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(duì)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(diǎn)（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(shí)便捷。（2）與最初的撥號(hào)接入相比，采用DSL技術(shù)可在開(kāi)通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的同時(shí)不影響語(yǔ)音業(yè)務(wù)，用戶能在打電話的同時(shí)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(hào)的傳輸速率和傳輸距離，以及上行速率、下行速率的對(duì)稱和非對(duì)稱上。對(duì)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(duì)線路質(zhì)量要求低、安裝和調(diào)試簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，而且通過(guò)復(fù)用技術(shù)還可以提供語(yǔ)音、視頻與數(shù)據(jù)多路傳輸?shù)确?wù)。目前，對(duì)稱DSL技術(shù)主要有HDSL、SDSL、MVL及IDSL等幾種。非對(duì)稱DSL技術(shù)適用于對(duì)雙向帶寬要求不一致的應(yīng)用，如WEB瀏覽、多媒體點(diǎn)播及信息發(fā)布等，非對(duì)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(diǎn)是利用兩對(duì)雙絞線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，支持N×64KBIT/S速率，最高可達(dá)E1速率。HDSL不用借助放大器即可實(shí)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(shì)是部署成本低廉、安裝簡(jiǎn)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(duì)雙絞線，可支持最高達(dá)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(dá)3KM。與HDSL相比，SDSL可節(jié)省一對(duì)雙絞線，因而部署更簡(jiǎn)單、方便。（3）SHDSLSHDSL（單對(duì)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(lái)的，由于SHDSL只需要一對(duì)電話線，所以可以大大減小運(yùn)營(yíng)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(jí)越高，傳輸速度越快，可應(yīng)用于語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻等通信傳輸。（4）ADSLADSL（非對(duì)稱DSL）能夠在現(xiàn)有的電話雙絞線上提供高達(dá)8MBIT/S的下行速率及1MBIT/S的上行速率，有效傳輸距離可達(dá)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(wú)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(duì)短的距離上實(shí)現(xiàn)極高的數(shù)據(jù)傳輸速率，最高可以達(dá)到58MBIT/S。在用戶回路長(zhǎng)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(jí)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(chǎng)或用戶的實(shí)際需求，VDSL可以設(shè)置成對(duì)稱的，也可以設(shè)置成不對(duì)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(duì)稱2.32MBIT/S2.32MBIT/S5KM1～3對(duì)雙絞線SDSL對(duì)稱2.32MBIT/S2.32MBIT/S3KM1對(duì)雙絞線SHDSL對(duì)稱5.7MBIT/S5.7MBIT/S7KM1～2對(duì)雙絞線VDSL非對(duì)稱2.3MBIT/S58MBIT/S2KM1對(duì)雙絞線ADSL非對(duì)稱1MBIT/S8MBIT/S5KM1對(duì)雙絞線表3-15種DSL技術(shù)的比較1.2B1Q編碼2B1Q碼是無(wú)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(hào)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(jìn)制（電平）編碼調(diào)制，與每個(gè)符號(hào)代表傳輸1BIT的二進(jìn)制調(diào)制方式相比，2B1Q能在相同時(shí)間內(nèi)傳輸2倍長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。

如果需要進(jìn)一步提高傳輸比特用是從頻域上將整個(gè)信道劃分為獨(dú)立的兩個(gè)或多個(gè)頻帶，分別用于上行和下行傳輸，彼此之間不會(huì)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(hào)在本地接收端的泄漏衰減到最小。2．CAP調(diào)制

無(wú)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(lái)的，可以說(shuō)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(guò)兩個(gè)數(shù)字橫向帶通濾波器進(jìn)行調(diào)制，其輸出結(jié)合起來(lái)即為發(fā)送信號(hào)。在接收側(cè)用“軟判決”技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，再用判決前饋均衡器對(duì)電纜芯徑變化和橋接抽頭進(jìn)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(gè)頻率指示的正交子信道（每個(gè)子信道占用4KHZ帶寬）。在每個(gè)離散的子載波中，根據(jù)各自信噪比的大小可實(shí)現(xiàn)16～256點(diǎn)的星座編碼，即每個(gè)子載波中的一個(gè)符號(hào)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(shí)現(xiàn)DSL系統(tǒng)中的全雙工與非對(duì)稱通信。頻分復(fù)用是從頻域上將整個(gè)信道劃分為獨(dú)立的兩個(gè)或多個(gè)頻帶，分別用于上行和下行傳輸，彼此之間不會(huì)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(hào)在本地接收端的泄漏衰減到最小。5．信號(hào)分離器技術(shù)

