铜线接入技术

引言基本概念铜线接入是指以现有的电话线为传输介质，运用各种先进的调制技术和编码技术、数字信号解决技术来提高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电话网，通过传统的程控互换机解决了电话用户的接入问题。随着技术的发展，出现了很多接入技术，如LAN、HFC、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，填补了铜线接入的局限性，但仍然无法替代传统的铜线接入，铜线接入仍然要在很长的一段时间内作为重要的接入手段。

在我们国家，电话已经非常普及，传统的电话用户铜线接入网构成了整个通信的重要部分，它分布面广，所占比重大，如何运用好这部分资源来开发新的宽带业务是接入网发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，它充足运用了原有的铜线（电话用户线）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，发展到可以传输高达55Mbit/s的数据信号。目前流行的铜线接入技术重要是xDSL技术。DSL是“DigitalSubscriberLine”的缩写，即所谓的数字用户环路，DSL技术是基于普通电话线的宽带接入技术，它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话互换机设备，减轻了电话互换机的负载；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上网并不需要缴付此外的电话费。xDSL中的“x”代表了各种数字用户环路技术，涉及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能力就越强，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。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则扭绞而成。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4—3000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长，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；另两个线对单元则分别包含13对双绞线。3．用户线路网4．配线方式①直接配线②复接配线③交接配线④自由配线调制技术（1）QAMQAM（QuadratureAmplitudeModulation）即正交调幅。在数字用户环路中，通常使用多电平正交调幅（MQAM）方案。MQAM调制的基本实现方法是，一方面将发送比特流通过串并变换电路提成两路，再将每路每l比特分为一组，形成n（n=2l）个电平，分别对两个互相正交的载波进行n电平调幅，然后相加即形成MQAM信号。最后，经带通滤波后送信道传输。MQAM方案的实现比较简朴，其频谱效率随着M的增长而增长。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则是，使每个子信道的载波频率分别为系统基本频率的整倍数。DMT系统的重要特点是，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，进行预分派，或自适应地进行动态调节，使系统的传输性能处在最佳状态。例如，对信噪比较高的子信道，分派的比特数较多，其传输容量较大；反之，对信噪比较低的子信道，分派的比特数则较少，其传输容量则较小。在实际应用中，常采用数字信号解决（如快速傅里叶反变换（IFFT）与快速傅里叶变换（FFT））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。

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控制，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π,载波相位和基带信号有一一相应的关系传输性能以及技术演进传输性能技术演进电话铜线上的技术演进表现在两个方面：频段的开发运用以及接入技术的演进最初只提供POTS业务，带宽0～4kHz话带Modem技术，在电话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信道将速率提高到144Kb/sxDSL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：下行速率提高到52Mb/s各类铜线接入技术分析一、话带Modem拨号接入PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)定义公共互换电话网络，一种常用旧式电话系统。即我们平常生活中常用的电话网。AAA-----身份验证(Authentication)、授权(Authorization)和记录(Accounting)Cisco开发的一个提供网络安全的系统。二、ISDN接入技术综合业务数字网（IntegratedServicesDigitalNetwork，ISDN）是一个数字电话网络国际标准，是一种典型的电路互换网络系统。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电话网、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、管理、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、成本高；对整个通信的发展来说，这种异构体系对未来发展适应性极差。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，避免了网路资源和号码资源的大量浪费。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-ISDN（宽带综合业务数字网）。最初的称为N-ISDN。