全业务运营接入技术分析

陈 实

中国移动通信集团设计院有限公司北京分公司，北京 100038

全业务运营接入技术分析

陈 实

中国移动通信集团设计院有限公司北京分公司，北京 100038

电信运营商重组完成后，三大运营商都拥有移动网和固定网，并进行全业务运营，全业务运营要求网络可以承载并维护不同带宽、不同QoS等级的业务，在核心网发展趋于成熟的情况下，接入网技术成为全业务运营成败的关键之一。尽管核心网早已采用光传输技术，但接入网目前的网络现状仍是铜缆接入为主。本文主要讨论目前存在的大量铜缆接入网络作为过渡阶段，为了满足全业务运营的需求可以采用哪些接入技术，以及可以铺设光接入网的地区接入技术的选择。

全业务; 固定网; 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. 全业务运营

1.1 全业务运营模式

全业务运营分为纵向和横向两种理解方式。从横向角度看，全业务运营是指同时经营固话业务（长途、市话、IP电话等）、宽带业务（互联网接入等）、无线业务（移动通信、卫星通信等）；从纵向角度看，是指同时涉入网络接入、基础业务、增值业务、内容提供等价值链的各个环节。本文讨论的“全业务运营”指横向意义上的全业务运营，即同时经营固定电话、宽带及无线通信业务，并仅限于讨论通信运营商。

中国通信行业原有的运营商各自专注于移动网络或固定网络的建设，2008年电信运营商重组后均具备全业务运营能力。

1.2 运营商重组后的网络

2008年5月24日，工业和信息化部、国家发展和改革委员会以及财政部联合发布《关于深化电信体制改革的通告》，将中国电信、中国网通、中国移动、中国联通、中国卫通、中国铁通六家基础电信企业合并为中国电信、中国联通、中国移动三家基础电信企业。

重组时三家的网络运营情况为:

重组后三家运营商均具有全业务运营的能力，各自拥有的网络现状为：中国联通在移动网络和固定网络基础相对均衡；中国电信固定网络基础好，移动网络较弱；中国移动移动网络基础好，固定网络基础弱。

2. 业务类型

2.1 无线网络业务

2.1.1 GSM业务

GSM移动通信网主要提供6类10种电信业务，其业务编号、名称、种类如下表所示。

2.1.2 3G业务

第三代数字蜂窝移动通信业务主要特征是可提供移动宽带多媒体业务：

高速移动环境下：144kb/s

步行和慢速移动环境下：384kb/s

室内环境：2Mb/s

第三代数字蜂窝移动通信业务要包括第二代蜂窝移动通信可提供的所有的业务类型和移动多媒体业务，包括话音、数据、视频图像等业务，具体如表2所示。

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表1 GSM网络业务分类表

2.2 固定网络业务

固定网络业务包括固定电话业务、宽带业务以及相应的增值业务。

表3 固定网络业务分类表

3. 接入技术

3.1 移动网接入技术

移动网包括核心网和接入网，技术体制主要分为GSM和CDMA两种，主流的接入技术就是GSM和CDMA接入技术。GSM和CDMA无线接入网络各有相应的体制、实现技术和接口标准。

GSM无线接入网络由基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC）这两部分的功能实体构成。一个基站控制器根据话务量需要可以控制数十个BTS。BTS可以直接与BSC相连接，也可以通过基站接口设备（BIE）采用远端控制的连接方式与BSC相连接。无线接入网还应包括码变换器（TC）和相应的子复用设备（SM）。码变换器在更多的实际情况下是置于BSC和MSC之间，在组网的灵活性和减少传输设备配置数量方面具有许多优点。

CDMA无线接入网络包括无线网络控制器RNC和一个或多个基站NodeB，NodeB和RNC通过Iub接口互联。在UTRAN内，不同的RNS通过Iur接口互联，Iur可以通过RNC之间的直接物理连接或通过传输网连接。NodeB相当于GSM网络中的基站收发信台（BTS），它可采用FDD、TDD模式或双模式工作，每个NodeB服务于一个无线小区，提供无线资源的接入功能。RNC相当于GSM网络中的基站控制器（BSC），提供无线资源的控制功能。

