DSL - ADSL 基础知识

在本章中，我们将讨论非对称数字用户线路的基础知识和标准。

ADSL 基础知识

首先，让我们了解以下几点。

• 所有 ADSL 标准都使用离散多音 (DMT) 调制作为物理层。

• 将频带划分为许多小通道。

• 每个通道上进行 QAM 调制。

• 根据 SNR 为每个通道分配不同的位。

ADSL 基础系统 PHY 框图

以下是 ADSL 基础系统 PHY 框图。

ADSL 标准

下表介绍了 ADSL 标准。

附件 G.DMT

G.992.1 附件 A −全速率 ADSL 通过 POT

• 重叠频谱 PSD 掩模
• 非重叠频谱 PSD 掩模

G.992.1 附件 B − 全速率 ADSL 通过 ISDN

• 仅重叠频谱 PSD 掩模，但重叠是可选的

G.992.1 附件 C − TCM-ISDN 绑定中的全速率 ADSL

• PSD 掩码与 G.992.1 附件 A 相同

G.DMT PSD

下图描述了 G.DMT PSD。

G.Dmt 性能

通过以下描述可以理解 G.Dmt 性能。

• NSC = 子载波数
• 子载波间隔 = Δ f = 4.3125 KHz
• 数据符号率 = 4.0 KHz
• 数据速率 = N * 4 * 8 Kbps（32 Kbps 的倍数）
• 带宽 = NSC * Δ f
• 采样率 = 2* NSC * Δ f

NSC                                 256   
Total bandwidth                     1.1 MHz    
Sample rate                         2.2 MHz   
Maximum Date Rate                   ~12Mbps(down)/1.2Mbps (up) 
Maximum Reach                       20kf 

拨号音服务

虽然 DMT 被选为官方标准，但基于 CAP 的系统已在全球范围内用于实施许多 ADSL，并且一系列视频音频试验和商业部署，有效地确定了 CAP 作为事实上的 ADSL 竞争标准。与此同时，在美国有线电视行业提供电话服务的威胁已基本消退。

在全球范围内，视频拨号音应用有所增加，但仍保持着人们的兴趣。在许多市场中，与有线电视和卫星电视的广泛普及相比，它们很难证明其成本是合理的。

因此，视频拨号音计划在北美基本消失。如前所述，ADSL 的最终标准 - 由国际电信联盟 (ITU) (G.dmt 或 G.992) 和 ANSI (T1.413 第 2 版) 批准 - 是基于 DMT 的系统，是当今大多数新 ADSL 部署的基础。然而，一些供应商继续在其网络中部署基于 PAC 的系统。

应用程序从视频切换到数据

通过这些长音试拨视频，业界已经认识到许多数据应用程序是不对称的。最好的例子就是互联网。通常，用户向远程服务器发送一小段数据流，该服务器请求下载数据文件，特别是图形、音频和视频。作为响应，服务器开始将网络上可以支持的文件数据速率发送到远程工作站。这种交易本质上是极其不对称的。

与此同时，互联网已经发展成为一个全新的现象，与互联网增长服务的新用户速率相比，这是闻所未闻的。所有用户最大的抱怨是将文件上传到调制解调器拨号或甚至 ISDN 数据速率的时间太长。因此，新的服务需求和新技术很快就结合在一起，ADSL 也重新定位为支持互联网访问。

视频作为 DSL 的需求并没有完全消失。然而，通过 IP 传输视频（使用 RealMedia 或 Windows Media 等系统）已变得越来越流行和复杂。使用 MPEG-2 等压缩系统或允许均匀压缩视频的新行业标准系统，IP 视频传输仍然是 DSL 的可行应用。

数据服务优化

当应用程序是位同步视频时，DSL 线路必须以指定的线路速度运行。但是，数据可以在各种速度下运行。唯一的影响是较慢的速度需要更长的时间来传输大文件。因此，对于数据应用程序，我们可以降低线路速度，以便在更长的线路上提供服务。 CAP 和 DMT 收发器都经过了修改，可以在环路基础上优化服务，其实现被称为自适应速率数字用户线路，即 RADSL。

RADSL 技术支持收发器自动将线路速度提高到最高可实现数据速率，这可以在给定环路内可靠地实现。虽然此功能主要是为了简化服务设施而设计的，但它也使服务提供商能够在环路条件恶化的情况下优雅地降低服务质量。如今，还有其他支持速率自适应的 DSL 技术。对此功能感兴趣的服务提供商应检查不同技术对此功能的支持程度。