ISDN技术特点：（１）ISDN以数字电话网为基础，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，如数字电话、用户电报(Telex)、智能用户电报(Teletex)、可视图文(Videotex)、用户传真、电视电话、电子邮件、电视会议等业务，均可以数字信号的形式通过ISDN传送。（３）技术综合。如电路互换技术、分组互换技术、数字传输技术、公共信道信令技术、网络管理和集中控制技术等。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电话网IDN为基础发展起来的通信网，用以支持电话及非话的多种业务；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)以电话网、IDN为基础发展而成；(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ISDN。1）业务综合2）ISDN的承载业务类型各种业务类型按照业务的数据速率分为两级◆基本速率接口(BRI：BasicRateInterface)该速率由两个承载信道和一个数据控制信道构成，称为2B+D，其中B(Bearer)为标准PCM速率64kbps，D(Data)为16kbps。该速率合用于家用或小型公司需要。◆基群速率接口(PRI：PrimaryRateInterface)该速率支持T1(23B+D：1.544Mbps)和E1(30B+D：2.048Mbps)，合用于大容量用户或集团用户。(D：64kbps)其中E1合用欧洲和中国等地区，T1合用日本和北美地区。3）ISDN协议模型¨ISDN协议分层参照OSI参考模型，ISDN分为四层第一层：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，完毕物理连接间的数据成帧/解帧及相应的纠错等功能，向上层提供一条无差错的通信链路；第三层：网络层，进行路由选择、数据互换等，负责把端到端的消息对的地传递到对端。第四层：描述进程间通信、与应用无关的用户服务及其相关接口和各种应用，这部分协议不在ISDN规定之内，由相关应用决定。¨层间信息互换层间通信在各层提供的业务接入点(SAP)依靠消息原语（MessagePrimitives）进行。¨ISDN功能设备定义及参考点标准设备：NT（NetworkTermination：网络终端）TA（TerminalAdapter：终端适配器）TE（TerminalEquipment：终端设备）ISDN代理服务器和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PABX或局域网LAN；LE：本地互换设备，完毕用户本地环路内的设备间信息互换；TA：终端适配器，完毕非标准设备到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用户和中心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，用来传送用户的语音、数据等信息，传输速率是64kbit/s。B信道是电路互换的基本单位。B信道上可以建立三种类型的连接：¨电路互换连接。这相称于目前电话网中的数字互换连接，即当用户产生呼喊请求时，建立一条电路，使其和网络的另一个用户接通。注意：这种呼喊建立的过程并不在B信道上进行，而是运用公共信道信令来完毕。¨分组互换连接。B信道可以用来将用户连接到分组互换节点，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，而不需要在每次呼喊时再使用呼喊建立规程，这等效于租用线路。（2）D信道用途：一方面，可以传送公共信道信令，而这些信令用来控制同一接口上的B信道上的呼喊；另一方面，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100bit/s）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：高速传真、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互换信息。H信道的标准数率：H0信道：384kbit／sH11信道：1536kbit／s（合用干PCM24路系统）H12信道：1920kbit／s（合用于PCM30/32路系统）三、xDSL技术概述数字用户环路（DSL）技术是一种运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300m～7km之间，数据传输的速率可达1.5Mbit/s～52Mbit/s。xDSL是各种类型DSL的总称，涉及HDSL，SDSL，ADSL，RADSL，VDSL和IDSL等。其中“x”由取代的字母而定。各种DSL技术的区别重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。xDSL技术形成的因素主干网已采用2.5Gb/s和10Gb/s的高速光纤，但用户端的用户线绝大多数是电话铜双绞线，以现有的调制技术不能满足用户的高速接入的需求。xDSL技术的特性1）与话音工作于不同频率，话音频带占0~4kHz,xDSL调制频带为4.4kHz~1MHz;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因素也许影响传输性能。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）允许服务提供商为用户提供新网络服务；3）性能和可靠性更高；4）可以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——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——VDSL7.超高速率数字用户环路技术——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发展的结果，是ISDN基本速率DSL传输技术的发展和延伸。运用两对或三对铜线，为用户提供无中继地传输PDH一次群速率(Tl或E1)的双工数字连接。传输距离：在线径为0.4～0.6mm的铜线上，可达3～5km。应用：企事业单位租用线、会议电视、无线基站和移动互换中心的低成本数字链路。HDSL关键技术①线路编码目的：与线路的传输特性相匹配，减小失真；使接受端易于从线路信号中提取时钟信号；尽量压速传输带宽，以提高信码的速率。