寬帶接入技術(shù)及應(yīng)用3-qj

寬帶接入技術(shù)及應(yīng)用編著：郭世滿馬蘊(yùn)穎郭蘇寧

北京郵電大學(xué)出版社

3.1DSL的信息環(huán)境3.2銅線接入信號(hào)處理技術(shù)3.3高比特率數(shù)字用戶線接入技術(shù)3.4第二代高比特率數(shù)字用戶線第3章銅線接入技術(shù)3.5不對(duì)稱數(shù)字用戶線接入技術(shù)3.6G.Lite與DSLAM3.7甚高速數(shù)字用戶線接入技術(shù)3.8新一代XDSL的應(yīng)用第3章銅線接入技術(shù)3.1DSL的信息環(huán)境3.1.1銅線的傳輸損耗和容量與其他所有介質(zhì)一樣，信號(hào)在銅線上傳送時(shí)會(huì)隨銅線長(zhǎng)度的增加而不斷衰減，在一條長(zhǎng)距離的環(huán)路上，總的衰減可達(dá)60~70dB。信號(hào)衰減與距離和頻率的關(guān)系雙絞線環(huán)路的信噪比與頻率關(guān)系的模擬結(jié)果芯徑為0.4mm的雙絞線的白噪聲信道容量3.1.2串?dāng)_和其他噪聲1.串?dāng)_根據(jù)串?dāng)_的來源，可以將串?dāng)_分為近端串?dāng)_、遠(yuǎn)端串?dāng)_、自串?dāng)_和外串?dāng)_。NEXT和FEXT示意圖疊加NEXT后的系統(tǒng)容量疊加FEXT后的系統(tǒng)容量2.脈沖噪聲短暫的電磁干擾對(duì)DSL系統(tǒng)產(chǎn)生脈沖式噪聲。脈沖噪聲的主要來源，包括空中閃電、家用電器的開關(guān)動(dòng)作等等。3.射頻干擾主要的噪聲源有調(diào)幅廣播和業(yè)務(wù)無線電。前者的頻率一般是固定的，干擾可預(yù)測(cè)，而后者則頻率和功率電平存在跳動(dòng)難以預(yù)測(cè)。3.1.3混合線圈與回波混合線圈實(shí)際上是一個(gè)電橋。如果該電橋達(dá)到平衡，只有極少量的發(fā)送信號(hào)能回到接受路徑中，為達(dá)到電橋平衡，關(guān)鍵性的因素是與用戶環(huán)路的阻抗匹配。3.2銅線接入信號(hào)處理技術(shù)近十年來，xDSL技術(shù)因其以低成本實(shí)現(xiàn)用戶線高速化而不斷受到重視，其中較為重要和使用的是HDSL、ADSL和VDSL技術(shù)等。3.2.12B1Q脈沖振幅調(diào)制即脈沖載波的幅度隨基帶信號(hào)變化的一種調(diào)制方式，簡(jiǎn)單的說就是按一定的時(shí)間間隔對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，產(chǎn)生一個(gè)振幅等于采樣信號(hào)的脈沖。2B1Q碼屬于基帶傳輸?shù)?PAM，是一種無冗余度的四電平脈沖幅度調(diào)制碼。歸零碼和不歸零碼NRZ定義

不歸零碼：在二進(jìn)制編碼方案中，把1和0用相反的、交替的高低電壓表示，代碼之間不會(huì)返回到零電壓(基準(zhǔn))。也就是說在數(shù)據(jù)流中只有兩個(gè)值：高和低。RZ定義

歸零：一種二進(jìn)制碼流編碼方案，兩個(gè)數(shù)據(jù)位之間信號(hào)須回到零電壓。該信號(hào)有三種有效狀態(tài)：高電平、低電平和歸零。歸零碼和不歸零碼、單極性碼和雙極性碼對(duì)于傳輸數(shù)字信號(hào)來說，最常用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個(gè)二進(jìn)制數(shù)字，即數(shù)字信號(hào)由矩形脈沖組成。a)單極性不歸零碼，無電壓表示"0"，恒定正電壓表示"1"，每個(gè)碼元時(shí)間的中間點(diǎn)是采樣時(shí)間，判決門限為半幅電平。

