国脉信息学院 第2章 铜线接入.ppt

1、第二章 铜线接入技术,2.1 高比特率数字用户线（HDSL）接入技术 2.2 第二代高比特率数字用户线（HDSL2）接 入技术 2.3 不对称数字用户线（ADSL）接入技术 2.4 甚高速数字用户线（VDSL）接入技术,2.1.1 HDSL系统的基本构成 HDSL技术：数字信号自适应均衡技术； 回波抵消技术； 解决问题：消除近端串音、脉冲噪声、 波形噪声、回波对信号的干扰； 实现目标：在现有的电话双绞铜线上提供准 同步数字序列（PDH）一次群速 率（T1或E1）的全双工数字连接。,2.1 高比特率数字用户线（HDSL）接入技术,HDSL系统结构：,HDSL系统参考模型,用户端：(1)信息在应用

2、接口，集成应用帧结构； (2)进入映射模块，将应用帧结构数据插入 144字节HDSL帧结构，送入公用电路； 发送端：公用电路对HDSL帧加以定位、维护、开 销比特后传送至HDSL收发器 传输线路：采用2B1Q线路编码技术将帧在可选对线 路上进行传送,接收端：公用电路将144字节HDSL帧数据分解为 帧再传送至映射模块 局端：映射模块将帧恢复为应用帧结构送至应用 接口模块，转换成应用信息传送至数字交 叉连接设备 HDSL核心模块：用于双向传输的HDSL收发设备,单个G.703接口的HDSL收发信机的工作原理,HDSL发信机： 线路接口：对E1信号进行时钟提取和整形。 E1控制器：对E1信号进行H

3、DB3解码以及帧处理。 通信控制器：将串行的E1速率的信号分解成两路加入开销 比特，再进行CRC-6编码和扰码，每一路形 成新的帧结构。 发送单元：线路编码 D/A转换器：滤波处理、预均衡处理。 混合接口：收发隔离、回波处理，再将信号送至铜线对。,HDSL收信机： 混合接口：收发隔离、回波处理 A/D转换器：自适应均衡处理、再生判决 接收单元：线路解码 通信控制器：解扰、CRC-6解码、去除开销比特，并将 两路并行信号并为一路串行信号 E1控制器：恢复E1帧结构并进行HDB3编码 线路接口：按照G.703要求筛选出E1信号,HDSL特点： 自适应滤波技术和信号处理，可自动处理近端 串音、噪声对

4、信号的干扰等； 无中继传输距离远； 局端HDSL收、发信机本地供电； 用户端HDSL收、发信机自行供电或者局端远供。,2.1.2 HDSL关键技术 HDSL系统分类 一线对系统：应用较少 两线对系统：每线对的传输速度 1168 kbit/s，普遍采用。 三线对系统：每线对的传输速度 784 kbit/s，传输距离相 对较远，但成本高。 四线对系统：应用较少,1、HDSL的帧结构 T1和E1在HDSL链路中传输时使用相同的HDSL帧结构。 传输时帧呈现连续发送的状态。如果没有数据信息发送，就发送特定的空闲比特码流。,HDSL帧结构,2、线路编码 原因：终端设备产生的数字信号通常是单极性不归零 （

5、NRZ）的二进制信码，这种信码需要经过线路 编码后才能在二线（双绞线）用户环路上进行 传输。 目的：确保接收信号不失真； 便于提取时钟信号； 压缩信号带宽，提高信号发送速率；,（1）HDB3码 HDB3码克服了AMI码的 “0” 个数。编码规则： 消息序列：1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 AMI码 ：+1 0 0 0 0 -1 0 +1 0 0 0 0 -1 0 0 0 HDB3码: +1 0 0 0 +1 -1 0 +1 0 0 0 +1 -1 0 0 0 (V) (V),（2）2B1Q码 2B1Q码是用1位四进制码组表示2位二进制码组。 两位二进制码组：00

6、 01 10 01 一位四进制码组：-2 -1 +1 +2 特点：码元周期是比特周期的两倍； 码元速率是比特速率的一半；,缺点： 线路信号的功率谱宽，信号延时大； 码间干扰大；近端串话大； 解决方法：均衡器； 回波抵消器；,（3）CAP码 CAP码是一种有冗余的无载波幅度相位调制码。 可分为：四维十六状态码（少用） 二维八状态码（数据被分为5个比特一 组，与1个比特的冗余位 一起编码） 特点：带宽窄，但传输速率快，传输距离远；,编码规则： 将输入码流经过分流分为两路后分别通过数 字带通滤波器，再相加即得CAP载波码。 CAP码与正交幅度调制信号（QAM）的关系： （1）两个带通滤波器幅度相同，

