超高速宽带网络的下一代接入技术

2024-01-30张凯

通信电源技术 2023年20期

张凯

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏南京 210019）

1 当前的宽带接入技术

1.1 光纤接入技术

光纤接入（Fiber To The x，FTTx）技术是将光纤网络延伸到各种用户终端的技术方式。其中的“x”可以是家庭、办公楼、街区或最终铜线等。光纤到户（Fiber To The Home，FTTH）直接将光纤网络延伸至用户家庭，覆盖整个网络并提供高速、稳定的宽带服务，满足高清视频、在线游戏和视频会议等大带宽需求。光纤到大楼（Fiber To The Building，FTTB）将光纤网络延伸至建筑物内的分配设备，透过其他传输媒介（如铜线或同轴电缆）向用户终端传输信号，适用于多户住宅楼和商业大楼，能够提供高速宽带接入与网络服务。光纤到路边（Fiber To The Curb，FTTC）将光纤网络延伸至街区分配设备（如路边分纤箱），然后通过铜线传输信号至用户终端。相对于FTTH 和FTTB，FTTC传输距离较短，且能够提供高带宽和高传输速度。光纤到节点（Fiber To The Node，FTTN）将光纤网络延伸至最后一段铜线，在街区节点设备后通过铜线传输信号至用户终端，适用于传输距离较短场景，能够提供相对较高的宽带和传输速度[1]。

1.2 光纤同轴混合网

在光纤同轴混合网中，光纤线路将信号传输至光节点，然后通过同轴电缆将信号传输至用户终端。光纤同轴混合网利用光纤传输信号的高带宽特性，能够提供较高的传输速度和较好的信号质量。同时，能够利用现有的同轴电缆网络基础设施，降低部署成本和维护成本。此外，光纤同轴混合网在传输上有一定的优势，但在高峰时段易出现拥塞，并且对于长距离传输存在信号衰减的问题。

1.3 非对称数字用户线路技术

非对称数字用户线路（Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL）技术是一种基于普通电话线（铜线）传输数据的宽带接入技术，采用不同的频段分离上行和下行信号，使得上行和下行速度不对称，下行速度通常比上行速度更快。这种不对称性适合于互联网应用中对下载速度需求较高的情况。ADSL 技术利用普通电话线路已有的基础设施，降低了铺设新的传输介质的成本。然而，该技术的速度受距离和线路质量的影响，且在多用户共享同一线路的情况下，带宽也可能受通信拥塞的影响。

1.4 无线接入技术

目前，常用的无线接入技术包括Wi-Fi、4G LTE和5G 等。Wi-Fi 是一种基于无线局域网技术，通过无线路由器和终端设备之间的无线通信网络提供本地区域内的宽带接入；4G LTE 和5G 是移动通信技术，通过无线基站和移动终端之间的无线通信提供移动宽带接入。无线接入技术具有灵活性和便利性的优势，用户可以通过移动设备随时随地连接互联网。然而，无线信号受到距离、障碍物和网络拥塞等因素的影响，可能导致速度变慢或连接不稳定[2]。

2 下一代接入技术的要求

2.1 更高的带宽

随着高清视频、虚拟现实、云计算以及物联网的普及，对带宽的需求不断增加。用户希望能够快速下载和上传大型文件，流畅地观看高质量的视频内容，并且同时连接多个设备进行高带宽的数据传输。下一代接入技术需要提供更高的带宽来满足这些需求。通过采用更高速的传输技术、更宽的信道和更高的频谱利用，下一代接入技术可以大幅增加数据传输的速度和容量，满足用户对高速数据传输的需求。

2.2 更低的延迟

延迟指数据从源端传输到目标端所需的时间，也被称为网络的响应时间。下一代接入技术需要降低延迟，以实现更好的用户体验。通过优化网络架构、改进传输协议和减少信号传输距离，下一代接入技术可以降低传输时延，提高数据的实时性。

2.3 更高的可靠性

用户对于网络中断或故障的容忍度越来越低，特别是对于关键应用和服务，如在线支付、远程工作和物联网设备的互联等。下一代接入技术可以通过采用冗余设计、故障自愈机制和网络监测技术，提供更强大的网络可靠性，降低服务中断和数据丢失风险。

2.4 更广的覆盖范围

下一代接入技术需要具备更广泛的覆盖范围，以满足用户在城市和农村地区的宽带需求。传统的接入技术在偏远地区覆盖不足，存在数字鸿沟。可以通过扩展网络基础设施、采用更高功率的无线信号传输、优化天线技术以及增加网络中继站等方式，提供更广泛的网络覆盖，实现全球范围内的高速宽带接入。

