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电话铜线接入技术

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电话铜线接入技术 铜线接入技术 电话铜线接入
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1 1 电话铜线接入技术 接入网技术 接入网接入网 2 2 电话铜线接入技术 引言 电话铜线的传输性能 拨号接入技术 xDSL的体系结构 ADSL 新一代的DSL 接入网接入网 3 3 1 引言 n电话铜线接入网 n在全球,覆盖最广,向家庭、商业用户提供接入 n主要成分:双绞铜线,直达用户驻地 n架空、直埋、管道 n早期提供POTS业务(话音业务) n现在可提供数据业务。 接入网接入网 4 4 2 电话铜线的传输性能 n电话铜线上的技术演进 n表现在两个方面:频段的开发利用以及接入技术的演进 n最初只提供POTS业务,带宽0~4kHz n话带Modem技术,在电话铜线上传输数据 n采用话带频段,速率从最初的300b/s到现在的56Kb/s nISDN技术,采用时分复用实现数话同传 n2B+D信道将速率提高到144Kb/s nxDSL技术 n工作频段大多在话带频带之外,可数话同传 nHDSL:1.544Mb/s、2.048Mb/s nADSL:最大下行速率6Mb/s nVDSL:下行速率提高到52Mb/s 接入网接入网 5 5 电话铜线的传输性能 n引起电话铜线传输损伤的因素 n传输损耗:与距离、线径、频率有关 n信号反射(混合线圈和回波) n阻抗不匹配,引起信号反射 n回路中线径不同,拼接引起阻抗变化导致信号反射 n噪声 n白噪声:由线路中电子运动产生的固有噪声 n射频(RF)干扰:电话线充当天线,可能收到AM/FM信号 n脉冲干扰:瞬间突发干扰,如交换机的开关暂态、振铃等 n串扰:同一扎内或相邻扎线之间的干扰 接入网接入网 6 6 电话铜线的传输性能 n电话铜线上的传输有损伤 n传输速率随着 n距离的增加而减小 n随着信噪比的减小而减小 n电话铜线的传输带宽也远不止当初使用的0—4kHz n在竞争压力下,采用更先进的技术,开发出了电话铜线的更高频段 n更先进、抗干扰性能更好的调制编码技术 n纠错技术 nDSP技术等 n目前,已达到几十兆Hz(理论值30MHz) n频率越高,使用更难,要求技术更高,但相信还会发展 接入网接入网 7 7 3 拨号接入技术 n话带Modem拨号接入 nISDN拨号接入 接入网接入网 8 8 (1)话带Modem拨号接入 PSTN:Public Switched Telephone Network AAA: Authentication、Authorization、Accounting PSTN 拨号接入 服务器 Internet AAA服务器 Modem Modem 代理 RS232C接口 E1中继线 电话铜线 运营商 网络 接入网接入网 9 9 话带Modem拨号接入 n工作原理 nPC机装有TCP/IP和PPP协议,拨号接入服务器具有一定数量的IP 地址(IP地址池) n用户需事先从Internet Service Provider处得到拨叫的特服号、 登陆用户名和口令 nPC机通过拨号上网时,会动态得到一个IP地址,成为Internet上 的一台主机 nPC机下网时,IP地址被释放,以备分配 用户点击 拨号连接 身份 认证 认证通过 给用户分 配IP地址 并记帐 结束 下网 释放IP 停记帐 未通过 用户上网 接入网接入网 1010 话带Modem拨号接入 n特点 nModem带宽为300~3400Hz范围 n最高下行速率56Kb/s n上网时一直占用话路,一对双绞线上数话不能同传 n一种最简单、最便宜的接入方式 n广泛用于家庭用户、部分用于小型办公室局域网的 Internet接入 n局限性 n长时间占用电话网资源,造成电话网的拥挤 n带宽太窄、速率太低,不能满足宽带业务的需求 n不能同时满足多种业务 接入网接入网 1111 话带Modem拨号接入 n话带Modem主要功能: n将数字信号调制成音频信号发送到电话用户线 n将从电话线上收到的模拟信号解调成数字信号 n技术发展 n最基本的调制方式是: nASK、FSK、PSK n现代调制技术,大大提高Modem的数据速率 nQPSK、QAM、TCM nITU制定了一系列的话带Modem标准(V系列) nV.21、V.22……V.90、V.92 n速率从300b/s、600b/s ……56kb/s 接入网接入网 1212 (2)ISDN拨号接入 nISDN:Integrated Services Digital