ADSL技术研究与应用.doc

ADSL技术研究与应用
黄晓文 (鞍山市电信局数据通信分局 鞍山,114001)
[摘要] 本文通过介绍ADSL的技术特点以及在实际应用的具体实例说明ADSL技术将成为现代互联网技术发展的重要接入技术，通过与其它现有接入方式的对比说明其更具有广阔的发展空间。
关键词: ADSL xDSL
随着Internet的爆炸式发展，网上的商业应用和多媒体服务业得以迅猛推广。但现在普遍使用的上网方式是利用modem或ISDN以及电话线的拨号上网，速度低和费用高成为互联网发展的两大障碍，因此高速上网成为人们孜孜以求的理想。光纤到户是发展的必然方向，但由于其成本过高，在一段时期内还不能得到应用，于是一种较为方便的宽带接入技术ADSL应运而生。它充分发掘现有的铜钱环路潜力来提供高速数据传输服务，延长现有铜线资源的寿命和可用性，将成为电信部门积极推广的宽带接入技术。与以前的传统modem,ISDN以及新近的CABLE MODEM上网方式相比，ADSL将以其低成本、高速率的优点而更具前景及竞争力。
1 概述
非对称数字用户线路(Asymmetrical Digital Subscriber Line)，简称ADSL，是xDSL家族中的一员，被欧美等发达国家誉为"现代信息高速公路上的快车".顾名思义，ADSL传输的是不对称的数据流量，是利用现有的一对电话铜钱，为用户提供上、下行非对称的传输速率(带宽)，其下行传输速率远远大于上行速率，即上下行线路带宽不相等，且上下行带宽比率一般都在1比10左右。上行(从用户到网络)为低速的传输，可达64kbps;下行(从网络到用户)为高速传输，可达7Mbps。电信部门采用ADSL技术作为用户接太网宽带高速接人服务，用户接入部分采用普通的用户电话铜钱，各ADSL接入节点通过光端机接入ATM，经ATM交换机接入SDH电信主干传输系统，实现互联网的高速接入。它的长处在于可以最大限度减少接入投资而实现了宽带上网，这是宽带的ADSL与窄带ISDN的不同之处。
2 ADSL是xDSL家族中的一员 DSL(数字用户线路，Digital Subscriber Linc)是以铜质电话线为传输介质的传输技术组合，"x"代表着不同种类的数字用户线路技术，包括HDSL、SDSL、MDSL、ADSL、RADSL和 VDSL。它们的不同主要表现在信号的传输速率和距离，还有对称和非对称的区别上。
2.l xDSL的起源 在电信行业中，一般把从交换机到用户终端之间的联接线路称为用户环路或接入网，其主要任务是完成交叉连接、复用和传输功能，但一般不包含交换功能。众所周知，早期的接入网是针对语音的传输而设计的，而语音信号的频宽多在30OHz-3.4kHZ 范围内，只占到线路频宽的一小部分，因此其传输速率很低。然而，随着经济的发展，用户对通信的要求已从低速的电话、传真和数据等窄带服务向视频点播与交互式电视等宽带服务延伸。由于多年来电信部门已经花费了大量的人力、物力和资金，铺设了大量的铜缆，而光纤设备的价格又非常昂贵，光纤到户也不是在短时期内能够实现的，因此，如何充分利用现有的铜缆资源，通过铜质双绞线实现高速接入就成为了业界的研究重点。 贝尔实验室从1989年以来，一直致力于研究开发通过普通铜质双绞线传输视频、图像和数据信息的高速传输技术。从HDSL(对称性的Tl/El传输技术)、MDSL(对称性的速率为64 kbps~1152kbps的传输技术)到ADSL(非对称性的1.5~8Mbps传输速率)，我们将这些技术统称为xDSL技术。 简而言之，xDSL技术是一种解决网络提供者到用户终端之间"最后一公里"瓶颈问题的、在普通铜质双绞线上实现的传输技术。由于xDSL在特定的情况下只使用一条线路，这使得在提供话音业务之外，利用现有线路，还可以提供从视频点播(VOD)到交互式游戏等一系列新业务。
2.2 xDSL家族成员 HDSL与SDSL支持对称的T1/El(1.544Mbps/2.048Mbps)传输。其中HDSL的有效传输距离为3-4公里，且需要两对至四对铜质双绞电话线; SDSL最大有效传输距离为3公里，只需一对铜线。比较而言，对称DSL更适用于企业点对点连接应用，如文件传输、视频会议等收发数据量大致相应的工作。同非对称DSL相比，对称DSL的市场要少得多。 VDSL、ADSL和RADSL，属于非对称式传输。其中VDSL技术是xDSL技术中最快的一种，在一对铜质双绞电话线上，上行数据的速率为13-52Mbps，下行数据的速率为1.5~2.3 Mbps，但是VDSL的传输距离只在几百米以内，VDSL可以成为光纤到家庭的具有高性价比的替代方案;ADSL在一对铜线上支持上行速率640kbps~lMbps，下行速率lMbps~8 Mbps，有效传输距离在3~5公里范围以内;RADSL能够提供的速度范围与ADSL基本相同,但它可以根据双绞铜钱质量的优劣和传输距离的远近动态地调整用户的访问速度。正是 RADSL的这些特点使RADSL成为用于网上高速冲浪．视频点播(IAV)、远程局域网络 (LAN)访问的理想技术，因为在这些应用中用户下载的信息往往比上载的信息(发送指令)要多得多。
