铜线接入技术

1、铜线接入技术引言1 、根本概念铜线接入是指以现有的 线为传输介质,利用各种先进的调制技术和编 码技术、数字信号处理技术来提升铜线的传输速率和传输距离.铜线接入技术最普遍应用于目前的固定 网,通过传统的程控交换机解 决了 用户的接入问题.随着技术的开展,出现了很多接入技术,如LAN HFG 无线接入、光纤接入等.这些接入技术的涌现为用户提供了丰富的接入种类, 弥补了铜线接入的缺乏,但仍然无法替代传统的铜线接入,铜线接入依然要在 很长的一段时间内作为主要的接入手段.在我们国家, 已经非常普及,传统的 用户铜线接入网构成了整个 通信的重要局部,它分布面广,所占比重大,如何利用好这局部资源来开发新 的

2、宽带业务是接入网开展所面临的重要任务.针对目前的现状和国情,铜线接 入技术在我国是接入网当中应用最广的技术,它充分利用了原有的铜线 用户线这资源,采用各种高速调制和编码技术,实现宽带接入.铜线接入技术也在不断进步.随着 xDSL技术的问世,铜线已经从只能传输 话音信和56Kbps的低速数据接入,开展到可以传输高达 55Mbit/s的数据信号. 目前流行的铜线接入技术主要是 xDSL技术.DSL是“Digital Subscriber Line 的缩写,即所谓的数字用户环路,DSL技术是基于普通 线的宽带接入技术, 它在同一铜线上分别传送数据和语音信号,数据信号并不通过 交换机设备, 减轻了 交

3、换机的负载；并且不需要拨号,一直在线,属于专线上网方式, 这意味着使用xDSL上网并不需要缴付另外的 费.xDSL中的“x代表了各 种数字用户环路技术,包括 HDSL SDSL ADSL RADSL VDSL等等.下面分别 介绍这几种DSL技术.2 .双绞铜线和音频对称电缆1双绞铜线双绞线是综合布线工程 中最常用的一种 传输介 质.按逆时针方向扭绞一般扭线的越密其抗干扰水平就越强.与其他传 输介质相比,双绞线在传输距离,信道宽度和数 据传输速度等方面均受到一定限制,但价格较为低廉.2音频对称电缆音频对称电缆：传输频带为话音带宽 0.3-3.4kHz的对称电缆.铜用户环路一般由音频对称电缆构成.

4、1、结构由缆心和护层组成.1缆芯由多股绝缘芯线按一定规那么扭绞而成.芯线：线径为0.4-0.9mm的铜导线绝缘芯线：每一芯线的外面用绝缘的纸或塑料覆盖而成.扭绞方式：对绞、星绞、复对绞.纽绞目的：增强对称电缆的柔韧性；减小不同线 对之间的串音干扰.2护层作用：保护缆心,减少机械损伤、防雷电和电磁干扰.种类：铅和塑料两种2、分类按线径分：按对数分：包含的双绞线对数通常为 43000按护层特点分：3、应用每一对绞线对,可作为一个二线用户环路使用；每一星绞四线组,可作为一组四线用户环路 使用.4、敷设方式架空、地埋或管道.5、关于对称性对称性是指,每对双绞线与其它第三根导体如 大地,电缆金属外皮和其

5、它导体之间的电气特 性相同.采用对称的目的：可以把传输过程中双绞线上感 应的同向等量的干扰电流消除干净.6、音频对称电缆的特性传输距离的增加,损耗增大.随着频率增高,衰减增大,线对之间的串音干扰 也增大.图示出一条容量为300线对的扎组截面图.该扎组包含六个线对多元组；每个线对多元组包含四个线对单元：其中两个线对单元分别包含12对双绞线；另两个线对单元那么分别包含 13对双绞 线.3 .用户线路网4 .配线方式直接配线复接配线交接配线自由配线调制技术(1) QAMQAIM (Quadrature Amplitude Modulation ) 即正交调幅.在数字用户环路中,通常使用多电 平正交调