Network nTE1:非ISDN终端 nTE2:ISDN终端 nTA:ISDN终端适配器 nNT:网络-用户接口设备 n信道:2B+D或30B+D nB信道传输数字话音或数据,D信道传输信令 Internet TA ISDN TE1 NT TE2 信道 拨号服务器 接入网接入网 1313 ISDN拨号接入 n特点 n在模拟信道上采用数字传输技术 n一线多能(数话同传) n高速接入(2个B信道可以捆绑使用,上网速率可达128Kbps) n提供标准网络用户接口,支持多个设备接入 n1条具有2B+D的用户线可连接8台终端 n最多可有3台同时工作(D信道也可传输低速数据) n可用于家庭用户拨号接入、商用专线接入 n除欧洲外,其它地区用户很少 n局限性 n速率仍不够高,不能满足宽带业务需求 n安装较Modem接入复杂 接入网接入网 1414 3 xDSL的体系结构 n概述 n不同DSL技术的差别 nxDSL的接入结构 nxDSL的转移模式 接入网接入网 1515 (1) 概述 nxDSL是一系列利用现有电话铜线进行数据传输的 宽带接入技术 nxDSL工作频段大多高于话带 n采用先进的DSP技术和调制解调技术,实现电话铜 线上的高速接入 n分类: n速率对称型DSL技术 nHDSL、SDSL、IDSL n速率非对称型DSL技术: nADSL、VDSL、VADSL、RADSL、CDSL 接入网接入网 1616 不同DSL技术的差别 n主要表现在速率、传输距离、编码技术、上下行速 率的对称性等方面 nHDSL: n上下行速率对称、1.5/2Mb/s,2对线(HDSL2支持1 对线),与话带重叠,不可与话音业务同时进行 nADSL: n不对称,上行640kb/s,下行最高6~8Mb/s。1对线 ,工作频带高于话带,可同时支持话音业务 nVDSL: n不对称上行最高6.4Mb/s,下行最高52Mb/s; n对称上下行最高26Mb/s。1对线,工作频带高于话带, 可同时支持话音业务 接入网接入网 1717 (2) xDSL的接入结构 PST N Data Networ k 电话铜线xTU-R 远端设备 分离器 xTU-C 局端设备 分离器 可数话同传的xDSL结构图 Data Network 电话铜线 xTU-R 远端设备 不可数话同传的xDSL结构图 xTU-C 局端设备 nxTU-R:DSL远端传输单元,xTU-C: DSL局端传输单元 n具体的DSL接入结构有差别 接入网接入网 1818 xDSL的转移模式 n转移模式是指用户端到局端之间在DSL链路上承载并转移 的数据单元格式。 n三种转移模式: nSTM:同步转移模式 n在DSL链路上承载并转移STM帧(固定速率的流式业务) n固定分配带宽,用户专用,资源浪费 nATM:异步转移模式 n在DSL链路上承载并转移ATM信元 n曾经的主要模式 nPTM:分组转移模式 n在DSL链路上承载并转移可变长度的分组 n一种最新的模式,顺应IP技术潮流,最具发展潜力 Data Network ADSL Link ATU-R STM/ATM/PTM over ADSL示例 ATU-C STM/ATM/PTM模式 接入网接入网 1919 4 ADSL n技术标准与发展 n基本特征 n接入结构 n技术要点 nADSL.Lite n应用 接入网接入网 2020 ADSL技术标准与发展 nADSL的概念于1989年提出,1998年开始广泛用 于互联网接入 nITU-T技术标准: n第一代ADSL技术 nG.992.1-1999,也称G.dmt规范,定义ADSL收发器 nG.992.2-1999,也称G.lite规范,定义无分离器ADSL收发器 n第二代ADSL技术 nG.992.3-2002,也称ADSL2,定义了ADSL2收发器 nG.992.4-2002,定义了无分离器的ADSL2收发器 nG.992.5-2003,也称ADSL2+,定义了增强功能的ADSL2收 发器 接入网接入网 2121 ADSL基本特征 n在现有的电话铜线上提供高速数字业务,不干扰 POTS业务 nADSL只使用PSTN的用户接入段,不进入程控交 换机,直接进入数据网, ADSL业务不交电话费 n与POTS业务共享同一电话线,采用FDM实现数话 同传 n传输速率:最高上行640Kb/s,最高下行: 8Mb/s n传输距离:3~5km n业务类型:语音、数据、图象 n上下行速率不对称,特别适合Internet的接入 接入网接入网 2222 ADSL接入结构 nADSLAM:ADSL Access Multiplexing,ADSL接入复用器 nATU-C:ADSL Transmission Unit-CO side,ADSL局端传输单元 nATU-R: ADSL Transmission