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ADSL技术及其应用
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发布时间：2006-06-20
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摘要：ADSL技术是一种调制技术，在双绞铜线的两端分别接入ADSL调制解调器，即可利用其高频宽带特性高速传送数据。本文全面阐述了实现用户线路高速化的ADSL技术及其应用。
关键词： ADSL 高速接入 DMT
一、ADSL技术的导入
数字用户线（xDSL：Digital Subscriber Line）是美国贝尔通信研究所于1989年为推动视频点播（VOD）业务开发出的用户线高速传输技术，后因VOD业务受挫而被搁置了很长一段时间。近年来随着Internet和Intranet的迅速发展，对固定连接的高速用户线需求日益高涨，基于双绞线的xDSL技术因其以低成本实现用户线高速化而重新崛起，打破了高速通信由光纤独揽的局面。
二、xDSL技术的分类
xDSL是以铜电话线为传输介质的传输技术组合，它按上行（用户到交换局）和下行（交换局到用户）的速率是否相同可分为速率对称型和速率非对称型两种。它包括普通DSL、HDSL(对称DSL)、ADSL(不对称DSL)、VDSL(甚高比特率DSL)、SDSL(单线制DSL)、CDSL(ConsumerDSL) 等，一般称之为xDSL。
对于普通需要高带宽接入的用户而言，ADSL是一种值得考虑的技术，因其下行速率很高，适用于下行数据量很大的Internet业务。从电信网络提供商到用户的下行速率范围一般在1.5Mbps 至8Mbps之间，而反向的上行速率则是在16Kbps至640Kbps之间，所对应的最大传输距离为 5.5km,这种方式是目前最有应用前途高速接入INTERNERT 的手段。
三、ADSL系统结构
ADSL使用一对电话线，在用户线两端各安装一个ADSL调制解调器，该调制解调器采用了频分复用（FDM）技术，将带宽分为三个频段部分：最低频段部分为0-4KHz，用于普通电话业务，中间频段部分为20-50KHz，用于速率为16-640Mbit/s的上行数据信息的传递；最高频段部分为150- 550KHz或140Khz-1.1MHz，用于1.5Mbit/s-6.0Mbit/s的下行数据信息的传送。
3.1分离器的功能
ADSL技术能同时提供电话和高速数据业务，为此应在已有的双绞线的两端接入分离器，分离承载音频信号的4 kHz以下的低频带和ADSL Modem调制用的高频带。分离器实际上是由低通滤波器和高通滤波器合成的设备，为简化设计和避免馈电的麻烦，通常采用无源器件构成。
3.2 ADSL Modem的结构
用户端的ADSL Modem内部结构与V．34等模拟Modem几乎相同。主要由处理D/A变换的模拟前端（analog front end）、进行调制/解调处理的数字信号处理器（DSP）以及减小数字信号发送功率和传输误差，利用“网格编码”和“交织处理”实现差错校正的数字接口构成。
交换局端的ADSL Modem产品大多具有多路复用功能（DSLAM：DSL Access Multiplexer）。各条ADSL线路传来的信号在DSLAM中进行复用，通过高速接口向主干网的路由器等设备转发，这种配置可节省路由器的端口，布线也得到简化。目前已有将数条ADSL线路集束成一条10BASE-T的产品和将交换机架上全部数据综合成155 Mbit/s ATM端口的产品。
3.3 ADSL的调制方式
ADSL的调制技术是ADSL的关键所在。在ADSL调制技术中，一般均使用高速数字信号处理技术和性能更佳的传输码型，用以获得传输中的高速率和远距离。在信号调制技术上，ADSL调制解调器分别采用CAP和DMT技术：
1）CAP(Carricerless Amplitude/Phase Modulation, 无载波调幅调相)。CAP是AT&T提出的调制方式，是一种无载波的正交幅度调制（QAM），数据信号在发送前被压缩，然后沿电话线发送，在接收端重组。CAP的主要优点为：载波频率可变，在一个频率周期或波特内传输2到9位二进制数据，因此在相同的传输速率下，占用更少的带宽，传输距离更远。
2）DMT(Discrete Multi-Tone，离散多音)。DMT采用多载波调制技术，可用频段划分为多个（典型为256个）子信道，每个子信道的带宽为4kHz，对应不同频率的载波，并根据子信道发送数据的能力将数据分配给各子信道，不能载送数据的子信道被关掉。DMT用离散快速傅立叶变换进行编解码，DMT尝试可能的最高速率，根据线路的噪声和衰减特性分配数据。目前，DMT已成为 ANSI制订的ADSL的调制标准----T1.413。
