位特性的输入信号用于解码，QAM接收器利用自适应均衡器来补偿传输过程中信号产生的失真，因此采用QAM的ADSL系统的复杂性主要来自它的自适应均衡器。

图3-39 16-QAM调制原理图

●CAP调制技术。CAP调制技术是以QAM调制技术为基础发展而来，是QAM技术的一个变种，其调制器原理为：输入数据被送入编码器，在编码器内，m位输入比特被映射为k=2m个不同的复数符号An=an+jbn，由k个不同的复数符号构成k-CAP线路编码。编码后an和bn被分别送入同相和正交数字整形滤波器，求和后送入D/A转换器，最后经低通滤波器信号发送出去。CAP技术用于ADSL

的主要技术难点是要克服近端串音对信号的干扰。一般可通过使用近端串音抵消器或近端串音均衡器来解决这一问题。

●DMT调制技术。DMT调制技术的主要原理是将频带（0～1.104MHz）分割为256个由频率指示的正交子信道（每个子信道占用4kHz带宽），输入信号经过比特分配和缓存，将输入数据划分为比特块，经TCM编码后再进行512点离散傅里叶反变换（IDFT）将信号变换到时域，这时比特块将转换成256个QAM子字符。随后对每个比特块加上循环前缀（用于消除码间干扰），经数据模变换（DA）和发送滤波器将信号送上信道。在接收端则按相反的次序进行接收解码。这个方法如图3-40所示。图中1MHz的带宽被分段为256个4kHz的子频带。每个子频带在发送端用Single-Carrier调制技术调制，在接收端则接收各子频带并将其256路载波整合解调。由于美国ADSL国家标准（T1.413）推荐使用DMT技术，所以今后将会有更多ADSL调制解调器采用DMT技术。

图3-40 DMT调制技术的实例

以ADSL为主的xDSL技术终将成为用户接入宽带的主要方式，并最终实现光纤接入。

（4）ADSL设备的安装

ADSL安装包括局端线路调整和用户端设备安装。在局端方面，由服务商将用户原有的电话线中串接入ADSL局端设备，过程只需2～3min；用户端的ADSL安装也非常简单方便，只要将电话线连上滤波器，滤波器与ADSL Modem之间用一条两芯电话线连上，ADSL Modem与计算机的网卡之间用一条交叉网线连通即可完成硬件安装，再将TCP/IP协议中的IP、DNS和网关参数项设置好，便完成安装。ADSL的使用就更加简易，因ADSL无需拨号，一直在线，用户只需接上ADSL电源便可获得网络服务，并可同时拨打电话。

局域网用户的ADSL安装与单机用户无很大区别，只需再增加一个集线器，用直连网线将集线器与ADSL Modem连起来即可，如图3-41所示。

图3-41 局域网用户的ADSL设备安装

3.光纤同轴电缆混合网

有线电视网络（CATV）技术提供的是单向广播业务，网络以简单共享同轴电缆的分支状或树形拓扑结构组建。随着CATV的改造，利用有线电视网络进行双向数据传输服务成为可能。光纤同轴电缆混合网（HFC），是新一代有线电视网络，它是一个双向传输系统。光纤结点将光纤干线和同轴分配线相互连接。光纤结点通过同轴电缆可为500～2000个用户提供服务。这些被连接在一起的用户共用一根传输介质。HFC改善了信号质量，并提高了可靠性。用户可以按照传统的方式接收电视节目，同时又可以享受视频点播、IP电话、发送邮件、浏览Web等双向服务。有线电视网络改造后，可为很多家庭宽带接入互联网提供经济、便捷的方法。光纤同轴电缆混合网已成为具有竞争力的宽带接入技术。

4.光纤接入技术

理想宽带接入网为基于光纤的网络。无论采用哪种接入技术，传输介质铜缆的带宽瓶颈问题都很难克服。与双绞铜线、同轴电缆或无线接入技术相比，光纤带宽容量几乎无限，光纤传输信号可经过很长距离而无需中继。目前，国内许多城市实现了光纤入户，因此光纤接入技术是今后的主流。