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关于数字用户环路(DSL)技术

浏览:9401  来源:通信人在线  日期:2021-10-26

一、引述

1、技术的起源

我们知道,对于用户的电信业务的接入,利用铜线介质是最早实现的有线接入。其最初主要是提供电话(话音)业务的接入,称之为电话用户线,此时它传输的是模拟信号,占用4kHz(主要是300~3400 Hz的传输带宽)以内的频带。后来随着数据信息或数字信息的出现,人们仍期望利用这些现有的铜线介质的接入方式来实现这些非模拟的且占用传输频带较宽的信息传输。然而,由于铜缆介质本身的传输特性,要想利用铜线传输数据信息或数字信息,人们开始研究开发了新的相应技术,其中包括数字用户环路(DSL)技术,它重点是提高了铜线的传输带宽及带宽利用率。

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依据香农公式可知,在电话用户线上提高用户业务数据传输率的制约因数有两个,即信道的带宽B和信噪比S/N。在信噪比一定时,可提高其铜线的传输带宽来提高在电话用户线上的数字信号的传输。而对于固定电话网络来讲,它适应的是话音业务的300~3400 Hz的近3000Hz的带宽。但对于电话用户线铜线而言,虽然可以利用其更高的传输带宽,但数据业务或数字业务的速率越高,占用的传输带宽越宽,受铜缆的传输特性制约越大。

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2、概念

在我国通信行业标准YD/T 1034《接入网名词术语》中,对于数字用户线(DSLDigital Subscriber Line)技术的定义是有广义上和狭义上之分。狭义上的DSL是特指一种线路编码使用2B1Q4B3T的用户环路传输设备,位于用户铜线环路两端用于传输ISDN-BRA业务。光义上的DSLxDSL,一般用于作为各种数字用户线技术的统称。注意,YD/T 1034称之为数字用户线(DSL)技术,通常我们也称为数字用户环路(DSLDigital Subscriber Loop)技术。

所谓数字用户线技术就是:在突破了传统电话用户线上(为适应传输话音而加上的)4kHz带宽限制后,在更宽的频带上进行数据/数字信号传输(也可能包括话音传输)的技术。它所利用的传输介质仍然是典型电话用户铜线,由于允许的通信频带大大展宽,根据香农公式及理论,其理论极限传输数据/数字传输率也大大提高。因此,从另一个角度看,所谓DSL技术又可以描述为以用户电话线为基础的以数据/数字业务为主的高速通信技术(部分兼顾了传统模拟电话接入问题)。从接入网的发展来看,DSL技术应定位于光纤接入(FTTX)技术的过度技术。它在充分利用和挖掘市话用户电缆传输铜线的传输潜力,来为用户提供更加丰富的现代通信业务的接入。

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然而,请通信人注意:从某种意义上讲,DSL的定名有些误导大家,这是因为:一是用户线本身并无模拟线和数字线之分,将DSL中使用的电话用户线称为“数字用户线”不合适;二是传输信道也并非为直接传输数字信号,而仍然传输的是模拟信号(调制器将基带数字信号变换成了模拟信号在信道上传输)。这些请通信人在概念上一定要清楚。

二、DSL技术的发展与演进

1、通过电话网络实现低速数据业务的传输(适用于ITU-TV系列建议)

我们知道,最早利用电话用户线路铜线来传输离散信号的数据业务是电报业务。它通过称为调制解调器的技术,把电报业务的数据信号在话音频带内或大于4kHz的带宽内通过公用电话交换网络(PTSN)进行传输,在局端是与交换机的Z接口相连。这种通过电话网络实现数据信号传输的调制解调器技术适用于ITU-TV系列建议书标准的。如使V.34调制解调器在不取消对用户线带宽限制的条件下,做到了在电话线上双向传输33.6Kbps的速率(接近该条件下的理论数据传输速率34.822Kbps)。而V.90调制解调器则另辟蹊经(使用调制解调器对),针对特殊应用环境,通过提高用户调制解调器编码的D/A转换信噪比,可实现下行速率为56kbps、上行速率为33.6 kbps的数据信号的传输。ITU-TV系列建议(基于电话网的数据通信)实际上是最原始的数字用户环路(DSL)技术。

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适用于ITU-TV系列建议的调制解调器技术在一对电话铜线线路传输的数据业务信号的速率是较低的,但它只是满足诸如电报业务或低速数据业务(DTE-DCE间接口)等业务的接入。

2、通过电话网络实现ISDN业务的传输(适用于ITU-T系列建议)

为了充分利用固定电话交换网络传输及电话用户线缆接入,为用户提供较高速率的不同的数字业务,人们又开发研究了一种信新技术,称为综合业务数字网络(ISDN)技术。该技术的机理也是继承了上述调制解调器技术,但其改进了调制技术,同时又采用了不同的线路码型(如2B1Q码型或4B3T码型)技术、回波消除技术等,使得ISDN的数字业务信号能在双绞铜线环路线对上传输,此时传输数字信号的比特率达到了144 kbit/s(包括2B信道(B=64kbit/s)和一个D信道(D=16kbit/s)),即ISDN的基本速率接入(BRABasic Rate Access);其铜线线路上的传输带宽达到了40kHz

