第3章-2-接入网-铜线接入技术课件

铜线接入技术数字用户线(DigitalSubscriberLine，DSL)技术是20世纪80年代后期的产物，是采用不同调制方式,利用现有的公用电话交换网(PSTN)进行高速数据传输的技术，包括HDSL、ADSL、VDSL等，统称为xDSL。DSL技术主要用于综合业务数字网(ISDN)的基本速率业务，可以在一对双绞线上获得全双工传输，因此，它是最现实最经济的宽带接入技术。

HDSL技术

1．HDSL系统的基本构成

两台HDSL收发信机中的一台位于局端，另一台位于用户端，可以提供2Mbps或1.5Mbps速率的透明传输能力。铜线接入技术两台HDSL收发信机中的一台位于局端1HDSL的核心是HDSL收发信机，它是双向传输设备，图2.3就是其中的一个方向的原理框图。HDSL的核心是HDSL收发信机，它是双向传输设备，2HDSL采用了高速自适应数字滤波技术和先进的信号处理器，因而，它可以自动处理环路中的近端串音、噪声对信号的干扰、桥接和其他损伤，能适应多种混合线路或桥接条件。在没有再生中继器的情况下，传输距离可达3-5km。而原来的1.5Mbps或2Mbps数字链路每隔0.8-1.5km就需要增设一个再生中继器，而且还要严格地选择测量线对。因此，HDSL不仅提供了较长的无中继传输能力，而且简化了安装维护和设计工作，也降低了维护运行成本。2．HDSL的帧结构

HDSL帧包括开销字节和数据字节，帧长为6ms。线对数目不同的HDSL系统，传输速率也不一样，比如，两线对的HDSL，传输速率是18×64kbps+16kbps＝1168kbps，三线对的HDSL，传输速率12×64kbps+16kbps=784kbps，一对线的全双工系统速率为36×64kbps+16kbps=2.320Mbps。3．HDSL的线路编码

在二线用户环路的数字传输中，线路编码的目的主要有三个：第一，使线路信号与线路的传输特性相匹配，使接收信号不失真或很少失真；第二，使接收端便于从收到的线路信号中提取定时信号；第三，尽量压缩线路信号的传输带宽，以便提高发送信码的速率。HDSL采用了高速自适应数字滤波技术和先进的信号处3在HDSL二线用户环路上，线路信号的常灼码型有如下几种。（1）HDB3码HDB3码是三阶高密度双极性码，HighDensityBilateralcodewith3level，它是AMI码的改进型，主要克服了AMI码中连“0”个数不能控制的问题。（2）2B1Q码（3）CAP码CAP码是一种有冗余的无载波幅度相位调制码。它的编码原理是：将输入码流经串并转换分为两路，分别通过两个数字带通滤波器，然后相加得到CAP码。CAP码是HDSL系统中使用的第二种主要码型，CAP码系统比2B1Q系统的传输性能要好，但是CAP码系统在价格上也比较贵，所以说，2B1Q系统和CAP系统各有各的优势，在接入网中，应该根据实际情况灵活采用。在HDSL二线用户环路上，线路信号的常灼码型有如下几44．HDSL的特点HDSL技术能在两对双绞铜线上透明地传输E1信号达3-5km，而我国大中城市用户线的平均长度为3.4km左右，所以，在接入网中可以广泛地引入HDSL技术。优点：（1）HDSL的最大优点是充分利用现有的铜线资源实现扩容，以及在一定范围内解决部分用户对宽带信号的需求；（2）HDSL几乎可以用在任何地方，大约80-90%的铜缆设备都可以用于HDSL，而且不管是基于CAP还是基于2B1Q（PAM）线路码都可以使用。（3）HDSL还有一个重要优点是，可以使用原来的操作系统支持设备和软件。（4）HDSL的误码率比较低，而且，当部分传输线路出现故障时，系统仍然可以利用剩余的线路提供较低速率的传输，可靠性比较好。4．HDSL的特点5缺点：（1）最大问题在于HDSL必须使用两对或者三对线，这对于普通用户来说是不太可能的。（2）各个生产商的产品之间的特性也不兼容，使得互操作性无法实现，限制了HDSL产品的推广。（3）用户无法得到更多的增殖业务。HDSL在长度超过3.6km的用户线商运行时仍然需要中继器。有些HDSL的变种可以达到5.49km，但是仍然会有一些用户超过这个距离。（4）不论是T1还是E1，HDSL码普遍使用2B1Q编码，这就限制了带宽利用率和传输距离。缺点：6不对称数字用户线（ADSL）接入技术ADSL的提出ADSL技术将大部分带宽用来传输下行信号，也就是用户从网上下载信息，而只使用一小部分带宽来传输上行信号，也就是接收用户上传的信息，这就出现了所谓不对称的传输模式，所谓不对称，就是指下行带宽要远大于上行带宽。

