ADSL宽带网技术

ADSL宽带网技术 摘要:本文介绍ADSL宽带网技术，并对其从多方面的介绍和了解它的发展历史。 关键字:宽带网技术 ADSL技术 1. 概述 ADSL(Asymetric Digital Subscriber Loop)技术即非对称数字用户环路技术， 利用分频技术，把普通电话线路所传输的低频信号和高频信号分离。 3400Hz以下低频部分供电话使用;3400Hz以上的高频部分供上网使用，即在同一 条电话线上同时传送数据和语音信号，数据信号不通过电话交换机设备，直接进入互联 网。 因此，ADSL业务不但可进行高速度的数据传输，而且上网的同时不影响电话的正 常使用，这也意味着使用ADSL上网，不需要缴付额外的电话费。 就从属关系而言，ADSL是xDSL家族的一种。DSL英文全称是Digital Subscriber Li ne，意即数字用户线路，是以铜芯对绞线作传输介质的传输技术。 ADSL(Asymmertrical Digital Subscriber Line)的含义是非对称数字用户线路。 高速率的视频、音频、和数据信号借助普通电话线传送，使得普通固定电话用户以较小 的投资，实现家庭办公、多媒体通信、视频点播、快速访问Internet等诸多业务。 1.1 ADSL为何能在普通电话线上实现高速率的传输速度 理论上，电话线约有2MHz的带宽，而平常的语音通信仅占用了0~4KHz的频段，电话线的带宽未得到充分利用。 ADSL采用了频分复用技术，在电话线4KHz以上的频段传送数据，研究表明，ADSL工作频带为25K~1104KHz。正是因为ADSL信号的工作频带和语音业务(电话)的工作频带互不重叠，并且ADSL数据流并不通过程控交换机，所以通过一条电话线，用户可做到一边打电话一边高速上网。 1(2 何谓非对称 我们说ADSL的不对称，是指其上行速率(最高640Kbps)和下行速率(最高8Mbps)的非对称性。 1.3 ADSL的系统结构 ADSL系统主要由安装在网络侧的ADSL局端设备(ADSL接入复用器) DSLAM和安装在用户侧的用户端设备ATR-U(ADSL-Modem)组成。 除此之外，线路两侧还要安装POTS信号分离器(ADSL滤波器)。在网络侧，POTS分离器将电话信号和ADSL信号分离，分别送入程控交换机和ATM交换机(或者核心路由器)。在用户侧，POTS分离器负责将下行方向的混合信号分离出模拟信号和数字信号，分别送给用户电话机和ADSL-Modem，并且在上行方向上还负责将来自电话机的模拟信号和来自ADSL-Modem的数字信号复用在同一对双绞线上。 2. ADSL业务特点 高速率:传输速率上行最高可达640Kpbs，下行最高可达8Mbps，远远高于拨号上网方式。 低费率:只收取网络使用费，不收取上网市话费。 功能优:在一条电话线上同时提供了电话和上网服务，电话与上网互不影响，真正做到打电话、上网两不误。 安装简单:在已有电话线路的情况下，只要加装一台ADSL MODEM和一个话音分离器，无需对线路做任何改动，ADSL即可轻松到家 3(ADSL的优缺点 (1)从速度方面来讲: ADSL素有“网络快车”的美誉，以突显其高速的感觉，实际情况究竟如何呢,目前大部分地区电信提供的ADSL传输速率为512kbps，一分钟可以下载4兆左右。也就是说下载一部大片大概需要50 ~ 75分钟。 但是，ADSL的速度和距离以及线路质量都关系密切，如果用户所在地距离电话基站比较远(3公里范围以外)，速度会明显减慢。同时现在相当数量的电话线比较老化，对速度会造成进一步的影响。 所以在ADSL安装前，要问问电话局离自己最近的基站究竟有多远，再看看窗外的电话线是否已经太旧了。 (2)从稳定性方面来讲: 通常ADSL一个节点下的用户不是几十户，而是几百户，上千户，甚至上万户，因此而出现了回传噪声、线路之间的串扰问题，很容易影响传输的稳定性。 另外由于目前我国相当数量的电话线由于老化等质量问题，不能承受较高的传输速率，很容易造成断线等问题。 (3)从应用支点方面来讲: 我们已经知道，ADSL接入方式的下载速率通常是512kbps，这种速度能否满足在线看电影、视频点播的要求。目前网上视频的播放速率一般要求是256kbps或500kbps，理论上是可以满足的。 但由于网络拥挤、线路质量等原因，实际上很难实现真正的在线观看。通常会有比较明显的停顿，或者看几分钟就要等上几分钟。所以有人建议用ADSL看在线电影最好选择清晨或午夜这样的非上网高峰期，以保证速度。但这个建议显然不是根本的解决 如果选择ADSL提供的更高带宽的服务，速度将得到较好的保证，但相应的费用也明显增加。 (4)从价格驱动方面来讲: ADSL的资费一直居高不。北京通信已经悄然将ADSL初装费降低。但降价后，北京通 1 信将不再为用户赠送ADSL“猫”。业内人士分析认为，北京通信之所以对ADSL初装费一降再降，主要还是迫于市场压力。 是面对北京电信以及以广电网络和以长城宽带为代表的驻地网的竞争，而不得不采取的举措。但此次调价显然不够彻底，首先是调价后取消了ADSL猫的赠送，用户需要自行购买，所以真正降低的费用并不多;同时调整后的价格与长宽等驻地网仍然有不小的差距。 虽然媒体上炒的很火，但用户是否会买账呢,另一方面，以长城宽带和广电网络为代表的LAN接入商，也趁着年终的销售旺季不断推出各种优惠促销。加上其原本的费用就不高，所以效果不错。据称长城宽带的用户数量在短短几个月内已经比9月份翻了一倍。 (5)从发展前景方面来讲 ADSL应该算是一种过渡型技术，国外比较成熟的方式通常是EDSL或VDSL，中国电信推出这项业务也是为了短期内能和LAN接入商瓜分市场。 今后必然会向更先进的方式升级。无法很好的满足网上视频直播的需求等问题已经表明现有ADSL接入方式的局限。这种升级也许不会太远。而用户需要注意的是升级时现有用户将需要进行再次投入。 而LAN接入所采用的技术更为先进，完全可以满足目前的用户需求，即使将来需求更繁复，也可通过简单升级获得改善。关键是这种升级不需要用户投入额外的费用。 4. ADSL的技术 ADSL的技术标准有两种:一种是全速率(Full-rate)的ADSL标准——G.dmt，支持640Kbps/8Mbps的高速上行/下行速率;另一种是简化的ADSL技术标准——G.lite，最高上行速率降为512Kbps，最高下行速率降为1.5Mbps，另外在用户侧还取消了POTS信号分离器。 我们说ADSL的标准化程度较高，有两层含义:其一是ADSL技术标准仅有两种(HFC宽带网有四种技术标准);其二是两种技术标准并非截然不同，G.lite仅是G.dmt的简化版本。实际上，这样给工程技术人员留下了极大的回旋余地，根据工程实际情况可采用不同的: 第一，就高档社区和小型办公室而言，对智能化程度要求较高，我们不妨采用高配置方案，使用全速率的ADSL宽带网接入技术。 第二，对于普通家庭用户，适合推广简化的ADSL技术方案——G.lite。虽然速率有所降低，但用户端省去了POTS信号分离器，降低了设备的购置费用和安装成本，性价比占有一定优势。 第三，一般而言，电信局为了最大范围的扩展市场，抓住庞大的普通消费群体，要对ADSL宽带网限速(一般提供512Kbps的接入速率)，以降低用户费用。在这种背景之下，G.lite有着更好的市场前景。 5. ADSL的特点 5(1(ADSL的优点 2 相对于某些地方试点的混合光纤同轴网(HFC)而言，ADSL有着如下的优势: ?技术标准比较统一。前面已经提到，ADSL有两种技术标准——G.dmt和G.lite，并且后者仅仅是对前者的简化，而目前电缆调制解调器(Cable Modem)存在四种不同标准:北美的MCNS以及IEEE 802.14工作组，欧洲的DVB/DAVIC以及ITU-T。标准的不统一，一定程度上限制了HFC的发展。 ?ADSL不需对现有线路改造。