Unit-Remote side,ADSL远端传输 单元 Data Network ADSL Modem 分离器 分离器 机架 局端接入设备 PSTN 用户端接入设备 用户线 ATU-C ATU-R ADSLAM ATU-C 接入网接入网 2323 ADSL接入结构说明 n用户端接入设备 nADSL Modem n对数据信号进行调制/解调,实现ADSL数据的正确收发 n分离器 n由低通滤波器和高通滤波器组成 n实现POTS与ADSL业务的分路 n局端接入设备 n分离器机架:由多个分离器构成 n将分离后的话音接入程控交换机 n将分离的数据接入数据交换机(ATM或Ethernet交换机) nADSLAM:ADSL接入复用器 n实现各路ADSL数据的复用和解复用 n有些DSLAM具有局部管理和网关的功能 接入网接入网 2424 ADSL技术要点 n频谱划分 n承载信道 n调制技术 n初始化过程 n帧格式 接入网接入网 2525 ADSL的频谱划分 n0~4kHz, POTS业务 n25.875~138KHz,可双向配置,主要用于ADSL 上行数据传输 n140~1104KHz,用于ADSL下行数据传输 频率(KHz) 功率谱 425138 140 1104 下行上行 POTS 0 接入网接入网 2626 ADSL的承载信道 nADSL的数据通道分: n双向低速信道和下行高速信道 n双向低速信道 n分LS0、LS1、LS2三个子通道 n可作为独立的单向信道配置,一般用作上行传输 n下行高速信道 n分AS0~AS3四个子通道 n子通道分: n快速通道 n前向纠错,无交织,适于传输时延敏感型业务 n交织通道 n前向纠错+交织,传输可靠性高,适于差错敏感型业务 接入网接入网 2727 ADSL的调制技术 nADSL通常采用三种基本的调制技术: nQAM:Quadrature Amplitude Modulation ,正交幅度调制 nDMT:Discrete multi-Tone,离散多音 nCAP:Carrierless Amplitude-Phase Modulation,无载波幅相调制 nITU-T G.992.1(即ITU-T G.DMT)采用 DMT调制技术 接入网接入网 2828 DMT调制技术 nDMT基本思想: n是一种最简单的多载波调制技术 n将信道分成若干个互不重叠的子信道(离散) n每个子信道分别单独进行调制 n根据S/N自适应分配子信道承载的比特率 n每个子信道受损的情况可能不同 n受损大的子信道分配较少的比特(甚至放弃) nADSL中的DMT: n将0-1.104MHz的频带分成256个子信道,每子信道带 宽4.3kHz n每个子信道单独进行QAM调制 n根据子信道受损情况采用不同的QAM技术 n降低调制速率以提高抗干扰能力,特别适合抵抗RFI 接入网接入网 2929 DMT调制技术 nDMT如何为各子信道动态分配比特率? n发送测试信号(训练序列) n接收端进行频谱估计,根据算法计算出各个子信道的信 噪比 n确定各子信道的比特分配 n如果某个子信道质量太差,可以放弃使用此子信道 nDMT的特点 n可根据信道质量自适应调整比特 n可以避开强干扰的子信道,提高ADSL的抗干扰能力 n当然,DMT在避开干扰的同时,也牺牲了有效带宽,不 过就可靠性而言,是值得的 接入网接入网 3030 DMT调制技术 f初始子信道 比特划分 bit/Hz 考虑信道衰减的 子信道比特划分 频率 crosstalk 噪声状况 RFI 频率 噪声幅度 考虑信道噪声的 子信道比特划分 bit/Hz 频率 RFI下,放弃使 用的子信道 信道衰减特性 频率 信号幅度 bit/Hz 接入网接入网 3131 ADSL.Lite n标准ADSL需要在用户端安装无源分离器 n增大了安装工作量、成本、时间 n轻型ADSL:ADSL-lite nG.992.2-1999,G.lite n特点: n无需安装用户端分离器(Splitterless ) n实现较为简单,可使用通用的DSP芯片 n数据传输率较低:1.5Mbps/512kbps n传输距离:最长可至7km n因无分离器虑波器作用,POTS业务与ADSL业务之间相互干扰 n适合大量推广于个人用户 接入网接入网 3232 ADSL.Lite结构 n与全速率ADSL相比,在用户侧取消了分离器 n局端设备不变 n特别提醒:用户侧有分离器的ADSL也称全速率ADSL Data Network ADSL Modem 分离器 机架 局端接入设备 PSTN 用户端接入设备 用户线 ATU-C ATU-R ADSLAM ATU-C 接入网接入网 3333 ADSL的应用 nADSL设备 nADSL Modem nDSLAM nADSL接入的典型应用 n桥接应用 