接入網(wǎng)技術(shù)課件

第一章接入網(wǎng)概述1.1接入網(wǎng)的基本概念1.2接入網(wǎng)的分類1.3接入網(wǎng)提供的綜合接入業(yè)務1.1.1接入網(wǎng)的定義與定界1．接入網(wǎng)的定義從整個電信網(wǎng)的角度，可以將全網(wǎng)劃分為公用電信網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)（CustomerPremisesNetwork，CPN）兩大塊，其中CPN屬用戶所有，故通常電信網(wǎng)指公用電信網(wǎng)部分。公用電信網(wǎng)又可劃分為三部分，即：長途網(wǎng)（長途端局以上部分）、中繼網(wǎng)（即長途端局與市話局之間以及市話局之間的部分）和接入網(wǎng)（即端局至用戶之間的部分）。1.1接入網(wǎng)的基本概念按照ITU-TG.902的定義，接入網(wǎng)（AN）是由業(yè)務節(jié)點接口（ServiceNodeInterface，SNI）和相關(guān)用戶網(wǎng)絡接口（UserNetworkInterface，UNI）之間的一系列傳送實體（諸如線路設施和傳輸設施）所組成的，它是一個為傳送電信業(yè)務提供所需傳送承載能力的實施系統(tǒng)。2．接入網(wǎng)的定界接入網(wǎng)所覆蓋的范圍可由三個接口來定界，即網(wǎng)絡側(cè)經(jīng)由SNI與業(yè)務節(jié)點（ServiceNode，SN）相連，用戶側(cè)經(jīng)由UNI與用戶相連，管理方面則經(jīng)Q3

接口與電信管理網(wǎng)（TelecommunicationsManagementNetwork，TMN）相連。業(yè)務節(jié)點（SN）是提供業(yè)務的實體，可提供規(guī)定業(yè)務的業(yè)務節(jié)點有本地交換機、租用線業(yè)務節(jié)點或特定配置的點播電視和廣播電視業(yè)務節(jié)點等。業(yè)務節(jié)點接口（SNI）是接入網(wǎng)（AN）和業(yè)務節(jié)點（SN）之間的接口。用戶網(wǎng)絡接口（UNI）是用戶和網(wǎng)絡之間的接口。在單個UNI的情況下，ITU-T所規(guī)定的UNI（包括各種類型的公用電話網(wǎng)和ISDN的UNI）應該用于AN中，以便支持目前所提供的接入類型和業(yè)務。接入網(wǎng)與用戶間的UNI接口能夠支持目前網(wǎng)絡所能提供的各種接入類型和業(yè)務，但接入網(wǎng)的發(fā)展不應限制在現(xiàn)有的業(yè)務和接入類型。1.1.2接入網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)一、通用協(xié)議參考模型接入網(wǎng)的功能結(jié)構(gòu)是以ITU-T建議G.803的分層模型為基礎(chǔ)的，利用該分層模型可以對AN內(nèi)同等層實體間的交互作明確的規(guī)定。G.803的分層模型將網(wǎng)絡劃分為電路層（CircuitLayer，CL）、傳輸通道層（TransmissionPathlayer，TP）和傳輸介質(zhì)層（TransmissionMedialayer，TM），其中TM又可以進一步劃分為段層和物理媒質(zhì)層。根據(jù)接入網(wǎng)框架結(jié)構(gòu)和體制要求，接入網(wǎng)的重要特征可歸納為如下幾點。（1）接入網(wǎng)對于所接入的業(yè)務提供承載能力，實現(xiàn)業(yè)務的透明傳送。（2）接入網(wǎng)對用戶信令是透明的，除了一些用戶信令格式轉(zhuǎn)換外，信令和業(yè)務處理的功能依然在業(yè)務節(jié)點中。（3）接入網(wǎng)的引入不應限制現(xiàn)有的各種接入類型和業(yè)務，接入網(wǎng)應通過有限個標準化的接口與業(yè)務節(jié)點相連。（4）接入網(wǎng)有獨立于業(yè)務節(jié)點的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)（簡稱網(wǎng)管系統(tǒng)），該網(wǎng)管系統(tǒng)通過標準化接口連接電信管理網(wǎng)（TMN）。TMN實施對接入網(wǎng)的操作、維護和管理。二、主要功能如圖1.4所示，接入網(wǎng)主要有5項功能，即用戶口功能（UserPortFunction，UPF）、業(yè)務口功能（ServicePortFunction，SPF）、核心功能（CoreFunction，CF）、傳送功能（TransfortFunction，TF）和AN系統(tǒng)管理功能（SystemManagementFunction，SMF）。圖1.4接入網(wǎng)功能結(jié)構(gòu)1．用戶口功能（UPF）（1）終結(jié)UNI功能。（2）A/D轉(zhuǎn)換和信令轉(zhuǎn)換。（3）UNI的激活/去激活。（4）處理UNI承載通路/容量。（5）UNI的測試和UPF的維護。（6）管理和控制功能。2．業(yè)務口功能（SPF）（1）終結(jié)SNI功能。（2）將承載通路的需要和即時的管理以及操作需要映射進核心功能。（3）特定SNI所需要的協(xié)議映射。（4）SNI的測試和SPF的維護。（5）管理和控制功能。3．核心功能（CF） （1）接入承載通路處理。 （2）承載通路集中。 （3）信令和分組信息復用。 （4）ATM傳送承載通路的電路模擬。 （5）管理和控制功能。4．傳送功能（TF） （1）復用功能。 （2）交叉連接功能（包括疏導和配置）。 （3）管理功能。 （4）物理媒介功能。5．AN系統(tǒng)管理功能（AN-SMF）（1）配置和控制。（2）指配協(xié)調(diào)。（3）故障檢測和指示。（4）用戶信息和性能數(shù)據(jù)收集。（5）安全控制。（6）協(xié)調(diào)UPF和SN（經(jīng)SNI）的即時管理和操作功能。（7）資源管理。1.1.3接入網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)是指組成網(wǎng)絡的物理的或邏輯的布局形狀和結(jié)構(gòu)構(gòu)成，可以進一步分為物理配置結(jié)構(gòu)和邏輯配置結(jié)構(gòu)。物理配置結(jié)構(gòu)指實際網(wǎng)絡節(jié)點和傳輸鏈路的布局或幾何排列，反映了網(wǎng)絡的物理形狀和物理上的連接性。1．星型結(jié)構(gòu)當涉及通信的所有點中有一個特殊點（即樞紐點）與其他所有點直接相連，而其余點之間不能直接相連時，就構(gòu)成了星型結(jié)構(gòu)，又稱單星型或大星型結(jié)構(gòu)。2．雙星型結(jié)構(gòu)在光纖接入網(wǎng)環(huán)境中，將傳統(tǒng)電纜接入網(wǎng)的交接箱換成遠端節(jié)點或遠端設備（RemoteNode/RemoteTerminal，RN/RT），將饋線電纜改用光纜后即成為雙星型結(jié)構(gòu)，有人稱之為分布式星型結(jié)構(gòu)。3．總線結(jié)構(gòu)（鏈型或T型結(jié)構(gòu)）當涉及通信的所有點串聯(lián)起來并使首末兩個點開放時就形成了鏈型結(jié)構(gòu)；當中間各個點可以有上下業(yè)務時又稱為總線結(jié)構(gòu)，也稱為T型結(jié)構(gòu)（如圖1.7所示）。圖1.7總線結(jié)構(gòu)4．環(huán)型結(jié)構(gòu)當涉及通信的所有點串聯(lián)起來，而且首尾相連，沒有任何點開放時就形成了環(huán)型結(jié)構(gòu)（如圖1.8所示）。圖1.8環(huán)型結(jié)構(gòu)5．樹型結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的有線電視（CableTeleVision/CommunityAntennaTeleVision，CATV）網(wǎng)往往采用樹型-分支結(jié)構(gòu)，很適于單向廣播式業(yè)務。1.2接入網(wǎng)的分類接入網(wǎng)通常是按其所用傳輸介質(zhì)的不同來進行分類的。1.2.1銅線接入網(wǎng)如圖1.10所示的是一個典型的銅線接入網(wǎng)系統(tǒng)——市內(nèi)銅纜用戶環(huán)。圖中，端局與交接箱之間可以有遠端交換模塊（RemoteSwitchingUnit，RSU）或遠端（RemoteTerminal，RT）。端局本地交換機的主配線架（MainDistributionFrame，MDF）經(jīng)大線徑、大對數(shù)的饋線電纜（數(shù)百～數(shù)千對）連至分路點轉(zhuǎn)向不同方向。圖1.10典型的銅線接入網(wǎng)系統(tǒng)由交接箱開始經(jīng)較小線徑較小對數(shù)的配線電纜（每組幾十對）連至分線盒。由分線盒開始通常是若干單對或雙對雙絞線直接與用戶終端處的網(wǎng)路接口（NetworkInterface，NI）相連，用戶引入線為用戶專用，NI為網(wǎng)絡設備和用戶設備的分界點。銅線用戶環(huán)路的作用是把用戶話機連接到電話局的交換機上。1.2.2光纖接入網(wǎng)光纖接入網(wǎng)（或稱光接入網(wǎng)）（OpticalAccessNetwork，OAN）是以光纖為傳輸介質(zhì)，并利用光波作為光載波傳送信號的接入網(wǎng)，泛指本地交換機或遠端交換模塊與用戶之間采用光纖通信或部分采用光纖通信的系統(tǒng)。OLT的作用是為光接入網(wǎng)提供網(wǎng)絡側(cè)與本地交換機之間的接口，并經(jīng)一個或多個ODN與用戶側(cè)的ONU通信。ODN為OLT與ONU之間提供光傳輸手段，其主要功能是完成光信號功率的分配任務。ONU的作用是為光接入網(wǎng)提供直接的或遠端的用戶側(cè)接口，處于ODN的用戶側(cè)。ONU的主要功能是終結(jié)來自ODN的光纖，處理光信號，并為多個小企事業(yè)用戶和居民用戶提供業(yè)務接口。1.2.3混合接入網(wǎng)混合接入網(wǎng)是指接入網(wǎng)的傳輸介質(zhì)采用光纖和同軸電纜混合組成的。主要有三種方式，即光纖/同軸電纜混合（HFC）方式、交換型數(shù)字視像（SwitchedDigitalVideo，SDV）方式以及綜合數(shù)字通信和視像（IntegratedDigitalcommunicationandVideo，IDV）方式。一、光纖/同軸電纜混合（HFC）方式1．HFC系統(tǒng)的組成與原理

