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1、某小区基于ADSL的宽带接入综述某小区基于ADSL的宽带接入张磊内容摘要随着信息技术的发展，特别是Internet的商业应用和多媒体服务诸方面的迅速发展，用户对信息传输速率提出了越来越高的要求。要改善目前上网速率慢的情况，除了增加骨干网的带宽、路由器速度和服务器的处理能力外，更主要的在于如何提高用户接入网的传输速率。为了实现用户接入的数字化、宽带化，提高用户上网速度，光纤到户（FTTH）是今后发展的必然方向。但由于光纤用户网的成本过高，要实现光纤到户还需要很长的时间。而且目前全世界已经有超过亿条固定铜线在使用，所以目前应该首先考虑如何利用已经铺设好的铜线来传送高速数据。在今后十几年甚至几十年内

2、大多数用户网仍将继续使用现有的铜线环路。近年来人们提出了多项过渡性的宽带接入网技术，其中ADSL（非对称数字用户环路）是最具前景与竞争力的一种，在未来十几年甚至几十年内将占主导地位。本文首先介绍了接入网的概念，重点讨论了ADSL的接入原理、应用以及如何运用ADSL技术实现小区的宽带接入，最后以某具体方案来实现小区宽带ADSL的接入。关键词: 接入网 宽带接入 光纤 ADSL第一章 接入网的概述第一节 接入网的定义 ITU-T规定，接入网（AN）是指由业务节点接口（SNI）和相关用户网络接口（UNI）之间的一系列传输实体（如线路设备和传输设备）所组成的为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统

3、，可经由Q3接口进行配置和管理。传送实体提供必要的传送承载能力，透明传输。- 透明传输，不作处理- 与业务和应用无关- 完成交叉、复用、传输的功能，一般无交换能力。第二节接入网的定界在电信网中，接入网的定界如图所示。接入网所覆盖的范围可由三个接口来定界，即网络侧经由SNI与业务节点（Service Node,SN）相连，用户侧经由UNI与用户相连，管理方面则经Q3接口与电信管理网（Telecommunications Management Network, TMN）相连。 接入网的定界业务节点（SN）是提供业务的实体，可提供规定业务的业务节点有本地交换机、租用线业务节点或特定配置的点播电视和广

4、播电视业务节点等。业务节点口(SNI)是接入网（AN）和业务节点（SN）之间的接口。如果AN-SNI侧和SN-SNI侧不在同一地方，可以通过透明传输通道实现远端连接。通常，接入网(AN)需要支持大量的SN接入类型，SN主要有下面3种情况：仅支持一种专用接入类型；可支持多种接入类型，但所有接入类型支持相同的接入承载能力；可支持多种接入类型，且每种接入类型支持不同承载能力。按照特定SN类型所需要的能力，以及根据所选接入类型、接入承载能力和业务要求，可以规定合适的SNI。支持单一接入的标准化接口主要有提供综合业务数字网（Integrated Service Digital Network, ISDN

5、）基本速率（2B+D）的V1接口和一次群速率（30B+D）的V3接口。支持综合接入的接口目前有V5接口，包括V5.1和V5.2接口。 用户网络接口（UNI）是用户和网路之间的接口。在单个UNI的情况下，ITU-T所规定的UNI(包括各种类型的公用电话网和ISDN的UNI)应该用于AN中，以便支持目前所提供的接入类型和业务。 接入网与用户间的UNI能够支持目前网络所提供的各种接入类型和业务，但接入网的发展不应该限制在现有的业务和接入类型。通常接入网对用户信令是透明的，不作处理，可以看作是一个与业务和应用无关的传送网。通俗地看，接入网可以认为是网路侧V（或Z）参考点与用户侧T（或Z）参考点之间的机

