现代接入网技术 课件 第3章 铜线接入技术

第3章铜线接入技术铜线接入技术概述3.1

非对称数字用户线（ADSL）接入技术3.2超高速数字用户线（VDSL）接入技术3.33.1铜线接入技术概述1.DSL技术的特点（1）DSL技术利用已有的电话线提供宽带接入业务，不需要新的接入传输网络建设投

入，在接入网中可节省大量成本，并且省时便捷。（2）与最初的拨号接入相比，采用DSL技术可在开通数据业务的同时不影响语音业务，用户能在打电话的同时上网。3.1.1DSL技术发展2.DSL技术的分类DSL技术统称为XDSL，其中，“X”代表不同种类的数字用户线路技术。各种数字用户线路技术的不同之处主要体现在信号的传输速率和传输距离，以及上行速率、下行速率的对称和非对称上。对称DSL技术主要用于替代传统T1/E1接入技术，与传统T1/E1接入技术相比，DSL技术具有对线路质量要求低、安装和调试简便等特点，而且通过复用技术还可以提供语音、视频与数据多路传输等服务。目前，对称DSL技术主要有HDSL、SDSL、MVL及IDSL等几种。非对称DSL技术适用于对双向带宽要求不一致的应用，如WEB浏览、多媒体点播及信息发布等，非对称DSL技术主要有ADSL、RADSL及VDSL等。（1）HDSLHDSL（高比特率DSL）是目前众多DSL技术中较成熟的一种，并已得到了一定程度的应用。这种技术的特点是利用两对双绞线实现数据传输，支持N×64KBIT/S速率，最高可达E1速率。HDSL不用借助放大器即可实现3.6KM以内的正常数据传输。与传统T1/E1接入技术相比，HDSL最突出的优势是部署成本低廉、安装简便，是T1/E1接入技术的较为理想的替代技术之一。

（2）SDSLSDSL（单线DSL）是HDSL的单线版本，可提供双向高速可变比特率连接，速率范围为160KBIT/S～2.084MBIT/S。SDSL利用单对双绞线，可支持最高达E1速率的多种连接速率，在0.4MM双绞线上的最大传输距离可达3KM。与HDSL相比，SDSL可节省一对双绞线，因而部署更简单、方便。（3）SHDSLSHDSL（单对线高速DSL）遵循ITU-TG.991.2、G.994.2等协议标准。SHDSL是在HDSL技术的基础上发展而来的，由于SHDSL只需要一对电话线，所以可以大大减小运营商和用户的铜线资源的消耗。SHDSL采用TC-PAM16/32/64编码方式，编码等级越高，传输速度越快，可应用于语音、数据和视频等通信传输。（4）ADSLADSL（非对称DSL）能够在现有的电话双绞线上提供高达8MBIT/S的下行速率及1MBIT/S的上行速率，有效传输距离可达3～5KM。ADSL充分利用现有的PSTN电话网络，只需在线路两端加装ADSL设备即可为用户提供高速宽带服务，无须重新布线，因而可极大地降低服务成本。（5）VDSLVDSL（甚高速数字用户环路）可以在相对短的距离上实现极高的数据传输速率，最高可以达到58MBIT/S。在用户回路长度小于1.5KM的情况下，可提供13MBIT/S或更高的接入速率。从技术角度而言，VDSL是ADSL的升级技术，其平均数据传输速率是ADSL的5～10倍。另外，根据市场或用户的实际需求，VDSL可以设置成对称的，也可以设置成不对称的。技

术

名

称传

输

方

式最高上行速率最高下行速率最大传输距离传

输

介

质HDSL对称2.32MBIT/S2.32MBIT/S5KM1～3对双绞线SDSL对称2.32MBIT/S2.32MBIT/S3KM1对双绞线SHDSL对称5.7MBIT/S5.7MBIT/S7KM1～2对双绞线VDSL非对称2.3MBIT/S58MBIT/S2KM1对双绞线ADSL非对称1MBIT/S8MBIT/S5KM1对双绞线表3-15种DSL技术的比较1.2B1Q编码2B1Q码是无冗余度的4电平脉冲幅度调制码，属于基带型传输码。

其传输特性与模拟信号在双绞线上的传输特性相似，要求所用的传输线具有较好的线性幅频特性。3.1.2DSL关键技术BIT电平幅度00+301+110-111-3表3-22B1Q编码规则

图3-12B1Q编码示例

2B1Q编码的本质是四进制（电平）编码调制，与每个符号代表传输1BIT的二进制调制方式相比，2B1Q能在相同时间内传输2倍长度的数据。

如果需要进一步提高传输比特用是从频域上将整个信道划分为独立的两个或多个频带，分别用于上行和下行传输，彼此之间不会产生干扰。

回波抵消混合技术用于上行、下行传输频段相同的通信系统，可将本地发送信号在本地接收端的泄漏衰减到最小。2．CAP调制

无载波幅度/相位调制（CARRIERLESSAMPLITUDEMODULATION/PHASEMODULATION，CAP）技术是以QAM技术为基础发展而来的，可以说是QAM技术的变种。CAP技术在原理上类似于QAM技术，但不采用正交载波，而通过两个数字横向带通滤波器进行调制，其输出结合起来即为发送信号。在接收侧用“软判决”技术对信号进行解调，再用判决前馈均衡器对电缆芯径变化和桥接抽头进行适配。3．DMT调制