ADSL系统可以提供三条信息通道：高速的下行信道、中速双工信道和普通电话业务信道。不对称数字用户线（ADSL）接入技术7二.ADSL的技术特点

（1）可以充分利用现有铜线资源，只要在用户线路两端加装ADSL设备就可以为用户提供服务。（2）ADSL设备随用随装，无需进行严格业务预测和网络规划。（3）ADSL设备拆装容易、灵活。（4）双绞铜线可以同时提供普通电话业务（PlainOldTelephoneService，POTS）的声音和ADSL数字线路使用，在一条ADSL线路上可以同时提供个人计算机、电话和电视频道。ADSL的主要缺点主要是设备成本较高、频谱兼容性比较差等等。三.ADSL的系统结构1．系统构成

在一对普通铜线两端，各加装一台ADSL局端设备和远端设备构成。它除了向用户提供一路普通电话业务以外，还能向用户提供一个中速双工数据通信信道（速率可达675kbps）和一个高速单工下行数据传送通道（速率可达6-8Mbps）。

二.ADSL的技术特点8第3章-2-接入网-铜线接入技术课件92．传输带宽ADSL运用频分复用（FDM）或者回波抵消（EC）技术，将ADSL信号分割为多重信道。也就是说，一条ADSL线路就是一条ADSL物理信道，它可以分割为多条逻辑信道。图2.11是这两种技术对带宽的处理。2．传输带宽10（a）是按FDM方式工作，POTS信道占据原来4kHz以下的电话频段，上行数字信道占据25-200kHz的中间频段，大约是175kHz，下行信道占据200kHz-1.1MHz的高端频段。（b）是回波抵消技术方式，上行带宽与下行带宽产生重叠，再用局部回波消除的方法将两个不同方向的传输带宽分离。

ADSL可以灵活地提供带宽，这样网络服务提供商就能以不同地配置包装销售ADSL服务，速率通常为256kbps到1.536Mbps之间，也可以提供更高的速率。表2.2是ADSL的传输分级。

（a）是按FDM方式工作，POTS信道占据原来4kHz以下的11四.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：（1）衰减衰减是指在传输系统中，发射端发出的信号经过一定距离的传输后，信号强度都会减弱。ADSL传输信号的高频分量通过用户线时，衰减更为严重。因此，有必要进行附加编码。在ADSL系统中，信号的哀耗同样跟传输距离、传输线径以及信号所在的频率点有密切关系。传输距离越远，频率越高，其衰减越大；线径越粗，传输距离越远，其哀耗越小，但所耗费的铜越多，投资也就越大。（2）反射干扰从局端设备到用户之间所存在的桥接抽头，以及电缆损失等造成阻抗的突变会引起功率反射或者反射波损耗，这就是反射干扰。在话音通信中其表现是回声，而在ADSL中复杂的调制方式很容易受到反射信号的干扰。目前大多数都采用回波抵消技术，但是当信号经过多处反射以后，回波抵消的效果就非常差了。四.影响ADSL性能的因素12（3）串音干扰在传输系统中存在各种电容、电感，以及分布电容和分布电感，由于这些电容和电感的耦合效应，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。一般分为近端串音和远端串音。

