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应用技术：ADSL 调制与业务承载技术

2019-11-04 22:53:07
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来源：转载
供稿：网友

　　目前，宽带接入技术已经成为IT界日益关注的热点。在各种宽带接入技术中，具有代表意义的一种技术就是ADSL（非对称数字用户线）。这种技术可以通过现有普通电话用户双绞线，实现远距离的高速非对称数据传输，同时还可以维持原有的电话业务及其质量，是一种集话音与数据一起的、新的铜线接入技术。它的最大特点是能够提供高达8Mbit/s的下行速率。例如，可以使用ADSL技术来提供1.5M MPEG－1或4M MPEG－2的VOD业务。
　　
　　ADSL更为吸引人的地方是：它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机的负载，支持边打电话边上网的应用。另外，使用ADSL上网不需要拨打电话号码，因而并不需要缴付另外的电话费。
　　
　　ADSL接入方案在网络拓扑结构上较为先进。每一个ADSL用户都有单独的一条电话线路与ADSL局端相连，其结构可以看作是星型结构，它的数据传输带宽可以得到保障并且由每一用户独享。另外，因为采用了ATM传送技术，其数据传送具有一定的安全与保密性。
　　
　　在2001年，ADSL作为一种宽带接入技术已经在全国得到了广泛的应用，其中，北京电信就已经投资建设了用户规模为9万户的ADSL接入网络，以适应用户从窄带到宽带，从单纯的电话业务到集语音、图象、视频等一起的多媒体通信业务的业务需求变化。
　　
　　一、ADSL的系统结构
　　ADSL系统由局端设备和用户端设备组成。局端设备一般被称作DSL复用器，由ATM复用模块和ADSL调制模块（ATU-C）以及无源分离器组成。目前的局端设备在网络连接侧提供STM-1 ATM接口，对用户线路侧提供多个ADSL线路接口。其中ADSL线路信号在分离器处与电话信号无源合并，并通过用户线传送至用户家中。用户端设备由ATU-R及无源分离器组成。无源分离器将信号分成电话信号和ADSL线路信号。ADSL信号由ATU-R接收并通过Ethernet 10Base-T接口或者USB接口等提供给用户终端设备，例如计算机。
　　
　　二、ADSL的调制技术
　　ADSL是一种新的在一对双绞线上同时传输电话业务与数据信号的技术，它属于速率非对称型铜线接入网技术，并且可以在一对用户线上进行上行832kbit/s，下行达1.5~8Mbit/s速率的传输。由于ADSL能够很好地适应Internet业务非对称性的特点，所以在众多的xDSL技术中是一种最有希望能够解决高速Internet接入的技术。另外，ADSL采用了先进的数字信号处理技术来减少线路损伤对传输性能的影响。
　　
　　ADSL采用了离散多音频调制（DMT）技术，又称多载波调制，是一种正交的频分复用技术。其最大优点是信号的发送和接收均可以利用高效的快速傅立叶变换（FFT）和反变换（IFFT）来完成QAM信号与数字形式的副载波信号之间的变换。DMT的基本方法是将全频道分成256个子信道，并且根据子信道的瞬时衰减特性、群延时特性和噪声特性，把输入数据动态地分配给它们。同时，DMT将不能发送数据的子信道关闭。对可以发送数据的子信道，则按其瞬时特性，在1个码元包络发送2～15比特信息，并且使用数字信号处理器在必要的时间调整参数。这种动态分配数据的技术使频带利用率大大提高，将误码和噪声减至最小，提高了系统的传输容量。由于子信道的频带很窄，其电缆特性可以近似地被认为是线性的，所以脉冲混叠可以被减小到最低程度。尽管来自脉冲干扰的能量会影响信号的接收，但是采用FFT可以将这种影响扩展到FFT窗口内的各子信道内，所以其影响大大减轻。
　　
　　另外，ADSL采用了信道估计技术。在开始建立传输时，通过发送双方预知的信道练习序列，在接收端测试误码率或者信噪比，对双绞线线路的性能进行测试，从所测试的数据确定出一个信道模型，再根据信道性能的好坏，决定传输速率。这个测试过程就称作信道估计。　　ADSL采用一个较短的时域均衡器并且在传送信号的每个字符块前加入循环前缀，用以消除信号间串扰。为了更好地抑制脉冲噪声，ADSL不仅采用Reed Solomon前向纠错码，而且还采用附加的格栅编码技术。就性能而言，DMT是一种较理想的ADSL调制方式，它的信噪比最高，抗噪声能力强，传输速率高，传输距离远。
　　
　　三、ADSL承载ip业务的技术
　　当利用ADSL技术向用户提供业务接入通道时，必须通过其局端设备DSLAM在用户端设备ATU-R与业务接入点，例如宽带接入服务器之间建立一条永久虚电路（PVC）的ATM连接。例如，对IP业务的接入来说，用户计算机的IP数据包通过计算机上的以太网接口被传送到ATU-R，ATU-R在内部采用协议转换技术将从以太网接口所接收的数据包转换为ATM信元，映射到PVC连接中，经过双绞线被传送到DSLAM，再经过ATM网络或者直接连接到宽带接入服务器，在宽带接入服务器上进行相应的协议转换，将数据流还原为IP数据包。
　　