而目前我国小区的共用天线系统(CATV)属于单向有线电视网络，采用HFC宽带接入技术时，必须对现有线路进行改造，更换原有的同轴电缆，把线路原有的单向放大器换为双向放大器，这样线路上的投资较大。 ADSL用户独占带宽。从网络拓扑结构的角度讲，由于ADSL为每位用户提供单独的一 ? 条线路，相当于星型的拓扑结构，其带宽为每个用户所独享。而具有带宽优势的HFC接入方案，采用的是分层树型结构，本质上是一个粗糙的总线型拓扑结构，那意味着用户将和邻近用户共享带宽，当同一时间同一线路上上网人数增多时，网络速度将明显变慢，其带宽优势将大打折扣。并且总线型网络的安全性差是其固有的缺陷。 和普通拨号Modem和ISDN相比，ADSL的速率要高很多，后两者速率分别为56Kbps/128Kbps。除此之外，ADSL的数据信号并不通过电话交换机，不需拨号，专线上网，不需支付电话费。 5(2(ADSL的缺陷 当然，ADSL也有它的缺点: ADSL对线路要求较高。前面已经提到，ADSL是基于铜芯对绞线的传 输技术，双绞线能有效的抵抗外界电磁场干扰。但在实践中笔者发现，为了降低工程造价，电气设计人员(或者甲方要求)较多的使用了平行电话线(如HPV-2X0.5)，如果还有强弱电的箱体设置和线路敷设不合理、管材选用不当和接地问题等因素引发的电磁干扰，将对ADSL传输非常不利。 ADSL-Modem目前价格还比较昂贵。除此外，电信局还得收取一定的连接费(或者初装费)。 ADSL亟需建立合理的收费。 ADSL的应用和展望 在国外尤其是在北美及亚太地区ADSL已经得到了广泛的应用。目前在国内， ADSL也得到了一定程度的推广和应用，据不完全统计，在浙江、河北、新疆等地电信局已经推出这项业务，并且得到成功推广。从用户的反映和实测数据看，应用情况是比较成功的。当然，有的采用了G.dmt标准，有的采用了G.lite标准，并且各地的收费标准有一定差异。综合各地情况看，合理的收费将成为决定ADSL市场占有率的关键因素。就新疆的乌鲁木齐来说，收费较高，2001年电信局推出的包月制费用是2500元/月，提供1.5Mbps的接入速率;不包月则按时计费，费用为6元/小时，提供512Kbps的接入速率。当然了，有的地方实行包月制虽然只有数百元，但是要限时的，超时另有计费标准。 3 6. ADSL原理和技术性能 现存的用户环路主要由UTP(非屏蔽双绞线)组成。UTP对信号的衰减主要与传输距离和信号的频率有关，如果信号传输超过一定距离，信号的传输质量将难以保证。此外，线路上的桥接抽头也将增加对信号的衰减。 因此，线路衰减是影响ADSL性能的主要因素。ADSL通过不对称传输，利用频分复用技术(或回波抵消技术)使上、下行信道分开来减小串音的影响，从而实现信号的高速传送。 为了可以利用多个信道, ADSL modem采用两种方式划分可以利用的电话线路的带宽:FDM技术(Frequency Division Multiplexing)或回波抵消技术(Echo Cancellation)技术. 如图1-2示. FDM方式将频带划分为上行部分和下行部分, 下行通道在被时分复用(Time Division Multiplexing)为一个或多个高速信道和低速信道; 而上行通道也会被复用为相应的低速信道。 回波抵消技术(Echo Cancellation)使上行通道和下行通道在频带上的重叠部分相互抵消，通过本地的回波抵消技术可以有效地分开上、下行信道， 减小串音对信道的影响，从而实现信号的高速传送。这种技术已应用于V.32和V.34协议的modem产品中。 衰减和串音是决定ADSL性能的两项标准损伤。传输速率越高，它们对信号的影响也越大，因此ADSL的有效传输距离随着传输速率的提高而缩短。附表列出了正常情况下24号线规UTP的下行速率和有效传输距离的关系。表中的VDSL是甚高速ADSL。虽然VDSL的有效传输距离比ADSL更短，但是在VDSL光纤到路边(FTTC)或光纤到大楼(FTTB)后，VDSL可用于大楼内部办公室或家庭间的连接。 