現(xiàn)代接入網(wǎng)技術(shù) 課件 第3章 銅線接入技術(shù)

第3章銅線接入技術(shù)銅線接入技術(shù)概述3.1

非對稱數(shù)字用戶線（ADSL）接入技術(shù)3.2超高速數(shù)字用戶線（VDSL）接入技術(shù)3.33.1銅線接入技術(shù)概述1.DSL技術(shù)的特點（1）DSL技術(shù)利用已有的電話線提供寬帶接入業(yè)務(wù)，不需要新的接入傳輸網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投

入，在接入網(wǎng)中可節(jié)省大量成本，并且省時便捷。（2）與最初的撥號接入相比，采用DSL技術(shù)可在開通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時不影響語音業(yè)務(wù)，用戶能在打電話的同時上網(wǎng)。3.1.1DSL技術(shù)發(fā)展2.DSL技術(shù)的分類DSL技術(shù)統(tǒng)稱為XDSL，其中，“X”代表不同種類的數(shù)字用戶線路技術(shù)。各種數(shù)字用戶線路技術(shù)的不同之處主要體現(xiàn)在信號的傳輸速率和傳輸距離，以及上行速率、下行速率的對稱和非對稱上。對稱DSL技術(shù)主要用于替代傳統(tǒng)T1/E1接入技術(shù)，與傳統(tǒng)T1/E1接入技術(shù)相比，DSL技術(shù)具有對線路質(zhì)量要求低、安裝和調(diào)試簡便等特點，而且通過復(fù)用技術(shù)還可以提供語音、視頻與數(shù)據(jù)多路傳輸?shù)确?wù)。目前，對稱DSL技術(shù)主要有HDSL、SDSL、MVL及IDSL等幾種。非對稱DSL技術(shù)適用于對雙向帶寬要求不一致的應(yīng)用，如WEB瀏覽、多媒體點播及信息發(fā)布等，非對稱DSL技術(shù)主要有ADSL、RADSL及VDSL等。（1）HDSLHDSL（高比特率DSL）是目前眾多DSL技術(shù)中較成熟的一種，并已得到了一定程度的應(yīng)用。這種技術(shù)的特點是利用兩對雙絞線實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，支持N×64KBIT/S速率，最高可達E1速率。HDSL不用借助放大器即可實現(xiàn)3.6KM以內(nèi)的正常數(shù)據(jù)傳輸。與傳統(tǒng)T1/E1接入技術(shù)相比，HDSL最突出的優(yōu)勢是部署成本低廉、安裝簡便，是T1/E1接入技術(shù)的較為理想的替代技術(shù)之一。

（2）SDSLSDSL（單線DSL）是HDSL的單線版本，可提供雙向高速可變比特率連接，速率范圍為160KBIT/S～2.084MBIT/S。SDSL利用單對雙絞線，可支持最高達E1速率的多種連接速率，在0.4MM雙絞線上的最大傳輸距離可達3KM。與HDSL相比，SDSL可節(jié)省一對雙絞線，因而部署更簡單、方便。（3）SHDSLSHDSL（單對線高速DSL）遵循ITU-TG.991.2、G.994.2等協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。SHDSL是在HDSL技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，由于SHDSL只需要一對電話線，所以可以大大減小運營商和用戶的銅線資源的消耗。SHDSL采用TC-PAM16/32/64編碼方式，編碼等級越高，傳輸速度越快，可應(yīng)用于語音、數(shù)據(jù)和視頻等通信傳輸。（4）ADSLADSL（非對稱DSL）能夠在現(xiàn)有的電話雙絞線上提供高達8MBIT/S的下行速率及1MBIT/S的上行速率，有效傳輸距離可達3～5KM。ADSL充分利用現(xiàn)有的PSTN電話網(wǎng)絡(luò)，只需在線路兩端加裝ADSL設(shè)備即可為用戶提供高速寬帶服務(wù)，無須重新布線，因而可極大地降低服務(wù)成本。（5）VDSLVDSL（甚高速數(shù)字用戶環(huán)路）可以在相對短的距離上實現(xiàn)極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可以達到58MBIT/S。在用戶回路長度小于1.5KM的情況下，可提供13MBIT/S或更高的接入速率。從技術(shù)角度而言，VDSL是ADSL的升級技術(shù)，其平均數(shù)據(jù)傳輸速率是ADSL的5～10倍。另外，根據(jù)市場或用戶的實際需求，VDSL可以設(shè)置成對稱的，也可以設(shè)置成不對稱的。技

術(shù)