RADSL 标准

可以看出，自 1993 年 3 月制定视频 ADSL 标准以来，行业和技术发生了巨大变化。为了表彰这个工作组，T1E1 ANSI 建立了一个称为 ANSI TR59 RADSL 的标准。FCC 特别指出 RADSL 是一种在频谱上与本地环路中的语音和其他 DSL 技术兼容的技术。

IDSL 通过 ISDN 提供 DSL

在某些情况下，DSL 概念已应用于现有技术。例如，ISDN DSL 或 IDSL 最初是 20 世纪 80 年代的一项新旋转技术，只是 IDSL ISDN CPE（客户端设备）与位于铜线环路另一端的 ISDN 兼容线卡通信，并独立于电话交换机终止 ISDN 信号。

在这种情况下，与所有 DSL 变体一样，数据服务被定向到扩展数据服务，而不是交换网络。虽然 IDSL 基于成熟的技术，但它在功能上是 ISDN 子集，因为它放弃了支持交换电话服务和一般连接的任何可能性。IDSL 的一个关键优势是服务提供商寻求将长期 ISDN 数据连接移至 Internet 服务器或将远程 LAN 访问移出交换网络。另一个关键优势是，由于 IDSL 使用 ISDN 信号传输方法，因此它能够通过由数字环路运营商提供服务的铜线对进行传输。

这些设备是远程终端，旨在将 POTS 和 ISDN 服务的覆盖范围扩展到铜线完成后中央局的通常范围之外，通常通过光纤专线连接到中央局，因此不能承载任何类型的 ADSL 和 SDSL DSL 信号。

多速率对称 DSL

除了 IDSL 提供的 144 Kbps 带宽之外，还出现了可以更好地分类办公室/小型办公室和住宅 (SOHO) 可能性的新技术。这些技术提供 128 Kbps 和 2.048 Mbps 之间的操作范围。

对于对称应用，多速率 SDSL (M/SDSL) 已成为一种有价值的技术，可满足运营商在几乎无处不在的基础上提供 时分复用 (TDM) 服务的要求。基于单对 SDSL 技术，M/SDSL 支持更改命令行收发器的速率，从而更改收发器的操作距离。此版本的 CAP 支持八种不同的速率，以 2 Mbps 的速度为 29 kft (8.9 km) 24 号线 (5mm) 和 15 kft (4.5 km) 提供 64 Kbps/128 Kbps 服务。凭借 AutoRate 容量（类似于 RADSL），对称应用现在可以普遍部署。

面向消费市场的 G.lite

1998 年 1 月，通用 ADSL 工作组 (UAWG​​) 宣布成立。它由电信、网络和个人计算机领域的大型组织组成。该小组成立的目的是开发低速和可安装的替代成本 ADSL，而服务提供商则迅速为消费者部署。该小组的工作成果是基于 ADSL G.lite 标准的全新子集。

G.lite 于 1999 年 6 月被 ITU (G.992.2) 批准为标准，可提供高达 1.5 Mbps 的下行速度和 512 Kbps 的上行速度。值得注意的是，G.lite 旨在在现有电话线上提供此服务，而无需全速率 ADSL 解决方案通常需要的 POTS 分离器。作为 G.lite 的一部分，标准是一种"快速重新训练"已知技术，当电话听筒正在使用时，该技术会限制 G.lite 信号的输入功率。这有助于在电话重新挂机时最大限度地减少干扰并恢复电源。

ReachDSL 优势

以下是 ReachDSL 的优势。

• 无分路器安装 − 客户处无需 POTS 分路器，简化了安装并允许客户自行安装。

• 更大的环路覆盖范围 − 除了通常可以覆盖距离中心局 18,000 英尺以下的 ADSL 系统外，ReachDSL 系统还可以将服务范围扩展到 20,000 英尺以外，一些发电厂的服务范围甚至超过 30,000 英尺。

• 频谱兼容性 − ReachDSL 解决方案提供卓越的频谱兼容性。作为 ReachDSL 家族的一员，MVL®（多条虚拟线路）是 FCC 在第 68 条批准中认可的第一个 DSL 系统，这意味着它对电话网络上的其他服务"友好"，而不是干扰器。 ReachDSL 还采用频谱管理类，以提供更好的范围和更高的速度。

• 降低产品成本 − ReachDSL 产品采用"现成的"而非定制的数字信号处理器 (DSP)。

• 动态带宽分配 − 允许针对不同应用定制服务。

VDSL 提供视频和更高带宽

出现了新的变体，例如 - VDSL、DSL 或 DSL 高速。VDSL 系统仍在开发中，因此最终容量尚未确定，但拟议的标准要求下行带宽高达 52 Mbps，对称带宽高达 26 Mbps。这些带宽的折衷方案是缩短环路部分，对于可能更高的带宽，通常短至 1000 英尺，速度适应环路长度增加的较低速度。

