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铜线接入-xDSL技术

       普通用户线由双绞铜线对构成,是为传送300-3400Hz的模拟话音信号设计的,从图7中典型双绞线的传输特性可以看出,其高频性能较差,在80kHz处的线路衰减达50dB左右。现有釆用TCM(格状编码调制)的Modem的最高传输速率为56kbit/s,已经接近香农定律所规定的电话线信道的理论容量。因此要想在双绞铜线对上提供宽带数字化接入,必须采用先进的数字信号处理技术,实现非加感用户线对数字信号线路编码及二线双工数字传输的支持功能,达到提高传输容量和传输速率的目的,这就是所说的铜线接入技术。它可以充分利用现有资源和有效保护既有投资,在不同程度上提高双绞铜线对的传输能力.因此受到了人们的青睐。
典型双绞线的传输特性
图7   典型双绞线的传输特性
1、xDSL技术
       在各类铜线接入技术中,数字线对增容(DPG)技术是最早提出并得以应用的,它可实现在一对用户线上双向传送160kbit/s的数字信息,传输距离达4〜6km。由于速率太低,DPG无法满足人们对宽带业务的需求,因此目前对铜线接入技术的研究主要集中在速率较高的各种数字用户线(xDSL)技术上。xDSL用来泛指DSL技术系列,其实质是在交换局和用户之间通过调制解调器实现综合业务的接入,其中x表示A/H/I/M/RA/S/V等多种不同的数据调制实现方式。xDSL技术釆用先进的数字信号自适应均衡技术、回波抵消技术和高效的编码调制技术,在不同程度上提高了双绞铜线对的传输能力,为用户提供了一种低成本的综合业务接入方式。下面将简单介绍常见的HDSL.ADSL和VDSL技术。
       高比特率数字用户线(HDSL)技术是美国Bellcore于1988年提出的,ETSI和ANSI的HDSL标准分别支持在现有的电话双绞线(2对或3对)上全双工传送E1速率或T1速率的数字信号,其无中继传输距离可达3〜6km(线径为0.4-0.6mm)。ITU标准G.991.1和G.991.2分别对HDSL和单线对HDSL(SHDSL)收发器做出了规范要求。
     铜线接入技术
        在HDSL系统中,主要采用了以下关键技术来实现E1/T1速率信号的全双工传输。
     (1)采用2对或3对铜线以降低线路上的比特传输速率。以E1速率信号为例,采用2对线时,每对线上的传输速率为1168kbit/s;釆用3对线时,每对线上的传输速率为748kbit/s(注意,线路总体速率高于El,其附加部分用于系统本身的组帧和维护管理)。
     (2)采用2B1Q(2Binary1Quarternary)或无载波幅度相位调制(CAP)等先进高效的线路编码技术提高调制效率,使线路上的码元传输速率降低到50%或25%。
     (3)采用先进的数字信号自适应均衡技术和回波抵消技术来消除传输线路中的近端串音、脉冲噪声和因线路不匹配而产生的回波对信号的干扰,均衡整个频段上的线路损耗,以便适用于多种线径混连或有桥接、抽头的线路场合。
       先进高效的线路编码技术是实现HDSL系统的关键技术之一。目前,HDSL常用的线路码型有2B1Q和CAP两种。2B1Q码是无冗余的4电平脉冲码,其基本原理是将两个比特分为一组,然后用一个四进制的码元来表示,具体编码规则如表2所示。2B1Q码属于基带传输码,其功率密度谱如图8所示。由于基带中的低频分量较多,容易造成群时延失真,引起码间干扰,因此需要性能较高的自适应均衡器和回波抵消器。CAP码采用无载波幅度相位调制方式,属于带通型传输码。同2B1Q码相比,CAP码的带宽减少了一半,传输效率提高了一倍,但其实现复杂,成本较高。
表2     2B1Q编码规则
第1位(符号位) 第2位(幅度位) 码元相对值
I 0 + 3
I I + 1
0 I -I
0 0 -3
 
2BIQ码的功率密度谱
图8     2B1Q码的功率密度谱
       非对称数字用户线(ADSL)技术主要是针对互联网和视频点播(VOD)等业务的上下行不对称性而提出的。通过采用先进的数字信号自适应均衡技术、回波抵消技术和高效的编码调制技术,ADSL可在现有一对电话双绞线上实现8Mbit/s的下行信号传输和1.3Mbit/s的上行信号传输,从而为用户提供多种宽带业务。ITU标准G.992.1、G.992.3和G.992.5分别对ADSL.ADSL2和ADSL2+收发器做出了规范要求。关于ADSL的详细内容,将在下一小节着重介绍。
      甚高速率数字用户线(VDSL)技术主要是配合光纤到路边(FTTC)或光纤到大楼(FTTB)的接入方案,在其最后一段——光网络单元(ONU)到用户端之间采用VDSL技术实现在双绞铜线对上的高速信息传输。在传输方面它可运行于对称或非对称速率情况下。ITU标准G.993.1和G.993.2分别对VDSL和VDSL2收发器做出了规范要求。短距离内上下行最高速率在G.993.1规定的分别是3Mbit/s和52Mbit/s,而在G.993.2则均达到了100Mbit/s。在信号调制方面早期采用无载波幅度相位调制(CAP)技术和离散多音频(DMT)技术等,在G.993.2中则明确规定采用DMT技术,以最大限度地利用铜线的线路频谱。