ADSL技术及其应用

1  xDSL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Internet和Intranet迅速发展，对固定连接的高速用户线需求日益高涨，基于双绞铜线的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。

     1996年起xDSL技术在欧美得到迅速推广主要缘于以下两个因素：

     （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xDSL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。

图1  传统Modem与xDSL技术的比较

    图2  ADSL应用中的分离器

  （2）美国1996年通过的新的通信法案“Telecommuni-cations Act of 1996”规定，地方电话公司的通信设备可租借给其他通信企业使用。ISP业主租用用户电话线，在其两端设置xDSL Modem即可向用户提供高速数据业务。 

    2  xDSL技术的分类

     xDSL技术按上行（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。

     速率对称型的xDSL有HDSL、SDSL (Single line DSL)等多种形式，HDSL采用2对双绞铜线实现双向速率对称通信。SDSL的功能与HDSL相同，但仅用一对铜线即可提供速率对称型通信。IDSL（ISDN DSL）提供128 kbit/s双向速率对称型通信业务。非对称型的xDSL有ADSL（Asymmetric DSL）和VDSL（Very high bit rate DSL）等数种。因其下行速率很高，适用于下行数据量很大的Internet业务。近又出现了速率自适应的ADSL（RADSL：Rate adaptive ADSL），它克服了ADSL在强噪声条件下中断通信的缺点，能自适应地降低速率保持通信连接。

     3  分离器的功能

     SDSL、ADSL和VDSL等xDSL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xDSL 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。图2示出了ADSL Modem的应用实例。

    xDSL 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。

     交换局侧的xDSL Modem产品大多具有多路复用功能（DSLAM：DSL Access Multiplexer）。各条xDSL线路传来的信号在DSLAM中进行复用，通过高速接口向主干网侧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xDSL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。

    4  xDSL的调制方式

     xDSL采用的调制/解调方式有2B1Q（2 Binary 1 Quarterary）、CAP（Carrierless Amplitude/Phase modulation）和DMT（Discrete Multi-Tone）三种。它们都要利用高频频带。高频信号损耗大并易受噪声干扰，因此速率越高，传输距离越近，此外传输速率还与双绞线的线径和质量有关。

     （1）2B1Q方式

     2B1Q是通过改变矩形波振幅来传送数据的调制方式。其幅值分成4级，能传送2比特的数据。IDSL、HDSL和SDSL等速率对称型的xDSL采用此种调制方式。

     （2）CAP方式

     CAP是基于正交幅度调制（QAM）的调制方式。上、下行信号调制在不同的载波上，速率对称型和非对称型的xDSL均可采用。

     V．34等模拟Modem也采用QAM，它和CAP的差别在于其所利用的频带。V．34 Modem只用到4 kHz，而ADSL方式中的CAP要利用30 kHz～1 MHz的频带。频率越高，其波形周期越小，故可提高调制信号的速率（即数据传输速率）。

     CAP中的“Carrierless（无载波）”是指生成载波（Carrier）的部分（电路和DSP的固件模块）不独立，它与调制/解调部分合为一体，使结构更加精炼。 

    （3）DMT方式

     DMT采用256 QAM调制，通常用于ADSL等速率非对称型的Modem。在ADSL中一个载波调制占用4 kHz带宽，对256个载波进行QAM调制需作付里叶变换。DMT对各4 kHz带宽分配调制的数据量，因能减少分配到有噪频带内的数据量，所以DMT方式具有很强的抗噪声性能。

     DMT又可分为频分复用方式（FDM）和回波抵消方式（echo canceller）。FDM按上、下行信道划分频带。回波抵消方式的上、下行频带重叠，其效率比FDM高，但处理复杂。

     （4）CAP与DMT的比较

     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。摩托罗拉公司已开发出DMT方式的ADSL芯片，该芯片采用了回波抵消技术。

     5  xDSL的应用范围

     （1）用作专线网的接入线

     专线提供上、下行速率对称的通信业务，因此可采用IDSL、SDSL和HDSL型Modem，终端通过V．35或X．21等串口与其相连，其双向传输速率为128 kbit/s～2 Mbit/s。

     （2）用作Internet的接入线

     在Internet中，浏览Web等客户/服务器业务的下行数据量要大得多，因此可采用下行高速化的ADSL Modem。

     （3）用作ATM的接入线

    主干线路ATM化已成为通信发展的趋势，因此如何使xDSL用作ATM业务的接入线已成为当前研究与开发的热点。ANSI、ETSI、ITU-T、ADSL论坛和ATM论坛等机构也正在对ATM over ADSL技术进行标准化。

     1997年6月阿尔卡特、微软等公司联合发表了ADSL系统规范，给出了利用xDSL设备设计ATM网络的基本方法。图3示出了ATM终端利用ADSL线路建立虚电路（PVC）的实例。通常对各个ATM终端独立地设定VPI（虚路径标识符）和VCI（虚通道标识符），如果在ATM over ADSL中原封不动地沿用这种规范，因导入了带有复用功能的综合型ADSLModem（DSLAM：Digital Subscriber Line Access Multiplexer）不能保持VPI/VCI的性。因此，联合建议中规定ATM终端只设定VCI，VPI作为DSLAM识别各ATM终端（ADSL线路）的标志。

    6  xDSL的应用现状与前景

     xDSL技术引起各国电信部门和各大公司的关注，但对xDSL能否成为高速用户接入线的主流和提供资费低廉的服务认识上存在很大差异。

     6．1  美国ioNET提供低资费高速ADSL服务

     美国俄克拉何马（Oklahoma）市的ioNET公司于1997年7月开始向用户提供以性连接方式接入Internet的高速业务“ioNET ADSL”。其上下行速率分别为384 kbit/s和1．5 Mbit/s，月租费固定为95美元（含电话线月租费和Internet使用费），仅为1．5 Mbit/s专线的1/10，比64 kbit/s的专线还便宜2/3（见表1）。

 表1  ioNET的Internet接入资费

 业务速率 用租费（美元）

ADSL 95

33.6 kbit/s/56 kbit/s 195
56 kbit/s/64 kbit/s 295
128 kbit/s 395
256 kbit/s 495
384 kbit/s 595
512 kbit/s 695
786 kbit/s 795
1.5 Mbit/s 995

 图3  ATM over ADSL的应用实例

    追加投资少是ioNET ADSL资费低廉的根本原因。在开始提供此项业务时，新增设的硬件不过是在位于服务中心的接入服务器中插入ADSL Modem卡。用户侧的ADSL Modem每个约500美元，几乎不需要其他的投入。

    美国的IDS、Interaccess、Bell和加拿大的CAD Vision等公司也提供了与ioNET近乎相同的服务。

     另一个原因是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CableModem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。

     减轻电话网的负荷是导入xDSL的第三个原因。在美国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xDSL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。

     虽然xDSL具有上述优势，但电话公司和ISP都不认为它是实现接入线高速化的手段，还应导入Cable Modem和卫星等高速接入Internet的新技术。一种意见认为能够利用xDSL的用户约为65％～80％。

    6．2  日本NTT采取用户线光纤化优先的方针

     日本NTT的π计划中制定了优先发展接入网光纤化的方针。光纤化的高速接入线的速率和资费与xDSL接入线的相同或更高速更廉价。