第5章 05電話銅線接入技術(shù)

第5章電話銅線接入技術(shù)接入網(wǎng)技術(shù)2008年春lxm第5章電話銅線接入技術(shù)5.1引言5.2電話銅線的傳輸性能5.3撥號(hào)接入技術(shù)5.4xDSL的體系結(jié)構(gòu)5.5ADSL5.6新一代的DSL2008年春lxm5.1引言電話銅線接入網(wǎng)在全球，覆蓋最廣，向家庭、商業(yè)用戶提供接入主要成分：雙絞銅線，直達(dá)用戶駐地架空、直埋、管道早期提供POTS業(yè)務(wù)（話音業(yè)務(wù)）現(xiàn)在可提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。2008年春lxm5.2電話銅線的傳輸性能電話銅線上的技術(shù)演進(jìn)表現(xiàn)在兩個(gè)方面：頻段的開(kāi)發(fā)利用接入技術(shù)的演進(jìn)2008年春lxm5.2電話銅線的傳輸性能電話銅線上的頻段開(kāi)發(fā)與利用0~4kHz：POTS、話帶調(diào)解器20kHz~1.1MHz：ADSL35kHz~30MHz：VDSL（實(shí)際沒(méi)有達(dá)到上限）4MHz~10MHz：HomePNA2008年春lxm5.2電話銅線的傳輸性能電話銅線上的技術(shù)演進(jìn)最初近提供的業(yè)務(wù)：POTS業(yè)務(wù)，帶寬0～4kHz話帶Modem技術(shù)，在電話銅線上使用話帶傳輸數(shù)據(jù)采用話帶頻段，速率從最初的300b/s到現(xiàn)在的56Kb/sISDN技術(shù)，采用時(shí)分復(fù)用實(shí)現(xiàn)數(shù)話同傳2B+D信道將速率提高到144Kb/sxDSL技術(shù)工作頻段大多在話帶頻帶之外，可數(shù)話同傳HDSL：1.544Mb/s、2.048Mb/sADSL：最大下行速率6-8Mb/sVDSL：下行速率提高到52Mb/sHomePNA：家庭電話銅線以太網(wǎng)技術(shù)2008年春lxm5.2電話銅線的傳輸性能引起電話銅線傳輸損傷的因素傳輸損耗：與距離、線徑、頻率有關(guān)信號(hào)反射（混合線圈和回波）阻抗不匹配，引起信號(hào)反射回路中線徑不同，拼接引起阻抗變化導(dǎo)致信號(hào)反射噪聲白噪聲：由線路中電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的固有噪聲射頻（RF）干擾:電話線充當(dāng)天線，可能收到AM/FM信號(hào)脈沖干擾：瞬間突發(fā)干擾，如交換機(jī)的開(kāi)關(guān)暫態(tài)、振鈴等串?dāng)_：同一扎內(nèi)或相鄰扎線之間的干擾2008年春lxm5.2電話銅線的傳輸性能電話銅線上的傳輸有損傷傳輸速率隨著距離的增加而減小信噪比的減小而減小電話銅線線徑越小，信號(hào)衰減越大電話銅線使用頻率越高，克服損傷技術(shù)上要求越高目前已開(kāi)發(fā)出了電話銅線的更高頻段，采用了更先進(jìn)、抗干擾性能更好的調(diào)制編碼技術(shù)糾錯(cuò)技術(shù)DSP技術(shù)等已達(dá)到幾十兆Hz（理論值30MHz），但相信還會(huì)發(fā)展2008年春lxm5.3撥號(hào)接入技術(shù)話帶Modem撥號(hào)接入ISDN撥號(hào)接入2008年春lxm話帶Modem撥號(hào)接入PSTN：PublicSwitchedTelephoneNetworkAAA:Authentication、Authorization、AccountingPSTN撥號(hào)接入服務(wù)器InternetAAA服務(wù)器ModemModem代理RS232C接口E1中繼線電話銅線運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)2008年春lxm話帶Modem撥號(hào)接入工作原理PC機(jī)裝有TCP/IP和PPP協(xié)議，撥號(hào)接入服務(wù)器具有一定數(shù)量的IP地址（IP地址池)用戶需事先從InternetServiceProvider處得到撥叫的特服號(hào)、登陸用戶名和口令PC機(jī)通過(guò)撥號(hào)上網(wǎng)時(shí)，會(huì)動(dòng)態(tài)得到一個(gè)IP地址，成為Internet上的一臺(tái)主機(jī)PC機(jī)下網(wǎng)時(shí)，IP地址被釋放，以備分配給其他用戶用戶撥號(hào