ADSL接入网线路长度若为5.5km，则可覆盖80%以上的现有电话用户;线路长度若为3.7km，则可覆盖50%以上的现有用户，用户小区以外的分散用户可通过基于光纤的集线器节点接入到网络中。串音噪声通常是稳定的，因此比较容易对其进行研究并加以克服;而冲击噪声在频率、周期、相位等方面都是随机的，对期难以建模和研究。 7. ADSL系统的接入方式和接入模型 以下为ADSL系统连接方式的功能模块图。 4 图1-3 ADSL系统连接方式的功能模块图 Server: 应用服务器Internet:IP互联网 CORE Network: 骨干网络(一般为ATM骨干网) ADSL: 在局端的部分为ADSL局端设备, 在用户端的为ADSL用户端设备 Existing Copper:连接用户端和局端的普通双绞铜线. ADSL的接入模型主要有中央交换局端模块和远端模块组成。 中央交换局端模块包括在中心位置的ADSL Modem和接入多路复合系统，处于中心位置的ADSL Modem被称为ATU-C(ADSL Transmission Unit-Central)。接入多路复合系统中心Modem通常被组合成一个被称作接入节点，也被作"DSLAM"(DSL AccessMultiplexer)。 远端模块由用户ADSL Modem 和滤波器组成，用户端ADSL Modem通常被称为ATU-R(ADSL Transmission Unit-Remote)。 5 图1-5 ADSL用户在用户端的设备连接图 ADSL的系统结构 ADSL使用一对电话线，在用户线两端各安装一个ADSL调制解调器，该调制解调器采用了频分复用(FDM)技术，将带宽分为三个频段部分:最低频段部分为0-4KHz，用于普通电话业务，中间频段部分为20-50KHz，用于速率为16-640Mbit/s的上行数据信息的传递;最高频段部分为150- 550KHz或140Khz-1.1MHz，用于1.5Mbit/s-6.0Mbit/s的下行数据信息的传送。 ADSL的技术标准 ADSL的标准 一直以来,ADSL有CAP和DMT两种标准,CAP由AT&T Paradyne设计，而DMT由Amati通信公司发明，其区别在于发送数据的方式。ANSI标准T1.413是基于DMT的，DMT已经成为国际标准,而CAP则大有没落之势。 近来谈论很多的G.Lite标准很被看好,不过DMT和G.Lite两种标准各有所长,分别适用于不同的领域。DMT是全速率的ADSL标准,支持8Mbps/1.5Mbps的高速下行/上行速率,但是,DMT要求用户端安装POTS分离器,比较复杂;而G.Lite标准虽然速率较低,下行/上行速率为1.5Mbps/512Kbps,但由于省去了复杂的POTS分离器,因此用户可以像使用普通Modem一样,直接从商店购买CPE,然后自己就可以简单安装。就适用领域而言,DMT可能更适用于小型或家庭办公室(SOHO);G.Lite则更适用于普通家庭用户。 CAP和DMT两种标准 1、CAP(Carrierless Amplitude/Phase Modulation) CAP是AT&T Paradyne的专有调制方式，数据被调制到单一载体信道，然后沿电话线发送。信号在发送前被压缩，在接收端重组。 2、DMT(Discrete Multi-Tone) 将数据分成多个子载体信道，测试每个信道的质量，然后赋予其一定的比特数。DMT用离散快速傅立叶变换创建这些信道。 DMT使用了我们熟悉的机制来创建调制解调器间的连接。当两个DMT调制解调器连接时，它们尝试可能的最高速率。根据线路的噪声和衰减，两个调制解调器可能成功地以最高速率连接或逐步降低速率直到双方都满意。 目前的标准，ANSI提出了速率可达6.1Mbps的ADSL标准T1.413，ETSI(European Technical Standard Institute)增加了附件以适应欧洲的需要，称为T1E1.4，将扩展标准以包含用户端的复用接口、网络配置和管理协议及其它改进。 