3 ADSL的技术特点和优点
3.1 ADSL的接入模型 ADSL的接入模型主要由中央交换局端模块和运端模块组成(如图1所示)。 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ATU-C(ADSL Transmission Unit-Central)。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，也被称作"DSLAM"(DSL Access Multiplexer)。 远端模块由用户ADSL Modem和滤波器组成，用户端ADSL Modem通常被称为ATU- R(ADSL Transmission Unit-Remote)。 图L
3.2 ADSL的技术特点 简单地说，ADSL接入技术是一种利用新的线路调制技术及频分复用(FDM)或者回波消除的方法在现有的铜质双绞线上实现高速数据传输的技术。它具有以下几个特点:
·ADSL技术是非对称性的，下行速率为l-9Mbps,上行速率为16kbps-lMbps。
·减少串扰。当被调制过的电子信号在铜质线缆上传输时，会向同一电缆束内的相邻铜线环路辐射能量。这种由电磁辐射引发的交叉耦合称为串扰。在同一电缆束中，当相邻线对以相同的频率发送或接收信息时，会产生强烈的串扰干扰，频率越高，串扰越强。由于串扰信号会与从远端发送来的信号叠加，从而导致接收端接收到的信号波形的轻微变化。串扰被分为近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)。 为了克服这种现象，ADSL采用FDM技术，通过将频段分成上行通道和下行通道，以分别发送和接收数据，从而减少了串扰干扰。ADSL将双绞线的远大于音频频宽的频带分成三段，使电话语音和数据流在一起传输，用户只需加装一个ADSL用户端设备，将其通过POTS 分离器(话音与数据分离器)与电话并联，使可使用一条普通电话线同时通话和上网且互不干扰。因此，使用了ADSL接入方式，等于在不改变原有通话条件的情况下，另外增加了一条高速上网专线。
·先进的调制技术减少了衰减。 ADSL的工作频段是1OOkHz-400kHz,传输衰减几乎可达到50-70dB。目前有二种线路码型可以用于ADSL系统:CAP(Carrierless Amplitude and Phase Modulation，无载波福相调制)和DMT(Discrete MultiTone Modulation，离散多音调制)。DMT的基本方法是将通路分成大量的子通路，在每个很窄的子通路频段内，电缆的特性可以近似地被认为是线性的，因而脉冲混叠可以被降到最低程度。每个子通路内被传送的数据比特数可以按每个子通路内信号和噪声的大小自适应地变化，因而DMT技术可以使每个特定环路的性能达到最佳，并自动地避免使系统工作在干扰较高的频段。 DMT是ADSL的较理想的一种调制技术，其性能良好，传输距离较远。目前ANSL已把 DMT定为ADSL的标准编码形式。
·ADSL在一般的双绞线上传输的最大距离可达5.5公里。
3.3 ADSL与Cable Modem的比较 与Cable Modem相比，ADSL技术具有着相当大的优势。Cable Modem的HFC(光纤同轴混合网)接入方案采用分层树形结构，其优势是带宽比较高(10M)，但这种技术本身是一个较粗糙的总线形网络，这就意味者用户要和邻近用户分享有限的带宽，当一条线路上用户激增时，其速度将会减慢。再者，有关资料表明，大部分情况下，HFC方案必须兼顾现有的有线电视节目，而占用了部分带宽，只剩余了一部分可供传送其它数据信号的带宽，所以Cable Modem 的理论传输速率只能达到一小半。国外公司实验表明，其速率减为lM-2Mbps,更常见的是 400-500kbps。综合来看，即使在理想状态下，HFC只相当于一个lOMbps的共享式总线形以太网，而ADSL接入方案在网络拓扑结构上较为先进，因为每个用户都有单独的一条线路与ADSL局端相连，它的结构可以看作是星形结构，它的数据传输带宽是由每一用户独享的。
