G.992.2 Modem 及其组网应用方案

2019-11-04 21:25:25

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供稿：网友

　　1 前言
　　ADSL（不对称数字用户线）最初是为了向家庭用户提供VOD（视频点播）业务而开发的。符合ANSI T1.413标准的ADSL（下文简称为标准ADSL）可在一对双绞线上下行传送最高达8Mbit/s，上行传输640kbit/s的码流，但由于VOD系统的复杂性及较高的成本阻碍了它进一步的实用化。而Internet的迅猛发展却为ADSL提供了舞台，ADSL作用的改变是人们始料不及的。
　　
　　但是，使用ADSL技术提供接入Internet业务与提供VOD业务不同，必须解决以下问题。
　　
　　*降低成本。为了能像话带Modem一样获得广泛使用，必须具有较低的价格，而标准ADSL Modem的价格仍然偏高。
　　
　　*简化安装，争取做到即插即用。标准ADSL Modem需要专业技术人员前往用户家中安装，有时需要重新布线，过程较复杂，且花费的人力成本较高，增加了用户的负担。
　　
　　*速率适中。目前的ISP (Internet Service PRovider)服务器能为用户提供的速率还达不到标准ADSL所能提供的8Mbit/s的传输能力，而且大多数家庭用户线路也不可能支持这个速率。因而ISP向用户提供的速率可以低于8Mbit/s（下行），但必须远远大于话带Modem和N-ISDN的速率。
　　
　　*升级方便。假如将来条件成熟，用户可非常方便地升级（最好是通过软件升级）到标准ADSL，得到更高速率的服务。
　　
　　为了更方便地将ADSL技术用于Internet接入，一些主要的计算机软、硬件公司，电信服务业的巨头和电信设备制造商，如Microsoft 、Intel 、Compaq 、Ameritech、Bell Atlantic、Bell South、GTE、SBC、Sprint 、U.S. West、Alcatel、Analog Devices、LUCent、Rockwell、TI、Aware等公司成立了一个名为UAWG（Universal ADSL Working Group）的协会,它的宗旨是基于UAWG成员强大的技术力量，为使用ADSL技术接入Internet制定一个统一的、通用的规范，该规范的基本思想是将标准ADSL简化后，使之成为PC机的标准PCI配置之一，其名称为DSL Lite ，即简化的、通用型的ADSL。而ITU（国际电联）也于1998年10月推出了DSL Lite的国际标准——G.992.2。
　　
　　2 G.992.2 Modem的特点
　　2.1 G.992.2 Modem与标准ADSL全面兼容
　　
　　为了与标准ADSL全面兼容，G.992.2 Modem采取了如下措施。
　　
　　（1）采用与标准ADSL相同的线路码
　　
　　G.992.2 Modem采用与标准ADSL相同的线路码——DMT（离散多音）。
　　
　　（2）采用与标准ADSL相同的频带划分策略
　　
　　为了与标准ADSL保持频谱兼容性，G.992.2 Modem的频带划分与其相同，只不过使用较少的高频段下行子信道而已。下行的数据速率能达到1.5Mbit/s，上行速率能达到512kbit/s。相应的频谱划分如图1、2所示。
　　　

　　（3）其它与标准ADSL兼容的措施
　　
　　此外，G.992.2 Modem还使用与标准ADSL相同比例的循环前缀、超帧结构（由68个DMT符号和一个同步符号组成）和类似的初始化过程。但为提高传输效率，G.992.2的开销比特数（overhead bit）较少。
　　
　　2.2 无分隔器（Splitter）的、简单的安装方式
　　
　　在标准ADSL系统中，分隔器是被用来分隔低频POTS和高频ADSL数据信号的设备，避免二者相互干扰。在局端和用户端都有分隔器。在用户端，从局端来的电话线通过NID（网络接口设备），然后与分隔器相连。分隔器有两个输出端口，一个提供给ADSL Modem，一个提供给POTS设备，如电话机、传真机和话带Modem等。
　　
　　对于G.992.2 Modem是否在用户端安装，以及如何安装分隔器，目前有三种建议：
　　
　　*无分隔器安装方式。这种安装方式如图3所示。由于不需要安装分隔器，因而电信公司不需要派专人去用户家中安装G.992.2 Modem，也避免了重新布线，与话带Modem类似，可以做到即插即用。而且大大降低了成本，其成本与话带Modem相似。
　　　