（4）噪声干扰

噪声产生的原因很多，比如家用电器的开关、电话摘机和挂机以及其他电动设备的运动等，这些突发的电磁波特会耦合到ADSL线路中，引起突发错误。五．ADSL调制技术

ADSL不仅吸取了HDSL的优点，而且在信号调制、数字相位均衡、回波抵消等方面采用了更为先进的器件和动态控制技术。比如：在信号调制方面，ADSL先后来用了正交幅度调制(QAM)、无载波幅度相位调制(CAP)和离散多音频(DMT)调制。

1．调制解调器的基本模型

所有的调制技术都具备了这个流程图所列出的各个步骤的功能，在芯片组的设计中，通常是分别实现各个模块的功能，再合并到芯片组中。（3）串音干扰13第3章-2-接入网-铜线接入技术课件14(1)加扰及解扰加扰的作用就是将包或是信元的数据大小随机化以避免这种现象的发生，再利用解扰的功能将被加扰的位还原。(2)FEC编译码FEC(前向纠错控制)是一种极重要的差错控制技术，FEC则除了具备CRC的功能外，还拥有数据校正的能力，可以保护传输中的数据避免遭受噪声及干扰。（3）交错（Interleaving）（4）整形（shaping）

（5）补偿（equalizing）

2.ADSL调制技术（1）QAM调制技术

正交波幅调制（QuadratureAmplitudeModulation，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调制方式。常见的调制级别有QAM-4、QAM-16、QAM-64和QAM-256，与其它调制技术相比，QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等特点，已经被广泛应用。

(1)加扰及解扰15（2）CAP调制技术CAP是无载波幅度相位调制（CarrierlessAmplitude&PhaseModulation，CAP）技术，它是以QAM调制技术为基础发展而来的，是QAM技术的一个变种。具体可分为CAP-4、CAP-16以及CAP-64等不同的调制模式。（3）DMT技术DMT（DiscreteMultiTone，离散多音频）是一种多载波调制技术。它的核心思想就是将整个传输频带分成若干个子信道，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（也就是每个载波调制的数据信号）是根据当前子信道的传输性能来决定的。甚高速数字用户线（VDSL）接入技术

VDSL可以在对称或不对称速率下运行，每个方向上最高对称速率是26Mbps。VDSL的其它典型速率是13Mbps的对称速率52Mbps的下行速率和6.4Mbps的上行速率，26Mbps的下行速率和3.2Mbps的上行速率，以及13Mbps的下行速率和1.6Mbps的上行速率。（2）CAP调制技术16一、VDSL的系统构成1.系统结构

VDSL系统仍然是通过普通模拟电话线进行传输，图像信号由局端的局用数字终端接口经馈线光纤送给远端，速率可以是SDH的STM-4，也就是622Mbps。VDSL收发机通常采用DMT调制，也可以采用CAP调制，具有很大的灵活性和优良的高频传送性能。一、VDSL的系统构成172.VDSL的体系结构

图2.32所示为一种VDSL的体系结构。远端VDSL设备位于靠近住宅区的路边，它对光纤传来的宽带图像信号进行选择拷贝，并和铜线传来的数据信号与电话信号合成，通过铜线送给位于用户家里的VDSL设备。位于用户家里的VDSL设备，将铜线送来的电话信号、数据信号和图像信号分离送给不同终端设备；同时将上行电话信号与数据信号合成，通过铜线送给远端VDSL设备。远端VDSL设备将合成的上行信号送给交换局。在这种结构中，VDSL系统与FTTC结合实现了到达用户的宽带接入。目前，VDSL的线路信号采用频分复用方式传输，同时通过回波抵消达到对称传输，或者达到非常高的传输速率。2.VDSL的体系结构18第3章-2-接入网-铜线接入技术课件19二、VDSL的相关技术1.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：（1）STM模式

