ADSL調製與業務承載

目前，寬頻接入技術已經成為IT界日益關注的熱點。在各種寬頻接入技術中，具有代表意義的一種技術就是ADSL（非對稱式數位用戶線路）。這種技術可以通過現有普通電話使用者雙絞線，實現遠距離的高速非對稱資料轉送，同時還可以維持原有的電話業務及其品質，是一種集話音與資料一起的、新的銅線接入技術。它的最大特點是能夠提供高達8Mbit/s的下行速率。例如，可以使用ADSL技術來提供1.5M MPEG－1或4M MPEG－2的VOD業務。
　　ADSL更為迷人的地方是：它在同一銅線上分別傳送資料和語音訊號，資料訊號並不通過電話交換器裝置，減輕了電話交換器的負載，支援邊打電話邊上網的應用。另外，使用ADSL上網不需要撥打到電話號碼，因而並不需要繳付另外的電話費。
ADSL接入方案在網路拓撲結構上較為先進。每一個ADSL使用者都有單獨的一條電話線路與ADSL局端相連，其結構可以看作是星型結構，它的資料傳輸頻寬可以得到保障並且由每一使用者獨享。另外，因為採用了ATM傳送技術，其資料傳送具有一定的安全與保密性。
在2001年，ADSL作為一種寬頻接入技術已經在全國得到了廣泛的應用，其中，北京電信就已經投資建設了使用者規模為9萬戶的ADSL接入網路，以適應使用者從窄帶到寬頻，從單純的電話業務到集語音、圖象、視頻等一起的多媒體通訊業務的業務需求變化。
　　一、ADSL的系統結構
　　ADSL系統由局端裝置和使用者端裝置群組成。局端裝置一般被稱作DSL複用器，由ATM複用模組和ADSL調製模組（ATU-C）以及無源分離器組成。目前的局端裝置在網路連接側提供STM-1 ATM介面，對使用者線路側提供多個ADSL線路介面。其中ADSL線路訊號在分離器處與電話訊號無源合并，並通過使用者線傳送至使用者家中。使用者端裝置由ATU-R及無源分離器組成。無源分離器將訊號分成電話訊號和ADSL線路訊號。ADSL訊號由ATU-R接收並通過Ethernet 10Base-T介面或者USB介面等提供給使用者終端裝置，例如電腦。
　　二、ADSL的調製技術
　　ADSL是一種新的在一對雙絞線上同時傳輸電話業務與資料訊號的技術，它屬於速率非對稱型銅線接入網技術，並且可以在一對使用者線上進行上行832kbit/s，下行達1.5~8Mbit/s速率的傳輸。由於ADSL能夠很好地適應Internet業務非對稱性的特點，所以在眾多的xDSL技術中是一種最有希望能夠解決高速Internet接入的技術。另外，ADSL採用了先進的數字訊號處理技術來減少線路損傷對傳輸效能的影響。
　　ADSL採用了離散多音頻調製（DMT）技術，又稱多載波調製，是一種正交的頻分複用技術。其最大優點是訊號的發送和接收均可以利用高效的快速傅立葉變換（FFT）和反變換（IFFT）來完成QAM訊號與數字形式的副載波訊號之間的變換。DMT的基本方法是將全頻道分成256個子通道，並且根據子通道的瞬時衰減特性、群延時特性和雜訊特性，把輸入資料動態地分配給它們。同時，DMT將不能發送資料的子通道關閉。對可以發送資料的子通道，則按其瞬時特性，在1個碼元包絡發送2～15位元資訊，並且使用數位訊號處理器在必要的時間調整參數。這種動態分配資料的技術使頻帶利用率大大提高，將誤碼和雜訊減至最小，提高了系統的傳輸容量。由於子通道的頻帶很窄，其電纜特性可以近似地被認為是線性，所以脈衝混疊可以被減小到最低程度。儘管來自脈衝幹擾的能量會影響訊號的接收，但是採用FFT可以將這種影響擴充到FFT視窗內的各子通道內，所以其影響大大減輕。