　　*分布式分隔器安装方式。此安装方式如图4所示，POTS设备前端需要一个隔离高速数据信号的低通滤波器。
　　
　　*有分隔器安装方式。此方式与标准ADSL完全一样，如图5所示。
　　
　　以上三种安装方式，成本及安装复杂度依次增加，但性能也越来越好。UAWG出于降低成本、方便用户的考虑，一开始就非凡强调了区别于标准ADSL的无分隔器的安装方式。但在无分隔器的情况下，对POTS和数据信号相互干扰的抑制成为一个难题。因而有的UAWG成员提出了采用分布式分隔器的安装方式。
　　
　　2.3 先进的电源治理和保持在线连接的能力
　　
　　美国的Energy Star和EC Blue Angel计划要求PC必须具有低能耗的特性。
而G.992.2 Modem作为将要大量使用的PC标准配置，也必须具有这一特性。
　　
　　G.992.2 Modem必须具有保持在线连接（always on connection）的功能。即使当PC处于极低能耗的睡眠状态时，G.992.2 Modem仍然能保持在线连接。这一特性不但可支持传统客户机－服务器工作模式（如Internet接入），还可支持服务器－客户机的工作模式（如Push Technology）,也可支持peer-peer工作模式，如Internet电话。
　　
　　3 G.992.2 Modem必须解决的问题
　　（1）恶劣的线路条件
　　
　　由于电话线所处的环境恶劣且多变，G.992.2 Modem必须对抗各种干扰。通常的线路损伤有：NEXT（近端串扰）、FEXT（远端串扰）、RFI（射频干扰，如调幅广播和业余无线电台信号）、AWGN（加性白高斯噪声）、桥接抽头（Bridged Tap）造成的频谱陷落、摘/挂机状态改变造成的阻抗变化、线路特性随温度、湿度的改变等。
　　
　　除了DMT线路码本身具有的优越的抗干扰能力外，还必须采用先进的比特交换算法、摘/挂机状态检测、快速定时恢复、快速重复练习算法等措施来自适应跟踪线路的变化，以达到理想的性能。
　　
　　（2）POTS、数据相互干扰（无分隔器情况下）
　　
　　一些UAWG成员公司已经采用了降低高频端数据信号的发送功率的方法来解决这个问题。降低发送功率的直接后果是缩短了用户线路的长度。但G.992.2 Modem的传输速率只是标准ADSL系统的1/4，而且使用的数据子信道都是位于低频段的性能较好的子信道，因而即使降低了发送功率，对所能达到的线路长度的影响段并不显著。
　　
　　（3）剪切效应造成的非线性
　　
　　由于DMT线路码轻易造成较大的PAR（峰值信号和平均信号幅度之比），因而当信号幅度超过放大器的线性范围时，信号的峰值部分出现“削顶”现象，造成非线性失真。所以必须具有好的削减PAR的算法。
　　
　　（4）先进的电源治理和保持在线连接的能力
　　
　　针对电源治理，许多UAWG的成员公司已提出了各种节能的解决方案。采取的措施主要有：降低线路驱动放大器的工作电压和消除空耗状态、降低PAR、设计效率高的算法来降低DSP的运算次数、降低或消除不工作子信道的功率、采用先进的比特速率治理方式。
　　
　　（5）局端G.992.2 Modem的布置密度
　　
　　为了降低成本，在局端必须将G.992.2 Modem的布置密度尽可能增大，从而节省空间和空调器等资源。布置密度的大小取决于Modem的功耗，因而必须使Modem的功耗尽可能小。
　　
　　（6）与标准ADSL互通
　　
　　一些UAWG的成员公司建议使用户端的G.992.2 Modem与局端的标准ADSL可以正常通信，从而降低运营成本。为达到此目的，除了上面提到的与标准ADSL保持各方面的兼容以外，G.992.2 Modem的练习序列、发送功率电平、RS编码的校验字节等方面都要在ADSL标准的基础上，根据自身的特点做相应的改动。
　　
　　（7）无缝升级到标准ADSL
　　
　　G.992.2 Modem是速率介于话带Modem与标准ADSL之间的产品，是简化的ADSL，是ADSL的低级形式。一旦用户和电信运营公司的条件成熟，当用户要求更高速率时，将面临着升级的问题。为了保护以前的投资，就要求G.992.2 Modem有能力“无缝”升级，来适应新的标准或升级到全速率标准ADSL。这一点要求G.992.2 Modem的DSP具有足够的性能余量，以便将来能保留以前的硬件平台，仅仅通过改动软件来实现升级。
　　
　　4 G．992.2 Modem的组网应用
　　目前的ADSL接入网按照传输的数据格式可以分为基于分组的和基于ATM的接入网。假如是基于分组的方式，则接入节点连接ip路由器；假如是基于ATM的方式，则接入节点连接ATM主干网交换机，这种传输方式被称为“ATM over ADSL”。在局端，接入节点又称为DSLAM（DSL接入复用器，Digital Subscriber Line access Multiplexer），是最为要害的设备，它在上行方向完成复用/集中的功能，将来自多个用户的信号复用为一个更高速的数据流送到主干网；在下行方向完成解复用/寻路的功能，将由主干网来的高速数据流解复用，并送到正确的用户端。
　　
　　对于G.992.2 Modem来说，组建接入网的方式和标准ADSL类似。许多厂商的DSLAM都同时支持G.992.2 Modem和标准ADSL的接入。具体来说，G.992.2 Modem的接入方式可以有以下几种：
　　
　　*IP方式：不借助ATM，直接使用IP分组传输用户数据；
　　
　　*PPP over ATM方式：这是与目前PC拨号上网方式最为兼容的方法，是目前应用最多的方式；
　　
　　*Native ATM方式：应用层与ATM适配层之间没有其它协议，是最纯粹的ATM接入方式；
　　
　　*RFC 1483方式：将以太网数据帧适配到ATM的AAL5 PDU（协议数据单元）中传输，因而它可以将目前的大量以太网与ATM主干网相连；
　　
　　*RFC 1557方式：指经典的“IP over ATM”，即将IP分组适配到ATM的AAL5 PDU中来实现IP分组在ATM主干网中的传输，不使用PPP协议。

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