电话铜线接入技术解析

1、电话铜线接入技术解析第第5章章 铜线接入技术铜线接入技术5.1 引言引言5.2 铜线的传输性能铜线的传输性能5.3 拨号接入技术拨号接入技术5.4 xDSL的体系结构的体系结构5.5 ADSL5.6 新一代的新一代的DSL5.1 引言引言n 铜线接入网铜线接入网n在全球，覆盖最广，向家庭、商业用户提供接入在全球，覆盖最广，向家庭、商业用户提供接入n主要成分：双绞铜线，直达用户驻地主要成分：双绞铜线，直达用户驻地n架空、直埋、管道架空、直埋、管道n早期提供早期提供POTS业务（话音业务）业务（话音业务）n现在可提供数据业务。现在可提供数据业务。5.2 铜线的传输性能铜线的传输性能n 铜线上的技术

2、演进铜线上的技术演进n表现在两个方面：频段的开发利用以及接入技术的表现在两个方面：频段的开发利用以及接入技术的演进演进n最初只提供最初只提供POTS业务，带宽业务，带宽04kHzn话带话带Modem技术，在技术，在 铜线上传输数据铜线上传输数据n采用话带频段，速率从最初的采用话带频段，速率从最初的300b/s到现在的到现在的56Kb/snISDN技术，采用时分复用实现数话同传技术，采用时分复用实现数话同传n2B+D信道将速率提高到信道将速率提高到144Kb/snxDSL技术技术n工作频段大多在话带频带之外，可数话同传工作频段大多在话带频带之外，可数话同传nHDSL：、：、nADSL：最大下行速

3、率：最大下行速率8Mb/snVDSL：下行速率提高到：下行速率提高到52Mb/s5.2 铜线的传输性能铜线的传输性能n引起引起 铜线传输损伤的因素铜线传输损伤的因素n传输损耗：与距离、线径、频率有关传输损耗：与距离、线径、频率有关n信号反射（混合线圈和回波）信号反射（混合线圈和回波）n阻抗不匹配，引起信号反射阻抗不匹配，引起信号反射n回路中线径不同，拼接引起阻抗变化导致信号反回路中线径不同，拼接引起阻抗变化导致信号反射射n噪声噪声n白噪声：由线路中电子运动产生的固有噪声白噪声：由线路中电子运动产生的固有噪声n射频（射频（RFRF）干扰）干扰: : 线充当天线，可能收到线充当天线，可能收到AM/

4、FMAM/FM信号信号n脉冲干扰：瞬间突发干扰，如交换机的开关暂态、脉冲干扰：瞬间突发干扰，如交换机的开关暂态、振铃等振铃等n串扰：同一扎内或相邻扎线之间的干扰串扰：同一扎内或相邻扎线之间的干扰5.2 铜线的传输性能铜线的传输性能n 铜线上的传输有损伤铜线上的传输有损伤n传输速率随着传输速率随着n距离的增加而减小距离的增加而减小n随着信噪比的减小而减小随着信噪比的减小而减小n 铜线的传输带宽也远不止当初使用的铜线的传输带宽也远不止当初使用的04kHz04kHzn在竞争压力下，采用更先进的技术，开发出了在竞争压力下，采用更先进的技术，开发出了 铜线的更铜线的更高频段高频段n更先进、抗干扰性能更好

5、的调制编码技术更先进、抗干扰性能更好的调制编码技术n纠错技术纠错技术nDSPDSP技术等技术等n目前，已达到几十兆目前，已达到几十兆HzHz（理论值（理论值30MHz30MHz）n频率越高，使用更难，要求技术更高，但相信还会发展频率越高，使用更难，要求技术更高，但相信还会发展5.3 拨号接入技术拨号接入技术n话带话带Modem拨号接入拨号接入nISDN拨号接入拨号接入话带话带Modem拨号接入拨号接入PSTN：Public Switched Telephone NetworkAAA: Authentication、Authorization、AccountingPSTN拨号接入拨号接入服务器服