6、线设施的总和，其主要功能是复用、交叉连接和传输，一般不含交换功能（或含有限交换功能），而且应独立于交换机。 接入网的管理应纳入电信管理网(TMN)范畴，以便统一协调管理不同的网元。接入网的管理不但要完成接入网各功能块得管理，而且要完成用户线的测试和故障定位。第二章 接入网的分类 接入网通常是按其所用传输介质的不同来进行分类。一般地，接入网可分为有线接入网和无线接入网两大类。有线接入网又分为铜线接入网和光纤接入网两种：无线接入网分为固定无线接入网和移动无线接入网两种，包括蜂窝通信、地面微波通信和卫星通信等不同形式。在实际接入网中，有时会用到多种传输介质，如既用到铜线，又用到光纤，甚至还同时用到无

7、线介质，这样就形成了混合接入网。第一节 铜线接入网如图是一个典型的铜线接入网系统-市内铜缆用户环。图中，端局与交接箱之间可以有远端交换模块（Remote Switching Unit ,RSU）或远端设备（Remote Terminal ,RT）。 端局本地交换机的主配线架（Main Distribution Frame , MDF）经大线径、大对数的馈线电缆连至分路点转向不同方向。由分路点再经副馈线电缆连接至交接箱，其作用是完成馈线或副馈线电缆中双绞线与配线电缆中双绞线之间的交叉连接。由交接箱开始经较小线径、较小对数的配线电缆连接至分先盒。分线盒的作用是终结配线电缆，并将其余引入线相连。从功

8、能上可以将分线盒处称为配线点（Distributing Pint, DP）或业务接入点（Service Access Point, SAP）。由分线盒开始通常是若干单对或双对双绞线直接与用户终端处得网路接口（Network Interface , NI）相连，用户引入线为用户专用，NI为网络设备和用户设备的分界点。铜线用户环的作用是把用户话机连接到电话局得交换机上。对于市内用户环路，其主干电缆长度通常为数公里，配线电缆长度一般为数百米，用户引入线一般只有数十米。第二节 光纤接入网光纤接入网（或称光接入网）（Optical Access Network , OAN）是以光纤为传输介质，并利用光波

9、作为光载波传送信号的接入网，泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。光纤接入网系统的基本配置如图所示。光纤最重要的特点是：它可以传输很高速率的数字信号，容量很大：并可以采用波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）、频分复用（Frequency Division Multiplexing, FDW）、时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）、空分复用（Space Division Multiplexing，SDM）和副载波复用（Sub Carrier Multiplexing，SCM）

10、等各种光的复用技术，来进一步提高光纤的利用率。 从图中可以看出，从给定网络接口到单个用户接口之间的传输手段的总和称为接入链路。利用这一概念，可以方便地进行功能和规程的描述以及规定网络需求。通常，接入链路的用户侧和网络侧是不一样的，因而是非对称。光接入传输系统可以看作是一种使用光纤的具体实现手段，用以支持接入链路。于是，光接入网可以定义为：共享同样网络侧接口且由光接入传输系统支持的一系列接入链路，由光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）、光配线网络/光配线终端（Optical Distributing Network/Optical Distributing Termi

11、nal ，ODN/ODT）、光网络单元（Optical Network Unit ，ONU）及相关适配功能（Adaptation Function，AF）设备组成，还可能包含若干个与同一OLT相连的ODN。OLT的作用是为光接入网提供网络侧与本地交换机之间的接口，并经一个或多个ODN与用户侧的ONU通信。OLT与ONU的关系为主从通信关系，OLT可以分离交换和非交换业务，管理来自ONU的信令和监控信息，为ONU和本身提供维护和指配功能。OLT可以直接设置在本地交换机接口处，也可以设置在远端，与远端集中器或复用器接口。OLT在物理上可以是独立设备，也可以与其他功能集在一个设备内。ODN为OLT与