在同時(shí)傳輸語(yǔ)音信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)的DSL技術(shù)中，需要用專門的方式對(duì)語(yǔ)音信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行分離，這就是信號(hào)分離器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)分離的裝置稱為分離器（SPLITTER）。

3.2非對(duì)稱數(shù)字用戶線（ADSL）接入技術(shù)3.2.1ADSL定義與特點(diǎn)非對(duì)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(duì)雙絞線上可以同時(shí)傳輸傳統(tǒng)的模擬語(yǔ)音信號(hào)。采用非對(duì)稱傳輸模式的主要原因有兩個(gè)：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(duì)稱傳輸可以大大減小近端串?dāng)_。ADSL接入技術(shù)主要特點(diǎn)：（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(shí)間短，系統(tǒng)投資小。（2）同時(shí)提供普通電話業(yè)務(wù)、數(shù)字通路（個(gè)人計(jì)算機(jī)）、高速遠(yuǎn)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(hào)。（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(hào)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(tái)ADSL局端設(shè)備和ADSL遠(yuǎn)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(jī)原理框圖ADSL系統(tǒng)的核心是ADSL收發(fā)信機(jī)（局端設(shè)備和遠(yuǎn)端設(shè)備），其原理框圖如圖3-4所示。其中，前向糾錯(cuò)碼（FEC）是具有一定糾錯(cuò)能力的碼型，它在接收端解碼后，不僅可以發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，而且能夠判斷錯(cuò)誤碼元所在的位置并自動(dòng)糾錯(cuò)。這種糾錯(cuò)碼信息不需要存儲(chǔ)、不需要反饋，實(shí)時(shí)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(guò)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(guò)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(jì)算機(jī)、機(jī)頂盒等。1.信號(hào)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(cuò)。（3）DMT調(diào)制。2.信號(hào)接收流程（用戶端）（1）分離器分離ADSL信號(hào)和語(yǔ)音信號(hào)。（2）帶通濾波、回波抵消、放大、自動(dòng)增益控制。（3）DMT解調(diào)制。（4）FEC解碼、解擾和CRC校驗(yàn)。在ATU-R中有7個(gè)接收信道，其中4個(gè)是單工接收信道、3個(gè)是雙工信道；在ATU-C中有7個(gè)發(fā)送信道，其中3個(gè)是雙工信道、4個(gè)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(gè)人用戶和單位用戶通過(guò)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(gè)人用戶接入方式中，如果電話線通過(guò)了線路測(cè)試，那么在用戶端只需增加一個(gè)ADSLMODEM，再通過(guò)局端網(wǎng)管進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的設(shè)置，即可實(shí)現(xiàn)寬帶接入。ADSL的技術(shù)特點(diǎn)使其特別適合企事業(yè)單位對(duì)內(nèi)組網(wǎng)建專用局域網(wǎng)。這是因?yàn)榇蟛糠制笫聵I(yè)單位都已有自己的內(nèi)部電話網(wǎng)和小交換機(jī)，可以利用現(xiàn)有的電話雙絞線，借助ADSL方便地實(shí)現(xiàn)寬帶接入。3.2.4ADSL2和ADSL2+ADSL技術(shù)雖然以其高性價(jià)比成為市場(chǎng)主導(dǎo)的接入技術(shù)，但是ADSL本身也存在一定問(wèn)題。例如，較低的下行速率難以滿足一些高速業(yè)務(wù)的開(kāi)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(shì)；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(kāi)通前如何快速確定線路質(zhì)量成為運(yùn)營(yíng)商十分頭疼的問(wèn)題；難以解決設(shè)備的散熱問(wèn)題。