6、务器 InternetAAA服务器服务器ModemModem代理代理RS232C接口接口E1中继线中继线 铜线铜线运营商运营商网络网络话带话带Modem拨号接入拨号接入n工作原理工作原理nPC机装有机装有TCP/IP和和PPP协议，拨号接入服务器具有一定数量的协议，拨号接入服务器具有一定数量的IP地址（地址（IP地址池地址池)n用户需事先从用户需事先从Internet Service Provider处得到拨叫的特服号、处得到拨叫的特服号、登陆用户名和口令登陆用户名和口令nPC机通过拨号上网时，会动态得到一个机通过拨号上网时，会动态得到一个IP地址，成为地址，成为Internet上上的一台主机

7、的一台主机nPC机下网时，机下网时，IP地址被释放，以备分配地址被释放，以备分配用户点击用户点击拨号连接拨号连接身份身份 认证认证认证通过认证通过 给用户分给用户分配配IP地址地址并记帐并记帐结束结束下网下网释放释放IP 停记帐停记帐未通过未通过用户上网用户上网话带话带Modem拨号接入拨号接入n特点特点nModem带宽为带宽为3003400Hz范围范围n最高下行速率最高下行速率56Kb/sn上网时一直占用话路，一对双绞线上数话不能同传上网时一直占用话路，一对双绞线上数话不能同传n一种最简单、最便宜的接入方式一种最简单、最便宜的接入方式n广泛用于家庭用户、部分用于小型办公室局域网的广泛用于家庭

8、用户、部分用于小型办公室局域网的Internet接入接入n局限性局限性n长时间占用长时间占用 网资源，造成网资源，造成 网的拥挤网的拥挤n带宽太窄、速率太低，不能满足宽带业务的需求带宽太窄、速率太低，不能满足宽带业务的需求n不能同时满足多种业务不能同时满足多种业务话带话带Modem拨号接入拨号接入n话带话带Modem主要功能：主要功能：n将数字信号调制成音频信号发送到将数字信号调制成音频信号发送到 用户线用户线n将从将从 线上收到的模拟信号解调成数字信号线上收到的模拟信号解调成数字信号n技术发展技术发展n最基本的调制方式是：最基本的调制方式是：nASK、FSK、PSKn现代调制技术，大大提高现

9、代调制技术，大大提高Modem的数据速率的数据速率nQPSK、QAM、TCMnITU制定了一系列的话带制定了一系列的话带Modem标准（标准（V系列）系列）n、n速率从速率从300b/s、600b/s 56kb/sISDN拨号接入拨号接入nISDN：Integrated Services Digital NetworknTE1：非：非ISDN终端终端nTE2：ISDN终端终端nTA：ISDN终端适配器终端适配器nNT：网络用户接口设备：网络用户接口设备n信道：信道：2B+D或或30B+DnB信道传输数字话音或数据，信道传输数字话音或数据，D信道传输信令信道传输信令InternetTAISDNT

10、E1NTTE2信道信道拨号服务器拨号服务器ISDN拨号接入拨号接入n特点特点n在模拟信道上采用数字传输技术在模拟信道上采用数字传输技术 n一线多能（数话同传）一线多能（数话同传）n高速接入（高速接入（2个个B信道可以捆绑使用，上网速率可达信道可以捆绑使用，上网速率可达128Kbps）n提供标准网络用户接口，支持多个设备接入提供标准网络用户接口，支持多个设备接入n1条具有条具有2B+D的用户线可连接的用户线可连接8台终端台终端n最多可有最多可有3台同时工作（台同时工作（D信道也可传输低速数据）信道也可传输低速数据）n可用于家庭用户拨号接入、商用专线接入可用于家庭用户拨号接入、商用专线接入n除欧洲