6、幅(MQAM方案.M3AM调制的根本实现方法是,首先将发送 比特流通过串并变换电路分成两路, 再将每路每 l比特分为一组,形成n ( n=2i )个电平,分别 对两个相互正交的载波进行n电平调幅,然后相 加即形成MQAM1号.最后,经带通滤波后送信 道传输.MQA昉案的实现比较简单,其频谱效率随 着M的增加而增加.在数字用户环路中,M一般取16或64.(2)CAP(3)DMT在DMT系统中,子信道(subchannels )有 不同的称呼,如音调(tones )、频率盒(bins ) 和子载波(subcarrier )等.各子信道载波 频率的选取原那么是,使每个子信道的载波频 率分别为系统根本

7、频率的整倍数.DMT系统的主要特点是,各个子信道的传输 容量,可以根据其传输特性的好坏和受干扰 的大小,进行预分配,或自适应地进行动态 调节,使系统的传输性能处于最正确状态.例 如,对信噪比较高的子信道,分配的比特数 较多,其传输容量较大；反之,对信噪比较 低的子信道,分配的比特数那么较少,其传输 容量那么较小.在实际应用中,常采用数字信号处理(如快 速傅里叶反变换(IFFT)与快速傅里叶变换(FFD)技术来实现调制与解调过程.这些 技术目前是比较成熟的.FM即调频.使载波的频率随调制信号的幅度变化.AM即调频.使载波的幅度随调制信号的幅度变化.FSK频移键控.就是用数字信号去调制载波的频率.

8、ASK指的是振幅键控方式.这种调制方式是根据信号的不同 ,调节正弦波的幅 度.幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现.PSK相移键控.在相移键控中,在波相位受数字基带信号的限制,如在二进制 基带信号中为0时,载波相位为0,为1时载波相位为冗载波相位和基带信号 有对应的关系传输性能以及技术演进1、传输性能2、技术演进 铜线上的技术演进表现在两个方面：频段的开发利用以及接入技术的演进最初只提供POTSk务,带宽04kHz话带Modena术,在 铜线上传输数据采用话带频段,速率从最初的 300b/s到现在的56Kb/sISDN技术,采用时分复用实现数话同传2B+D言道将速率提升到144Kb/sxDS

9、L技术工作频段大多在话带频带之外,可数话同传HDSL 1.544Mb/s、2.048Mb/sADSL最大下行速率 6Mb/sVDSL下行速率提升到52Mb/s各类铜线接入技术分析一、话带Mode襟号接入PSTN ( Public Switched Telephone Network ) 定义公共交换 网络.一种常用旧式 系 统.即我们日常生活中常用的 网.AAA 身 份验证(Authentication) 、授权(Authorization) 和统计 (Accounting)Cisco 开发的一个提供网络平安的系统.二、ISDN接入技术综合业务 数字网(Integrated Services

10、Digital Network )ISDN)是一个数字 网络 国际标准,是一种典型的电路交换网络系统.1. ISDN的提出ISDN的提出最早为了综合电信网的多种业务网络由于传统通信网是业务需求推动的,所以 各个业务网络如 网、电报网和数据通信网等 各自独立且业务的运营机制各异,这样对网络运 营商而言运营、治理、维护复杂,资源浪费；对用户而言,业务申请手续复杂、使用不 便、本钱高；对整个通信的开展来说,这种异构体系对 未来开展适应性极差.于是将话音、数据、图像等各种业务综合 在统一的网络内成为一种必然,这就是综合业务 数字网的提出.ISDN是综合数字网的延伸优点：1提出并打破了传统的电信网和数据

