调制解调器和ADSL

2014年9月19日1第2单元调制解调器和ADSL目录

2.1调制解调器的基本概念 2.2话音线路的参数和信号失真问题 2.3调制解调器的基本成分 2.4三种基本的调制方式 2.5正交频分多路复用 2.6正交振幅调制 2.7电话MODEM 2.8ADSL接入网络的设备配置 2.9ADSL调制技术和传输机制 2.10数字用户线接入复用器

2.11ADSL的逻辑通道划分（阅读材料）

第一页，共80页。2014年9月19日2第2单元调制解调器和ADSL电话网络的本地回路使用双绞线电缆把用户电话连接到最近的电话端局。用于话音的本地回路具有4kHz的带宽，该带宽限制主要是由模拟交换机的模拟接口电路所引起。根据香农关于信道容量的定理，传统的调制解调器在一般环境下有一个大约33.6kbps的数据速率限制；在通信的一方直接采用数字信号另一方采用模拟信号的不对称传输情况下，一个方向上的数据速率可以达到56kbps的最大值。随着因特网应用的发展以及用户对更高速率的需求，电话公司为本地回路开发了称作数字用户线的新技术，ADSL就是其典型的代表，并得到了广泛的实施。ADSL不使用传统的电话交换机，可以在电话线路上继续提供话音服务的同时，提供对因特网和其他网络的高速接入。具体的数据速率跟线路的长度有关。按照ANSIT1.143规范，ADSL在传输距离是2.7~3.7km时下行速率为6~8Mbps，上行速率为1.5Mbps；在传输距离是4.5~5.5km时下行传输速率为1.5Mbps，上行速率为64kbps。第二页，共80页。2014年9月19日3第2单元调制解调器和ADSL本单元将在深入考察现有电话线路的传输特性的基础上讨论在模拟电话线路上传送数字信号的技术和相关的网络设备，主要涉及电话拨号接入方式和ADSL接入方式。两种方式都使用现有的电话系统的双绞线本地回路，并且都采用调制解调器技术，但后者不受传统电话交换机低带宽滤波器的限制，可通过频分多路复用实现宽带接入的目标。第三页，共80页。2014年9月19日42.1调制解调器的基本概念今天，尽管大多数通信载体公司都采用了全数字化的传输设施，但模拟电话系统仍然是数据通信广泛使用的重要设施。由于终端和计算机产生数字脉冲，而电话线路的设计是面向模拟话音信号的，因此，为了在这样的线路上传输数据，需要有一个设备把终端和计算机的数字数据脉冲转换成在电话线路上传输的模拟音调。这样的一个设备就是调制解调器。第四页，共80页。2014年9月19日52.1调制解调器的基本概念在其最基本的形式中，一个调制解调器，简称Modem(Modulator-Demodulator),由一个电源、一个发送器和一个接收器构成。电源提供运行Modem所需要的电压。在发送器中，调制器、放大器与过滤、整形和信号控制电路一道工作，把数字直流脉冲转换成可以在电话线路上传输的模拟信号。接收器包含一个解调器和把模拟电话信号转换成计算机或终端可接受的数字脉冲序列的相关电子器件。图2-1示出了这样的信号转换。第五页，共80页。2014年9月19日62.1调制解调器的基本概念

第六页，共80页。2014年9月19日72.2话音线路的参数和信号失真问题带宽是对一个频率范围的宽度的测量，例如，B=f2-f1，这里的B是带宽，f2和f1分别是在一个范围内的最高频率和最低频率。图2-2示出了在与人耳可以听到的声音频谱相比较的电话通道的带宽。在这里用赫兹（Hz）为单位表示每秒周期数。形成电话通道的3000Hz带宽通常称作通道的通频带。术语通频带指的是在允许一个预定范围的频率通过的频谱中一个连续的部分。因此，一个电话通道的通频带允许在300到3300Hz之间的频率通过。第七页，共80页。2014年9月19日82.2话音线路的参数和信号失真问题

第八页，共80页。2014年9月19日92.2话音线路的参数和信号失真问题电话通道取这样的通频带的理由是经济性。低于300Hz和高于3300Hz的频率对于理解电话会话基本上不是必需的，尽管在电话连接的另一端听不到讲话人的最高音。仅传送3kHz来代替人耳可以听到的20kHz使得每个呼叫所需要的带宽减少大约6的因子。这个带宽减少使得电话公司能够更有效地采用频分多路复用，允许在电话局之间的共享线路上同时运载更多个话音呼叫。为了建立一个电话通道的通频带，电话公司使用低通和高通滤波器，仅允许低于一个预定频率的所有信号或高于一个预定频率的所有信号通过通道。作为使用滤波器的结果，在滤波器操作的截止频率附近的振幅-频率响应变成圆弧形，此后，响应曲线随着滤波器的衰减变得显著而趋向大的负值。图2-3示出了在一个电话通道上是如何使用滤波器来建立一个通频带的。第九页，共80页。2014年9月19日102.2话音线路的参数和信号失真问题

