ADSL寬帶網絡接入技術的若干特性

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　　隨著因特網爆炸式發展，因特網上的商業應用和多媒體業務得以迅猛推廣。用戶要想獲得因特網上的各種服務，必須以某種接入網絡。為了實現用戶接入寬帶化，提高用戶上網速度，光纖到戶(FTTH)是用戶接入網發展的必然方向。

但從目前來看，由于光纖接入網成本高，在今后的一段時間里，大多數接入網仍將繼續使用現有的銅線環路。近年來，人們提出多項過渡性寬帶接入技術，包括N-ISDN、CM（cable modem）和非對稱數字用戶環路（ADSL）等，其中當數ADSL最具前景和競爭力，它將在未來十幾年，甚至幾十年內占主導地位。
　　
　　1 ADSL的頻譜分配
　　ADSL技術通過現有電話線在用戶與中心局（CO）之間進行雙向數據通信。ADSL物理層能與普通電話（PTOS）的頻譜共存。共存的原因在于，ADSL頻譜只使用高于PTOS頻帶的頻率，POTS的頻譜范圍從0-4kHz左右，ADSL的頻譜起點高于POTS頻帶，最高頻率可達1.1MHz左右。在POTS頻譜與ADSL頻譜之間設置保護頻帶，有助于避免產生干擾。ADSL頻譜的低段部分用于上行傳輸（從用戶到CO），高段部分用戶下行傳輸。實際中可采用兩種不同技術劃分上/下行頻帶（見圖1）：（1）在頻分復用（FDM）技術中，上行和下行頻譜采用各自的頻帶，頻帶可隨實現方法的不同而不同，一般而言，上行頻帶為25-200kHz，下行頻帶為200kHz-1.1MHz。該技術不會產生自串擾，但與回波消除系統相比，其缺點是下行寬帶降低；（2）回波消除技術允許下行頻帶與上行頻帶重疊，上行頻帶依然為25-200kHz，但下行頻帶可擴展至上行頻帶部分。該技術的主要優點在于可極大擴展下行寬帶，但必須具備回波消除電路才能進行全雙工傳輸，此外自交調的存在會產生額外干擾。
　　
　　2 ADSL的調制技術
　　ADSL物理層采用離散多音（DMT，discrete multitone）調制技術。該技術采用一種非常類似于正交頻分復用（OFDM）技術的方法，在多個子信道（subcarrier）上傳輸數據，這是一種許多無線通信系統采用的技術。DMT調制器并行采集N個數據信號，同時在N個子信道上傳輸這些符號（symbol）,每個子信道上的數據速率僅為原有數據速率的1/N。數據率的降低使DMT符號周期延長為N倍，使符號存在時間長于信道時間間隔，更易消除符號之間的干擾。
　　
　　在發射端，利用反向快速傅里葉變換（IFFT）生成正交子信道，即形成DMT符號。發射端的數據符號可認為是頻域信號，它代表IFFT基本函數（不同頻率下的正交正弦曲線）的復合權重（complex weights）。然后IFFT把數據符號轉換成時域下的正弦和信號。IFFT輸出的信號本塊即為DMT符號，通過信道傳輸，接收端采用FET，把時域信號變換成頻域信號。2N點IFFT用于生成DMT符號，其中N個負頻率IFFT點是N個正頻率點的共軛復數。這種對稱頻譜產生一個真正的時域信號。因為子信道在DC零頻以外（未用）附近，所以此DMT符號以DC為中心，這樣就可在DMT頻譜中生成一條通路，以留出POTS頻譜位置�？梢奃MT是一種真正的基帶系統。
　　
　　DMT支持循環前綴插入。循環前綴是一種帶有長度LP的樣本塊，這種長度LP是DMT符號中最后LP樣本的拷貝，選用長度LP是因為它比信道響應長度長。首先傳送前綴，然后再傳送DMT接收端能利用它降低信道干擾。
　　
　　動態位分配技術使DMT能有效利用可用的信道容量。該技術使系統能根據子信道的信噪比（SNR），動態地改變每個子信道每個字符的比特效。因為二進制相移鍵控（BPSK）和四相移鍵控碼都是具有魯捧性的調制形式，所以它們可在低信噪比的子信道上傳送。若子信道噪比極低，則此子信道將根本不會用來傳輸數據。高信噪比子信道可傳輸高階正交調幅（QAM）碼，以增加數據吞吐量。
　　
　　3　ADSL系統中的損傷原因
　　ADSL接入系統中存在幾種重要損傷類型：加性白高斯噪聲（AWGN）、交調、脈沖噪聲和無線電噪聲等。
　　
