第05章-有线宽带接入技术—xDSL

第5章有线宽带接入技术xDSL,5.1xDSL技术概述5.2ADSL技术5.3ADSL宽带接入网5.4VDSL技术及应用5.5xDSL接入网系统设计,5.1xDSL技术概述,数字用户环路（DSL）技术是一种利用普通铜质电话线路，实现高速数据传输的技术。数据传输的距离通常在300m7km之间，数据传输的速率可达1.5Mbit/s52Mbit/s。xDSL是各种类型DSL的总称，包括HDSL，SDSL，ADSL，RADSL，VDSL和IDSL等。其中“x”由取代的字母而定。各种DSL技术的区别主要体现在信号传输速率和距离的不同，以及上行速率和下行速率是否具有对称性两个方面。,1高速率数字用户环路技术HDSL2单线对数字用户环路技术SDSL3基于ISDN的数字用户环路技术IDSL4非对称数字用户环路技术ADSL5速率自适应非对称数字用户环路技术RADSL6甚高速率数字用户环路技术VDSL,5.2ADSL技术,5.2.1ADSL主要技术1复用技术复用技术是为了建立多个信道，在同一对双绞线上实现话音信号和数据信号混合双向传输。ADSL通常采用的复用技术有频分复用（FDM）和回波消除（EC）两种,FDM技术将双绞线剩余频带划分为两个互不相交的频带，其中一个频带用于上行信道，另一个频带用于下行信道。EC技术将双绞线剩余频带划分为两个相互重叠的频带，分别用于上行信道和下行信道，重叠的频带通过本地回波消除器将其分开。,图5-1FDM与EC复用示意图,2调制技术（1）QAM调制技术QAM即正交幅度调制，是用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，实现两路数字信息在同一频带内同时传输。,图5-2QAM调制原理方框图,（2）CAP调制技术CAP（无载波幅度/相位调制）是以QAM调制技术为基础发展而来的，是QAM调制的一种变形。CAP以数字方式实现，QAM以模拟方式实现。,图5-3CAP调制系统框图,（3）DMT调制技术DMT即离散多音调制，是一种多载波调制技术，其基本原理是将整个通信信道在频域上划分为若干独立的、等宽的子信道，每个子信道根据各自频带的中心频率选取不同的载波频率，在不同的载波上分别进行QAM调制。,图5-4DMT调制基本结构,5.2.2ADSL接入模型ADSL接入系统基本结构由局端设备和用户端设备组成，局端设备包括在中心机房的ADSLModem（即ATU-C局端收发模块）、DSL接入多路复用器（DSLAM）和局端分离器。用户端设备包括用户ADSLModem（即ATU-R用户端收发模块）和POTS分离器。目前ADSL系统有两种传送模式，一种是基于ATM传送方式的ADSL系统，另一种是基于IP和Ethernet包传送方式的ADSL系统。,图5-5ADSL接入模型,DSLAM的功能是对多条ADSL线路进行复用，并以高速接口接入高速数据网，能与多种数据网相连，接口速率支持155Mbit/s、100Mbit/s、45Mbit/s和10Mbit/s。信号分离器是一个3端口器件，由一个双向低通滤波器和一个双向高通滤波器组合而成，如图5-6所示。信号分离器在一个方向上组合两种信号，而在另一个方向上则将这两种信号分离。,图5-6信号分离器,1ADSL系统的承载信道ADSL系统的承载信道是指由ADSL系统透明传送的载有承载业务的特定速率的用户数据流的信道。ADSL系统最多可以同时传送7个承载信道，每个承载信道的数据速率均可通过程序定为32kbit/s的整数倍。,2ADSL信号流程,图5-7ATU-C发送器参考模型,图5-8ATU-C接收器参考模型,图5-9ATU-R发送器参考模型,图5-10ATU-R接收器参考模型,（1）信号发送流程（2）信号接收流程,5.2.3ADSL接入方式1专线方式2PPPoA方式3PPPoE方式4路由方式,5.3ADSL宽带接入网,5.3.1ADSL网络结构ADSL网络的总体结构分为用户端、接入层、汇聚层和核心层4个层次。,图5-11ADSL基本网络结构,ADSL作为一种物理层的点对点的数据传输技术，可以支持多种网络协议，提供宽带业务和应用，如视频点播（VOD）、远程医疗、远程教学等。ADSL的网络结构可有多种，这取决于具体的应用和所提供的宽带业务类型。,5.3.2宽带接入服务器宽带接入服务器位于骨干网的边缘层，作为用户接入网和骨干网之间的网关，对用户接入进行处理，把来自于多用户或多虚通道的业务集中至一个连向ISP或公司网络的虚通道，连接163骨干网。同时，它也执行协议转换的功能，使数据以正确的格式前转至主数据网络。宽带接入服务器处理所有的缓冲、流量控制和封装功能，与RADIUS服务器配合对用户进行认证、鉴权等工作。,1接入功能模块接入功能模块包括用户侧的接口模块和网络侧的接口模块。