11、外，其它地区用户很少除欧洲外，其它地区用户很少n局限性局限性n速率仍不够高，不能满足宽带业务需求速率仍不够高，不能满足宽带业务需求n安装较安装较Modem接入复杂接入复杂5.4 xDSL的体系结构的体系结构n概述概述n不同不同DSL技术的差别技术的差别nxDSL的接入结构的接入结构nxDSL的转移模式的转移模式概述概述nxDSL是一系列利用现有是一系列利用现有 铜线进行数据传输的宽铜线进行数据传输的宽带接入技术带接入技术nxDSL工作频段大多高于话带工作频段大多高于话带n采用先进的采用先进的DSP技术和调制解调技术，实现技术和调制解调技术，实现 铜线铜线上的高速接入上的高速接入n分类：分类：n

12、速率对称型速率对称型DSL技术技术nHDSL、SDSL、IDSLn速率非对称型速率非对称型DSL技术：技术：nADSL、VDSL、VADSL、RADSL、CDSL不同不同DSL技术的差别技术的差别n主要表现在速率、传输距离、编码技术、上下行速主要表现在速率、传输距离、编码技术、上下行速率的对称性等方面率的对称性等方面nHDSL：n上下行速率对称、，上下行速率对称、，2对线（对线（HDSL2支持支持1对线），与对线），与话带重叠，不可与话音业务同时进行话带重叠，不可与话音业务同时进行nADSL：n不对称，上行不对称，上行640kb/s，下行最高，下行最高68Mb/s。1对线，对线，工作频带高于话

13、带，可同时支持话音业务工作频带高于话带，可同时支持话音业务nVDSL：n不对称上行最高，下行最高不对称上行最高，下行最高52Mb/s；n对称上下行最高对称上下行最高26Mb/s。1对线，工作频带高于话带，对线，工作频带高于话带，可同时支持话音业务可同时支持话音业务xDSL的接入结构的接入结构电话铜线电话铜线xTU-R远端设备远端设备分离器分离器xTU-C局端设备局端设备分离器分离器可数话同传的可数话同传的xDSL结构图结构图电话铜线电话铜线xTU-R远端设备远端设备不可数话同传的不可数话同传的xDSL结构图结构图xTU-C局端设备局端设备nxTU-R：DSL远端传输单元，远端传输单元，xTU-

14、C： DSL局端传输单元局端传输单元n具体的具体的DSL接入结构有差别接入结构有差别xDSL的转移模式的转移模式n转移模式是指用户端到局端之间在转移模式是指用户端到局端之间在DSL链路上承载并转移链路上承载并转移的数据单元格式。的数据单元格式。n三种转移模式：三种转移模式：nSTM：同步转移模式：同步转移模式n在在DSL链路上承载并转移链路上承载并转移STM帧（固定速率的流式业务）帧（固定速率的流式业务）n固定分配带宽，用户专用，资源浪费固定分配带宽，用户专用，资源浪费nATM：异步转移模式：异步转移模式n在在DSL链路上承载并转移链路上承载并转移ATM信元信元n曾经的主要模式曾经的主要模式n

15、PTM：分组转移模式：分组转移模式n在在DSL链路上承载并转移可变长度的分组链路上承载并转移可变长度的分组n一种最新的模式，顺应一种最新的模式，顺应IP技术潮流，最具发展潜力技术潮流，最具发展潜力ADSL LinkATU-RSTM/ATM/PTM over ADSL示例示例ATU-CSTM/ATM/PTM模式模式5.5 ADSLn技术标准与发展技术标准与发展n基本特征基本特征n接入结构接入结构n技术要点技术要点n应用应用ADSL技术标准与发展技术标准与发展nADSL的概念于的概念于1989年提出，年提出，1998年开始广泛用年开始广泛用于互联网接入于互联网接入nITU-T技术标准：技术标准：n

16、第一代第一代ADSL技术技术n，也称规范，定义，也称规范，定义ADSL收发器收发器n，也称规范，定义无分离器，也称规范，定义无分离器ADSL收发器收发器n第二代第二代ADSL技术技术n，也称，也称ADSL2，定义了，定义了ADSL2收发器收发器n，定义了无分离器的，定义了无分离器的ADSL2收发器收发器n，也称，也称ADSL2+，定义了增强功能的，定义了增强功能的ADSL2收发器收发器ADSL基本特征基本特征n在现有的在现有的 铜线上提供高速数字业务，不干扰铜线上提供高速数字业务，不干扰POTS业务业务nADSL只使用只使用PSTN的用户接入段，不进入程控交的用户接入段，不进入程控交换机，直接

