（电磁场与微波技术专业论文）adsl2技术研究及其在ip+dslam上的实现.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成采。尽我所知，除了文中特别加以标注和致澍中所罗列 的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也 不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了瞬确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：一季岱基巫 日期： 驰：圭。理 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了躺北京邮电大学有关保留和使用学位论文 能规定，却：褫究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北 京邮电大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全 部或部分内容，可以允许采尾影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学立论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权 二滓。菲保密论文注释：本学位论文不属于傈罾范围，适用本授权书 本人签名： 尘型墨垒西期： 塑：! ：璧一 导师签名： 缮挚参彳：日期：函嚼0 名二# 乒 北京邮电大学硕士毕业论文 a d s l 2 + 技术研究及其在i pd s l a m 上的实现 摘要 接入网技术在最近几年发展迅速，尤其是宽带接入的发展。基于 不同的接入网环境出现了多种宽带接入技术，a d s l 是在传统电信网络 中通过电话线提供上下行非对称的数据传输的技术，是应用最为广泛 的宽带接入技术之一。a d s l 2 + 技术是对a d s l 2 的扩展，它增加了许多 新的功能，性能也有很大改善。在电信网中实现a d s l 2 + 接入的优势 在于：能在和a d s l 兼容的基础上提供更高的接入速率、更远的传输距 离和更好的传输性能，并且无需对原有的电信网络结构进行改造，网 络建设成本较低。因此a d s l 2 + 技术具有光明的应用前景。宽带接入 网的发展离不开数字用户线路接入复用器( d s l a m ) 设备的发展。作 为a d s l 接入系统中最关键的设备，d s l a m 从a t md s l a m 向i pd s l a m 发展 是一种必然趋势。 论文对接入网的概念、发展演进以及宽带接入网的发展趋势等作 了介绍。然后深入探讨了x d s l a d s l 2 a d s l 2 + 和d s l a m 技术，重点阐 述了a d s l 2 + 的工作原理、系统结构、发展优势等以及i pd s l a m 设备 的基本功能、结构、内部模块。在分析g l o b e s p a na d s l 2 a f d s l 2 + 套 片( 包括硬件结构、软件特性和接口) 的基础上，提出了a d s l 2 + 接 入在工pd s l a m 上的具体实现方案，包括总体设计目标、数据库结构设 计、接入模块的任务详细设计、故障诊断接口的设计等。最后论文还 设计了工pd s l a m 设备有关a d s l 2 + 的一种测试方案。 关键词：宽带接入a d s la d s l 2a d s l 2 + d s l a mv x w o r k s - h ar e s e a r c h0 n a d s l 2 + t e c h n o l o g ya n d 硼阿e i m p l e m e n t a t i o n0 fa d s l 2 + i ni p d s l a m a b s t r a c t a c c e s sn e t w o r kl e c h n 0 1 0 9 i e se s p e c i a l l vf b rw i d e b a n da c c e s s n e t w o r kh a v eb e e nd e v e l o p i n gq u i c l ( 1 yi nr e c e n ty e a r s v a f i o u s w i d e b a n da c c e s sn e t w o r kt e c h n o l o g i e sh a v eb e e nr e p o r t e d ，w h i c ha r e d e s i g n e df 6 rd i f ! i e r e n ta c c e s sn e t w o r ke n v i r o n m e n t a d s li so n eo ft h e m o s tp o p u l a ra c c e s sn e t w o r kt e c h n o j o g i e sa n di tc a np r o v i d eu p d o w n a s v m m e t r i cd a t at r a n s m i s s i o ni nt h