考虑到这些限制，VDSL 部署计划使用与传统 DSL 略有不同的模型，DSLAM 移出电话公司的中央局和社区，光纤线路供应包含 DSLAM 的本地机柜。

VDSL 提供的高速度为服务提供商提供了提供 下一代 DSL 服务 的机会，视频被视为第一个应用。在 52 Mbps 的速度下，VDSL 线路可以为客户提供完整的多通道 MPEG-2 视频流质量，甚至可以提供一个或多个高清全质量 (HDTV) 电视频道。

一些服务提供商已开始 VDSL 系统部署测试，这些测试通过终端 VDSL 提供这些服务，该终端 VDSL 作为机顶盒（如有线电视）出现在住宅中，并带有以太网或其他数据接口，用于连接到 PC 以提供同步数据服务。

DSL 的基本原理是本地环路技术，其中兼容设备位于单个铜线环路的每一端，确保新的 DSL 技术随着时间的推移不断涌现。服务提供商的一个战略要点是确保今天为部署服务而选择的特定技术或 DSL 网络模型不会限制未来采用新技术的选项。

为什么是 ADSL2？

以下几点说明了 ADSL2 如此受欢迎的原因

• ADSL 提供高达 8Mbps/800Kbps 的数据速率（可能是 12M/1.2M）。

• 覆盖范围为 18-20kf 26AWG（约 6000m）。

• 没有无缝速率变化。

• 没有用户活动时没有省电模式。

• 没有每箱 1 位和每符号部分字节。

• 固定 64Kbps 开销信道速率（成帧结构3）。

ADSL2/ADSL2+

以下几点描述了ADSL2/ADSL2+的各种特性。

• ADSL2+ 提供高达 24Mbps/1Mbps 的数据速率。

• SNR 变化时无缝速率自适应。

• 电源管理大大降低了功耗。

• 每箱 1 位和每符号部分字节提高了覆盖范围。

• 覆盖范围为 20-22kf 26AWG（约 7000m）。

• 可变开销信道速率可满足用户需求。

• 训练期间的环路诊断功能。

ADSL2/2+ 优势

ADSL2 和 ADSL2+ 提供下一代功能，以改善 DSL 部署业务案例。以下是其部分优势 −

• 更高速率
• 扩展范围
• 提高稳定性
• 电源管理
• 增强频谱兼容性

扩展范围

ADSL2 使服务提供商能够使用速率增强技术在更长的环路长度上扩展现有速率计划 −

速率增强技术 −

• 减少帧开销
• 强制网格编码
• 1 位星座图
• 导频音数据

长距离 DSL (LDSL) −

• 北美 RE-ADSL2 增强 PSD
• 重叠模式

帧增强

以下功能有助于帧增强。

• 更灵活的帧结构

• 替换 G.DMT 中的帧结构类型 0、1、2 和 3

• 接收器选择配置参数

• 可能的最佳 Reed-Solomon 编码

• 可配置开销信道从 4Kbps 到 64Kbps

• 基于 HDLC 的 OAM 协议用于检索详细的性能监控信息。

PMD 增强 −训练

以下功能有助于 PMD 增强和训练。

• 新线路诊断程序。

• 接收器选择导频音。

• 在信道分析期间改进 SNR 测量。

• 改进详细传输信号特性的交换。

• 音调消隐以允许在初始化期间进行 RFI 测量。

PMD 增强和性能

以下功能有助于 PMD 增强和性能性能。

• 强制支持网格编码。

• 强制支持单比特星座。

• 数据调制在导频音上。

• 通过接收器确定音调顺序来提高 RFI 稳健性。

PMD 增强 − 功率

以下功能有助于 PMD 增强 −功率。

• 传输功率削减。

• 强制降低传输功率。

• 具有新的 L2 低功耗状态的 ATU-C 省电功能。

• 具有新的 L3 空闲状态的省电功能。

PMD 增强 – 动态

以下功能有助于 PMD 增强 – 动态。

• 比特交换

• 无缝速率自适应 (SRA)

• 动态速率重新分区 (DDR)

为什么要进行在线重新配置？

以下几点描述了为什么需要 OLR。

• DSL 线路状况随时都在变化，包括串扰、天气、无线电、环境等。

• 用户活动随时都在变化，包括挂机/摘机、高峰/正常使用。

• 运营商带宽重新分配。

在线重新配置 (OLR)