17、进入数据网，换机，直接进入数据网， ADSL业务不交业务不交 费费n与与POTS业务共享同一业务共享同一 线，采用线，采用FDM实现数话同实现数话同传传n传输速率：最高上行传输速率：最高上行640Kb/s，最高下行：，最高下行：8Mb/sn传输距离：传输距离：35kmn业务类型：语音、数据、图象业务类型：语音、数据、图象n上下行速率不对称，特别适合上下行速率不对称，特别适合Internet的接入的接入ADSL接入结构接入结构nADSLAM：ADSL Access Multiplexing，ADSL接入复用器接入复用器nATU-C：ADSL Transmission Unit-CO side，A

18、DSL局端传输单元局端传输单元nATU-R： ADSL Transmission Unit-Remote side，ADSL远端传输远端传输单元单元Data NetworkADSLModem分离器分离器分离器分离器机架机架局端接入设备局端接入设备PSTN用户端接入设备用户端接入设备用户线用户线ATU-CATU-RADSLAMATU-CADSL接入结构说明接入结构说明n用户端接入设备用户端接入设备nADSL Modemn对数据信号进行调制对数据信号进行调制/解调，实现解调，实现ADSL数据的正确收发数据的正确收发n分离器分离器n由低通滤波器和高通滤波器组成由低通滤波器和高通滤波器组成n实现实现P

19、OTS与与ADSL业务的分路业务的分路n局端接入设备局端接入设备n分离器机架：由多个分离器构成分离器机架：由多个分离器构成n将分离后的话音接入程控交换机将分离后的话音接入程控交换机n将分离的数据接入数据交换机（将分离的数据接入数据交换机（ATM或或Ethernet交换机）交换机）nADSLAM：ADSL接入复用器接入复用器n实现各路实现各路ADSL数据的复用和解复用数据的复用和解复用n有些有些DSLAM具有局部管理和网关的功能具有局部管理和网关的功能ADSL技术要点技术要点n频谱划分频谱划分n承载信道承载信道n调制技术调制技术n初始化过程初始化过程n帧格式帧格式ADSL的频谱划分的频谱划分n0

20、4kHz， POTS业务业务n138KHz，可双向配置，主要用于，可双向配置，主要用于ADSL上行数上行数据传输据传输n1401104KHz，用于，用于ADSL下行数据传输下行数据传输频率（频率（KHzKHz）功率谱功率谱 4 42525138 140138 140 1104 1104下行下行上行上行POTSPOTS0 0ADSL的承载信道的承载信道nADSL的数据通道分：的数据通道分：n双向低速信道和下行高速信道双向低速信道和下行高速信道n双向低速信道双向低速信道n分分LS0、LS1、LS2三个子通道三个子通道n可作为独立的单向信道配置，一般用作上行传输可作为独立的单向信道配置，一般用作上行

21、传输n下行高速信道下行高速信道n分分AS0AS3四个子通道四个子通道n子通道分：子通道分：n快速通道快速通道n前向纠错，无交织，适于传输时延敏感型业务前向纠错，无交织，适于传输时延敏感型业务n交织通道交织通道n前向纠错交织，传输可靠性高，适于差错敏感型业务前向纠错交织，传输可靠性高，适于差错敏感型业务ADSL的调制技术的调制技术nADSL通常采用三种基本的调制技术：通常采用三种基本的调制技术：nQAM：Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度调制正交幅度调制nDMT：Discrete multi-Tone，离散多音，离散多音nCAP：Carrierless Am

