xDSL技术的介绍

1xDSL技术的介绍1绪论xDSL是DSL（DigitalSubscriberLine）的统称，意即数字用户线路，是以铜电话线为传输介质的传输技术组合。xDSL可以称为系列的超级Modem，他们的传输速率要远远高于普通的模拟Modem，甚至能够提供比普通模拟Modem快300倍的兆级传输速率，DSL技术在传统的电话网络（POTS）的用户环路上支持对称和非对称传输模式，解决了经常发生在网络服务供应商和最终用户间的“最后一公里”的传输瓶劲问题。由于电话用户环路已经被大量铺设，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业界的研究重点，因此DSL技术很快就得到重视，并在一些国家和地区得到大量应用。xDSL中，“x”代表着不同种类的数字用户线路技术。各种数字用户线路技术的不同之处。主要表现在信号的传输速率和距离上，还有对称和非对称的区别上。xDSL的主要特点：（1）与话音工作于不同频段，基本不影响电话的正常使用，话音所占频带为0-4KHz，xDSL调制频带为4.4KHz--1MHz；（2）在以办公室和家庭为中心的一定距离范围内可以提供较高的数据传输率；（3）实施DSL接入方案无需对线路进行改造，可以降低额外的开销。即可以最大限度地重用现有的模拟本地环路；（4）xDSL技术可以协助有线电话公司防止自己的用户群选择其他的运营商，如有线电视公司；（5）距离限制：目前组成用户环路的双绞线主要由UTP（非屏蔽双绞线）组成，UTP对信号的衰减2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；（6）环路损耗的影响：当线缆捆受潮、焊接不良、以及复杂的线缆规格等都会导致线路衰减过大引起用户开通速率低或者激活困难。xDSL技术的发展：RaymondMomut等人在2002年的DSL论坛年会上提出“DSLSecurityWhitepaper”，从安全威胁来源、用户认证、访问控制、加密技术和互联网协议安全等几个方面对DSL的安全管理做了规范，详细分析了DSL的技术特点及其易于受到攻击的原因，建议使用PPP协议的“认证机制进行用户身份验证，提出了通过AAA安全框架构建访问控制体系等”。DSL论坛的TheAiehiteetureandTransportWorkingGroup于2004年提出了“BroadbandRemoteAeeessserver（BAS）RequirmentsDocument”，对于BAS设备作为户管理和业务控制节点的功能做了相关要求，明确了BAS针对不同的DSLAM设备的协议适配要求，描述了DSLAM以及如何利用VLAN接入BAS，以及BAS对RADIUS协议的支持等。为了解决上述ADSL接入网所面临的用户和安全管理问题，目前国内各电信运营商的普遍做法是在宽带城域网中部署用户管理和业务控制节点，通过用户管理和业务控制点来保证只有合法的用户才能接入合法的业务网络。按照这一思路建立的ADSL宽带网络管理系统在实现方式上基本一致，即利用用户PPP接入请求的认证阶段验证用户的帐号和口令，保证合法的用户才能接入和使用网络资源，同时每个业务数据流都必须通过业务控制节点，鉴别该数据流是否具有使用许可。32xDSL的相关技术2.1xDSL的分类xDSL技术的分类方法很多，一般按上行信道（用户到网络）和下行信道（网络到用户）的速率是否相同，分为速率对称型和速率非对称型两种类型。速率对称型DSL技术上下行信道速率相同，速率非对称型DSL技术上下行信道的速率则不同。一般情况下，用户下载的数据量比较大，所以在速率非对称型DSL技术中．下行信道的速率要大于上行信道速率。2.1.1速率对称型DSL速率对称型DSL技术又分为如下几类：（l）高速数字用户环路（HDSL：Hilgh-data-rateDigitalSubscriberLine）。HDSL技术是对称的，上行通信和下行通信具有同样的高带宽，上下行信道都达到E1级别（2.048Mbps）。HDSL是xDSL技术中最成熟的一种，现在已在网上大量使用，尽管HDSL的有效传输距离只有4.5公里，但电信公司可以通过安装信号转发器来扩展它的传输距离。由于HDSL技术使用两对或三对双绞铜线，因而造价较高。它一般适用于连接PSX系统、数字局域环路、Intemet服务提供商（1SP）和大学校园网等应用，与普通的用户关系不是很密切。（2）单线路数字用户环路（SDSL：SinglelineDigitalSubscriberLine）SDSL支持各种要求上行通信和下行通信同速率的应用。但是SDSL技术还不成熟，标准也未最终确立。与HDSL最显著不同的一点是SDSL只使用一对铜线，并且最大传输距离为3公里。4（3）IDSL用户环路（1DSL：ISDNlineDigitalSubscriberLine）。这是一种对称DSL技术，可以提供类似于ISDNl28Kbps双向速率对称型的通信业务。目前标准还未确立。从整体上构不成对重新焕发活力的ISDN有力的威胁。2.1.2速率非对称型DSL速率非对称型DSL技术种类较多。由于INTERNET/INTRANET业务及VOD业务等，要求下行速率要远远大于上行速率，这正符合了速率非对称的DSL技术的特点，一般有如下几种。（1）非对称教宇用户环路（ADSL：AsymmetricalDigitalSubscriberLine）。一般情况下，用户与公用网之间不同方向上的信息流量不相同，用户从公用网得到的信息比用户发送给公用网的信息要多得多。也就是说，下行速率应大于上行速率。针对这种应用业界开发和发展了ADSL技术。ADSL技术最早由Bell公司研发，是一种非对称的技术，从公用网到用户的下行通信速率比从用户到公用网的上行通信速率要快得多。这种特性使得ADSL成为Intemet／Intranet的高速接入的理想技术。