第十页，共80页。2014年9月19日112.2话音线路的参数和信号失真问题在理想的情况下，在一个电话通道的通频带上所有的频率应该经历同样数量的衰减，就像在图2-3中示出的在截止频率之间的直线那样。不幸的是，高频要比低频更快地减少强度，使得在频率向着通频带的端点增加时衰减增加。此外，当接近通频带滤波器操作频率的边缘时衰减增加。结果，表示电话通道中信号衰减失真的振幅-频率响应就如图2-4所示的那样。第十一页，共80页。2014年9月19日122.2话音线路的参数和信号失真问题

第十二页，共80页。2014年9月19日132.2话音线路的参数和信号失真问题为了把衰减失真的影响减到最小，一些Modem中包括一个衰减均衡器。这种类型的均衡器在通频带内引入可随频率变化的增益，补偿高频和低频的差别，也补偿在通频带边缘增加的衰减。图2-5示出了一个衰减均衡器的操作，它的作用在通频带上产生接近均匀的信号电平。第十三页，共80页。2014年9月19日142.2话音线路的参数和信号失真问题

第十四页，共80页。2014年9月19日152.2话音线路的参数和信号失真问题影响从接收信号恢复信息的第二种类型的失真是延迟失真。在一个无失真的通道中，所有频率以同样的速度通过通道，信号的频率和相位对时间具有恒定的线性关系[a=Asin(2ft+),]，从而保证一个信号的发送不会干扰前一个已被发送的信号的接收。不幸的是，在现实中的所有通道都有一定程度的失真。当失真发生时，在信号的相位和频率之间的关系变成非线性的。在不同频率上测量延迟所得到的包络延迟反映了相位相对于频率的曲线的斜率变化的程度。这种延迟变化是基于传输距离的改变。图2-6示出了在电话通道上发送的信号的两个典型的延迟曲线，其中比较陡的曲线表示在比较长的距离的线路上的包络延迟（相对于比较平缓的曲线而言）。第十五页，共80页。2014年9月19日162.2话音线路的参数和信号失真问题

第十六页，共80页。2014年9月19日172.2话音线路的参数和信号失真问题为了说明包络延迟对通信的潜在影响，假定一个Modem用两个音调之一发送：f1表示二进制0，f2表示二进制1。这种调制方法称作频移键控（FSK:FrequencyShiftKeying）。由于不同的频率具有不同的延迟，现在存在着这样的可能，当音调f1到达接收端Modem时，表示不同二进制值的音调f2也同时到达了。这就可能引起一个接收到的信号在时间上跟第二个信号重叠，由一个音调引起另一个音调失真。虽然所有的通信线路都展示一定程度的延迟，但重要的是扁平化通过通频带的延迟，以最小化一个信号音调重叠另一个音调的可能性。一些Modem的设计使用延迟均衡器，引入跟电话通道所呈现的特征大约相反的延迟。通过使用一个均衡器，在通频带内跟频率相关的延迟可以变成如图2-7所示那样相对扁平。这样做的结果是减少了一个音调干扰另一个音调的可能性，人们把这种干扰正式地称作符号间干扰。第十七页，共80页。2014年9月19日182.2话音线路的参数和信号失真问题

第十八页，共80页。2014年9月19日192.3调制解调器的基本成分图2-8以方框图的形式示出了一个Modem的基本组成元素，其中，图的上半部是跟发送器相关的成分，图的下半部是跟接收器相关的成分。需要指出的是，图2-8表示的是一种通用的Modem，用虚线画出的那些成分仅适用于同步设备。此外，为了把重点放到数据的调制和解调上，图中故意省略了诸如微处理器、ROM和RAM等为Modem提供智能的其他成分。Modem发送器的关键成分包括数据编码器、扰码器、调制器、放大器、滤波器、时钟源和发送控制电路。在这些成分中，扰码器和由时钟源提供的发送时钟仅用于同步Modem(信号自带时钟)。第十九页，共80页。2014年9月19日202.3调制解调器的基本成分

第二十页，共80页。2014年9月19日212.3调制解调器的基本成分数据编码器是一个选项，在许多Modem中使用，使得每次信号变化可以表示多于1位的信息。同步Modem在RS-232接口的15针和17针上提供时钟信号。当一个Modem接收一个调制的同步数据流，并把调制后的数据传递给附接的终端设备时，它也给数据终端提供一个时钟信号。这个时钟信号由Modem从接收的数据中产生，告诉终端设备什么时候在针3（接收数据电路）上采样。因此，接收时钟信号也常被称作衍生时钟信号，因为它是从接收的数据中产生的。为了让一个同步Modem的接收时钟正确地起作用，必须使它保持跟接收的数据同步。这就要求在数据组成中有足够数量的跳变，从而允许接收方Modem的电路从接收的数据取得定时信息。由于数据流可以由任意的位组合模式构成，数据很可能随机地包含长串的0或长串的1。当发生这样的数据序列时，数据就不能给接收方提供时钟恢复所需要的足够数量的信号跳变，这就是在同步Modem中结合进扰码器的缘由。第二十一页，共80页。2014年9月19日222.3调制解调器的基本成分扰码器根据预定的算法修改待调制的数据。这类算法通常使用一个反馈移位寄存器实现，它检查位序列，修改其组成，保证每种可能的位组合都同样可能发生。在接收Modem处，一个解扰器采用跟发送方相反的算法过程，把数据恢复成原先的串行数据流。在本质上，扰码器的操作是为了使得数据看上去更加随机。我们可以把扰码和解扰过程用多项式来表示，例如取多项式