ADSL2和ADSL2+技術(shù)的出現(xiàn)使ADSL當(dāng)前棘手的各問(wèn)題得到了解決，而且ADSL2和ADSL2+技術(shù)的引入與部署也相對(duì)簡(jiǎn)單，某些DSLAM設(shè)備廠商在原有DSLAM的基礎(chǔ)上只需要進(jìn)行軟件升級(jí)即可平滑支持ADSL2和ADSL2+，在技術(shù)增進(jìn)、優(yōu)勢(shì)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(wèn)題，使ADSL的前景變得更廣闊。1.ADSL2（1）速率提高、覆蓋范圍擴(kuò)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(dá)12MBIT/S，最高上行速率可達(dá)1MBIT/S。ADSL2是通過(guò)減少幀的開(kāi)銷，提高初始化狀態(tài)機(jī)的性能，采用更有效的調(diào)制方式、更高的編碼增益及增強(qiáng)性的信號(hào)處理算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（2）提供線路診斷技術(shù)對(duì)于ADSL業(yè)務(wù)，如何實(shí)現(xiàn)故障的快速定位是一個(gè)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(cè)量線路噪聲、環(huán)路衰減和SNR（信噪比）的手段，這些測(cè)量手段可以通過(guò)一種特殊的診斷測(cè)試模塊來(lái)完成數(shù)據(jù)的采集。這種測(cè)試在線路質(zhì)量很差的情況（甚至ADSL無(wú)法完成連接）下也能夠完成。此外，ADSL2提供了實(shí)時(shí)的性能監(jiān)測(cè)，能夠檢測(cè)線路兩端質(zhì)量和噪聲狀況的信息，運(yùn)營(yíng)商可以利用這些通過(guò)軟件處理后的信息來(lái)診斷ADSL2連接的質(zhì)量，預(yù)防進(jìn)一步服務(wù)的失敗，也可以用來(lái)確定能否為用戶提供更高速率的服務(wù)。（3）增強(qiáng)的電源管理技術(shù)第一代ADSL傳送器在沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)仍處于全能量工作模式。如果ADSLMODEM能工作于待機(jī)/睡眠狀態(tài)，那么對(duì)于數(shù)百萬(wàn)臺(tái)MODEM而言，就能節(jié)省很可觀的電量。為了達(dá)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(shí)，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(guò)ADSL的流量來(lái)快速地進(jìn)入和退出低能模式。在下載大量文件時(shí)，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(shí)，ADSL2進(jìn)入低能模式L2，此時(shí)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(shí)，如果用戶開(kāi)始增大數(shù)據(jù)流量，系統(tǒng)可以立即進(jìn)入L0模式，以獲得最高的下載速率。低能模式L2狀態(tài)的進(jìn)入和退出不影響服務(wù)，不會(huì)造成服務(wù)的中斷。2.ADSL2+

ADSL2+除具備ADSL2的技術(shù)特點(diǎn)外，還有一個(gè)重要的特點(diǎn)（擴(kuò)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(gè)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(dá)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(dòng)（上半部分），圖像信號(hào)由局端的數(shù)字終端圖像接口經(jīng)光纖傳輸給遠(yuǎn)端，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)622MBIT/S（STM-4）或更高。VDSL收發(fā)信機(jī)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(jiǎn)單的一種傳輸方式，也稱為時(shí)分復(fù)用（TDM），不同設(shè)備和業(yè)務(wù)的比特流在傳輸過(guò)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(zhǎng)度、不同地址的分組包進(jìn)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(jìn)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(gè)ATM信元都帶有自身的地址，并通過(guò)非固定的線路傳輸，不同的是，ATM信元長(zhǎng)度比分組包小，且有固定的長(zhǎng)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(gè)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(duì)更高的動(dòng)態(tài)范圍要求，而VDSL相對(duì)簡(jiǎn)單；VDSL的開(kāi)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(wèn)（接入）控制及上行數(shù)據(jù)復(fù)用功能。在VD