3.2 固定网接入技术

3.2.1 固定网接入技术

随着光通信技术的发展，三大运营商的核心骨干网都早已采用光传输技术，光进铜退是电信运营商的必然之路，而接入网技术却相对落后，大部分仍然停留在以铜缆技术为主的低速率水平上（几十Kbps到几百Kbps）。截至2009年底，两种技术的用户规模比例约为8:2，尤其是中国电信和中国联通，具有大量的双绞线资源。

3.2.1.1 铜缆接入技术

（1）PLC技术

PLC是利用电力线传输信号的通信技术。PLC利用1.6M到30M频带范围传输信号。在发送时，利用GMSK或OFDM调制技术将用户数据进行调制，然后在电力线上进行传输，在接收端，先经过滤波器将调制信号滤出，再经过解调，就可得到原通信信号。目前可达到的通信速率依具体设备不同在4.5M～45M之间。 PLC设备分局端和调制解调器，局端负责与内部PLC调制解调器的通信和与外部网络的连接。在通信时，来自用户的数据进入调制解调器调制后，通过用户的配电线路传输到局端设备，局端将信号解调出来，再转到外部的Internet。

电力网络覆盖范围非常广，但电力网络的运营权属于国家电网公司，通信运营商的接入网络无法使用这项技术。

表2 3G网络业务分类表

（2）CM技术

现在CATV系统中普遍采用广播方式的光纤/同轴电缆混合网络(HFC)，即电视信号→头端→光缆→小区节点→同轴电缆→用户家中的单向树型网络结构。伴随智能小区数字化建设、改造，可提供诸如数字电视、Cablephone、NVOD、HDTV、数据通信等多种业务，具有860MHz以上频宽的双向HFC网络已成为发展趋势。CM(Cable Modem)就是基于上述网络基础的一种宽带接入方式。

CM(Cable Modem)是通过同轴电缆进行宽带IP网络接入的设备，与符合MCNS DOCSIS协议标准的有线电视前端设备兼容。内部集成Modem、TUNER、NTU、SNMP代理和以太网集线器等多种功能，可与ISP的服务器之间建立一个VLAN（虚拟专网）连接，实现无拨号上网的永久在线。其上行/下行数据速率最大10/42Mbps，用户数小于15(CM可支持管理15个MAC地址)。通过SNMP可对它进行远程管理服务，并有自动下载升级软件版本功能。

（3）以太网技术

以太网接入技术是一种计算机接入局域网络的连接技术。以太网接入建立在五类线基础上，覆盖范围在100米以内，通常采用二层以太网交换机，它工作于数据链路层，提供数据流量控制、传输差错处理、传输介质访问控制等功能。它可以将多个局域网网段连接起来形成更大的局域网。以太网交换机能在端口之间建立多个不同的点对点专用通道，它采用带宽独占模式，大大降低了网络发生拥塞的可能性，显著提高网络的传输效率。

随着快速以太网、千兆以太网技术的发展，其在宽带数据的接入方面具有了一定的优势。但是在QoS控制和电信级方面还需做更多的努力，特别是在实现时钟同步、满足现有TDM接入方面还存在问题。

（4）xDSL

xDSL是DSL(Digital Subscriber Line)的统称,意即数字用户线路,是以铜缆为传输介质的点对点传输技术。xDSL技术在传统的电话网络(POTS)的用户环路上支持对称和非对称传输模式，解决了经常发生在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技术目前大量应用，是非常成熟的接入技术。

xDSL系统主要由局端设备(DSLAM--Digital Subscriber Line Access Multiplexer)和用户端设备(CPE)组成,

局端由DSLAM接入平台、xDSL局端卡、语音分离器、IPC(数据汇聚设备)等组成。语音分离器将线路上的音频信号和高频数字调制信号分离,并将音频信号送入电话交换机,高频数字调制信号送入xDSL接入系统;DSLAM接入平台可以同时插入不同的xDSL接入卡和网管卡等;局端卡将线路上的信号调制为数字信号,并提供数据传输接口；IPC为xDSL接入系统提供不同的广域网接口,如ATM、帧中继、T1/E1等。这些设备都设在电话系统的交换机房中。

