100Mbps宽带技术：何时、何地、何种原因、怎样实现之？

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第14896篇:100Mbps宽带技术：何时、何地、何种原因、怎样实现之？

发布时间:2006年10月29日点击次数:2969

来源: 作者:Maury Wright，EDN总编

　　随着消费者采用高清电视(HDTV)和数字录像(DVR)技术,并要求有更多的节目供选择,语音、视频、数据在共同推动带宽这一目标的发展。
　　要点
　　DSL（数字用户线）在全球的部署已超过了有线电视,但就视频的提供而言,DSL在所有类型当中也许面临着最严峻的挑战。
　　消费者在IPTV（互联网协议电视）应用中需要6个频道,其中两个必须达到高清电视质量。这种需求转化成了至少50Mbps的宽带服务。
　　PON（无源光网络）技术正在日本迅猛发展,在北美要慢一些。在公用电线杆上部署网络可以降低成本,并减少关于建设工作的争论。
　　PON/DSL混合网络在安装了铜缆网络的城市中也许最划算。

　　“三重演示(triple play)”的简要意思就是在会聚的网络上满足消费者对语音、视频、数据服务的需要,这早已是电信公司和多服务运营商（MSO）或有线电视公司长期以来梦寐以求的目标。毫无疑问,一些电信公司和 MSO 目前正在提供这种服务,但是消费者的愿望却在发生变化。视频一直是“三重演示(triple play)”中消耗带宽最多的部分,并且对速度的需求也在猛增。消费者日益倾心于数字录像 (DVR) ：在某个频道直播的同时,录制两个甚至更多频道。如果把 DVR 的使用与向高清电视画质的逐步转移结合起来,则最后一英里突然会再次成为巨大障碍,正如它在十年前面对宽带数据的情况那样。有线电视、DSL数字用户线、光网络服务商都有计划支持日益提高的带宽需求,但这些计划成本高昂,部署工作也不简单。

　　下一代宽带可实现从实时互动电视到更能激发兴趣的多人游戏等一系列服务。并且其影响和机遇的牵涉范围远远超出了直接与市场打交道的这些公司——IC 厂商、通信设备制造商、机顶盒厂商、服务提供商,下一代宽带扩大了家庭网络、全新类别消费产品和节目的市场。

　　不妨想想目前正在部署或很快就将部署的网络类型以及服务商面临的挑战。全球范围内,DSL 的部署速度超过各类宽带技术,光网络刚起步。在北美,有线电视仍然是市场领先者（见附文1《DOCSIS 在前进》）。但英飞凌(Infineon)公司通信接入 IC 营销总监 Imran Hajimusa 声称：目前全球正在部署的 DSL 线路与有线电视线路的数量之比是 3:1。DSL 也许还面临“三重演示”竞赛中最严峻的挑战。

　　DSL 面临的挑战

　　挑战的开端是电信公司在 DSL 视频服务或 IPTV（互联网协议电视）方面面临的带宽要求。在这种部署工作中,电信公司只是沿着最后一英里连接发送用户要求的视频通道。通道的变化发生在公司的远程终端。微软(Microsoft)等公司的 IPTV软件已取得很大进展,因此即使通道请求必须向上行传输到电信设备,通道变化时间对于消费者也是可接受的。

　　不过,DSL数据速率能提供什么呢？从2004年年末开始,许多电信公司转向了ADSL2+（不对称数字用户线2+）技术,把传输频带翻番至2.2MHz,由此把下行数据速率提高到25Mbps。据推测,电信公司能在一条ADSL2+ 线路上提供一路高清电视(HDTV)流、两路标清电视(SDTV)流、互联网服务和VoIP（互联网协议语音传输）电话服务。但英飞凌公司的Hajimusa声称：北美的电信公司发现提供这些还不够。他说：消费者需要6个频道,其中两个是高清电视。Hajimusa认为：“除此以外的其它任何事情都是胡扯,而这才是消费者在寻找的。”

　　更好的视频编码能缓和视频带宽要求。起初,基于MPEG-2的典型高清电视流需要将近20Mbps带宽。改进的编解码器把这个数字降至大约 12Mbps。MPEG-4的帮助甚至更大。科胜讯(Conexant)公司营销副总裁 Cyrus Namazi声称：“借助MPEG-4,三路高清电视流只需要 20Mbps总带宽。”但是,ADSL2+仍旧不能满足Hajimusa所说的6个频道情况的要求。