22、plitude-Phase Modulation，无载波幅相调制，无载波幅相调制n（即）采用（即）采用DMT调制技术调制技术DMT调制技术调制技术nDMT基本思想：基本思想：n是一种最简单的多载波调制技术是一种最简单的多载波调制技术 n将信道分成若干个互不重叠的子信道（离散）将信道分成若干个互不重叠的子信道（离散）n每个子信道分别单独进行调制每个子信道分别单独进行调制n根据根据S/N自适应分配子信道承载的比特率自适应分配子信道承载的比特率n每个子信道受损的情况可能不同每个子信道受损的情况可能不同n受损大的子信道分配较少的比特（甚至放弃）受损大的子信道分配较少的比特（甚至放弃）nADSL中的中的

23、DMT：n将将0的频带分成的频带分成256个子信道，每子信道带宽个子信道，每子信道带宽n每个子信道单独进行每个子信道单独进行QAM调制调制n根据子信道受损情况采用不同的根据子信道受损情况采用不同的QAM技术技术n降低调制速率以提高抗干扰能力，特别适合抵抗降低调制速率以提高抗干扰能力，特别适合抵抗RFIDMT调制技术调制技术nDMT如何为各子信道动态分配比特率？如何为各子信道动态分配比特率？n发送测试信号（训练序列）发送测试信号（训练序列）n接收端进行频谱估计，根据算法计算出各个子信道的信接收端进行频谱估计，根据算法计算出各个子信道的信噪比噪比n确定各子信道的比特分配确定各子信道的比特分配n如果

24、某个子信道质量太差，可以放弃使用此子信道如果某个子信道质量太差，可以放弃使用此子信道nDMT的特点的特点n可根据信道质量自适应调整比特可根据信道质量自适应调整比特n可以避开强干扰的子信道，提高可以避开强干扰的子信道，提高ADSL的抗干扰能力的抗干扰能力n当然，当然，DMT在避开干扰的同时，也牺牲了有效带宽，不在避开干扰的同时，也牺牲了有效带宽，不过就可靠性而言，是值得的过就可靠性而言，是值得的DMT调制技术调制技术f初始子信道初始子信道比特划分比特划分bit/Hz考虑信道衰减的考虑信道衰减的 子信道比特划分子信道比特划分频率频率crosstalk噪声状况噪声状况RFI频率频率噪声幅度噪声幅度考

25、虑信道噪声的考虑信道噪声的 子信道比特划分子信道比特划分bit/Hz频率频率RFIRFI下，放弃下，放弃使用的子信道使用的子信道信道衰减特性信道衰减特性频率频率信号幅度信号幅度bit/HzADSL的初始化过程的初始化过程nATU-R与与ATU-C需要初始化以建立通信链路需要初始化以建立通信链路n初始化过程可由任意一方开始初始化过程可由任意一方开始n为了最大化吞吐量和可靠性，收发信机需要确定信为了最大化吞吐量和可靠性，收发信机需要确定信道的相关参数，并建立与信道相适应的传输与处理道的相关参数，并建立与信道相适应的传输与处理特性特性n初始化过程：初始化过程：n激活与回应阶段（握手阶段）激活与回应阶

26、段（握手阶段）n训练阶段训练阶段n信道分析信道分析n参数交换参数交换ADSL帧格式帧格式nADSL数据帧（物理帧）数据帧（物理帧）n固定帧率：固定帧率：4000f（数据帧）（数据帧）/sn每每68数据帧后跟一同步帧数据帧后跟一同步帧n帧长：约帧长：约246nADSL超帧超帧n两个同步帧之间的数据帧组成一个超帧两个同步帧之间的数据帧组成一个超帧nADSL超帧时长：超帧时长：17msnADSL帧与超帧均是定时长帧帧与超帧均是定时长帧n对不同数据率，当然不能有固定比特长度对不同数据率，当然不能有固定比特长度ADSL帧格式帧格式同步同步n标准标准ADSL需要在用户端安装无源分离器需要在用户端安装无源分