12、ONU之间提供光传输手段，其主要功能是完成光信号功率的分配任务。ODN是由无源光元件组成的纯无源的光配线网，呈树形-分支结构。ODT的作用于ODN相同，主要区别在于：ODT是由光有源设备组成的。ONU的作用是为光接入网提供直接的或远端的用户侧接口，处于ODN的用户侧。ONU的主要功能是终结来自ODN的光纤，处理光信号，并为多个小企事业用户和居民用户提供业务接口。ONU的网络侧是光接口，而用户侧是电接口。因此，ONU需要有光/电和电/光转换功能，还要完成对语声信号的数/模和模/数转换、复用信令处理和维护管理功能。ONU的位置有很大灵活性，既可以设置在用户住宅处，也可以设置在DP(配线点)处，甚至

13、FP（灵活点）处。AF为ONU和用户设备提供适配功能，具体物理实现则既可以包含在ONU内，也可以完全独立。以光纤到路边（Fiber to the Curb ，FTTC）为例，ONU与基本速率NTI在物理上就是分开的。当ONU与AF独立时，则AF还要提供在最后一段引入线上的业务传送功能。第三章 ADSL原理第一节 ADSL定义ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)称为“非对称数字用户线路”，是以铜质电话线为传输介质的传输技术。在铜双绞线上提供高达8Mbit/s的高速下行速率，上行速率有1Mbit/s,传输距离则达到 3000m5000m。第二节 技术标准

14、ADSL的技术标准有两种：一种是全速率（Full-rate）的ADSL标准G.dmt，支持640Kbps/8Mbps的高速上行/下行速率；另一种是简化的ADSL技术标准G.lite，最高上行速率降为512Kbps，最高下行速率降为1.5Mbps，另外在用户侧还取消了POTS信号 分离器。我们说ADSL的标准化程度较高，有两层含义：其一是ADSL技术标准仅有两种（HFC宽带网有四种技术标准）；其二是两种技术标准并非截然不同，G.lite仅是G.dmt的简化版本。实际上，这样给工程技术人员留下了极大的回旋余地，根据工程实际情况可采用不同的方案：第一，就高档社区和小型办公室而言，对智能化程度要求较高

15、，我们不妨采用高配置方案，使用全速率的ADSL宽带网接入技术。第二，对于普通家庭用户，适合推广简化的ADSL技术方案G.lite。虽然速率有所降低，但用户端省去了POTS信号分离器，降低了设备的购置费用和安装成本，性价比占有一定优势。第三，一般而言，电信局为了最大范围的扩展市场，抓住庞大的普通消费群体，要对ADSL宽带网限速（一般提供512Kbps的接入速率），以降低用户费用。在这种背景之下，G.lite有着更好的市场前景。第三节 ADSL特点3.1 ADSL的优点相对于某些地方试点的混合光纤同轴网（HFC）而言，ADSL有着如下的优势：技术标准比较统一。前面已经提到，ADSL有两种技术标准G

16、.dmt和G.lite，并且后者仅仅是对前者的简化，而目前电缆调制解调器 （Cable Modem）存在四种不同标准：北美的MCNS以及IEEE 802.14工作组，欧洲的DVB/DAVIC以及ITU-T。标准的不统一，一定程度上限制了HFC的发展。ADSL不需对现有线路改造。而目前我国小区的共用天线系统（CATV）属于单向有线电视网络，采用HFC宽带接入技术时，必须对现有线路进行改造，更换原有的同轴电缆，把线路原有的单向放大器换为双向放大器，这样线路上的投资较大。ADSL用户独占带宽。从网络拓扑结构的角度讲，由于ADSL为每位用户提供单独的一条线路，相当于星型的拓扑结构，其带宽为每个用户所独

