ADSL技術發展及應用

　　 一、ADSL技術發展

   數字用戶線(xDSL：Digital Subscriber Line)是美國貝爾通信研究所于1989年為推動視頻點播(VOD)業務開發出的用戶線高速傳輸技術，后因VOD業務受挫而被擱置了很長一段時間。

近年來隨著Internet的迅速發展，對固定連接的高速用戶線需求日益高漲，基于雙絞銅線的xDSL技術因其以低成本實現用戶線高速化而重新崛起，打破了高速通信由光纖獨攬的局面。

長期以來通信用戶的電話機經過"對絞銅線"的用戶線連至市內交換局，進入公共交換的通信網(PSTN)，接至對方用戶的電話機，使雙方得以互相會話。對絞銅線為傳統的模擬電話提供300～3400Hz的頻帶，為了適應電話用戶使用低速數據通信，曾加裝調制一解調器(modem)，使速率33kb/s和最高56kb/s的數據信號能夠通過模擬話音頻帶與對方實行數據通信。

DSL技術在傳統的電話網絡的用戶線路上支持對稱和非對稱的傳輸模式，解決了發生在網絡服務供應商和最終用戶間的"最后一公里"的傳輸瓶頸問題。由于電話用戶環路已經大量鋪設，如何充分利用現有的銅纜資源，通過銅質雙絞線實現高速接入就成為業界的研究重點，因此DSL技術很快就得到了重視，并在一些國家和地區得到大量應用。

目前關于ADSL的國際標準主要是ANSI制定的，1994年TIE1.4工作組通過了第一個ADSL草案標準[15]，決定采用DMT作為標準接口，關鍵是能支持6.144Mbit/s甚至更高的速率并能傳較遠的距離。ANSI標準將包含一個附錄具體規定歐洲制式ADSL標準。因而ANSI制定的ADSL標準實際上已經是一個準國際標準。CAP碼也在爭取成為事實標準。

1997年，一些ADSL的廠商和運營商開始認識到，也許犧牲ADSL的一些速率可能會加快ADSL的商業化進程，因為速率下降的同時也就意味著技術復雜度的降低。全速率ADSL的下行速度是8Mbps，但是在用戶端必須安裝一個分離器(Splitter)。如果把ADSL的下行速率降到1.5Mbps(下行為1.5Mbps，上行為384 Kbps), 那么用戶端的分離器就可以取消。這意味著，用戶可以像以往安裝普通模擬Modem一樣安裝ADSL Modem，沒有任何區別，省略了服務商的現場服務，這對ADSL的推廣至關重要。

于是，ADSL的一個新版本誕生了，稱作通用ADSL(Universal ADSL)。1998年10月，ITU(國際電信聯盟)開始進行通用ADSL標準的討論，并將之命名為G.Lite，經過半年多的等待，1999年6月22日，ITU最終批準通過了G.Lite(既G.992.2)標準，從而為ADSL的商業化進程掃清了障礙.

二、ADSL的技術優勢

2.1可同時提供電話和高速數據業務

電信企業的主干網已采用2.5 Gbit/s和10 Gbit/s的超高速光纖，但連接用戶和交換局的用戶線絕大多數仍是電話用的雙絞線，以現有的調制技術不能滿足用戶高速接入的需求。導入ADSL技術后，即可在雙絞線上傳送高達數Mbit/s的數字信號，如配置了分離音頻頻帶和高頻帶的分離器，則可同時提供電話和高速數據業務。

2.2ADSL投資小

基于光纖同軸電纜混合網(HFC)的Cable Modem作為接入線路高速化的計劃受阻。雖然采用Cable Modem能夠使CATV用戶線路提供數Mbit/s的數據傳輸能力，但因多個用戶共享帶寬和安全等因素使能夠利用此項業務的用戶受到很大限制；實驗和調查表明，在現有的基礎設施上，能夠利用Cable Modem的用戶僅約占15%左右。并且Cable Modem技術需對現有的設施進行雙向改造，投資巨大。而電話用戶環路已大量鋪設，可充分利用銅纜資源。

2.3減輕電話網的符合

減輕電話網的負荷是導入ADSL的第三個原因。有相當多的地區其市內電話采取定額月租計費，因此不少撥號用戶24小時一直與Internet相連，占用ISP服務器端口，使用戶交換機過負荷運行。采用ADSL技術則可通過分離器將話音和數據分別送入電話交換機和Internet，從而抑制了Internet的業務量流入電話網。如圖1。



三、ADSL系統結構

ADSL使用一對電話線，在用戶線兩端各安裝一個ADSL調制解調器，該調制解調器采用了頻分復用(FDM)技術，將帶寬分為三個頻段部分：最低頻段部分為0-4KHz，用于普通電話業務，中間頻段部分為20-50KHz，用于速率為16-640Mbit/s的上行數據信息的傳遞；最高頻段部分為150- 550KHz或140Khz-1.1MHz，用于1.5Mbit/s-6.0Mbit/s的下行數據信息的傳送。

