ADSL系统上行及下行传输方式探讨

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1　引言

　　我国现有的接入网用户线路大部分由双绞铜线组成，用光纤完全代替铜线是不现实、也不经济的。改造和建设我国用户接入网的方针：在充分利用现有的铜线用户网，发挥其容量的潜力的基础上，逐步过渡到光纤接入网和无线接入网。所以不应忽视对铜线接入的学习和研究。

　　铜线接入方式主要以下几种：线对增容技术、高比特速率数字用户线（High data rate DigitalSubscriber Line，HDSL）、不对称数字用户线（Asymmetric DigitalSubscriber Line，ADSL）和甚高速数字用户线（Very highspeed DigitalSubscriberLine，VDSL）技术。DSL技术主要用于综合业务数字网（ISDN）的基本速率业务，在一对双绞线上获得全双工传输，因而是最现实、最经济的宽带接入技术。

2　ADSL特点

　　ADSL是一种利用现有的传统电话线路高速传输数字信息的技术。该技术将大部分带宽用来传输下行信号，而只使用一小部分带宽来传输上行信号，这样就是所谓的不对称的传输模式。ADSL系统可提供三条信息通道：高速下行信道、中速双工信道和普通电话业务信道。ADSL将高速数字信号排在普通电话频段的高频段，再用滤波器虑除干扰（如环路不连续点和振铃引起的瞬间干扰）后，就可与传统电话信号在同一对双绞线共存而互不影响。目前使用的一般模拟调制解调器传输速度均无法与ADSL相抗衡。而且，ADSL的不对称传输技术符合Internet业务下行数量大、上行数量小的特点。ADSL也可以在相同的线路上同时容纳模拟的语音信息，用户在上网时仍然可以使用电话。

　　ADSL是一个有效解决网络拥塞的方案。网络上大多数的多媒体传输都有一种现象：有大量的数据流往用户，却只有少量的交互控制信息上传。PSTN（公用电话交换网）系统的带宽限制成为信息高速公路的“路障”。ADSL就是针对打破这种现象而设计的。如果建设ADSL，可以沿着现有的电话线路发展。ADSL系统的主要特点是“不对称”，正好与接入网中图像业务和数据业务的固有不对称性相适应。其主要优点有：

　　（1）可充分利用现有的铜线网络。
　　（2）ADSL系统初期投资小，设备可随用随装，时间短，设备拆装容易、方便。便于转移，适合流动性较强的用户。
　　（3）ADSL充分利用双绞线上的带宽，以先进的调制技术，产生更大更快的通路。
　　（4）一条ADSL线路可同时提供个人计算机、电视和电话频道。

3　ADSL系统结构

3．1　系统构成

　　ADSL系统构成如图1所示。在一对普通铜线两端各加一台ADSL局端设备和远端设备。

　　ADSL系统的核心ADSL收发信机（局端机和远端机），其原理框图如图2所示。局端ADSL收发信机与远端的不同：局端中MUL将下行高速数据与中速数据进行复合，经FEC编码后送发信单元调制，最后经耦合器送到铜线上；线路耦合器将来自铜线上的信号分离出来，经接收单元和FEC解码处理恢复上行中速数据；线路耦合器还完成POTS信号的收、发耦合。远端ADSL的线路耦合器将来自铜线的下行数据信号分离出来，经接收单元解调和FEC解码送DMUL进行分路处理，恢复出下行高速数据和中速数据，送给不同的终端设备。



3．2　传输带宽

　　ADSL基本上运用EC技术或FDM将ADSL信道分割成多重信道。一条ADSL物理信道可以分割为多条逻辑信道。

　　EC技术是将上行带宽与下行带宽产生重叠，再以局部回波消除的方法将2个不同方向的传输带宽分离，该技术也用在一些模拟调制解调器上。

　　FDM将带宽分为两部分：分别分配给上行方向的数据（上行数字信道约占据25～200 kHz的中间频段）和下行方向的数据使用（下行数字信道约占据200 kHz～1．1 MHz）。其中，POTS信道占据原来4 kHz以下的电话频段。然后，再应用TDM技术将下载部分的带宽分为一个以上的高速次信道（AS0，AS1，AS2，AS3）和一个以上的低速次信道（LS0，LS1，LS2）。

　　在ADSL系统中，常用的调制方式有QAM，CAP和DMT。其中，DMT技术更具吸引力。影响ADSL系统性能的因素主要有串音和脉冲干扰。

4　ADSL的传输方式

　　ADSL是一种“按帧传输方式”，与其他传输方式一样。与其他帧不同的是，ADSL帧中的位流可以分割，一个ADSL物理信道最多可以支持7个承载信道，其中有4个只能供下行方向使用的单工信道（AS0～AS3），有3个可以传输上行和下行数据的双工信道（LS0～LS2）。

4．1　下行方向传输

　　任何承载通道可编程为传输32 kb/s的字节流。不是32 kb/s倍数的余数，则并到帧的附加信息区中。下行速率是T1速率的4倍，成本也低于T1接入。有的ADSL系统还可以提供8．192 Mb/s的下行速率通路和640 kb/s的双向速率通路，可支持2个4 Mb/s广播级质量的图像信号传输。

　　ADSL规范指定了4种下行单工承载通道（AS0～AS3）的传输级别，他们是1．536 Mb/s（T1速率）的简单倍数，分别是1．536 Mb/s，3．072 Mb/s，4．608 Mb/s和6．144 Mb/s。双工通道可以包含一个控制通道和一些ISDN通道（BRI或384 kb/s）。承载通道的最高速率的上限仅受ADSL链路传输能力的控制。所有AS承载通道不能同时使用最大的传输级别速率6．144 Mb/s。