et r a d i t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k s e x t e n d e d 打o ma d s l 2t e c h n o l o g y ，a d s l 2 + b o a s t so fm o r e n e wf u n c t i o n sa n dh i g h e rp e r f b r m a n c e s t h ei m p l e m e n t a t i o no fa d s l 2 + i nt e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k sc a no f f 色rq u i c k e ra c c e s ss p e e da n dl o n g e r t r a n s m i s s i o nd i s t a n c ea n db e t t e rt r a n s m i s s i o np e 南r m a n c e s i ti sn o t n e c e s s a r vt oa l t e rf 6 册e rt e l e c o m m u n i c a t i o nn e 帆o r k ss t r u c t u r e sa n dt h e c o s to fn e t w o r kc o n s t r u c t i o ni sv e r y1 0 w ，s oa d s l 2 + h a sab r i g h t a p p l i c a t i o nf u t u r e t h ed e v e l o p m e n to fw i d e - b a n da c c e s sn e t w o r k d e p e n d so nt h ed e v e l o p m e n to fd s l a m a st h em o s tp i v o t a le q u i p m e n t i nt h ea d s la c c e s ss v s t e m t h et r a n s l a t i o no fd s i 。a mf r o ma t m d s ia mt oi pd s l ，a mi so n ei n e v i t a b l et e n d e n c v t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ec o n c e p to fa c c e s sn e t w o r k ，“s e v o l u t i o nt r a c k sa n dt h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fw i d e b a n da c c e s s n e t w o r k t h e nt h ep a p e rd i s c u s s e st h ex d s l a d s l 2 a d s l 2 + a n d d s i 冬。mt e c h n o l o g i e s ，e s p e c i a l l yt h eo p e r a t i o np r i n c i p l e ，t h es y s t e m s t m c t u r ea n dt h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fa d s l 2 + ，a sw e l la st h e f u n d a m e n t a lf u n c t i o n s ，t h es v s t e ms t r u c t u r ea n di n n e rm o d u l e so fi p 一2 一 d s i 。a m b a s e do nt h er e s e a r c ha b o v e ，t h ep a p e rp r o v i d e sad e t a i l e d s c h e m eo ft h ei i n p l e m e n t a t i o no fa d s l 2 + i nd s l 铷m c o r r e s p o n d i n g k e yf a c t o r s ，e g t h ed e s i g np r i n c i p l e ，t h eh a r d w a r es t m c t u r ea n d t h e s o r w a r es y s t e ms t m c t u r e ，a r eo u t l i n e d f u r t h e r ，| at e s t i n gm e t h o do f d s l a m r e f e r r i n gt oa d s l 2 + i sd e s i g n e d k e yw o r d s ： w i d e _ b a n da c c e s sa d s la d s l 2a d s l 2 + d s i 。