ADSL宽带接入技术及应用.doc

滨江学院宽带通信技术课程论文学年学期 2010-2011学年第二学期课程名称 宽带通信技术分析院 系 计算机系专 业 网络工程学 号 20082346034姓 名 郭云飞指导教师 朱节中 二一一 年 六 月 三十 1ADSL宽带通信技术分析摘要：ADSL全称是Asymmetric Digital Subscriber,中文意思是非对称数字用户线路。它以普通电话线路做为传输介质，既在普通双绞铜线上实现下行高达8Mbit/b传输速度；上行高达640Kbit/s的传输速度，我们只要在普通线路两端加装ADSL设备，既可使用ADSL提供的高带宽服务，通过一条电话线，便可以比普通MODEM快一百倍速度浏览因特网，通过网络进行学习、娱乐、购物，以及享受其他上网乐趣。关键词：宽带通信技术 ADSL技术1 引言通信是目前发展最快的领域之一，它是人们工作和生活必不可少的工具，也是现在和未来经济发展的基础平台之一。通信网络的发展经历了由单业务到综合业务的发展过程、由窄带到宽带、由人工到智能。21世纪，通信网络向提供宽带化、个人化、分组化和综合化方向发展的趋势更为明显。而目前技术发展和需求增长最快的是Internet和移动通信。本文主要介绍ADSL宽带通信技术，从它的发展历史，现状，发展趋势分析。2 ADSL宽带通信技术2.1 ADSL的主要特点（）是以铜质电话线为传输介质的传输技术组合，它包括、和等，一般称之为。其主要差别表现在信号传输速度、距离、上行速率、下行速率、对称性几个方面。与支持对称的（）传输。其中的有效传输距离为公里，且需要两至四对铜质双绞电话线；最大有效传输距离为公里，只需一对铜线。比较而言，对称更适用于企业点对点连接应用，如文件传输、视频会议等收发数据量大致相应的工作。同非对称相比，对称的市场要小得多。、和属于非对称式传输。其中技术是技术中最快的一种，在一对铜质双绞电话线上，上行数据的速率可达，下行数据的速率为，但是的传输距离只在几百米以内，可以成为光纤到户的具有高性价比的替代方案。技术是年由提出的一种新兴的标准化调制解调传输技术，该技术可以在普通电话线上将现有电话线路的频宽经由调制解调技术处理后扩大，将高速数字信号安排在普通电话频段的高频侧，再用滤波器滤除如环路不连续点和震铃引起的瞬态干扰后即可与传统电话信号在同一对双绞线共存而不互相影响；标准规定在传输距离为英尺时，下行速率为，上行速率为；在传输距离为英尺时，数据速率降为下行和上行。从的传输速率和传输距离上看，都能够较好地满足目前用户接入的要求；而且这种不对称的传输技术符合业务下行数据量大，上行数据量小的特点。能够提供的速度范围与基本相同，但它可以根据双绞铜线质量的优劣和传输距离的远近动态地调整用户的访问速度。正是的这些特点使成为用于网上高速冲浪、视频点播、远程局域网络访问的理想技术，因为在这些应用中用户下载的信息往往比上载的信息要多得多。ADSL用户在用户端的设备连接图2.2与其它接入技术的比较接入服务具有独特的技术优势和较高的性能价格比，它无需另铺电缆，节省投资；渗入能力强，接入快，适合于集中与分散的用户；能为用户提供上、下行不对称的传输带宽；采用点一点的拓扑结构，用户可独享高带宽；可广泛用于视频业务及高速等数据的接入。2.3与的比较技术不同于电缆调制解调器，它不被众多用户所共享，因此其速率和容量不会像电缆调制解调器那样受用户数量多少的影响。的接入方案采用分层树型结构，其优势是带宽比较高（），但这种技术本身是一个较粗糙的总线型网络，这就意味着用户要和邻近用户分离有限的带宽，当一条线路上用户激增时，其速率将减慢。有关资料表明，大部分情况下，方案必需兼顾现有的有线电视节目，因而占用了部分带宽，有部分带宽可供传送其它数据信号，所以只能达到的理论传输速率的一小半。大量实验表明，其速度减为，更常见的是。综合来看，即使在理想状态下，只相当于一个的共享式总线型以太网，而接入方案在网络拓扑结构上较为先进，因为每个用户都有单独的一条线路与局端相连，它的结构可以看作是星型结构，它的数据传输带宽是由每一用户独享的。2.4接入技术原理的接入模型主要有中央交换局端模块和远端模块组成，其接入系统如图所示。