DSL - ADSL 基础知识

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本章将讨论非对称数字用户线路的基础知识和标准。

ADSL 基础知识

首先，让我们了解以下几点。

• 所有 ADSL 标准都使用离散多音 (DMT) 调制作为物理层。

• 将频带划分为许多小信道。

• 每个信道上使用 QAM 调制。

• 根据信噪比 (SNR) 为每个信道分配不同的比特。

ADSL 基础知识物理层系统框图

以下是 ADSL 基础知识物理层系统框图。

ADSL 标准

下表描述了 ADSL 标准。

附录 G.DMT

G.992.1 附录 A − POTS 上的全速率 ADSL

• 重叠频谱 PSD 掩码
• 非重叠频谱 PSD 掩码

G.992.1 附录 B − ISDN 上的全速率 ADSL

• 仅重叠频谱 PSD 掩码，但重叠是可选的

G.992.1 附录 C − TCM-ISDN 捆绑中的全速率 ADSL

• 与 G.992.1 附录 A 相同的 PSD 掩码

G.DMT PSD

下图描述了 G.DMT PSD。

G.Dmt 性能

可以通过以下描述了解 G.Dmt 性能。

• NSC = 子载波数量
• 子载波间距 = Δf = 4.3125 KHz
• 数据符号速率 = 4.0 KHz
• 数据速率 = N * 4 * 8 Kbps（32 Kbps 的倍数）
• 带宽 = NSC * Δf
• 采样率 = 2 * NSC * Δf

NSC                                 256   
Total bandwidth                     1.1 MHz    
Sample rate                         2.2 MHz   
Maximum Date Rate                   ~12Mbps(down)/1.2Mbps (up) 
Maximum Reach                       20kf 

拨号音服务

虽然 DMT 被选为官方标准，但基于 CAP 的系统已在全球范围内用于实现许多 ADSL 和一系列视频声音试验和商业部署，有效地将 CAP 确定为事实上的 ADSL 竞争标准。与此同时，在美国有线电视行业提供电话服务的威胁在很大程度上消退了。

在全球范围内，音视频应用有所增加，但人们仍然对其保持兴趣。在许多市场中，它们难以在成本方面与有线电视和卫星电视的广泛普及相抗衡。

因此，视频拨号音计划在北美已基本消失。ADSL 的最终标准——经国际电信联盟 (ITU)（G.dmt 或 G.992）和 ANSI（T1.413 第 2 版）批准——如前所述，是一个基于 DMT 的系统，是当今大多数新型 ADSL 部署的基础。然而，一些供应商继续在其网络中部署基于 PAC 的系统。

从视频到数据的应用切换

在这些漫长的视频拨号音试验中，业界已经认识到许多数据应用是非对称的。最好的例子是互联网。通常，用户向远程服务器发送少量数据，该服务器请求下载数据文件、图形、音频和视频。作为回应，服务器开始以网络能够支持的数据速率向远程工作站发送文件数据。这种事务本质上是极其不对称的。

在同一时期，互联网发展成为一种全新的现象，与互联网增长服务的新的用户数量相比，这是闻所未闻的。所有用户的最大抱怨是，将文件上传到调制解调器拨号甚至 ISDN 数据速率需要花费太长时间。因此，对新服务的需要和新技术的诞生很快就结合在一起，ADSL 已重新定向以支持互联网接入。

视频并没有完全消失作为对 DSL 的需求。然而，使用 RealMedia 或 Windows Media 等系统的基于 IP 的视频传输变得越来越流行和复杂。使用 MPEG-2 等压缩系统或允许对视频进行更高压缩的新行业标准系统，IP 视频传输仍然是 DSL 的一种可行的应用。

针对数据服务的优化

当应用是有点同步的视频时，DSL 线路必须以指定的线路速度运行。但是，数据可以在很宽的速度范围内运行。唯一的影响是较慢的速度需要更长的时间才能传输大型文件。因此，对于数据应用，我们可以降低线路速度，以便可以在更长的线路上传送服务。CAP 和 DMT 收发器都已修改为基于环路优化服务，其实现被称为自适应速率数字用户线路或 RADSL。

RADSL 技术支持收发器自动将线路速度提高到可通过给定环路可靠实现的最高数据速率的能力。虽然此功能主要旨在简化服务设施，但它也使服务提供商能够在环路状况恶化的情况下实现服务的平滑降级。如今，还有其他 DSL 技术支持速率自适应。有兴趣使用此功能的服务提供商应检查它在不同技术中的支持程度。

