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1、ADSL技术发展及应用2005-09-13 18:50 中国地质大学（武汉）计算机系 高月 卢凯 王刚 计算机与信息技术 我要评论(3) 字号：T | TADSL技术是一种调制技术，在双绞铜线的两端分别接入ADSL调制解调器，即可利用其高频宽带特性高速传送数据。本文全面阐述了实现用户线路高速化的ADSL的技术以及应用。AD： 一、ADSL技术发展 数字用户线(xDSL：Digital Subscriber Line)是美国贝尔通信研究所于1989年为推动视频点播(VOD)业务开发出的用户线高速传输技术，后因VOD业务受挫而被搁置了很长一段时间。近年来随着Internet的迅速发展，对固定连接的
2、高速用户线需求日益高涨，基于双绞铜线的xDSL技术因其以低成本实现用户线高速化而重新崛起，打破了高速通信由光纤独揽的局面。长期以来通信用户的电话机经过对绞铜线的用户线连至市内交换局，进入公共交换的通信网(PSTN)，接至对方用户的电话机，使双方得以互相会话。对绞铜线为传统的模拟电话提供3003400Hz的频带，为了适应电话用户使用低速数据通信，曾加装调制一解调器(modem)，使速率33kb/s和最高56kb/s的数据信号能够通过模拟话音频带与对方实行数据通信。DSL技术在传统的电话网络的用户线路上支持对称和非对称的传输模式，解决了发生在网络服务供应商和最终用户间的最后一公里的传输瓶颈问题。由
3、于电话用户环路已经大量铺设，如何充分利用现有的铜缆资源，通过铜质双绞线实现高速接入就成为业界的研究重点，因此DSL技术很快就得到了重视，并在一些国家和地区得到大量应用。目前关于ADSL的国际标准主要是ANSI制定的，1994年TIE1.4工作组通过了第一个ADSL草案标准15，决定采用DMT作为标准接口，关键是能支持6.144Mbit/s甚至更高的速率并能传较远的距离。ANSI标准将包含一个附录具体规定欧洲制式ADSL标准。因而ANSI制定的ADSL标准实际上已经是一个准国际标准。CAP码也在争取成为事实标准。1997年，一些ADSL的厂商和运营商开始认识到，也许牺牲ADSL的一些速率可能会加
4、快ADSL的商业化进程，因为速率下降的同时也就意味着技术复杂度的降低。全速率ADSL的下行速度是8Mbps，但是在用户端必须安装一个分离器(Splitter)。如果把ADSL的下行速率降到1.5Mbps(下行为1.5Mbps，上行为384 Kbps), 那么用户端的分离器就可以取消。这意味着，用户可以像以往安装普通模拟Modem一样安装ADSL Modem，没有任何区别，省略了服务商的现场服务，这对ADSL的推广至关重要。于是，ADSL的一个新版本诞生了，称作通用ADSL(Universal ADSL)。1998年10月，ITU(国际电信联盟)开始进行通用ADSL标准的讨论，并将之命名为G.L
5、ite，经过半年多的等待，1999年6月22日，ITU最终批准通过了G.Lite(既G.992.2)标准，从而为ADSL的商业化进程扫清了障碍.二、ADSL的技术优势2.1可同时提供电话和高速数据业务电信企业的主干网已采用2.5 Gbit/s和10 Gbit/s的超高速光纤，但连接用户和交换局的用户线绝大多数仍是电话用的双绞线，以现有的调制技术不能满足用户高速接入的需求。导入ADSL技术后，即可在双绞线上传送高达数Mbit/s的数字信号，如配置了分离音频频带和高频带的分离器，则可同时提供电话和高速数据业务。2.2ADSL投资小基于光纤同轴电缆混合网(HFC)的Cable Modem作为接入线路