P=1+x-3+x-5，用它表示的二进制数据去除一个输入序列就产生被扰后的序列。在接收器中将所收到的加扰信号乘以同一多项式即可恢复原始输入序列。图2-9中，100101是多项式P所表示的二进制数据，输入序列是1111，被扰码后的发送序列是1001，它是输入除以P（100101）的结果。当它再乘以P时，即可得到原始输入。我们可以看到，在输入序列中包含周期性序列101010和一个长串的0，扰码器有效地把长串的0消除了，使得连续0的个数不超过3。第二十二页，共80页。2014年9月19日232.3调制解调器的基本成分

第二十三页，共80页。2014年9月19日242.3调制解调器的基本成分调制器根据串行数据流改变Modem放到通信线路上的载波的音调。放大器提高将要在电话线路上传输的调制信号的电平，而滤波器限制放到线路上的音调的频率。在接收端，从电话线路上接收到的信号被滤波，消除由噪声引起的附加音调，然后再被放大，以提高接收信号电平。在图2-8中的Modem接收器部分示出的均衡器的作用是测量接收的模拟信号的特征，并针对该信号进行自身调节，以尽量减少衰减和延迟对传送的信号的不同成分的影响。为此，Modem的发送器在传送之前要发送一个短的训练信号。这个训练信号表示对载波的一种预先定义的调制，其理想的接收特征是为远方Modem接收器的均衡器所知的。因此，接收方Modem将调节其均衡器，直到接收到可能的最好信号为止。第二十四页，共80页。2014年9月19日252.4三种基本的调制方式话音信号是音调和强度连续变化的图案。当话音信号被一个送话器转化成电信号时，它提供连续变化的电波。这个电波匹配产生它的声音的压力图案，被称作模拟信号，因为它相似于连续变化的声波。在电话机和本地局交换机之间所传输的信号是采用模拟信号传输模拟数据的编码方式。模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。载波本身是不传递任何信息的正弦波，但它的属性可以根据要传输的数据改变。被传输的数据可以是模拟的声音数据，也可以是计算机或终端产生的数字数据，如果是后者，就被称作是模拟信号传输数字数据的编码方式。调制过程改变载波信号的属性。由于载波是正弦波，它可以表示成a=Asin(2ft+),这里的a是在时间t电压的瞬时值，A是最大振幅，f是频率，是相位。第二十五页，共80页。2014年9月19日262.4三种基本的调制方式载波可以被改变的属性对于振幅调制（AM:AmplitudeModulation）是载波的振幅，对于频率调制（FM:FrequencyModulation）是载波的频率，对于相位调制（PM:PhaseModulation）是载波的相角。振幅调制最简单的方法是改变信号的振幅，用0电平表示二进制0，用一个固定的峰值到峰值的电压表示二进制1。图2-10示出的是使用振幅调制把一个数字流编码成一个适当的模拟信号序列。虽然纯粹的振幅调制通常只用于非常低的数据速率，但它也跟相位调制结合普遍用于高速数字数据流的调制。第二十六页，共80页。2014年9月19日272.4三种基本的调制方式

第二十七页，共80页。2014年9月19日282.4三种基本的调制方式频率调制考虑的是在一个给定的振幅上信号如何频繁地自我重复。它在数字领域最早的使用是在低速Modem的设计中，当输入数据从二进制1变成二进制0或从二进制0变成二进制1时，发送器从一个频率转变成另一个频率。这样的频移键控（FSK:FrequencyShiftKeying）主要适用于以全双工方式操作的数据速率最高达300bps的Modem，以及以半双工方式操作的数据速率最高达1200bps的Modem。图2-11示出了频率调制的信号波形。贝尔系统103/113型Modem是最早使用频率调制的一个Modem产品实例。该Modem工作在两种方式之一：始发或应答。始发方式Modem通常连接到一个发起呼叫的终端设备，而应答方式Modem通常连接到在公用交换电话网上应答呼叫的计算机。1170Hz和2125Hz是该Modem使用的两个中心频率，通过频率划分得到两个独立的数据通道，允许在两线的电话接入电路上进行全双工传输。第二十八页，共80页。2014年9月19日292.4三种基本的调制方式

第二十九页，共80页。2014年9月19日302.4三种基本的调制方式相位调制是针对信号周期的开始位置改变载波信号的过程（参见图2-12）。在Modem中使用多种形式的相位调制，包括单个位和多位的相移键控以及振幅调制和相移键控的结合。在最简单的情况下，相位调制就是在输入数据从二进制0变成二进制1或从二进制1变成二进制0时，把正弦波的相位移动180；否则，相位不变，即相移为0；结果产生如图2-12所示的波形，它也就是一般意义上的相移键控（PSK:PhaseShiftKeying）。第三十页，共80页。2014年9月19日312.4三种基本的调制方式