用户设备由xDSL Modem和语音分离器组成，xDSL Modem对用户的数据包进行调制和解调,并提供数据传输接口。

由于目前接入网领域仍然存在大量铜缆资源，因此xDSL仍然是当前接入网的主要应用技术，xDSL领域主要存在的接入技术为：

HDSL：利用二对双绞线能提供2Mbit/s的对称速率；

ADSL：利用一对双绞线，可提供的速率下行为6～8Mbit/s，上行为640kbit/s；

VDSL：采用了先进的调制技术，即上行和下行使用不同的频率范围。通常下行速度有0.9～3.4MHz；上行速度有4.0～7.75MHz，能实现话音、数据以及几路视频业务的接入。

为了实现全业务接入，满足高带宽业务的承载需求，电信运营商可以利用现有的铜缆资源采用升级技术ADSL2和VDSL2。

VDSL2技术目前可以为每用户在1km距离上提供30～50Mbit/s的速率，在300米内提供对称100Mbit/s的速率。VDSL2能与ADSL、ADSL2+和DMT调制的VDSL1兼容，VDSL技术在短距离高速接入方面仍具有独到的优势，特别适合于对上下行速率要求很高的商业用户。

ADSL2的有效传输距离为5～6公里，在传输距离方面比VDSL2更为灵活，ADSL2下行速率最高为24Mbps，上行速率为1Mbps。从传输速率看，ADSL2在一段时间内可以作为过渡技术基本满足带宽需要，但上行带宽偏低。

对于目前只具备铜缆接入条件的地区，VDSL2和ADSL2是可能提供的最优接入方式。但是随着宽带网络各种热点业务和应用（如IPTV、Triple-play等高带宽需求业务）越来越普遍，xDSL技术在功能和性能上将无法满足多用户需求，光进铜退是必然的发展趋势。

图1 PLC技术接入网络示意图

图2 CM技术接入网络示意图

图3 以太网技术接入网络示意图

图4 xDSL技术接入网络示意图

图5 PON技术接入网络示意图

3.2.1.2 光缆接入技术

光缆接入网从技术上可以分为两大类：有源光接入网和无源光接入网。以光缆作为传输媒质的接入技术无论是有源光接入网或无源光接入网在带宽上都可以满足全业务的需求。

有源光接入网也存在几种形式，其中一种是以光纤替代原有的铜线主干网，从交换局通过光纤用V5接口连接到远端单元，然后经铜线分配到各终端用户，提高了复用率。这种技术本质上还是一种窄带技术，不能适应高速业务的需求。另外一种形式就是有源双星光接入网结构。采用有源光结点可降低对光器件的要求，采用性能低、价格便宜的光器件，但是初期投资较大，作为有源设备存在电磁信号干扰、雷击以及有源设备固有的维护问题，因而有源光接入网不是接入网长远的发展方向。

图6 FTTH应用EPON技术接入网络示意图

图7 FTTB/FTTN应用EPON技术接入网络示意图

无源光网络(PON)技术是点到多点的光纤接入技术。无源光网络由光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)组成。一般其下行采用TDM广播方式、上行采用TDMA(时分多址接入)方式，而且可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构(典型结构为树形结构)，PON的本质特征就是ODN全部由无源光器件组成，不包含任何有源电子器件。这样避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，简化了供电配置和网管复杂度，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信运营商可以长期使用的技术，无源光接入网按照技术体制主要分为三种：APON、EPON和GPON。