7、相位相差90度， 因此两者信号相同。 （2）两个带通滤波器相位移开90度，相加即得 QAM码。 （3）CAP不适用载波进行编码，而QAM通过载波 对线路进行编码,3、回波抵消 线路传输速率的增加，要求提高回波抵消器中的数字信号处理器的处理速度，以适应信号的快速变化。 线路特性引发信号脉冲滞留，要求回波抵消器具有更多的抽头,4、码间干扰与均衡 码间干扰：信号波形从发送端经过线路传至接收端， 由于线路特性不稳定，被扩展为几个脉冲 的周期宽度，其干扰影响到相邻的码元。,解决方法：均衡器 均衡：对线路的失真（衰减失真、时延失真）给 予校正。 均衡原理：线路频率特性固定，采用固定均衡器； 线路频率特性随

8、机变化，采用自适应均 衡器,5、性能损伤 影响HDSL系统性能的两个主要因素： 两对双绞线之间的近端串话， 它随线路频率的增高而增大； 邻近线对上的PSTN信令产生的脉冲噪声， 噪声较大时使耦合变压器出现饱和失真， 从而产生非线性效应。,6、传输标准 （1）使用三线对传输E1，每线对传输速率为 784 kbit/s （2）使用两线对传输E1，每线对传输速率为 1168 kbit/s,评价HDSL系统性能质量的主要指标： （1）比特差错率（BER） （2）允许的传输距离。 （3）不出现误码条件下，系统能承受的线路劣 化程度。,HDSL优点： （1）只需要本地交换卡和用户卡 （2）用户环路可在更长

9、的距离再设置中继器 （3）几乎所有的铜线电缆设备都可以用于HDSL 进行线路编码。 （4）可用旧有的操作系统管理设备和软件。,2.1.3 HDSL的应用特点 （1）构成无中继的E1线路，用作主干传输线实现 点对点、点对多点的通信。如：访问服务器、 铜缆设备的校园网、远程教学等。 （2）作为铜线接入平台的HDSL系统，具有多种应 用接口：G.703、G.704、V.35、X.21、视频 会议接口，以及便于计算机进行集中监控的 RS232、RS449串行接口。,（3）可通过增设 HDSL再生中继器，将传输距离 延长2 3 倍，增加服务范围； 采用星型拓扑结构实现点对多点高速率数据 业务的灵活分配。

10、在单线传输方向上速率最 大可达 784 bit/s； 百米数量级的短距离范围内，利用HDSL可 有效地提高线路的传输比特率；,HDSL的缺陷： E1、T1在HDSL系统中传输时必须使用两线 对、三线对； 缺少产品兼容性，限制HDSL系统的使用场合 无法支持更多增值业务 如果使用2B1Q线路编码，将限制带宽利用率 和传输距离。,2.2 第二代高比特率数字用户线（HDSL2）接入技术,2.2.1 HDSL2的设计目标 HDSL2的主要设计目标： （1）一对线上实现两线对HDSL的传输速率。 （2）获得与两线对HDSL相等的传输距离。,（3）对环路损坏（衰减、桥接头及串音等）的 容忍能力不能低于HD

11、SL。 （4）对现有业务造成的损害不能超过两线对 HDSL。 （5）能够在实际环路上可靠地运行。 （6）价格要比传统HDSL低。,采用的技术： （1）先进的编码技术、数字信号处理技术 （2）端到端延时小于0.5ms,HDSL、HDSL2 的差错控制： 在HDSL帧中加入前向差错控制（FEC），即 可实现在HDSL一线对上运行T1、E1； 在HDSL2帧中加入前向差错控制（FEC）， 增加端到端的延时。,2.2.2 HDSL2的线路编码 脉冲幅度调制（PAM）线路码 例：2B1Q 需要三对线，无需带通滤波器。 无载波幅度相位调制（CAP）码,2.2.3 HDSL2中的 FDM和回波抵消 重要技术

12、：在一对线上进行复用。 方法：（1）共享上行流频段和下行流频段； 使用回拨抵消； （2）分离上行流频段和下行流频段； FDM,比较HDSL、HDSL2 HDSL2消耗的功率是2B1Q收发器的2.5 倍，许多应用需要远端供电。 HDSL2消耗功率大，只能在一线对上供 电。,2.3 不对称数字用户线（ADSL）接入技术,2.3.1 ADSL的技术特点 ADSL出现的背景： 为满足不对称的多媒体传输而设计。 ADSL可提供三条通道：高速下行信道； 中速双工信道； 普通电话业务信道；,“不对称” ADSL技术的优点： （1）使用简单。 （2）ADSL设备安装便利。 （3）ADSL设备可灵活拆装，流动性