27、离器n增大了安装工作量、成本、时间增大了安装工作量、成本、时间n轻型轻型ADSL：ADSL-liten，n特点：特点：n无需安装用户端分离器（无需安装用户端分离器（Splitterless ）n实现较为简单，可使用通用的实现较为简单，可使用通用的DSP芯片芯片n数据传输率较低：数据传输率较低：n传输距离：最长可至传输距离：最长可至7kmn因无分离器虑波器作用，因无分离器虑波器作用，POTS业务与业务与ADSL业务之间相互干扰业务之间相互干扰n适合大量推广于个人用户适合大量推广于个人用户结构结构n与全速率与全速率ADSL相比，在用户侧取消了分离器相比，在用户侧取消了分离器n局端设备不变局端设备不

28、变n特别提醒：用户侧有分离器的特别提醒：用户侧有分离器的ADSL也称全速率也称全速率ADSLData NetworkADSLModem分离器分离器机架机架局端接入设备局端接入设备PSTN用户端接入设备用户端接入设备用户线用户线ATU-CATU-RADSLAMATU-CADSL的应用的应用nADSL设备设备nADSL ModemnDSLAMnADSL接入的典型应用接入的典型应用n桥接应用桥接应用n路由器接入路由器接入ADSL Modemn即即ATU-R，属用户端设备，完成用户端的接入功能，属用户端设备，完成用户端的接入功能n一般需与一个分离器相连，分离器可内置，也可外置一般需与一个分离器相连，分

29、离器可内置，也可外置n不同厂家的产品具体功能有差异，称呼也有不同，如：不同厂家的产品具体功能有差异，称呼也有不同，如：nADSL Modem、ADSL桥、桥、ADSL接入终端、接入终端、ADSL路由器等路由器等nADSL桥：桥：n带有以太网接口或带有以太网接口或ATM接口，大部分都具有以太网接口接口，大部分都具有以太网接口nADSL路由器：路由器：n在在ADSL Modem上实现了上实现了PPPoE或或PPPoA、DHCP、NAT等功能等功能n可实现多个用户的接入可实现多个用户的接入n可自动给接入的计算机分配可自动给接入的计算机分配IP地址，并实现它们之间的通信地址，并实现它们之间的通信n不是

30、真正的路由器不是真正的路由器DSLAMnADSL接入的局端设备接入的局端设备n经历了三个发展阶段：经历了三个发展阶段：n纯纯ATM结构结构n组网时只能接入组网时只能接入ATM核心网核心网n建网成本昂贵建网成本昂贵nATM内核内核IP上联上联n基于基于ATM内核，采用内核，采用IP上联接口上联接口n组网时可直接接入到组网时可直接接入到IP网络网络n但既没有继承但既没有继承ATM丰富的丰富的QoS特性，也没有学习到特性，也没有学习到IP丰富的业丰富的业务特性，只是一种过渡产品务特性，只是一种过渡产品nIP内核内核IP上联上联n又称又称IP DSLAM，组网时可直接接入到，组网时可直接接入到IP网络

31、网络n采用纯采用纯IP内核，继承了内核，继承了IP丰富的业务特性，支持组播丰富的业务特性，支持组播n目前产品可集成目前产品可集成BRAS（宽带接入服务器）功能（宽带接入服务器）功能ADSL桥接应用桥接应用PHYPHY MAC PHYMACPHYATMRelayPHYATMPHYMACRelayPCATU-RATU-CISPISP接入服务器接入服务器PPPPPPOEMACIPPPPPPP0EIPADSL路由器接入路由器接入PCATU-RATU-CISPISP接入服务器接入服务器IPMACPHYPHYIPPPP MACPHY PHYIPPPPPPPOEATMMACPPPOEPHYATMPHYMACRelayNAS/ISP5.6 新一代的新一代的DSLn第一代第一代ADSL技术的缺陷技术的缺陷nADSL2nADSL2+nVDSL第一代第一代ADSL技术的缺陷技术的缺陷n第一代第一代ADSL技术的缺陷技术的缺陷n下行速率较低下行速率较低n只支持只支持STM、ATM转移模式转移模式nSTM未得到广泛应用未得到广泛应用n支持的线路诊断能力较弱支持的线路诊断能力较弱n设备的散热问题难以解决