)連接成功身份認(rèn)證認(rèn)證通過(guò)給用戶分配IP地址并記帳結(jié)束下網(wǎng)釋放IP停記帳未通過(guò)用戶上網(wǎng)2008年春lxm話帶Modem撥號(hào)接入特點(diǎn)Modem帶寬為300～3400Hz范圍最高下行速率56Kb/s上網(wǎng)時(shí)一直占用話路，一對(duì)雙絞線上數(shù)話不能同傳一種最簡(jiǎn)單、最便宜的接入方式廣泛用于家庭用戶、部分用于小型辦公室局域網(wǎng)的Internet接入局限性長(zhǎng)時(shí)間占用電話網(wǎng)資源，造成電話網(wǎng)的擁擠帶寬太窄、速率太低，不能滿足寬帶業(yè)務(wù)的需求不能同時(shí)滿足多種業(yè)務(wù)2008年春lxmISDN撥號(hào)接入ISDN：IntegratedServicesDigitalNetworkTE1：非ISDN終端TE2：ISDN終端TA：ISDN終端適配器NT：網(wǎng)絡(luò)－用戶接口設(shè)備信道：2B+D或30B+DB信道傳輸數(shù)字話音或數(shù)據(jù)，D信道傳輸信令I(lǐng)nternetTAISDNTE1NTTE2信道撥號(hào)服務(wù)器2008年春lxmISDN撥號(hào)接入特點(diǎn)在模擬信道上采用數(shù)字傳輸技術(shù)一線多能（數(shù)話同傳）高速接入（2個(gè)B信道可以捆綁使用，上網(wǎng)速率可達(dá)128Kbps）提供標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)用戶接口，支持多個(gè)設(shè)備接入1條具有2B+D的用戶線可連接8臺(tái)終端最多可有3臺(tái)同時(shí)工作（D信道也可傳輸?shù)退贁?shù)據(jù)）可用于家庭用戶撥號(hào)接入、商用專線接入除歐洲外，其它地區(qū)用戶很少局限性速率仍不夠高，不能滿足寬帶業(yè)務(wù)需求安裝較Modem接入復(fù)雜2008年春lxm5.4xDSL的體系結(jié)構(gòu)概述不同DSL技術(shù)的差別xDSL的接入結(jié)構(gòu)xDSL的轉(zhuǎn)移模式2008年春lxm概述xDSL是一系列利用現(xiàn)有電話銅線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶拵Ы尤爰夹g(shù)xDSL工作頻段大多高于話帶采用先進(jìn)的DSP技術(shù)和調(diào)制解調(diào)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電話銅線上的高速接入分類：速率對(duì)稱型DSL技術(shù)HDSL、SDSL、IDSL速率非對(duì)稱型DSL技術(shù)：ADSL、VDSL、VADSL、RADSL等。2008年春lxm不同DSL技術(shù)的差別主要表現(xiàn)在速率、傳輸距離、編碼技術(shù)、上下行速率的對(duì)稱性等方面HDSL：上下行速率對(duì)稱、1.5/2Mb/s，2對(duì)線（HDSL2、SHDSL支持1對(duì)線），與話帶重疊，不可與話音業(yè)務(wù)同時(shí)進(jìn)行ADSL：不對(duì)稱，上行640kb/s，下行最高6～8Mb/s。1對(duì)線，工作頻帶高于話帶，可同時(shí)支持話音業(yè)務(wù)VDSL：不對(duì)稱上行最高6.4Mb/s，下行最高52Mb/s；對(duì)稱上下行最高26Mb/s。1對(duì)線，工作頻帶高于話帶，可同時(shí)支持話音業(yè)務(wù)2008年春lxmxDSL的接入結(jié)構(gòu)PSTNDataNetwork電話銅線xTU-R遠(yuǎn)端設(shè)備分離器xTU-C局端設(shè)備分離器可數(shù)話同傳的xDSL結(jié)構(gòu)圖DataNetwork電話銅線xTU-R遠(yuǎn)端設(shè)備不可數(shù)話同傳的xDSL結(jié)構(gòu)圖xTU-C局端設(shè)備xTU-R：DSL遠(yuǎn)端傳輸單元，xTU-C：DSL局端傳輸單元具體的DSL接入結(jié)構(gòu)有差別2008年春lxmxDSL的轉(zhuǎn)移模式轉(zhuǎn)移模式是指用戶端到局端之間在DSL鏈路上承載并轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)單元格式。