高速数字用户线技术-计算机网络基础

高比特率数字用户线（HDSL）是ISDN 编码技术研究的产物。1988年12月，Bellcore首次提出了HDSL 的概念。1990年4月，电气与电子工程师协会（IEEE）TIEI.4 工作组就该主题展开讨论，并列为研究项目。之后，Bellcore 向400 多家厂商发出技术支持的呼吁，从而展开了对HDSL 的广泛研究。Bellcore 于1991年制定了基于Tl（l.544 Mb/s）的HDSL 标准，欧洲电信标准学会（ETSI）也制定了基于El（2 Mb/s）的HDSL 标准。

1.HDSL 关键技术

HDSL 采用2 对或3 对用户线以降低线路上的传输速率，系统在无中继传输情况下可实现传输3.6 km。针对我国传输的信号采用El 信号，HDSL 在两对线传输情况下，每对线上的传输速率为1 168 kb/s；采用3 对线情况下，每对线上的传输速率为784 kb/s。

HDSL 利用2B1Q 或CAP 编码技术来提高调制效率，使线路上的码元速率降低。2B1Q码是无冗余的四电平脉冲码，它是将两个比特分为一组，然后用一个四进制的码元来表示，编码规则如表8.1所示。

表8.1　2B1Q 码编码规则

由此可见，2B1Q 码属于基带传输码，但由于基带中的低频分量较多，容易造成时延失真，因此需要性能较高的自适应均衡器和回波抵消器。CAP 码采用无载波幅度相位调制方式，属于带通型传输码，它的同相分量和相位正交分量分别为8 个幅值，每个码元含4 bit 信息，实现时将输入码流经串并变换分为两路，分别通过两个幅频特性相同、相频特性差90°的数字滤波器，输出相加就可得到。由此可看出CAP 码比2B1Q 码带宽减少一半，传输速率提高一倍，但实现复杂、成本较高。

HDSL 采用回波抵消和自适应均衡技术等实现全双工的数字传输。回波抵消和自适应均衡技术可以消除传输线路中的近端串音、脉冲噪声和因线路不匹配而产生的回波对信号的干扰，均衡整个频段上的线路损耗，以便适用于多种线路混联或有桥接、抽头的场合。

2.HDSL 系统的基本构成

HDSL 技术是一种基于现有铜线的技术，它采用了先进的数字信号自适应均衡技术和回波抵消技术，以消除传输线路中近端串音、脉冲噪声和波形噪声以及因线路阻抗不匹配而产生的回波对信号的干扰，从而能够在现有的电话双绞铜线（两对或三对）上提供准同步数字序列（PDH）一次群速率（Tl 或El）的全双工数字连接。它的无中继传输距离可达3～5 km（使用0.4～0.5 mm 的铜线）。

HDSL 系统构成如图8.11所示。HDSL 系统规定了一个与业务和应用无关的HDSL 接入系统的基本功能配置。它是由两台HDSL 收发信机和两对（或三对）铜线构成。两台HDSL收发信机中的一台位于局端，另一台位于用户端，可提供2 Mb/s 或1.5 Mb/s 速率的透明传输能力。位于局端的HDSL 收发信机通过G.703 接口与交换机相连，提供系统网络侧与业务节点（交换机）的接口，并将来自交换机的El（或Tl）信号转变为两路或三路并行低速信号，再通过两对（或三对）铜线的信息流透明地传送给位于远端（用户端）的HDSL 收发信机。

图8.11　HDSL 系统构成

位于远端的HDSL 收发信机则将收到来自交换机的两路（或三路）并行低速信号恢复为El（或Tl）信号送给用户。在实际应用中，远端机可能提供分接复用、集中或交叉连接的功能。同样，该系统也能提供从用户到交换机的同样速率的反向传输。所以HDSL 系统在用户与交换机之间建立起PDH 一次群信号的透明传输信道。HDSL 系统由很多功能块组成，一个完整的系统参考配置如图8.12所示。

图8.12　HDSL 系统的参考配置

信息在局端机和远端机之间的传送过程为：从用户端发来的信息，首先进入应用接口，在应用接口，数据流集成在应用帧结构（G.703，32 时隙帧结构）中。然后进入映射功能块，映射功能块将具有应用帧结构的数据流插入144 字节的HDSL 帧结构中，发送端的核心帧被交给公用电路。在公用电路中，为了在HDSL 帧中透明地传送核心帧，需加上定位、维护和开销比特。最后由HDSL 收发器发送到线路上去。图8.12中的线路传输部分可以根据需要配置可选功能块再生器（Regenerator，REG）。

在接收端，公用电路将HDSL 帧数据分解为帧，并交给映射功能块，映射功能块将数据恢复成应用信息，通过应用接口传送至网络侧。

HDSL 系统的核心是HDSL 收发信机，它是双向传输设备，图8.13所示的是其中一个方向的原理框图。

图8.13　HDSL 收发信机原理框图(www.xing528.com)

下面以El 信号传送为例来说明HDSL 收发信机的原理。

发送机中的线路接口单元，对接收到的El（2.048 Mb/s）信号进行时钟提取和整形。El控制器进行HDB3 解码和帧处理。HDSL 通信控制器将速率为2.048 Mb/s 串行信号分成两路（或三路），并加入必要的开销比特，再进行CRC-6 编码和扰码，每路码速为1 168 kb/s（或784 kbiffs），各形成一个新的帧结构。HDSL 发送单元进行线路编码，D/A 变换器进行滤波处理和预均衡处理，混合电路进行收发隔离和回波抵消处理，并将信号送到铜线对上。

