宽带接入技术

忽然而已

1.1 xDSL基本原理

xDSL是基于电话铜双绞线的数字用户线路技术，包括ADSL（不对称数字用户线路）、VDSL（甚高速率数字用户线路）、SHDSL（单对线对称速率数字用户线路）等。

1.1.1 ADSL基本原理

在过去的数年中，电话系统的硬件技术有了很大进步，然而ADSL使用了非常简单的方法来获取惊人的速率：压缩。它使用很先进的DSP和算法在电话线（双绞线）中压缩尽可能多的信息。ADSL产品使用FDM复用上、下行信道，分隔POTS信道。为充分利用频谱，ADSL一般采用DMT调制技术。DMT将1MHz的频谱划分为256个带宽为4.3125kHz的子信道。按实际测得的信道质量来确定每个信道的承载比特数，以避开那些噪声太大或损伤太大的子信道，从而实现可靠的通信。ADSL在点-点之间工作时，不需要媒体接入控制，所以每个用户都可以工作在连续全速的环境下。ADSL速率完全取决于线路的距离，线路越长，速率越低。

图1.1‑1为ADSL over POTS的信道频率分配图。

图1.1‑1  ADSL信道频率分配图

中兴DSLAM使用频分多路复用FDM技术，通过关闭低端子信道将0～4kHz留给普通电话信号使用，上行信号使用30kHz～138kHz的频段，下行信号使用138kHz～1.104MHz的频段。

数据信道的传输速率参见表1.1‑1所示。

表1.1‑1  ADSL传输速率

项目	最低速率	最高速率
下载速率	32kbit/s	8Mbit/s
上传速率	32kbit/s	1Mbit/s

注：此表仅供参考，实际线速要受物理线缆长度、尺寸和干扰等因素的影响。

根据不同的设计方案，ADSL可以采取G.992（DMT标准），G.Lite和T1.413标准。

DMT，离散多音调制技术，可以理解为同时采用不同频率载波信道来同时传送信息，DMT接收机同时接收所有的信道，并解调每一载波承载的信息。DMT采用4.3125KHz的整数倍频率作为子载波，每一子载波依据信噪比大小，调制的0-15比特信息。DMT已经成为国际标准。

ANSI标准T1.413是基于DMT的。

G.Lite标准是G.dmt标准的简化版本。它是Universal ADSL Working Group——一个几乎包括所有主要的DSL设备制造商的集团开发的。DMT标准和G.Lite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，分别支持8Mbit/s /1Mbit/s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，下行速率/上行速率为1.5Mbit/s/512kbit/s，但由于省去了POTS分离器，因此用户可以象使用普通MODEM一样，直接从商店购买用户端设备，然后自己就可以简单安装。就适用领域而言，DMT可能更适用于小型和家庭办公室；G.Lite标准则更适用于普通家庭用户。

1.3.21.1.2 ADSL2/2+基本原理

2002年5月ITU-T会议通过G.992.3和G.992.4标准，被称为ADSL2标准。和第一代ADSL技术相比，ADSL2技术提供的新特性、新功能主要体现在速率、距离、稳定性、功率控制、维护管理方面的改进，并一定程度上拓宽了业务范围。

ADSL2采用了一系列措施可以提高ADSL的传输性能，主要包括：

1．   格栅编码必选，优化的RS编码结构，从而可以获得更高的编码增益。

2．   在ADSL标准中，每个子信道最少需要分配两个bit，在ADSL2标准中，支持1bit编码，这样在信道质量比较差只能分配1bit情况下，在ADSL2模式下仍然可以承载数据，这带来的性能提升虽然很小，但是在长距离速率很低的情况还是很可观的。

3．   支持参数化配置开销通道。在G.dmt中，DSL帧的开销固定，在ADSL2标准中，开销可配置，在初始化阶段决定。在ADSL2标准中降低了系统开销，帧开销为4Kbps～32kbps，提高了净荷速率。

4．   支持导频浮动功能。在第一代ADSL标准中，导频子信道和用于初始化的子信道固定，造成在实际应用，即使线路其它的子信道条件比较好，但有特定干扰影响造成ADSL链路无法激活。在ADSL2标准中，在初始化阶段，导频和初始化信道位置可变，增加了ADSL的抗干扰能力。

5．   增加了线路诊断模式，提供比较完整的宽带线路参数。在线路无法激活情况下，系统能够自动进入线路诊断模式，进行线路参数测定。另外，也可以通过人工命令进入线路诊断模式，通过线路诊断获取的线路参数可以通过发现信道将其发送到对端。

6．   增加了功率控制功能。在ADSL 2技术中提供了以下三种模式：L0模式、L2模式和L3模式：L0模式为稳态情况下的发送功率模式；L2模式为低功耗模式；L3模式为空闲模式。其中L2模式能够通过局端发送单元依照ADSL链路上的流量快速进入或退出低功耗模式来降低发送功率。L3模式（空闲模式）能够使链路在相当长的时间没有使用的情况下通过局端（ATU-C）和远端（ATU-R）发送单元进入睡眠或待机模式来进一步降低功率。