以下几点告诉我们有关 OLR 的信息

• 当线路或环境缓慢变化时保持无缝操作。

• 优化速率设置（可减少 6dB 余量）。

• 提供上层配置。

• 所有通道均可独立运行。

在线重新配置的类型

以下是 OLR 的类型。

比特交换 (BS) −

• 在子载波之间重新分配数据和功率
• 适应不同的线路条件

无缝速率自适应 (SRA) −

• 重新配置总数据速率
• 后台 SNR 监控可以找到最佳设置

动态速率重新分配 (DRR) −

• 重新配置多个延迟路径之间的数据速率分配。

控制参数

以下是成帧器配置和 PMD 功能的控制参数。

成帧器配置 −

• Bpn − 延迟路径 #p 中来自帧承载器 #n 的八位字节数。

• Lp −来自延迟路径 #p 的每个符号的位数。

PMD 函数 −

• bi, gi
• L − 总数据速率

使用 SRA 提高稳定性

无缝速率自适应 (SRA) 使调制解调器能够更改速率和比特加载，以保持每个 bin 的最小裕度，而无需重新训练。

GlobespanVirata Inc. 的 ADSL2 兼容 SRA 可以一次更改单个 bin 或所有 bin。它能够在几秒钟内（而不是几分钟内）实现速率更改和噪声自适应。

OLR 摘要

下表描述了 OLR 摘要。

电源管理

以下几点描述了 OLR 中的电源管理

• DSLAM 功耗为千瓦级，全天候运行。

• 许多电源可能节省。

• 大约 -40 dB TX 功率削减可为每个端口节省 100mW。

• 2000 端口 DSLAM 可节省 200W！

最大裕度算法

OLR 最大裕度算法的好处如下 −

• 消除线路上的多余裕度。

• 估计线路状况并在握手期间降低 Tx 功率。

• 与传统 CPE 兼容。

• 在典型环路上将线路驱动器功率削减高达 60%。

统计功率管理

在客户空闲期间，它将总功率降低高达 50%。

目标

主要目标是省电和最小化串扰。有三种电源管理状态 −

• L0 − 全功率数据模式（如我们今天所拥有的）

• L3 − 空闲模式（不尝试启动）

• L2 − − 的低功耗模式

• 增加功率削减值 (<40dB)

• 低比特率

更高评级的 ADSL2+ 技术

更高评级的 ADSL2+ 技术可实现以下 −

• 为高级数据、语音和视频部署提供更高的速率。

• 支持高达 26 Mb/s 的数据速率。

• 将 10-12Mb/s 的覆盖范围扩大到 ADSL S=1/2 的 2 倍

• 可选的远程频段规划支持从远程机柜部署，而不会降低 CO 的服务质量。

• 单独禁用 bin 可完全兼容旧服务。

• 自动检测 CPE 功能可兼容旧服务CPE

ADSL/ADSL2 ATU-C TX 频谱

下图显示了 ADSL/ADSL2 ATU-C TX 频谱。

ADSL2+ ATU-C TX 频谱

下图显示了 ADSL2+ ATU-C TX 频谱。

ADSL2+ 功能

以下是ADSL2+。

• 下行频谱从 1.1MHz 增加一倍至 2.2 MHz，下行 bin 数从 256 增加至 512。

• 最大下行数据速率从 8Mbps 增加至 24Mbps。

• 短环路长度下的性能得到改善。

• SRA 和电源管理的范围更广，从 32Kbps 到 24 Mbps。

ADSL2+ 性能

以下几点描述了 ADSL2+ 的性能。

• ADSL+ 和 ADSL2+ 支持高速非对称 DSL 应用以及传统的长距离 DSL 服务。

• 自动检测支持回退到 ADSL2 和传统ADSL。

• ADSL2+/ G.Span 支持 22/3 服务，不受 VDSL 1.5 公里覆盖范围限制。

• 可与传统 ADSL CPE 互操作。

范围扩展 DSL (RE-ADSL)

• 范围扩展 ADSL (RE-ADSL) 是 G.992.3 的附录 L

• 覆盖范围扩展 1- 2 kft

• 该规范的基础是强制性的非重叠 PSD 定义和可选的重叠 PSD 定义。

附录 M

• 引入以提高上行速率
• 最大程度地将上行箱加倍
• 如果不重叠，则以下行为代价
• 上行数据速率高达 3Mbps

下表描述了 ADSL 的各个方面。