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1、宽带接入技术与实践,山西师范大学网络信息中心,第3章 xDSL接入技术,2018/10/20,学习目标： 了解铜线传输损耗和容量，铜线串扰、混合线圈与回波；铜线2BIQ码、QAM、CAP、DMT编码。 理解HDSL基本组成与帧结构，HDSL线路编码，HDSL体系结构，HDSL应用特点与局限性，HDSL2接入技术，HDSL2线路编码，HDSL2的FDM和波抵消。 理解ADSL接入技术与特点，ADSL系统结构，ADSL系统模型与特征，ADSL调制技术与帧结构，ADSL传输方式与传输模型。 了解VDSL接入技术及相关技术，VDSL应用，ADSL2与ADSL2+、VDSL2技术；DSLAM技术。,第3
2、章 xDSL接入技术,2018/10/20,重点知识：铜线的传输损耗和容量、2BIQ码、QAM、CAP、DMT编码、HDSL的基本组成、HDSL关键技术、HDSL2接入技术、ADSL接入技术、ADSL系统结构、ADSL技术基础、VDSL接入技术、VDSL的相关技术、DSLAM功能结构与协议栈。 难点知识：2BIQ码、QAM、CAP、DMT编码、HDSL帧结构、HDSL2的FDM和波抵消、ADSL系统模型、DSLAM功能结构与协议栈。,第3章 xDSL接入技术,2018/10/20,DSL的信号环境 xDSL接入信号处理技术 HDSL接入技术 HDSL2接入技术 ADSL接入技术 VDSL接入技
3、术 新一代xDSL技术xDSL接入系统的局端设备 案例学习,第3章 xDSL接入技术,2018/10/20,3.1 DSL的信号环境,DSL以铜线作为传输介质，必受到铜线本身特性的影响。针对DSL的信号环境，下面主要从铜线传输损耗和容量、串扰和其它噪声及混合线圈与回波等方面进行分析。,2018/10/20,3.1.1 铜线的传输损耗和容量,与所有传输介质相同，与所有传输介质相同，信号在铜线上传送时会随线缆长度的增加而不断衰减。在一条长距离的环路上，总的衰减可达6070dB。影响信号损耗的因素除了用户环路长度之外，还有双绞线芯径（主要在低频段）、信号的电磁频率及桥接抽头（表现出振荡行为）。当信号
4、衰落到小于噪声功率时，接收机就不能准确地检测到原始信号。 了解铜线传输损耗，其目的之一是了解信号与噪声的比值（SNR、S/N），确定传输系统的最大容量。 有了传输系统的信噪比特性参数，就可应用香农定律（Shannon、s Law）估算系统的最大容量。 CBlog2（1S/N），其中B为带宽，单位为Hz 。,语音频段（带宽为4kHz）的信道容量,2018/10/20,串扰从用户环路结构可知，多条对绞线组成扎，多个扎再组成一条电缆。尽管在直流特性上，线对之间具有良好的绝缘特性，但在高频段，由于存在电容和电导耦合效应，线对间均存在不同程度的串扰。在DSL系统中，串扰是限制传输吞吐量能力提高的一个重要
5、因素。根据串扰的来源，可以将串扰分类为近端串扰（Near End Cross Talk，NEXT）、远端串扰（Far End Cross Talk，FEXT）、自串扰（Self Crosstalk）和外串扰（Foreign Crosstalk）。,3.1.2 串扰和其他噪声,2018/10/20,射频干扰电话线是铜质线，对于无线射频信号，其作用相当于一个接收天线。由于采用对绞方式，电话线在低频段与地之间基本能达到平衡，因此射频信号的作用较弱。而在高频段，这种平衡作用随频率增加而减小，所以高速的DSL系统易受到射频噪声影响。主要的噪声源有调幅广播（频带在5601 600kHz）及业余无线电（Ha