ADSL的调制解调器的实现方式 ADSL调制解调 器一般采用两种方法实现，频分多路复用 (FDM)或回波消除(Echo Cancellation)技术。FDM在现有带宽中分配一段频带作为数据下行通道，同时分配另一段频带作为数据上行通道。下行通道通过时分多路复用(TDM)技术再分为多个高速信道和低速信道。同样，上行通道也由多路低速信道组成。而回波消除技术则使上 行频带与下行频带 6 叠加，通过本地回波抵消来区分两频带。此技术来源于 V.32和 V.34调制解调器中，它非常有效的使用了有限的带宽，但从复杂性和价格来说，其代价较大。当然，无论使 用两种技术中的哪一种，ADSL都会分离出 4KHz的频带用于老式电话服务(POTS)。 当前 ADSL调制解调设备多采用3种线路编码技术，分别称为抑制载波幅度和相位 (CAP),离散多音复用 (DMT)，以及离散小波多音复用 (DWMT)。其中 CAP的基础是正交幅度调制 (QAM)，在 CAP中，数据被调制到单一载波之上;而在 DMT中，数据被调制到多个 载波之上，每个载波上的数据使用 QAM进行调制。 DMT中使用为 大家熟知的快速傅里叶变换算法做数字信号处理，而在DWMT中 ，则用近年来新兴的小波变换算法代替快速傅里叶变换。一个ADSL调制解调器将多路下行通道中，双工通道中以及维护信道中的数据流组合成数据块 (block)，并在每一数据块中附加纠错代码，接受端则通过此纠错代码对在传输过程中产生的误码进行纠错。实验表明，此纠错编码技术完全可以达到 MPEG-2和其他数字图像压缩方法的要求。 非数字用户线路 (ADSL)与以往调制解调技术的主要区别在于其上下行速率是非对称的，即上下行速率不相等，ADSL技术的高下行速率和相对而言较慢的上行速率非常适于做 Internet浏览使用。 8.ADSL的应用和前景 ADSL的应用 ADSL作为一种高速接入技术具有很强的生命力，目前世界上许多电信公司对ADSL传输系统进行了成功开发，欧洲和北美已开始规模应用。一般认为，ADSL可以在以下诸多方面将得到广泛应用。 高速数据接入。用户可以通过ADSL宽带接入方式快速地浏览各种互连网上的信息，进行网上交谈、游戏、动画和收发电子邮件，获得所需要的信息。深圳已提供ADSL高速宽带接入Internet服务，ADSL用户访问相应的站点即可享受多种宽带多媒体服务。 视频点播。基于非对称性传输技术的ADSL特别适合用户对音乐、影视和交互式游戏的点播，用户可以根据自己的需要，任意地对上述业务进行随意控制，而不必象有线电视节目一样受控于电视台。如深圳视聆通宽带网站与广州视聆通宽带网站上的视频点播VOD、音乐厅、网上剧场等;并可提供网上游戏、交互电视和网上购物等宽带多媒体服务。 网络互连业务。ADSL宽带接入方式可以接不同地点的企业网或局域网连接起来，避免了企业分散所带来的麻烦，同时又不影响各用户对互连网的浏览。 家庭办公。通信技术的飞跃发展已经越来越影响着人们的生活与工作方式，一些企业的工作人员因为某种原因需要在家里履行自己的工作职责，通过高速的接入方式从自己企业信息库中提取所需要的信息甚至而对面地和同事进行交谈，完成自己的工作任务。 远程教学、远程医疗等。随着ADSL技术的进一步推广应用，ADSL接入服务还将可以提供点对点的远程医疗，远程教学等服务。通过宽带的接入方式，教育和医疗资源的全社会共享将成为大势所趋。 7 ADSL的前景 业界许多专家都坚信，以ADSL为主的xDSL技术终将成为铜双绞线上的赢家，目前采用普通拨号Modem及N-ISDN技术接入的用户将逐步过渡到ADSL等宽带接入方式，并最终实现光纤接入。而这在深圳推出ADSL接入服务以后，市场对ADSL接入服务的热烈反映已可以初见端倪 现在，我国已经加入WTO，随着我国电信市场的逐步放开，国外电信运营商必然看好中国这个庞大的市场，竞争结果必然是费用的降低，相信ADSL宽带网接入技术在我国必然有广阔的市场前景。 参考文献: 1.百度文库，2011 2.百度百科。2011 8