　　根据DSL支持者的说法,答案就是VDSL2（甚高位速DSL2）。最初的 VDSL标准提供的数据速率比ADSL 更高,但基于QAM（正交调幅）的 VDSL在很大程度上不兼容基于DMT（离散多音）的 ADSL。VDSL 先驱 Ikanos 在 VDSL 方面曾取得了有限的成功,但电信公司无法顺利地把自己的客户转移到这种速度更快的技术上。VDSL2 是在一年多以前完成的,它基于 DMT,同时向后兼容 ADSL2+。

　　今天,电信公司能够在其远程终端中部署 VDSL2 芯片,并支持既有的 ADSL 客户机、ADSL2/2+ 客户机、VDSL2 客户机。Hajimusa 声称：英飞凌公司能使用 30MHz 带宽来支持距离长达 3500 英尺的 100Mbps 对称 VDSL2 服务,或用 17MHz 带宽来支持距离长达 5000 英尺的 50Mbps 对称服务。因此那些在链路的服务提供商一方部署 VDSL2+ 的电信公司具有能向回路较短的客户供应 6 频道 IPTV实例,并仍向本地回路较长的客户提供较慢的服务。

　　目前,英飞凌、科胜讯、Ikanos 和 Broadcom 在发售 VDSL2 IC,而德州仪器公司 (TI) 则宣布通过其 Uni-DSL (Universal DSL) 系列提供支持。不过人们正在争论对 VDSL2 的支持将以多快的速度普及。Hajimusa 说：“有些回路将永远不会短于 1 万英尺。”这些回路将不会受益于 VDSL2,但会受益于 ADSL2+。对 VDSL2 的支持使硅器件更加复杂。他说：“对 30MHz 带宽的处理产生了额外费用。”

　　Kurt Eckles 是 TI 公司住宅网关营销总监,他对 VDSL2 的广泛部署很乐观。他说：“WAN 接口只占我们硅器件成本的 25%,并且一个新的工艺节点将会处理这个问题。”Eckles 的观点是：电源、封装和其它硅器件主宰着远程终端和 CPE（客户驻地设备）中的接入卡的成本。他说：VDSL2 只需较少的额外费用就能在服务提供商一方使网络适合未来需要。

　　PON 实现 FTTH

　　不过,像VDSL2 这样的技术对于准备进入家庭的光网络有意义吗？不论是 FTTH/C/P/N/B（光纤到户/光纤到路边/光纤到驻地/光纤到节点/光纤到地下室）还是其它部署类型,PON（无源光网络）都准备把光纤推向离用户更近的位置（见附文2《PON 泛滥？》）。

　　一般而言,FTTH 部署中的 PON 与其说它类似 DSL 设备,不如说它类似有线设备（图 1）。典型的一段光纤借助无源分配器为16位 ~ 64位用户服务,分配器使光纤到达每位用户。下行数据占据一个波长,而上行数据占据另一个。即便是利用共享媒体方法,只要服务提供商控制每个 PON 段上的用户数量,PON 就能向每位用户保证 50Mbps 或更快的服务。

　　尽管一些较小的运营商和城市在安装有源以太网（见附文3《一些城市采用有源以太网》）,但 PON 似乎是全球主要服务提供商在光网络部署方面的首选。关于哪一种 PON 最终将占主导地位,有很多不同见解。北美和欧洲的运营商偏爱 GPON（千兆位 PON）,这是因为它与既有运营商一直设计到其网络中的运营商级质量相吻合。NEC 公司光网络系统部产品管理总监 Rich Moran 说：“GPON 能严格地管理通信量和服务,因此非常适合于运营商。”在 Moran 所在的设备部以及 Fiber Optek 部（制造激光器和光学接口的部门）,NEC 公司都把宝押在 GPON 上。

　　GPON 也是最快的一种 PON,尽管用户的速度取决于多少用户共享一个光网络段。EPON（以太网 PON）支持者声称：EPON 更便宜,并且 1Gbps 速率使 EPON 能使用一些为千兆位以太网开发的元件。GPON 的提倡者则反驳：即便 GPON 贵一点,但 GPON 段能为两倍于 EPON 段的用户服务。

