第5章 05电话铜线接入技术

第5章电话铜线接入技术接入网技术2008年春lxm第5章电话铜线接入技术5.1引言5.2电话铜线的传输性能5.3拨号接入技术5.4xDSL的体系结构5.5ADSL5.6新一代的DSL2008年春lxm5.1引言电话铜线接入网在全球，覆盖最广，向家庭、商业用户提供接入主要成分：双绞铜线，直达用户驻地架空、直埋、管道早期提供POTS业务（话音业务）现在可提供数据业务。2008年春lxm5.2电话铜线的传输性能电话铜线上的技术演进表现在两个方面：频段的开发利用接入技术的演进2008年春lxm5.2电话铜线的传输性能电话铜线上的频段开发与利用0~4kHz：POTS、话带调解器20kHz~1.1MHz：ADSL35kHz~30MHz：VDSL（实际没有达到上限）4MHz~10MHz：HomePNA2008年春lxm5.2电话铜线的传输性能电话铜线上的技术演进最初近提供的业务：POTS业务，带宽0～4kHz话带Modem技术，在电话铜线上使用话带传输数据采用话带频段，速率从最初的300b/s到现在的56Kb/sISDN技术，采用时分复用实现数话同传2B+D信道将速率提高到144Kb/sxDSL技术工作频段大多在话带频带之外，可数话同传HDSL：1.544Mb/s、2.048Mb/sADSL：最大下行速率6-8Mb/sVDSL：下行速率提高到52Mb/sHomePNA：家庭电话铜线以太网技术2008年春lxm5.2电话铜线的传输性能引起电话铜线传输损伤的因素传输损耗：与距离、线径、频率有关信号反射（混合线圈和回波）阻抗不匹配，引起信号反射回路中线径不同，拼接引起阻抗变化导致信号反射噪声白噪声：由线路中电子运动产生的固有噪声射频（RF）干扰:电话线充当天线，可能收到AM/FM信号脉冲干扰：瞬间突发干扰，如交换机的开关暂态、振铃等串扰：同一扎内或相邻扎线之间的干扰2008年春lxm5.2电话铜线的传输性能电话铜线上的传输有损伤传输速率随着距离的增加而减小信噪比的减小而减小电话铜线线径越小，信号衰减越大电话铜线使用频率越高，克服损伤技术上要求越高目前已开发出了电话铜线的更高频段，采用了更先进、抗干扰性能更好的调制编码技术纠错技术DSP技术等已达到几十兆Hz（理论值30MHz），但相信还会发展2008年春lxm5.3拨号接入技术话带Modem拨号接入ISDN拨号接入2008年春lxm话带Modem拨号接入PSTN：PublicSwitchedTelephoneNetworkAAA:Authentication、Authorization、AccountingPSTN拨号接入服务器InternetAAA服务器ModemModem代理RS232C接口E1中继线电话铜线运营商网络2008年春lxm话带Modem拨号接入工作原理PC机装有TCP/IP和PPP协议，拨号接入服务器具有一定数量的IP地址（IP地址池)用户需事先从InternetServiceProvider处得到拨叫的特服号、登陆用户名和口令PC机通过拨号上网时，会动态得到一个IP地址，成为Internet上的一台主机PC机下网时，IP地址被释放，以备分配给其他用户用户拨号连接成功身份认证认证通过给用户分配IP地址并记帐结束下网释放IP停记帐未通过用户上网2008年春lxm话带Modem拨号接入特点Modem带宽为300～3400Hz范围最高下行速率56Kb/s上网时一直占用话路，一对双绞线上数话不能同传一种最简单、最便宜的接入方式广泛用于家庭用户、部分用于小型办公室局域网的Internet接入局限性长时间占用电话网资源，造成电话网的拥挤带宽太窄、速率太低，不能满足宽带业务的需求不能同时满足多种业务2008年春lxmISDN拨号接入ISDN：IntegratedServicesDigitalNetworkTE1：非ISDN终端TE2：ISDN终端TA：ISDN终端适配器NT：网络－用户接口设备信道：2B+D或30B+DB信道传输数字话