6、高速化的计划受阻。虽然采用Cable Modem能够使CATV用户线路提供数Mbit/s的数据传输能力，但因多个用户共享带宽和安全等因素使能够利用此项业务的用户受到很大限制；实验和调查表明，在现有的基础设施上，能够利用Cable Modem的用户仅约占15%左右。并且Cable Modem技术需对现有的设施进行双向改造，投资巨大。而电话用户环路已大量铺设，可充分利用铜缆资源。2.3减轻电话网的符合减轻电话网的负荷是导入ADSL的第三个原因。有相当多的地区其市内电话采取定额月租计费，因此不少拨号用户24小时一直与Internet相连，占用ISP服务器端口，使用户交换机过负荷运行。采用ADSL技术
7、则可通过分离器将话音和数据分别送入电话交换机和Internet，从而抑制了Internet的业务量流入电话网。如图1。三、ADSL系统结构ADSL使用一对电话线，在用户线两端各安装一个ADSL调制解调器，该调制解调器采用了频分复用(FDM)技术，将带宽分为三个频段部分：最低频段部分为0-4KHz，用于普通电话业务，中间频段部分为20-50KHz，用于速率为16-640Mbit/s的上行数据信息的传递；最高频段部分为150- 550KHz或140Khz-1.1MHz，用于1.5Mbit/s-6.0Mbit/s的下行数据信息的传送。3.1分离器ADSL技术能同时提供电话和高速数据业务，为此应在已有
8、的双绞线的两端接入分离器，分离承载音频信号的4 kHz以下的低频带和ADSL Modem调制用的高频带。分离器实际上是由低通滤波器和高通滤波器合成的设备，为简化设计和避免馈电的麻烦，通常采用无源器件构成。3.2 ADSL Modem用户端的ADSL Modem内部结构与V.34等模拟Modem几乎相同。主要由处理D/A变换的模拟前端(analog front end)、进行调制/解调处理的数字信号处理器(DSP)以及减小数字信号发送功率和传输误差，利用“网格编码”和“交织处理”实现差错校正的数字接口构成。交换局端的ADSL Modem产品大多具有多路复用功能(DSLAM：DSL Access
9、Multiplexer)。各条ADSL线路传来的信号在DSLAM中进行复用，通过高速接口向主干网的路由器等设备转发，这种配置可节省路由器的端口，布线也得到简化。目前已有将数条ADSL线路集束成一条10BASE-T的产品和将交换机架上全部数据综合成155 Mbit/s ATM端口的产品。3.3 ADSL的调制技术ADSL的调制技术是ADSL的关键所在。在ADSL调制技术中，一般均使用高速数字信号处理技术和性能更佳的传输码型，用以获得传输中的高速率和远距离。在信号调制技术上，ADSL调制解调器主要采用CAP和DMT技术：1)CAP(Carricerless Amplitude/Phase Modu
10、lation, 无载波调幅调相)。CAP是AT&T提出的调制方式，数据信号在发送前被压缩，然后沿电话线发送，在接收端重组。CAP的主要优点为：载波频率可变，在一个频率周期或波特内传输2到9位二进制数据，因此在相同的传输速率下，占用更少的带宽，传输距离更远。2)DMT(Discrete Multi-Tone，离散多音)。DMT采用多载波调制技术，可用频段划分为多个(典型为256个)子信道，每个子信道的带宽为4kHz，对应不同频率的载波，并根据子信道发送数据的能力将数据分配给各子信道，不能载送数据的子信道被关掉。DMT用离散快速傅立叶变换进行编解码，DMT尝试可能的最高速率，根据线路的噪声和衰减特
11、性分配数据。目前，DMT已成为 ANSI制订的ADSL的调制标准-T1.413。由于CAP信号传输占用全部信道带宽，所以频域和时域噪声都会对它造成影响。DMT的每个很窄的子信道频带内的电缆特性可以近似认为是线性的，因此脉冲混叠可以减到最低程度。在每个子信道内传送的比特率可以按该信道内信号和噪声的大小自适应地变化，故DMT技术可自动避免工作在干扰较大的频段。DMT和CAP技术都可以实现速率的自适应调整，这就是RADSL。不同的是DMT可以做到从64kbps开始以32kbps的间隔平滑递增。而CAP只能从640kbps开始作较粗糙的调整。CAP的优点是处理较DMT简单，故时延小，芯片功耗低、其商品