HFC是有線電視（CATV）網(wǎng)和電話網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物，是目前將光纖逐漸推向用戶的一種較經(jīng)濟的方式。2．HFC技術(shù)應用中要考慮的幾個方面在HFC上實現(xiàn)雙向傳輸，需要從光纖通道和同軸通道這兩方面來考慮。（1）從前端到光節(jié)點這一段光纖通道中，上行回傳可采用空分復用（SDM）和波分復用（WDM）這兩種方式。（2）從光節(jié)點到住戶這段同軸電纜通道，其上行回傳信號要選擇適當?shù)念l段。（1）頻率搬移方法：比如接往同一光節(jié)點的4個分路，每個分路用戶回傳信號都是5～42MHz時，則除了其中一個分路的頻譜為5～42MHz外，其他三個分路頻譜可以分別為50～100MHz，100～150MHz和150～200MHz。（2）采用CDMA技術(shù)：把來自用戶的上行頻道信號進行碼分多址（CDMA）方式擴頻編碼，使各用戶雖然共用5～42MHz頻譜，但彼此用相應的不同編碼來區(qū)分。二、交換型數(shù)字視像（SDV）方式

HFC接入網(wǎng)主要是為住宅用戶提供視像（以模擬視像業(yè)務為主）寬帶業(yè)務的一種接入網(wǎng)方式，特別適合于單向、模擬的有線電視傳送。三、綜合數(shù)字通信和視像（IDV）方式從上面的討論可知，國際上新開發(fā)的SDV技術(shù)是將電信、視像數(shù)字傳輸和視像模擬傳輸綜合在一起，這既保持了數(shù)字傳輸質(zhì)量高的優(yōu)點，又保留了當前視像以模擬傳輸?shù)默F(xiàn)實情況，還可能適應將來交互式數(shù)字化視像發(fā)展，并具有交換等多種功能，是一種比較先進和有廣泛應用前景的技術(shù)。1.2.4無線接入網(wǎng)無線接入網(wǎng)是以無線電技術(shù)（包括移動通信、無繩電話、微波及衛(wèi)星通信等）為傳輸手段，連接起端局至用戶間的通信網(wǎng)。一、無線接入網(wǎng)的一般結(jié)構(gòu)由于無線接入技術(shù)比傳統(tǒng)的有線接入技術(shù)提供更多的自由度，因而，無線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)要比傳統(tǒng)的有線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單得多，下面介紹無線接入網(wǎng)的一般結(jié)構(gòu)。移動通信網(wǎng)接入公用固定通信網(wǎng)主要有用戶線接入、市話中繼線接入和移動電話匯接中心接入三種方式，目前主要采用移動電話匯接中心方式實現(xiàn)移動通信網(wǎng)與固定通信網(wǎng)的連接和聯(lián)網(wǎng)互通。二、有線接入和無線接入結(jié)構(gòu)的比較如果將無線接入作為代替有線接入的手段，那么根據(jù)不同情況，可以分別代替相應有線接入的任何一部分乃至全部，下面分別討論不同的應用情況。1．代替引入線最保守的應用是用無線接入代替有線接入中的引入線部分，如圖1.17所示。圖1.17無線代替引入線的結(jié)構(gòu)2．代替配線和引入線一種有效的應用是用無線接入代替有線接入中的配線和引入線，如圖1.18所示。此時無線基站將設置在傳統(tǒng)交接箱的位置，也就是數(shù)字環(huán)路載波（DLC）系統(tǒng)的遠端設備所設置的位置，這種應用方案可以稱之為無線DLC。圖1.18無線代替配線和引入線的結(jié)構(gòu)3．代替全部有線接入一種更經(jīng)濟的應用是用無線接入代替全部有線接入，即不僅代替配線和引入線，也同樣代替饋線電纜段，如圖1.19所示。圖1.19無線代替全部有線接入的結(jié)構(gòu)4．代替部分交換區(qū)如果RCSA可以超過單個交換區(qū)，似乎沒有理由限制RCSA只應用于單個交換區(qū)。1.3接入網(wǎng)提供的綜合接入業(yè)務一、普通電話業(yè)務（POTS）的接入接入網(wǎng)提供普通電話（PlainOldTelephoneService，POTS）接口，它既可支持模擬用戶，又可以支持用戶交換機的接入，（如圖1.20所示），同時還支持虛擬用戶交換機（Centrex）及CID等新業(yè)務。圖1.20POTS業(yè)務的接入二、綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN）業(yè)務的接入接入網(wǎng)提供ISDNBRI（2B+D）和ISDNPRI（30B+D）接口，如圖1.21所示。圖1.21綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN）業(yè)務的接入三、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（DDN）專線業(yè)務的接入數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（DigitalDataNetwork，DDN）是一個傳輸速率高、質(zhì)量好、網(wǎng)絡時延小和全透明的數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)絡。方式一：如圖1.22所示，在DDN節(jié)點機與OLT之間通過E1接口相連。圖1.22數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）接入方式一方式二：如圖1.23所示，利用接入網(wǎng)將DDN節(jié)點機提供的2B1Q接口進行延伸。圖1.23數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）接入方式二方式三：如圖1.24，在DDN節(jié)點機與OLT之間通過V.24或V.35接口相連。圖1.24數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）接入方式三四、有線電視（CATV）業(yè)務的接入隨著我國有線電視業(yè)務（CATV）的迅速普及，在用戶接入網(wǎng)中引入CATV業(yè)務勢在必行?？赏ㄟ^內(nèi)置式光發(fā)射模塊、光接收機模塊等構(gòu)成一個獨立的CATV光纖傳輸系統(tǒng)，同時還將CATV單元納入集中監(jiān)控和網(wǎng)絡管理，如圖1.25所示（其中STB為提供數(shù)模轉(zhuǎn)換的機頂盒）。圖1.25有線電視（CATV）業(yè)務的接入五、Internet業(yè)務的接入1．局域網(wǎng)用戶（非分組網(wǎng)用戶）的接入有幾個主機組成的局域網(wǎng)用戶，需要配備路由器，租用數(shù)字專線（DDN專線），并申請一組IP地址及注冊域名，以專線的方式接入Internet。如圖1.26所示。圖1.26Internet接入方式一2．一般終端或主機用戶（非分組網(wǎng)用戶）的接入這類用戶是Internet網(wǎng)上為數(shù)最多的用戶，接入Internet的方法很簡單。3．分組網(wǎng)上的同步、異步終端及局域網(wǎng)用戶接入

Internet通過一個X.25協(xié)議的轉(zhuǎn)換與分組網(wǎng)相接。六、其他業(yè)務的接入1．分組交換數(shù)據(jù)業(yè)務的接入分組網(wǎng)可以在一條電路上同時開放多條虛電路，為多個用戶同時使用，具有動態(tài)路由功能和較先進的誤碼糾錯功能。2．E1租用線業(yè)務采用先進的區(qū)間通信功能，可在ONU和OLT之間、ONU和ONU之間提供E1租用線業(yè)務，實現(xiàn)接入網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部租用線業(yè)務，如圖1.30所示。圖1.30E1租用線業(yè)務3．2/4線音頻專線接口接入網(wǎng)系統(tǒng)可以為用戶提供2/4線音頻專線接口，如圖1.31所示。2/4線音頻專線接口板為無變壓器模擬接口板，通過軟件實現(xiàn)2/4線轉(zhuǎn)換和增益調(diào)整功能。2.1.1HDSL系統(tǒng)的基本構(gòu)成