音或数据，D信道传输信令InternetTAISDNTE1NTTE2信道拨号服务器2008年春lxmISDN拨号接入特点在模拟信道上采用数字传输技术一线多能（数话同传）高速接入（2个B信道可以捆绑使用，上网速率可达128Kbps）提供标准网络用户接口，支持多个设备接入1条具有2B+D的用户线可连接8台终端最多可有3台同时工作（D信道也可传输低速数据）可用于家庭用户拨号接入、商用专线接入除欧洲外，其它地区用户很少局限性速率仍不够高，不能满足宽带业务需求安装较Modem接入复杂2008年春lxm5.4xDSL的体系结构概述不同DSL技术的差别xDSL的接入结构xDSL的转移模式2008年春lxm概述xDSL是一系列利用现有电话铜线进行数据传输的宽带接入技术xDSL工作频段大多高于话带采用先进的DSP技术和调制解调技术，实现电话铜线上的高速接入分类：速率对称型DSL技术HDSL、SDSL、IDSL速率非对称型DSL技术：ADSL、VDSL、VADSL、RADSL等。2008年春lxm不同DSL技术的差别主要表现在速率、传输距离、编码技术、上下行速率的对称性等方面HDSL：上下行速率对称、1.5/2Mb/s，2对线（HDSL2、SHDSL支持1对线），与话带重叠，不可与话音业务同时进行ADSL：不对称，上行640kb/s，下行最高6～8Mb/s。1对线，工作频带高于话带，可同时支持话音业务VDSL：不对称上行最高6.4Mb/s，下行最高52Mb/s；对称上下行最高26Mb/s。1对线，工作频带高于话带，可同时支持话音业务2008年春lxmxDSL的接入结构PSTNDataNetwork电话铜线xTU-R远端设备分离器xTU-C局端设备分离器可数话同传的xDSL结构图DataNetwork电话铜线xTU-R远端设备不可数话同传的xDSL结构图xTU-C局端设备xTU-R：DSL远端传输单元，xTU-C：DSL局端传输单元具体的DSL接入结构有差别2008年春lxmxDSL的转移模式转移模式是指用户端到局端之间在DSL链路上承载并转移的数据单元格式。三种转移模式：STM：同步转移模式在DSL链路上承载并转移STM帧（固定速率的流式业务）固定分配带宽，用户专用，资源浪费ATM：异步转移模式在DSL链路上承载并转移ATM信元曾经的主要模式PTM：分组转移模式在DSL链路上承载并转移可变长度的分组一种最新的模式，顺应IP技术潮流，最具发展潜力DataNetworkADSLLinkATU-RSTM/ATM/PTMoverADSL示例ATU-CSTM/ATM/PTM模式2008年春lxm5.5ADSL技术标准与发展基本特征接入结构技术要点ADSL.Lite应用2008年春lxmADSL技术标准与发展ADSL的概念于1989年提出，1998年开始广泛用于互联网接入ITU-T技术标准：第一代ADSL技术G.992.1-1999，也称G.dmt规范，定义ADSL收发器G.992.2-1999，也称G.lite规范，定义无分离器ADSL收发器第二代ADSL技术G.992.3-2002，也称ADSL2，定义了ADSL2收发器G.992.4-2002，定义了无分离器的ADSL2收发器G.992.5-2003，也称ADSL2+，定义了增强功能的ADSL2收发器2008年春lxmADSL基本特征在现有的电话铜线上提供高速数字业务，不干扰POTS业务ADSL只使用PSTN的用户接入段，不进入程控交换机，直接进入数据网，ADSL业务不交电话费与POTS业务共享同一电话线，采用FDM实现数话同传传输速率：最高上行640Kb/s，最高下行：8Mb/s传输距离：3～5km业务类型：语音、数据、图象上下行速率不对称，特别适合Internet的接入2008年春lxmADSL接入结构ADSLAM：ADSLAccessMultiplexing，ADSL接入复用器ATU-C：ADSLTransmissionUnit-COside，ADSL局端传输单元ATU-