a mv x w o r k s - 3 一 北京邮电大学硕士毕业论文 第一章绪论 1 1 接入网技术概述 接入网是近几年电信技术领域中出现的一个新概念n 1 。过去电信网所提供的 业务主要是比较单一的电话通信，其技术比较简单。随着信息技术的进步，电信 网正朝着数字化、宽带化、智能化和综合化方向发展，程控交换、光纤、卫星、 数字微波、s d h 、w d m 、a t m 等大量技术的采用已经使得电信网发生了质的变化， 电信业务种类越来越多，信道带宽越来越宽，质量和可靠性越来越高；而约占整 个通信网投资5 0 以上的本地用户网的发展却滞后于核心网，且已明显不能满 足电信网的发展要求。用户网中以双绞铜缆线对占主导地位的传输设施现状直接 影响了电信网所提供业务的容量、质量、速率、成本以及网络资源的开发利用， 从而成为制约全电信网发展的“瓶颈”。为此，国际电信联盟( i t u t ) 正式提 出用户接入网的概念，并在g 9 0 2 中对接入网的结构、功能、接入类型、管理等 方面进行了阐述。 接入网( a n ) 是由业务节点接口( s n i ) 和相关用户网络接口( u n i ) 之间 的一系列传送实体( 诸如线路设施和传输设施) 所组成的为传送电信业务提供所 需传送能力的实施系统，可通过q 。接口进行配置和管理。一般来说接入网可以 认为是网络侧v ( 或z ) 参考点与用户测t ( 或z ) 参考点之间机线设备的总和。 接入网是一个适用于各种业务和技术、有严格规定并从较高的功能角度描述的网 络概念，主要完成交叉连接、复用和传输功能，但一般不含交换功能。 c p n ：用户驻地网u n i ：用户网络接口s n i ：业务节点接口 图1 1 接入网在公用电信网中的位置 接入网作为通信网中与用户相连的最后一段网络，已成为目前网络技术的一 大热点。它主要解决如何将图像、数据、语音等多种业务综合传送到用户的问题。 接入网在电信网中占有重要位置，不仅投资大，而且与当前及未来业务的发展及 网络资源的配置利用有密切的关系。接入网的出现使整个电信网络的发展更加合 理，网络资源的利用更加充分，同时也为不断出现的电信新业务奠定了技术基础。 6 一 北京邮电大学硕士毕业论文 接入网建设最敏感的是成本，这是因为在接入网中网络资源设备的共享性远低于 核心网络，有些适用于骨干网和城域网的技术并不一定适用于接入网。为了降低 接入网的成本，需要实现业务交换节点与业务接入点分离，接入网的概念也是由 此产生的。 1 2 接入网的发展演进 整个宽带通信网可分为三个部分：宽带传输网、宽带交换网和宽带接入网。 宽带传输网主要是以s d h 为基础的大容量光纤网络，宽带交换网是采用a t m 技术的 综合业务数字网。随着s d h 技术的大规模推进和a t m 技术的发展，主干网已大步迈 向宽带化和数字化。相比起来，原来模拟的、窄带用户环路就成了整个通信网络 发展的一大障碍，因此宽带接入技术的研究和宽带接入网络的实现成了当前通信 领域的一大热点。另一方面，信息社会中人们对高速数据通信、高质量视频通信 以及多媒体业务提出了需求，因此必须建设能传送多种业务的宽带接入网络。 目前接入网技术发展非常之快，出现了各种接入技术。从电路层上看，有电 路交换模式、分组交换模式、a t m 交换模式和i p 交换模式；从通道层上看，有 p d h 、s d h 、筒r m 等；从传输层和物理媒介上看，有无线接入、电话铜线接入、 同轴电缆及光纤接入等。对于各种接入技术，不可能绝对地比较出哪个好哪个差， 对于不同的国情、不同的应用场合应比较各种技术的优缺点，灵活选择。目前世 界各地所采用的接入技术不尽相同，但总的来说，目前实际应用于宽带网络中的、 提供宽带业务的宽带接入网络主要有以下几种： 1 ) 光纤接入网 纯光纤网指光纤直接连接到用户，中问没有其他传输媒质的应用场合，也 可划分为光纤到办公室( f r r o ) 、光纤到户( 删) 。 光纤是目前传输带宽最大的介质，在主干网中已大量采用光纤。如果将光 纤应用到用户环中，就能满足将来各种宽带业务的需要。可以说，光纤接入是宽 带接入的发展方向和最终解决方案。但是，由于光纤和光设备价格昂贵，目前要 完全抛弃现有的用户网络而全部重新铺设光纤，对于大多数国家和地区来说都是 不经济、不现实的。 2 ) 和光纤双绞线铜缆网 这种混和方案结合应用铜缆和光纤，使他们发挥各自特长。在提供新用户线 方面，其经济性已经可以与纯双绞线铜缆相比。传统的电话运营公司在修复一定 规模的铜缆接入网时会越来越多地采用这种方案，而新的竞争者则也很可能采用 这种方案来提供新的用户线。光纤到路边( f 1 t c ) 和光纤到远端( 勰) 都属 于这种方案，交换式数字图像( s d v ) 业务也是以这种方案为基础的。特别是由 一7 一 北京邮电大学硕士毕业论文 f r c 与v d s l 相结合的方案提供了一种现实经济的宽带接入手段。可以认为混和 光纤双绞线铜缆网是铜缆网向未来的纯光纤接入网过渡的理想方案之一。 3 ) 混和光纤同轴电缆网( h f c ) 同轴也是一种带宽较大的传输媒质，目前的有线电视网( q t v ) 就是一种 混和光纤同轴网络，主干部分利用光纤，用同轴经分支器接入各家各户。h f c 这种混和方案是由c a ，网演变而来，是一种新型的接入网技术。