HDSL技術(shù)是一種基于現(xiàn)有銅線的技術(shù)，它采用了先進的數(shù)字信號自適應均衡技術(shù)和回波抵消技術(shù)，以消除傳輸線路中近端串音、脈沖噪聲和波形噪聲以及因線路阻抗不匹配而產(chǎn)生的回波對信號的干擾，從而能夠在現(xiàn)有的電話雙絞銅線（兩對或三對）上提供準同步數(shù)字序列（PDH）一次群速率（T1或E1）的全雙工數(shù)字連接。2.1高比特率數(shù)字用戶線（HDSL）接入技術(shù)

HDSL系統(tǒng)由很多功能塊組成，一個完整的系統(tǒng)參考配置如圖2.2所示。圖2.2HDSL系統(tǒng)的參考配置2.1.2HDSL幀結(jié)構(gòu)

HDSL既適合T1，又適合E1，這是因為T1和E1使用同樣的HDSL幀結(jié)構(gòu)。

HDSL的幀結(jié)構(gòu)如圖2.4所示。圖2.4HDSL幀結(jié)構(gòu)2.1.3HDSL關(guān)鍵技術(shù)一、線路編碼終端設備產(chǎn)生的數(shù)字信號通常是單極性不歸零（NRZ）的二進制信碼，這種信號一般不適于在二線用戶環(huán)路上直接傳送。1．HDB3碼三階高密度雙極性（HighDensityBilateralcodewith3level，HDB3）碼，是AMI碼的改進型。2．2B1Q碼2B1Q碼是無冗余度的4電平脈沖幅度調(diào)制（PulseAmplitudeModulation，PAM）碼，屬于基帶型傳輸碼，在—個碼元符號內(nèi)傳送2bit信息。3．CAP碼

CAP碼是一種有冗余的無載波幅度相位調(diào)制碼。目前的CAP碼系統(tǒng)可分為二維八狀態(tài)碼和四維十六狀態(tài)碼兩種。二、回波抵消回波抵消技術(shù)已經(jīng)成功地應用在線對增容系統(tǒng)中，它實現(xiàn)了在一對雙絞線上進行ISDNBRA雙工傳輸。三、碼間干擾與均衡由于用戶線路的傳輸帶寬限制和傳輸特性較差，會使接收信號發(fā)生波形失真。四、性能損傷影響HDSL系統(tǒng)性能的主要因素有兩個：一是HDSL系統(tǒng)內(nèi)部兩對雙絞線之間產(chǎn)生的近端串話，它將隨線路頻率的增高而增大；二是鄰近線對上的PSTN信令產(chǎn)生的脈沖噪聲，這種噪聲有時較大，甚至會使耦合變壓器出現(xiàn)飽和失真，從而產(chǎn)生非線性效應。五、傳輸標準關(guān)于HDSL系統(tǒng)的傳輸標準，目前主要有兩種不同規(guī)定：一種是美國國家標準學會（AmericanNationalStandardInstitute，ANSI）制定的；另一種是歐洲電信標準學會（ETSI）制定的。

ETSI標準規(guī)定了兩種版本的HDSL系統(tǒng)標準：一種是使用三線對傳輸E1，每線對傳輸速率為784kbit/s；另一種是使用兩線對傳輸E1，每線對傳輸速率為1168kbit/s。評價HDSL系統(tǒng)性能質(zhì)量的主要指標如下。（1）比特差錯率（BitErrorRatio，BER）。（2）允許的傳輸距離。（3）不出現(xiàn)誤碼條件下，系統(tǒng)能承受的線路劣化程度。2.1.4HDSL的應用特點

HDSL技術(shù)能在兩對雙絞銅線上透明地傳輸E1信號達3～5km。鑒于我國大中城市用戶線平均長度為3.4km左右，因此，在接入網(wǎng)中可廣泛地基于銅纜技術(shù)的HDSL應用。

HDSL系統(tǒng)可以認為是銅線接入業(yè)務（包括話音、數(shù)據(jù)及圖像）的一個通用平臺。

HDSL技術(shù)的一個重要發(fā)展是延長其傳輸距離和提高傳輸速率。2.1.5HDSL的局限性2.2第二代高比特率數(shù)字用戶線（HDSL2）接入技術(shù)2.2.1HDSL2的設計目標

HDSL2的主要設計目標如下。（1）一對線上實現(xiàn)兩線對HDSL的傳輸速率。（2）獲得與兩線對HDSL相等的傳輸距離。（3）對環(huán)路損壞（衰減、橋接頭及串音等）的容忍能力不能低于HDSL。（4）對現(xiàn)有業(yè)務造成的損害不能超過兩線對HDSL。（5）能夠在實際環(huán)路上可靠地運行。（6）價格要比傳統(tǒng)HDSL低。2.2.2HDSL2的線路編碼關(guān)于HDSL2的許多爭論都是集中于HDSL2線路碼的選擇上。如果用于E1速率，脈沖幅度調(diào)制（PulseAmplitudeModulation，PAM）線路碼（例如2B1Q）需要三對線，并且不要通帶濾波器。無載波幅度相位調(diào)制（CAP）碼與PAM碼（2B1Q）是被選擇的兩種碼型。2.2.3HDSL2中的FDM和回波抵消有一些系統(tǒng)只是簡單地把HDSL系統(tǒng)中2B1Q收發(fā)器的波特率加倍，這種方案不能完全滿足標準規(guī)定的傳輸距離、性能和頻譜兼容性要求?；夭ǖ窒陬l分復用（Frequency-DivsionMultiplexing，F(xiàn)DM）上更有效，這是一個技術(shù)難題。上行流和下行流信號使用不同的頻段將會簡單一些，這就是HDSL2中采用頻分復用（FDM）技術(shù)，它消除了自串擾的問題，但要求使用通帶濾波器去除有用頻段之外的信號。注意，CAP很容易適應這兩種環(huán)境。PAM需要“優(yōu)化”以便在通帶環(huán)境下工作，這就如在FDM下工作一樣。盡管HDSL的價格和性能都可以用HDSL2單線對系統(tǒng)達到，但是這并不意味著HDSL會完全淘汰。2.3不對稱數(shù)字用戶線（ADSL）接入技術(shù)2.3.1ADSL的提出不對稱數(shù)字用戶線（AsymmetricDigitalSubscriberLine，ADSL）是一種利用現(xiàn)有的傳統(tǒng)電話線路高速傳輸數(shù)字信息的技術(shù)。ADSL技術(shù)是由Bellcore的JoeLechleder于20世紀80年代末首先提出的。與傳統(tǒng)傳輸技術(shù)相比，ADSL是一種寬帶調(diào)制解調(diào)器技術(shù)。ADSL也可以在相同的線路上同時容納模擬的語音信息，用戶在上網(wǎng)時仍然可以使用電話。2.3.2ADSL的技術(shù)特點嚴格說來，ADSL本身只是一種從銅質(zhì)電話線路的一端傳送數(shù)據(jù)位流到另一端的技術(shù)而己，相當于OSI網(wǎng)絡七層的第一層物理層。

ADSL系統(tǒng)的主要特點是“不對稱”。這正好與接入網(wǎng)中圖像業(yè)務和數(shù)據(jù)業(yè)務的固有不對稱性相適應。ADSL技術(shù)的主要優(yōu)點如下。（1）可以充分利用現(xiàn)有銅線網(wǎng)路，只要在用戶線路兩端加裝ADSL設備即可為用戶提供服務。（2）ADSL設備隨用隨裝，無需進行嚴格業(yè)務預測和網(wǎng)路規(guī)劃，施工簡單，時間短，系統(tǒng)初期投資小。（3）ADSL設備拆裝容易、靈活，方便用戶轉(zhuǎn)移，較適合流動性強的家庭用戶。（4）充分利用雙絞線上的帶寬，ADSL將一般電話線路上未用到的頻譜容量，以先進的調(diào)制技術(shù)，產(chǎn)生更大、更快的數(shù)字通路，提供高速遠程接收或發(fā)送信息。（5）雙絞銅線可同時供普通電話業(yè)務（PlainOldTelephoneService，POTS）的聲音和ADSL數(shù)字線路使用。因此，在一條ADSL線路上可以同時提供個人計算機、電視和電話頻道。要在銅線用戶網(wǎng)路中廣泛地應用ADSL系統(tǒng)，需要克服一系列技術(shù)難題，其中主要有如下幾點。（1）技術(shù)待進一步成熟線路性能要求高，最大程度必須保持在規(guī)定的極限范圍之內(nèi)以符合對衰減的要求；阻抗要均勻，使電話機及網(wǎng)絡有良好的信號匹配。每條導線與地之間必須相互保持高度平衡，以防止外部干擾、噪聲及導線之間的串音。（2）設備成本高與模擬電視不兼容，現(xiàn)有模擬電視機需要通過機頂盒進行數(shù)/模轉(zhuǎn)換。（3）接收機靈敏度由于用戶環(huán)路末端信號損耗很大，因此，ADSL系統(tǒng)必須首先解決接收機靈敏度問題。（4）頻譜兼容性為了使ADSL系統(tǒng)可以和其他系統(tǒng)同時應用，發(fā)送頻譜必須慎重設計。否則，需要在銅纜服務范圍內(nèi)，限制一起布放Tl/E1系統(tǒng)和HDSL系統(tǒng)與ADSL系統(tǒng)。（5）住宅中的噪聲環(huán)境用戶住宅的噪聲環(huán)境可能是ADSL系統(tǒng)廣泛應用所面臨的最大問題。這些噪聲包括電話網(wǎng)中常見的脈沖噪聲，以及住宅中其他形式的噪聲，如無線電波耦合到住宅引入線中所產(chǎn)生的各種干擾。（6）容量小只能傳4個電視節(jié)目，且不能用于遙控電視機和有畫中畫功能的電視機，節(jié)目質(zhì)量差。2.3.3ADSL的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、系統(tǒng)構(gòu)成