第三十一页，共80页。2014年9月19日322.4三种基本的调制方式

第三十二页，共80页。2.5正交频分多路复用在正交频分多路复用（OFDM:OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing）中，通道带宽被划分成许多个子载波，每个子载波都独立地发送数据。这些子载波在频域中是紧密地靠在一起的，因此，发自每个子载波的信号都延伸到邻近的子载波。然而，如图2-14所示，每个子载波的频率响应都被设计成在相邻子载波的中心处的值是0。因此这些子载波可以在它们的中心频率处采样，但不会干扰相邻子载波运载的数据。OFDM被用于802.11、同轴电缆网络和电源线网络中，并计划用于第4代蜂窝系统中。通常把一个高速率的数字信息流分解成许多个低速流，并把它们在许多个子载波上并行地发送。这种分解是有价值的，因为在子载波级比较容易处理通道的衰落；一些子载波噪音非常大，可以不使用。2014年9月19日33第三十三页，共80页。2.5正交频分多路复用

图2-14正交频分多路复用2014年9月19日34第三十四页，共80页。2014年9月19日352.6正交振幅调制大多数克服Nyquist限制的实际方法都是通过在每个信号跳变中放进更多的位来提高数据传输的速率，因此，Modem的设计常常结合使用多种调制技术。一种普遍采用的结合调制技术涉及振幅和相位调制，并被称为正交振幅调制（QAM:QuadratureAmplitudeModulation）。QAM的首次实现有12个相位值，在其中４个相位上有两个振幅值，共产生如图2-15所示的16种可能的信号状态。早期在市场上推出的贝尔系统209Modem就采用这种调制技术，用2400波特的信号速率实现了9600bps的数据传输。第三十五页，共80页。2014年9月19日362.6正交振幅调制

第三十六页，共80页。2014年9月19日372.6正交振幅调制除了结合两种调制技术，QAM跟先前讨论过的调制方法的另一个不同点是它使用了两个载波信号,即同相（IP:In-Phase）的余弦载波和作为正交成分(QC:QuadratureComponent)的正弦载波，并用不同的信号电平调制正弦波和余弦波的振幅；这也是QAM的定义名称“正交幅度调制”的由来。因此QAM是一种双通道调制过程。如果画出如图2-15所示那样的表示特定的QAM中所有可能的数据采样，那么所产生的点的序列就可以被看成是该调制技术的信号结构。称呼这些点的另一个常用术语是星座图。第三十七页，共80页。2014年9月19日382.6正交振幅调制实质上，QAM是用两个独立的基带波形(脉冲)对两个相互正交的同频载波进行调制，利用这种信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。仍以16QAM为例，要发送的4比特信息被映射为星座图中的16个点之一。对于4比特信息来说，具有16个点的星座图中的每种比特组合都可用x-y坐标系中的一个唯一的点来表示。每个4比特组合所对应的x和y值指定了将要在信道上发送的正弦波和余弦波的振幅。在接收端，载波的正交性允许解调器对两路信息分别解调。检波器对二维的复用信号进行检测，并将它们映射回比特数据流。图2-16示出了一个采用QAM的Modem的发送器的简化方框图。编码器操作串行数据流的4比特，并产生将要被调制的两个载波，即同相的余弦载波IP和作为正交成分的正弦载波QC。然后，IP和QC相加，产生传送信号，在x-y坐标中每个点表示对余弦载波和正弦载波的具体调制水准。第三十八页，共80页。2014年9月19日392.6正交振幅调制

第三十九页，共80页。课间休息

2014年9月19日40第四十页，共80页。2.7电话MODEMMODEM有多个不同的种类，包括电话MODEM、数字用户线MODEM、同轴电缆MODEM和无线MODEM。如图2-17所示，电话MODEM被用来在两台计算机之间在话音级电话线路上传输二进制位串。这样做的主要问题是话音级电话线路的带宽被限制在3100Hz，尽管它对于承载会话是足够的。这个带宽比用于以太网或802.11(WiFi)的带宽至少相差4个数量级。相应地，电话MODEM的数据速率也比以太网或802.11低4个数量级以上。Nyquist定理告诉我们，即使是完美的3000Hz线路（电话线路肯定不是这样），也不要以大于6000波特的速率发送符号（symbols）。实际上，大多数MODEM都是以2400符号/秒或2400波特的速率发送，并且把重点放在从每个符号得到多个比特上，还要通过在不同的方向上使用不同的频率，来允许数据同时在两个方向上传输。2014年9月19日41第四十一页，共80页。2.7电话MODEM