3.1分離器

ADSL技術能同時提供電話和高速數據業務，為此應在已有的雙絞線的兩端接入分離器，分離承載音頻信號的4 kHz以下的低頻帶和ADSL Modem調制用的高頻帶。分離器實際上是由低通濾波器和高通濾波器合成的設備，為簡化設計和避免饋電的麻煩，通常采用無源器件構成。

3.2 ADSL Modem

用戶端的ADSL Modem內部結構與V.34等模擬Modem幾乎相同。主要由處理D/A變換的模擬前端(analog front end)、進行調制/解調處理的數字信號處理器(DSP)以及減小數字信號發送功率和傳輸誤差，利用“網格編碼”和“交織處理”實現差錯校正的數字接口構成。

交換局端的ADSL Modem產品大多具有多路復用功能(DSLAM：DSL Aclearcase/" target="_blank" >ccess Multiplexer)。各條ADSL線路傳來的信號在DSLAM中進行復用，通過高速接口向主干網的路由器等設備轉發，這種配置可節省路由器的端口，布線也得到簡化。目前已有將數條ADSL線路集束成一條10BASE-T的產品和將交換機架上全部數據綜合成155 Mbit/s ATM端口的產品。

3.3 ADSL的調制技術

ADSL的調制技術是ADSL的關鍵所在。在ADSL調制技術中，一般均使用高速數字信號處理技術和性能更佳的傳輸碼型，用以獲得傳輸中的高速率和遠距離。在信號調制技術上，ADSL調制解調器主要采用CAP和DMT技術：

1)CAP(Carricerless Amplitude/Phase Modulation, 無載波調幅調相)。CAP是AT&T提出的調制方式，數據信號在發送前被壓縮，然后沿電話線發送，在接收端重組。CAP的主要優點為：載波頻率可變，在一個頻率周期或波特內傳輸2到9位二進制數據，因此在相同的傳輸速率下，占用更少的帶寬，傳輸距離更遠。

2)DMT(Discrete Multi-Tone，離散多音)。DMT采用多載波調制技術，可用頻段劃分為多個(典型為256個)子信道，每個子信道的帶寬為4kHz，對應不同頻率的載波，并根據子信道發送數據的能力將數據分配給各子信道，不能載送數據的子信道被關掉。DMT用離散快速傅立葉變換進行編解碼，DMT嘗試可能的最高速率，根據線路的噪聲和衰減特性分配數據。目前，DMT已成為 ANSI制訂的ADSL的調制標準----T1.413。

由于CAP信號傳輸占用全部信道帶寬，所以頻域和時域噪聲都會對它造成影響。DMT的每個很窄的子信道頻帶內的電纜特性可以近似認為是線性的，因此脈沖混疊可以減到最低程度。在每個子信道內傳送的比特率可以按該信道內信號和噪聲的大小自適應地變化，故DMT技術可自動避免工作在干擾較大的頻段。

DMT和CAP技術都可以實現速率的自適應調整，這就是RADSL。不同的是DMT可以做到從64kbps開始以32kbps的間隔平滑遞增。而CAP只能從640kbps開始作較粗糙的調整。

CAP的優點是處理較DMT簡單，故時延小，芯片功耗低、其商品化也走在DMT方式之前。DMT的優點是抗噪聲性能比CAP好。兩種技術互不兼容，設備之間無法互連，影響了ADSL的推廣。不過現在市場上的產品基本上以CAP調制技術為基礎。

四、ADSL的應用

ADSL能很好的支持范圍廣闊的高帶寬應用，例如高速互聯網接入，遠程通信，虛擬專用網(VPN)和穩定的多媒體內容。傳統的撥號數據網技術對于以上這些業務的支持要么不能支持，要么支持得不夠。

4.1 ADSL的應用范圍

4.1.1用作專線網的接入線

專線提供上、下行速率對稱的通信業務，因此可采用ADSL Modem，終端通過V.35或X.21等串口與其相連，其雙向傳輸速率為128 kbit/s～2 Mbit/s。

4.1.2用作Internet的接入線

在Internet中，瀏覽Web等客戶/服務器業務的下行數據量要大得多，因此可采用下行高速化的ADSL Modem。

4.1.3 用作ATM的接入線

主干線路ATM化已成為全球通信發展的趨勢，因此如何使xDSL用作ATM業務的接入線已成為當前研究與開發的熱點。ANSI、ETSI、ITU-T、ADSL論壇和ATM論壇等機構也正在對ATM over ADSL技術進行標準化。