12、化也走在DMT方式之前。DMT的优点是抗噪声性能比CAP好。两种技术互不兼容，设备之间无法互连，影响了ADSL的推广。不过现在市场上的产品基本上以CAP调制技术为基础。四、ADSL的应用ADSL能很好的支持范围广阔的高带宽应用，例如高速互联网接入，远程通信，虚拟专用网(VPN)和稳定的多媒体内容。传统的拨号数据网技术对于以上这些业务的支持要么不能支持，要么支持得不够。4.1 ADSL的应用范围4.1.1用作专线网的接入线专线提供上、下行速率对称的通信业务，因此可采用ADSL Modem，终端通过V.35或X.21等串口与其相连，其双向传输速率为128 kbit/s2 Mbit/s。4.1.2用
13、作Internet的接入线在Internet中，浏览Web等客户/服务器业务的下行数据量要大得多，因此可采用下行高速化的ADSL Modem。4.1.3 用作ATM的接入线主干线路ATM化已成为全球通信发展的趋势，因此如何使xDSL用作ATM业务的接入线已成为当前研究与开发的热点。ANSI、ETSI、ITU-T、ADSL论坛和ATM论坛等机构也正在对ATM over ADSL技术进行标准化。1997年6月阿尔卡特、微软等公司联合发表了ADSL系统规范，给出了利用ADSL设备设计ATM网络的基本方法。图2示出了ATM终端利用ADSL线路建立永久虚电路(PVC)的实例。通常对各个ATM终端独立地设
14、定VPI(虚路径标识符)和VCI(虚通道标识符)，如果在ATM over ADSL中原封不动地沿用这种规范，因导入了带有复用功能的综合型ADSLModem(DSLAM：Digital Subscriber Line Access Multiplexer)不能保持VPI/VCI的唯一性。因此，联合建议中规定ATM终端只设定VCI，VPI作为DSLAM识别各ATM终端(ADSL线路)的标志。4.2新一代ADSL技术的应用前景新一代ADSL芯片的研发在标准形成的过程中一直在进行，不同的芯片厂商采用不同的策略。有的厂商分阶段研制ADSL2和ADSL2+芯片，其主要考虑是，一方面，ADSL2比ADSL2
15、+标准化进程快(至少相差半年)，另一方面，ADSL2的芯片成本在有一定产量的情况下比ADSL增加不多，有望在市场上取得一定优势，此后再根据需求状况决定ADSL2+芯片的生产。由于ADSL2 与第一代ADSL相比在速率上并没有很大的增加，而在ADSL2的基础上发展起来的ADSL2+通过扩展下行频带可以大大提高下行速率，因此芯片厂商将不会推出只支持ADSL2的芯片，而是以ADSL2 +的方式在芯片上同时支持ADSL2和ADSL2+。另外，随着ADSL技术的迅猛发展、第一代ADSL用户的不断增加，为了与已有的ADSL用户兼容，未来的 ADSL2、ADSL2+设备可能会选择同时支持 G.992.1 、
16、G.992.3和G.992.5标准，以能够适配远端设备所支持的操作模式。ADSL2利用现有电话铜缆资源，可在开通话音业务(POTS、ISDN)的同时，利用高频段提供宽带数据业务。其中ATU-C、ATU-R分别为局端和用户端的ADSL2收发单元，话音和数据业务通过分离器(Splitter)隔开。根据提供业务的不同，ADSL2包括以下四种具体应用形式：(1)Data，即只提供数据业务。(2)Data+POTS，即同时提供数据和普通电话业务。(3)Data+ISDN，即同时提供数据和ISDN业务。(4)Voice over Data，即通过数据通道提供话音业务(VoADSL)。此时需要话音网关功能完成话音到分组数据的转换。从应用角度来看，在欧洲、北美等地，由于用户分布一般比较分散，适合采用ADSL技术，对ADSL技术的升级形成ADSL2/ADSL2+有较