ADSL系統(tǒng)構(gòu)成如圖2.9所示，它是在一對普通銅線兩端，各加裝一臺ADSL局端設備和遠端設備而構(gòu)成。圖2.9ADSL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ADSL系統(tǒng)的核心是ADSL收發(fā)信機（即局端機和遠端機），其原理框圖如圖2.10所示。圖2.10ADSL收發(fā)信機原理框圖二、傳輸帶寬

ADSL基本上是運用頻分復用（FDM）或是回波抵消（EC）技術(shù)，將ADSL信號分割為多重信道。簡單地說，一條ADSL線路（一條ADSL物理信道）可以分割為多條邏輯信道。美國國家標準學會（ANSI）TI.413-1998規(guī)定，ADSL的下行（載）速度須支持32kbit/s的倍數(shù)，從32kbit/s～6.144Mbit/s，上行（傳）速度須支持16kbit/s以及32kbit/s的倍數(shù)，從32kbit/s～640kbit/s。ADSL系統(tǒng)用于圖像傳輸可以有多種選擇，如l～4個1.536Mbit/s通路或1～2個3.072Mbit/s通路或1個6.144Mbit/s通路以及混合方式。另外，互聯(lián)網(wǎng)絡以及相配合的局域網(wǎng)也可改變這種接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。2.3.4ADSL的技術(shù)基礎(chǔ)一、ADSL系統(tǒng)模型和性能1．ADSL系統(tǒng)參考模型如圖2.12所示為ADSL系統(tǒng)參考模型。圖中顯示了ADSL各元素的基本關(guān)系及重要元素間的標準接口。在這些接口中，每個功能組的定義是設備提供商提供的設備的各種功能集合，其中有必要的選項或增強的功能。圖2.12ADSL系統(tǒng)參考模型2．ADSL的幾個重要特征首先是，規(guī)定要支持模擬話音服務（指定服務或POTS）。一種特殊的分離器將從交換機到其他部分的4kHz的模擬通道送到ADSL鏈路的數(shù)字帶寬下。其次是，考慮ADSL所能提供的服務種類，包括數(shù)字廣播和寬帶業(yè)務（如視頻和Internet接入）以及網(wǎng)絡管理。3．影響ADSL性能的因素影響ADSL系統(tǒng)性能的因素主要有以下幾點。（1）衰耗衰耗是指在傳輸系統(tǒng)中，發(fā)射端發(fā)出的信號經(jīng)過一定距離的傳輸后，其信號強度都會減弱。（2）反射干擾橋接抽頭是一種伸向某處的短線，非終接的抽頭發(fā)射能量，降低信號的強度，并成為一個噪聲源。（3）串音干擾由于電容和電感的耦合，處于同一主干電纜中的雙絞線發(fā)送器的發(fā)送信號可能會串入其他發(fā)送端或接收器，造成串音。（4）噪聲干擾傳輸線路可能受到若干形式噪聲干擾的影響，為達到有效數(shù)據(jù)傳輸，應確保接收信號的強度、動態(tài)范圍、信噪比在可接受的范圍之內(nèi)。二、ADSL的調(diào)制技術(shù)

ADSL調(diào)制解調(diào)器利用數(shù)字信號處理器技術(shù)將大量的數(shù)據(jù)壓縮到雙絞銅質(zhì)電話線上，再運用轉(zhuǎn)換器、分頻器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等組件來進行處理。ADSL擁有極高的帶寬，其信號衰減又極小，在最遠約5.5km的距離內(nèi)，每1Mbit/s可以低于90dB。1．調(diào)制解調(diào)器的基本模型（1）加擾及解擾多數(shù)DSL在發(fā)送端及接收端都有加擾以及解擾功能。（2）FEC編譯碼

FEC（前向糾錯控制）是一種極重要的差錯控制技術(shù)，它比CRC（CyclicalRedundancyCheck，循環(huán)冗余檢查）更重要也更復雜。（3）交錯（Interleaving）DSL在數(shù)據(jù)傳輸中常會發(fā)生一長串的錯誤，F(xiàn)EC較難實施對這種長串錯誤的校正。（4）整形（shaping）整波就是維持傳輸數(shù)據(jù)適當?shù)妮敵霾ㄐ巍＃?）補償（equalizing）當通信系統(tǒng)在接近理論閾值運行時，通常在其發(fā)送端及接收端都會采用補償器，以獲得最佳傳輸。2．QAM調(diào)制技術(shù)正交波幅調(diào)制（QuadratureAmplitudeModulation，QAM）是一種對無線、有線或光纖傳輸鏈路上的數(shù)字信息進行編碼，并結(jié)合振幅和相位兩種調(diào)制方法的非專用的調(diào)制方式。

QAM使用帶有相同頻率成份的一條正弦和一條余弦波來傳遞信息。3．CAP調(diào)制技術(shù)無載波幅度相位調(diào)制（CarrierlessAmplitude&PhaseModulation，CAP）技術(shù)是以QAM調(diào)制技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展而來的，可以說它是QAM技術(shù)的一個變種。輸入數(shù)據(jù)被送入編碼器，在編碼器內(nèi)，m位輸入比特被映射為k＝2m個不同的復數(shù)符號An＝an＋jbn，由k個不同的復數(shù)符號構(gòu)成k-CAP線路編碼。4．DMT調(diào)制技術(shù)

DMT（DiscreteMultiTone，離散多音頻）是一種多載波調(diào)制技術(shù)。其核心思想是將整個傳輸頻帶分成若干子信道，每個子信道對應不同頻率的載波，在不同載波上分別進行QAM調(diào)制，不同信道上傳輸?shù)男畔⑷萘浚疵總€載波調(diào)制的數(shù)據(jù)信號）根據(jù)當前子信道的傳輸性能決定。DMT調(diào)制技術(shù)的實現(xiàn)過程是：首先將頻帶0～1.104MHz分割為256個由頻率指示的正交子信道（每個子信道占用4kHz帶寬），輸入信號經(jīng)過比特分配和緩存，將輸入數(shù)據(jù)劃分為比特塊；經(jīng)格柵編碼調(diào)制（TCM）后，再進行512點離散傅立葉反變換將信號變換到時域，這時的比特塊將轉(zhuǎn)換成256個QAM子字符；隨后對每個比特塊加上循環(huán)前綴（用于消除碼間干擾），經(jīng)數(shù)/模變換（D/A）和發(fā)送濾波器將信號送入信道。在接收端則按相反的次序進行接收解碼。傳輸線路上高頻衰減遠大于低頻衰減，相差約可達10dB。此外，無線電廣播等電磁波也會對信號造成窄頻噪聲。DMT調(diào)制技術(shù)提供了子信道傳輸速率自適應和動態(tài)調(diào)整的理論，但還要通過具體的方法實現(xiàn)。ADSL設備主要是通過初始化過程中的收發(fā)器訓練、子信道分析和運行中的功率調(diào)整來實現(xiàn)的，其具體過程如下：在ADSL系統(tǒng)加電后，為了優(yōu)化通信鏈路的傳輸容量和可靠性，ADSL收發(fā)器先要在各個子信道發(fā)送一些訓練信息，進行收發(fā)器的訓練；收發(fā)器根據(jù)接收到的信號對傳輸通道進行分析（包括信道的衰減、信噪比和數(shù)據(jù)比特數(shù)），確定適合該信道的傳輸和處理參數(shù)，包括平均環(huán)路衰減估值、選定速率的性能容限、每個子載波支持的比特數(shù)量、發(fā)送功率電平及凈漢傻拇淥俾實齲輝詮ぷ鞴討校DMT系統(tǒng)具有在不中斷業(yè)務情況下，對業(yè)務性能監(jiān)控的功能，對異常的事件、故障和誤碼可進行監(jiān)測，對相對衰減大和信噪比低于容限要求的子信道，可增加信號功率，對信噪比較高的，可減小信號功率，功率調(diào)整幅度范圍為3dB。