17、享。而具有 带宽优势的HFC接入方案，采用的是分层树型结构，本质上是一个粗糙的总线型拓扑结构，那意味着用户将和邻近用户共享带宽，当同一时间同一线路上上网人数 增多时，网络速度将明显变慢，其带宽优势将大打折扣。 和普通拨号Modem和ISDN相比，ADSL的速率要高很多，后两者速率分别为56Kbps/128Kbps。除此之外，ADSL的数据信号并不通过电话交换机，不需拨号，专线上网，不需支付电话费3.2 ADSL的缺陷当然，ADSL也有它的缺点：ADSL对线路要求较高。ADSL是基于铜芯对绞线的传输技术，双绞线能有效的抵抗外界电磁场干扰。但在实践中笔者发现，为了降低工程造价，电气设计人员（或者甲

18、方要求）较多的使用了平行电话线（如HPV- 2X0.5），如果还有强弱电的箱体设置和线路敷设不合理、管材选用不当和接地问题等因素引发的电磁干扰，将对ADSL传输非常不利。ADSL-Modem目前价格还比较昂贵。除此外，电信局还得收取一定的连接费（或者初装费）。现存的用户环路主要由UTP（非屏蔽双绞线）组成。UTP对信号的衰减主要与传输距离和信号的频率有关，如果信号传输超过一定距离，信号的传输质量将难以保证。此外，线路上的桥接抽头也将增加对信号的衰减。因此，线路衰减是影响ADSL性能的主要因素。ADSL通过不对称传输，利用频分复用技术（或回波抵消技术）使上、下行信道分开来减小串音的影响，从而实现

19、信号的高速传送。为了可以利用多个信道， ADSL modem采用两种方式划分可以利用的电话线路的带宽：FDM技术 (Frequency Division Multiplexing)或回波抵消技术（Echo Cancellation）技术. 如图2-1示. FDM方式将频带划分为上行部分和下行部分, 下行通道在被时分复用(Time Division Multiplexing)为一个或多个高速信道和低速信道; 而上行通道也会被复用为相应的低速信道。回波抵消技术（Echo Cancellation）使上行通道和下行通道在频带上的重叠部分相互抵消，通过本地的回波抵消技术可以有效地分开上、下行信道， 减

20、小串音对信道的影响，从而实现信号的高速传送。这种技术已应用于V.32和V.34协议的modem产品中。衰减和串音是决定ADSL性能的两项标准损伤。传输速率越高，它们对信号的影响也越大，因此ADSL的有效传输距离随着传输速率的提高而缩短。ADSL接入网线路长度若为5.5km，可覆盖80%以上的现有电话用户；线路长度若为3.7km，则可覆盖50%以上的现有用户，用户小区以外的分散用户可通过基于光纤的集线器节点接入到网络中，从而实现ADSL在整个互联网中的连接。图2-1 FDM技术和回波抵消技术原理示意图当然，ADSL也有它的缺点：ADSL对线路要求较高。ADSL是基于铜芯对绞线的传输技术，双绞线能

21、有效的抵抗外界电磁场干扰。但在实践中笔者发现，为了降低工程造价，电气设计人员（或者甲方要求）较多的使用了平行电话线（如HPV- 2X0.5），如果还有强弱电的箱体设置和线路敷设不合理、管材选用不当和接地问题等因素引发的电磁干扰，将对ADSL传输非常不利。ADSL-Modem目前价格还比较昂贵。除此外，电信局还得收取一定的连接费（或者初装费）。ADSL亟需建立合理的收费制度。第四节 ADSL的调制和解调技术 目前被广泛采用的ADSL调制技术有3种：QAM(quadatureampli-tudemodulation)、CAP(carrierlessamplitude-phasemodulation

22、)、DMT(discretemultitone)，其中DMT调制技术被ANSI标准化小组T1E1.4制订的国家标准所采用。但由于此项标准推出时间不长,目前仍有相当数量的ADSL产品采用QAM或CAP调制技术。4.1 QAM调制技术QAM调制器的原理图是发送数据在比特符号编码器内被分成两路(速率各为原来的12)，分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。与其它调制技术相比,QAM编码具充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。图2-5 16-QAM调制原理图如图2-5所示。在16-QAM的QAM调制中， 2 bits被用来表示相位的变化，另外2 bits被用来表示幅度的变化，所以用了4 bits来表示一个