　　另外，ADSL採用了通道估計技術。在開始建立傳輸時，通過發送雙方預知的通道訓練序列，在接收端測試誤碼率或者信噪比，對雙絞線線路的效能進行測試，從所測試的資料確定出一個通道模型，再根據通道效能的好壞，決定傳輸速率。這個測試過程就稱作通道估計。　　ADSL採用一個較短的時域均衡器並且在傳送訊號的每個字元塊前加入迴圈首碼，用以消除訊號間串擾。為了更好地抑制脈衝雜訊，ADSL不僅採用Reed Solomon前向錯誤修正碼，而且還採用附加的格柵編碼技術。就效能而言，DMT是一種較理想的ADSL調製方式，它的信噪比最高，抗雜訊能力強，傳輸速率高，傳輸距離遠。
　　三、ADSL承載IP業務的技術
　　當利用ADSL技術向使用者提供業務接入通道時，必須通過其局端裝置DSLAM在使用者端裝置ATU-R與業務存取點，例如寬頻接入伺服器之間建立一條永久虛電路（PVC）的ATM串連。例如，對IP業務的接入來說，使用者電腦的IP資料包通過電腦上的乙太網路介面被傳送到ATU-R，ATU-R在內部採用協議轉換技術將從乙太網路介面所接收的資料包轉換為ATM信元，映射到PVC串連中，經過雙絞線被傳送到DSLAM，再經過ATM網路或者直接連接到寬頻接入伺服器，在寬頻接入伺服器上進行相應的協議轉換，將資料流還原為IP資料包。
　　對IP資料包/ATM信元進行協議轉換的功能是在ADSL使用者端裝置ATU-R內部完成的，與DSLAM無關。目前，可以用於提供傳送通道來承載IP業務，為使用者提供IP接入服務的技術有：RFC 1483橋接、PPPoE、RFC 1483路由、PPPoA、PPP代理、NAT、L2TP。
　　（1）RFC 1483橋接方式
　　在這種方式中，ATU-R利用IEEE 802.3自學習橋，根據RFC 1483橋接協議將以太幀打入LLC/SNAP和AAL5/ATM信元中。ADSL裝置類似於橋接器，作為二層透明傳輸通道，將使用者電腦裝置與寬頻接入伺服器（BRAS）串連起來。使用這種方式時，使用者電腦的網路通訊協定設定簡單，需要分配靜態IP地址，同時也不需要在使用者電腦上安裝特殊的軟體，便於安裝。這種方式可以用於家庭使用者和企業使用者。
　　（2）PPPoE方式
　　PPPoE方式是在Ethernet網環境下利用PPPoE協議發起PPP串連呼叫，通過二層乙太網路將PPP呼叫傳送到寬頻接入伺服器，與寬頻接入伺服器進行握手協商，在使用者電腦和寬頻接入伺服器之間建立PPP串連，向使用者指派IP地址，完成虛擬撥號過程。其特點是能夠根據使用者的帳號對使用者進行控制，使用者首先必須經過寬頻撥號，並通過寬頻接入伺服器的使用者認證後，才能夠接入到互連網。其優點是提供了根據接入時間、資料流量對使用者進行控制與計費的手段，為電信與網路電訊廠商實現各種靈活、彈性的業務發展策略與計費優惠方式提供了技術保證。同時，使用這種方式時，不需要預先給使用者指派IP地址，僅在使用者需要接入到互連網時才分配IP地址；在停止PPP串連時，釋放被分配的IP地址，從而節省了IP地址並且提高了IP地址的利用率。這種方式可以用於家庭使用者和企業使用者。
　　（3）RFC 1483路由方式
　　在這種方式中，ATU-R利用RFC 1483路由協議將IP資料包打入LLC/SNAP和AAL5/ATM信元中。ADSL裝置類似於路由轉寄裝置，作為三層傳輸通道，將使用者電腦裝置與寬頻接入伺服器（BRAS）在IP網路層串連起來。使用這種方式時，使用者電腦的網路通訊協定設定簡單，需要分配靜態IP地址，同時也不需要在使用者電腦上安裝特殊的軟體，便於安裝。這種方式適合用於企業使用者。
　　（4）外置PPPoA方式