DMT（DISCRETEMULTI-TONE，离散多音）调制是当前使用得最广泛的ADSL调制技术，它将双绞线传输频带（0～1.104MHZ）划分为最多由256个频率指示的正交子信道（每个子信道占用4KHZ带宽）。在每个离散的子载波中，根据各自信噪比的大小可实现16～256点的星座编码，即每个子载波中的一个符号可以代表4～8BIT。图3-2DMT调制框图4．频分复用和回波抵消混合技术

采用频分复用和回波抵消混合技术可实现DSL系统中的全双工与非对称通信。频分复用是从频域上将整个信道划分为独立的两个或多个频带，分别用于上行和下行传输，彼此之间不会产生干扰。回波抵消混合技术用于上行、下行传输频段相同的通信系统，可将本地发送信号在本地接收端的泄漏衰减到最小。5．信号分离器技术

在同时传输语音信号和数据信号的DSL技术中，需要用专门的方式对语音信号和数据信号进行分离，这就是信号分离器技术，实现信号分离的装置称为分离器（SPLITTER）。

3.2非对称数字用户线（ADSL）接入技术3.2.1ADSL定义与特点非对称数字用户线（AsymmetricDigitalSubscriberLine，ADSL）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，其上行速率和下行速率不相等。ADSL下行速率接近8Mbit/s，上行速率接近640kbit/s，并且在同一对双绞线上可以同时传输传统的模拟语音信号。采用非对称传输模式的主要原因有两个：一是在目前的DSL应用中，大多用户从主干网络大量获取数据，而发送出去的数据却少得多；二是非对称传输可以大大减小近端串扰。ADSL接入技术主要特点：（1）充分利用现有铜线网络及带宽，只要在用户线路两端加装ADSL设备即可，方便、灵活，时间短，系统投资小。（2）同时提供普通电话业务、数字通路（个人计算机）、高速远程接收（电视和电话频道）。（3）使用高于3KHZ的频带传输数字信号。（4）使用高性能的离散多音频DMT调制编码技术。（5）使用FDM频分复用和回波抵消混合技术。（6）使用SPLITTER信号分离技术。

ADSL系统结构如图3-3所示，在用户环路的双绞线两端各加装一台ADSL局端设备和ADSL远端设备。3.2.2ADSL系统构成图3-3ADSL系统结构

图3-4ADSL收发信机原理框图ADSL系统的核心是ADSL收发信机（局端设备和远端设备），其原理框图如图3-4所示。其中，前向纠错码（FEC）是具有一定纠错能力的码型，它在接收端解码后，不仅可以发现错误，而且能够判断错误码元所在的位置并自动纠错。这种纠错码信息不需要存储、不需要反馈，实时性好，所以，在单向传输系统中都采用这种信道编码方式。图3-5ADSL接入网参考模型ADSL接入网参考模型如图3-5所示。其中，ATU-C（ADSLTRANSCEIVERUNIT-CENTRALOFFICESIDE）和ATU-R（ADSLTRANSCEIVERUNIT-REMOTESIDE）分别是ADSL局端和用户端的收发设备。在局端，ADSL收发器通过V接口与ATM宽带网络或高速以太网连接，再接入数字骨干网络；在用户端，ADSL收发器通过T接口和用户家庭内部网络连接，然后连接用户的网络设备，如计算机、机顶盒等。1.信号发送流程（局端）（1）数据接入和分配。（2）扰码和前向纠错。（3）DMT调制。2.信号接收流程（用户端）（1）分离器分离ADSL信号和语音信号。（2）带通滤波、回波抵消、放大、自动增益控制。（3）DMT解调制。（4）FEC解码、解扰和CRC校验。在ATU-R中有7个接收信道，其中4个是单工接收信道、3个是双工信道；在ATU-C中有7个发送信道，其中3个是双工信道、4个是单工发送信道。

