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1、铜线接入技术铜线接入技术 数字用户线数字用户线(Digital Subscriber Line，DSL)技术是技术是20世世纪纪80年代后期的产物，是采用不同调制方式年代后期的产物，是采用不同调制方式,利用现有的公用利用现有的公用 交换网交换网(PSTN)进行高速数据传输的技术，包括进行高速数据传输的技术，包括HDSL、ADSL、VDSL等，统称为等，统称为xDSL。DSL技术主要用于综合业务数字网技术主要用于综合业务数字网(ISDN)的基本速率业务，可以在一对双绞线上获得全双工传的基本速率业务，可以在一对双绞线上获得全双工传输，因此，它是最现实最经济的宽带接入技术。输，因此，它是最现实最经济
2、的宽带接入技术。 HDSL技术技术 1HDSL系统的基本构成系统的基本构成 两台两台HDSL收发信机中的一台位于局端，另一台位于用户端，可以提供收发信机中的一台位于局端，另一台位于用户端，可以提供2Mbps或速率的透明传输能力。或速率的透明传输能力。 HDSL的核心是的核心是HDSL收发信机，它是双向传输设备，图就是其中的一个方收发信机，它是双向传输设备，图就是其中的一个方向的原理框图。向的原理框图。 HDSL采用了高速自适应数字滤波技术和先进的信号处理器，因而，它可以自动采用了高速自适应数字滤波技术和先进的信号处理器，因而，它可以自动处理环路中的近端串音、噪声对信号的干扰、桥接和其他损伤，能
3、适应多种混合线处理环路中的近端串音、噪声对信号的干扰、桥接和其他损伤，能适应多种混合线路或桥接条件。在没有再生中继器的情况下，传输距离可达路或桥接条件。在没有再生中继器的情况下，传输距离可达3-5km。而原来的或。而原来的或2Mbps数字链路每隔就需要增设一个再生中继器，而且还要严格地选择测量线对。数字链路每隔就需要增设一个再生中继器，而且还要严格地选择测量线对。因此，因此，HDSL不仅提供了较长的无中继传输能力，而且简化了安装维护和设计工作，不仅提供了较长的无中继传输能力，而且简化了安装维护和设计工作，也降低了维护运行成本。也降低了维护运行成本。 2HDSL的帧结构的帧结构 HDSL帧包括开
4、销字节和数据字节，帧长为帧包括开销字节和数据字节，帧长为6ms。线对数目不同的。线对数目不同的HDSL系统，传输系统，传输速率也不一样，比如，两线对的速率也不一样，比如，两线对的HDSL，传输速率是，传输速率是1864kbps+16kbps1168kbps，三线对的，三线对的HDSL，传输速率，传输速率1264kbps+16kbps=784kbps，一对线的，一对线的全双工系统速率为。全双工系统速率为。 3HDSL的线路编码的线路编码 在二线用户环路的数字传输中，线路编码的目的主要有三个：第一，使线路信号在二线用户环路的数字传输中，线路编码的目的主要有三个：第一，使线路信号与线路的传输特性相匹
5、配，使接收信号不失真或很少失真；第二，使接收端便于从与线路的传输特性相匹配，使接收信号不失真或很少失真；第二，使接收端便于从收到的线路信号中提取定时信号；第三，尽量压缩线路信号的传输带宽，以便提高收到的线路信号中提取定时信号；第三，尽量压缩线路信号的传输带宽，以便提高发送信码的速率。发送信码的速率。 在在HDSL二线用户环路上，线路信号的常灼码型有如下几种。二线用户环路上，线路信号的常灼码型有如下几种。（1）HDB3码码 HDB3码是三阶高密度双极性码，码是三阶高密度双极性码，High Density Bilateral code with 3 level，它是它是AMI码的改进型，主要克服了
6、码的改进型，主要克服了AMI码中连码中连“0”个数不能控制的问题。个数不能控制的问题。（2）2B1Q码码 （3）CAP码码 CAP码是一种有冗余的无载波幅度相位调制码。它的编码原理是：将输入码流码是一种有冗余的无载波幅度相位调制码。它的编码原理是：将输入码流经串并转换分为两路，分别通过两个数字带通滤波器，然后相加得到经串并转换分为两路，分别通过两个数字带通滤波器，然后相加得到CAP码。码。 CAP码是码是HDSL系统中使用的第二种主要码型，系统中使用的第二种主要码型，CAP码系统比码系统比2B1Q系统的传输系统的传输性能要好，但是性能要好，但是CAP码系统在价格上也比较贵，所以说，码系统在价格