　　在這種方式中，當使用者電腦啟動後，ATU-R從乙太網路介面接收使用者的IP包，發起到寬頻接入伺服器的PPP串連，利用PPPoA協議將IP資料包打入PPP包再打入到LLC/SNAP和AAL5/ATM信元中。使用這種方式時，使用者電腦的網路通訊協定設定簡單，需要分配靜態IP地址，同時也不需要在使用者電腦上安裝特殊的軟體，便於安裝。其缺點是當使用者電腦沒有被關閉時，到寬頻接入伺服器的PPP串連將會被一直保持。這種方式適合用於企業使用者。
　　（5）內建PPPoA方式
　　這種方式僅適合於使用者端ADSL裝置ATU-R為內建PCI插卡的情形。其中，使用者電腦利用PPPoA協議發起PPP串連呼叫，通過ATM通道將PPP呼叫傳送到寬頻接入伺服器，與寬頻接入伺服器進行握手協商，在使用者電腦和寬頻接入伺服器之間建立PPP串連，向使用者指派IP地址，完成虛擬撥號過程。其特點是能夠根據使用者的帳號對使用者進行控制，使用者首先必須經過寬頻撥號，並通過寬頻接入伺服器的使用者認證後，才能夠接入到互連網。其優點與PPPoE方式的優點相同。其缺點是需要在使用者電腦上安裝相應的軟體，並進行相應的配置，這將給安裝與維護帶來一定程度的複雜性。這種方式價格低廉，適合用於家庭使用者。
　　（6）PPP代理方式
　　在這種方式中， 使用者從PC上啟動WWW瀏覽器程式，發起到特定網域名稱的串連請求，ATU-R通過DNS功能對使用者PC作出響應。隨後，ATU-R從乙太網路介面接收使用者的Web請求，並根據該串連請求相應地發起到寬頻接入伺服器的Web串連請求。寬頻接入伺服器向使用者彈出一個WEB頁面形式的視窗，提供建立PPP串連的選項。使用者根據要求填寫合適的帳號與密碼並進行提交，之後，ATU-R發起到寬頻接入伺服器的PPP串連，通過ATM通道將PPP呼叫傳送到寬頻接入伺服器，與寬頻接入伺服器進行握手協商，在使用者電腦和寬頻接入伺服器之間建立PPP串連，向ATU-R分配IP地址，完成虛擬撥號過程。這樣，ATU-R利用PPP串連在使用者電腦與寬頻接入伺服器之間建立了IP串連，隨後可以利用NAT等功能允許使用者訪問外部互連網。使用這種方式時，使用者電腦的網路通訊協定設定簡單，只需要為使用者電腦分配靜態私網IP地址，可以部分地節省IP地址的資源。同時也不需要在使用者電腦上安裝特殊的軟體，便於安裝。另外，這種方式允許電信或者網路電訊廠商在初始彈出的WEB頁面中提供各種資訊，包括電信或者網路電訊廠商的公司介紹、業務宣傳資料、資費政策和廣告，即電信或者網路電訊廠商可以建立自己的門戶網站，並將其內容提供給每個使用者，是利用ADSL提供增值服務的一種方式。其缺點是限制了部分應用。這種方式可以用於家庭使用者和企業使用者。
　　（7）NAT方式
　　在這種方式與RFC 1483橋接方式類似，其區別僅在於在寬頻接入伺服器內對IP地址進行了NAT轉換。使用這種方式，使用者電腦的網路通訊協定設定簡單，並且可以為使用者電腦分配靜態私網IP地址，節省了IP地址的數量。同時也不需要在使用者電腦上安裝特殊的軟體，便於安裝。其缺點是限制了部分應用，加重了BRAS的處理負荷。這種方式可以用於家庭使用者和企業使用者。
　　ADSL是DSL家族中最常用、最成熟的技術，它利用現有普通電話線提供上下行頻寬非對稱的業務承載功能，並且採用各種先進的數字訊號處理技術來減少線路損傷對傳輸效能的影響。此外，ADSL還提供了各種2層及3層承載技術，以向IP業務提供承載通道功能，並且為電信網路電訊廠商和使用者提供了各種業務承載功能選擇。各電信電訊廠商可以根據自己的網路實際情況，選擇合適的技術為業務提供承載與控制，向使用者提供靈活、方便的ADSL接入，實現邊打電話邊上網的高速接入。