（1）宽带接入服务器在用户侧有以下功能接口：ATM接口10/100Base-T以太网接口E1接口同步串行接口（如V.35接口）,（2）宽带接入服务器在网络侧有以下功能接口：ATM接口POTS接口千兆位以太网接口FR接口WDM接口,2通信协议处理模块通信协议处理模块包括用户侧通信协议（如FRUNI，PPPOA/PPPOE，LAN，RFC1483）和网络侧通信协议（如TCP/IP、L2TP、IP网络安全协议IPSec，接入认证协议、网管协议、LAN协议IEEE8023.3z、IPoverSDH/IPoverWDM）等处理模块。,3网络安全模块网络安全模块包括IPVPN模块和防火墙模块。4业务管理模块业务管理模块包括网络接入认证与授权模块、计费模块和统计模块。5网络管理模块网络管理模块包括网管代理功能模块、Telnet服务器功能模块和设备监控功能模块。,5.3.3ADSLModemADSLModem包括局端ADSLModem(即ATU-C)和用户ADSLModem(即ATU-R)，其功能是对用户的数据包进行调制和解调，并提供数据传输接口。用户ADSLModem有多种类型,1外置式ADSLModem2ADSL路由器,表5-1外置式ADSL系统Modem技术指标,3内置PCI接口式ADSLModem表5-2内置式ADSL系统Modem技术指标,4USB接口的ADSLModem,5.3.4ADSL用户管理中心用户管理中心（SMC）从纵横两个层面出发，在网络的各个层面服务于运营商、服务商，提供综合的管理功能，构造出一个通用的业务管理平台，实现可操作的运营环境。SMC采用模块化结构和应用接口，保证良好的伸缩性和可移植性。主要功能有用户管理、业务管理、网络资源管理、计费出账、接入节点和系统管理等。,1用户管理在用户管理部分，终端用户信息统一存储于中心数据库中，分散于各处的业务受理点可以通过图形界面非常方便、安全地实现远程操作，包括开户、销户、锁户、恢户等日常业务操作。（1）新装ADSL电话,图5-12新装ADSL电话流程,（2）ADSL电话改单机,图5-13ADSL电话改单机业务流程新装ADSL,（3）新装ADSL,图5-14新装ADSL业务流程,（4）单机改ADSL电话,图5-15单机改ADSL电话业务流程,（5）ADSL换号,图5-16ADSL换号业务流程,（6）拆ADSL电话,图5-17拆ADSL电话业务流程,（7）ADSL电话跨局移机,图5-18ADSL电话跨局移业务流程,（8）ADSL电话外移,图5-19ADSL电话外移业务流程,（9）拆ADSL,图5-20拆ADSL业务流程,电子工单自始至终贯穿用户受理、端口配置、线路勘察、拆机停机全过程。主要包含工单处理、工单查询、用户查询、取单派单等功能。端口管理包括端口配置与端口信息查询统计。2计费管理SMC提供收费统计功能和账务统计功能。3系统管理SMC系统本身的管理员是分级别的，管理账号由系统管理员通过浏览器图形界面设置。,5.3.5ADSL地址分配1静态地址分配用户上网方便，效率高，且与因特网一直在线连接，类似于传统的专线上网；运营商向用户提供的收费方式比较简单，一般仅限于包月制；由于IP资源有限，限制了用户的数量；运营商无法对上网用户的业务进行有效的管理；用户上网权限的保密性差；用户局域网网络接入时需要自己配置IP地址及屏蔽。,2动态地址分配动态地址分配的优点是IP地址利用率高，缺点是配置复杂，需要使用多种协议。,5.3.6ADSL接入设备选用原则ADSL接入设备必须符合中国国家标准ADSL设备必须支持DMT调制，DSLAM应具有良好的兼容性，能够与第三方厂家设备互连互通。ADSL设备必须支持至少两种服务质量等级的业务（CBR和UBR），支持VPN业务。,选用的ADSL设备性能指标不应受语音业务的影响，传输速率应具有自适应能力。DSLAM应具有良好的可扩展性和灵活性，其上行接口必须有ATM接口和/或以太网接口。DSLAM应具有一定的环回测试能力。ADSL设备应能够提供10/100Base-T或25Mbit/sATM接口，支持PPPoE和PPPoA功能；至少支持4个以上PVC信道连接。选用的ADSL设备必须提供相应的性能指标，至少包括调制方式、线径距离速率关系说明、接口标准和工作原理等；提供对汇接层设备接口和协议支持的要求。,5.3.7ADSL接入设备安装ADSL接入设备的安装主要是指DSLAM设备、局端分离器、用户端分离器和用户ADSLModem的安装。1局端设备安装2用户端设备安装（1）POTS分离器的安装,图5-21POTS分离器的连接方法,（2）外置ADSLModem的安装网卡安装ADSLModem安装软件配置,图5-22ADSLModem安装,Enternet300软件安装WinPoET软件安装RASPPPoE软件安装第一，Windows98下的安装第二，Windows2000下的安装（3）内置卡式ADSLModem硬件的安装及参数配置（4）USBModem的安装,5.3.8ADSL测试1测试项目UNI接口测试：用示波器观察25.6Mbit/s电接口输出波形，10Base-T接口、通用串行总线USB接口、PCI总线接口只进行功能性测试，只要能与用户终端正常通信即可。