11、网之 间的界线,使各种用户的各种业务需求能得以实 现；2改变了以往按业务组网的方式,从用户 的观点去设计标准、设计整个网络,防止了网路 资源和号资源的大量浪费.3为了进一步适应人们对各种宽带和可变速 率业务的需要,提出了 B-ISDNI 宽带综合业务数字网).最初的称为N-ISDNoISDN技术特点：(1) ISDN以数字 网为根底,提供端- 端的全数字连接,通过标准化的用户-网络接口 接入网络.(2 )业务综合.对各种不同业务的综合, 如数字 、用户电报(Telex)、智能用户电报 (Teletex)、可视图文(Videotex)、用户 、 电视 、电子邮件、电视会议等业务,均可以 数字信号

12、的形式通过ISDN传送.(3)技术综合.如电路交换技术、分组交 换技术、数字传输技术、公共信道信令技术、网 络治理和集中限制技术等.2. ISDN的概念模型定义：CCITT: ISDN是以提供端到端数字连 接的综合数字 网IDN为根底开展起来的通 信网,用以支持 及非话的多种业务；用户通 过一组有限的标准用户网络接口接入ISDN网内.ISDN 即:(1)是通信网； (2)以 网、IDN为根底开展而成;(3)支持端到端(End-to-End)的数字连接;(4)支持各种通信业务；(5)支持话音类及非话业务；(6)提供标准的用户-网络接口(UNI);(7)使得用户能通过一组有限个多用途的UNI 接入

13、 ISDN.1)业务综合2) ISDN的承载业务类型各种业务类型根据业务的数据速率分为两根本速率接 口 (BRI : Basic Rate Interface)该速率由两个承载信道和一个数据限制信 道构成,称为2B+D其中B(Bearer)为标准PCM 速率64kbps)D(Data)为16kbps.该速率适用于 家用或小型企业需要.基群速率接 口 (PRI : Primary Rate Interface)该速 率支持 T1(23B+D: 1.544Mbps)和 E1(30B+D 2.048Mbps),适用于大容量用户或集 团用户.(D: 64kbps)其中E1适用欧洲和中国等地区,T1适用

14、日 本和北美地区.7a、/0苗道(64一声)；诘舌、致塔、视面口'回 酹道(1/卬印赞露 信今°3) ISDN协议模型参照OSI参考模型,ISDN协议分层 ISDN分为四层网络层协议d L数据链路层协议J k1 r物理层协议端到端协议ISDNk务接入I.451 或Q.931I.441 或Q.921I.430(BRI)I.431(PRI)第一层：物理层,规定了 ISDN各种设备的 电气机械特性,及物理电气信号标准；第二层：数据链路层,完成物理连接间的数 据成帧/解帧及相应的纠错等功能,向上层提供 一条无过失的通信链路；第三层：网络层,进行路由选择、数据交换 等,负责把端到端的消

15、息正确地传递到对端.第四层：描述进程间通信、与应用无关的用 户效劳及其相关接口和各种应用,这局部协议不 在ISDN规定之内,由相关应用决定.?层间信息交换? 层间通信在各层 提供的业务 接入点(SAP)依靠消息原语(Message Primitives ) 进行.? ISDN功能设备定义及参考点标准设备：NT Network Termination :网络终端TA Terminal Adapter :终端适配器 TE Terminal Equipment :终端设备ISDN代理效劳器和ISDN路由器等TE1: ISDN标准终端设备；TE2非标准ISDN终端设备；NT1:网络终端1,标志本地环路

16、的物理终 结,具有用户传输线终端和用户网络接口UNI功能；NT2网络终端2,可以是PAB诫局域网LANLE:本地交换设备,完成用户本地环路内的 设备间信息交换；TA:终端适配器,完成非标准设备到ISDN速率的匹配及协议转换它可以在TE2中内嵌实现)；以上各类设备间的连接接口称为参考点.3 . ISDN的功能结构4 .信道结构ISDN用户和中央局之间是以数字管道形式连 接的,这个管道包含了多个通信信道.B 信道：64kbit/sD信道：16kkbit/s 或 64kbit/sH 信道：384kbit/s 、1536kbit/s 或 1920kbit/s(1 ) B信道B信道是用户信道,用来传送用