13、强。 （4）充分利用双绞线上的带宽 （5）双绞铜线可同时供普通电话业务 （POTS） 的声音和 ADSL数字线路使用。,2.3.3 ADSL的系统结构 1、系统构成,ADSL局端机、远端机原理框图,ADSL局端机 MUL：将下行高速数据与中速数据复接； FEC：编码处理； 发送：调制处理； 线路耦合器：耦合处理、分离上行数据； 接收：解调处理； FEC：解码处理； 最终：恢复上行中速数据,ADSL远端机 FEC：编码处理； 发送：调制处理； 线路耦合器：分离下行数据； 接收：解调处理； FEC：解码处理； DMUL：将下行高速数据与中速数据分路 最终：恢复上行中速数据,2、传输带宽 ADSL带

14、宽分割方式：频分复用（FDM） 回拨抵消（EC）,频分复用（FDM）缺点： 下行信号占据的频带宽，铜线因频率的升高而衰减。 解决方法： 重叠使用高速下行信道与上行数字信道，再用回波 抵消消除两信道间的干扰。,2.3.3 ADSL的关键技术 1、ADSL系统模型 （1）系统参考模型,宽带网：T1（1.5Mbit/s）、E1（2.0Mbit/s） 以上的交换系统； 窄带网：T1（1.5Mbit/s）、E1（2.0Mbit/s） 以下的交换系统； ATU-C：执行同步转移模式（STM）的位同步传输、 执行异步转移模式（ATM）的信元传输 ATU-R：执行STM、ATM； 分离器：分离ADSL信号与普

15、通电话业务信号；,数字接口单元：组成、分解ADSL帧； 用户数据的CRC编码、解码； 数字信号处理单元：完成 IFFT/FFT、线性均衡、回拨抵消、 数字滤波等功能； 模拟终端单元：D/A与A/D转换、自动增益控制、2-4线 转换等； 适配接口单元：完成完成物理层与数据业务层的链接， 以适应不同数据传输速率的变化。 中心控制单元：控制多个局端线路卡，与数字信号处理 单元实时交换数据，完成ADSL Modem 的配置和监控，利用串行口提供本地接 口管理。,（2）影响ADSL性能的因素 衰耗：传输系统中，发射端发出的信号 经过一定距离的传输后信号强度 将减弱。 反射干扰：非终接的抽头发射能量，降低

16、信号 的强度，并成为一个噪声源。,串音干扰：同一主干电缆中的双绞线发送器 的发送信号串入其他发送端或接 收器，造成串音。 噪声干扰：环境中的电磁波耦合到ADSL线 路中引发噪声干扰、降低数据 传输性能；,2、ADSL的调制技术 （1）调制解调器模型,加扰、解扰：ATM系统中，当没有ATM信元传输 时，发送器输入的信号将出现连0或 连1。通过加扰单元随机化该信元数 据大小以避免出现连0或连1； 再利用解扰单元还原被加扰的位； FEC编译码：检测并校正数据，保护数据免遭干扰,交错：将数据中的长串错误展开、交由FEC 校正处理； 解交错将展开的数据还原； 整波：维持传输数据适当的输出波形； 补偿：当

17、系统处于阈值条件下运行时，由于线路特 性的影响（如：噪声），收、发端采用补偿 器使得信号获得最佳传输性能；,（2）正交波幅调制（QAM）,（3）无载波幅度相位调制（CAP） 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。,（4）离散多音频（DMT） 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。,DMT的优点：（1）带宽利用率更高 （2）可实现动态带宽分配 （3）抗窄带噪

18、声能力强 （4）抗脉冲噪声能力强,3、ADSL的传输方式 一个ADSL物理信道可支持7个承载通道： 4个通道用于下行方向的单工信道， 3个通道用于传输上行、下行数据流的 双工信道。,（1）下行方向传输 32 kbit/s倍数的字节流可在任何承载通道上传 输，并被并入帧的附加信息区中。 ADSL定义了4种下行单工承载通道的传输级别。 每个传输级别均被定义为T1的倍数。分别为： 1.536Mbit/s、3.702Mbit/s、4.608Mbit/s、6.144Mbit/s 传输级别可通过4个速率配置组合,传输级别1：6.144Mbit/s 配置组合为：4个1.536Mbit/s 1个1.536Mb