（2）分组模式（3）ATM模式二、VDSL的相关技术202.传输速率与距离

如图2.34所示为VDSL与ADSL的传输速率和传输距离的比较。由图可以看出，VDSL实际上涉及的是ADSL没有涉及到的部分。根据双绞线的传输距离，VDSL可以和ADSL同时使用。许多标准化组织建议这两者的混合使用，这样可以提供更广泛的业务范围，包括从以PC为主的业务到交互式电视业务都可以在一个系统上实现。2.传输速率与距离21三、VDSL存在的主要问题VDSL目前还处于初级的标准化阶段，虽然已经出现了一些产品，但是要想建立一套标准的体系，还需要在本地环路的特性、噪声影响与灵敏度、上行复用技术等方面做很多工作。VDSL存在的问题主要有以下几个方面。

1.不能确定VDSL能可靠地传输数据的最大距离2.业务环境问题3.用户设备分配以及电话网络与用户设备之间的接口4.开销的因素三、VDSL存在的主要问题22铜线接入技术数字用户线(DigitalSubscriberLine，DSL)技术是20世纪80年代后期的产物，是采用不同调制方式,利用现有的公用电话交换网(PSTN)进行高速数据传输的技术，包括HDSL、ADSL、VDSL等，统称为xDSL。DSL技术主要用于综合业务数字网(ISDN)的基本速率业务，可以在一对双绞线上获得全双工传输，因此，它是最现实最经济的宽带接入技术。

HDSL技术

1．HDSL系统的基本构成

两台HDSL收发信机中的一台位于局端，另一台位于用户端，可以提供2Mbps或1.5Mbps速率的透明传输能力。铜线接入技术两台HDSL收发信机中的一台位于局端23HDSL的核心是HDSL收发信机，它是双向传输设备，图2.3就是其中的一个方向的原理框图。HDSL的核心是HDSL收发信机，它是双向传输设备，24HDSL采用了高速自适应数字滤波技术和先进的信号处理器，因而，它可以自动处理环路中的近端串音、噪声对信号的干扰、桥接和其他损伤，能适应多种混合线路或桥接条件。在没有再生中继器的情况下，传输距离可达3-5km。而原来的1.5Mbps或2Mbps数字链路每隔0.8-1.5km就需要增设一个再生中继器，而且还要严格地选择测量线对。因此，HDSL不仅提供了较长的无中继传输能力，而且简化了安装维护和设计工作，也降低了维护运行成本。2．HDSL的帧结构

HDSL帧包括开销字节和数据字节，帧长为6ms。线对数目不同的HDSL系统，传输速率也不一样，比如，两线对的HDSL，传输速率是18×64kbps+16kbps＝1168kbps，三线对的HDSL，传输速率12×64kbps+16kbps=784kbps，一对线的全双工系统速率为36×64kbps+16kbps=2.320Mbps。3．HDSL的线路编码

