宽带接入技术及应用3-qj

宽带接入技术及应用编著：郭世满马蕴颖郭苏宁

北京邮电大学出版社

3.1DSL的信息环境3.2铜线接入信号处理技术3.3高比特率数字用户线接入技术3.4第二代高比特率数字用户线第3章铜线接入技术3.5不对称数字用户线接入技术3.6G.Lite与DSLAM3.7甚高速数字用户线接入技术3.8新一代XDSL的应用第3章铜线接入技术3.1DSL的信息环境3.1.1铜线的传输损耗和容量与其他所有介质一样，信号在铜线上传送时会随铜线长度的增加而不断衰减，在一条长距离的环路上，总的衰减可达60~70dB。信号衰减与距离和频率的关系双绞线环路的信噪比与频率关系的模拟结果芯径为0.4mm的双绞线的白噪声信道容量3.1.2串扰和其他噪声1.串扰根据串扰的来源，可以将串扰分为近端串扰、远端串扰、自串扰和外串扰。NEXT和FEXT示意图叠加NEXT后的系统容量叠加FEXT后的系统容量2.脉冲噪声短暂的电磁干扰对DSL系统产生脉冲式噪声。脉冲噪声的主要来源，包括空中闪电、家用电器的开关动作等等。3.射频干扰主要的噪声源有调幅广播和业务无线电。前者的频率一般是固定的，干扰可预测，而后者则频率和功率电平存在跳动难以预测。3.1.3混合线圈与回波混合线圈实际上是一个电桥。如果该电桥达到平衡，只有极少量的发送信号能回到接受路径中，为达到电桥平衡，关键性的因素是与用户环路的阻抗匹配。3.2铜线接入信号处理技术近十年来，xDSL技术因其以低成本实现用户线高速化而不断受到重视，其中较为重要和使用的是HDSL、ADSL和VDSL技术等。3.2.12B1Q脉冲振幅调制即脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式，简单的说就是按一定的时间间隔对模拟信号进行采样，产生一个振幅等于采样信号的脉冲。2B1Q码属于基带传输的4PAM，是一种无冗余度的四电平脉冲幅度调制码。归零码和不归零码NRZ定义

不归零码：在二进制编码方案中，把1和0用相反的、交替的高低电压表示，代码之间不会返回到零电压(基准)。也就是说在数据流中只有两个值：高和低。RZ定义

归零：一种二进制码流编码方案，两个数据位之间信号须回到零电压。该信号有三种有效状态：高电平、低电平和归零。归零码和不归零码、单极性码和双极性码对于传输数字信号来说，最常用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字，即数字信号由矩形脉冲组成。a)单极性不归零码，无电压表示"0"，恒定正电压表示"1"，每个码元时间的中间点是采样时间，判决门限为半幅电平。

b)双极性不归零码，"1"码和"0"码都有电流，"1"为正电流，"0"为负电流，正和负的幅度相等，判决门限为零电平。

c)单极性归零码，当发"1"码时，发出正电流，但持续时间短于一个码元的时间宽度，即发出一个窄脉冲；当发"0"码时，仍然不发送电流。

d)双极性归零码，其中"1"码发正的窄脉冲，"0"码发负的窄脉冲，两个码元的时间间隔可以大于每一个窄脉冲的宽度，取样时间是对准脉冲的中心。归零码和不归零码、单极性码和双极性码的特点不归零码在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步；

归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽。

单极性码会积累直流分量，这样就不能使变压器在数据通信设备和所处环境之间提供良好绝缘的交流耦合，直流分量还会损坏连接点的表面电镀层；

双极性码的直流分量大大减少，这对数据传输是很有利的。2B1Q码与原比特码的对应图2B1Q的功率密度3.2.2QAMQAM计正交振幅调制，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，利用这种一条信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现来两路并行的数字信息传输。正交振幅调制系统16QAM调制原理16QAM星座图16PSK星座图3.2.3CAPCAP调制码是使用数字滤波器产生的，而不是调制载波。它与QAM有相同的频谱特性和理论基础，同相分两和正交分量有8个幅值，每个码元含4比特信号，与QAM有相同的星座映射。CAQ调制系统CAQ码的功率谱3.2.4DMT一般铜线回路的衰减特性随其长度、线径、桥接等变化很大，铜线回路的通信容量也在变化。DTM是根据这些回路特性，利用数字处理技术的自适应算法来调整数字滤波器的参数，使误码和串音等为最小，使任何子回路的通信容量最大。1.DMT信道分割原理把可用带宽分成N个独立的、等宽的子信道，根据信道的性能，即传送数据的能力，把输入数据自适应的分配到每一个字信道上。图3.2.9DMT信道图3.2.10DMT编码对线路条件的适应2.DMT的调制系统框图图3.2.11DMT调制系统图3.2.12串-并/并-串变换器结构图3.2.13循环前缀图3.2.14频率均衡3.3高比特率数字用户线接入技术高比特率数字用户线是ISDN编码技术研究的产物。3.3.1HDSL系统的基本组成HDSL技术是一种基于现有铜线技术，它采用了先进的数字信号自适应均衡技术和回波抵消技术。图3.3.1HDSL系统构成图3.3.2HDSL系统的参考配置图3.3.3HDSL收发机原理3.3.2HDSL桢结构HDSL既适应T1，又适应E1，这是因为T1和E1使用同样的HDSL桢结构。图3.3.4HDSL桢结构3.3.3HDSL关键技术线路编码线路码主要有2B1Q和CAP两种。性能损伤传输标准3.4HDSL2接入技术HDSL2代表“第二代高比特数字用户线”技术，规范的产品在1998年生产。本质是在一对线上传送T1和E1速率信号。3.4.1HDSL2的设计目标一对线上实现两线对HDSL的传输速率。获得与两线对HDSL相等的传输距离。对环路损坏的容忍能力不能低于HDSL.对现有业务造成的损害不能超过两线对HDSL能够在实际环路上可靠地运行价格要比传统的HDSL低。3.4.2HDSL2的线路编码关于HDSL2的争论都集中于HDSL2线路码的选择上。图3.4.1CAP与PAM的差别3.4.3HDSL2中的FDM和回波抵消图3.4.2HDSL2的回波抵消3.5ADSL接入技术不对称数字用户线是一种利用现有的传统电话线路高速传输数字信息的技术。与传统传输技术相比，ADSL是一种宽带调制解调技术器技术。图3.5.1下载时间比较ADSL的技术特点ADSL系统的主要特点是“不对称”。这正好与接入网中图像业务和数据业务的固有不对称性相适应。ADSL的系统结构图3.5.2ADSL的系统结构图3.5.3ADSL收发信机原理传输带宽ADSL基本上是运用频分复用或是回波抵消技术，将ADSL信号分割为多重信道。简单的说，一条ADSL线路可以分割为多条逻辑信道。图3.5.4ADSL的带宽分割方式ADSL的技术基础图3.5.5ADSL系统参考模型图3.5.6ADSLATU-C原理结构ADSL的重要特征首先是规定要支持模拟话音服务。其次是考虑ADSL所能提供的服务种类。最后是ADSL在客户端的实现可以采用多种形式。影响ADSL性能的因素衰损:尤其是高频反射干扰：桥接抽头串音干扰：近端串音、远端串音、高频干扰噪声干扰：突发电磁波耦合

