4.2 接入网-不对称数字用户线(ADSL)接入技术.docx

接入网-不对称数字用户线（ADSL）接入技术中国电信维护岗位技能认证教材编写小组编制目录第1章 ADSL的技术基础31.1 ADSL的提出31.2 ADSL的系统结构41.3 ADSL的技术基础4第2章 VDSL的相关技术62.1 VDSL系统构成62.2 VDSL的相关技术62.3 VDSL存在的问题72.4 VDSL在WAN网络的应用8第3章 XDSL原理及应用93.1 XDSL的原理93.2 XDSL的各种应用10第1章 ADSL的技术基础1.1 ADSL的提出不对称数字用户线（Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL）是一种利用现有的传统电话线路高速传输数字信息的技术。ADSL技术是由 Bellcore的Joe Lechleder于20世纪80年代末首先提出的。与传统传输技术相比，ADSL是一种宽带调制解调器技术。ADSL也可以在相同的线路上同时容纳模拟的语音信息，用户在上网时仍然可以使用电话。ADSL的技术特点严格说来，ADSL本身只是一种从铜质电话线路的一端传送数据位流到另一端的技术而己，相当于OSI网络七层的第一层物理层。ADSL系统的主要特点是“不对称”。这正好与接入网中图像业务和数据业务的固有不对称性相适应。ADSL技术的主要优点如下：（1）可以充分利用现有铜线网路，只要在用户线路两端加装ADSL设备即可为用户提供服务。（2）ADSL设备随用随装，无需进行严格业务预测和网路规划，施工简单，时间短，系统初期投资小。（3）ADSL设备拆装容易、灵活，方便用户转移，较适合流动性强的家庭用户。（4）充分利用双绞线上的带宽，ADSL将一般电话线路上未用到的频谱容量，以先进的调制技术，产生更大、更快的数字通路，提供高速远程接收或发送信息。（5） 双绞铜线可同时供普通电话业务（Plain Old Telephone Service，POTS）的声音和 ADSL数字线路使用。因此，在一条ADSL线路上可以同时提供个人计算机、电视和电话频道。要在铜线用户网路中广泛地应用ADSL系统，需要克服一系列技术难题，其中主要有如下几点。（1）技术待进一步成熟线路性能要求高，最大程度必须保持在规定的极限范围之内以符合对衰减的要求；阻抗要均匀，使电话机及网络有良好的信号匹配。每条导线与地之间必须相互保持高度平衡，以防止外部干扰、噪声及导线之间的串音。（2）设备成本高与模拟电视不兼容，现有模拟电视机需要通过机顶盒进行数/模转换。（3）接收机灵敏度由于用户环路末端信号损耗很大，因此，ADSL系统必须首先解决接收机灵敏度问题。（4）频谱兼容性为了使ADSL系统可以和其他系统同时应用，发送频谱必须慎重设计。否则，需要在铜缆服务范围内，限制一起布放Tl/E1系统和HDSL系统与ADSL系统。（5）住宅中的噪声环境用户住宅的噪声环境可能是ADSL系统广泛应用所面临的最大问题。这些噪声包括电话网中常见的脉冲噪声，以及住宅中其他形式的噪声，如无线电波耦合到住宅引入线中所产生的各种干扰。（6）容量小只能传4个电视节目，且不能用于遥控电视机和有画中画功能的电视机，节目质量差。1.2 ADSL的系统结构系统构成ADSL系统构成下图所示，它是在一对普通铜线两端，各加装一台ADSL局端设备和远端设备而构成。传输带宽ADSL基本上是运用频分复用（FDM）或是回波抵消（EC）技术，将ADSL信号分割为多重信道。简单地说，一条ADSL线路（一条ADSL物理信道）可以分割为多条逻辑信道。美国国家标准学会（ANSI）TI.413-1998规定，ADSL的下行（载）速度须支持32kbit/s的倍数，从32kbit/s6.144 Mbit/s，上行（传）速度须支持16kbit/s以及32kbit/s的倍数，从32 kbit/s640kbit/s。