2.5 更高的安全性和隐私保护

下一代接入技术需要具备更高的安全性和隐私保护能力，以防止数据泄露或者防止遭受网络攻击和恶意行为。通过加密技术、身份验证机制、访问控制以及安全协议等手段，确保数据的安全传输和存储，并保护用户的个人隐私。

3 下一代接入技术的发展方向

3.1 光纤接入技术的进化

3.1.1 高密度波分复用技术

高密度波分复用技术是一种在光纤传输中实现多个波长复用和分离的技术。其利用不同波长的光信号在光纤中同时传输，从而实现光纤的高效利用和高带宽传输。通过增加波长的数量，提供更高的数据传输容量和更快的传输速度，满足日益增长的宽带需求。

3.1.2 全光网络技术

全光网络技术通过使用光分配器和光纤传输技术，将光信号从中心办公室传输至多个用户终端，实现共享带宽和高速接入。全光网络技术具有高带宽、长传输距离和灵活部署等优势，可以满足用户对高速宽带的需求。同时，全光网络技术采用被动光纤元件，无须电力供应和主动设备，减少能耗和维护成本。

3.1.3 无源光网络技术

无源光网络是一种光纤接入技术，广泛用于FTTx 的部署，通过使用光分配器，允许多个用户共享单一的光纤连接。无源光网络技术有多种变种，如吉比特无源光网络（Gigabit Passive Optical Network，GPON）和以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON），能够提供不同的带宽和性能选项，以满足不同的需求。

3.2 5G 和无线接入技术的演进

3.2.1 5G 新空口技术

5G 新空口技术是指在5G 网络中引入的一种新的无线接入技术。其中，NR-U 是一种针对未授权频谱的5G 新空口技术，允许5G 设备在未授权频段中进行通信。通过灵活的频谱利用和更高的频谱效率，提供了更高的带宽和更低的延迟，为用户提供更快速、可靠的无线接入体验[3]。

3.2.2 毫米波频段的利用

毫米波频段指高频率范围（30 ～300 GHz）的无线电频谱。这个频段具有更大的带宽，可以提供更高的数据传输速度。在无线接入技术的演进中，利用毫米波频段进行数据传输已经成为一个重要的发展方向。通过使用天线阵列和波束赋形技术，可以实现毫米波信号的定向传输和接收，增加信号的传输距离与覆盖范围。此外，毫米波频段的利用为无线宽带接入提供了更高的带宽和更快的数据速率，满足了大容量和高速率的数据传输需求。

3.2.3 蜂窝网络的增强和密集化部署

在下一代接入技术中，蜂窝网络的增强和密集化部署是一项重要的发展方向。通过增加基站的数量、改进网络架构和优化频谱资源的利用，可以实现更高的网络容量和覆盖范围。此外，利用小型基站、中继站和无线中继技术，可以提高信号的传输质量和覆盖深度，弥补传统蜂窝网络在高密度人口区域和室内环境中的覆盖不足。

3.3 混合接入技术的应用

3.3.1 软件定义广域网技术

软件定义广域网（Software Defined Wide Area Network，SD-WAN）是一种通过软件定义和虚拟化技术来优化广域网连接的方法。这种混合接入技术通过集成多种网络连接，如传统的多协议标签交换（Multi Protocol Label Switching，，MPLS）、互联网和4G/5G 等，实现更灵活、可靠和高性能的广域网连接。

3.3.2 多接入边缘计算技术

多接入边缘计算技术结合了边缘计算和多接入技术，旨在更好地满足低延迟和高可靠性的应用需求。通过在网络边缘部署计算资源，将应用和服务更靠近用户或设备，减少数据传输的延迟。多接入边缘计算技术可以利用不同的接入技术，如光纤、5G 和Wi-Fi 等，构建灵活而高效的边缘计算环境，适用于各种物联网、智能城市和工业自动化场景等。

3.3.3 多接入技术的融合

多接入技术的融合是指将不同的接入技术整合在一起，以提供更全面、更灵活的宽带接入服务。可以提供更高的带宽和更广的覆盖范围，同时兼顾不同地区和用户的特殊需求，在偏远地区、移动通信和多样化应用场景中具有重要的意义，能够满足不同用户群体的需求[4]。