17、户的语音、 数据等信息,传输速率是64kbit/s.B信道是电路交换的根本单位.B信道上可 以建立三种类型的连接：电路交换连接.这相当于目前 网中的 数字交换连接,即当用户产生呼叫请求时,建立 一条电路,使其和网络的另一个用户接通.注意: 这种呼叫建立的过程并不在 B信道上进行,而是 利用公共信道信令来完成.分组交换连接.B信道可以用来将用户连接到分组交换节点,用户通过向B信道上发送X.25分组信息来和另一个用户通信.半固定连接.事先建立两个用户之间的连 接,而不需要在每次呼叫时再使用呼叫建立规 程,这等效于租用线路.(2) D信道用途：首先,可以传送公共信道信令,而这 些信令用来限制同一接口

18、上的 B信道上的呼叫； 其次,当没有信令信息需要传送时,D信道可用 来传送分组数据或低速的(如100bMs )遥控遥测数据.D信道的速率是16kbit /s或64kbit /s.(3) H信道?H信道用来传送高速的用户信息.?用户可以将H信道作为高速干线或根据各自的时分复用方案将其划分使用.?典型的应用：高速 、图像、高速数据、高质量音响、由低速数据复用而成的信 息流以及分组交换信息.?H信道的标准数率：?H0信道：384kbit /s?H11 信道：1536kbit /s(适用干PCM24路系统?H12 信道：1920kbit /s 适用于PCM30/3潞系统三、xDSL技术概述数字用户环路

19、DSD技术是一种利用普通铜 质 线路,实现高速数据传输的技术.数据传 输的距离通常在300m-7km之间,数据传输的速 率可达 1.5Mbit/s 52Mbit/s.xDSLlL各种类型DSL勺总称,包括HDSL SDSL ADSL RADSL VDS百口 IDSL 等.其中 “ x 由取 代的字母而定.各种DSL技术的区别主要表达在 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.xDSL技术形成的原因主干网已采用2.5Gb/s和10Gb/s的高速光 纤,但用户端的用户线绝大多数是 铜双绞 线,以现有的调制技术不能满足用户的高速接入 的需求.xDSL技术的特征? 1

20、与话音工作于不同频率,话音频带占04kHz,xDSL调制频带为4.4kHz1MHz;? 2可以在一定范围之内提供较高的传输速率；? 3铜线的具体条件和天气原因可能影响传 输性能.xDSL技术的优势? 1提供足够的带宽以满足人们对多媒体网 络应用的需求；? 2允许效劳提供商为用户提供新网络效劳；? 3性能和可靠性更高；? 4能够平滑地与现有网络连接,是过渡阶段比较经济的接入方案之一.xDSL的分类：? 1.高速率数字用户环路技术一一HDSL? 2.单线对数字用户环路技术一一SDSL? 3.基于ISDN的数字用户环路技术 IDSL? 4.非对称数字用户环路技术一一ADSL? 5.速率自适应非对称数

21、字用户环路技术RADSL? 6.甚高速率数字用户环路技术一一VDSL? 7.超高速率数字用户环路技术一一UDSL1、HDSL系统构成高速数字用户环路(HDSL):是铜线对增容技术 进一步开展的结果,是ISDN根本速率DSL传输 技术的开展和延伸.利用两对或三对铜线,为用户提供无中继地传 输PDHH次群速率(Tl或E1)的双工数字连接.传输距离：在线径为0.40.6mm的铜线上,可达35km)应用：企事业单位租用线、会议电视、无线基 站和移动交换中央的低本钱数字链路.HDSL收发器HDSL收发器1.168Mbps/784Kbps2.048Mbps <E1 接 口HDSL HDSL收发器 收