名

稱傳

輸

方

式最高上行速率最高下行速率最大傳輸距離傳

輸

介

質(zhì)HDSL對稱2.32MBIT/S2.32MBIT/S5KM1～3對雙絞線SDSL對稱2.32MBIT/S2.32MBIT/S3KM1對雙絞線SHDSL對稱5.7MBIT/S5.7MBIT/S7KM1～2對雙絞線VDSL非對稱2.3MBIT/S58MBIT/S2KM1對雙絞線ADSL非對稱1MBIT/S8MBIT/S5KM1對雙絞線表3-15種DSL技術(shù)的比較1.2B1Q編碼2B1Q碼是無冗余度的4電平脈沖幅度調(diào)制碼，屬于基帶型傳輸碼。

其傳輸特性與模擬信號在雙絞線上的傳輸特性相似，要求所用的傳輸線具有較好的線性幅頻特性。3.1.2DSL關(guān)鍵技術(shù)BIT電平幅度00+301+110-111-3表3-22B1Q編碼規(guī)則

圖3-12B1Q編碼示例

2B1Q編碼的本質(zhì)是四進制（電平）編碼調(diào)制，與每個符號代表傳輸1BIT的二進制調(diào)制方式相比，2B1Q能在相同時間內(nèi)傳輸2倍長度的數(shù)據(jù)。

如果需要進一步提高傳輸比特用是從頻域上將整個信道劃分為獨立的兩個或多個頻帶，分別用于上行和下行傳輸，彼此之間不會產(chǎn)生干擾。

回波抵消混合技術(shù)用于上行、下行傳輸頻段相同的通信系統(tǒng)，可將本地發(fā)送信號在本地接收端的泄漏衰減到最小。2．CAP調(diào)制

無載波幅度/相位調(diào)制（CARRIERLESSAMPLITUDEMODULATION/PHASEMODULATION，CAP）技術(shù)是以QAM技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展而來的，可以說是QAM技術(shù)的變種。CAP技術(shù)在原理上類似于QAM技術(shù)，但不采用正交載波，而通過兩個數(shù)字橫向帶通濾波器進行調(diào)制，其輸出結(jié)合起來即為發(fā)送信號。在接收側(cè)用“軟判決”技術(shù)對信號進行解調(diào)，再用判決前饋均衡器對電纜芯徑變化和橋接抽頭進行適配。3．DMT調(diào)制

DMT（DISCRETEMULTI-TONE，離散多音）調(diào)制是當(dāng)前使用得最廣泛的ADSL調(diào)制技術(shù)，它將雙絞線傳輸頻帶（0～1.104MHZ）劃分為最多由256個頻率指示的正交子信道（每個子信道占用4KHZ帶寬）。在每個離散的子載波中，根據(jù)各自信噪比的大小可實現(xiàn)16～256點的星座編碼，即每個子載波中的一個符號可以代表4～8BIT。圖3-2DMT調(diào)制框圖4．頻分復(fù)用和回波抵消混合技術(shù)

采用頻分復(fù)用和回波抵消混合技術(shù)可實現(xiàn)DSL系統(tǒng)中的全雙工與非對稱通信。頻分復(fù)用是從頻域上將整個信道劃分為獨立的兩個或多個頻帶，分別用于上行和下行傳輸，彼此之間不會產(chǎn)生干擾?；夭ǖ窒旌霞夹g(shù)用于上行、下行傳輸頻段相同的通信系統(tǒng)，可將本地發(fā)送信號在本地接收端的泄漏衰減到最小。5．信號分離器技術(shù)

在同時傳輸語音信號和數(shù)據(jù)信號的DSL技術(shù)中，需要用專門的方式對語音信號和數(shù)據(jù)信號進行分離，這就是信號分離器技術(shù)，實現(xiàn)信號分離的裝置稱為分離器（SPLITTER）。

3.2非對稱數(shù)字用戶線（ADSL）接入技術(shù)3.2.1ADSL定義與特點非對稱數(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)，其上行速率和下行速率不相等。ADSL下行速率接近8Mbit/s，上行速率接近640kbit/s，并且在同一對雙絞線上可以同時傳輸傳統(tǒng)的模擬語音信號。采用非對稱傳輸模式的主要原因有兩個：一是在目前的DSL應(yīng)用中，大多用戶從主干網(wǎng)絡(luò)大量獲取數(shù)據(jù)，而發(fā)送出去的數(shù)據(jù)卻少得多；二是非對稱傳輸可以大大減小近端串?dāng)_。ADSL接入技術(shù)主要特點：（1）充分利用現(xiàn)有銅線網(wǎng)絡(luò)及帶寬，只要在用戶線路兩端加裝ADSL設(shè)備即可，方便、靈活，時間短，系統(tǒng)投資小。（2）同時提供普通電話業(yè)務(wù)、數(shù)字通路（個人計算機）、高速遠程接收（電視和電話頻道）。（3）使用高于3KHZ的頻帶傳輸數(shù)字信號。（4）使用高性能的離散多音頻DMT調(diào)制編碼技術(shù)。（5）使用FDM頻分復(fù)用和回波抵消混合技術(shù)。（6）使用SPLITTER信號分離技術(shù)。