b)雙極性不歸零碼，"1"碼和"0"碼都有電流，"1"為正電流，"0"為負(fù)電流，正和負(fù)的幅度相等，判決門限為零電平。

c)單極性歸零碼，當(dāng)發(fā)"1"碼時(shí)，發(fā)出正電流，但持續(xù)時(shí)間短于一個(gè)碼元的時(shí)間寬度，即發(fā)出一個(gè)窄脈沖；當(dāng)發(fā)"0"碼時(shí)，仍然不發(fā)送電流。

d)雙極性歸零碼，其中"1"碼發(fā)正的窄脈沖，"0"碼發(fā)負(fù)的窄脈沖，兩個(gè)碼元的時(shí)間間隔可以大于每一個(gè)窄脈沖的寬度，取樣時(shí)間是對(duì)準(zhǔn)脈沖的中心。歸零碼和不歸零碼、單極性碼和雙極性碼的特點(diǎn)不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開始，需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進(jìn)行定時(shí)或同步；

歸零碼的脈沖較窄，根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系，因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。

單極性碼會(huì)積累直流分量，這樣就不能使變壓器在數(shù)據(jù)通信設(shè)備和所處環(huán)境之間提供良好絕緣的交流耦合，直流分量還會(huì)損壞連接點(diǎn)的表面電鍍層；

雙極性碼的直流分量大大減少，這對(duì)數(shù)據(jù)傳輸是很有利的。2B1Q碼與原比特碼的對(duì)應(yīng)圖2B1Q的功率密度3.2.2QAMQAM計(jì)正交振幅調(diào)制，是用兩個(gè)獨(dú)立的基帶波形對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，利用這種一條信號(hào)在同一帶寬內(nèi)頻譜正交的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)來兩路并行的數(shù)字信息傳輸。正交振幅調(diào)制系統(tǒng)16QAM調(diào)制原理16QAM星座圖16PSK星座圖3.2.3CAPCAP調(diào)制碼是使用數(shù)字濾波器產(chǎn)生的，而不是調(diào)制載波。它與QAM有相同的頻譜特性和理論基礎(chǔ)，同相分兩和正交分量有8個(gè)幅值，每個(gè)碼元含4比特信號(hào)，與QAM有相同的星座映射。CAQ調(diào)制系統(tǒng)CAQ碼的功率譜3.2.4DMT一般銅線回路的衰減特性隨其長(zhǎng)度、線徑、橋接等變化很大，銅線回路的通信容量也在變化。DTM是根據(jù)這些回路特性，利用數(shù)字處理技術(shù)的自適應(yīng)算法來調(diào)整數(shù)字濾波器的參數(shù)，使誤碼和串音等為最小，使任何子回路的通信容量最大。1.DMT信道分割原理把可用帶寬分成N個(gè)獨(dú)立的、等寬的子信道，根據(jù)信道的性能，即傳送數(shù)據(jù)的能力，把輸入數(shù)據(jù)自適應(yīng)的分配到每一個(gè)字信道上。圖3.2.9DMT信道圖3.2.10DMT編碼對(duì)線路條件的適應(yīng)2.DMT的調(diào)制系統(tǒng)框圖圖3.2.11DMT調(diào)制系統(tǒng)圖3.2.12串-并/并-串變換器結(jié)構(gòu)圖3.2.13循環(huán)前綴圖3.2.14頻率均衡3.3高比特率數(shù)字用戶線接入技術(shù)高比特率數(shù)字用戶線是ISDN編碼技術(shù)研究的產(chǎn)物。3.3.1HDSL系統(tǒng)的基本組成HDSL技術(shù)是一種基于現(xiàn)有銅線技術(shù)，它采用了先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)自適應(yīng)均衡技術(shù)和回波抵消技術(shù)。圖3.3.1HDSL系統(tǒng)構(gòu)成圖3.3.2HDSL系統(tǒng)的參考配置圖3.3.3HDSL收發(fā)機(jī)原理3.3.2HDSL楨結(jié)構(gòu)HDSL既適應(yīng)T1，又適應(yīng)E1，這是因?yàn)門1和E1使用同樣的HDSL楨結(jié)構(gòu)。圖3.3.4HDSL楨結(jié)構(gòu)3.3.3HDSL關(guān)鍵技術(shù)線路編碼線路碼主要有2B1Q和CAP兩種。性能損傷傳輸標(biāo)準(zhǔn)3.4HDSL2接入技術(shù)HDSL2代表“第二代高比特?cái)?shù)字用戶線”技術(shù)，規(guī)范的產(chǎn)品在1998年生產(chǎn)。本質(zhì)是在一對(duì)線上傳送T1和E1速率信號(hào)。3.4.1HDSL2的設(shè)計(jì)目標(biāo)一對(duì)線上實(shí)現(xiàn)兩線對(duì)HDSL的傳輸速率。獲得與兩線對(duì)HDSL相等的傳輸距離。對(duì)環(huán)路損壞的容忍能力不能低于HDSL.對(duì)現(xiàn)有業(yè)務(wù)造成的損害不能超過兩線對(duì)HDSL能夠在實(shí)際環(huán)路上可靠地運(yùn)行價(jià)格要比傳統(tǒng)的HDSL低。3.4.2HDSL2的線路編碼關(guān)于HDSL2的爭(zhēng)論都集中于HDSL2線路碼的選擇上。圖3.4.1CAP與PAM的差別3.4.3HDSL2中的FDM和回波抵消圖3.4.2HDSL2的回波抵消3.5ADSL接入技術(shù)不對(duì)稱數(shù)字用戶線是一種利用現(xiàn)有的傳統(tǒng)電話線路高速傳輸數(shù)字信息的技術(shù)。與傳統(tǒng)傳輸技術(shù)相比，ADSL是一種寬帶調(diào)制解調(diào)技術(shù)器技術(shù)。圖3.5.1下載時(shí)間比較ADSL的技術(shù)特點(diǎn)ADSL系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是“不對(duì)稱”。這正好與接入網(wǎng)中圖像業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的固有不對(duì)稱性相適應(yīng)。ADSL的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.5.2ADSL的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.5.3ADSL收發(fā)信機(jī)原理傳輸帶寬ADSL基本上是運(yùn)用頻分復(fù)用或是回波抵消技術(shù)，將ADSL信號(hào)分割為多重信道。簡(jiǎn)單的說，一條ADSL線路可以分割為多條邏輯信道。圖3.5.4ADSL的帶寬分割方式ADSL的技術(shù)基礎(chǔ)圖3.5.5ADSL系統(tǒng)參考模型圖3.5.6ADSLATU-C原理結(jié)構(gòu)ADSL的重要特征首先是規(guī)定要支持模擬話音服務(wù)。其次是考慮ADSL所能提供的服務(wù)種類。最后是ADSL在客戶端的實(shí)現(xiàn)可以采用多種形式。影響ADSL性能的因素衰損:尤其是高頻反射干擾：橋接抽頭串音干擾：近端串音、遠(yuǎn)端串音、高頻干擾噪聲干擾：突發(fā)電磁波耦合