ADSL典型接入应用如图3-6所示，图中显示了个人用户和单位用户通过ADSL接入的方式。3.2.3ADSL的应用图3-6ADSL典型接入应用在ADSL个人用户接入方式中，如果电话线通过了线路测试，那么在用户端只需增加一个ADSLMODEM，再通过局端网管进行相应数据的设置，即可实现宽带接入。ADSL的技术特点使其特别适合企事业单位对内组网建专用局域网。这是因为大部分企事业单位都已有自己的内部电话网和小交换机，可以利用现有的电话双绞线，借助ADSL方便地实现宽带接入。3.2.4ADSL2和ADSL2+ADSL技术虽然以其高性价比成为市场主导的接入技术，但是ADSL本身也存在一定问题。例如，较低的下行速率难以满足一些高速业务的开展，如流媒体业务；单一的ATM传送模式难以适应网络IP化的趋势；所支持的线路诊断能力较差，随着用户的不断增多，在线路开通前如何快速确定线路质量成为运营商十分头疼的问题；难以解决设备的散热问题。ADSL2和ADSL2+技术的出现使ADSL当前棘手的各问题得到了解决，而且ADSL2和ADSL2+技术的引入与部署也相对简单，某些DSLAM设备厂商在原有DSLAM的基础上只需要进行软件升级即可平滑支持ADSL2和ADSL2+，在技术增进、优势增加的基础上，投入成本不变。因此，ADSL2和ADSL2+的出现解决了ADSL的后续问题，使ADSL的前景变得更广阔。1.ADSL2（1）速率提高、覆盖范围扩大ADSL2在速率、覆盖范围上拥有比第一代ADSL更优的性能。ADSL2的最高下行速率可达12MBIT/S，最高上行速率可达1MBIT/S。ADSL2是通过减少帧的开销，提高初始化状态机的性能，采用更有效的调制方式、更高的编码增益及增强性的信号处理算法来实现的。（2）提供线路诊断技术对于ADSL业务，如何实现故障的快速定位是一个巨大的挑战。为了能够诊断和定位故障，ADSL2传送器在线路的两端提供了测量线路噪声、环路衰减和SNR（信噪比）的手段，这些测量手段可以通过一种特殊的诊断测试模块来完成数据的采集。这种测试在线路质量很差的情况（甚至ADSL无法完成连接）下也能够完成。此外，ADSL2提供了实时的性能监测，能够检测线路两端质量和噪声状况的信息，运营商可以利用这些通过软件处理后的信息来诊断ADSL2连接的质量，预防进一步服务的失败，也可以用来确定能否为用户提供更高速率的服务。（3）增强的电源管理技术第一代ADSL传送器在没有数据传输时仍处于全能量工作模式。如果ADSLMODEM能工作于待机/睡眠状态，那么对于数百万台MODEM而言，就能节省很可观的电量。为了达到上述目的，ADSL2提出了两种电源管理模式：低能模式L2和低能模式L3。这样，在保持ADSL“一直在线”的同时，能减小设备总的能量消耗。低能模式L2使得中心局调制解调器ATU-C端可以根据INTERNET上流过ADSL的流量来快速地进入和退出低能模式。在下载大量文件时，ADSL2工作于全能模式，以保证最快的下载速度；当数据流量减小时，ADSL2进入低能模式L2，此时的数据传输速率大大降低，总的能量消耗就减小了。当系统处于低能模式L2时，如果用户开始增大数据流量，系统可以立即进入L0模式，以获得最高的下载速率。低能模式L2状态的进入和退出不影响服务，不会造成服务的中断。2.ADSL2+

ADSL2+除具备ADSL2的技术特点外，还有一个重要的特点（扩展了ADSL2的下行频段），从而提高了短距离内线路上的下行速率。ADSL2+指定了一个2.2MHZ的下行频段，这使得ADSL2+在短距离（1.5KM内）的下行速率得到非常大的提高，可以达到20MBIT/S以上。使用ADSL2+可以有效地减小串话干扰。3.3超高速数字用户线（VDSL）接入技术3.3.1VDSL系统结构图3-7VDSL系统结构使用VDSL系统，普通模拟电话线不需要改动（上半部分），图像信号由局端的数字终端图像接口经光纤传输给远端，数据传输速率可达622MBIT/S（STM-4）或更高。VDSL收发信机通常采用离散多音频（DMT）调制（也可采用CAP调制），它具有很好的灵活性和优良的高频传输性能。传输模式VDSL标准中以铜线/光纤为线路方式定义了5种主要的传输模式，如图3-8所示。在这些传输模式中，大部分的结构类似于ADSL。ATM是多种宽带业务的统一传输方式。3.3.2

VDSL相关技术图3-8VDSL传输模式（1）STM模式同步转移模式（SYNCHRONOUSTRANSPORTMODULE，STM）是最简单的一种传输方式，也称为时分复用（TDM），不同设备和业务的比特流在传输过程中被分配固定的带宽。（2）分组模式在这种模式中，不同业务和设备间的比特流被分成不同长度、不同地址的分组包进行传输；所有的分组包在相同的“信道”上，以获得最大的带宽进行传输。（3）ATM模式ATM在VDSL网络中可以有三种形式。第一种是ATM端到端模式，它与分组包类似，每个ATM信元都带有自身的地址，并通过非固定的线路传输，不同的是，ATM信元长度比分组包小，且有固定的长度。第二种、第三种分别是ATM与STM、ATM与分组模式的混合使用，这两种形式从逻辑上讲是VDSL在ATM设备间形成了一个端到端的传输通道。2.其他技术VDSL所采用的技术在很大程度上与ADSL类似。不同的是，ADSL必须面对更高的动态范围要求，而VDSL相对简单；VDSL的开销和功耗都比ADSL小；用户方的VDSL单元需要完成物理层介质访问（接入）控制及上行数据复用功能。在VD