ADSL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3-3所示，在用戶環(huán)路的雙絞線兩端各加裝一臺ADSL局端設(shè)備和ADSL遠端設(shè)備。3.2.2ADSL系統(tǒng)構(gòu)成圖3-3ADSL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3-4ADSL收發(fā)信機原理框圖ADSL系統(tǒng)的核心是ADSL收發(fā)信機（局端設(shè)備和遠端設(shè)備），其原理框圖如圖3-4所示。其中，前向糾錯碼（FEC）是具有一定糾錯能力的碼型，它在接收端解碼后，不僅可以發(fā)現(xiàn)錯誤，而且能夠判斷錯誤碼元所在的位置并自動糾錯。這種糾錯碼信息不需要存儲、不需要反饋，實時性好，所以，在單向傳輸系統(tǒng)中都采用這種信道編碼方式。圖3-5ADSL接入網(wǎng)參考模型ADSL接入網(wǎng)參考模型如圖3-5所示。其中，ATU-C（ADSLTRANSCEIVERUNIT-CENTRALOFFICESIDE）和ATU-R（ADSLTRANSCEIVERUNIT-REMOTESIDE）分別是ADSL局端和用戶端的收發(fā)設(shè)備。在局端，ADSL收發(fā)器通過V接口與ATM寬帶網(wǎng)絡(luò)或高速以太網(wǎng)連接，再接入數(shù)字骨干網(wǎng)絡(luò)；在用戶端，ADSL收發(fā)器通過T接口和用戶家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)連接，然后連接用戶的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如計算機、機頂盒等。1.信號發(fā)送流程（局端）（1）數(shù)據(jù)接入和分配。（2）擾碼和前向糾錯。（3）DMT調(diào)制。2.信號接收流程（用戶端）（1）分離器分離ADSL信號和語音信號。（2）帶通濾波、回波抵消、放大、自動增益控制。（3）DMT解調(diào)制。（4）FEC解碼、解擾和CRC校驗。在ATU-R中有7個接收信道，其中4個是單工接收信道、3個是雙工信道；在ATU-C中有7個發(fā)送信道，其中3個是雙工信道、4個是單工發(fā)送信道。