DMT具有以下優(yōu)點。（1）帶寬利用率更高（2）可實現(xiàn)動態(tài)帶寬分配（3）抗窄帶噪聲能力強（4）抗脈沖噪聲能力強三、ADSL的傳輸方式1．下行方向傳輸任何承載通道可編程為傳輸32kbit/s的字節(jié)流。不是32kbit/s倍數(shù)的余數(shù)，則并入幀的附加信息區(qū)中。

ADSL規(guī)范指定了4種下行單工承載通道（ASO～AS3）的傳輸級別，它們是1.536Mbit/s（T1速率）的簡單倍數(shù)，分別是1.536Mbit/s，3.702Mbit/s，4.608Mbit/s和6.144Mbit/s。傳輸級別1是必要的，常用于最短的回路上，所以可提供最快的速度。傳輸級別2是可選擇的，傳輸速率為4.608Mbit/s。傳輸級別3也是可選擇的，其速率為3.072Mbit/s。傳輸級別4是必要的，常用于最長的環(huán)路上傳輸，所以只能支持最低的l.536Mbit/s的速度，而且只能在AS0次信道上運行。2．上行方向傳輸

ADSL系統(tǒng)最多可同時支持3個雙工承載信道，即LS0～LS2，其中，LS0固定作為以1.536Mbit/s為基數(shù)（或以2.048Mbit/s為基數(shù)）的傳輸?shù)燃壍目刂菩诺?，ATM則使用LS2作為控制信道。除了C通道，ADSL系統(tǒng)可以有兩個可選的雙向承載信道：一個是160kbit/s的LS1，另一個是384kbit/s或576kbit/s的LS2。ANSITI.413.1998標準中規(guī)定，ADSL的ATM上行方向之數(shù)據(jù)傳輸必須支持單等待時間模式，也就是說，只能選擇快速或者交錯路徑中的一種進行傳輸，并且只能使用LS0次信道。若使用雙等待時間模式（同時使用快速及交錯路徑），則必須使用LS0及LS1次信道進行上行方向的傳輸，并分別配置這兩個次信道供不同路徑使用。如果雙向信道用來支持ATM信元的傳輸，則只使用LS2次信道，其速率為448kbit/s或672kbit/s，四個傳輸?shù)燃壍腃信道速率均為64kbit/s。ADSL接入技術(shù)最早的規(guī)劃是要應用在以視頻方面為主的服務上，所以有最低帶寬，也就是第4級傳輸?shù)?.536Mbit/s的規(guī)定，這個規(guī)定也在ANSITI.413-1995（Issue1）的標準里面。四、ADSL幀結(jié)構(gòu)1．ADSL超幀結(jié)構(gòu)現(xiàn)代的協(xié)議功能都是分層的，ADSL也不例外。在協(xié)議的最低層，是以DMT或者CAP的線路碼的形式出現(xiàn)的比特。第一部分是快速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)容（fastdatabuffercontents），快速數(shù)據(jù)被認為是對時延敏感而容錯性較好的（例如音頻和視頻）數(shù)據(jù)，ADSL將盡可能地減小其時延，ADSL的快速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)容就放在此處；在它前面有一個特殊的八位碼組（快速字節(jié)），也稱之為快速數(shù)據(jù)比特，需要時它可以攜帶循環(huán)校驗碼（CRC）和指示比特；快速數(shù)據(jù)利用FEC進行糾錯。第二部分是交錯數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)容（interleaveddatabuffercontents），交錯數(shù)據(jù)被封裝成盡量沒有噪聲的數(shù)據(jù)，但這樣做付出的是處理速度和時延增加的代價；交錯數(shù)據(jù)比特使得數(shù)據(jù)不容易受噪音的影響，其主要用于純數(shù)據(jù)應用，如高速的Internet接入。ADSL的發(fā)送端及接收端都各有兩條相關(guān)聯(lián)的路徑，其中一條稱為快速路徑，另一條稱為交錯路徑。

ADSL超幀中的幀并沒有絕對長度，這是因為ADSL線路的速率以及其非對稱特性，使得幀本身的長度會隨著變化。正如前面曾提過，ADSL是以每246

s的周期送出一個幀（其中快速數(shù)據(jù)及交錯數(shù)據(jù)各占123

s），也就是說，ADSL最大的幀長度是由最高的信道速率所決定的。2．ADSL的幀頭

ADSL是使用幀頭來同步承載通道的。有了ADSL幀頭，鏈路兩端的設備才能知道鏈路是如何配置（AS和LS）的，它們的速率是多少，以及如何在ADSL幀流中對其進行定位。（1）快速數(shù)據(jù)幀從圖2.23中看出，快速數(shù)據(jù)幀中包括了若干個附加信息字節(jié)，下行方向為快速字節(jié)（Fastbyte）、AEX字節(jié)和LEX字節(jié)，其中快速字節(jié)就是快速數(shù)據(jù)幀的幀頭。圖2.23下行方向ADSL的快速數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖2.25顯示了4個主要的幀頭功能。幀0和幀1中有錯誤檢驗（crc）和用于OAM的指示比特（ib）。幀34和幀35中是用于其他OAM功能的比特。其他幀攜帶配置比特（eoc）和同步控制比特（sc）以決定承載信道的結(jié)構(gòu)等等。圖2.25快速字節(jié)結(jié)構(gòu)（2）交錯數(shù)據(jù)幀

ADSL交錯數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)圖如圖2.26和圖2.27所示。交錯路徑上的ADSL交錯幀為mux數(shù)據(jù)幀。圖2.26下行方向ADSL的交錯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖2.27上行方向ADSL的交錯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)同步字節(jié)視其所存在的幀號的不同，有四種不同的作用，這四種作用與快速字節(jié)稍有不同：攜帶超幀中交錯路徑部分的CRC檢查資料；當沒有載體次信道使用交錯路徑時，同步字節(jié)攜帶aoc信道；當交錯路徑的LEX字節(jié)用來攜帶一個字節(jié)的ADSL附加信息信道（ADSLoverheadchannel，aoc）數(shù)據(jù)時，同步字節(jié)會送出信號；攜帶同步控制信息以便在需要時將字節(jié)填入或刪除來提供同步作用。2.3.5ADSL的分布模型及其應用一、分布模型分布模型決定了ADSL幀內(nèi)比特傳送時采用哪種形式。ADSL的分布模型有四種：比特同步模式、分組適應模式、端到端分組模式和ATM模式。1．比特同步模式

ADSL最簡單的分布模型稱為比特同步模式，如圖2.28（a）所示。它的基本含義是指鏈路的遠端（ATU-R）緩沖區(qū)內(nèi)的任何比特（快速數(shù)據(jù)或交錯數(shù)據(jù)）會在局端（ATU-C）的緩沖區(qū)內(nèi)彈出。2．分組適應模式第二種分布模式是分組適應模式，如圖2.28（b）所示。這種模式只是改變了用戶的預設，與比特同步模式主要的不同是：雖然在信道上數(shù)據(jù)仍然以比特流的模式在TDM信道中傳送，但用戶預設的設備（分組適配器）要收發(fā)分組而不是比特流。3．端到端分組模式第三種分布模式是端到端分組模式，如圖2.28（c）所示。它與分組適應模式相似。端到端分組模式與分組適應模式主要不同是：端到端分組是被復用到ADSL鏈路上的。4．異步轉(zhuǎn)移模式第四種分布模式是異步轉(zhuǎn)移模式（ATM），或者也可以說，是端到端ATM模式，如圖2.28（d）所示。二、基本應用1．ADSLforTCP/IP適應模式

ADSL分組允許以分組分布模式通過填充ADSL的幀和超幀進行傳送。ADSL最初的運用是讓長時間等待的Internet和Web用戶從PSTN轉(zhuǎn)向它們自己的分組網(wǎng)，這個分組網(wǎng)有可能是基于IP的。2．ADSLforTCP/IP端到端模式

ADSL論壇為ATM和TCP/IP協(xié)議部分定義了ADSL網(wǎng)絡的TCP/IP適應模式。如果信息只是在ATM網(wǎng)絡和服務器上可用，有了適應模式就會允許預設的TCP/IP去獲取此信息。2.4甚高速數(shù)字用戶線（VDSL）接入技術(shù)