2014年9月19日42第四十二页，共80页。低档的2400bpsMODEM使用0伏表示逻辑0,1伏表示逻辑1，每个符号编码1比特。向上提高一步，它可以使用4个不同的符号，就像在QPSK（正交相位键控）中所做的那样，从而每个符号编码2比特，可以得到4800bps的数据速率。随着技术的改善，电话MODEM在取得较高数据率方面已经取得了长足的进步。较高数据率需要使用一个大的符号集或星座。由于使用许多个符号，即使在被检测的幅度或相位中只有少量的噪音，也可能产生差错。为了减少差错的可能性，较高速率的电话MODEM标准都把一些符号用于差错纠正。

V.32

MODEM采用32个星座点在2400波特让每个符号发送4个数据比特和1个校验比特，取得带有差错纠正的9600bps。2014年9月19日432.7电话MODEM第四十三页，共80页。2.7电话MODEM在9600bps之上

的下一台阶是14400bps，它被称着V.32bis,在2400波特每个符号发送6个数据比特和1个校验比特。再往后是V.34，它通过在2400波特每个符号发送12个数据比特取得28800bps的数据速率。在这种情况下的的星座图已经有了数千个点。在这个序列中的最后一种MODEM是V.34bis，它在2400波特每个符号发送14个数据比特，

所取得的数据速率是33600bps。

标准MODEM停止在33600bps的原因是基于本地回路的平均长度和这些线路的质量计算的电话系统的Shannon限制是大约35kbps。使用比此更快的速率将违反物理定律(如果在2400波特每个符号发送15个数据比特，

那么所取得的数据速率将是36kbps，那是不可能无错传输的)。2014年9月19日44第四十四页，共80页。2.7电话MODEM然而有一种方法可以改变这种情况。在电话公司的端局，数据被转换成数字形式之后才再在电话网络内部

传输。35kbps的极限值是针对有两个本地回路的情况，每端1个。它们中的每一个都把噪音加到信号上。如果我们能够除去这两个回路中的一个回路，那么我们就可能增加信噪比，从而使最大数据率提高1倍。56k-bpsMODEM就是用这个方法工作的。

在一端，典型地是一个ISP，从最近的端局得到高质量的数字馈入。这样当连接的一端是高质量信号（就像现在的大多数ISP那样）时，最大数据率可高达70kbps。然而在都使用MODEM和模拟线路的两个家庭用户之间，最大数据率依然是33.6kbps。2014年9月19日45第四十五页，共80页。2.7电话MODEM使用56-kbpsMODEM

而不是70-kbpsMODEM的原因跟Nyquist定理有关。我们知道，在电话系统内部的电话通道承载的是数字采样。每个电话通道是4000Hz带宽，其中包括用于隔离的警戒带。根据Nyquist定理为了重构所需要的每秒采样数目是8000。在美国每个采样的比特数目是8，其中有1比特可以用于控制的目的，从而允许56-kbps的用户数据。在欧洲，采样的所有8比特都可以提供给用户(但他们把由32个8比特数据采样组成的1个125s的基本帧中的30个信道用于传信息，2个信道用于传控制信号）。因此本来也可以使用64-kbpsMODEM，但为了在国际上形成一致的标准，最后还是选择56-kbps用户数据作为国际标准。这样做的结果就产生了V.90和V.92MODEM标准。它们都提供56-kbps的下行通道（从ISP到用户），但V.90提供的上行通道速率是33.6-kbps,而V.92提供的上行通道速率是48-kbps。

2014年9月19日46第四十六页，共80页。2.7电话MODEM在V.90中，PCM仅用于两台计算机连接中的从ISP到端局的下行连接（最大速率为56-kbps），而对于上行连接，从用户到端局以及从端局到ISP都使用模拟信号，从而把最大上行速率限制到33.6-kbps。在V.92中，上行连接和下行连接都使用PCM，也就是说，对于上行连接，从端局到ISP也使用数字信号。PCM(脉冲编码调制)允许执行更高速率的数字传输。上行PCM为上行数据提供数字连接，从而减少了延迟，允许48-kbps的最大上传速率。而在先前的V.90中，该速率被从端局到ISP的模拟信号限制成33.6-kbps。上行速率和下行速率的不对称是因为与从用户到ISP相比，通常从ISP到用户有更多的数据要传输。这也意味着，可以把有限带宽的较多部分分配给下行通道，从而增加它实际工作在56-kbps的可能性。