三種轉(zhuǎn)移模式：STM：同步轉(zhuǎn)移模式在DSL鏈路上承載并轉(zhuǎn)移STM幀（固定速率的流式業(yè)務(wù)）固定分配帶寬，用戶專用，資源浪費(fèi)ATM：異步轉(zhuǎn)移模式在DSL鏈路上承載并轉(zhuǎn)移ATM信元曾經(jīng)的主要模式PTM：分組轉(zhuǎn)移模式在DSL鏈路上承載并轉(zhuǎn)移可變長(zhǎng)度的分組一種最新的模式，順應(yīng)IP技術(shù)潮流，最具發(fā)展?jié)摿ataNetworkADSLLinkATU-RSTM/ATM/PTMoverADSL示例ATU-CSTM/ATM/PTM模式2008年春lxm5.5ADSL技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)展基本特征接入結(jié)構(gòu)技術(shù)要點(diǎn)ADSL.Lite應(yīng)用2008年春lxmADSL技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)展ADSL的概念于1989年提出，1998年開(kāi)始廣泛用于互聯(lián)網(wǎng)接入ITU-T技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：第一代ADSL技術(shù)G.992.1-1999，也稱G.dmt規(guī)范，定義ADSL收發(fā)器G.992.2-1999，也稱G.lite規(guī)范，定義無(wú)分離器ADSL收發(fā)器第二代ADSL技術(shù)G.992.3-2002，也稱ADSL2，定義了ADSL2收發(fā)器G.992.4-2002，定義了無(wú)分離器的ADSL2收發(fā)器G.992.5-2003，也稱ADSL2+，定義了增強(qiáng)功能的ADSL2收發(fā)器2008年春lxmADSL基本特征在現(xiàn)有的電話銅線上提供高速數(shù)字業(yè)務(wù)，不干擾POTS業(yè)務(wù)ADSL只使用PSTN的用戶接入段，不進(jìn)入程控交換機(jī)，直接進(jìn)入數(shù)據(jù)網(wǎng)，ADSL業(yè)務(wù)不交電話費(fèi)與POTS業(yè)務(wù)共享同一電話線，采用FDM實(shí)現(xiàn)數(shù)話同傳傳輸速率：最高上行640Kb/s，最高下行：8Mb/s傳輸距離：3～5km業(yè)務(wù)類型：語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖象上下行速率不對(duì)稱，特別適合Internet的接入2008年春lxmADSL接入結(jié)構(gòu)ADSLAM：ADSLAccessMultiplexing，ADSL接入復(fù)用器ATU-C：ADSLTransmissionUnit-COside，ADSL局端傳輸單元ATU-R：ADSLTransmissionUnit-Remoteside，ADSL遠(yuǎn)端傳輸單元DataNetworkADSLModem分離器分離器機(jī)架局端接入設(shè)備PSTN用戶端接入設(shè)備用戶線ATU-CATU-RADSLAMATU-C2008年春lxmADSL接入結(jié)構(gòu)說(shuō)明用戶端接入設(shè)備ADSLModem對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制/解調(diào)，實(shí)現(xiàn)ADSL數(shù)據(jù)的正確收發(fā)分離器由低通濾波器和高通濾波器組成實(shí)現(xiàn)POTS與ADSL業(yè)務(wù)的分路局端接入設(shè)備分離器機(jī)架：由多個(gè)分離器構(gòu)成將分離后的話音接入程控交換機(jī)將分離的數(shù)據(jù)接入數(shù)據(jù)交換機(jī)（ATM或Ethernet交換機(jī)）ADSLAM：ADSL接入復(fù)用器實(shí)現(xiàn)各路ADSL數(shù)據(jù)的復(fù)用和解復(fù)用有些DSLAM具有局部管理和網(wǎng)關(guān)的功能2008年春lxmADSL技術(shù)要點(diǎn)頻譜劃分承載信道調(diào)制技術(shù)初始化過(guò)程幀格式2008年春lxmADSL的頻譜劃分0～4kHz，POTS業(yè)務(wù)25.875～138KHz，可雙向配置，主要用于ADSL上行數(shù)據(jù)傳輸140～1104KHz，用于ADSL下行數(shù)據(jù)傳輸頻率（KHz）功率