　　如果您通过研究早期的 VDSL2 和 PON 部署工作能得出一些结论,当然很好,但是对这些部署工作下判断也许为时还太早。况且,还应考虑到PON/DSL 混合网络。在北美,Verizon 部署了最大的 PON,它的 FiOS（光纤服务）使用 BPON（宽带 PON）技术来提供“三重演示”服务。BPON 是 GPON 的前身,并且随着芯片和设备的上市,Verizon 大概会把它的网络转向 GPON。NEC 公司的 Moran 认为：Verizon 将在明年向 GPON 过渡。

　　在 Verizon 公司使用的 BPON 硅器件当中,有很多是由 BroadLight 公司供应的,并且它也是第一家大量供应 GPON 芯片的公司。该公司营销总监 Dan Parsons 说：“如果只是互联网,那你可以用 BPON。”Verizon 目前利用部署 FiOS 后的宽带链路来提供互联网和电话服务。该公司主要通过一个覆盖网络上的一种类似有线电视的多播服务（独立于宽带服务的一个波长）来提供视频服务。未来的服务提供商将可选择通过类似 FiOS 的覆盖网络、宽带链路上的 IPTV或同时使用两者来提供视频。他们能在覆盖网络上提供多播视频,并通过 IPTV 提供视频点播节目。

　　部署最大 1Gbps PON的是日本的 NTT的 EPON。多数专家预测：日本、中国、韩

国将推动 PON 的部署。在 NTT 的情况中,日本政府为 EPON 的部署提供了很多资金,它提供 100Mbps 服务。这种带宽在目前也许没有必要,但观察人士认为：对日本而言,在PON方面领先世界是很重要的。科胜讯公司的Namazi说：“在日本,‘我的比你的更快’这句话很有分量。包含了很强的自豪感。”英飞凌公司的 Hajimusa 指出：日本的一些用户在使用10Mbps ~ 15Mbps上行速率来玩互联网游戏。

　　NTT把PMC-Sierra公司通过收购Passave公司获得的IC作为其部署工作的基础。PMC-Sierra公司FTTH 产品线经理 Babak Samimi 说：“NTT 公司PON新用户的增加速度超过了日本DSL用户增加速度。”他声称：NTT公司每季度都会增加 40万~50万PON 用户。他还声称：到 2010 年,数量将达到 3000 万用户,而届时全球 PON 部署量将为 5000万~ 6000万。

　　NTT 公司把其网络的大部分都架空部署在公用电线杆上,而不是埋在地下。Verizon 公司部署的 BPON 同样如此。下降的元件价格和架空部署使 PON 成本下降。Samimi 说：向一位新用户部署服务可能仅需 600美元~ 700 美元。其他人报的数字略高于 1000 美元,但仍远低于几年前的每位用户 6500 美元的成本。但是,北美的许多社区不允许安装高架公用设备,因此限制了架空部署的好处。令人惊讶的是,架空光网络设备的维护费用比架空铜缆设备更低,并且更可靠。

　　尽管PMC-Sierra在日本取得了成功,但GPON的支持者们仍计划在亚洲努力推动GPON。据推测,NTT之所以选择EPON是因为它在当时可供利用,尽管作为IC供应商的PMC-Sierra一直是唯一的货源提供商。GPON的支持者们声称：EPON 标准留了一些选择余地,特别是在安全等领域,它们限制了各厂商的芯片之间的互操作性。BroadLight 等公司认为：GPON 互操作性对于最终赢得一部分日本市场,以及中国等地区的市场将是很关键的。

　　Samimi 反驳说：NTT 添加了安全规定,这使它的 EPON 适合于互操作性,并且中国也可以这么做。最近,中国举行了一次 EPON 互操作性测试。科胜讯同时参与GPON 和 EPON 市场,并参与了中国的一些测试。科胜讯的 Namazi 说：“我们已成功地与 EPON 界的一些公司实现了互操作。”

　　德州仪器公司 (TI) 尚未宣布参与 PON,但正在密切观察市场。该公司的 Eckles 认为：中国将侧重于低成本,并将最终选择这样一种技术——多家厂商展开竞争,并推动元件价格下降。