2014年9月19日47第四十七页，共80页。2014年9月19日482.8ADSL接入网络的设备配置

就在电话工业界庆贺他们最后取得56-kbps最大速率成功的同时，同轴电缆工业界已经开始在共享的同轴电缆上提供高达10Mbps的速率。由于因特网接入在他们的商业中占有越来越重要的地位，电话公司开始意识到，他们需要有更具竞争力的产品。他们的解决方案是在本地回路上提供新的数字服务。该服务的技术途径就是我们将在下面讨论的ADSL。ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine,不对称数字用户线）是一种利用现有的传统电话线路高速传输数字信息的技术。该技术将大部分带宽用来传输下行信号（即用户从网上下载信息），而只使用一小部分带宽来传输上行信号（即用户向服务器上传信息），这样就出现了所谓不对称的传输模式。第四十八页，共80页。2014年9月19日492.8ADSL接入网络的设备配置电话线路接入Modem的数据速率被限制到一个较低水准的原因是因为电话系统是为传送话音设计的，整个系统都针对这一目标仔细优化，在本地回路终止的电话局一端，导线连进一个滤波器，该滤波器滤掉了低于300Hz和高于3400Hz的所有频率。实际上，截止不是陡然发生的，300Hz和3400Hz都是3dB点（电压或电流幅度降低到大约0.7,对应一半的功率），因此，虽然在这两个3dB(10log102≈3)点之间的距离是3100Hz，但通常都把带宽说成是4000Hz，其中包括用于符号间隔离的警戒带。接入Modem的数据传输也被限制到这个窄的带宽。ADSL把本地回路连接到不同的交换机，其中没有上述的过滤器，因此可以使用本地回路可提供的全部带宽，大约等于1.1MHz。第四十九页，共80页。2014年9月19日502.8ADSL接入网络的设备配置与传统传输技术相比，ADSL是一种宽带调制解调器技术。ADSL系统可提供3条信息通道，即高速下行信道（从电话局到用户）、上行信道（从用户到电话局）和普通电话业务信道。下行和上行数字信号可与传统电话信号在同一对双绞线上共存而不互相影响。现实的ADSL可提供1.5Mbps至9Mbps的下行传输速率，以及640kbps至1.536Mbps的上行传输速率。具体的数据速率跟线路的长度有关。按照ANSIT1.143规范，ADSL在传输距离是2.7~3.7km时下行速率为6~8Mbps，上行速率为1.5Mbps；在传输距离是4.5~5.5km时下行传输速率降为1.5Mbps，上行速率为64kbps。第五十页，共80页。2014年9月19日512.8ADSL接入网络的设备配置ANSI的ADSL标准采用称作离散多音频（DMT,DiscreteMulti-Tone）的线路编码技术。它把传输频带划分成许多个子信道，并在这些子信道上并行地发送比特串。在初始化时，DMT调制解调器在每路子信道上发送测试信号，以判断它们的信噪比。然后，它就可以为信号传输质量好的子信道多分配一些比特，而为传输质量差的子信道少分配一些比特。一般说来，随着频率的升高，衰减也不断增大，因而信噪比下降；其结果是频率较高的子信道承载的数据负荷量较小。当然，外部干扰也是影响子通道传输质量的重因素。第五十一页，共80页。2.8ADSL接入网络的设备配置

DMT在初始化之后，把要传输的比特流划分成若干个子比特流，并把它们分配到各个子信道。每个准备承载数据的子信道都会得到一个子比特流。所有子比特流的数据率之和等于总的数据率。然后，每个子比特流通过QAM被转换成模拟信号后再在子信道上传输。如图2-18所示，ADSL把在本地回路上可提供的1.1MHz频谱划分成256个独立的子通道，每个子通道的带宽为4312.5Hz。子通道0用于普通电话业务。为了保持模拟话音信号和数字数据信号隔离，防止互相干扰，子通道1~5不使用。在其余的250个子通道中，1个用于上行控制，1个用于下行控制，剩下的248个子通道可用于用户数据。

2014年9月19日52第五十二页，共80页。2014年9月19日532.8ADSL接入网络的设备配置

第五十三页，共80页。2014年9月19日542.8.1ADSL接入网络的设备配置原则上，250个子信道中的每一个都可用于全双工数据流，但由于谐波、噪音、串音和其他效应使得实际系统的带宽利用远小于理论限制值。在250个子信道中(共256个子信道,子通道0用电话，1~5作为隔离区不使用)，子信道6至30用于上行数据传送和控制，其中1个子信道用于控制，24个子信道用于数据传输。如果有24个子信道，每个使用4kHz（来自4312.5Hz的可用带宽），采用QAM调制，每波特最多可调制15比特，即60kbps，那么在上行方向上可以有24×4000×15即1.44Mbps的带宽。然而，在通常情况下速率都低于500kbps，因为一些载波因所在频率附近噪音大而被取消，也就是说，有一些子信道不能使用。第五十四页，共80页。2014年9月19日552.8ADSL接入网络的设备配置子信道31至255（225个子信道）用于下行数据传送和控制。其中，1个子信道用于控制，224个子信道用于数据传输。如果有224个子信道，每个使用4kHz（来自4312.5Hz的可用带宽），采用QAM调制，每波特最多可调制15比特，即60kbps，那么在下行方向上可以有224×4000×15即13.4Mbps的带宽。然而，在通常情况下速率都低于8Mbps，因为一些载波因所在频率附近噪音大而被取消，也就是说，有一些子信道不能使用。第五十五页，共80页。2014年9月19日562.8ADSL接入网络的设备配置图2-19示出了典型的ADSL设备配置。电话公司的技术员在用户室内安装一个网络接口设备（NID）来在电信部门设备与用户室内设备之间提供隔离。这个小设备（也可以是包含它的另一个设备，例如分离器）标志电话公司设备的终点，也是客户设备的起始位置。紧挨着NID的是一个分离器，它是一个模拟过滤器，把普通电话使用的0~4000Hz频段跟数据频段分离开来。电话信号被路由到现有的电话机，数据信号被路由到一个ADSLModem。ADSLModem使用DMT调制和解调数据，建立下行和上行通道。ADSLModem实际上是一个数字信号处理器，起着250个QAMModem的作用，并行地运行在不同的频率。由于现有的大多数ADSLModem都是外接设备，计算机必须通过高速端口连接到它，通常就是在计算机中插入一个以太网卡，并连接一个仅包含计算机和ADSLModem的两节点以太网。第五十六页，共80页。2014年9月19日572.8ADSL接入网络的设备配置