3.4 ADSL与普通拨号Modem及N-ISDN的比较 (1)比起普通拨号Modem的最高56k速率,以及N-ISDN l28k的速率，ADSL的速率优势是不言而喻的。 (2)与普通拨号Modem或ISDN相比，ADSL更为吸引人的地方是:它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机的负载，并且不需要拨号，一直在线，属于专线上网方式。这意味着使用ADSL上网并不需要缴付另外的电话费。
4 ADSL的应用
由于ADSL在开发初期是专为视像节目点播而设计的，具有不对称性和高速的下行通道，随着Internet的急速发展，ADSL作为一种高速接入Internet的技术更具有生命力，它使在现有Internet网上提供多媒体服务成为可能。
4.1 提供多种应用服务 (1)高速的数据接入。Internet需求的膨胀无疑促使了家庭用户和小型企业高速Internet 接入服务。ADSL不仅可以提供高速通信，而且是一个"常开"(always on)的业务，并且不会导致电话网络的拥堵。服务提供商可以为内容提供商(content provider)和用户提供各项基于 Web主机的服务，以及各种工具，用于他们管理和维护自己的站点主页。 (2)视频点播。由于ADSL技术传输的非对称性，特别适合用户对音乐、影视和交互式游戏的点播，可以根据用户自己的祷要，任意地对上述业务进行随意控制。 (3)网络互连业务。ADSL宽带接入方式可以将不同地点的企业网或局域网连接起来，有效地替代了专线。避免了企业分散所带来的麻烦，同时又不影响各用户对互连网的浏览。 (4)家庭办公。随着经济的发展，通信的飞跃发展已经越来越影响着人们的生活方式和工作方式，部分企业的工作人员因为某种原因需要在家里履行自己的工作职责，他将通过高速的接入方式从自己企业信息库中提取所需要的信息，甚至面对面地和同事进行交谈，完成工作任务。 (5)商业-商业的服务 当今连接在一起的信息社会正在创建新的商业关系，并对传统的商业内涵提供了新的诠释.同一行业的企业或许希望能够真正享有一个私有的安全的网络体系。网络运营商可以通过ADSL和现有的骨干网，建立行业中各企业网络的互联，并最终建立起一个虚拟的私有网络。 (6)远程教学、远程医疗等。随着人们生活水平的提高，人们在家里接受教育和再教育以及得到必要的医疗保证将成为一种时尚，通过宽带的接入方式，你可以获得图文并茂的多媒体信息，或者和老师或医生进行随意交谈。
4.2 ADSL的一个应用实例 目前，在国内的各种宾馆客房内布线都已比较齐全和完备，如一般都布有电话线、有线电视线、消防监控线路等，但却很少布有计算机网络线的。然而，随着计算机的日益广泛使用、特别是笔记本电脑的增多，许多用户要求在宾馆房间内提供上Internet的服务，以随时和外界保持联系，掌握最新的市场动态以及收发电子邮件等。 面对这一情况，宾馆面临对客房重新布线或追加布线，这必然导致需要投入大笔资金;而且，由于需要停业，还会带来间接损失。利用ADSL技术即可避免这一麻烦，由于可以利用原有的电话线，所以不必考虑重新布线。 在宾馆中一般都有自己内部的交换机及完备的客房电话系统，ADSL技术利用客房原有的电话线作为传输介质，在不影响原有电话使用的条件下提供上网的功能。其客房端的模型如图2所示。 图2 客房内电话系统的变化只是加入了一个滤波器和一个ADSL的调制解调器。对原有的电话线路不需要作改动。更重要的是可以"上网"通话"两不误，即可同时上Internet网和打语音电话。大大改善了客房原来的通讯联系状况。 宾馆的交换机作如图3所示的处理。 在交换机房的改动是加入了一个滤波器，将ADSL的高频信号在进入电话交换机前分离开来。高频ADSL信号送到ADSL的Modem中，电话信号送入交换机。 宾馆的系统作上述的改动之后就具有了宽带的上网能力。使用DMT标准的ADSL系统，可以达到下行8M、上行lM的带宽。这和现在使用的56k的Modem和128k的ISDN相比 ADSL的速率优势是不言而喻的。
5 ADSL的前景展望
目前，ADSL的热潮席卷世界各地，PC业界领袖Microsoft、Intel、Compaq等以及世界范围内各大网络公司3COM、CISCO、Siemens、Alcatel、Paradyne等相继推出ADSL的产品并致力于ADSL的发展;全球许多电信公司、ISP也纷纷推广各自的ADSL服务，北美．新加坡等率先正式投入营业，日本、台湾、韩国等国家、地区也已进入试验阶段。 图3 总而言之，以ADSL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。