h f c 采用正交 幅度调制( q a m ) 、残留边带调制( v s b ) 以及正交相位键控( q p s k ) 等技术， 可以在较窄的频带内传送较多的数字视频节目，不仅能提供窄带电话业务，也能 提供宽带图形业务，其经济性较好，尤其是在交互式图像业务的普及率不太高时 很有吸引力。混和光纤同轴( h f c ) 接入技术的一大优点是可以利用现有的 c - 6 d v 网，从而降低网络成本。但由于原有的有线电视只提供广播类业务，所以 许多有线电视网络是单向网络，使得这种技术的双向通信受到限制，且由于h f c 采用基础技术是模拟频分复用技术，使得这种技术的模拟特征明显。 4 ) 纯双绞线铜缆接入网 铜线接入以现有的电话线为传输媒质，利用各种先进的调制技术和数字信号 处理技术来提高铜线的传输效率和距离。但是铜线的传输带宽毕竟有限，铜线方 式的传输速率和传输距离一直是一对难以调和的矛盾，从长远的观点看，铜线接 入方式很难适应宽带业务发展的需要。目前的经济比较结果表明，对于较短或较“： 少的用户线需求，双绞线铜缆仍然是最经济的。新的铜缆用户线技术( h d s l 、! a d s l 和v d s l 等) 的出现和应用也在一定程度上延缓了双绞线铜缆网的技术寿 命。 5 ) 无线接入网 无线接入是指从公用电信网的交换节点到用户驻地网或用户终端之间的全 部或部分传输设施，采用无线接入的接入技术。无线接入网又称为无线本地环路 ( w l l ) ，是指利用无线技术为固定用户或移动用户提供电信业务，因此无线 接入可分为固定无线接入和移动无线接入。采用无线技术有微波、卫星等。无线 接入的优点有：初期投资小，能迅速提供业务，不需要铺设线路，因而可以省去 铺线的大量费用和时间；灵活，可随时按需进行变更、扩容，抗灾性强。无线 接入也有许多缺点，如性能不如有线接入方式，质量不稳定，受环境影响大，目 前还难以提供宽带接入。 1 3 宽带接入网发展趋势 进入2 l 世纪以来，全球宽带接入网进入了大发展阶段。到2 0 0 4 年底，总用 户数已经达到了1 5 亿，成为电信史上发展最快的电信业务之一，甚至比移动业 一8 一 北京邮电大学硕士毕业论文 务还快。例如全球移动业务从l 0 0 0 万发展到1 亿花了5 5 年，而宽带接入业务 仅用了3 5 年。按照i d c 的预测，2 0 0 7 年全球宽带总用户可以达到2 0 9 亿，其 中9 9 ，即大约2 0 0 0 万用户为光纤接入网。 我国宽带接入网在近两年发展也十分迅速，据初步统计，到2 0 0 4 年底我国 宽带用户为2 5 0 0 万，成为仅次于美国的第二大宽带接入市场，其中主导技术是 a d s l 2 1 ，大约占7 0 左右，其次是以太网技术，还有少量宽带无线接入和电缆 调制解调器接入，对于f t t h 技术还处在跟踪阶段，少数发达城市也已经在开始 考虑和试验各种删技术。 根据业务本身特点及对承载网络的要求不同，可以将宽带业务分为两类：互 联网业务和n g n 业务。互联网业务就是普通的上网业务，包括目前常见的各种应 用，其对网络的基本要求是尽力而为，但差异化要求也逐渐凸现。而n g n 则是定 位于下一代的电信网络，用于承载各种电信业务，就目前的语音与视频业务而言， 要求i p 承载网能够提供电信级别的q o s 与安全。不同的宽带业务遇到的问题不 同，对网络的要求也不同。基于以上的分析，未来宽带接入网应提供以下支持能 力。 一是高带宽。从业务发展现状来看，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速 成为迫切需求，每用户至少需要1 0 m b i t s 带宽。但是，带宽永远没有够的时候。 二是全业务。基于各种传统网络技术的业务接入逐步走向融合，要求在一个 接入网内实现专线v p n 、s t r e a mv i d e o v o d 、v i d e op h o n e v o i p 、h s 认( 高 速互联网接入) 等，这不仅要求接入网络能够实现各种接入技术，更需要一个有 机的平台能够很好地承载各类业务，并保证业务质量。目前，综合宽带接入平台 大力发展，正体现了这种趋势。 三是与n g n 无缝融合。n g n 是网络的发展趋势，宽带接入网的发展必须实 现对n g n 支持。n g n 要求提供电信级的服务，既要求承载网络提供严格的q o s 保障，也要求宽带接入网提供与n g n 核心网配套的电信级接入能力。 四是光纤化。光纤布线发展的最根本原因在于能够提供近乎无限的带宽，因 此是个必然的趋势，但有一个渐进的过程，如从f 1 r c ( f i b e r + x d s l ) 一n e a r 册一删。目前，p o n 技术成为接入层光纤网络发展的热点技术。 五是无线化及移动化。无线及移动提供了接入方便性。根据场合的不同，对 无线移动的技术要求也不同，相应技术对业务的支持能力也不同。h s d p a 、 w i m a x 成为最新的热门话题。 六是扁平化网络架构。网络结构扁平化，简单，清晰，扩展方便。接入模块 尽量靠近用户，保障带宽。这个要求与全网的扁平化要求相一致。 - 9 - 北京邮电大学硕士毕业论文 第二章x d s l a d s l 2 a d s l 2 + 技术 2 1x d s l 系列简述及原理 所有类型的数字用户环路( d s l d 西t a ls u b s c r i b e rl j n e ) 技术，是人们为 了满足宽带业务的发展而提出的，其中，a d s l 是重要的一种。