线路码型重要有两种：即2B1Q码和CAP码。（CAP：CarrierlessAmplitude-PhaseModulation）无载波幅度相位调制②回波抵消基本原理：端机从接受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：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，使用品有有限冲击响应（FR）滤波器，线性的，短时间内抵消；对于长拖尾回波，使用品有无限冲击响应（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。③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，接受端采用判决反馈自适应均衡器(DFE)。规定：自适应均衡器均有很强的均衡能力。性能损伤重要因素：一是HDSL系统内部两对双绞线之间的近端串话，它将随线路频率的增高而增大；二是，邻近线对上的PSTN信令产生的脉冲噪声，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HDSL系统内部的近端串话，可以用回波抵消技术予以消除。 对于脉冲噪声干扰，则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HDSL——HDSL2HDSL2代表“第二代高比特数字用户线”技术，HDSL2规范的产品在1998年生产。HDSL2是继HDSL后的技术，其本质上是在一对线上传送T1和E1速率信号。它重要是由美国ANSI制定的标准。HDSL2的重要设计目的如下：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（衰减、桥接头及串音等）的容忍能力不能低于HDSL。对现有业务导致的损害不能超过两线对HDSL。可以在实际环路上可靠地运营。价格要比传统的HDSL低。实质上，HDSL2的设计目的是一种可以传送T1数据的单线对对称DSL技术。2、UDSLUDSL（Ultrahighbit-rateDigitalSubscriberLoop，超高速数字用户环路）也是DSL技术的一种，与ADSL、VDSL类似。但它可在一条电话线路使上行和下行的总速率达成200Mbps。很显然它的重要优势就是传输速率高。这一技术目前重要的开发商就是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UDSL技术，也可以与ADSL、VDSL等技术混合使用。由于UDSL技术兼容了ADSL和VDSL的标准，所以提供了介于两者之间的解决方案。比如，在传输距离超过1km时，UDSL的传输速率可以与ADSL相媲美，在短距离通信时，其传输速率又可达成或超过VDSL技术的水平。但目前这一技术只处在开发阶段，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ADSLModem对数据信号进行调制/解调，实现ADSL数据的对的收发分离器由低通滤波器和高通滤波器组成实现POTS与ADSL业务的分路局端接入设备分离器机架：由多个分离器构成将分离后的话音接入程控互换机将分离的数据接入数据互换机（ATM或Ethernet互换机）ADSLAM：ADSL接入复用器实现各路ADSL数据的复用和解复用有些DSLAM具有局部管理和网关的功能ADSL的承载信道ADSL的数据通道分：双向低速信道和下行高速信道双向低速信道分LS0、LS1、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AS0~AS3四个子通道子通道分：快速通道前向纠错，无交织，适于传输时延敏感型业务交织通道前向纠错＋交织，传输可靠性高，适于差错敏感型业务ADSL的调制技术ADSL通常采用三种基本的调制技术：QAM：QuadratureAmplitudeModulation，正交幅度调制DMT：Discretemulti-Tone，离散多音CAP：CarrierlessAmplitude-PhaseModulation，无载波幅相调制ITU-TG.992.1（即ITU-TG.DMT）采用DMT调制技术DMT调制技术DMT基本思想：是一种最简朴的多载波调制技术将信道提成若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自适应分派子信道承载的比特率每个子信道受损的情况也许不同受损大的子信道分派较少的比特（甚至放弃）ADSL中的DMT：将0－1.104MHz的频带提成256个子信道，每子信道带宽4.3kHz每个子信道单独进行QAM调制根据子信道受损情况采用不同的QAM技术减少调制速率以提高抗干扰能力，特别适合抵抗RFIDMT如何为各子信道动态分派比特率？发送测试信号（训练序列）接受端进行频谱估计，根据算法计算出各个子信道的信噪比拟定各子信道的比特分派假如某个子信道质量太差，可以放弃使用此子信道DMT的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，提高ADSL的抗干扰能力当然，DMT在避开干扰的同时，也牺牲了有效带宽，但是就可靠性而言，是值得的ADSL的初始化过程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，收发信机需要拟定信道的相关参数，并建立与信道相适应的传输与解决特性初始化过程：激活与回应阶段（握手阶段）训练阶段信道分析参数互换ADSL.Lite结构与全速率ADSL相比，在用户侧取消了分离器局端设备不变特别提醒：用户侧有分离器的ADSL也称全速率ADSL未来发展趋势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发展“快车道”。在快速发展的同时，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。比如，第一代ADSL技术所支持的线路诊断和检测能力较弱，随着用户数的不断增多，如何实现用户终端的远程管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的基础上增长了一些新的特性，在性能、功能方面有较大改善，其突出特点和重要改善有：扩大了覆盖范围、提高了数据速率