7、上也比较贵，所以说，2B1Q系统和系统和CAP系统系统各有各的优势，在接入网中，应该根据实际情况灵活采用。各有各的优势，在接入网中，应该根据实际情况灵活采用。 4HDSL的特点的特点 HDSL技术能在两对双绞铜线上透明地传输技术能在两对双绞铜线上透明地传输E1信号达信号达3-5km，而我国大中城，而我国大中城市用户线的平均长度为左右，所以，在接入网中可以广泛地引入市用户线的平均长度为左右，所以，在接入网中可以广泛地引入HDSL技术。技术。 优点：优点：（1）HDSL的最大优点是充分利用现有的铜线资源实现扩容，以及在一定范围的最大优点是充分利用现有的铜线资源实现扩容，以及在一定范围内解决部分用户
8、对宽带信号的需求；内解决部分用户对宽带信号的需求；（2）HDSL几乎可以用在任何地方，大约几乎可以用在任何地方，大约80-90%的铜缆设备都可以用于的铜缆设备都可以用于HDSL，而且不管是基于，而且不管是基于CAP还是基于还是基于2B1Q（PAM）线路码都可以使用。）线路码都可以使用。（3）HDSL还有一个重要优点是，可以使用原来的操作系统支持设备和软件。还有一个重要优点是，可以使用原来的操作系统支持设备和软件。（4）HDSL的误码率比较低，而且，当部分传输线路出现故障时，系统仍然可的误码率比较低，而且，当部分传输线路出现故障时，系统仍然可以利用剩余的线路提供较低速率的传输，可靠性比较好。以利
9、用剩余的线路提供较低速率的传输，可靠性比较好。缺点：缺点：（1）最大问题在于）最大问题在于HDSL必须使用两对或者三对线，这对于普通用户来说是不必须使用两对或者三对线，这对于普通用户来说是不太可能的。太可能的。（2）各个生产商的产品之间的特性也不兼容，使得互操作性无法实现，限制了）各个生产商的产品之间的特性也不兼容，使得互操作性无法实现，限制了HDSL产品的推广。产品的推广。（3）用户无法得到更多的增殖业务。）用户无法得到更多的增殖业务。HDSL在长度超过的用户线商运行时仍然在长度超过的用户线商运行时仍然需要中继器。有些需要中继器。有些HDSL的变种可以达到，但是仍然会有一些用户超过这个距离。
10、的变种可以达到，但是仍然会有一些用户超过这个距离。（4）不论是）不论是T1还是还是E1，HDSL码普遍使用码普遍使用2B1Q编码，这就限制了带宽利用率编码，这就限制了带宽利用率和传输距离。和传输距离。 不对称数字用户线（不对称数字用户线（ADSL）接入技术）接入技术ADSL的提出的提出 ADSL技术将大部分带宽用来传输下行信号，也就是用户从网上下载技术将大部分带宽用来传输下行信号，也就是用户从网上下载信息，信息，而只使用一小部分带宽来传输上行信号，也就是接收用户上传的信息，而只使用一小部分带宽来传输上行信号，也就是接收用户上传的信息，这就出这就出现了所谓不对称的传输模式，所谓不对称，就是指下行
11、带宽要远大于上现了所谓不对称的传输模式，所谓不对称，就是指下行带宽要远大于上行带行带宽。宽。 ADSL系统可以提供三条信息通道：高速的下行信道、中速双工信道系统可以提供三条信息通道：高速的下行信道、中速双工信道和普通和普通 业务信道。业务信道。 二二. ADSL的技术特点的技术特点 （1）可以充分利用现有铜线资源，只要在用户线路两端加装）可以充分利用现有铜线资源，只要在用户线路两端加装ADSL设备设备就可以为用户提供服务。就可以为用户提供服务。（2）ADSL设备随用随装，无需进行严格业务预测和网络规划。设备随用随装，无需进行严格业务预测和网络规划。（3）ADSL设备拆装容易、灵活。设备拆装容易