同时也存在其他 的方法，包括直接广播卫星、m m d s l m d s 无线c 朋系统、用于有线电视系 统的电缆m o d e m 以及i s d n ( 较早的d s l ，两个b 信道，每个6 4 k b i 帕，一个d 信道，1 6 k b i t s ) 。x d s l 技术对比以上这些技术具有更多的优点和更少的缺点。 x d s l 玛1 技术的核心是利用各种先进的调制解调技术和数字信号处理技术使 得能在普通的电话线上传输高速的数字业务。现存的用户环路主要由非屏蔽双绞 线( u t p ) 组成。u t p 对信号的衰减主要与传输距离和信号的频率有关，如果信 号传输超过一定的距离，信号的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a d s l h l j l 生能的主要因素。a d s l 通过不对称传输，利用频分复用技术( 或回波抵消技术) 使上、下行信道分开来 减小串音的影响，从而实现信号的高速传送。 为了可以利用多个信道，a d s l m o d e m 采用两种方式划分可以利用的电话线 路的带宽：f d m 技术( f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 或回波抵消技术( e c h o c a n c e l l a t i o n ) 技术。f d m 方式将频带划分为上行部分和下行部分，下行通道在被 时分复用( t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 为一个或多个高速信道和低速信道；而 上行通道电会被复用为相应的低速信道。回波抵消技术( e c h oc a n c e l l a t i 咖) 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 以有效地分开上、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。 衰减和串音是决定a d s l 性能的两项标准损伤。传输速率越高，它们对信号 的影响也越大，因此a d s l 的有效传输距离随着传输速率的提高而缩短。 下面我们来简单介绍一下x d s l 系列。 一1o 北京邮电大学硕士毕业论文 表2 1 名称含义传输速率模式使用线对情况 h d s l h d s l 2高速数据d s l1 5 4 4 m b i t s对称使用2 线对 2 0 4 8 n m i t s对称使用2 线对 s d s l单线对d s l7 6 8 k b i t s对称使用1 线对 a d s l非对称d s l1 5 8 m b i “s下行使用1 线对 1 6 6 4 0 k b i t s 上行 r a d s l自适应速率1 5 8 m b i t s下行使用l 线对 d s l1 6 6 4 0 k b i t s 上行能够速率适配 v d s l甚高速d s l1 3 5 2 m b i “s 下行数据传输速率 1 5 6 0 m b i t s上行 高，距离 1 0 0 0 4 5 0 0 英 尺 h d s i - 一高速数字用户线。它主要采用高速自适应数字信号处理技术来均 衡全部频段上的线路损耗，消除杂音和串音，借助于每对线上的回波抵消器和混 和线圈，在普通用户电话线上实现高速数据传输。h d s l 的线路编码有两种类型： 2 8 1 q 码和c a p 码。a n s i 将2 8 1 q 定义为h d s l 的标准编码技术。但也有不少 公司生产c a p 码的h d s l 产品。从调制技术上看，q 廿码比2 8 1 q 码先进，但 它的抗干扰能力比2 8 1 q 差。在线路质量较好的应用中，采用q 廿码的h d s l 方案将有更优的性能，但在一捆用户线中，采用c a p 码的h d s l 较容易受到其 它线上信号的干扰。 s d s i - _ 一对称数字用户线。s d s l 使用一对铜双绞线对在上、下行方向上 实现e 1 厂r 1 传输速率的技术，是h d s l 的一个分支。它采用2 8 1 q 线路编码，上 行与下行速率相同，传输速率由几百k b s 到2 m b s ，传输距离可达3 公里左右。 a d s i - 一非对称数字用户线。它利用现有的一对电话铜线，为用户提供上、 下行非对称的传输速率。a d s l 是在普通电话线上传输高速数字信号的技术，通 过采用新的技术在普通电话线上利用原来没有使用的传输特性，在不影响原有语 音信号的基础上，扩展了电话线路的功能。虽然传统的m o d e m 也是使用电话 线传输的，但它只使用了o k 一4 k h z 的低频段，而电话线理论上有接近2 m h z 的 带宽，a d s l 正是使用了2 6 z 以后的高频带才能提供如此高的速度。具体工 作流程是：经a d s lm o d e m 编码后的信号通过电话线传到电话局后在通过一个 信号识别分离器，如果是语音信号就传到交换机上，如果是数字信号就接入 h l t e m e t 。 1 ) a d s l 系统的接入方式和接入模型： 图2 1 为a d s l 系统连接方式的功能模块图。 