ADSL典型接入應(yīng)用如圖3-6所示，圖中顯示了個人用戶和單位用戶通過ADSL接入的方式。3.2.3ADSL的應(yīng)用圖3-6ADSL典型接入應(yīng)用在ADSL個人用戶接入方式中，如果電話線通過了線路測試，那么在用戶端只需增加一個ADSLMODEM，再通過局端網(wǎng)管進行相應(yīng)數(shù)據(jù)的設(shè)置，即可實現(xiàn)寬帶接入。ADSL的技術(shù)特點使其特別適合企事業(yè)單位對內(nèi)組網(wǎng)建專用局域網(wǎng)。這是因為大部分企事業(yè)單位都已有自己的內(nèi)部電話網(wǎng)和小交換機，可以利用現(xiàn)有的電話雙絞線，借助ADSL方便地實現(xiàn)寬帶接入。3.2.4ADSL2和ADSL2+ADSL技術(shù)雖然以其高性價比成為市場主導(dǎo)的接入技術(shù)，但是ADSL本身也存在一定問題。例如，較低的下行速率難以滿足一些高速業(yè)務(wù)的開展，如流媒體業(yè)務(wù)；單一的ATM傳送模式難以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)IP化的趨勢；所支持的線路診斷能力較差，隨著用戶的不斷增多，在線路開通前如何快速確定線路質(zhì)量成為運營商十分頭疼的問題；難以解決設(shè)備的散熱問題。ADSL2和ADSL2+技術(shù)的出現(xiàn)使ADSL當(dāng)前棘手的各問題得到了解決，而且ADSL2和ADSL2+技術(shù)的引入與部署也相對簡單，某些DSLAM設(shè)備廠商在原有DSLAM的基礎(chǔ)上只需要進行軟件升級即可平滑支持ADSL2和ADSL2+，在技術(shù)增進、優(yōu)勢增加的基礎(chǔ)上，投入成本不變。因此，ADSL2和ADSL2+的出現(xiàn)解決了ADSL的后續(xù)問題，使ADSL的前景變得更廣闊。1.ADSL2（1）速率提高、覆蓋范圍擴大ADSL2在速率、覆蓋范圍上擁有比第一代ADSL更優(yōu)的性能。ADSL2的最高下行速率可達12MBIT/S，最高上行速率可達1MBIT/S。ADSL2是通過減少幀的開銷，提高初始化狀態(tài)機的性能，采用更有效的調(diào)制方式、更高的編碼增益及增強性的信號處理算法來實現(xiàn)的。（2）提供線路診斷技術(shù)對于ADSL業(yè)務(wù)，如何實現(xiàn)故障的快速定位是一個巨大的挑戰(zhàn)。為了能夠診斷和定位故障，ADSL2傳送器在線路的兩端提供了測量線路噪聲、環(huán)路衰減和SNR（信噪比）的手段，這些測量手段可以通過一種特殊的診斷測試模塊來完成數(shù)據(jù)的采集。這種測試在線路質(zhì)量很差的情況（甚至ADSL無法完成連接）下也能夠完成。此外，ADSL2提供了實時的性能監(jiān)測，能夠檢測線路兩端質(zhì)量和噪聲狀況的信息，運營商可以利用這些通過軟件處理后的信息來診斷ADSL2連接的質(zhì)量，預(yù)防進一步服務(wù)的失敗，也可以用來確定能否為用戶提供更高速率的服務(wù)。（3）增強的電源管理技術(shù)第一代ADSL傳送器在沒有數(shù)據(jù)傳輸時仍處于全能量工作模式。如果ADSLMODEM能工作于待機/睡眠狀態(tài)，那么對于數(shù)百萬臺MODEM而言，就能節(jié)省很可觀的電量。為了達到上述目的，ADSL2提出了兩種電源管理模式：低能模式L2和低能模式L3。這樣，在保持ADSL“一直在線”的同時，能減小設(shè)備總的能量消耗。低能模式L2使得中心局調(diào)制解調(diào)器ATU-C端可以根據(jù)INTERNET上流過ADSL的流量來快速地進入和退出低能模式。在下載大量文件時，ADSL2工作于全能模式，以保證最快的下載速度；當(dāng)數(shù)據(jù)流量減小時，ADSL2進入低能模式L2，此時的數(shù)據(jù)傳輸速率大大降低，總的能量消耗就減小了。當(dāng)系統(tǒng)處于低能模式L2時，如果用戶開始增大數(shù)據(jù)流量，系統(tǒng)可以立即進入L0模式，以獲得最高的下載速率。低能模式L2狀態(tài)的進入和退出不影響服務(wù)，不會造成服務(wù)的中斷。2.ADSL2+

ADSL2+除具備ADSL2的技術(shù)特點外，還有一個重要的特點（擴展了ADSL2的下行頻段），從而提高了短距離內(nèi)線路上的下行速率。ADSL2+指定了一個2.2MHZ的下行頻段，這使得ADSL2+在短距離（1.5KM內(nèi)）的下行速率得到非常大的提高，可以達到20MBIT/S以上。使用ADSL2+可以有效地減小串話干擾。3.3超高速數(shù)字用戶線（VDSL）接入技術(shù)3.3.1VDSL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3-7VDSL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)使用VDSL系統(tǒng)，普通模擬電話線不需要改動（上半部分），圖像信號由局端的數(shù)字終端圖像接口經(jīng)光纖傳輸給遠端，數(shù)據(jù)傳輸速率可達622MBIT/S（STM-4）或更高。VDSL收發(fā)信機通常采用離散多音頻（DMT）調(diào)制（也可采用CAP調(diào)制），它具有很好的靈活性和優(yōu)良的高頻傳輸性能。傳輸模式VDSL標(biāo)準(zhǔn)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3-8所示。在這些傳輸模式中，大部分的結(jié)構(gòu)類似于ADSL。ATM是多種寬帶業(yè)務(wù)的統(tǒng)一傳輸方式。3.3.2

VDSL相關(guān)技術(shù)圖3-8VDSL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，也稱為時分復(fù)用（TDM），不同設(shè)備和業(yè)務(wù)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(wù)和設(shè)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，以獲得最大的帶寬進行傳輸。（3）ATM模式ATM在VDSL網(wǎng)絡(luò)中可以有三種形式。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。第二種、第三種分別是ATM與STM、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(shè)備間形成了一個端到端的傳輸通道。2.其他技術(shù)VDSL所采用的技術(shù)在很大程度上與ADSL類似。不同的是，ADSL必須面對更高的動態(tài)范圍要求，而VDSL相對簡單；VDSL的開銷和功耗都比ADSL??；用戶方的VDSL單元需要完成物理層介質(zhì)訪問（接入）控制及上行數(shù)據(jù)復(fù)用功能。在VD