宽带铜线电缆接入技术详解

5.2.1 ADSL接入网技术

1．系统介绍

到目前为止，全球电信运营商的用户有70%以上，仍然是通过双绞线电缆接入电信网络的，这部分的总投资达数千亿美元。在“光纤到户”技术（FTTH）短期内还无法完全实现的情况下，开发基于双绞线电缆的宽带接入技术，既可以延长原有双绞线铜缆的寿命，又可以降低接入网的系统建设成本，对电信运营商和用户都极有吸引力。习惯上将各种基于双绞线电缆的宽带接入技术统称为x DSL, 其中ADSL技术是目前最有活力的一种宽带接入技术，是大多数传统电信运营商从铜线接入到宽带光纤接入的首选过渡技术。

非对称数字用户线接入技术(ADSL：Asymmetric Digital Subscriber Line)的提出，最初是为了支持基于ATM的视频点播(VΟD)业务。20世纪80年代末，电信界内认为VΟD 是未来宽带网上的主要应用之一，当时电信网入户的线路资源主要是双绞线电缆，在这种条件下人们自然想到利用双绞线开发宽带接入技术。由于VΟD 信息流具有上下行不对称的特点，而普通电话双绞线的传输能力又毕竟有限，为了把这有限的传输能力尽可能地用于视频信号的传输，因此，这种服务于VΟD的宽带接入技术，应具备上下行不对称的传输能力，即下行速率传输视频流远大于上行速率传输点播命令。自20世纪80年代末期ADSL技术出现后，曾经一度沉寂。

直到20世纪90年代中后期（我国是自2000年之后），互联网Internet的应用由专业领域走向大众化，并且戏剧性地飞速增长，彻底打乱了电信行业既定的“以ATM技术为主流”的发展方向；互联网上的信息量急剧膨胀，使得传统的窄带接入难以满足大量信息传送的要求，ADSL 作为一种宽带接入技术其传输特点恰好与个人用户和小型企事业用户信息流的特征一致，即下行的带宽远高于上行。这样借助于Internet互联网的发展，ADSL技术不但起死回生，而且从此大规模走向市场，成为目前电信行业的一种主流的宽带接入技术，特别是随着新一代ADSL（ADSL2+/VDSL2接入技术）技术的开发应用，为该系列技术的应用打开了新的大门。

2．工作原理及接入参考模型

ADSL技术是一种以普通电话双绞线作为传输媒介，实现高速数据接入的一种技术。其最远传输距离可达4～5 km，下行传输速率理论值最高可达6～8 Mb/s，上行最高768 kb/s，因而传输速度比传统的56 kb/s模拟调制解调器快100多倍，这也是传统的电信窄带ISDN（传输速率128 kb/s）接入系统所无法比拟的。为实现普通双绞线上互不干扰的同时执行电话业务与高速数据传输，ADSL采用FDM(频分复用)和离散多音调制(DMT：Discrete Multitone)技术。

传统电话通信目前仅利用了双绞线20 kHz 以下的传输频带，20 kHz 以上频带的传输能力处于空闲状态。ADSL采用频分复用（FDM）技术，将双绞线电缆上的可用频带划分为三部分：其中，上行信道频带为25～138 kHz，主要用于发送数据和控制信息；下行信道频带为138～1104 kHz；传统话音业务仍然占用20 kHz以下的低频段。就是采用这种方式，利用双绞线的空闲频带，ADSL才实现了全双工数据通信，如图5.5所示。

图5.5 ADSL频谱安排参考方案示意图

另外为提高频带利用率，ADSL将这些可用频带又分为一个个子信道，每个子信道的频宽为4.315 kHz。根据信道的性能，输入数据可以“自适应地”分配到每个子信道上。每个子信道上调制数据信号的效率由该子信道在双绞线中的传输效果决定，背景噪声低、串音小、衰耗低，调制效率就越高，传输效果越好，传输的比特数也就越多。反之调制效率越低、传输的比特数也就越少。这就是DMT调制技术。如果某个子信道上背景干扰或串音信号太强， ADSL系统则可以关掉这个子信道，因此ADSL有较强的适应性，可根据传输环境的好坏而改变传输速率。ADSL下行传输速率最高6～8 Mb/s，上行最高768 kb/s，这种最高传输速率只有在线路条件非常理想的情况下才能达到。在实际应用中，由于受到线路长度背景噪声和串音的影响，一般ADSL很难达到这个速率。

基于ADSL技术的宽带接入网，主要由局端设备和用户端设备组成：局端设备(DSLAM：DSL Access Multiplexer)、用户端设备、话音分离器、网管系统。局端设备与用户端设备完成ADSL频带内信号的传输、调制解调，局端设备还完成多路ADSL 信号的复用，并与骨干网相连。如图5.6所示。话音分离器是无源器件，停电期间普通电话可照样工作，它由高通和低通滤波器组成，其作用是将ADSL频带信号与话音频带信号合路与分路。这样，ADSL的高速数据业务与话音业务就可以互不干扰。

3．应用领域及不足

现在ADSL的应用领域主要是个人住宅用户的Internet接入，也可用于远端LAN、小型办公室/企业Internet接入等。其主要的缺点是：带宽（传输速率）仍嫌不够快。