北京邮电大学硕士毕业论文 图2 1a d s l 系统连接方式的功能模块图 s e e r ：应用服务器 i n t e r n e t ：i p 互联网 c o r en e 呐o r k ：骨干网络( 一般为a t m 骨干网) a d s l ：在局端的部分为a d s l 局端设备，在用户端的为a d s l 用户端设备 e x i s t i n gc o p p e r ：连接用户端和局端的普通双绞铜线 a d s l 的接入模型主要有中央交换局端模块和远端模块组成。 图2 2 为接入模型。中央交换局端模块包括在中心位置的a d s l m o d e m 和接 入多路复合系统，处于中心位置的a d s lm o d e m 被称为御m c ( a d s l n a n s m i s s i o nu n i t c e n t r a l ) 。接入多路复合系统中心m o d e m 通常被组合成一个 被称作接入节点，也被作”d s i a m ”( d s l a c c e s sm u l t i p l e x e r ) 。远端模块由用户 a d s l m o d e m 和滤波器组成，用户端a d s l m o d e m 通常被称为a t u r ( a d s l 1 1 r a n s m i s s i o nu n i t r e 瑚o t e ) 。 接 电话机 个人计算机 t 图2 2a d s l 用户在用户端的设备连接图 2 ) a d s l 的调制和解调技术 目前被广泛采用的a d s l 调制技术有3 种：q a m ( q u a d a t u r ea m p l i t u d e m o d u l a t i o n ) 、c a p ( c a r r i e r l e s s a m p l i t u d e p h a s e m o d u l a t i o n ) 、d m t ( d i s c r e t e 一12 北京邮电大学硕士毕业论文 m u l t i t o n e ) ，其中dmt 调制技术被ansi 标准化小组t 1 e 1 4 制订的国家标准 所采用。但由于此项标准推出时间不长，目前仍有相当数量的a d s l 产品采用 q a m 或c a p 调制技术。 a ) q a m 调制技术 q a m 调制器的原理图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。与其它调制技 术相比，q a m 编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。 o oooo ooo o oo o o ooo o r l 图2 31 6 0 a m 调制原理图 如图2 3 示，在1 6 一q a m 的q a m 调制中，2b i t s 被编码表示相位的变化， 另外2b i t s 被用来表示幅度的变化，所以用了4b i t s 来表示。q a m 用于a d s l 的主要问题是如何适应不同电话线路之间性能较大的差异性。要取得较为理想的 工作特性，q a m 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，q a m 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q a m 的a d s l 系统的复杂性主要来自于它的自适应均衡器。 b ) c a p 调制技术( c a r r i e r l e s sa m p l i t u d em o d u l a t i o i l p h a s em o d u l a t i o n ) c a p 调制技术是以q a m 调制技术为基础发展而来的，可以说它是q 舢v i 技 术的一个变种，其调制器原理如下：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 c a p 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。 c a p 技术用于a d s l 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 过使用近端音串音抵消器或近端串音均衡器来解决这一一问题。 c ) d m t 调制技术 d m t 调制技术的主要原理是将频带( 0 一1 1 0 4 m h z ) 分割为2 5 6 个由频率指 示的j 下交子信道( 每个子信道占用4 l 讯z 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t c m 编码后再进行5 1 2 点离散傅利叶反变换( i d f t ) 一1 3 北京邮电大学硕士毕业论文 将信号变换到时域，这时比特块将转换成2 5 6 个q a m 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( d a ) 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。 