22、发器E1 接 口2.048Mbps1.168Mbps/784KbpsHDSL|收发器 784KbpsIrLI1一 HDSL 收发器HDS改键技术线路编码目的：与线路的传输特性相匹配,减小失真；使接收端易于从线路信号中提取时钟信号；尽量压速传输带宽,以提升信码的速率.线路码型主要有两种：即 2B1Q码和CAP码.(CAP : Carrierless Amplitude -Phase Modulation )无载波幅度相位调制回波抵消根本原理：端机从接收信号中减去其发送信号,即为对端发来的信号.考虑线路特性,采用自适应回波抵消器.为了使收发信号不相关,线路两端需要使用算 法不同的扰乱器.拖尾特性：

23、一是有多个反射点引起的短拖尾回 波；另一是由于非线性器件 产生的长拖尾回波.对于短拖尾回波,使用具有有限冲击响应(FR) 滤波器,线性的,短时间内抵消；对于长拖尾回波,使用具有无限冲击响应 (IIR)滤波器,线性的,按指数衰减特性抵消.回波抵消可以抵消：抵消发出的信号；抵消信 号拖尾；抵消近端串话.自适应均衡信号波形的失真,将引起码间干扰.线路传输特性是：速率越高,非线性越严重.通常,收、发两端都使用均衡器,发端采用固 定预均衡器,接收端采用判决反应自适应均衡器 (DFE)o要求：自适应均衡器均有很强的均衡水平.性能损伤主要因素：一是HDSL系统内部两对双绞线之间的近 端串话,它将随线路频率的

24、增高而增大；二是,邻近线对上的PSTN言令产生的脉冲 噪声,这种噪声有时较大,甚至会使耦合变压器 出现饱和失真,从而产生非线性效应.对于HDS统内部的近端串话,可以用回波 抵消技术予以消除.对于脉冲噪声干扰,那么需要采用纠错编码技术 来对抗.但将引入附加时延.传输标准两种不同规定：一种是美国国家标准委员会ANSI制定的,另一种是欧洲电信标准委员会 ETSI制定 的.应用与现状?第二代 HDSLHDSL2? HDSL2代表“第二代高比特数字用户线 技术,HDSL2标准的产品在1998年生产. HDSL混继HDSLW的技术,其本质上是在一 对线上传送T1和E1速率信号.它主要是由 美国ANSI制定

25、的标准.HDSL2勺主要设计目标如下：1 . 一对线上实现两线对HDSL勺传输速率.2 .获得与两线对HDSLlf等的传输距离.3 .对环路损坏衰减、桥接头及串音等的容 忍水平不能低于HDSL4 .对现有业务造成的损害不能超过两线对 HDSL5 .能够在实际环路上可靠地运行.6 .价格要比传统的HDSK.实质上,HDSL2勺设计目标是一种能够传送 T1 数据的单线对对称DSL技术.2、UDSLUDSL ( Ultrahigh bit-rate DigitalSubscriber Loop超高速数字用户环路也是DSL技术的一种,与 ADSL VDSL类似.但它可 在一条 线路使上行和下行的总速率

26、到达200Mbp$很显然它的主要优势就是传输速率高.这一技术目前主要的开发商就是TI 德州仪器,TI公司开发的UDSL设备可支持现行的 ADSL VDSL用户既可以单独选择UDSLit术, 也可以与ADSLVDS牌技术混合使用.由于UDS 技术兼容了 ADS困VDSL勺标准,所以提供了介于二者之间的解决方案.比方,在传输距离超出 1km时,UDSL勺传输速率可以与 ADSL相媲美, 在短距离通信时,其传输速率又可到达或超出 VDSL技术的水平.但目前这一技术只处于开发 阶段,并没有进行实质应用,要实现真正的高速 传输,目前证实最长传输距离只有几十米.3、ADSL接入结构说明用户端接入设备ADS