图5.6 ADSL系统接入参考模型示意图

5.2.2 新一代ADSL2+/VDSL2接入技术(https://www.xing528.com)

1．ADSL2+接入技术

随着ADSL技术在全球范围的大规模推广以及针对于DSL技术的应用和服务的不断推出，第二代ADSL技术标准由国际电信联盟（ITU-T）于2003 年1 月通过的“ADSL2＋（G.992.5）”推出，它在第一代ADSL（G.992.1）的标准基础上进行了全面的、较大的改进，主要是将频谱范围从1.1MHz扩展至2.2MHz，相应地，“最大子载波”数目也由256个增加至512个，如图5.7所示。它支持的净数据速率最小下行速率可达25Mb／s，上行速率可达800kb/s。ADSL2+技术打破了ADSL接入方式带宽限制的瓶颈，使其应用范围更加广阔。

ADSL2+技术的传送模式，在G.992.1标准规定的ATM（异步传送模式）和STM（同步传送模式）的基础上，增加了PTM（分组传送模式），能够更高效率地传送日益增长的以太网业务。ADSL2+技术标准中还增加了话音、全数字模式等方面的规范，即在没有PΟTS业务时用该话带传送数据，这样可增加256kb的上行带宽。ADSL2+技术标准还新设定了更灵活的帧结构,以支持四种延迟通道、四个承载信道，并支持对信号传输中，对“误码”和“时延”出现时的配置。

与ADSL技术相比，ADSL2+模式在技术和应用上都取得了突破。第一，传统的ADSL系统能提供的最大下行速率为8M；而ADSL2+通过频谱的扩展，实现从26kHz到2.2MHz的频率分布，实现512个子载频，最大下行速率至少可以达到20Mb/s，可以在较宽松的距离内轻松提供如视频电话、VΟD、视频会议等宽带业务。

图5.7 ADSL2+制式频谱安排方案示意图

第二，传统的ADSL系统最大覆盖范围约为3km，如果线路有损伤、噪音干扰，那么覆盖的范围就更小，严重限制了用户的接入能力。而ADSL2＋技术，则采用增强的调制方式和无缝速率适配，可以更好地降低线路噪声对信号的影响，可将覆盖距离延伸至6km——能接入的用户数量大大提高。

第三，传统的ADSL系统在业务开通前或业务运行期间无法对线路的参数进行监测，对线路是否能开通ADSL业务或发生故障时判断故障点无能为力；而ADSL2＋系统，具有强大的线路诊断能力，使得整个接入网系统的线路质量评测和故障定位功能，比从前有了很大提高，使ADSL接入网业务变得更加容易管理和维护。

相当一段时间内，ADSL都将是宽带接入的主流方式，而ADSL2＋凭借其技术上的领先性，必将延续ADSL的既有地位，成为市场应用主流。以下的案例也说明ADSL2＋具有广泛的应用前景。

2004年浙江杭州电信公司升级了ADSL2+设备后，对于许多远距离无法接入的用户，都进行了覆盖。使6公里范围以内的用户，实现了稳定上网，在3.9公里的情况下，同步速率达到3.5Mb/s；在5.5公里远的情况下，互联网信号速率超过700kb/s。

同时，ADSL2+技术模式将设备使用的频带从4kb-1.1Mb扩展到4kb－2.2Mb，有效地减小了线间串扰，提高了综合出线率。2006年以后的新一代ADSL设备均采用ADSL2+模式接入用户。

2．VDSL2接入技术

为了进一步推动宽带接入网的技术发展，ITU－T 于 2005 年 5 月推出了“VDSL2＋（G.993.2）”标准，VDSL2是迄今为止最新、最先进的xDSL宽带铜线电缆通信标准；能够在短距离（350M）范围内提供高达100Mb/s的上下对称数据速率，也可以在1.2～1.5公里距离内提供全双工30Mb/s的超高速数据传输速率；因而VDSL2标准支持语音、视频、数据、HDTV和互动游戏等三重(triple-play)业务的广泛部署，可以帮助通信公司逐步、灵活和节省成本地升级现有的x DSL基础架构。

通信业界首个与该标准完全兼容的，是“英飞凌半导体公司”的“VINAX”VDSL2 芯片组，于标准颁布的次日（2005-05-28）即宣布研发成功。VDSL2仍使用DMT线路编码，与ADSL系列标准完全兼容，子载波数目也由512个增加至最大4096个；新的VDSL2解决方案既可以满足VDSL2、也可以满足ADSL 2+设备的要求。因此使用者只需使用一种技术就能平滑、逐步和高效地将现有网络升级到VDSL2，并允许他们用单个网络覆盖所有x DSL业务应用；因而形成了接入系统在0.6km内使用VDSL2标准，在1～3km范围使用ADSL2+标准，而在3km以上使用ADSL标准的铜线电缆接入网通信格局。同时用户仍可以继续使用ADSL MΟDEM，想升级带宽，接收先进的通信三重业务时，只需简单地升级他们的用户端设备(CPE)就可以了。这样，就实现了更低的设施和维护成本，以及从ADSL到ADSL2+，再到VDSL2这三种通信模式的无缝（软件）升级。