e n e r g y - - i ，一 、 l l 珥q a 珥q a h，6 q a 圳珥q a 珥q 船 2 p s ke 口 墨t a o f 托q u e n c y 1 m h z 图2 4d m t 调制技术的买例 在图2 4 中，lm h z 的带宽被分段为2 5 6 个4l z 的子频带每个子频带 在发送端用s i n g l e c a r r i e r 调制技术调制，在接收端则接收各子频带并将其2 5 6 路 载波整合解调制。由于美国的a d s l 国家标准( t 1 4 1 3 ) 推荐使用d m t 技术，所以 在今后几年中，将会有越越多a d s l 调制解调器采用d m t 技术。 3 ) a d s l 技术特点： a ) 具有很高的传输速率下行8 m b i t s 上行6 4 0 k b i t s 为普通拨号m o d e m 的 百倍以上。 b ) 上网和打电话互不干扰a d s l 数据信号和电话音频信号以频分复用原理 调制于各自频段互不干扰。用户上网的同时可以使用电话，避免了拨号上网的烦 恼。 c ) 独享带宽安全可靠c a b l em o d e m 下行虽然可达到2 0 m b i t s ，但由于是一 种粗糙的总线型广播网络，结点下的几千上万用户挣抢2 0 m b i t s 的带宽，其效 果就可想而知了：更为严重的是由于总线型网络先天的广播特性，造成了信息传 输的不安全性。a d s l 利用中国电信深入千家万户的电话网络，先天形成星型结 构的网络拓扑构造，骨干网络采用中国电信遍布全城全国的光纤传输，各结点采 用a t m 宽带交换机处理交换信息，独享8 m b i t s 带宽，信息传递快速可靠安全。 d ) 费用低廉虽然电话线同时传递电话语音和数据，但数据并不通过电话交 换机，因此您不用拨号，一直在线，属于专线上网方式。这意味着使用a d s l 上 网不需要缴纳拨号上网的电话费用，为用户省下一笔资金。 一1 4 北京邮电大学硕士毕业论文 e ) 安装快捷方便在现有电话线上安装a d s l ，只需在用户侧安装一台a d s l m o d e m ( 一本牛津字典大小) 和一只电话分离器( 一块香皂大小) ，用户线路不 用改动，极其方便。 2 2a d s l 2 技术 2 2 1a d s l 2 标准简介 2 0 0 2 年7 月，u 公布了a d s l 的两个新标准( g 9 9 2 3 和g 9 9 2 4 ) ，也就是所 谓的a d s l 2 。2 0 0 3 年3 月，在第一代a d s l 标准的基础上，i t u 制定了g 9 9 2 5 ，也 就是a d s l 2 p l u s ，或叫a d s l 2 + 。新一代的a d s l 对于用户来说更友好，对于载 体也更适合，同时还拥有许多新的特性与新的功能，可以预计在未来的1 0 年内， a d s 嘴会更加成功。这些新的特性和功能将进一步提高网络的性能和协同工作 能力，添加对新的应用、服务以及特殊用途的支持。其中包括数据率的提高，速 率的适应性，诊断等。比如在下行方面，a d s l 2 + 巧1 在5 0 0 0 英尺的距离上达到 了2 0 m b i t s 的速率，是原来的两倍。并且a d s l 2 + 和a d s l 2 也保证了向下兼容。 a d s l 2 是在第一代a d s l 的基础上发展起来的，a d s l 2 标准g 9 9 2 3 于2 0 0 2 年6 月通过。其下行频谱与第一代a d s l 相同，由于采用了新的编码技术，理论上其 最高下行速率可以达到1 2 m b i t s ，最高上行速率可以达到1 2 m b i t s 左右。 a d s l 2 的协议模型在物理媒质之上分为三个子层：传送协议相关汇聚子层 ( t p s t c ) 、物理媒质相关汇聚子层( p m s t c ) 、物理媒质子层( p m d ) 。 1 ) t p s t c 子层：这一子层提供对上层传送协议的适配功能，包括s t m 、a t m 和p t m ( 分组传送模式) 三种模式，主要功能有速率适配、帧定界、错误监视等。 该子层只与上层协议相关而与物理媒质上的信号特性无关。 2 ) p m s t c 子层：这一子层用于加强a d s l 数据流在物理媒质上的传送能力， 主要包括帧同步、扰码、前向纠错、交织等功能。该子层只与物理媒质相关而与 应用( 上层协议) 无关。 3 ) m d 子层：这一子层的规定包括发送信号的电气特性、编码、调制、双 工方式等。 2 2 2a d s l 2 的主要技术参数及与a d s l 的比较 1 ) 速率和达到的性能 在存在窄带干扰的情况下，a d s l 2 可以提高速率，在长距离上达到比a d s l 更优的性能。a d s l 2 下行达到1 2 m b i t s ，上行达到l m b i t s 的速率。为达到这一点， a d s l 2 采取了更为有效的调制，减少帧的开销，采取更高的编码增益，提高初 - 15 北京邮电大学硕士毕业论文 始化状态机的性能，采取增强性的信号处理算法。结果是a d s l 2 给所有符合标 准的设备提供了更高的性能。 a d s l 2 采用四维、1 6 态的格状编码和l b i t 的q a m 的星座图。这使得在a n r 较低的情况下线路也能获取高的速率。