23、码元。QAM用于ADSL的主要问题是如何适应不同电话线路之间性能较大的差异性。要取得较为理想的工作特性，QAM接收器需要一个和发送端具有相同的频谱和相位特性的输入信号用于解码，QAM接收器利用自适应均衡器来补偿传输过程中信号产生的失真，因此采用QAM的ADSL系统的复杂性主要来自于它的自适应均衡器4.2 CAP调制CAP调制技术是以QAM调制技术为基础发展而来的,可以说它是QAM技术的一个变种。输入数据被送入编码器，在编码器内，m位输入比特被映射为个不同的复数符号Ananbn，并由K个不同的复数符号构成kCAP线路编码。编码后an和bn被分别送入同相和正交数字整形滤波器，求和后送入转换器，最后

24、经低通滤波器信号发送出去。由于上、下行信号调制在不同的载波上，所以这种调制方式均能适用于速率对称型和非对称型的xDSL。CAP技术用于ADSL的主要难点是要克服近端串音对信号的干扰.一般可通过使用近端串音抵消器或近端串音均衡器来解决这一问题。4.3 DMT调制技术 DMT调制技术的主要原理是将频带(0-1.104MHZ)分割为256个由频率指示的正交子信道（每个子信道占用4KHZ带宽），输入信号经过比特分配和缓存，将输入数据划分为比特块，经TCM编码后再进行512点离散傅利叶反变换(IDFT)将信号变换到时域，这时比特块将转换成256个QAM子字符随后对每个比特块加上循环前缀（用于消除码间干扰

25、），经数模转换(D/A)和发送滤波器将信号送上信道在接收端则按相反的次序进行接收解码。 图2-6 DMT调制技术的实例图2-6中，1 MHz的带宽被分段为256个4 KHz的子频带.每个子频带在发送端用single-carrier调制技术调制，在接收端则接收各子频带，并将其256路载波整合解调。DMT又可分为频分复用方式（FDM）和回波抵消方式两种。FDM按上、下行道划分频带；回波抵消方式的上、下行频带重叠，其效率比FDM高，但处理复杂一些。 由于美国的ADSL国家标准(T1.413)推荐使用DMT技术,所以在今后几年中，将会有越来越多ADSL调制解调器采用DMT技术。业界许多专家都坚信，以A

26、DSL为主的xDSL技术终将成为铜双绞线上的赢家，目前采用普通拨号Modem及N-ISDN技术接入的用户将逐步过渡到ADSL等宽带接入方式，并最终实现光纤接入。第五节技术性能分析现有的用户环路UTP（非屏蔽双绞线）组成衰减和串扰是决定ADSL性能的两项标准损伤.串扰的解决方案信号衰减的解决编码技术的频谱分配串扰的影响编码技术的频谱分配 第四章 小区宽带ADSL如何实现第一节 ADSL的系统结构ADSL系统主要由安装在网络侧的ADSL局端设备（ADSL接入复用器）DSLAM和安装在用户侧的用户端设备ATR-U（ADSL-Modem）组成。除此之外，线路两侧还要安装POTS信号分离器（ADSL滤波

27、器）。在网络侧，POTS分离器将电话信号和ADSL信号分离，分别送入程控交换机和 ATM交换机（或者核心路由器）。在用户侧，POTS分离器负责将下行方向的混合信号分离出模拟信号和数字信号，分别送给用户电话机和ADSL- Modem，并且在上行方向上还负责将来自电话机的模拟信号和来自ADSL-Modem的数字信号复用在同一对双绞线上。第二节 ADSL系统的接入模型和接入方式图3-1是ADSL系统连接方式的功能模块图。 图4-1 ADSL系统连接方式的功能模块图图中：Server: 应用服务器，Internet:IP互联网，CORE Network: 骨干网络(一般为ATM骨干网)，ADSL: 在