12、、灵活。（4）双绞铜线可以同时提供普通）双绞铜线可以同时提供普通 业务（业务（Plain Old Telephone Service，POTS）的声音和）的声音和ADSL数字线路使用，在一条数字线路使用，在一条ADSL线路上可以同时线路上可以同时提供个人计算机、提供个人计算机、 和电视频道。和电视频道。 ADSL的主要缺点主要是设备成本较高、频谱兼容性比较差等等。的主要缺点主要是设备成本较高、频谱兼容性比较差等等。 三三. ADSL的系统结构的系统结构1系统构成系统构成 在一对普通铜线两端，各加装一台在一对普通铜线两端，各加装一台ADSL局端设备和远端设备构成。它除局端设备和远端设备构成。它除
13、了向用户提供一路普通了向用户提供一路普通 业务以外，还能向用户提供一个中速双工数据通业务以外，还能向用户提供一个中速双工数据通信信道（速率可达信信道（速率可达675kbps）和一个高速单工下行数据传送通道（速率）和一个高速单工下行数据传送通道（速率可达可达6-8Mbps）。）。 2传输带宽传输带宽 ADSL运用频分复用（FDM）或者回波抵消（EC）技术，将ADSL信号分割为多重信道。也就是说，一条ADSL线路就是一条ADSL物理信道，它可以分割为多条逻辑信道。图是这两种技术对带宽的处理。 （a）是按）是按FDM方式工作，方式工作，POTS信道占据原来信道占据原来4kHz以下的以下的 频段，上行
14、数字频段，上行数字信道占据信道占据25-200kHz的中间频段，大约是的中间频段，大约是175kHz，下行信道占据的高端频段。，下行信道占据的高端频段。（b）是回波抵消技术方式，上行带宽与下行带宽产生重叠，再用局部回波消）是回波抵消技术方式，上行带宽与下行带宽产生重叠，再用局部回波消除的方法将两个不同方向的传输带宽分离。除的方法将两个不同方向的传输带宽分离。 ADSL可以灵活地提供带宽，这样网络服务提供商就能以不同地配置包装可以灵活地提供带宽，这样网络服务提供商就能以不同地配置包装销售销售ADSL服务，速率通常为服务，速率通常为256kbps到之间，也可以提供更高的速率。表是到之间，也可以提供
15、更高的速率。表是ADSL的传输分级。的传输分级。 四四. 影响影响ADSL性能的因素性能的因素影响影响ADSL系统性能的因素主要有以下几点：系统性能的因素主要有以下几点：（1）衰减）衰减 衰减是指在传输系统中，发射端发出的信号经过一定距离的传输后，信号强度衰减是指在传输系统中，发射端发出的信号经过一定距离的传输后，信号强度都会减弱。都会减弱。ADSL传输信号的高频分量通过用户线时，衰减更为严重。传输信号的高频分量通过用户线时，衰减更为严重。 因此，有必要进行附加编码。在因此，有必要进行附加编码。在ADSL系统中，信号的哀耗同样跟传输距离、系统中，信号的哀耗同样跟传输距离、传输线径以及信号所在的
16、频率点有密切关系。传输距离越远，频率越高，其衰减越传输线径以及信号所在的频率点有密切关系。传输距离越远，频率越高，其衰减越大；线径越粗，传输距离越远，其哀耗越小，但所耗费的铜越多，投资也就越大。大；线径越粗，传输距离越远，其哀耗越小，但所耗费的铜越多，投资也就越大。 （2）反射干扰）反射干扰 从局端设备到用户之间所存在的桥接抽头，以及电缆损失等造成阻抗的突变会从局端设备到用户之间所存在的桥接抽头，以及电缆损失等造成阻抗的突变会引起功率反射或者反射波损耗，这就是反射干扰。在话音通信中其表现是回声，而引起功率反射或者反射波损耗，这就是反射干扰。在话音通信中其表现是回声，而在在ADSL中复杂的调制方
17、式很容易受到反射信号的干扰。目前大多数都采用回波抵中复杂的调制方式很容易受到反射信号的干扰。目前大多数都采用回波抵消技术，但是当信号经过多处反射以后，回波抵消的效果就非常差了。消技术，但是当信号经过多处反射以后，回波抵消的效果就非常差了。 （3）串音干扰）串音干扰 在传输系统中存在各种电容、电感，以及分布电容和分布电感，由于这些电在传输系统中存在各种电容、电感，以及分布电容和分布电感，由于这些电容和电感的耦合效应，处于同一主干电缆中的双绞线发送器的发送信号可能会串容和电感的耦合效应，处于同一主干电缆中的双绞线发送器的发送信号可能会串入其他发送端或接收器，造成串音。一般分为近端串音和远端串音。入