　　PON/DSL 混合网络

　　与此同时,混合网络将在全球与部署的 PON FTTH 竞争（图 2）。例如,部署的某个 FTTB 或 FTTN 也许连接至高层公寓楼等多住宅单元 (MDU) 的地下室。在建筑内部,VDSL2 可以通过现有铜线向用户提供链路。类似的FTTN开发项目将为各个家庭服务。例如,德国电信(Deutsche TeleKom)正在采用VDSL2 的方法,在德国的 10 座主要城市推广“三重演示”网络,北美的 AT&T 也在采取类似方法。与单纯的铜缆网络相比,各公司可能更多地是在这类混合网络中部署 VDSL2。

　　混合部署概念淘汰了视频覆盖网络（比如 Verizon 公司在其纯光学 BPON 中使用的网络）概念。如果 VDSL2 架设了通向用户的最终链路,则 IPTV 就是视频服务的唯一选择。

　　家庭内部设备的变化是另一个需要关注的趋势。正如 TI 公司的 Eckles 指出的那样：“电信公司的网络传统上是以线路对结束。电信公司现在希望把分界点转移到房屋中的 CPE。从有线电视业发展 DOCSIS（有线传输数据业务接口规范）的方式来看,该行业始终怀有这种概念。”科胜讯公司的 Namazi 同意上述观点。他说：“服务提供商们一直希望向消费者出售更多服务,但他们担心支持问题。”

　　Eckles 和 Namazi 都提到了电信公司转向住宅网关的计划。他们都看到服务提供商们向消费者提供一个盒子,它集成了 802.11 WLAN 技术或其它面向视频分配、VoIP 电话、以及其它服务的家庭联网技术。服务提供商也许会向消费者收取这类 CPE 的费用,但实际上,更多服务的提供将带来收入。

　　但是,这类计划会使服务提供商面临支持风险。不过 Namazi 表示：在 SoC（单片系统）上实施网关将减轻一些支持风险。他说：

220;紧密集成了各种特性的网关是你获得可接受的服务质量的唯一方式。”具备联网知识的消费者现在可以把家庭LAN和 VoIP 电话服务拼接起来。Namazi的观点是：厂商们基本上保证集成在住宅网关芯片中的各种功能将像消费者期望的那样发挥作用。

　　如同您预期的那样,CPE芯片厂商们正在向网关转移。TI公司早就在提供这类网关参考设计。最近,Broadcom、科胜讯、PMC-Sierra加入了这个市场。科胜讯推出了CX9461x IC,它配备ADSL2+ 调制解调器、集成式802.11a/b/g支持、VoIP特性。同时,PMC-Sierra公司的MSP7100网关平台包含了针对ADSL2+、VDSL2和 PON CPE 的模式,尽管这些芯片缺乏802.11支持（图3）。同样,Broadcom公司提供的BCM6358 没有集成802.11支持,但把它和新的Intensi-fi 802.11 芯片配对,该公司声称后者兼容802.11n草案。

　　耐心

　　在任何情况下,PON 和 VDSL2 市场中的参与者都将需要耐心地等待实现研发资金的回报。有希望涉足 GPON 的 AMCC（Applied Micro Circuits公司）正在研制一种基于 PowerPC的MAC（媒体存取控制器）芯片,目前提供一种物理层芯片。该公司传送技术部营销总监Neal Neslusan 说：“从我们开始一项计划,直到获得生产型零件,要花 18 个月到 3 年。然后,使自己的产品被用在其它公司的设计中,这又要花一两年时间。”Neslusan 并非是唯一在考虑长时间等待部署情况的人。例如,科胜讯公司的 Namazi 说：“中国正在修改加密规范。这使我相信离大规模部署还有一些距离。”

　　附文1：DOCSIS 在前进

　　乍一看,您也许会认为有线 MSO（多服务运营商）已解决了“三重演示”（语音、视频、数据）问题并可以数钱了。在有线电视仍占主导地位的北美,主要的参与者都在提供“三重演示”,其中包括高清电视和数字录像。但MSO在继续向其网络添加智能、把智能推向网络的更深处、提供更多高清电视节目时,将会遇到自己的问题。例如,CableLabs在公布新的 DOCSIS 有线服务接口规范传输数据2.0和3.0标准。

　　MSO行业已广泛部署了DOCSIS 1.1有线调制解调器,它们向较早产品添加了服务质量特性。下一步正在向DOCSIS 2.0发展,并增加对更快的上行数据速度（用于互联网游戏等应用）的支持。同时,DOCSIS 3.0将增加通道接合,由此使MSO能灵活地进一步提高上行和下行速度。