　�。�1）AWGN是所有通信系統中都存在的一種熱噪聲。在ADSL系統中，當噪音使接收樣本超過判決門限時，AWGN就會導致接收端產生誤碼。與其它數字通信系統一樣，ADSL通過差錯控制編碼降低AWGN干擾，該方法是在被傳輸的信號上添加冗余碼，接收端利用冗余碼檢測和校正錯誤�！　�ADSL采用三層編碼方式，物理層中的最內層碼是卷積碼。接收端采用Viterbi算法對接收信號進行解碼，解碼算法的特性是：如果在解碼過程中發生錯誤，解碼器可能會導致突發性錯誤。卷積碼非常適用于校正隨機錯誤。在卷積碼的上部采用Reed-Solomon塊碼（lock code），Reed-Solomon碼適用于檢測和校正那些由Viterbi解碼器產生的突發性錯誤，功能強大。ADSL規范規定每個Reed-solomon碼字長度可達255字節，其中包含16個奇偶字節。最外層碼是循環冗余校驗（CRC）碼。CRC碼用于檢測頂層錯誤，以檢測出Viterbi和Reed-solomon解碼未能檢測出的錯誤，它可對錯誤進行檢測，但不能進行校正。
　　
　�。�2）束狀電話電纜中包含許多不同用戶的電話線，交調是一種常見的損傷。這些電話線具有電磁輻射，減小電纜中其它電話線的電流，從而產生交調干擾。電話線中存在兩種交調，兩者都以加性噪聲形式出現在接收端。當發射端干擾位于電纜同一端的接收端時，就會產生近端交調（NEXT）；當發射端干擾位于電纜遠端的接收端時，就會產生遠端交調（FEXT）。相對而言，近端交調的影響要比遠端交調的影響大得多，這是因為遠端交調干擾貫穿整條電纜，當它到達接收端時，其影響已經減弱。
　　
　　交調可進一步分為自交調和外交調。自交調是來自采用同一頻譜的另一ADSL系統的干擾；外交調是來自采用不同頻譜的另一ADSL系統或另一完全不同系統（如ISDN）的干擾。減少交調干擾的方法是選用合適的頻普分配技術。在基于回波消除技術的ADSL系統中，上行與下行信道重疊，發送和接收使用相同頻帶，因此會產生自交調和外交調干擾。在基于FDM技術的ADSL系統中，上行和下行信道采用不同頻帶，因此不存在自交調，但外交調依然存在。
　　
　�。�3）存在時間短但影響大的干擾是脈沖噪聲。閃電或馬達啟動引起的脈沖噪聲會引起功率波動，并造成解碼器的突發性錯誤。ADSL采用交織和編碼相結合的方式來糾正脈沖噪聲造成的差錯，通過交織過程重排數據，使那些在時間上連續的樣本能間隔開，以便及時分散錯誤，提高解碼性能。
　　
　　4　ADSL與電話線特性
　　長途交換局（TO）之間的主干線通過光纖連接，這些交換局為本地交換機與傳送長途業務的長距光纖之間提供接口，并連接到控制本地交換業務的中心局。中心局裝有用于用戶接入的主交換設備，是前端ADSL設備的所在地。標準銅雙絞線是在中心局與遠程終端之間以及遠程終端到用戶之間的主要傳輸介質。在中心局與遠程終端之間最終會采用光纖傳輸，這種升級將改善ADSL業務性能。
　　
　　長途電話業務的傳輸距離受到中心局電話交換設備能力的影響。網絡交換設備的負荷阻抗大部分來自中心局到用戶的銅導線。此阻抗能承載的距離即為修正阻抗設計（RRD）距離，電話話音質量通常在到達修正設計距離之前就受到影響，電信運營中通常會使用更粗的電話線和負載線圈的方法來提高話音質量。ADSL的性能同樣與從中心局到用戶的距離有關。
　　
　　5　ADSL與CM、N-ISDN的比較
　　與CM相比，ADSL技術具有相當大的優勢。CM接入方案采用分層樹型結構，其優勢是帶寬比較高（10M），但該技術是一種較粗糙的總線型網絡，用戶要與鄰近用戶分享有限帶寬，當一條線路上用戶激增時，速度將減慢。據有關資料表明，大部分情況下，CM方案必須兼顧有線電視節目，占用部分帶寬，剩余部分傳送其它數據信號，實際數據速率為400-500kb/s。因此，即使在理想狀態下，CM接入方案也只相當于一個10Mb/s的共享式總線型以太網。在網絡拓撲結構上，ADSL接入方案較先進，每個用戶都有一條單獨線路與ADSL局端相連，其結構為星型結構，數據傳輸帶寬由每個用戶獨享。
　　
　　與使用普通撥號上網的56K速率和使用N-ISDN上網的128K速率相比，ADSL的速率優勢不言而喻，ADSL接入方案最吸引人的地方是：在同一銅線上分別傳送數據和話音信號，數據信號不通過電話交換設備，可減輕電話交換機負載，而且無需撥號，屬專線上網方式，這意味著使用ADSL上網不需要繳付額外的電話費。

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