（1）APON技术

APON 技术的核心部分采用ATM技术，利用ATM的集中和统计复用特性,提供从窄带到宽带等各种业务,不仅支持可变速率业务,也支持时延要求较小的业务,具有支持多业务多比特率的能力。对称速率( 155.52Mbit/s) 和非对称速率( 下行622.08Mbit/s ,上行155.52Mbit/s)，传输距离最大20KM。支持的光分路比在32至64之间。APON技术具备综合业务接入、QOS服务质量保证等独有的特点；与有源光接入网和铜缆接入网相比结构简单、可靠和易维护,能提供相对高速的接入速率；由于标准化时间较早,已有成熟商用化产品等等优点。同时APON技术也存在利用ATM信元造成的传输效率较低、带宽受限；系统相对复杂、价格较贵；需要进行协议之间的转换等缺点。因此APON主要应用在企业、商业大楼的宽带接入中，特别适合于ATM骨干交换机端口有限、光缆资源紧张、用户具有综合业务接入需求且对业务服务质量要求较高的场合。对于经济敏感的接入网领域，APON不是一种适合广泛应用的技术。

（2）EPON技术

EPON 是基于以太网的PON，支持的光分路比最大为32，可以支持1.25Gbps对称速率，下行帧周期为2ms，每帧开头是长度为1字节的同步标识符,用于OLT与ONU 之间的时钟同步，随后是长度不同的数据包。这些数据包按照IEEE802.3协议组成,每个数据包包括信头、长度可变的信息净荷和误码监测域三部分。每个ONU分配一个数据包。EPON上行帧周期也为2ms ,每帧包含许多可变长度的时隙，每个ONU分配一个,用于向OLT发送上行数据。接入网络中的家庭用户类对成本比较敏感，而对QoS需求相对较小，EPON源于以太网结构，简单易用且成本低，无论是对安全、计费、控制还是智能化管理都是相对低的，非常适用于家庭级大规模铺设。

针对光接入网目前存在的多种接入方式，EPON可提供的网络构建方式如下：

●FTTH

FTTH即光纤到户，ONU直接安装在用户家里，ONU可以提供FE、POTS、CATV视频等接口直接与PC电脑、电话机、有线电视等终端设备相连，也可以通过家庭网关进行协议转换与各种音视频终端相连。

●FTTB/FTTN

FTTB/FTTN即光纤到楼宇或节点，ONU设备安装在楼层机房或综合机柜内，可以多户ONU集中放置，直接提供FE、POTS、CATV视频等接口，也可以ONU下联汇聚设备和综合接入设备，再通过这些设备与用户的各类终端相连。

（3）GPON

GPON 技术是针对1Gbit/s以上速率要求的PON标准,除了对更高速率的支持外,还是一种更佳、支持全业务、效率更高的解决方案。引入通用成帧协议(GFP),能将任何类型和任何速率的业务进行原有格式封装后经由PON传输,而且GFP 帧头包含帧长度指示字节,可用于可变长度数据包的传递,大大提高了传输效率。因此能更简单、通用、高效地支持全业务。GPON 提供1.244 和2.488Gbit/s的下行速率和所有标准的上行速率。传输距离可达20 KM(逻辑60 KM)。支持的光分路比在64～128之间。

表4 EPON、GPON技术体制对比表

GPON的终端接入方式与EPON相似。

从上表可以看出，GPON更适合在需要提供运营及维护、互通性和安全性等大型网络运营所需的所有必要支持的运营商网络中实现。就成本来说，由于GPON使用的光模块成本略高于EPON，因此GPON的同类设备与EPON的同类设备价格高，但同等接入距离GPON具有更高的分光比，需要根据用户数量和距离不同，选择合适的接入技术。

[1]陈雪.无源光网络技术.北京邮电大学出版社.2006:110-247

[2]姜克建.全业务运营环境下接入网建设策略探讨.移动通信：网络建设版.2010，3：76-81

TP915

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.07.056