7．   支持在线重配置能力，提供了BS、SRA（动态速率自适应），DRR（动态速率调整）三种方式，提高了线路的抗干扰能力。

对于BS，总速率和各延时路径的速率不变，根据线路质量的变化调整延时路径子信道间的比特分配和增益分配；DRR线路总速率不变，调整各延时路径间的速率分配；SRA方式下延时路径速率变化，根据线路质量的变化调整延时路径的比特分配和增益分配，线路总速率变化。

其中SRA是一个动态调整线路速率的协议，真正实现了ADSL速率自适应，主要应用于在运行过程中ADSL线路情况发生变化（如上网高峰期间周围增加的DSL激活线路对该线路的串扰影响、外界其它噪声的变化，如温度的变化，AM干扰的影响），且噪声的增加超过了信道的noise margin时，动态得调整比特分配和功率分配，使线路的noise margin始终在一个合适的范围内，保证线路的稳定性。

8．   ADSL2标准针对长距离应用，增加了Annex L技术，又称为READSL 2，READSL 2是ADSL2提高传输距离的最重要技术，Annex L标准于2003年10月份被ITU正式通过。

READSL技术是ADSL2技术中的一种，也是现在应用的非常广泛的一种ADSL2技术，在本节中，我们以READSL技术为例，给大家介绍ADSL2技术的原理。

READSL技术的精髓是将ADSL的发送功率谱密度模板针对长距离的应用进行优化。由于在长距离情况下，高频段衰减很大，信道的承载能力很差，根据信息论（water pool）原理，信道的发送功率分配原则是质量好的信道分配的发送能量大，质量差的信道分配的能量小，这样信道的熵最大。READSL技术根据该原理，对ADSL的发送功率分配进行优化，将属于高频段的一部分的子信道关闭，并将低频段的发送功率谱密度提高。READSL的功率谱密度选取满足ANSI T1.417，符合频谱兼容性标准要求，不会对传统ADSL和其它业务产生严重串扰。图1.1‑2为ADSL over POTS的信道频率分配图。

图1.1‑2  ADSL2信道频率分配图

采用ADSL2技术时，系统的上行速率和采用ADSL技术时的上行速率类似，最大均为1Mbps，系统的下行速率比采用ADSL技术时的下行速率略大，最大可达到12Mbps。系统的步长速率为4kbps。

和ADSL技术相比，ADSL2技术只是在长距的时候才能够发挥自身的优势，在短距的情况下，其性能和ADSL技术类似。

2003年1月ITU通过G.992.5，被称为ADSL2+技术。ADSL2+标准是基于ADSL2标准发展的，因此继承了ADSL2标准的所有特点，并在ADSL2基础上将下行频段从1.104MHz扩展到2.208MHz，下行支持最大24Mbps速率。图1.1‑3为ADSL over POTS的信道频率分配图。

图1.1‑3  ADSL2+信道频率分配图

ADSL2+技术具有更稳定的运行能力与频谱兼容能力，主要体现在：

1．   在G.dmt标准中，接收端是根据bit分配数大小载波排序，在ADSL2+标准中，接收端根据子信道的质量进行载波排序，提高了稳定性；

2．   在ADSL2+标准中，可以通过关闭tone信道或者对每一个tone的发射功率进行控制，很好的避开RFI衰减并减少对其它线对的串扰；

ADSL2+技术的其它性能和ADSL2技术类似，在传输距离超过2.5Km左右以后，高频段衰减得不可用，此时性能同ADSL2。

1.3.31.1.3 VDSL基本原理

VDSL系统与ADSL一样，可利用普通电话铜缆在不影响窄带话音业务(POTS 、 ISDN) 的情况下，传送高速数据业务。VDSL局端设备与用户端设备之间通过普通电话铜缆进行点对点传输。分离器(Splitter)将同一对电话铜缆上传输的VDSL与窄带业务(或ADSL) 相分离。

VDSL使用的频谱较宽，最高可达12 MHz 。这一频谱范围可被分割为若干下行(DS)和上行(US)频段，国际上常用的频段划分方式(Band Plan) 主要有两种：Plan997 、Plan998(见图1.1‑4)。Plan998 根据北美的业务需求划分，主要面向非对称业务；而Plan997 根据欧洲的业务需求划分，主要面向对称业务。

图1.1‑4  VDSL常用的频段划分方式

由于ADSL使用的频谱最高只能到1.1 MHz，相比而言，VDSL能够提供更高的传输速率，能够更灵活地为不同的业务需求提供不同的传送能力(当然，传输距离一般比ADSL短)。VDSL的应用环境主要可分为三类：(1)短距离高速非对称业务，例如300m以内，下行传输速率26Mb/s 以上，可主要用于视频传输；(2)中距离对称或接近对称业务，例如1km左右对称10Mb/s ；(3)较长距离非对称业务，这时因高频部分衰减较大，上行速率较低。