接收机中混合电路的作用与发送机中的相同，A/D 转换器进行自适应均衡处理和再生判决，HDSL 接收单元进行线路解码，HDSL 通信控制器进行解扰、CRC-6 解码和去除开销比特，并将两路（或三路）并行信号合并为一路串行信号。El 控制器恢复El 帧结构并进行HDB3编码。线路接口按照G.703 要求选出El 信号。

由于HDSL 采用了高速自适应数字滤波技术和先进的信号处理器，因而，它可以自动处理环路中的近端串音、噪声对信号的干扰、桥接和其他损伤，能适应多种混合线路或桥接条件。在没有再生中继器的情况下，传输距离可达3～5 km。而原来的1.5 Mb/s 或2 Mb/s 数字链路每隔0.8～1.5 km 就需要增设一个再生中继器，而且还要严格地选择测量线对。

因此，HDSL 不仅提供了较长的无中继传输能力，而且简化了安装维护和设计工作，也降低了维护运行成本，可适用于所有加感环路。

关于HDSL 系统的供电问题，通常这样处理：对于局端HDSL 收发信机，采用本地供电；对于用户端的HDSL 收发信机，可由用户端自行供电，也可由局端进行远供。目前，不少厂家已在HDSL 系统中引入电源远供功能，从而方便了用户使用。

3.HDSL 的应用特点

HDSL 技术能在两对双绞铜线上透明地传输El 信号达3～5 km。鉴于我国大中城市用户线平均长度为3.4 km 左右，因此，在接入网中可广泛地使用基于铜缆技术的HDSL。

HDSL 系统既适合于点对点通信，也适合于点对多点通信。其最基本的应用是构成无中继的El 线路，它可充当用户的主干传输部分。HDSL 主要应用在访问Internet 服务器、装有铜缆设备的大学校园网、将中心PBX（Public Branch Exchange）延伸到其他的办公场所、局域网扩展和连接光纤环、视频会议和远程教学应用、连接无线基站系统以及ISDN 基群速率接入（Primary Rate Access，PRA）等方面。

HDSL 系统可以认为是铜线接入业务（包括语音、数据及图像）的一个通用平台。目前，HDSL 系统具有多种应用接口。例如，G.703 与G.704 平衡与不平衡接口，V.35，X.21 及EIA503等接口，以及会议电视视频接口。

另外，HDSL 系统还有与计算机相连的RS232、RS449 串行口，便于用计算机进行集中监控；还有El/Tl 基群信号监测口，便于进行在线监测。在局端和远端设备上，可以进行多级环测和状态监视。状态显示有的采用发光二极管，有的采用液晶显示屏，这给维护工作带来较大方便。在实际使用中，这种具有多种应用接口的HDSL 传输系统更适合于业务需求多样化的商业地区及一些小型企业。当然，这种系统成本相对较高。

较经济的HDSL 接入方式采用现有的PSTN 网，具有初期投资少、安装维护方便、使用灵活等特点。

HDSL 局端设备放在交换局内，用户侧HDSL 端机安放在DP 点（用户分线盒）处，可为30 个用户提供每户64 kb/s 的语音业务。配线部分使用双绞引入线，不需要加装中继器及其他相应的设备，也不必拆除线对原有的桥接配线，无须进行电缆改造和大规模的工程设计工作。但是，该接入方案由于提供的业务类型较单一，只是对于业务需求量较少的用户（如不太密集的普通住宅）较为适合。

HDSL 技术的一个重要发展是延长其传输距离和提高传输速率。例如，PalriGain 公司和ORCKIT 公司提出另外一种增配HDSL 再生中继器的系统。该系统利用增配的再生中继器，可以将传输距离增加2～3 倍，这显然会增大HDSL 系统的服务范围。

根据应用需要，HDSL 系统还可用于一点对多点的星状连接，以实现对高速数据业务使用的灵活分配。在这种连接中，每一方向以单线对传输的速率最大可达1.544 Mb/s。另外，在短距离内（百米数量级），利用HDSL 技术还可以再提高线路的传输比特率。甚高数字用户线（VHDSL）可以在0.5 mm 线径的线路上，将速率为13 Mb/s、26 Mb/s 或52 Mb/s 的信号，甚至能将速率为155 Mb/s 的SDH 信号，或者125 Mb/s 的FDDI（Fiber Distributed Data Interface）信号传送数百米远。因此，它可以作为宽带ATM 的传输介质，给用户开通图像业务和高速数据业务。

总之，HDSL 系统的应用在不断发展，其技术也在不断提高。在铜线接入网甚至光纤接入网中将发挥越来越重要的作用。

4.HDSL 的局限性

尽管HDSL 具备巨大的吸引力和有益于服务提供商及用户的性能，但仍有一些制约因素：最大的问题在于HDSL 必须使用两对线或三对线。另外，由于各个生产商的产品之间的特性也还不兼容，使得互操作性无法实现，这就限制了HDSL 产品的推广。Bellcore 和ETSI 的规范中只规定了HDSL 最基本的要点，使得许多HDSL 产品的特性各不相同，从而导致产品之间的互操作性根本无法实现。服务提供商希望HDSL 产品不依赖于生产商，并且保持产品之间的连续性。

另一方面的不利因素是用户无法得到更多的增值业务。HDSL 在长度超过3.6 km 的用户线上运行时仍然需要中继器。有些HDSL 的变种可以达到5.49 km。但是，Bellcore 希望在更长的用户线上使用中继器。因此，在有些情况下还不能使用。