鑒于現(xiàn)有ADSL技術(shù)在提供圖像業(yè)務方面的帶寬十分有限以及其成本偏高的缺點，人們又開發(fā)出了一種稱為甚高速數(shù)字用戶線（VeryhighspeedDigitalSubscriberLine，VDSL）的系統(tǒng)。2.4.1VDSL系統(tǒng)構(gòu)成一、VDSL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

VDSL的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2.31所示。使用VDSL系統(tǒng)，普通模擬電話線仍不需改動（上半部），圖像信號由局端的局用數(shù)字終端圖像接口經(jīng)饋線光纖送給遠端，速率可以為STM-4（622Mbit/s）或更高。圖2.31VDSL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)VDSL收發(fā)機通常采用離散多音頻（DMT）調(diào)制（也可采用CAP調(diào)制），它具有很大的靈活性和優(yōu)良的高頻傳送性能。雖然，ADSL可滿足在雙絞線上以高達8Mbit/s的速率傳送數(shù)據(jù)的需求。二、VDSL的體系結(jié)構(gòu)

VDSL計劃用于光纖用戶環(huán)路（FTTL）和光纖到路邊（FTTC）網(wǎng)絡的“最后一公里”的鏈接。FTTL和FTTC網(wǎng)絡需要有遠離中心局（CentralOffice，CO）的小型接入節(jié)點。這些節(jié)點需要有高速寬帶光纖傳輸。通常一個節(jié)點就在靠近住宅區(qū)的路邊，為10～50戶提供服務。這樣，從節(jié)點到用戶的環(huán)路長度就比以CO到用戶的環(huán)路短。

VDSL不僅僅是為了Internet的接入，它還將為ATM或B-ISDN業(yè)務的普及而發(fā)展。2.4.2VDSL的相關(guān)技術(shù)一、傳輸模式

VDSL的設計目標是進一步利用現(xiàn)有的光纖滿足居民對寬帶業(yè)務的需求。ATM將作為多種寬帶業(yè)務的統(tǒng)一傳輸方式。除了ATM外，實現(xiàn)VDSL還有其他的幾種方式。VDSL標準中以銅線/光纖為線路方式定義了5種主要的傳輸模式，如圖2.33所示。在這些傳輸模式中大部分的結(jié)構(gòu)類似于ADSL。圖2.33VDSL傳輸模式1．STM模式同步轉(zhuǎn)移模式（SynchronousTransportModule，STM）是最簡單的一種傳輸方式，也稱STM為時分復用（TDM），不同設備和業(yè)務的比特流在傳輸過程中被分配固定的帶寬。2．分組模式在這種模式中，不同業(yè)務和設備間的比特流被分成不同長度、不同地址的分組包進行傳輸；所有的分組包在相同的“信道”上，以最大的帶寬傳輸。3．ATM模式

ATM在VDSL網(wǎng)絡中可以有3種形式。第一種是ATM端到端模式，它與分組包類似，每個ATM信元都帶有自身的地址，并通過非固定的線路傳輸，不同的是ATM信元長度比分組包小，且有固定的長度。第二、三種分別是ATM與STM和ATM與分組模式的混合使用，這兩種形式從邏輯上講是VDSL在ATM設備間形成了一個端到端的傳輸通道。二、傳輸速率與距離由于將光纖直接與用戶相連的造價太高，因此光纖到戶（FTTH）和光纖到大樓（FTTB）受到很多的爭議。三、其他技術(shù)

VDSL所用的技術(shù)在很大程度上與ADSL相類似。不同的是，ADSL必須面對更大的動態(tài)范圍要求，而VDSL相對要簡單得多；VDSL開銷和功耗都比ADSL小；用戶方VDSL單元需要完成物理層媒質(zhì)訪問（接入）控制及上行數(shù)據(jù)復用功能。在VDSL系統(tǒng)中經(jīng)常使用的線路碼技術(shù)主要有以下幾種。（1）無載波調(diào)幅/調(diào)相技術(shù)（CarrierlessAmplitude/Phasemodulation，CAP）。（2）離散多音頻技術(shù)（DiscreteMultiTone，DMT）。（3）離散小波多音頻技術(shù)（DiscreteWaveletMultiTone，DWMT）。（4）簡單線路碼（SimpleLineCode，SLC），這是一種4電平基帶信號，經(jīng)基帶濾波后送給接收端。VDSL下行信道能夠傳輸壓縮的視頻信號。壓縮的視頻信號要求有低時延和時延穩(wěn)定的實時信號，這樣的信號不適合用一般數(shù)據(jù)通信中的差錯重發(fā)算法。VDSL下行數(shù)據(jù)有許多分配方法。最簡單的方法是將數(shù)據(jù)直接廣播給下行方向上的每一個用戶設備（CPE），或者發(fā)送到集線器，由集線器把數(shù)據(jù)進行分路，并根據(jù)信元上的地址或直接利用信號流本身的時分復用將不同的信息分開。2.4.3VDSL存在的問題（1）不能確定VDSL能可靠地傳輸數(shù)據(jù)的最大距離。（2）業(yè)務環(huán)境問題雖然上行和下行數(shù)據(jù)速率還沒有完全確定下來，但是完全有理由相信未來的VDSL將使用ATM信元格式來載送視頻及不對稱數(shù)據(jù)信息。（3）用戶設備分配及電話網(wǎng)絡與用戶設備之間的接口從開銷上考慮，可以使用無源網(wǎng)絡接口器件，用戶的VDSL單元可以置于用戶網(wǎng)絡設備中，上行復用的處理可以按照局域網(wǎng)總線接入方式進行。（4）開銷也是一個不能忽略的因素與ADSL相比，VDSL是直接與本地交換相連接的，所以VDSL的開銷比ADSL小得多。（1）串音問題

VDSL在較短的應用范圍可能產(chǎn)生以下幾種串音，圖2.35和圖2.36表示了VDSL技術(shù)在兩種應用配置中的串音情況，其中，NEXT代表近端串音，F(xiàn)EXT代表遠端串音，在用戶端終止的VDSL端點調(diào)制解調(diào)器稱為VTU-R。圖2.35VDSL及其他xDSL技術(shù)在CO中混合的串音說明圖圖2.36VDSL及其他xDSL技術(shù)在用戶單元(CP)中混合的串音說明圖在圖2.35配置中，VDSL和其他xDSL技術(shù)均由中心局（CO）提供，并且在中心局和其他一些VDSL端點之間共享纜芯（VDSL可在該端點終止，或者可被路由到其他纜芯）。在圖2.36配置中，VDSL信號終止于遠端ONU，而其他xDSL信號則終止于CO。①下行VDSL信號不能與上行ADSL信號重疊（VDSL下行信號必須從高于138kHz的頻率開始）。②下行ADSL信號不能與上行VDSL信號重疊（VDSL上行信號不能覆蓋138kHz到1.1MHz之間的頻率）。（2）無線頻率干擾問題無線頻率干擾（RadioFrequencyInterference，RFI）是VDSL接收機必須解決的問題。與VDSL信號相比，一方面，RFI侵入信號帶寬通常很窄，只會影響一小部分的可用帶寬；另一方面，侵入信號的能量非常大，其接收機的模擬前端必須精心設計才不致飽和，并需要采取一些措施使模/數(shù)轉(zhuǎn)換器有合適的精度。濾波器試圖匹配雙絞線上的不平衡，本質(zhì)上是將侵入信號轉(zhuǎn)變?yōu)椴罘中盘柕倪^程。RFI輸出也與VDSL有關(guān)。VDSL信號從雙絞線輻射出來，能夠干擾本地天線接收到的信號（如果這些信號覆蓋了VDSL頻譜）。2.4.4VDSL的應用一、VDSL分布位置與ADSL相同，VDSL能在基帶上進行頻率分離，以便為傳統(tǒng)電話業(yè)務（POTS）留下空間。同時傳送VDSL和POTS的雙絞線需要每個終端使用分離器來分開這兩種信號。從中心點出發(fā)，VDSL的范圍和延伸距離分為下面幾種情況：對于26Mbit/s對稱或52Mbit/s/6.4Mbit/s非對稱，所覆蓋服務區(qū)半徑約為300m；對于13Mbit/s對稱或26Mbit/s/3.4Mbit/s非對稱，所覆蓋服務區(qū)半徑為800m；對于6.5Mbit/s對稱或13.5Mbit/s/1.6Mbit/s非對稱，所覆蓋服務區(qū)半徑為1.2km。一個ONU可用的光纖總帶寬通常不大于所有ONU用戶可能的帶寬總和。表2.9所示為各種視頻服務的傳輸速率。在非常低的非對稱速率下（6.5～0.8Mbit/s），VDSL達到了ADSL的性能極限。雖然可為VDSL定義更低的速率，并且不干擾ADSL，但是，這種方法使調(diào)制解調(diào)器變得，復雜并影響到性能價格比。二、VDSL在WAN網(wǎng)絡的應用1．視頻業(yè)務