27、L Modem对数据信号进行调制/解调,实现ADSL据的正确收发别离器由低通滤波器和高通滤波器组成实现POTSf ADSL务的分路局端接入设备别离器机架：由多个别离器构成将别离后的话音接入程控交换机 将别离的数据接入数据交换机ATM 或Ethernet交换机ADSLA M ADSL入复用器实现各路ADS嗷据的复用和解复用 有些DSLA娘有局部治理和网关的功能ADSL勺承载信道ADSL勺数据通道分：双向低速信道和下行高速信道双向低速信道分LSCk LSI、LS2三个子通道可作为独立的单向信道配置,一般用作上行传输下行高速信道分ASCAS网个子通道子通道分：快速通道前向纠错,无交织,适于传输时延敏

28、感型业务交织通道前向纠错+交织,传输可靠性高,适于过失敏感型业务ADSL勺调制技术ADSL!常采用三种根本的调制技术：QAM :Quadrature AmplitudeModulation正交幅度调制DMT Discrete multi-Tone ,离散多音CAP: Carrierless Amplitude-Phase Modulation ,无载波幅相调制ITU-T G.992.1 (即 ITU-T G.DMT)采用 DM 调制技术DM碉制技术DM虐本思想：是一种最简单的多载波调制技术将信道分成假设干个互不重叠的子信道离散每个子信道分别单独进行调制根据S/N自适应分配子信道承载的比特率每个

29、子信道受损的情况可能不同受损大的子信道分配较少的比特甚至放弃ADSL中的 DMT将01.104MHz的频带分成256个子信道,每子信道带宽4.3kHz每个子信道单独进行QAMM制根据子信道受损情况采用不同的 QAM支降低调制速率以提升抗干扰水平, 特别适合反抗RFIDM改口何为各子信道动态分配比特率？发送测试信号练习序列接收端进行频谱估计,根据算法计算出 各个子信道的信噪比确定各子信道的比特分配如果某个子信道质量太差,可以放弃使用此子信道DMT勺特点可根据信道质量自适应调整比特可以避开强干扰的子信道,提升ADS的抗干扰水平当然,DMT在避开干扰的同时,也牺牲 了有效带宽,不过就可靠性而言,是值

30、 得的ADSL勺初始化过程ATU-R与ATU-C需要初始化以建立通信链路初始化过程可由任意一方开始为了最大化吞吐量和可靠性,收发信机需要确定信道的相关参数,并建立与信道相适应的传输与处理特性初始化过程：激活与回应阶段握手阶段练习阶段信道分析参数交换ADSL.Lite 结构与全速率ADSL相比,在用户侧取消了别离器局端设备不变特别提醒：用户侧有别离器的 ADSL也称全速率ADSL未来开展趋势1. DSL向新一代技术演进以ADSL技术为代表的xDSL技术最近几 年走上了开展 快车道.在快速开展的同时, ADSL从第一代ADSL技术向新一代ADSL技术 演进.随着ADSL应用的不断推广和宽带业务需

31、求 的不断变化,基于 G.992.1/G.992.2 的 ADSL技术在业务开展、运维等方面都暴露出了 一些难以克服的弱点.比方,第一代ADSL技术 所支持的线路诊断和检测水平较弱,随着用户数 的不断增多,如何实现用户终端的远程治理以及 线路的自动测试成为运营商十分头疼的事；单一 的ATM传送模式难以适应网络IP化的趋势； 较低的传输速率难以满足一些高带宽业务的开 展,如流媒体业务等.针对上述情况,ITU-T早在两三年前就通过 了 ADSL2 (G.992.3 )和 ADSL2+ (G.992.5 ) 两个新一代ADSL技术标准,促使全球的运营商 更好地开展ADSL业务、用户更好地享用ADSL 业务.ADSL2/2+ 在第一代 ADSL的根底上增 加了一些新的特性,在性能、功能方面有较大改 进,其突出特点和主要改良有：扩大了覆盖范围、 提升了数据速率,特别是 ADSL2+将频谱范围 从1.104MHz 扩展至ij 2.208MHz ,使下行速率 大大