新一代ADSL技术

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新一代ADSL技术(一)

  
    随着ADSL技术在全球范围的大规模推广以及针对于DSL技术的应用和服务的不断推出，基于电话双绞线的第一代ADSL技术已经大规模使用。但是，第一代ADSL技术也逐渐暴露出一些难以克服的弱点：较低的下行传输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弱，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；第一代ADSL难以解决设备的散热问题等。迫于业务发展的需要，更好地迎合网络运营和信息消费的需求，ADSL2和ADSL2+技术应运而生。本文将 ADSL2 、ADSL2+统称为新一代ADSL技术。

    ADSL2、ADSL2+技术是在原ADSL(ITU G.992.1/ITU G.992.2)规范的基础之上，在相关运营商、设备厂商的支持推动下，由ITU于2002年6月和2003年1月分别推出了两个新一代ADSL标准：ADSL2(G.992.3)和ADSL2+(G.992.5)。ADSL2、ADSL2+在第一代ADSL的基础上增加了一些新的特性，在性能、功能方面得到了较大改进。

    一、新一代ADSL技术简介

    ADSL2是在第一代ADSL的基础上发展起来的，ADSL2标准 G.992.3于2002年6月通过。 G.992.3下行频谱与第一代ADSL相同，由于强制支持四维、16状态格状码，所以理论上其最高下行速率可以达到12Mb/s ，最高上行速率可以达到1.2Mb/s左右。

    ADSL2收发器的协议模型在物理媒质之上分为三个子层：传送协议相关汇聚子层（TPS-TC）、物理媒质相关汇聚子层（PMS-TC）、物理媒质子层（PMD）。

    1．TPS-TC子层

    这一子层提供对上层传送协议的适配功能，包括STM、ATM和PTM（分组传送模式）三种模式，主要功能有速率适配、帧定界、错误监视等。该子层只与上层协议相关而与与物理媒质上的信号特性无关。

    2．PMS-TC子层

    这一子层用于加强ADSL数据流在物理媒质上的传送能力，主要包括帧同步、扰码（scamble）、前向纠错（FEC）、交织（interleave）等功能。该子层只与物理媒质相关而与应用（上层协议）无关。

    3．PMD子层

    这一子层的规定包括发送信号的电气特性、编码、调制、双工方式等。

    在编码方面，包括载波排序、格形编码(trellis code)、星座映射、增益调整等，在调制方面，包括子载波、离散傅立叶反变换、循环前缀、并/串转换等。

    PMD子层，频带划分、功率谱密度（PSD）是非常重要的内容，是决定ADSL2传送能力的主要因素。ADSL2利用1.1MHz以下频段，下行通带的最大PSD为-36.5dBm/Hz，上行通带的最大PSD为-34.5dBm/Hz。G.992.3标准考虑了ADSL2与POTS、ISDN在同一对铜缆上开通和在相邻线对中共存的情况，针对Data+POTS、Data+ISDN、全数字ADSL2兼容POTS、全数字ADSL2兼容ISDN四种应用方式作了规定。其中，后两种方式为此标准新定义的，是在铜缆上无POTS或ISDN业务时，尽可能扩展ADSL2的使用频带，同时又要减小对同一捆铜缆中其它线对上的POTS/ISDN业务影响（降低相应频率下的PSD）。

    无分离器ADSL2（G.992.4）是对G.lite（G.992.2）的增强，主要包括两大方面：一是与G.992.3相似的改进，如增加了全数字模式，增加了PTM模式，可支持四种延迟通道、四个承载信道，以及传输能力、线路诊断、在线重配置、功率控制、频谱控制、减小功耗等；二是与无分离器特性相关的改进，如包含快速重训练的更强大的激活过程、自适应长度快速启动等。由于G.lite的应用很少，制订G.992.4主要为了标准上的完整性，应用前景有限。

    在ADSL2技术的基础上， ADSL2+标准(ITU G.992.5)的核心内容是拓展了线路的使用频宽： ADSL2 定义的下行传输频带的最高频点为1.1MHz(G .992.3/G. dmt.bis)或552KHz(G .992.4/G. lite. bis)，而ADSL2+技术标准将高频段的最高调制频点扩展至2.2MHz ，可支持512个载频点进行数据调制。通过此项技术改进， ADSL2+提高了上下行的接入速率，尤其是在短距离(

    ADSL2+是在ADSL2的基础上发展起来的， ADSL2+拥有ADSL2所具有的一切特性， ADSL2+标准G.992.5初稿于2003年1月通过。 ADSL2+将频谱加倍，从1.104MHz扩展至2.208MHz ，支持的子载波数达到512个，所以其下行速率提高，理论上可达到25Mb/s,上行速率与ADSL2相同。