6、m Radio）。前者的频率一般是固定的，干扰可预测，而后面则频率和功率电平存在跳动，难以预测。业余无线电主要与VDSL的频段存在交叠。脉冲噪声短暂的电磁干扰对DSL系统产生脉冲式噪声。脉冲噪声的主要来源包括空中闪电、家用电器的开关动作等。脉冲噪声具有随机脉冲波形，但比高斯类型的背景噪声要强得多。据观察，脉冲噪声的幅度通常在520mV，发生频率在每分钟15次，持续时长在30150s。,3.1.2 串扰和其他噪声,2018/10/20,传统电话通信中，为在用户环路的两条单线上进行实时全双工话音信号传输，要用混合线圈连接话机的话筒和听筒。混合线圈（电路）实际上是一个电桥。如果该电桥达到平衡，只有极
7、少量的发送信号能回到接收路径中。为达到电桥平衡，关键因素是与用户环路的阻抗匹配。由于环路中存在的复接以及温度变化等原因，用户环路的阻抗不固定，因此混合线圈易导致回波产生。在语音通信中，少量回波不仅是可接受的，实际上还是用户判定电话连接是否保持的一个重要标志。,3.1.3 混合线圈与回波,2018/10/20,3.2 xDSL接入信号处理技术,2B1Q QAM CAP DMT,2018/10/20,3.2.1 2B1Q,用基带信号改变脉冲的某些参数而达到的调制，称为脉冲调制。通常，按基带信号改变脉冲参数(（幅度、宽度、时间位置）的不同，脉冲调制又分为脉冲振幅调制（PAM）、脉宽调制（PDM）和脉
8、冲相位调制（PPM）等。脉冲振幅调制即脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。简单地说就是按一定时间间隔对模拟信号进行采样，产生一个振幅等于采样信号的脉冲。2BlQ（2 Binary 1 Quaternary）码属于基带传输的4PAM码，是一种无冗余度的四电平脉冲幅度调制码。它将每两个比特映像为一个四进制幅度信号，然后调制在载波上，使得线路传输的符号速率降低至比特速率的一半，频带利用率提高一倍，达到2bit/s/Hz。,2018/10/20,2BlQ编码和信息流的对应关系,2B1Q,2B1Q码与原比特码的对应图,2018/10/20,2B1Q,2B1Q码的功率谱的特点：,（1）由于2B1Q
9、码是不归零码，因此功率谱中除基带（0392kHz）以外，还存在有许多旁瓣，一直延伸至1.5MHz以上。从392500kHz以上出现的许多旁瓣会引起码间干扰。 （2）2B1Q码基带中含有较多的低频成分，易造成群时延失真，引起码间干扰。,2B1Q的功率密度,2018/10/20,QAM即正交振幅调制，是用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种一条信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。QAM是种成熟的、规范化的调制技术，它广泛使用在音频调制解调器和微波无线系统中。,3.2.2 QAM,2018/10/20,QAM,常见的QAM形式有16QA
10、M、64QAM、256QAM等。星座点数越多，每个符号能传输的信息量就越大。以16QAM的调制为例，输入的二进制数据流作为调制信号经过串并变换后变成四路并行数据流。这四路数据两两结合，分别进入两个电平转换器，转换成两路4电平数据。例如，00转换成3，01转换成1，10转换成1，11转换成3。这两路4电平数据mI（t）和mQ（t）分别对载波cosct和sinct进行调制，然后相加，即可得到16QAM信号。,16QAM星座图,2018/10/20,3.2.3 CAP,CAP是ATT贝尔实验室研究开发的无载波调幅调相编码技术，是有冗余的调制码，属带通型传输编码。 CAP调制码是通过数字滤波器产生的，
11、不是调制载波，被称为无载波调制码。它与QAM有相同的频谱特性和理论基础，同相分量和相位正交分量有8个幅值，每个码元含4bit信息，与QAM有相同的星座映射。CAP的系统组成与QAM类似，在接收端采用线性自适应均衡器或自适应判决反馈均衡器进行均衡 。,2018/10/20,（1）CAP码的带宽减小了一半，因而传输效率提高了一倍。 （2）由于无旁瓣产生，有利于减少码间干扰，对恢复定时基准信号的抖动要求可低一些。 （3）CAP码通带低端3dB点在20kHz以下，因而受低频能量丰富的脉冲噪声及高频的近端串音等干扰程度较小，群时延失真引起的码间干扰也较小。 （4）CAP码通带高端（大于200kHz）的信