n路由器接入 接入网接入网 3434 ADSL Modem n即ATU-R,属用户端设备,完成用户端的接入功能 n一般需与一个分离器相连,分离器可内置,也可外置 n不同厂家的产品具体功能有差异,称呼也有不同,如: nADSL Modem、ADSL桥、ADSL接入终端、ADSL路由器等 nADSL桥: n带有以太网接口或ATM接口,大部分都具有以太网接口 nADSL路由器: n在ADSL Modem上实现了PPPoE或PPPoA、DHCP、NAT等功能 n可实现多个用户的接入 n可自动给接入的计算机分配IP地址,并实现它们之间的通信 n不是真正的路由器 接入网接入网 3535 DSLAM nADSL接入的局端设备 n经历了三个发展阶段: n纯ATM结构 n组网时只能接入ATM核心网 n建网成本昂贵 nATM内核IP上联 n基于ATM内核,采用IP上联接口 n组网时可直接接入到IP网络 n但既没有继承ATM丰富的QoS特性,也没有学习到IP丰富的业 务特性,只是一种过渡产品 nIP内核IP上联 n又称IP DSLAM,组网时可直接接入到IP网络 n采用纯IP内核,继承了IP丰富的业务特性,支持组播 n目前产品可集成BRAS(宽带接入服务器)功能 接入网接入网 3636 ADSL桥接应用 ATU-RATU-RATU-CATU-C EthernetEthernet NAS/ISPNAS/ISP ATMATM转移模式转移模式 PCPC EthernetEthernet E E E E EthernetEthernet接口接口 PHY PHY MAC PHY MAC PHY ATM Relay PHY ATM PHY MAC Relay PCATU-RATU-C ISP接入服务器 PPP PPPOE MAC IP PPP PPP0E IP 接入网接入网 3737 ADSL路由器接入 PCATU-RATU-C ISP接入服务器 IP MAC PHY PHY IP PPP MAC PHY PHY IP PPP PPPOE ATM MACPPPOE PHY ATM PHY MAC Relay ATU-RATU-RATU-CATU-C EthernetEthernet EthernetEthernet NAS/ISP ATMATM转移模式转移模式 PCPC E E E E EthernetEthernet接口接口 接入网接入网 3838 新一代的DSL n第一代ADSL技术的缺陷 nADSL2 nADSL2+ nVDSL 接入网接入网 3939 第一代ADSL技术的缺陷 n第一代ADSL技术的缺陷 n下行速率较低 n只支持STM、ATM转移模式 nSTM未得到广泛应用 n支持的线路诊断能力较弱 n设备的散热问题难以解决 n新一代DSL标准 nG.993.1-2001,VDSL nG.992.3-2002,ADSL2 nG.992.5-2003,ADSL2+ 接入网接入网 4040 ADSL2 n在第一代ADSL的基础上发展起来 n提高了数据速率和距离 n最高下行:12Mb/s,最高上行:1.2Mb/s n增强的功率管理 n三种功率模式:L0、L2、L3 n增强的抗噪音能力 n增强的线路诊断功能 n多线对绑定 n提供信道化的业务 n分组转移模式 接入网接入网 4141 ADSL2+ n在ADSL2+的基础上发展起来 n频谱加倍,子载波数达512个 n更高速、更远距离 n减少了CO与RT之间的线路串扰 接入网接入网 4242 VDSL nVDSL是ADSL技术的发展,是DSL中速率最 快的接入技术 n推动VDSL发展的因素 n用户业务对带宽不断增长的需求(ADSL有时不 能满足要求) n越来越多的地方实现了FTTx,但最终连接到用 户仍嫌贵,利用VDSL实现光纤到用户的宽带延 伸 接入网接入网 4343 VDSL的基本特点 n与POTS业务共享同一电话线,同时工作 n通过适当设置可实现POTS、ADSL、VDSL同时共线工作 nVDSL业务不经过程控交换机,直接进入数据网 n速率更高:最高上/下速率达 6.4/52Mbps n多业务:语音、数据、图象 n可提供不对称和对称业务 n传输距离受业务速率和铜线本身特点的限制 n线径、衰减、串音、脉冲干扰、业余无线频率干扰 n距离小于ADSL,1~3km(一般在1.5km内) n支持ATM、PTM两种转移模式 接入网接入网 4444 VDSL的频谱划分 nVDSL频带理论范围:300kHz~30MHz n现实际规定的上限频率:12MHz n上下行频率可根据需要灵活分配 频率 功率谱 4KHz 300KHz30MHz POTS VDSL 接入网接入网
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