第五十七页，共80页。2014年9月19日582.8ADSL接入网络的设备配置在电话线路的另一端，即电话端局，相应地也安装一个分离器。在这里，本地回路被端接到主配线架。主配线架是端接通往许多用户住处的铜线回路的中心点。对于ADSL来说，对应每个本地回路，都有一对导线连接到电话局一侧的分离器。端局的分离器实际上是由一组分离器构成，具有ADSL服务的每个回路都使用一个分离器。从每个分离器引出两对线，第一对线接入话音交换机，提供常规的电话服务；第二对线接入端局中一个称作DSLAM（DigitalSubscriberLineAccessMultiplexer,数字用户线接入复用器）的新设备，该设备包含跟ADSLModem同样种类的数字信号处理器。分离器把信号的话音部分过滤出来，送往常规的话音交换机,并把25kHz以上的信号送往DSLAM。一旦信号被恢复成比特流，就可以从其建立分组，发往ISP。第五十八页，共80页。2014年9月19日592.9ADSL调制技术和传输机制由于传输衰减和传输速度都随频率变化，因此我们不希望在传输信号中包含广大范围的频率。不幸的是，在数字信号中使用的方波具有很宽的频带，因此容易遭受显著的衰减和延迟失真。这些效应使得基带信号只适用于较短的距离或较低的速率。为了能够在较长的距离上取得较高的数据传输速率，ADSL采用了一种模拟信号传输数字数据的编码技术，即DMT调制。第五十九页，共80页。2014年9月19日602.9ADSL调制技术和传输机制DMT(离散多音频)是一种正交多载波通带线路编码技术。它的基本原理是把可用带宽分成N个独立的、等宽的子信道，根据子信道的特性（如信噪比、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。如果某一个子信道噪音干扰严重，无法承载数据，就简单地将其关闭；而对于那些能够传送数据的子信道，则根据其瞬时特性，在一个码元包络内传送1~15位信息。第六十页，共80页。2014年9月19日612.9ADSL调制技术和传输机制在每个子信道中，DMT采用不同星座点数的QAM调制，星座图编码器的输出仍将是余弦和正弦波。N越大，子信道带宽就越小，它们的传输函数就越接近理想情况（幅频平坦，相频线性），可以做到无码间干扰传输，充分发掘每个子信道的能力，充分利用每一段的频谱资源，从而达到接近仙农极限的传输速率。 由于子信道间相互独立，DMT可以根据各个子信道的特性动态地调整数据传输速率。DMT依据各个子信道的信噪比，安排相应的符号传输速率。在信道的低频端，信号的衰减较少，信噪比较大，QAM星座可以较密集，一般为10比特/Hz或更多。在频率特性较恶劣的子信道，调制率一般是4比特/Hz或更少。第六十一页，共80页。2014年9月19日622.9ADSL调制技术和传输机制为对抗随机的脉冲干扰，分配比特时一般都要留一定的信噪比富裕量，而且收发信机必须对线路进行测试，然后采取相应措施，补偿串音或干扰造成的性能下降，比如，当有单频干扰时，可将被干扰的子信道关闭，从而不影响其他子信道的正常工作。子信道中除了采用QAM技术外，还采用回音消除技术和前向纠错