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显然,ISDN-BRA接入技术也是一种采用数字用户线(DSL)技术,即我们称为窄带ISDNN-ISDN),N-ISDN技术是适用于ITU-TI系列建议书标准的。依据ITU-TI系列建议,它在用户端定义了标准的用户-网络接口(UNI),用户端直接与用户的各种业务终端相连,网络端通过电话用户线路与ISDN交换机的V接口相连。

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3、利用电话用户线实现包括IP业务的接入(适用于ITU-TG系列建议)

由于前述相关DSL技术只能适应信号传输速率相对较低的电路交换方式业务的接入,但随着IP网络的发展,各种Internet业务的出现,利用电话用户铜线实现这种速率更高的包括分组交换方式的数字业务接入,人们开始借鉴ISDN-BRA接入技术,不断的采用新的调制技术(常用的有DMTQAMCAP等)及新的相关技术和方法(如回波消除技术、自适应均衡器技术、频谱补偿技术等),来提高电话用户线路传输带宽及带宽利用率,从而开发出了各种形式的DSL技术的产品,即xDSL技术。

欲详细了解xDSL技术常用的调制技术介绍的请进入:DMTQAMCAP

YD/T 1034标准对数字用户线(DSL)技术的定义之所以有广义和狭义之分就不难理解了。xDSL技术是适用于ITU-T G.99X系列建议书标准的。有关xDSL技术的相关内容将在下述介绍。

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三、xDSL技术的种类

为了在电话用户线铜缆上支持更高传输速率的分组交换方式的Internet业务接入,而这些新的DSL技术的产品,其主要目的是在保证一定的传输距离情况下,不断的提高其信号的传输速率。其中,有的技术是采用上下行速率是相同的(速率对称型),有的技术是采用上下行速率是不相同的(速率非对称型);为了提高传输速率,不同的产品或需要采用一对、或两对、甚至更多对铜线线对的。因此,xDSL技术的种类有许多,比较常用的有非对称数字用户线(ADSL)及其演进的第二代ADSLADSL2)和改进的ADSLADSL2+);对称数字用户线(SDSL);高速数字用户线(HDSL);对称数字用户线(SDSL);甚高速数字用户线(VDSL)及其演进的第二代VDSLVDSL2);等等。这些不同种类的DSL我们统称为xDSL。下表3给出了各种xDSL技术的简单比较,包括采用的调制技术、传输速率、最大传输距离等,供参考。

3:各种xDSL技术的简单比较

欲详细了解相关xDSL技术介绍的请进入HDSL与SHDSLADSLVDSL

四、xDSL的设备组成

对于用户采用xDSL技术实现各类电信业务、特别是Internet业务的接入,其系统的组成应包括传输线路(一对或多对的电话用户铜缆)和两端的设备。两端的设备即我们平常所说的调制解调器(在用户侧的我们也俗称“猫”或“MODEM”),它应包括调制器和解调器的。事实上,调制解调器是俗称,在G.99x系列建议书中称为收发器。收发器从功能上,还应包括回波消除器、线路编译码器、分离器/滤波器、自动纠错编译码器等。

对于xDSL技术的在局端的设备,称之为DSL接入复用器(DSLAMDSL Access Multiplexer)。这是因为,在不受话音信道4 kHz的带宽限制后,xDSL线路在提供高速电信业务的服务商一侧,不能再通过传统的电话交换机接入,因而需要一种新的专用设备,能够将xDSL高速信号接入高速的数据干线或服务器。DSLAM设备实际上是将各用户的局端MODEM集成在一个机架内。此时的xDSL高速信号(使用的传输频带较高)并不占用话音信号频带(4 kHz以下),两种信号叠加在一起在电话用户线中传输,在两端的收发器内利用分离器/滤波器将两个频带的信号分离。下图4是以ADSL为例以说明xDSL技术系统的组成,供参考。

4ADSL的系统示意图

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五、xDSL技术的技术要求

各种xDSL技术的技术要求应符合ITU-T G.99X系列建议书标准的。为此,我国也参照ITU-T建议书并结合我国的具体情况,专门编制发布了相关xDSL技术的我国标准,包括国家标准和通信行业标准。

欲详细了解xDSL技术要求的请进入HDSL与SHDSLADSLADSL2ADSL2+VDSL

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然而,xDSL技术的发展,毕竟是利用原有的固定电话用户线作为业务信号的传输通道,而电话用户线的介质是铜线。由于铜线介质的特殊传输特性,诸如衰减特性、串扰特性(近端串音NEXT和远端串音FEXT等),使得xDSL技术的进一步发展受到了一定的制约,尤其是信号传输速率越来越高,其制约因素越来越严重。另外,随着光纤通信的发展,FTTx宽带光接入网得到了普及,使得xDSL技术的应用也受到了很大的影响。

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