　　对IP数据包/ATM信元进行协议转换的功能是在ADSL用户端设备ATU-R内部完成的，与DSLAM无关。目前，可以用于提供传送通道来承载IP业务，为用户提供IP接入服务的技术有：RFC 1483桥接、PPPoE、RFC 1483路由、PPPoA、PPP代理、NAT、L2TP。
　　
　　（1）RFC 1483桥接方式
　　
　　在这种方式中，ATU-R利用IEEE 802.3自学习桥，根据RFC 1483桥接协议将以太帧打入LLC/SNAP和AAL5/ATM信元中。ADSL设备类似于网桥，作为二层透明传输通道，将用户计算机设备与宽带接入服务器（BRAS）连接起来。使用这种方式时，用户计算机的网络协议设置简单，需要分配静态的IP地址，同时也不需要在用户计算机上安装非凡的软件，便于安装。这种方式可以用于家庭用户和企业用户。
　　
　　（2）PPPoE方式
　　
　　PPPoE方式是在Ethernet网环境下利用PPPoE协议发起PPP连接呼叫，通过二层以太网将PPP呼叫传送到宽带接入服务器，与宽带接入服务器进行握手协商，在用户计算机和宽带接入服务器之间建立PPP连接，向用户分配IP地址，完成虚拟拨号过程。其特点是能够根据用户的帐号对用户进行控制，用户首先必须经过宽带拨号，并通过宽带接入服务器的用户认证后，才能够接入到互联网。其优点是提供了根据接入时间、数据流量对用户进行控制与计费的手段，为电信与网络运营商实现各种灵活、弹性的业务发展策略与计费优惠方式提供了技术保障。同时，使用这种方式时，不需要预先给用户分配IP地址，仅在用户需要接入到互联网时才分配IP地址；在停止PPP连接时，释放被分配的IP地址，从而节省了IP地址并且提高了IP地址的利用率。这种方式可以用于家庭用户和企业用户。
　　
　　（3）RFC 1483路由方式
　　
　　在这种方式中，ATU-R利用RFC 1483路由协议将IP数据包打入LLC/SNAP和AAL5/ATM信元中。ADSL设备类似于路由转发设备，作为三层传输通道，将用户计算机设备与宽带接入服务器（BRAS）在IP网络层连接起来。使用这种方式时，用户计算机的网络协议设置简单，需要分配静态的IP地址，同时也不需要在用户计算机上安装非凡的软件，便于安装。这种方式适合用于企业用户。
　　
　　（4）外置PPPoA方式
　　
　　在这种方式中，当用户计算机启动后，ATU-R从以太网接口接收用户的IP包，发起到宽带接入服务器的PPP连接，利用PPPoA协议将IP数据包打入PPP包再打入到LLC/SNAP和AAL5/ATM信元中。使用这种方式时，用户计算机的网络协议设置简单，需要分配静态的IP地址，同时也不需要在用户计算机上安装非凡的软件，便于安装。其缺点是当用户计算机没有被关闭时，到宽带接入服务器的PPP连接将会被一直保持。这种方式适合用于企业用户。
　　
　　（5）内置PPPoA方式
　　
　　这种方式仅适合于用户端ADSL设备ATU-R为内置PCI插卡的情形。其中，用户计算机利用PPPoA协议发起PPP连接呼叫，通过ATM通道将PPP呼叫传送到宽带接入服务器，与宽带接入服务器进行握手协商，在用户计算机和宽带接入服务器之间建立PPP连接，向用户分配IP地址，完成虚拟拨号过程。其特点是能够根据用户的帐号对用户进行控制，用户首先必须经过宽带拨号，并通过宽带接入服务器的用户认证后，才能够接入到互联网。其优点与PPPoE方式的优点相同。其缺点是需要在用户计算机上安装相应的软件，并进行相应的配置，这将给安装与维护带来一定程度的复杂性。这种方式价格低廉，适合用于家庭用户。
　　
　　（6）PPP代理方式
　　
　　在这种方式中， 用户从PC上启动WWW浏览器程序，发起到特定域名的连接请求，ATU-R通过DNS功能对用户PC作出响应。随后，ATU-R从以太网接口接收用户的Web请求，并根据该连接请求相应地发起到宽带接入服务器的Web连接请求。宽带接入服务器向用户弹出一个WEB页面形式的窗口，提供建立PPP连接的选项。用户根据要求填写合适的帐号与密码并进行提交，之后，ATU-R发起到宽带接入服务器的PPP连接，通过ATM通道将PPP呼叫传送到宽带接入服务器，与宽带接入服务器进行握手协商，在用户计算机和宽带接入服务器之间建立PPP连接，向ATU-R分配IP地址，完成虚拟拨号过程。这样，ATU-R利用PPP连接在用户计算机与宽带接入服务器之间建立了IP连接，随后可以利用NAT等功能答应用户访问外部互联网。使用这种方式时，用户计算机的网络协议设置简单，只需要为用户计算机分配静态私网IP地址，可以部分地节省IP地址的资源。同时也不需要在用户计算机上安装非凡的软件，便于安装。另外，这种方式答应电信或者网络运营商在初始弹出的WEB页面中提供各种信息，包括电信或者网络运营商的公司介绍、业务宣传资料、资费政策和广告，即电信或者网络运营商可以建立自己的门户网站，并将其内容提供给每个用户，是利用ADSL提供增值服务的一种方式。其缺点是限制了部分应用。这种方式可以用于家庭用户和企业用户。
　　
　　（7）NAT方式
　　
　　在这种方式与RFC 1483桥接方式类似，其区别仅在于在宽带接入服务器内对IP地址进行了NAT转换。使用这种方式，用户计算机的网络协议设置简单，并且可以为用户计算机分配静态的私网IP地址，节省了IP地址的数量。同时也不需要在用户计算机


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