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ADSL技术

   
   随着互联网络的飞速发展,各种基于IP的新业务层出不穷,如Web浏览、远程教学、视频点播(VOD)和多点视频会议等。这些业务的典型特点是上下行数据流量不对称,另外,某些业务对带宽要求较高。在这种情况下,一种采用频分复用(FDM)方式实现上下行速率不对称传输的技术——非对称数字用户线(ADSL)应运而生。它最早是由美国Bellcore在20世纪80年代末期首次提出的,1989年以后得到了很大发展。目前,在现有一对电话双绞线上能够支持8Mbit/s的下行速率和1.3Mbit/s的上行速率,可提供多种宽带业务。
1. 系统结构与工作原理
        ADSL系统的典型结构如图9所示,它主要由局端设备和远端设备组成,其中局端设备包括ATU-C,DSLAM和POTS分离器;远端设备包括ATUR和POTS分离器。下面将分别进行讨论。
ADSL典型系统结构
图9   ADSL 典型系统结构
(1)用户接口
       用户接口可以有多种不同的选择方案,常见的接口有10Base-T和25.6Mbit/sATM接口(或简称为ATM-25接口)两种。其他如通用串行总线(USB)和用于机顶盒的V.35接口也可以用做用户接口。 
(2) POTS分离器
       POTS分离器使得ADSL信号能够与普通电话信号共用一对双绞线,在局端和远端均需要有一个POTS分离器,它在一个方向上组合两种信号,而在相反方向上将这两种信号正确分离。
       POTS分离器基本上是一种三端口设备,包含一个双向高通滤波器和一个双向低通滤波器,滤波器由无源器件实现,因此当ADSL系统出现设备故障或电源中断时,正常的电话通信业务仍然能够维持。POTS分离器可全部或部分集成到ATU-R和ATU-C中。
(3) ATU-R
       ATU-R是指远端ADSL收发单元,放置于用户端(家用或商用),主要完成接口适配、调制解调以及桥接等功能。从实现形式上看-ATU-R可以是外置Modem,例如插在PC机中的一块卡,在有些情况下,它也可以是大型网络设备(如路由器)的一部分。
(4) ATU-C
      ATU-C是指局端ADSL收发单元,放置于局端,与ATU-R配对使用,主要完成接口适配、调制解调以及桥接等功能。一般来说.ATU-C是网络接入设备的一部分,由接入架的多块插卡组成。一块卡上可以有多个Modem,也可以是几块卡共同完成一个Modem的功能,但在同一时刻,一个ATU-C只能与一个ATU-R连接。
(5) DSLAM
      DSLAM是指数字用户线接入复用器,可将用户线路上的业务流量整合汇聚到与骨干网交换设备相连的高速数据链路上。
网络服务供应商
(6) NSP
      网络服务提供商(NSP)是实现综合服务网络的重要部分,NSP是一个通用术语,泛指互联网服务提供商、娱乐服务提供商、公司网络或用户通过xDSL技术接入的任何一种类型的服务提供商。
      目前,ADSL主要存在ATM和IP两种接入方式,即ATMoverADSL和EthernetoverADSL。两者的区别主要在于所接入的骨干网络不同,当然所使用的相关协议栈也随之不同。随着IP业务的爆炸式增长,互联网规模迅速扩大,EthernetoverADSL的应用已经占据主导地位。
2. 频谱安排
       ADSL系统采用频分复用(FDM)方式将整个频带分为3个部分,如图10所示。3部分分别支持不同的业务应用;
ADSL频谱划分
图10  ADSL 频谱划分
       普通电话业务(POTS)信道,它占据基带,并通过POTS分离器与ADSL数字数据分开,保证二者共用一对电话线传输;
       上行数字信道,它占据10〜50kHz之间的带宽,速率一般是144kbit/s或384kbit/s,主要用于传送控制信息,如VOD应用中节目的选择、快进、快退等;
       下行数字信道,它占据50kHz以上的带宽,传输速率可以是1.5Mbit/s,3Mbit/s,6Mbit/s和9Mbit/s等。
利用上述3个频段,ADSL可以向用户提供3种信道,即普通电话信道、双工数字信道和下行数字信道。其中双工数字信道可提供一条ISDN基本速率信道(144kbit/s)或一条ISDNHO双向信道(384kbit/s)o
3. 调制技术
       与HDSL相比,ADSL采用了更为先进的自适应均衡技术、回波抵消技术和信号调制技术来提高系统传输速率。就调制技术而言,ADSL先后采用了正交幅度调制(QAM),CAP和离散多音频(DMT)调制技术。其中DMT是ADSL的标准线路编码。
       一般铜线回路的衰减特性随其长度、线径、桥接等变化很大,而且噪声也与频率有关,因此铜线回路的通信容量也随之变化。DMT技术就是利用数字信号处理技术,根据这些回路特性.自适应地调整这些参数,使误码和串音等达到最小,使任何子回路的通信容量最大。
       DMT技术是一种多载波调制技术,ADSL的1.1MHz带宽被划分为多个带宽为4.3125kHz的子信道,每个子信道可分别进行正交幅度调制(QAM),如图11.11所示。各个子信道完全独立,通过增加子信道的数目和每个子信道中承载的比特数目可以提高传输速率。在ADSL系统中,通常根据信道的性能(如信噪比、噪声、衰减等),即传送数据的能力,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,则简单地予以关闭;而对于那些能够载送数据的子信道,则根据其瞬时特性,在一个码元包络内载送1〜15bit信息。在一个码元间隔内,相邻子信道的载波相位正交。在ADSL应用中,可以通过关闭低端子信道将。〜4kHz留给传统模拟电话POTS使用。
 
    DMT频带划分原理
图11  DMT频带划分原理
       DMT这种动态分配数据的技术可使频带的平均频谱效率(每赫兹带宽的比特率)大大提高,从而利用现有的普通电话线即可向用户提供一些宽带业务。其主要参数如下:
传输速率
      理论上,对DMT而言,每4.3125kHz为一子信道,如果上下行按32和256个子信道计算.则上下行传输速率可达2Mbit/s和15Mbit/s。
抗噪声干扰
       因为DMT所划分的多个子信道可根据信噪比来动态分配传送的信息,具有纠错功能.所以它能动态地适应线路条件而得到最大的吞吐量。
自适应功能
      自适应功能就是随着线路的自身条件(如线路距离、线径信噪比等因素)来自动地调整传输速率。DMT技术具有自适应功能,根据T1.413的规定,DMT技术的最小适应步长值为32kbit/s„
线路驱动功率
      当技术应用于实际线路时,线路上驱动功率能否使集中于同一电缆内线路承受得起,显得至关重要,它直接影响到产品的大规模应用。DMT技术由于各种功能机理的实现复杂性.无疑提高了线路的驱动功率,目前,线路驱动功率高达1W。同时,DMT大的线路驱动功率,使得线路串扰加大,将会对其他业务(如电话JSDN等)产生干扰,因此需要进一步地改进和完善。
      充分利用现有巨大的双絞线资源提供宽带业务是大多数传统电话公司的策略.在这方面,HDSL系统的接入能力有限,仅支持2.048Mbit/s或以下业务,因此ADSL技术是较为理想的选择。它无须改动现有铜缆网络设施,利用一对双绞铜线对即可向用户提供互联网、电话、视频点播等宽带业务,尤其适用于铜线网络完善、用户居住分散的发达国家。