28、局端的部分为ADSL局端设备, 在用户端的为ADSL用户端设备， Existing Copper:连接用户端和局端的普通双绞铜线。ADSL的接入模型主要有中央交换局端模块和远端模块组成，如图3-2所示。 图3-2ADSL的接入模型中央交换局端模块包括在中心位置的ADSL Modem和接入多路复合系统，处于中心位置的ADSL Modem被称为ATUC（ADSL Transmission UnitCentral）。接入多路复合系统中心Modem通常被组合成一个被称作接入节点，也被作DSLAM（DSL Access Multiplexer）。 远端模块由用户ADSL Modem 和滤波器组成，用户端

29、ADSL Modem通常被称为ATUR（ADSL Transmission UnitRemote）。用户端的设备连接图如下图2-9所示： 图4-3ADSL用户在用户端的设备连接图第三节 ADSL宽带接入3.1 DSLAM的配置根据用户分布图、用广数、电缆布放情况、覆盖区域等因素，确定DSLAM设备配置，为保证用户最小带宽，每个DSLAM节点的用户数不宜过多。各地的ADSL宽带接入网建设应与当地的城市光纤接入网建设相结合。建设初期，根据ADSL技术特点，并考虑用户需求数量不会很多、用户分布较广等因素，DSLAM应分布在较多的局所，但各节点容量暂不宜太大；在城市光纤接入网未建成前，可将DSLAM安

30、装在现有的局端机房内，利用现有的市话电缆。当业务发展到一定程度时，使DSLAM尽量靠近用户，以便于发展用户和提高服务质量。3.2 宽带接入服务器的配置在传统的DSL网络架构中，局端设备DSLAM通过ATM网络或FR连接到路由器，用户数据是通过DSL Modem和路由器之间的VC进行通信的，由路由器终接VC，并将用户数据恢复成IP包。这种网络存在的主要问题是：路由器没有足够大的能力终接来自用户的数据，网络扩展性差；缺少用户管理和计费手段，无法像窄带拨号方式那样对用户进行管理，也无法对用户按多种方式（如时长、流量、带宽、QoS等）进行计费；用户无法动态地选择服务和ISP。ADSL作为一种接入技术，

31、不具备类似窄带接入服务器的用户管理、计费等功能，因此需要宽带接入服务器的配合才能真正开展ADSL业务。宽带接入服务器可以对用户的PPP连接中请进行处理，通过一个PPP连接建立和释放的会话过程，可对用户上网业务分别进行时长和流量的统计并提供各种计费方式所需要的信息。与Radius服务器配合，利用PAP、CHAP等协议进行PPP用户识别、鉴权，通过IPCP协议对用户进行动态IP地址分配，从而能够最大限度地利用有限的IP地址资源。在ADSL网络架构中，宽带接入服务器的设置可分为三种方式：集中式、分布式和集中分布式。集中式是在一个城市ADSL宽带接入网的出口处设置一台宽带接入服务器，负责终接整个城市A

32、DSL用广的PPP连接，提供按时长、流量等计费所需的信息，并为虚拟拨号用户提供动态IP地址。集中式具有节省工程投资和网络运营成本、管理方便、便于业务发展等优点。但由于宽带接入服务器在控制和管理方面成为网络的中心，因此当业务发展到一定程度时，宽带接入服务器可能成为业务发展的瓶颈。这种方式适合于小型城市或在工程建设初期，DSLAM节点数不多、宽带用户较少、业务量不大的中等城市。集中分布式是在一个城市设置几台宽带接入服务器，每台服务器分别与本区域内的多个DSLAM节点相连，分区处理整个城市的ADSL业务连接、计费统计、动态IP地址分配等功能。每台宽带接入服务器设置到互联网的出口。这种方式适合于DSLA