　　在有线调制解调器设计方面的最大趋势中,EMTA（嵌入式多媒体终端适配器）向传统的有线调制解调器功能增加了应用处理器和VoIP（互联网协议语音传输）支持,由此支持标准方式的语音通话。Broadcom和TI是有线调制解调器市场的领头羊,不过TI声称它在 EMTA 部署方面抢在了前面,而那些希望提供语音服务的MSO也在把这类部署作为目标。

　　TI 公司住宅网关营销总监 Kurt Eckles认为：随着DOCSIS遍及网络各处,宽带领域的有线电视方面将实现增长。他说：“对机顶盒中的 DOCSIS 功能的需求将推动有线电视的增长。”Eckles也认为：DSG（DOCSIS机顶网关）方案对于下一代的有条件接入将非常关键。

　　然而,前进中的一个大障碍是如何处理更多节目,具体而言,是更多的高清电视节目。正如电信公司转向 IPTV一样,MSO也能这么做。但是这个举动将使DOCSIS CableCard被废弃,至少在接收IPTV频道方面是这样。消费者可把 CableCard模块添加到电视机甚至Media PC中,以便集成在有线电视网络上的数字电视调谐功能。转换模拟频道是MSO添加数字频道的另一种方式。但是,转向IPTV或是减少模拟频道肯定会激怒某些用户。

　　附文2：PON 泛滥？

　　如果没有互相竞争的标准,我们的行业将会怎样？为什么我们应该期盼光网络领域出现不同事物？与 WLAN（无线LAN）标准和超宽带标准工作中的冲突一样,互相竞争的标准机构公布了不同版本的 PON（无源光网络）技术,而厂商们则在全球各地把它部署在不同情况中。下面是不同字母开头的 PON 版本的简介。

　　ITU-T（国际电信联盟电信标准化部门）标准 G.983 定义了 BPON（宽带 PON）。BPON 在很大程度上是 APON（异步传输模式 PON）的后续版,APON 仍然依靠 ATM 传输协议,但是数据速率更快。BPON 提供非对称服务,具有622Mbps 下行传输速度和

155Mbps 上行传输速度。

　　IEEE-802.3ah 标准定义了 EPON（以太网 PON）,及 GE-PON（千兆位以太网 PON）。正如名字暗示的那样,EPON,即最初一英里的以太网,承担本地以太网通信,并提供对称的 1Gbps 服务。

　　ITU-T标准G.984 定义了 GPON（千兆位PON）,它能支持多种第2层协议,其中包括ATM、TDM（时分复用）以及利用了该标准定义的GEM（通用封装方法）转换层的以太网协议。GPON提供非对称服务,下行传输速度为2.5Gbps,上行传输速度为1.25Gbps。

　　附文3：一些城市采用有源以太网

　　目前在北美部署的很多光网络是有源以太网交换网络形式。“有源”一词使这类网络有别于 PON（无源光网络）。与 PON（若干用户共享单一光纤段的带宽）不同的是,有源以太网更象典型的办公网络,其中的每个节点都连接至一个中央交换机

。并且,PON 依靠无源分配器向每位用户提供光纤引入口,而有源以太网需要为每位用户准备专用光纤。

　　毫无疑问,有源以太网在为每位用户提供的专用带宽大小方面比 PON 优越。但是,PON 的支持者认为：无源拓扑结构的部署会更便宜。PON 只需要在链路的服务提供商一方有一套光学器件,并且它的共享媒体光纤设备更简单。因此,全球的多数大型服务提供商目前都在推行某种 PON 技术。

　　有源以太网的支持者声称：由于光学器件价格已下降,两者之间的成本差别已缩小了很多。并且有源以太网在部署了 FTTH 的新住宅区、部署了 FTTH 网络的城市、甚至一些为与主要电信公司竞争而在部署 FTTH 网络的 CLEC（竞争性地方交换运营商）当中赢得了业务。

　　在小型住宅区和城市中,部署的有源以太网在为当地居民服务的同时还带来了收入。一个典型的城市允许一些第三方在 FTTH 网络上提供电话、视频、互联网服务,并且它会从这些第三方获取部分收入。在这种情况中,有源以太网对第三方服务提供商的吸引力比 PON 更大,这是因为它向每位用户提供了专用的、有保证的带宽。

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