1997年6月阿爾卡特、微軟等公司聯合發表了ADSL系統規范，給出了利用ADSL設備設計ATM網絡的基本方法。圖2示出了ATM終端利用ADSL線路建立永久虛電路(PVC)的實例。通常對各個ATM終端獨立地設定VPI(虛路徑標識符)和VCI(虛通道標識符)，如果在ATM over ADSL中原封不動地沿用這種規范，因導入了帶有復用功能的綜合型ADSLModem(DSLAM：Digital Subscriber Line Access Multiplexer)不能保持VPI/VCI的唯一性。因此，聯合建議中規定ATM終端只設定VCI，VPI作為DSLAM識別各ATM終端(ADSL線路)的標志。



4.2新一代ADSL技術的應用前景

新一代ADSL芯片的研發在標準形成的過程中一直在進行，不同的芯片廠商采用不同的策略。有的廠商分階段研制ADSL2和ADSL2+芯片，其主要考慮是，一方面，ADSL2比ADSL2+標準化進程快(至少相差半年)，另一方面，ADSL2的芯片成本在有一定產量的情況下比ADSL增加不多，有望在市場上取得一定優勢，此后再根據需求狀況決定ADSL2+芯片的生產。

由于ADSL2 與第一代ADSL相比在速率上并沒有很大的增加，而在ADSL2的基礎上發展起來的ADSL2+通過擴展下行頻帶可以大大提高下行速率，因此芯片廠商將不會推出只支持ADSL2的芯片，而是以ADSL2 +的方式在芯片上同時支持ADSL2和ADSL2+。另外，隨著ADSL技術的迅猛發展、第一代ADSL用戶的不斷增加，為了與已有的ADSL用戶兼容，未來的 ADSL2、ADSL2+設備可能會選擇同時支持 G.992.1 、G.992.3和G.992.5標準，以能夠適配遠端設備所支持的操作模式。

ADSL2利用現有電話銅纜資源，可在開通話音業務(POTS、ISDN)的同時，利用高頻段提供寬帶數據業務。其中ATU-C、ATU-R分別為局端和用戶端的ADSL2收發單元，話音和數據業務通過分離器(Splitter)隔開。

根據提供業務的不同，ADSL2包括以下四種具體應用形式：

(1)Data，即只提供數據業務。

(2)Data+POTS，即同時提供數據和普通電話業務。

(3)Data+ISDN，即同時提供數據和ISDN業務。

(4)Voice over Data，即通過數據通道提供話音業務(VoADSL)。此時需要話音網關功能完成話音到分組數據的轉換。

從應用角度來看，在歐洲、北美等地，由于用戶分布一般比較分散，適合采用ADSL技術，對ADSL技術的升級形成ADSL2/ADSL2+有較強的需求。一方面，由于新一代ADSL在應用模式上變化不大，而性能和功能上得到了擴展，還可在原有ADSL DSLAM上混插ADSL2、ADSL2+的用戶板，為用戶提供更高水平的服務，同時兼容原有ADSL Modem；另一方面，由于國際范圍內通信行業普遍不景氣，歐美運營商一般不愿投入更多的資金進行全新技術(如VDSL)的引入和相應的網絡建設。而在東亞、東南亞等地，ADSL的應用快速發展的同時，由于用戶居住相對密集，適合VDSL中短距離、高速率的特點，特別是在韓國、日本等寬帶接入發展較快、市場競爭十分激烈的國家，VDSL已進入商用化進程。

在我國，ADSL的應用近幾年來不斷推廣，特別是2002年，發展勢頭強勁，用戶數進入快速增長時期，已成為運營商業務收入的主要增長點之一。同時，由于VDSL技術，特別是以太網與VDSL結合的EoVDSL方式，與ADSL和以太網接入相比具有一定的潛在優勢，也得到了運營商和設備制造商的廣泛關注。因此，有必要緊密跟蹤新一代ADSL和VDSL技術的進展，在綜合考慮性能、成本、技術成熟度、市場需求等因素在基礎上制訂恰當的發展策略。

五、結束語

要獲得比較滿意的性能，除了要更好地設計ADSL設備外，運營商也要提供高質量的線路。因為ADSL設備可以自適應地改變傳輸速率，當線路不能滿足一定的要求時，用戶會感到傳輸速率得不到保證。所以，在開始使用ADSL之前，要對線路進行測試和優化。如測試環路長度、環路電阻、環路損耗是否可接受，定位并去掉影響高速傳輸的加感線圈和橋分點，對線路誤碼率進行測試等。

總之，各種業務對傳輸速率提出越來越高的要求以及世界上各大公司對G.Lite標準的一致認可，將極大地推動ADSL技術的發展和應用。而發展我國自己ADSL設備和業務也將成為未來研究的一個熱點。

原文轉自：http://www.kjueaiud.com