R：ADSLTransmissionUnit-Remoteside，ADSL远端传输单元DataNetworkADSLModem分离器分离器机架局端接入设备PSTN用户端接入设备用户线ATU-CATU-RADSLAMATU-C2008年春lxmADSL接入结构说明用户端接入设备ADSLModem对数据信号进行调制/解调，实现ADSL数据的正确收发分离器由低通滤波器和高通滤波器组成实现POTS与ADSL业务的分路局端接入设备分离器机架：由多个分离器构成将分离后的话音接入程控交换机将分离的数据接入数据交换机（ATM或Ethernet交换机）ADSLAM：ADSL接入复用器实现各路ADSL数据的复用和解复用有些DSLAM具有局部管理和网关的功能2008年春lxmADSL技术要点频谱划分承载信道调制技术初始化过程帧格式2008年春lxmADSL的频谱划分0～4kHz，POTS业务25.875～138KHz，可双向配置，主要用于ADSL上行数据传输140～1104KHz，用于ADSL下行数据传输频率（KHz）功率谱4251381401104下行上行POTS02008年春lxmADSL的承载信道ADSL的数据通道分：双向低速信道和下行高速信道双向低速信道分LS0、LS1、LS2三个子通道可作为独立的单向信道配置，一般用作上行传输下行高速信道分AS0~AS3四个子通道子通道分：快速通道前向纠错，无交织，适于传输时延敏感型业务交织通道前向纠错＋交织，传输可靠性高，适于差错敏感型业务2008年春lxmADSL的调制技术ADSL通常采用三种基本的调制技术：QAM：QuadratureAmplitudeModulation，正交幅度调制DMT：Discretemulti-Tone，离散多音CAP：CarrierlessAmplitude-PhaseModulation，无载波幅相调制ITU-TG.992.1（即ITU-TG.DMT）采用DMT调制技术2008年春lxmDMT调制技术DMT基本思想：是一种最简单的多载波调制技术将信道分成若干个互不重叠的子信道（离散）每个子信道分别单独进行调制根据S/N自适应分配子信道承载的比特率每个子信道受损的情况可能不同受损大的子信道分配较少的比特（甚至放弃）2008年春lxmDMT调制技术ADSL中的DMT：将0－1.104MHz的频带分成256个子信道，每子信道带宽4.3kHz每个子信道单独进行QAM调制根据子信道受损情况采用不同的QAM技术降低调制速率以提高抗干扰能力，特别适合抵抗RFI2008年春lxmDMT调制技术DMT如何为各子信道动态分配比特率？发送测试信号（训练序列）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确定各子信道的比特分配如果某个子信道质量太差，可以放弃使用此子信道DMT的特点可根据信道质量自适应调整比特可以避开强干扰的子信道，提高ADSL的抗干扰能力当然，DMT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2008年春lxmDMT调制技术f初始子信道比特划分bit/Hz考虑信道衰减的子信道比特划分频率crosstalk噪声状况RFI频率噪声幅度考虑信道噪声的子信道比特划分bit/Hz频率RFI下，放弃使用的子信道信道衰减特性频率信号幅度bit/Hz2008年春lxmADSL的初始化过程ATU-R与ATU-C需要初始化以建立通信链路初始化过程可由任意一方开始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特性初始化过程：激活与回应阶段（握手阶段）训练阶段信道分析参数交换2008年春lxmADSL帧格式ADSL数据帧（物理帧）固定帧率：4000f（数据帧）/s每68数据帧后跟一同步帧帧长：约246μADSL超帧两个同步帧之间的数据帧组成一个超帧ADSL超帧时长：17msADSL帧与超帧均是