RADSL 标准

可以看出，自 1993 年 3 月视频 ADSL 标准决定以来，行业和技术发生了巨大变化。为了认识到这一点，ANSI T1E1 工作组制定了一个称为ANSI TR59 RADSL 的标准。FCC 特别指出 RADSL 是一种在本地环路中与语音和其他 DSL 技术频谱兼容的技术。

IDSL 提供 ISDN 上的 DSL

在某些情况下，DSL 概念已应用于现有技术。例如，ISDN DSL 或 IDSL 最初出现在 20 世纪 80 年代作为一项新的旋转技术，仅IDSL ISDN CPE（用户端设备）与位于铜线环路另一端的 ISDN 兼容线路卡对话，并独立于电话交换机终止 ISDN 信号。

在这种情况下，与所有 DSL 变体一样，数据服务指向扩展数据服务，而不是交换网络。虽然 IDSL 基于成熟的技术，但它在功能上是 ISDN 的一个子集，因为它放弃了支持交换电话服务和一般连接的任何可能性。IDSL 的一个关键优势是服务提供商寻求将长期的 ISDN 数据连接移动到互联网服务器或远程 LAN 访问交换网络之外。另一个关键优势是，由于 IDSL 使用 ISDN 信令方法，因此它能够通过铜对传输，这些铜对由数字环路载波提供服务。

这些设备是远程终端，旨在将 POTS 和 ISDN 服务的覆盖范围扩展到铜线完成后的中心局的通常范围之外，通常通过光纤专用线路连接到中心局，因此无法承载任何类型的 ADSL 和 SDSL DSL 信号。

多速率对称 DSL

除了 IDSL 提供的 144 Kbps 带宽外，还出现了一些可以更好地分类办公室/小型办公室和住宅（SOHO）可能性。这些技术的运行范围在 128 Kbps 到 2.048 Mbps 之间。

对于对称应用，多速率 SDSL (M/SDSL) 已成为一项宝贵的技术，可以满足运营商在几乎无处不在的基础上提供时分多路复用 (TDM) 服务的要求。基于单对 SDSL 技术，M/SDSL 支持更改命令行收发器的速率，从而改变收发器的运行距离。此版本的 CAP 支持八个不同的服务速率，从 64 Kbps/128 Kbps 到 29 kft（8.9 公里）24 号线（5 毫米）和 15 kft（4.5 公里）以 2 Mbps 的全速运行。凭借 AutoRate 的容量（类似于 RADSL），对称应用现在可以普遍部署。

面向消费市场的 G.lite

1998 年 1 月，通用 ADSL 工作组 (UAWG) 正式成立。它由电信、网络和个人电脑领域的大型组织组成。该小组的成立是为了开发低速且具有成本效益的 ADSL 替代方案，可以在消费者迅速被服务提供商部署的同时安装。该小组工作的结果是基于 ADSL G.lite 标准的新子集。

G.lite于1999年6月被国际电信联盟（ITU）批准为标准（G.992.2），下行速度可达1.5 Mbps，上行速度可达512 Kbps。重要的是，G.lite的设计可以在现有的电话线上提供这项服务，而无需ADSL解决方案全速率通常需要的POTS分线器。G.lite标准的一部分是“快速再训练”技术，当电话机正在使用时，该技术会限制G.lite信号的输入功率。这有助于最大限度地减少干扰并在电话挂断后恢复功率。

ReachDSL优势

以下是ReachDSL的优势。

• 无需分线器安装 − 用户端无需POTS分线器，简化了安装过程，并允许用户自行安装。

• 更远的覆盖范围 − 除了ADSL系统通常只能覆盖距离中央办公室18,000英尺以内的范围外，ReachDSL系统可以延伸到20,000英尺以外，一些电力设施甚至超过30,000英尺。

• 频谱兼容性 − ReachDSL解决方案具有卓越的频谱兼容性。ReachDSL系列成员MVL®（多虚拟线路）是第一个获得FCC第68款批准的DSL系统，这意味着它对电话网络上的其他服务“友好”，不会造成干扰。ReachDSL还在频谱管理类别中运行，以提供更广的范围和更高的速度。