接入系统采用市话双绞线路作为传输媒质，能同时支持数据和话音业务，因此接入系统的基本结构由局端数据复用设备（）、局端话音数据分离器（）、本地市话线路、用户端话音数据分离器和用户端数据设备（）组成。一般将多个局端收发模块（）集成在设备中的一线线路卡内，来自不同线路卡的用户数据流量经复用后形成上行数据链路，并由来提供所需的网络数据接口。每个对应的局端通常也可集成在设备中，再由局端集成的组提供一个通向话音交换机的市话电缆接口。一般用户端话音数据分离器为一单独分立设备，由它提供面向用户室内话机和设备的线路接口。用户端一般安装在市话线路中入户线的进门处以避免用户室内并机分支线路对高频数据传输通路造成的影响。用户端收发模块（）包含在用户端数据设备内，并由最终向用户提供通用的用户数据接口。接入系统中，原有的模拟话音双工通路通过局端和用户端来维持。话音数据分离器由高频滤波器和低频滤波器组成，它将线路模拟频带划分为高频段和低频段，其中高频段用于数字载波调制的数据传输通路，低频段用于话音通路。接入系统中上行和下行数据通路的建立则通过和的初始化同步过程来完成。设备既可以直接接入系统中的局端设备，又可以是用户端设备。目前设备在线路接口上采用的调制技术主要有、和方式；而在数据接口上采用的传送模式则主要有以太包和信元等方式。但是不管这些设备的在向线路接口或数据接口的具体实现方式如何，它们在面向线路接口的物理媒质相关模块中均应具备线路编码、传输同步过程初始化、话音和数据通道的分离、线路传输同步过程初始化、话音和数据通道的分离、线路传输信号的加解扰码以及数字传输通道的嵌入操作控制等功能；而在面向数据接口的传输汇聚模块则应具备数字信道的复用及解复用、数字传输信号的前向纠错、线路传输帧格式的实现、面向高层（如链路局或网络层）的协议处理和网元设备管理等功能。2.5ADSL的调制和解调技术目前被广泛采用的ADSL调制技术有3种：QAM(quadatureampli-tudemodulation)、CAP(carrierlessamplitude-phasemodulation)、DMT(discretemultitone)，其中DMT调制技术被ANSI标准化小组T1E1.4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ADSL产品采用QAM或CAP调制技术。2.6QAM调制技术QAM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,QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。16-QAM调制原理图如图示。在16-QAM的QAM调制中, 2 bits被编码表示相位的变化，另外2 bits被用来表示幅度的变化,所以用了4 bits来表示. QAM用于ADSL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,QAM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,QAM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QAM的ADSL系统的复杂性主要来自于它的自适应均衡器。2.7CAP调制技术(Carrierless Amplitude Modulation/Phase Modulation) CAP调制技术是以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,其调制器原理如图2所示。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-CAP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。CAP技术用于ADSL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问题。