VDSL的高速方案選項使其成為用于視頻點播（VideoOnDemand，VOD）的非常好的接入技術(shù)。3.1.1市場牽引與技術(shù)推動有線電視（CATV）系統(tǒng)是從有線電視臺前端，用同軸電纜直接向家庭發(fā)送清晰且強度相同的電視信號；高質(zhì)量的天線塔接收來自空間波或衛(wèi)星的電視頻道，并將它們映射到電纜頻帶。從市場需求角度看，CATV提供了良好的接收效果，并且可選的頻道更多，屋頂上沒有難看的天線。3.1CableModem的發(fā)展背景從技術(shù)角度來看，CATV從最初單一的同軸電纜演變?yōu)楣饫w與同軸電纜混合使用，單模光纖和高頻同軸電纜成為主要傳輸介質(zhì)，并逐漸演變?yōu)樾乱淮芯€電視網(wǎng)絡（即HFC網(wǎng)）。隨著HFC的發(fā)展，不僅要提供雙向通信，而且還要增加信道容量以適應來自數(shù)字直播衛(wèi)星（DigitalBroadcastSatellites，DBS）的新的競爭。3.1.2CableModem與ADSLModem的比較一、Internet接入應用比較1．CableModem的典型Internet接入圖3.1所示為CableModem/HFC的典型Internet接入配置。CableModem通過頭端接入到Internet，頭端包含IP路由器、代理服務器或高速緩存（cachememory）以及控制部分。圖3.1CableModem/HFC的典型Internet接入2．ADSLModem的典型Internet接入圖3.2所示為使用ADSLModem接入時的一種典型結(jié)構(gòu)。用戶（個人計算機）通過現(xiàn)有的雙絞電話銅線接入到Internet。圖3.2ADSLModem的典型Internet接入二、接入性能比較1．通路帶寬

CableModem總體上說，其下行通路一般提供30Mbit/s以內(nèi)帶寬，可以由500～2000個用戶共享此帶寬。2．吞吐量當大量用戶同時進行傳輸，使吞吐量劇增時，CableModem的業(yè)務將受損。

ADSLModem（假設速率為6Mbit/s）只由一個用戶專用，有限的上行帶寬不能進行視頻電話傳輸。3．經(jīng)濟性在CableModem應用中，連接到一個用戶只需要一個Modem，其費用比ADSL低。4．業(yè)務性能標準的CableModem應該能夠通過合理的流量工程來處理恒定比特率（ConstantBitRate，CBR）、可變比特率（VariableBitRate，VBR）和可用比特率（AvailableBitRate，ABR）業(yè)務。5．可靠性在CableModem應用中，CATV是一個樹型網(wǎng)絡，有線電視線路極容易造成單點故障，如電纜的損壞、放大器故障或傳送器故障等，都會使這條線上用戶的使用中斷。6．安全性在CableModem

應用中，由于共享同媒質(zhì)環(huán)境，所有信號進入到所有的CableModem中，從而有可能會產(chǎn)生嚴重的有意或無意的線路誤用、竊聽和業(yè)務盜竊現(xiàn)象。因而需要保護線纜，增強加密和認證功能。3.1.3HFC網(wǎng)絡對CableModem的要求一、上行／下行線纜頻譜根據(jù)頻分復用（FDM）方案，在上行方向，CableModem的上行數(shù)字傳輸速率采用5～42MHz的頻率范圍，由于此頻率范圍存在很多污染和噪聲，而移相鍵控（QPSK）調(diào)制技術(shù)盡管發(fā)送數(shù)據(jù)的頻帶利用率較低，但在抗噪方面性能比較強，所以利用QPSK調(diào)制技術(shù)對數(shù)據(jù)進行調(diào)制，并將發(fā)送數(shù)據(jù)放入5～42MHz頻帶的一個6MHz頻道內(nèi)。二、數(shù)字線纜網(wǎng)絡雖然HFC網(wǎng)絡在網(wǎng)絡的光纖和同軸部分以模擬格式傳輸視頻信號，但是只要調(diào)制后的信號符合電纜系統(tǒng)傳輸?shù)膸捄凸β氏拗埔螅⒛M放大器變?yōu)閿?shù)字中繼器，目前的電纜網(wǎng)絡就可以不加修改的傳送數(shù)字信號，在6MHz頻帶內(nèi)與模擬電視信號共存。三、抑制噪聲1．HFC網(wǎng)絡中的噪聲在HFC網(wǎng)絡中，分配給CableModem的頻帶位于十分不利的噪聲環(huán)境中。一般說來，網(wǎng)絡噪聲問題來源于三個區(qū)域：用戶家里（占70％）、用戶下引線（占25％）、硬同軸設備（占5％）。（1）上行方向的噪聲特性在上行方向有些噪聲源可以損害通信，主要包括以下幾種。侵入噪聲（IngressNoise）：它是外部窄帶射頻信號進入或泄漏到電纜分配系統(tǒng)中的結(jié)果，是不希望產(chǎn)生的窄帶噪聲。交流聲調(diào)制（HumModulation）：50Hz交流電源經(jīng)過供電設備耦合到信號的包絡中，產(chǎn)生的幅度調(diào)制。沖擊噪聲：主要是由50Hz的高壓線和其他電器及大量靜電放電引起的，例如閃電雷擊、交流電機啟動等，松動的連接器也會產(chǎn)生沖擊噪聲。突發(fā)噪聲：突發(fā)噪聲和沖擊噪聲相似，只是持續(xù)時間更長。微反射（Micro-reflections）：發(fā)生在傳輸介質(zhì)的不連續(xù)處，導致部分信號能量被反射。共路失真（CommonPathDistortion）：是由電纜設施中的無源器件和受腐蝕連接器的非線性造成的。熱噪聲：也稱白噪聲，是由75Ω終端阻抗的隨機熱噪聲（電纜和其他網(wǎng)絡設備內(nèi)的電子運動）產(chǎn)生的。（2）下行方向的噪聲特性光纜噪聲：由于光纖內(nèi)信號的調(diào)制頻率很高引起的群遲延，以及高斯白噪聲迭加到電源中，都將影響數(shù)字信號。設備的頻率響應噪聲：包括傾斜和波紋兩種頻率響應噪聲。調(diào)幅／調(diào)頻交流聲調(diào)制（AM/FMHumModulation）：調(diào)幅調(diào)頻交流聲調(diào)制是因交流電通過供電設備耦合到信號包絡或因頻偏而產(chǎn)生的幅度/頻率調(diào)制。熱噪聲和互調(diào)：熱噪聲以高斯白噪聲作為它的模型，但其功率由相對于設備輸出的功率來確定。突發(fā)噪聲：當所有下行通路信號的合成信號超過了激光器的信號容限時，就會發(fā)生激光限幅，進而產(chǎn)生突發(fā)噪聲。信道沖浪（ChannelSurfing）：主要來源靠近接收器，其頻率響應會有大而緩慢變化的波紋出現(xiàn)和消失。2．抑制噪聲的方法（1）在反方向合理地調(diào)整放大器。（2）線纜設備安裝或更新時，要確保系統(tǒng)在機械和電氣方面都密封良好，以免在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生侵入噪聲或脈沖噪聲。（3）所有供電設備和電纜設備都必須保證良好的接地。（4）由于侵入噪聲幾乎70％都來源于下引線和用戶家中。用戶下引線的放射狀裂紋、屏蔽箔片的裂縫、使用老化、劣質(zhì)連線或者連接松動等，都會造成系統(tǒng)泄漏而引入噪聲。解決的有效方法是對住宅同軸線路進行適時升級，添加優(yōu)質(zhì)的連接器并使接地良好。但在許多情況下，現(xiàn)場技術(shù)人員只需要通過機械和電氣方式加固電纜系統(tǒng)，就可以明顯地增強視頻信號質(zhì)量，并減小噪聲。（5）通過減小通路帶寬的方法，來減小群遲延失真并允許使用頻帶利用率更高的調(diào)制方法，以便增強系統(tǒng)的健壯性。（6）在多頻載波中，使用頻率靈活的CableModem來減?。ɑ虮荛_）噪聲損害。用這種方法選擇那些在返回路徑上噪聲最小的載波頻率，以避免于窄帶的侵入噪聲，但它不是解決脈沖噪聲或放大器噪聲的有效策略。3.1.4影響CableModem運作的因素1．放大器的雙向問題現(xiàn)代的具有雙向通信能力的光纖/同軸混合（HFC）系統(tǒng)必須使用雙向工作的放大器，因而不管是上行方向還是下行方向，有效信號將被濾波后放大。2．頻率靈活性具有頻率靈活性的CableModem是指它可以調(diào)諧到任意一個上行或下行頻率。3.2CableModem系統(tǒng)工作原理3.2.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.3所示為HFC數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成，其中，CableModem有外置式和內(nèi)置式兩種類型，一般放在用戶的家中。圖3.3HFC的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一、CableModem及其內(nèi)部構(gòu)成電纜調(diào)制解調(diào)器（CableModem）是一種可以通過有線電視網(wǎng)絡進行高速數(shù)據(jù)接入的裝置。（1）從傳輸方式角度來看，可分為雙向?qū)ΨQ式傳輸和非對稱式傳輸。（2）從數(shù)據(jù)傳輸方向來看，有單向傳輸和雙向傳輸之分。（3）從網(wǎng)絡通信角度來看，Modem可分為同步（共享）和異步（交換）兩種方式。（4）從接入角度來看，可分為個人CableModem和寬帶CableModem（多用戶），寬帶Modem可以具有網(wǎng)橋的功能，可以將一個計算機局域網(wǎng)接入。（5）從接口角度來看，可分為外置式、內(nèi)置式和交互式機頂盒。二、CableModem的工作配置在系統(tǒng)的前端放置CableModem前端設備（CMTS）。CableModem置于用戶端。CMTS和CableModem間能夠進行數(shù)據(jù)包雙向傳輸，HFC網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)通信協(xié)議確保數(shù)據(jù)包的傳輸。1．配置方法和配置內(nèi)容