• 更低的生产成本 − ReachDSL产品使用现成的数字信号处理器（DSP），而不是定制的DSP。

• 动态带宽分配 − 允许根据不同的应用定制服务。

VDSL提供视频和更高带宽

正在出现新的变体，例如 – VDSL、DSL或高速DSL。VDSL系统仍在开发中，因此最终容量尚未确定，但拟议的标准要求下行带宽高达52 Mbps，对称带宽高达26 Mbps。这些带宽的折衷是较短的环路段，对于可能获得更高带宽的频段，通常短至1000英尺，随着环路长度的增加，速度也会降低。

鉴于这些限制，VDSL部署计划使用与传统DSL、DSLAM略有不同的模型，电话公司将DSLAM从中央办公室迁移到附近，光纤线路为包含DSLAM的本地机柜供电。

VDSL提供的超高速为服务提供商带来了提供下一代DSL服务的机会，视频被认为是首个应用。在52 Mbps的速度下，VDSL线路可以为客户提供完整的多分支MPEG-2视频流质量，甚至可以提供一个或多个高清全质量电视频道（HDTV）。

一些服务提供商已经开始部署VDSL系统的测试，这些系统提供这些服务，住宅中的VDSL端点显示为机顶盒，例如有线电视，带有一个以太网或其他数据接口，用于连接到PC以同时提供数据服务。

DSL的基本原理是本地环路技术，其中兼容设备位于单个铜线环路的每一端，确保新的DSL技术能够随着时间的推移不断涌现。对于服务提供商而言，一个战略重点是确保今天部署服务的特定技术或DSL网络模型的选择不会限制未来采用新技术的选项。

为什么选择ADSL2？

以下几点描述了为什么ADSL2如此受欢迎。

• ADSL提供高达8Mbps/800Kbps的数据速率（可能为12M/1.2M）。

• 26AWG电缆覆盖范围为18-20kf（约6000米）。

• 无无缝速率更改。

• 无用户活动时无省电模式。

• 无每bin 1位和每符号部分字节。

• 固定64Kbps开销信道速率（帧结构3）。

ADSL2/ADSL2+

以下几点描述了ADSL2/ADSL2+的各种特性。

• ADSL2+提供高达24Mbps/1Mbps的数据速率。

• SNR变化时无缝速率自适应。

• 电源管理大大降低了功耗。

• 每bin 1位和每符号部分字节提高了覆盖范围。

• 26AWG电缆覆盖范围为20-22kf（约7000米）。

• 可变开销信道速率满足用户需求。

• 训练期间的环路诊断功能。

ADSL2/2+优势

ADSL2和ADSL2+提供了下一代功能，以改进DSL部署的商业案例。以下是一些优势 −

• 更高的速率
• 更远的覆盖范围
• 改进的稳定性
• 电源管理
• 增强的频谱兼容性

更远的覆盖范围

ADSL2使服务提供商能够使用速率增强技术在更长的环路长度上扩展现有的速率计划 −

速率增强技术 −

• 降低帧开销
• 强制性格雷码编码
• 1位星座图
• 导频音上的数据

远距离DSL (LDSL) −

• 针对北美的RE-ADSL2增强PSD
• 重叠模式

帧结构增强

以下特性有助于帧结构增强。

• 更灵活的帧结构

• 替换了G.DMT中的帧结构类型0、1、2和3

• 接收器选择配置参数

• 可能的最佳里德-所罗门编码

• 可配置的开销信道，从4Kbps到64Kbps

• 基于HDLC的OAM协议，用于检索详细的性能监控信息。

PMD增强 − 训练

以下特性有助于PMD增强 − 训练。

• 新的线路诊断程序。

• 接收器选择导频音。

• 在信道分析期间改进的信噪比测量。

• 改进的详细发射信号特性交换。

• 音调中断，允许在初始化期间进行RFI测量。

PMD增强 − 性能

以下特性有助于PMD增强 − 性能。

• 强制性支持格雷码编码。

• 强制性支持一位星座图。

• 在导频音上调制的数据。

• 通过接收器确定的音调排序提高了抗RFI鲁棒性。

PMD增强 − 功率

以下特性有助于PMD增强 − 功率。

• 发射功率削减。

• 强制性发射功率降低。

• 具有新的L2低功耗状态的ATU-C的节电功能。

• 具有新的L3空闲状态的节电功能。

PMD增强 – 动态

以下特性有助于PMD增强 – 动态。

• 位交换

• 无缝速率自适应 (SRA)

• 动态速率重新分配 (DDR)