　　子频带（子带）AS0是必须被支持的。可在指定时间内激活的最大子带数目和传输的承载通道数目依赖于传输级别。在ADSL系统中，传输级别依赖于ADSL环路可以达到的线速率和子带的配置。

　　传输级别被编号为1～4，各种配置组合如下：

　　（1）传输级别1是必要的，常用于最短的回路上，可提供最快的速度。他可以以任意一种组合作为选择性配置，也就是1．536 Mb/s的1～4倍，至少要支持AS0这1个子带的使用。如4个1．536 Mb/s的次信道组合，或是1个1．536 Mb/s的次信道和1个4．608 Mb/s次信道的组合，或是两个1．536 Mb/s次信道和1个3．072 Mb/s次信道的组合。

　　（2）传输级别2是可选择的，传输速率为4．608 Mb/s。 其配置组合原则和级别1相同，系统可以按任一种或是所有的载体速率来组合成4．608 Mb/s，如3个1．536 Mb/s次信道组合，或是1个1．536 Mb/s次信道和1个3．072 Mb/s次信道组合。传输级别2不使用AS3。

　　（3）传输级别3也是可选择的，其速率为3．072 Mb/s。 系统可以按任一种或是所有的载体速率来组合成3．072 Mb/s。

　　（4）传输级别4是必要的，常用于最长的环路上传输，只能支持最低的1．536 Mb/s的速度，而且只能在AS0次信道上运行。承载信道是1．536 Mb/s的AS0。

　　ADSL也定义了以相当于E1的2．048 Mb/s速率为基数的2M-1,2M-2和2M-3三个传输等级，支持AS0，AS1和AS2三个次信道供下行传输。三个传输等级都是选择性的，系统可以以任一种或是所有的载体速率来组合成各不同传输等级。但ADSL子信道的速率应匹配承载通路的速率，承载通路传送应服从表1所示的限制。

　　传输级别2M-1为6．144 Mb/s，可以按以下可选的配置运行：1个6．144 Mb/s；或1个4．096 Mb/s加1个2．048 Mb/s；或3个2．048 Mb/s的承载信道。2M-2和2M-3分别为4．096 Mb/s和2．048 Mb/s，可按同样的原则来组合。



　　ATM信元也可以在ADSL上传输（这只是一种选择性的功能，ADSL并不一定都支持ATM信元传输），不过只有AS0次信道支持ATM信元的下行单向传输，因此，载体次信道也只能配置为AS0。

4．2上行方向传输

　　ADSL系统最多可同时支持3个双工承载信道（LS0～LS2）。其中，LS0固定作为以1．536 Mb/s为基数（或以2．048 Mb/s为基数）的传输等级的控制信道，ATM则使用LS2作为控制信道。

　　控制信道也称为C信道，C信道携带服务选择以及呼叫建立信号信息，所有的单向下行链路的用户网络信令都是通过他传输的。如果需要，C信道实际上可以携带单向及双向信号通道信令。在传输级别4和2M-3通道的速率是16 kb/s。C通道信令一般是在ADSL帧的特殊的帧头部分传输的。其他传输级别使用64 kb/s的C通道，消息是在双向承载信道LS0中传输的。

　　除了C通道，ADSL系统可以有2个可选的双向承载信道：一个是160 kb/s的LSl，另一个是384 kb/s或576 kb/s的LS2。双向通道的结构随单向通道中定义的传输级别不同而不同。与单向传输一样，双向传输也必须考虑到传输等级，前述的最低等级-第4级和2M-3，其C信道的速率为16 kb/s，该等级的C信道必须一直保持在起作用状态。其余各个传输等级的C信道速率都是64 kb/s。LSl的速度为160 kb/s，LS2的速度为384 kb/s或576 kb/s。

　　ANSITI．413．1998标准中规定，ADSL的ATM上行方向的数据传输必须支持单等待时间模式，也就是说，只能选择快速或者交错路径中的一种进行传输，并且只能使用LS0次信道。若使用双等待时间模式（同时使用快速及交错路径），则必须使用LS0及LSl次信道进行上行方向的传输，并分别配置这2个次信道供不同路径使用。ADSL系统至少须支持AS0单向载体次信道和LS0双向载体次信道，其数据速率须支持以32 kb/s为基数，从32 kb/s到640 kb/s的速率。

　　如果双向信道用来支持ATM信元的传输，则只使用LS2次信道，其速率为448 kb/s或672 kb/s，4个传输等级的C信道速率均为64 kb/s。

　　按照E1T1．4传输标准，ADSL系统用于图像传输可以有多种选择：如1～4个1．536 Mb/s通路，或1～2个3．072 Mb/s通路，或1个6．144 Mb/s通路及混合方式。

5　ADSL的应用和前景

　　ADSL是一种宽带调制解调技术，能把一般的电话线路转换成高速的数字传输通路，可供互联网络及公司网络高速接收/发送信息，同时还可以提供各种实时的多媒体服务；ADSL系统除了能向用户提供原有的电话业务外，还能向用户提供多种多样的宽带业务：广播电视、VOD、远程医疗、远程教学、会议电视、多方可视游戏、多媒体接入、Internet接入、多媒体分配等；ADSL系统还可用于局域网（LAN）与广域网（WAN）的接入。

　　从实际情况看，随着全球电子商务的趋势，网络必然要宽带化，在未来的几年内，以宽带调制解调器高速上网就像现在的33．6 kb/s或56 kb/s调制解调器上网一样普遍。ADSL铜质电话线路接入至少会使用20年。目前，ADSL调制解调器惟一的竞争对手只有CATV经营者的电缆调制解调器。所以，ADSL系统的发展前景仍可看好。

参考文献

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［2］韦乐平．接入网［M］．北京：人民邮电出版社，1998．
［3］Albert Azzam，NielRansom．Broadband access　technologies，2001．