由于CAP信号传输占用全部信道带宽，所以频域和时域噪声都会对它造成影响。DMT的每个很窄的子信道频带内的电缆特性可以近似认为是线性的，因此脉冲混叠可以减到最低程度。在每个子信道内传送的比特率可以按该信道内信号和噪声的大小自适应地变化，故DMT技术可自动避免工作在干扰较大的频段。
DMT和CAP技术都可以实现速率的自适应调整，这就是RADSL。不同的是DMT可以做到从64kbps开始以32kbps的间隔平滑递增。而CAP只能从640kbps开始作较粗糙的调整。
CAP的优点是处理较DMT简单，故时延小，芯片功耗低、其商品化也走在DMT方式之前。DMT的优点是抗噪声性能比CAP好。两种技术互不兼容，设备之间无法互连，影响了ADSL的推广。不过现在市场上的产品基本上以CAP调制技术为基础。
3.4 ADSL的安装步骤
ADSL安装包括局端线路调整和用户端设备安装：局端由服务商将用户原有 的电话线中串接入 ADSL局端设备；用户端的ADSL安装也非常简易方便，只要将电话线连上POTS分离器，分离器与 ADSL MODEM之间用一条两芯电话线连上，ADSL MODEM与计算机的网卡之间用一条交叉网线连通即要完成安装。局域网用户的ADSL安装与单机用户只需再加多一个集线器，用网线将集线器与ADSL MODEM连起来就可以了。
四、ADSL技术的发展
虽然从理论上说ADSL系统中ADSL信号（数据信号）和话音信号占用不同频带传输，但由于电话设备的非线性响应，高频段的ADSL信号会干扰电话业务；同样，电话信号也会干扰ADSL信号。所以，ADSL系统必须在用户端安装防止数据信号和电话信号互相干扰的分离器（Splitter），而且安装工作必须由专门的技术人员完成。这极大地影响了ADSL技术的普及。
1997年，不少DSL制造厂商认识到可以通过降低速率以减少硬件的复杂程度，从而可以使用与拨号Modem相同的数字处理芯片（DSP）来实现DSL Modem，大大降低成本，同时用户可以自行安装DSL设备，如安装拨号 Modem一样方便。这就产生了一种新的标准----G.Lite(或称UADSL)，它是一种简单的、无POTS分离器的ADSL版本、廉价、方便。
不过DMT和G.Lite两种标准各有所长，分别适用于不同的领域。DMT是全速率的ADSDL标准，支持8Mbps/1.5Mbps的高速下行/上行速率，而G.Lite标准虽然速率较低，下行/上行速率为 1.5Mbps/512Kbps，但用户可以像使用普通Modem一样自己安装。
应当指出，G.Lite的产生并不是对高速ADSL技术的否定。相反，G.Lite的产生正是为了更好地引导用户进入高速铜线传输的世界。当一部分用户逐渐感到需要比G.Lite更高的数据率时，就会转而使用较为复杂的高速ADSL技术。
五、ADSL的优势
（1）电信企业的主干网已采用2.5 Gbit/s和10 Gbit/s的超高速光纤，但连接用户和交换局的用户线绝大多数仍是电话用的双绞线，以现有的调制技术不能满足用户高速接入的需求。导入ADSL技术后，即可在双绞线上传送高达数Mbit/s的数字信号，如配置了分离音频频带和高频带的分离器，则可同时提供电话和高速数据业务。
（2）基于光纤同轴电缆混合网（HFC）的Cable Modem作为接入线路高速化的计划受阻。虽然采用Cable Modem能够使CATV用户线路提供数Mbit/s的数据传输能力，但因多个用户共享带宽和安全等因素使能够利用此项业务的用户受到很大限制；实验和调查表明，在现有的基础设施上，能够利用Cable Modem的用户仅约占15％左右，如果对现有的设施进行双向改造。投资巨大。
（3）减轻电话网的负荷是导入ADSL的第三个原因。有相当多的地区其市内电话采取定额月租计费，因此不少拨号用户24小时一直与Internet相连，占用ISP服务器端口，使用户交换机过负荷运行。采用ADSL技术则可通过分离器将话音和数据分别送入电话交换机和Internet，从而抑制了Internet的业务量流入电话网。
六、结束语：
要获得比较满意的性能，除了要更好地设计ADSL设备外，运营商也要提供高质量的线路。因为ADSL设备可以自适应地改变传输速率，当线路不能满足一定的要求时，用户会感到传输速率得不到保证。所以，在开始使用ADSL之前，要对线路进行测试和优化。如测试环路长度、环路电阻、环路损耗是否可接受，定位并去掉影响高速传输的加感线圈和桥分点，对线路误码率进行测试等。
业界许多专家都坚信，以ADSL为主的xDSL技术终将成为铜双绞线上的赢家，而G.Lite最有发展前途。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以ADSL为代表的宽带接入方式，并最终实现光纤接入。
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