ADSL可以在单对双绞线上实现，下行通信可以支持的速率为1.5Mbps-8Mbps，上行通信速率为16K-640Kbps。（2）速率自适应用户环路（RADSL：RateAdapdveDigitalSubscriberLine）。RADSL能够提供的速率范围与ADSL基本相同，是一种能够在单对双绞线上以较低速率上行传输、较高速率下载数据，并保留原有语音通信的DSL技术。与ADSL不同，RADSL最大的特点是它的速率可以动态自适应。RADSL的速率主要由传输距离5来决定。即：距离增大，速率降低，距离越近，速率越高，这样就可以为用户提供最佳传输服务的灵活选择。（3）甚高速数字用户环路（VDSL：Very-high-rateDigitalSubscriberLine）。VDSL类似ADSL，与ADSL最大不同的地方是：VDSL传输速率高，但传输距离近（只为HDSL传输距离的一半，不能超过2公里）。VDSL的下行通信速率为13-60Mbps，上行通信速率为1.5-2.3Mbps。（4）通用非对称数字用户环路（UADSL：UniversalAsymmetricalDigitalSubscriberLine）。由康柏、Intel和微软等公司提出的一种ADSL技术，上行速率为384Kbps，下行速率可达1.5Mbps，UADSL的特点是性价比高，比较适合目前的线路质量。（5）消费数字用户环路（CDSL：ConsumerDigitalsubscriberLine）。由Rockwell公司推出，CDSL技术将电话线的下行数掘传输速度提高到1Mbps。采用CDSL技术的新产品无论在价格、销售、安装和操作上，均与市场上现有的模拟Modem类似，与ADSL技术相比，CDSL使用成本更低，技术上更容易实现。表2.1.1xDSL技术比较6不难看出，HDSL与SDSL支持对称的TI/E1传输。其中HDSL的有效传输距离为3-4公里，且需要两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到52Mbps，下行数据的速率为1.5到2.3Mbps，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到1Mbps，下行速率1Mbps到8Mbps，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线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7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。在各种xDSL技术中，ADSL技术（包括UADSL和RADSL技术）现在的表现最引人注目，受到了技术厂家和网络运营商广泛的关注；对家庭用户而言，ADSL技术可以提供最高达8Mbps的Internet下行通道．可以为基于因特网的应用带来更高的接入带宽，大大提高Web浏览、文件下载、Web视音频等应用的性能，无疑是用户高速上网中很具吸引力的技术。2.2xDSL的编码调制技术实现xDSL的关键一点是采用了频带利用率极高而又便于实现的先进的线路编码调制方案。目前被广泛采用的xDSL调制技术有3种:正交振幅调制（QAM）、无载波幅度和相位调制（CAP）、离散多音复用技术（DMT），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。2.2.1QAM调制技术QAM即正交振幅调制，是用两个独立的基带波形对两个相对正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种信号在同一带宽内频谱正交的性质来实现两路并行的数字信息传输。QAM是一种成熟的、规范化的调制技术，它广泛使用在音频调制解调器和微波无线系统中。正交振幅调制系统的原理图，如图2.2.1所示。8图2.2.1正交振幅调制QAM系统的原理图正交振幅调制系统的发射机包括扰频器、从比特到QAM符号编码器、低通滤波器、调制器和数模转换器。在接收端，载波的正交性允许解调器对两路比特信息分别解调。检波器对二维的复用信号进行检测，将它们映射回比特数据流并对比特流进行解扰频。接收机中采用线性抽头均衡器或判决反馈均衡器对信道产生的码间干扰进行补偿。QAM调制系统的发射机和接收机都具有预定义的在比特和点之间进行映射的方法。在余弦波和正弦波通过信道发送出去后，接收机恢复并估计每种波形的振幅（其中包括大量的均衡和处理），这些幅度值被投影到一个星座图上，接收机端所使用的星座图与发射机端所使用的星座图相同。通常，信道中的噪声失真使得接收机图上所映射的点无法直接落在“真实”的点上。于是，接收机选择离所映射的点最近的“真实点”作为发射机最有可能用来产生QAM码元的点，该点采用与发射机相同的映射方法（但映射方向正好相反）来映射回原始的比特信息。如果接收到的波形失真太大，投影到星座图上的点9的距离错误的点比距离正确的点近，将导致码元的估计和恢复发生错误。2.2.2CAP调制技术CAP是AT&T贝尔实验室研究开发的无载波调幅调相编码技术，是有冗余的调制码，属带通型传输编码。CAP调制码是通过使用数字滤波器产生的，而不是调制载波，因而称为无载波调制码。它与QAM有相同的频谱特性和理论基础，同相分量和相位正交分量有S个幅值，每个码元含4比特信息，与QAM有相同的星座映射。CAP和QAM之间的差别只是实现方式不同。CAP是以数字的方式实现，而不是以模拟的方式。CAP并不传送载波信号，它通过两个幅频特性相同，相频特性不同的数字滤波器完成信道的调制。由于采用数字调制，而不是模拟调制，使调制解调器的成本大大降低。QAM信号编码后，经过一个乘法器与频率相同，相位相差90度正交载波调制；CAP的调制是在一对Hilbe