ADSL的調(diào)制技術(shù)ADSL調(diào)制調(diào)解器利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)將大量的數(shù)據(jù)壓縮到雙絞銅質(zhì)電話線上，再運(yùn)用轉(zhuǎn)換器、分頻器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器等組件來進(jìn)行處理。圖3.5.7簡(jiǎn)化的調(diào)制/解調(diào)流程ADSL采用的調(diào)制技術(shù)加/解擾FEC編碼交織整形補(bǔ)償

ADSL的傳輸方式ADSL也是一個(gè)按楨傳輸方式，與其它楨不同的是，ADSL楨中的位流可以分割。

ADSL楨結(jié)構(gòu)圖3.5.8ADSL超楨和楨結(jié)構(gòu)圖3.5.9ADSL數(shù)據(jù)楨結(jié)構(gòu)圖3.5.10下行方向ADSL的快速數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖3.5.11上行方向ADSL的快速數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖3.5.12快速字節(jié)結(jié)構(gòu)圖3.5.13下行方向ADSL的交錯(cuò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖3.5.15ADSL四種不同傳輸模型3.6G.Lite與DSLAM3.6.1G.Lite傳統(tǒng)的ADSL技術(shù)和產(chǎn)品早在20世紀(jì)90年代初就已經(jīng)出現(xiàn)，但高速ADSL技術(shù)的應(yīng)用比預(yù)計(jì)的要遲緩，其市場(chǎng)也一直很難形成規(guī)模。圖3.6.1ADSL.Lite的基本網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)數(shù)字用戶環(huán)路接入復(fù)用器圖3.6.2ADSL.Lite系統(tǒng)參考模型技術(shù)特點(diǎn)通用的、唯一的標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)單的即插即用性能：25倍始終接通5.價(jià)格低缺點(diǎn)速度低3.6.2DSLAM