19、it/s + 1个4.608Mbit/s 2个1.536Mbit/s + 1个3.072Mbit/s 传输级别2：4.608Mbit/s 配置组合为：3个1.536Mbit/s 1个1.536Mbit/s + 1个3.072Mbit/s 传输级别3：3.072Mbit/s 传输级别4：1.536Mbit/s,ADSL也定义了2.048Mbit/s（E1）的传输级别： 传输级别2M-1：6.144Mbit/s 配置组合为：1个6.144Mbit/s 1个4.096Mbit/s + 1个2.048Mbit/s 3个2.048Mbit/s 传输级别2M-2：4.096Mbit/s 配置组合为：1个4

20、.096Mbit/s 2个2.048Mbit/s 传输级别2M-3：2.048Mbit/s,（2）上行方向传输 通道LS0：作为以E1或T1为基数的传输等级控制 信道（C信道，16kbit/s） 通道LS1：160kbit/s、576kbit/s 通道LS2：384kbit/s ATM的控制信道（C信道，16kbit/s）,4、ADSL帧结构 （1）ADSL超帧结构 在ADSL协议功能中，最底层以DMT、CAP的线路码形式出现的比特组成了ADSL帧，再集合成ADSL超帧。,快速字节：携带循环校验码（CRC）和指示比特。 快速数据缓冲区内容：存储对时延敏感、容错性 较好的快速数据。 FEC：快速

21、数据利用前向纠错控制进行纠错。 交错数据缓冲区内容：交错数据被封装成没有噪声 的数据进行存储。,（2）ADSL的帧头 多数情况下ADSL使用帧头来同步通道，帧头比特流传输速度为32kbit/s ，可同时在上行和下行方向传输。 主要作用：使设备获得通道配置的速率； 如何在帧流中定位； 远程控制； 循环冗余校验检错（CRC） 前向纠错（FEC） 操作管理与维护（OAM）,2.3.4 ADSL的分布模型及其应用 1、分布模型 （1）比特同步模式,4个下行同步比特的用户设备连接至一个链 路远端缓冲区ATU-R。在下行链路或C信道上传 输的数据采用时分复用（TDM）方法在ADSL帧 内建立比特时隙。最终

22、在局端ATU-R缓冲区内弹 出。,（2）分组适应模式 不同于比特同步模式，该模式增加了分组适配 器，用以传送收发分组，并将分组放到ADSL帧中 在TMD信道中传送。,（3）端到端分组模式 用户设备的分组不被映射到上行/下行ADSL帧上，而是将分组送至一个以指定速率运行的上行/下行信道中尚未划分的频道链路上。 根据分组地址，分组被送至相应的服务器上。,（4）异步转移模式（ATM） ATM适配器复用并传送ATM信元，不是分组； ATU-C将信元传送至ATM网络； ADSL网络处理ATM信元时将信元组成ADSL帧；,2、基本应用 （1）ADSL for TCP/IP适应模式 ADSL分组允许以分组分

23、布模式通过 填充ADSL的帧和超帧进行传送。 ADSL最初的运用是让长时间等待的 Internet和Web用户从PSTN转向它们自己的 分组网，这个分组网有可能是基于IP的。,（2）ADSL for TCP/IP端到端模式 ADSL论坛为ATM和TCP/IP协议部分定义 了ADSL网络的TCP/IP适应模式。如果信息只是 在ATM网络和服务器上可用，有了适应模式就会 允许预设的TCP/IP去获取此信息。,2.4 甚高速数字用户线（VDSL）接入技术,2.4.1 VDSL 系统构成 1、系统结构,端局：局用数字终端图像信号经接口，由馈线 光纤送至远端。速率为：STM-4（622Mbit/s） 或

24、更高。 远端：收发机将各种信号耦合进双绞线。 用户：收发机的耦合器分离出模拟电话信号送至 话机，其余信号经VDSL收发机解调成 25Mbit/s或者52Mbit/s基带信号送至不同终 端。 收发机调制上行1.5Mbit/s信号送至双绞线,VDSL收发机通常采用离散多音频（DMT）调制 或者CAP调制。 在双绞线上：上行速率可达1.5Mbit/s； 下行速率可扩至25Mbit/s、52Mbit/s； 通过FDM，将电话信号与25Mbit/s、52Mbit/s 的数字信号结合在一起送至双绞线； POTS继续工作于4kHZ以下频段；,与ADSL不同之处：提供对称与非对称传输率； 使用带宽比ADSL要宽； 延伸的长度比ADSL短；,2、VDSL的体系结构,远端VDSL：位于路边。拷贝光纤传来的宽带图 像信号，并与铜线传输的数据信号、 电话信号合成。合成后的上行信号 送至交换局。 分离路：在ONU/DLC结构中支持模拟语音。 当网络数字化将不再保留模拟话音 业务。 用户端VDSL：将合成的数据信号、电话信号、图 像信号分离并送至不同的终端设备 同时将上行电话信号与数据信号合