在二线用户环路的数字传输中，线路编码的目的主要有三个：第一，使线路信号与线路的传输特性相匹配，使接收信号不失真或很少失真；第二，使接收端便于从收到的线路信号中提取定时信号；第三，尽量压缩线路信号的传输带宽，以便提高发送信码的速率。HDSL采用了高速自适应数字滤波技术和先进的信号处25在HDSL二线用户环路上，线路信号的常灼码型有如下几种。（1）HDB3码HDB3码是三阶高密度双极性码，HighDensityBilateralcodewith3level，它是AMI码的改进型，主要克服了AMI码中连“0”个数不能控制的问题。（2）2B1Q码（3）CAP码CAP码是一种有冗余的无载波幅度相位调制码。它的编码原理是：将输入码流经串并转换分为两路，分别通过两个数字带通滤波器，然后相加得到CAP码。CAP码是HDSL系统中使用的第二种主要码型，CAP码系统比2B1Q系统的传输性能要好，但是CAP码系统在价格上也比较贵，所以说，2B1Q系统和CAP系统各有各的优势，在接入网中，应该根据实际情况灵活采用。在HDSL二线用户环路上，线路信号的常灼码型有如下几264．HDSL的特点HDSL技术能在两对双绞铜线上透明地传输E1信号达3-5km，而我国大中城市用户线的平均长度为3.4km左右，所以，在接入网中可以广泛地引入HDSL技术。优点：（1）HDSL的最大优点是充分利用现有的铜线资源实现扩容，以及在一定范围内解决部分用户对宽带信号的需求；（2）HDSL几乎可以用在任何地方，大约80-90%的铜缆设备都可以用于HDSL，而且不管是基于CAP还是基于2B1Q（PAM）线路码都可以使用。（3）HDSL还有一个重要优点是，可以使用原来的操作系统支持设备和软件。（4）HDSL的误码率比较低，而且，当部分传输线路出现故障时，系统仍然可以利用剩余的线路提供较低速率的传输，可靠性比较好。4．HDSL的特点27缺点：（1）最大问题在于HDSL必须使用两对或者三对线，这对于普通用户来说是不太可能的。（2）各个生产商的产品之间的特性也不兼容，使得互操作性无法实现，限制了HDSL产品的推广。（3）用户无法得到更多的增殖业务。HDSL在长度超过3.6km的用户线商运行时仍然需要中继器。有些HDSL的变种可以达到5.49km，但是仍然会有一些用户超过这个距离。（4）不论是T1还是E1，HDSL码普遍使用2B1Q编码，这就限制了带宽利用率和传输距离。缺点：28不对称数字用户线（ADSL）接入技术ADSL的提出ADSL技术将大部分带宽用来传输下行信号，也就是用户从网上下载信息，而只使用一小部分带宽来传输上行信号，也就是接收用户上传的信息，这就出现了所谓不对称的传输模式，所谓不对称，就是指下行带宽要远大于上行带宽。

ADSL系统可以提供三条信息通道：高速的下行信道、中速双工信道和普通电话业务信道。不对称数字用户线（ADSL）接入技术29二.ADSL的技术特点

（1）可以充分利用现有铜线资源，只要在用户线路两端加装ADSL设备就可以为用户提供服务。（2）ADSL设备随用随装，无需进行严格业务预测和网络规划。（3）ADSL设备拆装容易、灵活。（4）双绞铜线可以同时提供普通电话业务（PlainOldTelephoneService，POTS）的声音和ADSL数字线路使用，在一条ADSL线路上可以同时提供个人计算机、电话和电视频道。ADSL的主要缺点主要是设备成本较高、频谱兼容性比较差等等。三.ADSL的系统结构1．系统构成

在一对普通铜线两端，各加装一台ADSL局端设备和远端设备构成。它除了向用户提供一路普通电话业务以外，还能向用户提供一个中速双工数据通信信道（速率可达675kbps）和一个高速单工下行数据传送通道（速率可达6-8Mbps）。

二.ADSL的技术特点30第3章-2-接入网-铜线接入技术课件312．传输带宽ADSL运用频分复用（FDM）或者回波抵消（EC）技术，将ADSL信号分割为多重信道。也就是说，一条ADSL线路就是一条ADSL物理信道，它可以分割为多条逻辑信道。图2.11是这两种技术对带宽的处理。2．传输带宽32（a）是按FDM方式工作，POTS信道占据原来4kHz以下的电话频段，上行数字信道占据25-200kHz的中间频段，大约是175kHz，下行信道占据200kHz-1.1MHz的高端频段。（b）是回波抵消技术方式，上行带宽与下行带宽产生重叠，再用局部回波消除的方法将两个不同方向的传输带宽分离。