18、其他发送端或接收器，造成串音。一般分为近端串音和远端串音。 （4）噪声干扰）噪声干扰 噪声产生的原因很多，比如家用电器的开关、噪声产生的原因很多，比如家用电器的开关、 摘机和挂机以及其他电动设摘机和挂机以及其他电动设备的运动等，这些突发的电磁波特会耦合到备的运动等，这些突发的电磁波特会耦合到ADSL线路中，引起突发错误。线路中，引起突发错误。五五ADSL调制技术调制技术 ADSL不仅吸取了不仅吸取了HDSL的优点，而且在信号调制、数字相位均衡、回波抵消的优点，而且在信号调制、数字相位均衡、回波抵消等方面采用了更为先进的器件和动态控制技术。比如：在信号调制方面，等方面采用了更为先进的器件和动态控
19、制技术。比如：在信号调制方面，ADSL先后来用了正交幅度调制先后来用了正交幅度调制(QAM)、无载波幅度相位调制、无载波幅度相位调制(CAP)和离散多音频和离散多音频(DMT)调制。调制。 1调制解调器的基本模型调制解调器的基本模型 所有的调制技术都具备了这个流程图所列出的各个步骤的功能，在芯片组的设所有的调制技术都具备了这个流程图所列出的各个步骤的功能，在芯片组的设计中，通常是分别实现各个模块的功能，再合并到芯片组中。计中，通常是分别实现各个模块的功能，再合并到芯片组中。 (1)加扰及解扰加扰及解扰 加扰的作用就是将包或是信元的数据大小随机化以避免这种现象的发生，再利用加扰的作用就是将包或是
20、信元的数据大小随机化以避免这种现象的发生，再利用解扰的功能将被加扰的位还原。解扰的功能将被加扰的位还原。 (2)FEC编译码编译码 FEC(前向纠错控制前向纠错控制)是一种极重要的差错控制技术，是一种极重要的差错控制技术， FEC则除了具备则除了具备CRC的功能的功能外，还拥有数据校正的能力，可以保护传输中的数据避免遭受噪声及干扰。外，还拥有数据校正的能力，可以保护传输中的数据避免遭受噪声及干扰。 （3）交错（）交错（Interleaving） （4）整形（）整形（shaping） （5）补偿（）补偿（equalizing） 调制技术调制技术（1）QAM调制技术调制技术 正交波幅调制（正交波幅
21、调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM），是一种对无线、有），是一种对无线、有线或光纤传输链路上的数字信息进行编码，并结合振幅和相位两种调制方法的调制线或光纤传输链路上的数字信息进行编码，并结合振幅和相位两种调制方法的调制方式。常见的调制级别有方式。常见的调制级别有QAM-4、QAM-16、QAM-64和和QAM-256，与其它调制技，与其它调制技术相比，术相比，QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等特点，已经被广泛应用。编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等特点，已经被广泛应用。 （2）CAP调制技术调制技术 CAP是无载波幅度相位调制（是无载波幅
22、度相位调制（Carrierless Amplitude & Phase Modulation，CAP）技术，它是以）技术，它是以QAM调制技术为基础发展而来的，是调制技术为基础发展而来的，是QAM技术的一个变技术的一个变种。具体可分为种。具体可分为CAP-4、CAP-16以及以及CAP-64等不同的调制模式。等不同的调制模式。（3）DMT技术技术DMT（Discrete MultiTone，离散多音频）是一种多载波调制技术。它的核心思，离散多音频）是一种多载波调制技术。它的核心思想就是将整个传输频带分成若干个子信道，每个子信道对应不同频率的载波，在想就是将整个传输频带分成若干个子信道，每个子信
23、道对应不同频率的载波，在不同载波上分别进行不同载波上分别进行QAM调制，不同信道上传输的信息容量（也就是每个载波调制，不同信道上传输的信息容量（也就是每个载波调制的数据信号）是根据当前子信道的传输性能来决定的。调制的数据信号）是根据当前子信道的传输性能来决定的。甚高速数字用户线（甚高速数字用户线（VDSL）接入技术）接入技术 VDSL可以在对称或不对称速率下运行，每个方向上最高对称速率是可以在对称或不对称速率下运行，每个方向上最高对称速率是26Mbps。 VDSL的其它典型速率是的其它典型速率是13Mbps的对称速率的对称速率52 Mbps的下行速率和的下行速率和6.4 Mbps的的上行速率，