譜4251381401104下行上行POTS02008年春lxmADSL的承載信道ADSL的數(shù)據(jù)通道分：雙向低速信道和下行高速信道雙向低速信道分LS0、LS1、LS2三個(gè)子通道可作為獨(dú)立的單向信道配置，一般用作上行傳輸下行高速信道分AS0~AS3四個(gè)子通道子通道分：快速通道前向糾錯(cuò)，無(wú)交織，適于傳輸時(shí)延敏感型業(yè)務(wù)交織通道前向糾錯(cuò)＋交織，傳輸可靠性高，適于差錯(cuò)敏感型業(yè)務(wù)2008年春lxmADSL的調(diào)制技術(shù)ADSL通常采用三種基本的調(diào)制技術(shù)：QAM：QuadratureAmplitudeModulation，正交幅度調(diào)制DMT：Discretemulti-Tone，離散多音CAP：CarrierlessAmplitude-PhaseModulation，無(wú)載波幅相調(diào)制ITU-TG.992.1（即ITU-TG.DMT）采用DMT調(diào)制技術(shù)2008年春lxmDMT調(diào)制技術(shù)DMT基本思想：是一種最簡(jiǎn)單的多載波調(diào)制技術(shù)將信道分成若干個(gè)互不重疊的子信道（離散）每個(gè)子信道分別單獨(dú)進(jìn)行調(diào)制根據(jù)S/N自適應(yīng)分配子信道承載的比特率每個(gè)子信道受損的情況可能不同受損大的子信道分配較少的比特（甚至放棄）2008年春lxmDMT調(diào)制技術(shù)ADSL中的DMT：將0－1.104MHz的頻帶分成256個(gè)子信道，每子信道帶寬4.3kHz每個(gè)子信道單獨(dú)進(jìn)行QAM調(diào)制根據(jù)子信道受損情況采用不同的QAM技術(shù)降低調(diào)制速率以提高抗干擾能力，特別適合抵抗RFI2008年春lxmDMT調(diào)制技術(shù)DMT如何為各子信道動(dòng)態(tài)分配比特率？發(fā)送測(cè)試信號(hào)（訓(xùn)練序列）接收端進(jìn)行頻譜估計(jì)，根據(jù)算法計(jì)算出各個(gè)子信道的信噪比確定各子信道的比特分配如果某個(gè)子信道質(zhì)量太差，可以放棄使用此子信道DMT的特點(diǎn)可根據(jù)信道質(zhì)量自適應(yīng)調(diào)整比特可以避開(kāi)強(qiáng)干擾的子信道，提高ADSL的抗干擾能力當(dāng)然，DMT在避開(kāi)干擾的同時(shí)，也犧牲了有效帶寬，不過(guò)就可靠性而言，是值得的2008年春lxmDMT調(diào)制技術(shù)f初始子信道比特劃分bit/Hz考慮信道衰減的子信道比特劃分頻率crosstalk噪聲狀況RFI頻率噪聲幅度考慮信道噪聲的子信道比特劃分bit/Hz頻率RFI下，放棄使用的子信道信道衰減特性頻率信號(hào)幅度bit/Hz2008年春lxmADSL的初始化過(guò)程ATU-R與ATU-C需要初始化以建立通信鏈路初始化過(guò)程可由任意一方開(kāi)始為了最大化吞吐量和可靠性，收發(fā)信機(jī)需要確定信道的相關(guān)參數(shù)，并建立與信道相適應(yīng)的傳輸與處理特性初始化過(guò)程：激活與回應(yīng)階段（握手階段）訓(xùn)練階段信道分析參數(shù)交換2008年春lxmADSL幀格式ADSL數(shù)據(jù)幀（物理幀）固定幀率：4000f（數(shù)據(jù)幀）/s每68數(shù)據(jù)幀后跟一同步幀幀長(zhǎng)：約246μADSL超幀兩個(gè)同步幀之間的數(shù)據(jù)幀組成一個(gè)超幀ADSL超幀時(shí)長(zhǎng)：17msADSL幀與超幀均是定時(shí)長(zhǎng)幀對(duì)不同數(shù)據(jù)率，當(dāng)然不能有固定比特長(zhǎng)度2008年春lxmADSL幀格式幀0幀1幀2幀34幀35幀66幀67同步超幀(17ms)快速附加信息位快速數(shù)據(jù)快速緩沖區(qū)交織緩沖區(qū)一個(gè)幀(246us)123us123us快速附加信息位交織附加信息位交織數(shù)據(jù)交織附加信息位2008年春lxmADSL.Lite標(biāo)準(zhǔn)ADSL需要在用戶端安裝無(wú)源分離器增大了安裝工作量、成本、時(shí)間輕型ADSL：ADSL-liteG.992.2-1999，G.lite特點(diǎn)：無(wú)需安裝用戶端分離器（Splitterless）實