并且，基于接收机的音频重排使得接收机 可以扩展由于a m 射电干扰产生的不确定的噪音，而从v i t e r b i 解码器获得更好的 增益。 a d s l 2 系统减少帧的开销是通过给帧一个可编程的开销比特数。因此，不 像第一代的a d s u 际准每3 2 k b i t s 的实际载荷的开销是固定的，而在a d s l 2 中，能 够从4 k b i t s 到3 2 k b i t s 编程。 在第一代a d s l 系统中，长距离上的数据速率是很低的( 大概是1 2 8 k b i t s ) ， 一个固定的3 2 k b i t s ( 总的数据速率的2 5 ) ，而在a d s l 2 系统中，开销的数据速 率可以减少到4 k b i t s ，这就使得有效载荷的速率增加了2 8 k b i t s 。 在长距离线上的速率比较低的时候，a d s l 2 从r s 编码中获得更高的编码增 益。这是由于在构成r s 码子的时候，a d s l 2 成帧器提供了更多的可选择性和可 编程性。同时，初始化状态机大大地提高了a d s l 2 系统的数据速率。比如，在 线路两端的能量减小，减小了回声和串话。通过接收机对控制音的定位的处理， 目的是避免信道由于a m 通信造成的窄带干扰和桥接信号产生的信道失效。 通过接收机和发射机对确定的关键字的初始状态的控制，目的在于可以优化 接收机和发射机信号处理功能的训练。通过接收机对用来初始化信息的载体的确 定是为了避免由于a m 通信造成的窄带干扰和桥接信号产生的信道失效。在接收机 训练时间内信道识别方面的改进等同于在信道发现和发射机训练相位初始化时 的频谱修整。 在初始化中的音频抑制取消了r f i 。和第一代a d s 目比，a d s l 2 所达到的 速率，在较长距离的电话线上，a d s l 2 将在上行和下行线路上提供5 0 k b i t s 的速 率增量。这使得增加了传输的距离6 0 0 英尺，也就是增加了覆盖面积的6 ，大约 2 5 平方公里。 2 ) 诊断 在a d s l 应用中，如何实时地确定问题的所在是一个巨大的挑战。为解决这 个问题，a d s l 2 + 传送器增强了诊断工具。这些工具提供了在安装时解决问题 的方案，以及在服务阶段的监听手段，并且这些工具的版本可以更新升级。 为了诊断和确定错误，a d s l 2 传送器在线路的两端提供了测量线路噪声、 环路衰减和s n r 的方法。这些测量方法可以在线路质量很差的情况下通过一种特 殊的诊断测试模块来完成a d s l 的连接。并且，a d s l 2 包含了实时的性能监测， 这提供了线路两端质量和噪声状况的信息。这些信息由软件处理，服务提供商可 - 16 北京邮电大学硕士毕业论文 以利用这些来诊断a d s l 连接的质量，预防进一步服务的失败，这也可以用来确定 是否可以给一个用户提供更高的速率的服务。 3 ) 能量增强 第一代a d s 礁送器即使在没有被使用的时候也一直工作于全能量模式。如 果a d s lm o d e m 能工作于待机睡眠状态，就跟计算机一样，那么对于数百万台 的m o d e m 而言，就能节省很可观的电量。同时还可以为工作于远端的a d s l 收发 器节省能量，也可以为对工作环境的温度要求严格的d l c 盒节省能量。 为了达到这些目的，a d s l 2 提出了两种能量管理模式，这是为用户保持 a d s l “一直在线”的功能，同时，减少总的能量消耗。这些模式包括：低能模 式l 2 这种模式使得a t u c 端可以根据i i l t e m e t 上流过a d s l 的流量来快速地进 入和退出低能模式。其中，l 2 模式是a d s l 2 标准中最为重要的革新之一；低能模 式l 3 当连接在使用周期之外，这种模式通过使设备进入休眠状态，使得在 a t u c 和a t u r 端的总功率得到节省。 a d s l 2 收发器可以基于a d s l 线路上的流量进入或退出l 2 低能模式。当下载 大量文件时，a d s l 2 工作于全能模式，也就是l o 能量模式，以保证最快的下载 速度。当网络流量减少时，比如当一个用户在阅读一个长的d ( t 文件时，a d s l 2 系统进入l 2 低能模式，此时数据率大大降低，总的能量消耗就减少了。当在l 2 模式时，如果用户开始下载一个文件，a d s l 2 系统可以立即进入l 0 模式，以达 到最大的下载速度。l 2 状态的进入和退出的完成，不影响服务，不会造成服务的 中断，甚至一个比特的错误。因此，不会被用户注意到。l 3 模式是一个休眠模式， 当用户不在线，a d s l 线路上没有流量时进入此模式。当用户回到在线状态时， a d s l 收发器需要大约3 s 的时间进行重新初始化，然后进入稳定的通信模式。 4 ) 速率自适应 电话线是捆在一起的，结果是，一根电话线里的电信号可以电磁耦合到临近 的另一根电话线中。这种现象被称作串话，会大大影响a d s l 的数据率。结果是， 串话电平的变化会导致a d s l 系统的掉线。而导致a d s l 掉线的原因中最严重的 就是串话干扰，别的原因包括a m 无线电干扰，温度变化，潮湿等。a d s l 2 通过 采取无缝的实时速率自适应的方法来解决这些问题。这项新的技术称作s r a ，使 得