    二、新一代ADSL技术与第一代ADSL技术的比较

    1．传输速率与距离有较大提高

    ADSL2由于帧结构的改进，增加了对四维、16状态格状码的支持，以及优化的RS编码，最高下行速率可达12Mb/s。而 ADSL2+由于使用更宽的频谱，更多的子载波数(512个)，当距离较短时，下行速率最高可达24Mb/s。若采用 G.992.3 Annex J， ADSL2、ADSL2+的最大上行速率也可以由原来的1.5Mb/s提高到约2.3Mb/s。

    ADSL2、ADSL2+支持更长的接入距离。第一代ADSL的传输距离在5km以内，而ADSL2、ADSL2+则支持距离接近7km的应用，速率可达下行不低于192kb/s 和上行不低于128kb/s 。

    相对于ADSL，在相同的传输距离下， ADSL2可以获得50Kbps的速率提高；在相同的传输速率下， ADSL2 可以使传输距离延长183米。传输性能的改善主要得益于以下核心技术：

    （1）采用高效的调制解调技术，保证在较低的信噪比条件下，在较长的传输线路上获得较高的传输速率；

    （2）减少帧开销，与ADSL技术中每帧采用固定的32 Kbps 的开销相比， ADSL2 采用可编程的帧头，使每帧的帧头可根据需要从4Kbps到32Kbps灵活调整，从而，提高了信息净负荷的传输效率；

    （3）在ADSL帧RS编码结构方面，其灵活性、可编程性也提高。

    （4）链路建立的初始化机制有所改善，从而保证线路速率的提高与稳定：例如：在线路两端的功率控制可以减少串扰、由接收端根据线路状态发出的初始化信息便于选择合适的信道以避免由桥接头或语音干扰引起的信道衰落等。

    2．实行智能化功率管理，ADSL系统的能耗得到有效降低

    如何有效降低ADSL系统的能耗是困扰各ADSL厂商的一大难题。

    ADSL2、ADSL2+可以根据系统的工作状态(高速连接、低速连接、离线等)，在保证业务不受影响的前提下，灵活、快速地转换工作功率。

    为了达到降低能耗的目的，在第一代ADSL技术标准中的满功耗模式(L0模式)下， ADSL2 、ADSL2+标准引入了两种新的功耗管理模式：低数据速率状态(L2低能耗模式)和休眠状态(L3低能耗模式)，当线路工作于全速率状态下时(例如用户正下载一部较大的电影)，为保证快速准确的数据传输， ADSL2 、ADSL2+系统工作于L0满功耗模式；当线路连接速率较低时(例如用户在线阅读一文档)，收发器功率自动调整到L2低能耗模式；当用户断开连接时，系统快速转换到休眠状态，同时收发器功率调整到L3低能耗模式。总之，根据线路连接的实际数据流量，发送功率可在L0、L2、L3之间灵活切换，其切换时间可在3秒之内完成，以保证业务不受影响。

    3．可实现故障实时诊断

    在系统的安装、调测以及运行过程中，对引起传输质量下降、影响业务应用等问题的故障进行准确定位，是 ADSL2、ADSL2+提供给网络运营者在运行维护工作上的一大便利。 ADSL2、ADSL2+ 系统在线路监测、故障诊断等方面加强、拓展，该系统采用特殊的测试、诊断方式以保证在线路质量恶化到甚至不能进行ADSL线路连接的情况下仍能完成系统性能数据的收集、传送。 ADSL2、ADSL2+ 系统实时地对线路噪声、回波损耗、回路阻抗、信噪比进行采集、上报，并直观地显示在网管操作平台上，以方便网络运营者对网络运行状态进行分析，并根据具体情况及时采取相应的故障排除措施。

    4．采用精密的速率自适应技术，提高了线路抗噪声性能

    引入无缝速率适配技术 SRA(Seam-less Rate Adaptation)是 ADSL2 、ADSL2+在提高线路抗噪声性能方面的一大革新。

    SRA采用精密复杂的在线重配置处理协议，对ADSL2、ADSL2+标准中的调制层和成帧层进行非耦合处理。在线路质量发生较大改变时，非耦合关系能够使调制层调整ADSL收发两端传输数据的速率参数，而不直接改变成帧层的成帧参数，从而避免出现误码和线路失步等业务中断现象。采用SRA技术的 ADSL2、ADSL2+ 系统能实时监测线路状态的改变，并完成在ADSL收发两端传输速率的平滑同步调整。