12、号功率为零，因此近端串音也较小。 （5）CAP原理简单，易于实现，现已经得到广泛应用。,CAP,CAP 码 的 功 率 谱,CAP码对比于2B1Q码的功率谱的特点：,2018/10/20,3.2.4 DMT,DMT（离散多音频）是利用数字处理技术中的自适应算法来调整数字滤波器的参数，使误码和串音等减为最小，使任意子回路的通信容量最大。,2018/10/20,DMT信道分割原理,QAM和CAP是一种单载波的通带线路编码技术，在整个通带上进行线路编码，难以适应通带中出现的各种干扰。而DMT是一种正交多载波通带线路编码技术，它的基本原理是把可用带宽分成N个独立的、等宽的子信道，根据信道的性能，即传送
13、数据的能力（如信噪比、噪声、衰减等），把输入数据自适应地分配到每一个子信道上。如果某一个子信道无法承载数据，则简单地将其关闭；而对于那些能够承载数据的子信道，则根据其瞬时特性，在一个码元内传送115bit信息。,2018/10/20,ADSL速率与环路长度的关系,ADSL的特点是从服务提供商到用户端（下行方向）与从用户端到服务提供商（上行方向）具有不同的数据速率，这就是“非对称”一词的由来。,2018/10/20,DMT的调制系统框图,2018/10/20,3.3 HDSL接入技术,HDSL组成 HDSL帧结构 HDSL关键技术 HDSL的应用 HDSL的局限性,2018/10/20,3.3.
14、1 HDSL的基本组成,HDSL系统组成,HDSL技术是一种基于铜线的技术，它采用了先进的数字信号自适应均衡技术和回波抵消技术，以消除线路中近端串扰、脉冲噪声和波形噪声及因线路阻抗不匹配而产生的回波对信号的干扰。从而能够在现有的电话双绞线（2对或3对）上提供准同步数字序列（PDH）一次群速率（T1或E1）的全双工数字连接。HDSL使用0.40.5mm的铜线，无中继传输距离可达35km。,2018/10/20,HDSL系统的参考配置,2018/10/20,3.3.2 HDSL帧结构,HDSL具有应用帧、核心帧和HDSL帧等3种不同类型的帧结构。应用帧是根据用户的不同应用而决定的数据帧结构。核心帧
15、是HDSL内部的数据帧，是将收到的不同应用帧数据映射为统一的144Byte的净荷，HDSL可以由此统一处理不同应用的数据。HDSL帧是对应每个HDSL收发器的数据帧。,2018/10/20,3.3.3 HDSL关键技术,1线路编码铜线信号的衰减随着频率的提高而增加，用它来传送高速率的数字信号时，传输距离受到了极大的限制。除此之外，传输速率与线径和质量也有关系。当采用HDSL接入时，还必须采用合适的调制方式形成健全的线路码，HDSL系统采用的线路码型主要有两种：即2B1Q码和CAP码。,各种HDSL系统的比较,2018/10/20,2回波抵消技术在二线传输的两个方向上同时间、同频谱地占用线路时，
16、线路上两个方向传输的信号是完全混合在一起的。为了分开收、发两线，一般是采用混合电路，即2/4线变换器。回波抵消技术用来抵消由于混合平衡网络误差而漏掉的发送信号，以及由于线路阻抗不匹配引起反射的本端发送信号。利用回波抵消技术，可实现信号的两线全双工数字传输。利用回波抵消技术，可使信号的传输距离更长些。,3性能损伤在HDSL系统中，影响系统性能的主要因素有两个。一是HDSL系统内部两对双绞线之间产生近端串扰，它随线路频率的增高而增大，可以采用回波抵消技术予以消除。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。需要采用纠错编码技术，不过采用纠错编码会引入附加时延。,4高速自适应滤波技术回波抵消技术中的回波抵消器采用高速自适应滤波器，根据从本端发送支路引入的部分发送信号，来消除接收信号中的本端发送信号产生的回波，也就是将回波从接收信号中消除。这种技术实际上是一种对码间干扰的自适应均衡技术，目的是消除码间干扰。,2018/10/20,3.3.4 HDSL应用,