24、上行速率，26 Mbps的下行速率和的下行速率和3.2 Mbps的上行速率，以及的上行速率，以及13 Mbps的下行的下行速率和速率和1.6 Mbps的上行速率。的上行速率。 一、一、VDSL的系统构成的系统构成1.系统结构系统结构 VDSL系统仍然是通过普通模拟系统仍然是通过普通模拟 线进行传输，图像信号由局端的局线进行传输，图像信号由局端的局用数字终端接口经馈线光纤送给远端，速率可以是用数字终端接口经馈线光纤送给远端，速率可以是SDH的的STM-4，也，也就是就是622 Mbps。 VDSL收发机通常采用收发机通常采用DMT调制，也可以采用调制，也可以采用CAP调制，具有很大调制，具有很大
25、的灵活性和优良的高频传送性能。的灵活性和优良的高频传送性能。 的体系结构的体系结构 图所示为一种图所示为一种VDSL的体系结构。远端的体系结构。远端VDSL设备位于靠近住宅区的设备位于靠近住宅区的路边，它对光纤传来的宽带图像信号进行选择拷贝，并和铜线传来的路边，它对光纤传来的宽带图像信号进行选择拷贝，并和铜线传来的数据信号与数据信号与 信号合成，通过铜线送给位于用户家里的信号合成，通过铜线送给位于用户家里的VDSL设备。位设备。位于用户家里的于用户家里的VDSL设备，将铜线送来的设备，将铜线送来的 信号、数据信号和图像信号信号、数据信号和图像信号分离送给不同终端设备；同时将上行分离送给不同终端
26、设备；同时将上行 信号与数据信号合成，通过铜信号与数据信号合成，通过铜线送给远端线送给远端VDSL设备。远端设备。远端VDSL设备将合成的上行信号送给交换局。设备将合成的上行信号送给交换局。在这种结构中，在这种结构中，VDSL系统与系统与FTTC结合实现了到达用户的宽带接入。结合实现了到达用户的宽带接入。 目前，目前，VDSL的线路信号采用频分复用方式传输，同时通过回波抵的线路信号采用频分复用方式传输，同时通过回波抵消达到对称传输，或者达到非常高的传输速率。消达到对称传输，或者达到非常高的传输速率。 二、二、VDSL的相关技术的相关技术1.传输模式传输模式 VDSL的设计目标是进一步利用现有的
27、光纤满足居民对宽带业务的需求。的设计目标是进一步利用现有的光纤满足居民对宽带业务的需求。ATM将作为多种宽带业务的统一传输方式。除了将作为多种宽带业务的统一传输方式。除了ATM外，实现外，实现VDSL还有其他还有其他的几种方式。的几种方式。VDSL标准中以铜线标准中以铜线/光纤为线路方式定义了光纤为线路方式定义了5种主要的传输模式：种主要的传输模式：（1）STM模式模式 （2）分组模式）分组模式（3）ATM模式模式2.传输速率与距离传输速率与距离 如图所示为如图所示为VDSL与与ADSL的传输速率和传输距离的比较。由图可以看出，的传输速率和传输距离的比较。由图可以看出，VDSL实际上涉及的是实
28、际上涉及的是ADSL没有涉及到的部分。根据双绞线的传输距离，没有涉及到的部分。根据双绞线的传输距离，VDSL可以和可以和ADSL同时使用。许多标准化组织建议这两者的混合使用，这样可同时使用。许多标准化组织建议这两者的混合使用，这样可以提供更广泛的业务范围，包括从以以提供更广泛的业务范围，包括从以PC为主的业务到交互式电视业务都可以在为主的业务到交互式电视业务都可以在一个系统上实现。一个系统上实现。 三、VDSL存在的主要问题 VDSL目前还处于初级的标准化阶段，虽然已经出现了一些产品，但是要想建立一套标准的体系，还需要在本地环路的特性、噪声影响与灵敏度、上行复用技术等方面做很多工作。VDSL存在的问题主要有以下几个方面。 1.不能确定VDSL能可靠地传输数据的最大距离 2.业务环境问题 3.用户设备分配以及 网络与用户设备之间的接口4.开销的因素