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，可使用通用的DSP芯片數(shù)據(jù)傳輸率較低：1.5Mbps/512kbps傳輸距離：最長(zhǎng)可至7km因無(wú)分離器慮波器作用，POTS業(yè)務(wù)與ADSL業(yè)務(wù)之間相互干擾適合大量推廣于個(gè)人用戶2008年春lxmADSL.Lite結(jié)構(gòu)與全速率ADSL相比，在用戶側(cè)取消了分離器局端設(shè)備不變特別提醒：用戶側(cè)有分離器的ADSL也稱全速率ADSLDataNetworkADSLModem分離器機(jī)架局端接入設(shè)備PSTN用戶端接入設(shè)備用戶線ATU-CATU-RADSLAMATU-C2008年春lxmADSL的應(yīng)用ADSL設(shè)備ADSLModemDSLAMADSL接入的典型應(yīng)用橋接應(yīng)用路由器接入2008年春lxmADSL用戶接入設(shè)備即ATU-R，用戶端接入設(shè)備，完成用戶端的接入功能一般需與一個(gè)分離器相連，分離器可內(nèi)置，也可外置不同廠家的產(chǎn)品具體功能有差異，稱呼也有不同，如：ADSLModem、ADSL橋、ADSL接入終端、ADSL路由器等ADSL橋：帶有以太網(wǎng)接口或ATM接口，大部分都具有以太網(wǎng)接口ADSL路由器：在ADSLModem上實(shí)現(xiàn)了PPPoE或PPPoA、DHCP、NAT等功能可實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶的接入可自動(dòng)給接入的計(jì)算機(jī)分配IP地址，并實(shí)現(xiàn)它們之間的通信不是真正的路由器2008年春lxmDSLAMADSL接入的局端設(shè)備經(jīng)歷了三個(gè)發(fā)展階段：純ATM結(jié)構(gòu)組網(wǎng)時(shí)只能接入ATM核心網(wǎng)建網(wǎng)成本昂貴ATM內(nèi)核IP上聯(lián)基于ATM內(nèi)核，采用IP上聯(lián)接口組網(wǎng)時(shí)可直接接入到IP網(wǎng)絡(luò)但既沒(méi)有繼承ATM豐富的QoS特性，也沒(méi)有學(xué)習(xí)到IP豐富的業(yè)務(wù)特性，只是一種過(guò)渡產(chǎn)品IP內(nèi)核IP上聯(lián)又稱IPDSLAM，組網(wǎng)時(shí)可直接接入到IP網(wǎng)絡(luò)采用純IP內(nèi)核，繼承了IP豐富的業(yè)務(wù)特性，支持組播目前產(chǎn)品可集成BRAS（寬帶接入服務(wù)器）功能2008年春lxmADSL橋接入案例ATU-RATU-CEthernetATM轉(zhuǎn)移模式EthernetNAS（PPPOE服務(wù)器）InternetRouterAAA（PPPOE客戶）PHYPHY

MAC

PHYMACPHYATMRelayPHYATMPHYMACRelayPCATU-RATU-CPPPOE服務(wù)器PPPPPPOEMACIPPPPPPP0EIPATU-R：橋接功能，透明轉(zhuǎn)發(fā)PC機(jī)：需要PPPOE虛擬撥號(hào)，認(rèn)證通過(guò)后由PPPOE服務(wù)器分配IP地址PPPOE服務(wù)器：NAT，IP池，分配IP地址，此種情況可以單獨(dú)管理每個(gè)PC機(jī)MACPHY2008年春lxmADSL路由器接入案例ATU-RATU-CEthernetATM轉(zhuǎn)移模式EthernetNAS（PPPOE服務(wù)器）InternetRouterAAA（PPPOE客戶）PCATU-RATU-CPPPOE服務(wù)器IPMACPHYPHYPHYIPPPPPPPOEATMMACPHYATMPHYMACRelay

MAC

PHYPPPPPP0EIPATU-R：NAT,DHCP，作為PC機(jī)的接入網(wǎng)關(guān)，PPPOE客戶端PC機(jī)：不需要PPPOE虛擬撥號(hào)，直接上網(wǎng)（由ATU-R代理?yè)芴?hào)）PPPOE服務(wù)器：NAT，IP池，分配IP地址，此種情況下不能單獨(dú)管理每個(gè)PC機(jī)（ATU-R隱藏了后面的網(wǎng)絡(luò)）MACPHY2008年春lxm5.6新一代的DSL第一代ADSL技術(shù)的缺陷ADSL2ADSL2+VDSL2008年春lxm第一代ADSL技術(shù)的缺陷第一代ADSL