ADSL可以灵活地提供带宽，这样网络服务提供商就能以不同地配置包装销售ADSL服务，速率通常为256kbps到1.536Mbps之间，也可以提供更高的速率。表2.2是ADSL的传输分级。

（a）是按FDM方式工作，POTS信道占据原来4kHz以下的33四.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：（1）衰减衰减是指在传输系统中，发射端发出的信号经过一定距离的传输后，信号强度都会减弱。ADSL传输信号的高频分量通过用户线时，衰减更为严重。因此，有必要进行附加编码。在ADSL系统中，信号的哀耗同样跟传输距离、传输线径以及信号所在的频率点有密切关系。传输距离越远，频率越高，其衰减越大；线径越粗，传输距离越远，其哀耗越小，但所耗费的铜越多，投资也就越大。（2）反射干扰从局端设备到用户之间所存在的桥接抽头，以及电缆损失等造成阻抗的突变会引起功率反射或者反射波损耗，这就是反射干扰。在话音通信中其表现是回声，而在ADSL中复杂的调制方式很容易受到反射信号的干扰。目前大多数都采用回波抵消技术，但是当信号经过多处反射以后，回波抵消的效果就非常差了。四.影响ADSL性能的因素34（3）串音干扰在传输系统中存在各种电容、电感，以及分布电容和分布电感，由于这些电容和电感的耦合效应，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。一般分为近端串音和远端串音。

（4）噪声干扰

噪声产生的原因很多，比如家用电器的开关、电话摘机和挂机以及其他电动设备的运动等，这些突发的电磁波特会耦合到ADSL线路中，引起突发错误。五．ADSL调制技术

ADSL不仅吸取了HDSL的优点，而且在信号调制、数字相位均衡、回波抵消等方面采用了更为先进的器件和动态控制技术。比如：在信号调制方面，ADSL先后来用了正交幅度调制(QAM)、无载波幅度相位调制(CAP)和离散多音频(DMT)调制。

1．调制解调器的基本模型

所有的调制技术都具备了这个流程图所列出的各个步骤的功能，在芯片组的设计中，通常是分别实现各个模块的功能，再合并到芯片组中。（3）串音干扰35第3章-2-接入网-铜线接入技术课件36(1)加扰及解扰加扰的作用就是将包或是信元的数据大小随机化以避免这种现象的发生，再利用解扰的功能将被加扰的位还原。(2)FEC编译码FEC(前向纠错控制)是一种极重要的差错控制技术，FEC则除了具备CRC的功能外，还拥有数据校正的能力，可以保护传输中的数据避免遭受噪声及干扰。（3）交错（Interleaving）（4）整形（shaping）

（5）补偿（equalizing）

2.ADSL调制技术（1）QAM调制技术

正交波幅调制（QuadratureAmplitudeModulation，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调制方式。常见的调制级别有QAM-4、QAM-16、QAM-64和QAM-256，与其它调制技术相比，QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等特点，已经被广泛应用。

(1)加扰及解扰37（2）CAP调制技术CAP是无载波幅度相位调制（CarrierlessAmplitude&PhaseModulation，CAP）技术，它是以QAM调制技术为基础发展而来的，是QAM技术的一个变种。具体可分为CAP-4、CAP-16以及CAP-64等不同的调制模式。（3）DMT技术DMT（DiscreteMultiTone，离散多音频）是一种多载波调制技术。它的核心思想就是将整个传输频带分成若干个子信道，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（也就是每个载波调制的数据信号）是根据当前子信道的传输性能来决定的。甚高速数字用户线（VDSL）接入技术

VDSL可以在对称或不对称速率下运行，每个方向上最高对称速率是26Mbps。VDSL的其它典型速率是13Mbps的对称速率52Mbps的下行速率和6.4Mbps的上行速率，26