，以提高所传输信号的性能。DMT面临的主要问题是如何适应不同电话线路之间性能的较大差异。QAM在信号状态很多时，对信道畸变和选择性衰减都很敏感，需要采用多种信道线性化措施和均衡措施。在ADSL系统中，为获得较理想的工作特征，一般均采用自适应均衡器补偿由传输信道引起的失真，要求解调时有与发送端相同频谱和相位特性的信号，这就造成了ADSL系统的高度复杂性。第六十二页，共80页。2014年9月19日632.9ADSL调制技术和传输机制在一般情况下，在发送和接收信号之间会产生干扰。但回波消除技术在Modem中注入了智能，使得Modem能够把其发送信号跟接收到的信号区别开来，从而可以消除它本身发送的信号对其接收器的影响。回波抵消电路保存发送信号的副本，可以从混合信号中抵消本端的发送信号，从而可取出本端所需的接收信号。第六十三页，共80页。2014年9月19日642.9ADSL调制技术和传输机制ADSL协议的功能是分层的，在协议的最低层，在ATU-C（ADSLTransmissionUnit－CentralOffice：ADSL局端传送单元）和ATU-R(ADSLTransmissionUnit,Remoteside：ADSL远端传送单元)之间使用线路编码DMT来传送每个符号的若干比特，这些比特被组帧后再进一步被组织成ADSL复帧，非常类似于T1的物理传输帧和复帧。第六十四页，共80页。2014年9月19日652.9ADSL调制技术和传输机制ADSL系统中的ADSL接口可以支持用户要求的一个单独的比特流，还可以像其他一些传输方式那样按帧传输。ADSL帧内的字节流最多可以同时分成7个承载信道，可以把承载信道看作是由ADSL系统透明传送的载有一种承载业务的特定速率的用户数据。需要注意的是，这些承载信道都是逻辑信道，属于所有承载信道的比特都被复用在同一物理链路上，所有承载信道的数据是同时在一条ADSL链路上传输的。第六十五页，共80页。2014年9月19日662.9ADSL调制技术和传输机制ADSL中最多可有4个完全独立的单工承载信道（AS0、AS1、AS2和AS3）和3个双工承载信道（LS0、LS1和LS2）。3个双工承载信道可以交替地配置成独立的单向单工承载信道，两个方向（上行和下行）承载信道的速率不需要匹配；其中的1个信道是必备的控制信道。在实际应用中，这些双工承载信道一般用于上行方向传输。除了单工（下行流）和双工（上、下行流，主要是上行流）承载信道，ADSL系统可以传送的总的比特率还应包括系统开销部分，即信头部分。ADSL信头可以完成许多功能，其中包括单工和双工承载信道的同步能力，让ADSL链路两端知道如何配置链路、链路的速率是多少以及如何在ADSL帧流中定位它们；也包括循环冗余检验（CRC：CyclicRedundancyCheck）和用于操作、管理和维护的指示比特等。第六十六页，共80页。2014年9月19日672.10数字用户线接入复用器数字用户线接入复用器(DSLAM:DigitalSubscriberLineAccessMultiplexer)把一组ATU-C（ADSLTransmissionUnit－CentralOffice：ADSL局端传送单元）与多路复用器的功能结合起来，连接着网络的客户端和网络服务提供商的网络。在靠近本地回路这一端，DSLAM将ATU-C集成在内，并通过ATU-C与ATU-R(ADSLTransmissionUnit,Remoteside：ADSL远端传送单元)连接；而在靠近广域网的那一端则以各种接口通过TCP/IP路由器等设备连接因特网、企业内部网、公用数据网以及各种服务器。第六十七页，共80页。2014年9月19日682.10数字用户线接入复用器在ADSL接入网中，DSLAM对于ADSL链路操作是很重要的。如图2-20所示，DSLAM使得各种数据信息都可以在双绞线上传输，来自远端用户的数据到达ATU-C之后通过DSLAM传输出去，来自广域网的数据也通过DSLAM传送到远端用户。第六十八页，共80页。2014年9月19日692.10数字用户线接入复用器

第六十九页，共80页。2014年9月19日702.10数字用户线接入复用器DSLAM至少要具有下列基本功能：

*包含一组ATU-C接口；

*将流量从多个ATU-C统计复用到一个连到广域数据网络的高速线路上，例如一个SDH的OC-3线路（155Mbps）；

*将来自广域数据网络的多路复用的流量分接，传送给对应的ATU-C；

*协商线路速率，ATU-C和ATU-R进行协调操作（控制信息），以判明线路特性，协商在本地回路上使用的最高比特率；

*作为一个中央管理平台。第七十页，共80页。2014年9月19日712.11ADSL的逻辑通道划分（阅读材料）在ADSL链路上传输的比特流，有的表示对时延敏感的音频和视频服务，有的表示Web页面访问，其他的表示文件传输、电子邮件等。因此，ADSL规范定义了两大主要的比特类，即时延敏感的比特和时延不敏感的比特。与此对应的有两种数据缓冲区，即快速数据缓冲区（低时延数据缓冲区）和交织数据缓冲区。术语“交织”指的是错误保护，而不是指传输设备如何对缓冲区提供服务。在本来的含义上，交织是解决突发性错误的一种方式。待发送的码元首先按照逐行的顺序存入一个矩阵，待矩阵填满之后，再按照逐列的顺序读出发送。在接收端，首先把接收到的信号按照逐列的顺序存入相同大小的矩阵，待矩阵存满之后，再按照逐行的顺序读出。第七十一页，共80页。2014年9月19日722.11ADSL的逻辑通道划分如果在传输过程中有一个突发性错误，它会在传输中形成对连续几个符号周期的破坏，这个破坏的长度称为突发程度。由于信道中传输的数据是按照矩阵逐列的顺序进行的，因此，突发性错误会按照逐列的顺序破坏传输符号。这样，被破坏的符号在接收机中被按照逐行的顺序读出时没有连在一起，而是被隔离成一个个单独的错误，从而可以用比较简单的检查或纠正单个错误的方法来检查或纠正传输差错。在ADSL通道中，时延敏感的比特一般都直接传输而不经过缓冲，而其他时延不敏感的比特则停留在交织缓冲区内，直