为什么需要在线重配置？

以下几点描述了为什么需要OLR。

• DSL线路状况一直在变化，例如串扰、天气、无线电、环境等。

• 用户活动一直在变化，例如摘机/挂机、高峰/正常使用。

• 运营商带宽重新分配。

在线重配置 (OLR)

以下几点介绍了关于OLR的信息。

• 当线路或环境缓慢变化时，保持无缝运行。

• 优化速率设置（可以减少6dB裕度）。

• 提供上层配置。

• 所有信道都可以独立运行。

在线重配置类型

以下是OLR的类型。

位交换 (BS) −

• 在子载波之间重新分配数据和功率
• 适应变化的线路状况

无缝速率自适应 (SRA) −

• 重新配置总数据速率
• 后台SNR监控可以找到最佳设置

动态速率重新分配 (DRR) −

• 重新配置多个延迟路径之间的数据速率分配。

控制参数

以下是帧配置和PMD功能的控制参数。

帧配置 −

• Bpn − 延迟路径#p中帧承载#n中的八位字节数。

• Lp − 延迟路径#p中的每符号位数。

PMD功能 −

• bi, gi
• L − 总数据速率

使用SRA提高稳定性

无缝速率自适应 (SRA) 使调制解调器能够更改速率和比特加载，以保持最小每bin裕度而无需重新训练。

GlobespanVirata Inc.’s 符合ADSL2标准的SRA可以一次更改单个bin或所有bin。它使速率变化和噪声适应在几秒钟内完成，而不是几分钟。

OLR总结

下表描述了OLR的总结。

电源管理

以下几点描述了OLR中的电源管理。

• DSLAM功耗为KW级，全天候运行。

• 可以节省大量电力。

• 大约-40 dB的发射功率削减可节省每个端口100mW。

• 2000端口DSLAM可以节省200W！

最大裕度算法

OLR最大裕度算法的优势如下 −

• 消除线路上的多余裕度。

• 估算线路状况并在握手期间降低发射功率。

• 与旧版CPE兼容。

• 在典型的环路中，线路驱动器的功率降低高达60%。

统计电源管理

在客户空闲期间，它可以将整体功耗降低高达50%。

目标

主要目标是节电和最大限度地减少串扰。有三种电源管理状态 −

• L0 − 全功率数据模式（就像我们今天一样）

• L3 − 空闲模式（不尝试启动）

• L2 − 低功耗模式，通过 −

• 增加功率削减值 (<40dB)

• 低比特率

更高等级的ADSL2+技术

更高等级的ADSL2+技术可以实现以下功能 −

• 实现用于高级数据、语音和视频部署的更高速率。

• 实现高达26 Mb/s的数据速率。

• 将10-12Mb/s的覆盖范围扩展到ADSL S=1/2的两倍。

• 可选的远程波段规划允许从远程机柜部署，而不会降低来自CO的服务质量。

• 单个bin禁用可提供与旧版服务的完全兼容性。

• CPE能力自动检测可实现与旧版CPE的兼容性

ADSL/ADSL2 ATU-C发射频谱

下图显示了ADSL/ADSL2 ATU-C发射频谱。

ADSL2+ ATU-C发射频谱

下图显示了ADSL2+ ATU-C发射频谱。

ADSL2+特性

以下是ADSL2+的特性。

• 将下行频谱从1.1MHz增加到2.2 MHz，下行bin数从256增加到512。

• 最大下行数据速率从8Mbps增加到24Mbps。

• 在短环路长度下性能有所提高。

• SRA和电源管理的范围更广，从32Kbps到24 Mbps。

ADSL2+性能

以下几点描述了ADSL2+的性能。

• ADSL+和ADSL2+支持高速非对称DSL应用以及传统的远距离DSL服务。

• 自动检测支持回退到ADSL2和旧版ADSL。

• ADSL2+/ G.Span支持22/3服务，而无需VDSL 1.5km覆盖范围限制。

• 与旧版ADSL CPE兼容。

扩展覆盖范围的DSL (RE-ADSL)

• 扩展覆盖范围的ADSL (RE-ADSL) 是G.992.3的附录L

• 覆盖范围扩展1-2 kft

• 规范的基础具有强制性的非重叠PSD定义以及可选的重叠PSD定义。

附录M

• 介绍以提高上行速率
• 最多将上行bin数量加倍
• 如果是非重叠的，则以牺牲下行为代价
• 高达3Mbps的上行数据速率

下表描述了ADSL的各个方面。