传输性能测试：ADSL系统传输性能测试的目的是检查ADSL设备在标准的测试环路上，在规定的噪声、串扰和其他干扰的影响下，实际能够达到的性能；其主要的性能指标是传输速率和误码率等。,2COLT-250ADSL测试仪,图5-23COLT-250ADSL测试仪,4测试结果分析表5-3在局端测量室测试的典型结果,表5-4在用户终端处测试的典型结果,5.4VDSL技术及应用,5.4.1VDSL接入系统结构VDSL技术来源于ADSL技术，在各种数字用户线路（DSL）技术中，VDSL技术的传输速率最高，但是传输距离最短，而且传输速率与传输距离成反比。,图5-24VDSL接入系统结构,VTU-O表示VDSL在网络侧的收发单元，相当于ADSL中的局端ATU-C；VTU-R表示VDSL在用户端的收发单元，相当于ADSL中的用户端ATU-R。VTU-O与VTU-R之间是VDSL链路，使用双绞线连接。在用户端和局端各设置一个分离器，分离器的结构和功能与ADSL中的分离器类似，也是一个低通和高通滤波器组。在频域上实现高频的VDSL信号与低频的话音及ISDN信号的混合与分离功能。,5.4.2VDSL主要技术VDSL与其他DSL不同，它既支持对称传输，又支持非对称传输，其关键技术如下。1复用技术为了支持全双工操作，VDSL必须同时支持上行和下行信道。,图5-25VDSL的信道分配,频分复用频分双工（FDD）FDD系统有两个或多个信道，其性能的关键是信道的带宽和上、下行信道频带的位置。带宽的选择取决于所要达到的数据速率和下行与上行数据速率的比例关系。采用DMT方案的FDD系统，通过在每个方向上提供一个全带宽系列的子信道集来允许任意的上、下行子信道分配，每个子信道既可用于上行传输，也可用于下行传输，子信道由防护频带分离。,时分复用时分双工（TDD）时分复用系统是在单个频带内不同的时间段实现上、下行数据的传送。以DMT为基础的TDD系统，其发送和接收功能在本质上是相同的，都需要使用FFT来实现DFT运算，可共享发送器和接收器的部分硬件来降低复杂度。TDD系统提供了一个灵活的、低功率的解决方案。但TDD的主要问题是要求在同一复用集中，所有接收与发送的调制解调器都同步到一个共同的标准超帧时钟上，即时钟严格同步，以使系统避免NEXT的影响。,上行信道的复用在VDSL系统中，上行数据复用是一个较为复杂的问题，采用的网络终端配置方式不同，复用的方式也不同。目前，网络终端的配置方式主要有两种：有源网络终端（ANT）和无源网络终端（PNT）。如果用户端的VDSL单元包含了有源网络终端，那么系统用一个逻辑分离的集线器（Hub）解决上行信道数据复用的问题。在采用PNT方式的VDSL系统中，每个CPE都有一个相关的VDSL单元，各个上行数据流共享同一条公共传输线。当采用FDM方式时，将上行信道分为若干子信道，每个CPE分配一个专用信道，不使用MAC协议,2线路编码技术（1）无载波调幅调相技术（CAP）（2）离散多音频技术（DMT）（3）离散子波多音频技术（DWMT）（4）简单线路码（SLC）,5.4.3VDSL业务应用VDSL技术完全可以提供传统的xDSL的所有通用业务。通过高速数据接入业务功能，用户可以快速地浏览因特网上的信息，收发电子邮件，上传下载文件。通过视频点播业务功能，用户可以在线收看影视，收听音乐，同时还可以进行交换式的在线游戏点播。,通过家庭办公业务功能，用户可以高速接入公司的内部网络，查阅公司的信息，参加公司内部会议，完成工作。通过远程业务功能，用户可以通过网络接收异地实时教学，医院可以通过网络完成异地医疗会诊，用户也可以通过网络完成购物等。,5.4.4VDSL接入设备选用原则对于VDSL产品在安全性方面的要求非常高，首先VDSL产品要能够实现端口的隔离，同时要能够划分VLAN，要支持IEEE802.1Q协议或者是依据端口的VLAN。另一方面是该类交换机需要支持多种的安全认证手段,VDSL交换机要能支持端口聚集，另外VDSL交换机应该支持流量控制功能。VDSL交换机还需要对广播、组播、单播和非法帧进行过滤。设备支持其他方式的二层包过滤功能，另外设备需要支持抑制的功能对于视频的支持也非常重要，VDSL交换机应该支持组播功能，在拓扑相对复杂的城域网中对生成树的支持也非常重要。,5.4.5VDSL接入设备安装1用户线路开通VDSL业务的条件（1）对用户线路的基本要求（2）对用户线路电气参数的要求2用户端分离器的安装位置3网吧组网应用,图5-26用户端分离器的安装方法,5.5xDSL接入网系统设计,1接入层设计（1）设备选型设备选型主