VDSL的线路编码(调制技术)有两种：QAM(正交幅度调制)和DMT(离散多音频)，目前以DMT为主。

VDSL的传送模式包括ATM、PTM(分组传送模式)、STM(同步传送模式)三种。其中，ATM、PTM最为常用，形成 ATM over VDSL和Ethernet over VDSL(EoVDSL) 方式。特别是 EoVDSL 技术将VDSL的较高传输速率、较长传输距离和以太网的简单、低成本、易扩展等优点相结合，与现有的ADSL和(基于五类线的)以太网接入技术相比具有一定的潜在优势。

1.1.4 VDSL2基本原理

VDSL2（G.993.2）即第二代VDSL，其标准制定工作始于2004年6月，在运营商的大力推动下，于2005年5月在ITU-T会议上获得通过，前后仅用了短短不到1年的时间。

下表为专门为包括局端、远端DSLAM、数字环路载波(DLC)和多住宅单元(MDU/MXU)交换机在内的不同领域市场应用裁剪过的所有标准化VDSL2类

表 1.1‑2  标准化VDSL2类

其中30a类的频段划分如图 1.1‑5所示。

图 1.1‑5  VDSL2频率规划模板?30a类(30MHz带宽、8.625kHz音调间距)

VDSL2主要技术特点

1．   更高的传输速率。IPTV、网络互动游戏等新兴宽带应用，对接入网的上行带宽提出了要求。VDSL2充分考虑到这些双向高速宽带应用的需求，规定了6波段高达30MHz的频带，在300m的短距离内，可以实现双向的100Mbit/s数据传送速率。在300~1500m中等距离内，通过采用栅格编码技术和交织技术，传输速率也比第一代VDSL高。

2．   更远的传输距离。受到双绞线高频衰减物理特性的限制，第一代VDSL的传输距离一般小于1.5km。VDSL2通过增强发射功率（20.5dBm），并配合U0频段和回波抑制的使用，传输距离最远可达3km左右。

3．   兼容ADSL2+技术。VDSL2摒弃了QAM调制方式，采用与ADSL2+同样的DMT作为惟一的调制方式。同时规定，在12MHz以下，仍然采用4kHz的子载波宽度，在12MHz以上，频段采用可变子载波宽度。此外，VDSL2支持PTM、STM以及ADSL2+所采用的ATM等多种封装的传送模式。VDSL2由于融合了ADSL2+和第一代VDSL技术的优点，因此在短距离内，可以达到100Mbit/s传输速率，超过一定距离后，直接切换到ADSL2+模式，继续提供中远距离的数据传输。这为ADSL2+向VDSL2过渡提供了良好的解决方案，运营商可以根据需要逐步更新设备，既保护了原有的投资，又减少了技术选择风险。

4．   更为完善的PSD控制。VDSL2频率范围由于覆盖了中波、短波广播及业余无线电的频谱，因此，将受到这些无线信号的射频干扰（RFI）。另外，承载VDSL2传输线对的电气信号会耦合到同一捆电缆的其他线对上，产生线间串扰。这些干扰是制约VDSL2应用的主要障碍。VDSL2采用频谱开槽、上行功率削减（UPBO）、MIB控制PSD等技术来完成功率谱的管理，消除或减小这些干扰对传输性能的影响，提高对接入环境的适应能力。

5．   更好的视频业务支持。视频业务的特点是，带宽要求高，对时延不敏感，但对丢包或误码敏感。VDSL2充分考虑了视频业务的这些特点，在脉冲噪声保护、动态改变交织深度以及双延迟通道等方面做了大量的工作，以降低脉冲噪声造成的误码、丢包的概率。

6．   多种模版（Profile）配置。在不同组网环境下，VDSL2受到的干扰因素是不一样的。为了支持各种应用，VDSL2标准定义了8种Profile（8a、8b、8c、8d、12a、12b、17a、30a），支持CO、FTTC以及大楼内等多种应用，减少了产品开发的复杂性和成本。

7．   环路诊断。VDSL2继承了ADSL2的环路诊断功能，提供的测试参数能够用于物理铜线环路条件、串扰和线路衰减（由湿度和温度变化等引起）等的分析，解决串扰源识别、线路桥接抽头等线路问题，这在实际应用中具有非常重要的意义。但是，这种测试是基于CPE进行的，覆盖范围以及测试精度与专用测试设备相比有较大的差距，因此应用范围有限。在实际应用中，可结合VDSL网管系统、窄带112测试系统等支撑手段，提高故障定位准确率和维修效率，降低维修上门率。

8．   在线重配置（OLR）。OLR功能可以增强VDSL2适应线路变化的能力。当线路或环境条件发生缓慢变化时，OLR功能可以使VTU在控制参数所设置的限度内，不中断业务而自动维持操作，且不会出现传输错误和时延变化。在初始化过程中，特别是短初始化过程中，由于训练时间短，因此对线路状况的评估较为粗糙。OLR功能可在短初始化之后，用于优化VTU的设置。