2.8DMT调制技术DMT调制技术的主要原理是将频带(0-1.104MHZ)分割为256个由频率指示的正交子信道(每个子信道占用4KHZ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TCM编码后再进行512点离散傅利叶反变换(IDFT)将信号变换到时域，这时比特块将转换成256个QAM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(DA)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。DMT调制技术的实例上图中，1 MHz的带宽被分段为256个4 KHz的子频带.每个子频带在发送端用single-carrier调制技术调制，在接收端则接收各子频带并将其256路载波整合解调制。由于美国的ADSL国家标准(T1.413)推荐使用DMT技术,所以在今后几年中，将会有越越多ADSL调制解调器采用DMT技术。3 宽带通信网的发展趋势从理论上说系统中数据信号和话音信号占用法同频带传输，但由于电话设备的非线性响应，高频段的信号会干扰电话业务；同样，电话信号也会干扰数据信号。所以，系统必须在用户端安装防止数据信号和电话信号互相干扰的分离器，而且安装工作必须由专业技术人员完成，这一定程序上影响了技术的普及。为更好地适应市场线路的特点并使技术得到广泛的应用，的使用应该象传统的话带那样简单，将电话线插入即可使用。这促使了一种标准的产生：于年月制定了轻便型无话音数据分离器的（又称）标准。的价格比便宜，支持标准的设备可通过软件升级支持。目前由世界上主要的电信公司和康柏、英特尔和微软等计算机公司组成了（），其目的是开发出符合标准支持即插即用的。得到广泛支持的标准将会很快普及。的设计思路主要有两点。首先，通过降低下行数据通道的传输速率及调制频带内模拟传输信号所占用的频带宽度来获得系统较长的传输距离，从而使接入系统具有普遍的市话电缆收容率；其次，通过在接入系统用户端实现无话音分离器的数据传输，简化用户端的设备安装，甚至即插即用，并大大节省设备的安装费用。标准草案定义的传输设备的下行数据通道最大设计容量为，上行数据通道的最大设计容量为。标准支持传输速率的自适应。它的数据率不仅和传输距离有关，而且和室内的布线情况以及所连接的电话设备有关。在良好的环境中，当下行速率、上行速率时可以传输英尺，并且限制传输速率低于该值。为避免影响电话设备，当标准到电话摘机时即将发送功率减小，同时传输速率也要相应减小。用户挂机后，发送功率和传输速率又会恢复。因此，除非能确信传送时不使用电话，否则最好不要使用传送需要保证比特率的业务。的产生并不是对高速技术的否定，实际上的产生是为了更好地引导用户进入高速铜线传输世界。当用户感到需要比更高的传输速度时，即使用其它高速技术。由于方案以现有的电话双绞铜线为接入线路，而电话线毕竟是为打电话而设计的，其传输质量和可靠性无法与现代通信电缆相比。例如，它需补偿和克服比语音传输更大的衰减和串音（近端串音和远端串音），并且电话线从用户处直接通到电信局的结构使它更易受到外界干扰。因此要获得比较满意的传输性能，除设备性能之外，运营商需要提供高质量的线路。因为设备可以自适应选择传输速率，当线路不能满足要求时，传输速率就行不到保证。因此，在开始业务之前，要对线路进行测试和优化，如测试环路长度、环路电阻、环路损耗是否可接受，定位并去影响高速传输的加感线圈和桥分点，对线路误码率进行测试等。总之ADSL-为市场而生！中国电信集团北京研究院技术部副主任陈运清告诉记者：“就像ATM 的失败一样，最完美的技术往往不一定主导市场。ADSL是一种最低端的宽带接入方式，但它的业务渗透率最高，也最适合市场。”当然，ADSL还有“远忧”。首先，2Mb/s专线和ISDN业务的协调问题，就是一个让运营商们痛苦但又不得不作的抉择。此外，管制政策也会影响ADSL的发展，开放的市场特别是用户线的开放无疑会加速ADSL的 发展。相信随着技术的进步、IP业务的发展以及用户环的非绑定等一系列政策的实施，ADSL将有可能在未来几年内逐步成为我国的主导宽带接入技术之一。4 论文小结在本次论文的编写过程中我对宽带通信技术中的一些经典的技术有了更深的理解，尤其是