ADSL的调制技术ADSL调制调解器利用数字信号处理技术将大量的数据压缩到双绞铜质电话线上，再运用转换器、分频器、模/数转换器等组件来进行处理。图3.5.7简化的调制/解调流程ADSL采用的调制技术加/解扰FEC编码交织整形补偿

ADSL的传输方式ADSL也是一个按桢传输方式，与其它桢不同的是，ADSL桢中的位流可以分割。

ADSL桢结构图3.5.8ADSL超桢和桢结构图3.5.9ADSL数据桢结构图3.5.10下行方向ADSL的快速数据结构图3.5.11上行方向ADSL的快速数据结构图3.5.12快速字节结构图3.5.13下行方向ADSL的交错数据结构图3.5.15ADSL四种不同传输模型3.6G.Lite与DSLAM3.6.1G.Lite传统的ADSL技术和产品早在20世纪90年代初就已经出现，但高速ADSL技术的应用比预计的要迟缓，其市场也一直很难形成规模。图3.6.1ADSL.Lite的基本网络体系结构数字用户环路接入复用器图3.6.2ADSL.Lite系统参考模型技术特点通用的、唯一的标准简单的即插即用性能：25倍始终接通5.价格低缺点速度低3.6.2DSLAM

DSLAM是出于效率原因将一组ATU-C与多路复用功能结合构成中心局的DSL接入复用器，DSLAM连接着网络的客户端和网络服务提供商的网络。图3.6.4应用DSLAM的网络结构图3.6.5DSLAM观点的DSL网络结构服务用户网络接入提供商网络服务提供商图3.6.6DSLAM隶属于ISP3.6.3VideooverADSL解决方案ADSL已成为宽带接入网络的重要组成部分，在宽带业务中，视频业务是其中一项倍受瞩目的应用，VideooverADSL是ADSL应用中重要的增值业务点，具有很强的市场前景。图3.6.7IPDSLAM设备的网络结构CPE:UserEndEquipmentVideooverADSL解决方案多播信令功能:接入，而非路由多播复制功能VideooverADSL的QoS保证：diffserv分区服务VideooverADSL的宽带控制3.6.4ADSLDSLAM技术的发展趋势第一代：纯ATM结构：622M接口，GB级交换能力，宽带远程接入器第二代：ATM内核IP上行第三代：IP内核IP上行3.7甚高速数字用户线技术接入本节将介绍VDSL的基本构成，相关技术以及存在问题，最后介绍了VDSL的应用。26M对称，13M对称，52M/6.4M非对称3.7.1VDSL系统构成图3.7.1VDSL系统结构图3.7.2VDSL的体系结构3.7.2VDSL的相关技术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，这些模式中，大部分的结构类似于ADSL。图3.7.3VDSL传输模式图3.7.4VDSL与ADSL的传输速率和传输距离3.7.3VDSL存在的问题不能确定VDSL能可靠地传输数据的最大距离业务环境问题。上下层协议不完全独立用户设备分配及电话网络与用户设备之间的接口。开销也是一个不能忽略的因素。3.8新一代xDSL技术及应用ADSL、HDSL/SHDSL等基于铜线传输的xDSL接入技术已经使铜线成为宽带用户接入的一个重要手段，并成为宽带接入的主流技术，为广大用户所采用。3.8.1ADSL2与ADSL2下面介绍ADSL2和ADSL2+在技术方面的特性。+ADSL2的主要技术特性速率提高、覆盖范围扩大线路诊断技术：两端诊断增强的电源管理技术：节电、休眠速率自适应技术：SRA无缝速率自适应多线对捆绑技术信道化技术其他优点ADSL2+除了具备ADSL2的技术特点外，还有一个重要的特点是扩展了ADSL2的下行频段，从而提高了短距离内线路上的下行速率。可以有效的减少串话干扰。ADSL2+的技术特性3.8.2VDSL技术VDSL技术特点：传输