1.3 ADSL的技术基础ADSL系统模型和性能ADSL的几个重要特征首先是，规定要支持模拟话音服务（指定服务或POTS）。一种特殊的分离器将从交换机到其他部分的4kHz的模拟通道送到ADSL链路的数字带宽下。其次是，考虑ADSL所能提供的服务种类，包括数字广播和宽带业务（如视频和Internet接入）以及网络管理。影响ADSL性能的因素影响ADSL系统性能的因素主要有以下几点。衰耗衰耗是指在传输系统中，发射端发出的信号经过一定距离的传输后，其信号强度都会减弱。反射干扰桥接抽头是一种伸向某处的短线，非终接的抽头发射能量，降低信号的强度，并成为一个噪声源。串音干扰由于电容和电感的耦合，处于同一主干电缆中的双绞线发送器的发送信号可能会串入其他发送端或接收器，造成串音。噪声干扰传输线路可能受到若干形式噪声干扰的影响，为达到有效数据传输，应确保接收信号的强度、动态范围、信噪比在可接受的范围之内。ADSL的调制技术ADSL调制解调器利用数字信号处理器技术将大量的数据压缩到双绞铜质电话线上，再运用转换器、分频器、模/数转换器等组件来进行处理。ADSL拥有极高的带宽，其信号衰减又极小，在最远约5.5km的距离内，每1Mbit/s可以低于90dB。调制解调器的基本模型加扰及解扰多数DSL在发送端及接收端都有加扰以及解扰功能。FEC编译码FEC（前向纠错控制）是一种极重要的差错控制技术，它比CRC（Cyclical Redundancy Check，循环冗余检查）更重要也更复杂。交错（Interleaving）DSL在数据传输中常会发生一长串的错误，FEC较难实施对这种长串错误的校正。整形（shaping）整波就是维持传输数据适当的输出波形。补偿（equalizing）当通信系统在接近理论阈值运行时，通常在其发送端及接收端都会采用补偿器，以获得最佳传输。QAM调制技术正交波幅调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）是一种对无线、有线或光纤传输链路上的数字信息进行编码，并结合振幅和相位两种调制方法的非专用的调制方式。CAP调制技术无载波幅度相位调制（Carrierless Amplitude & Phase Modulation，CAP）技术是以QAM调制技术为基础发展而来的，可以说它是QAM技术的一个变种。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k2m个不同的复数符号Ananjbn，由k个不同的复数符号构成k-CAP线路编码。DMT调制技术DMT（Discrete MultiTone，离散多音频）是一种多载波调制技术。其核心思想是将整个传输频带分成若干子信道，每个子信道对应不同频率的载波，在不同载波上分别进行QAM调制，不同信道上传输的信息容量（即每个载波调制的数据信号）根据当前子信道的传输性能决定。第2章 VDSL的相关技术鉴于现有ADSL技术在提供图像业务方面的带宽十分有限以及其成本偏高的缺点，人们又开发出了一种称为甚高速数字用户线（Very high speed Digital Subscriber Line，VDSL）的系统。2.1 VDSL系统构成VDSL系统结构VDSL的系统结构下图所示。使用VDSL系统，普通模拟电话线仍不需改动（上半部），图像信号由局端的局用数字终端图像接口经馈线光纤送给远端，速率可以为STM-4（622Mbit/s）或更高。VDSL收发机通常采用离散多音频（DMT）调制（也可采用CAP调制），它具有很大的灵活性和优良的高频传送性能。VDSL的体系结构VDSL计划用于光纤用户环路（FTTL）和光纤到路边（FTTC）网络的“最后一公里”的链接。FTTL和FTTC网络需要有远离中心局（Central Office，CO）的小型接入节点。这些节点需要有高速宽带光纤传输。通常一个节点就在靠近住宅区的路边，为1050户提供服务。