DSLAM是出于效率原因?qū)⒁唤MATU-C與多路復(fù)用功能結(jié)合構(gòu)成中心局的DSL接入復(fù)用器，DSLAM連接著網(wǎng)絡(luò)的客戶端和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商的網(wǎng)絡(luò)。圖3.6.4應(yīng)用DSLAM的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖3.6.5DSLAM觀點(diǎn)的DSL網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)服務(wù)用戶網(wǎng)絡(luò)接入提供商網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商圖3.6.6DSLAM隸屬于ISP3.6.3VideooverADSL解決方案ADSL已成為寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，在寬帶業(yè)務(wù)中，視頻業(yè)務(wù)是其中一項(xiàng)倍受矚目的應(yīng)用，VideooverADSL是ADSL應(yīng)用中重要的增值業(yè)務(wù)點(diǎn)，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)前景。圖3.6.7IPDSLAM設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)CPE:UserEndEquipmentVideooverADSL解決方案多播信令功能:接入，而非路由多播復(fù)制功能VideooverADSL的QoS保證：diffserv分區(qū)服務(wù)VideooverADSL的寬帶控制3.6.4ADSLDSLAM技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)第一代：純ATM結(jié)構(gòu)：622M接口，GB級(jí)交換能力，寬帶遠(yuǎn)程接入器第二代：ATM內(nèi)核IP上行第三代：IP內(nèi)核IP上行3.7甚高速數(shù)字用戶線技術(shù)接入本節(jié)將介紹VDSL的基本構(gòu)成，相關(guān)技術(shù)以及存在問題，最后介紹了VDSL的應(yīng)用。26M對(duì)稱，13M對(duì)稱，52M/6.4M非對(duì)稱3.7.1VDSL系統(tǒng)構(gòu)成圖3.7.1VDSL系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.7.2VDSL的體系結(jié)構(gòu)3.7.2VDSL的相關(guān)技術(shù)VDSL標(biāo)準(zhǔn)中以銅線/光纖為線路方式定義了5種主要的傳輸模式，這些模式中，大部分的結(jié)構(gòu)類似于ADSL。圖3.7.3VDSL傳輸模式圖3.7.4VDSL與ADSL的傳輸速率和傳輸距離3.7.3VDSL存在的問題不能確定VDSL能可靠地傳輸數(shù)據(jù)的最大距離業(yè)務(wù)環(huán)境問題。上下層協(xié)議不完全獨(dú)立用戶設(shè)備分配及電話網(wǎng)絡(luò)與用戶設(shè)備之間的接口。開銷也是一個(gè)不能忽略的因素。3.8新一代xDSL技術(shù)及應(yīng)用ADSL、HDSL/SHDSL等基于銅線傳輸?shù)膞DSL接入技術(shù)已經(jīng)使銅線成為寬帶用戶接入的一個(gè)重要手段，并成為寬帶接入的主流技術(shù)，為廣大用戶所采用。3.8.1ADSL2與ADSL2下面介紹ADSL2和ADSL2+在技術(shù)方面的特性。+ADSL2的主要技術(shù)特性速率提高、覆蓋范圍擴(kuò)大線路診斷技術(shù)：兩端診斷增強(qiáng)的電源管理技術(shù)：節(jié)電、休眠速率自適應(yīng)技術(shù)：SRA無縫速率自適應(yīng)多線對(duì)捆綁技術(shù)信道化技術(shù)其他優(yōu)點(diǎn)ADSL2+除了具備ADSL2的技術(shù)特點(diǎn)外，還有一個(gè)重要的特點(diǎn)是擴(kuò)展了ADSL2的下行頻段，從而提高了短距離內(nèi)線路上的下行速率?？梢杂行У臏p少串話干擾。ADSL2+的技術(shù)特性3.8.2VDSL技術(shù)VDSL技術(shù)特點(diǎn)：傳輸