定时长帧对不同数据率，当然不能有固定比特长度2008年春lxmADSL帧格式帧0帧1帧2帧34帧35帧66帧67同步超帧(17ms)快速附加信息位快速数据快速缓冲区交织缓冲区一个帧(246us)123us123us快速附加信息位交织附加信息位交织数据交织附加信息位2008年春lxmADSL.Lite标准ADSL需要在用户端安装无源分离器增大了安装工作量、成本、时间轻型ADSL：ADSL-liteG.992.2-1999，G.lite特点：无需安装用户端分离器（Splitterless）实现较为简单，可使用通用的DSP芯片数据传输率较低：1.5Mbps/512kbps传输距离：最长可至7km因无分离器虑波器作用，POTS业务与ADSL业务之间相互干扰适合大量推广于个人用户2008年春lxmADSL.Lite结构与全速率ADSL相比，在用户侧取消了分离器局端设备不变特别提醒：用户侧有分离器的ADSL也称全速率ADSLDataNetworkADSLModem分离器机架局端接入设备PSTN用户端接入设备用户线ATU-CATU-RADSLAMATU-C2008年春lxmADSL的应用ADSL设备ADSLModemDSLAMADSL接入的典型应用桥接应用路由器接入2008年春lxmADSL用户接入设备即ATU-R，用户端接入设备，完成用户端的接入功能一般需与一个分离器相连，分离器可内置，也可外置不同厂家的产品具体功能有差异，称呼也有不同，如：ADSLModem、ADSL桥、ADSL接入终端、ADSL路由器等ADSL桥：带有以太网接口或ATM接口，大部分都具有以太网接口ADSL路由器：在ADSLModem上实现了PPPoE或PPPoA、DHCP、NAT等功能可实现多个用户的接入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不是真正的路由器2008年春lxmDSLAMADSL接入的局端设备经历了三个发展阶段：纯ATM结构组网时只能接入ATM核心网建网成本昂贵ATM内核IP上联基于ATM内核，采用IP上联接口组网时可直接接入到IP网络但既没有继承ATM丰富的QoS特性，也没有学习到IP丰富的业务特性，只是一种过渡产品IP内核IP上联又称IPDSLAM，组网时可直接接入到IP网络采用纯IP内核，继承了IP丰富的业务特性，支持组播目前产品可集成BRAS（宽带接入服务器）功能2008年春lxmADSL桥接入案例ATU-RATU-CEthernetATM转移模式EthernetNAS（PPPOE服务器）InternetRouterAAA（PPPOE客户）PHYPHY

MAC

PHYMACPHYATMRelayPHYATMPHYMACRelayPCATU-RATU-CPPPOE服务器PPPPPPOEMACIPPPPPPP0EIPATU-R：桥接功能，透明转发PC机：需要PPPOE虚拟拨号，认证通过后由PPPOE服务器分配IP地址PPPOE服务器：NAT，IP池，分配IP地址，此种情况可以单独管理每个PC机MACPHY2008年春lxmADSL路由器接入案例ATU-RATU-CEthernetATM转移模式EthernetNAS（PPPOE服务器）InternetRouterAAA（PPPOE客户）PCATU-RATU-CPPPOE服务器IPMACPHYPHYPHYIPPPPPPPOEATMMACPHYATMPHYMACRelay

MAC

PHYPPPPPP0EIPATU-R：NAT,DHCP，作为PC机的接入网关，PPPOE客户端PC机：不需要PPPOE虚拟拨号，直接上网（由ATU-R代理拨号）PPPOE服务器：NAT，IP池，分配IP地址，此种情况下不能单独管理每个PC机（ATU-R隐藏了后面的网络）MACPHY2008年春lxm5.6新一代的DSL第一代ADSL技术的缺陷ADSL2ADSL2+VDSL2008年春lxm第一代ADSL技术的缺陷第一代ADSL