这样，从节点到用户的环路长度就比以CO到用户的环路短。2.2 VDSL的相关技术传输模式VDSL的设计目标是进一步利用现有的光纤满足居民对宽带业务的需求。ATM将作为多种宽带业务的统一传输方式。除了ATM外，实现VDSL还有其他的几种方式。VDSL标准中以铜线/光纤为线路方式定义了5种主要的传输模式。在这些传输模式中大部分的结构类似于ADSL。STM模式同步转移模式（Synchronous Transport Module，STM）是最简单的一种传输方式，也称STM为时分复用（TDM），不同设备和业务的比特流在传输过程中被分配固定的带宽。分组模式在这种模式中，不同业务和设备间的比特流被分成不同长度、不同地址的分组包进行传输；所有的分组包在相同的“信道”上，以最大的带宽传输。ATM模式ATM在VDSL网络中可以有3种形式。第一种是ATM端到端模式，它与分组包类似，每个ATM信元都带有自身的地址，并通过非固定的线路传输，不同的是ATM信元长度比分组包小，且有固定的长度。第二、三种分别是ATM与STM和ATM与分组模式的混合使用，这两种形式从逻辑上讲是VDSL在ATM设备间形成了一个端到端的传输通道。传输速率与距离由于将光纤直接与用户相连的造价太高，因此光纤到户（FTTH）和光纤到大楼（FTTB）受到很多的争议。其他技术VDSL所用的技术在很大程度上与ADSL相类似。不同的是，ADSL必须面对更大的动态范围要求，而VDSL相对要简单得多；VDSL开销和功耗都比ADSL小；用户方VDSL单元需要完成物理层媒质访问（接入）控制及上行数据复用功能。在VDSL系统中经常使用的线路码技术主要有以下几种。（1）无载波调幅/调相技术（Carrierless Amplitude/Phase modulation，CAP）。（2）离散多音频技术（Discrete MultiTone，DMT）。（3）离散小波多音频技术（Discrete Wavelet MultiTone，DWMT）。（4）简单线路码（Simple Line Code，SLC），这是一种4电平基带信号，经基带滤波后送给接收端。VDSL下行信道能够传输压缩的视频信号。压缩的视频信号要求有低时延和时延稳定的实时信号，这样的信号不适合用一般数据通信中的差错重发算法。VDSL下行数据有许多分配方法。最简单的方法是将数据直接广播给下行方向上的每一个用户设备（CPE），或者发送到集线器，由集线器把数据进行分路，并根据信元上的地址或直接利用信号流本身的时分复用将不同的信息分开。2.3 VDSL存在的问题不能确定VDSL能可靠地传输数据的最大距离。业务环境问题虽然上行和下行数据速率还没有完全确定下来，但是完全有理由相信未来的VDSL将使用ATM信元格式来载送视频及不对称数据信息。用户设备分配及电话网络与用户设备之间的接口 从开销上考虑，可以使用无源网络接口器件，用户的VDSL单元可以置于用户网络设备中，上行复用的处理可以按照局域网总线接入方式进行。开销也是一个不能忽略的因素与ADSL相比，VDSL是直接与本地交换相连接的，所以VDSL的开销比ADSL小得多。VDSL的应用VDSL分布位置与ADSL相同，VDSL能在基带上进行频率分离，以便为传统电话业务（POTS）留下空间。同时传送VDSL和POTS的双绞线需要每个终端使用分离器来分开这两种信号。从中心点出发，VDSL的范围和延伸距离分为下面几种情况：对于26Mbit/s对称或52Mbit/s/6.4Mbit/s非对称，所覆盖服务区半径约为300m；对于13Mbit/s对称或26Mbit/s/3.4Mbit/s非对称，所覆盖服务区半径为800m；对于6.5Mbit/s对称或13.5Mbit/s/1.6Mbit/s非对称，所覆盖服务区半径为1.2km。一个ONU可用的光纤总带宽通常不大于所有ONU用户可能的带宽总和。2.4 VDSL在WAN网络的应用视频业务VDSL的高速方案选项使其成为用于视频点播（Video On Demand，VOD）的非常好的接入技术。