CableModem和前端設備的配置是分別進行的。CableModem一般不需要人工配置和操作，它有用于配置的Consol接口，可通過VT終端或Win9x的超級終端程序進行設置。前端設備（CMTS）的配置內(nèi)容主要有下行頻率、下行調(diào)制方式及下行電平等。2．通道管理上述設置完成后，如果中間的線路無故障，信號電平的衰減符合要求，則啟動DHCP和TFTP服務器，就可以在CMTS和CableModem間建立正常的通信通道。3．多臺CMTS設備組成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)當用戶數(shù)較多或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大時，必須考慮使用多個下行通道，可將多臺CMTS設備連成網(wǎng)絡。3.2.2工作原理

CableModem中的數(shù)據(jù)傳輸過程如下所述。在下行鏈路中，通過內(nèi)部的雙工濾波器接收來自HFC網(wǎng)絡的射頻信號，將其送至解調(diào)模塊進行解調(diào)。在上行鏈路中，用戶的訪問請求先由媒質(zhì)訪問控制（MediaAccessControl，MAC）模塊中的訪問協(xié)議進行處理。1．基于FDMA/TDMA技術(shù)的CableModemCableModem對上行/下行數(shù)據(jù)信號采用不同的接入方式。下行采用廣播形式，CableModem對數(shù)據(jù)信號進行調(diào)制解調(diào)和同步處理后傳送給用戶計算機。（1）上行信道訪問方式多媒體電纜網(wǎng)絡系統(tǒng)（MediaCableNetworkSystem，MCNS）把每個上行信道看成是一個由小時隙（mini-slot）組成的流，CableModem前端設備（CMTS）根據(jù)帶寬分配算法可將一個小時隙定義為數(shù)據(jù)時隙（DataSlot，DS）或競爭時隙（CompetitionSlot，CS）。（2）對服務類型的支持與局域網(wǎng)絡適配器物理地址一樣，多媒體電纜網(wǎng)絡系統(tǒng)（MCNS）給每個CableModem分配一個48比特的物理地址。（3）初始化過程描述

CableModem在加電之后，必須先進行初始化，然后網(wǎng)絡才能進行接收CMTS發(fā)送的數(shù)據(jù)及向CMTS傳輸數(shù)據(jù)。①獲得上行信道參數(shù)在這個階段中，CMTS向CableModem重復發(fā)送3種MAC信息：第一種是同步信息（SYNC），用以給所有CableModem提供一個時間基準；第二種是上行信道描述（UpChannelDescription，UCD），CableModem必須找到一個描述內(nèi)容與CableModem本身上行信道特性相符的UCD；第三種是由UCD所描述的上行信道的MAP信息，它包含了小時隙的信息，指出了CableModem何時可以發(fā)送數(shù)據(jù)和發(fā)送的持續(xù)時間，并由SYNC提供發(fā)送時間基準。②測距（Range）③建立IP連接④建立時間⑤建立安全機制2．基于同步碼分多址（S-CDMA）技術(shù)的CableModem同步碼分多址（SynchronousCDMA，S-CDMA）技術(shù)可以較完美地解決干擾性和容量問題。

S-CDMA應用了調(diào)節(jié)技術(shù)來適應電纜設備的動態(tài)噪聲特征，通過減少調(diào)制方式產(chǎn)生的干擾和動態(tài)地調(diào)整各個CableModem發(fā)射器的功率電平，從而增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。S-CDMA技術(shù)使用HFC網(wǎng)提供的上、下行對稱6MHz帶寬的獨立傳輸通道。在6MHz帶寬中下行的傳輸速率是14Mbit/s，使用擴頻技術(shù)，使上行窄帶干擾降低，不影響鄰頻傳輸，可與HFC網(wǎng)中其他調(diào)制方式的傳輸共存。眾所周知，利用有線電視網(wǎng)進行雙向傳輸有著一個令人十分頭痛的問題（“漏斗”效應），即在信號的下行方向是由中心向四周分散，對于網(wǎng)絡中的每一個終端而言所接受的噪聲是單條線路的串入噪聲，這些干擾不會影響正常的通信；而反之則不然，龐大的分配網(wǎng)絡對于中心機房而言仿佛是一個“大漏斗”，網(wǎng)絡中各個節(jié)點的噪聲統(tǒng)統(tǒng)匯入中心機房，在中心節(jié)點迭加、混合。基于S-CDMA技術(shù)的CableModem將無線通信中使用的擴頻技術(shù)移植到電纜通信中，并采用碼分多址技術(shù)，使得其對HFC網(wǎng)絡上行信道的噪聲和窄帶干擾有很強的抑制能力，即使在上行頻帶中5～20MHz這個干擾較大的頻率范圍以及其他CableModem無法正常運行的范圍內(nèi)均能運行。3.3CableModem的體系結(jié)構(gòu)3.3.1基于IEEE802的CableModem參考體系結(jié)構(gòu)是構(gòu)建一個設備所需的標準部件和設計藍圖?；贏TM的CableModem的參考體系結(jié)構(gòu)如圖3.5所示，包括：物理（PHY）層、MAC層和上層（upperlayers）。一、物理層數(shù)字電纜系統(tǒng)的物理接口是普通的同軸電纜。由圖3.6可見，物理層包括兩個子層：物理媒質(zhì)關(guān)聯(lián)（PhysicalMediumDependentsublayer，PMD）子層和傳輸會聚（TransmissionConvergencesublayer，TC）子層。這些子層根據(jù)相關(guān)的傳輸鏈路的特性，實現(xiàn)所需的比特傳輸、同步、定向和調(diào)制功能。圖3.7顯示了這些子層的相關(guān)功能。圖3.6CableModem的基本層次1．物理媒質(zhì)關(guān)聯(lián)子層物理媒質(zhì)關(guān)聯(lián)（PMD）子層的主要功能是對模擬電纜網(wǎng)絡上的射頻（RF）載波進行調(diào)制/解調(diào)以獲得數(shù)字比特流，并實現(xiàn)同步編碼和差錯校驗。（1）下行PMD下行PMD采用正交振幅調(diào)制（QAM）技術(shù)對射頻載波進行調(diào)制/解調(diào)。（2）上行PMD上行PMD子層支持QPSK和16-QAM兩種調(diào)制方式。2．傳輸會聚（TC）子層一旦比特流在PMD子層被處理后，就可以得到各幀以及更詳細的信息。3．傳輸幀結(jié)構(gòu)（1）上行幀結(jié)構(gòu)上行幀的特性是頭端產(chǎn)生一個時間參考用于標識時間域內(nèi)的時隙容器。（2）下行幀結(jié)構(gòu)根據(jù)ITU-TH.222.0標準，下行幀結(jié)構(gòu)可稱為MPEG-2（MotionPictureExpertsGroup，MPEG）分組格式，包括4個字節(jié)的標頭和隨后184個字節(jié)的有效載荷，共計188字節(jié)。4．低層初始化一旦確定了PDU劃分和它們的格式，傳輸會聚（TC）便開始進行低層初始化工作，包括同步、測距和功率調(diào)整。（1）同步當CableModem成功組裝各幀后，它的時鐘必須和頭端時鐘保持同步。因此，每個CableModem需要用到所有Modem的全局定時參考和定時偏移等基本信息，這些信息是通過頭端周期地發(fā)送一個包含全局定時參考的管理消息來實現(xiàn)的。（2）測距（Ranging）當同步建立后，CableModem必須獲得可用上行通路的信息（如正確的定時偏移量），以便可以向頭端發(fā)送初始維護消息進行測距，保證CableModem的傳輸和正確的小時隙邊界對齊。（3）功率調(diào)整每個CableModem至頭端的衰減都很可