数据业务从目前来看，VDSL的数据业务是很多的。在不远的将来，VDSL将会占据整个住宅Internet接入和Web访问市场；可能用VDSL替代光纤连接，把较大的办公室和公司连到数据网络上。全服务网络由于VDSL所支持的高比特速率，因此，被认为是全业务网络（Full Service Network，FSN）的接入机制。第3章 XDSL原理及应用3.1 XDSL的原理ISDN是XDSL系统之前的数字技术，在欧洲有一定程度的普及ISDN数字数字用户线路（IDSL）是ISDN和DSL技术的结合。只适用数据信道，忽略控制信道。HDSL-SDSL-HDSL2-G.SHDSL HDSL为第一代数字用户线路技术，延长T1/E1传输系统的传输距离XDSL已成为时下非常流行的一种宽带接入手段，在国内外市场正在遍地开花，以其“物美“价廉”的巨大优势，正在抢占各路宽带市场，它已经是用户可以实实在在看得见、用的着的东西。XDSL起源于DSL,也称“最后一公里”技术，那么让我们回顾一下XDSL技术的起源与发展历程：铜线回路接入技术的根源可以追溯到ISDN。在20世纪70年代初期，提出了可以使用综合业务数字网的数字用户线的思想，传输速率要求是44Kbps，即2B+D信道。在20世纪80年代后期，随着数字信号处理的发展，开始研究HDSL技术，即高比特率数字用户线路，该技术提供T1速率，但是不需要中继器作为中间设备。20世纪90年代初期，贝尔通信研究公司的工程师认识到还可以支持不对称业务，即在一个方向上的速率可以比另一个方向上的速率高得多，这种不对称性很适合当时提出的视频点播试验，于是开始开发ADSL技术，即不对称数字用户线路技术。随着进一步的发展，工程师开始考虑在更短的回路长度上提供比ADSL更高速率的技术，VDSL技术，即高比特率数字用户线路技术。直到现在，出现了许多DSL技术，我们统称其为XDSL技术。DSL利用这些已有的传输介质，本身就降低了物理成本；另外DSL技术的应用基本上都不会跟电话业务产生冲突，而且DSL业务不会过窄带交换设备，不会额外增加话费；从上边就已经差不多能够看出DSL的优点了，除此之外最大的优势就是速率上，以往的拨号或者ISDN速率都是以Kbps来计算的，而DSL基本上都是以M为单位，最新的ADSL+甚至是以24Mbps为单位，这样的速率是以前不敢奢望的，而且DSL所承诺的速率都是实实在在的，不会像一些小区宽带，承诺10M或100M，而实际上是整个一个小区或者一堆用户分享这些带宽。3.2 XDSL的各种应用ADSL技术是利用现有的双绞线资源，为用户提供上、下行非对称传输速率的一种技术；G.SHDSL则可以在普通双绞线上为用户提供对称的高速专线接入业务，主要适用于中小企业互联、移动基站中继、ISDN基群接入；VDSL宽带接入技术，适用于酒店、网吧用户高速上网、视频会议等，实现专线互连和专线接入。 ADSL:非对称数字用户环路G.SHDSL:单线对高速数字用户环路VDSL:甚高比特率数字用户环路VDSL部分：VDSL和ADSL技术相似，采用频分复用方式，将POTS、ISDN以及VDSL的上、下行信号放在了不同的频段传输，但VDSL比ADSL的传输速率更高，是高速的 ADSL。VDSL在一对普通电话双绞线上提供的典型速率为上行1.62.3Mbit/s，下行12.9655.2Mbit/s（目前最高达到155Mbit/s），速率比ADSL高约10倍，但传输距离比ADSL也短得多，典型的传输距离为0.31.5km。由于VDSL的传输距离比较短，因此特别适合于光纤接入网中与用户相连接的最后“一公里”，并且要求光网络单元尽量与用户接近，其系统配置图与ADSL类似，它存在于用户与本地光网络单元之间。VDSL可同时传送多种宽带业务，如高清晰度电视（HDTV）、高清晰度图像通信以及可视化计算等，其国际标准还正