因特网接入之 ADSL宽带接入技术 xxxxx

广域网技术实现了更大范围的网络互联 局域网、用户终端等通过接入网连到广域网 目前主要的接入网技术包括ADSL宽带接入、LAN宽带接入、无线接入、串行连接、窄带拨号等

学完本章内容需要 理解ADSL技术的原理 掌握ADSL技术的标准、特点和客户端硬件连接方法 了解基于电话线的三网合一

一、引言 1. 个人家里：已开通电话网络 2. 个人家里：计算机要连到互联网 3. 在电话线上同时传送数据，怎么实现？ 电信电话网络 PSTN 电信电话网络 电话线 2. 个人家里：计算机要连到互联网 Internet 电脑 因特网 怎么连？？ 可以通过电话线吗？ 3. 在电话线上同时传送数据，怎么实现？ 用一种称之为“频分复用”的技术实现

1.1 频分复用 这个其实就是“路宽复用”的概念 道路实际很宽，人在上面走仅需道路的一部分，道路的其他部分实际上是浪费了 把道路分道，先分出双向通道，再分出人行道：给人行走；分出机动车道：给汽车开； 这个其实就是“路宽复用”的概念

同样在电话线上进行带宽划分，就是频分复用 上行 下行 0.3 4 20 140 频率(kHz) 1104 KHZ 语音 数据 采用FDM，频谱分成三部分： 4kHz以下：传送普通电话(POTS) 25.875kHz ~ 138kHz：上行信号 G.lite：138kHz ~ 552kHz：下行信号(不重叠)；25.875kHz ~ 552kHz：下行信号(重叠) ADSL：138kHz ~ 1104kHz：下行信号(不重叠)；25.875kHz ~ 1104kHz：下行信号(重叠) G.Lite就是简易型ADSL -- 取消了用户端的话音分离器，便于用户自行安装和维护 -- G.Lite降低了ADSL下行速率 -- 降低DSLAM背板容量需求，从而使系统成本降至原来的1/4 ------------------------------------------------------------- 复用技术 为了建立多个信道,ADSL可通过两种方式对电话线进行频带划分:一种方式是频分复用(FDM),另一种是回波消除(EC). 这两种方式都将电话线0~4kHz的频带用作电话信号传送。 对剩余频带的处理,两种方法则各有不同. FDM方式将电话线剩余频带划分为两个互不相交的区域:一端用于上行信道,一端用于下行信道.下行信道由一个或多个高速信道加入一个或多个低速信道以时分多址复用(TDM)方式组成,上行信道由相应的低速信道以时分方式组成. EC方式将电话线剩余频带划分为两个相互重叠的区域,它们也相应地对应于上行和下行信道.两个信道的组成与FDM方式相似,但信号有重叠,而重叠的信号靠本地回波消除器将其分开. 频率越低,滤波器越难设计,因此上行信道的开始频率一般都选在25kHz,带宽约为135kHz.在FDM方式中,下行信道一般起始于240kHz带宽则由线路特性,调制方式和传输数据率决定.EC方式由于上,下行信道是重叠的,使下行信道可利用频带增宽,但这也增加了系统的复杂性,一般在使用DMT调制技术的系统才运用EC方式。 此技术来源于 V.32和 V.34调制解调器中，它非常有效的使用了有限的带宽，但从复杂性和价格来说，其代价较大。当然，无论使用两种技术中的哪一种，ADSL都会分离出 4KHz的频带用于老式电话服务(POTS)。 频分复用（FDM）是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种技术。FDM 用于模拟传输过程。信道传输速率为30 kHz。所有信道都可以作为单信号被扩大、控制，并转换为频带传送至目的地，该技术主要优点在于经济实用。接收终端的接收者隔离复用信号取决于接收频带传送还是拒绝过滤操作，并进行适合于特定波段或波段组调制方式的解调检波过程。 回波抵消方式 在现有用户线上实现ISDN基本速率（144kbit/s）接入的二级双向数字传输方式的一种。二线用户双向传输的干扰，主要是由二/四线混合电路平衡网络的不理想、线路阻抗匹配不良所产生的近端回波和远端回波两部分合成的总回波干扰。加波抵消就是采用自适应滤波网络，根据输入信号的回波估值与二/四线混合电路产生的回波相减抵消的方式，来消除或减少回波干扰。只要自适应滤波网络能正确地模拟回波传输路径，产生与干扰回波相同的回波估值，就可达到抵消消除回波干扰的目的，能正确接收发送端发来的信号。 回波抵消器 一种自适应回波拟制器。通常采用数字技术，自适应产生一个模仿回波信号的预估值，从真回波信号中减去模仿的回波信号，达到抵消回波的目的。 在信号调制技术上，ADSL调制解调器分别采用CAP和DMT技术： 1）CAP(Carricerless Amplitude/Phase Modulation, 无载波调幅调相)。CAP是AT&T提出的调制方式，是一种无载波的正交幅度调制（QAM），数据信号在发送前被压缩，然后沿电话线发送，在接收端重组。CAP的主要优点为：载波频率可变，在一个频率周期或波特内传输2到9位二进制数据，因此在相同的传输速率下，占用更少的带宽，传输距离更远。 2）DMT(Discrete Multi-Tone，离散多音)。DMT采用多载波调制技术，可用频段划分为多个（典型为256个）子信道，每个子信道的带宽为4kHz，对应不同频率的载波，并根据子信道发送数据的能力将数据分配给各子信道，不能载送数据的子信道被关掉。DMT用离散快速傅立叶变换进行编解码，DMT尝试可能的最高速率，根据线路的噪声和衰减特性分配数据。目前，DMT已成为 ANSI制订的ADSL的调制标准----T1.413 基带：Baseband—按数字或模拟信号原始频率进行的传输，信号不经过调制。 什么叫"频率"? 交流电源的正弦波的每秒种发生的周期数称为频率。电源每秒钏正弦波的周期数Ｈz（赫兹）为单位来表示。是中使用的电源为每秒钟50周期＝50Ｈz的电路装置。 上网、打电话互不干扰   上网的同时可以拨打或接听电话，避免了拨号上网时不能使用电话的烦恼。

1.2 用电话线连到互联网 ADSL Modem：主要实现信号转换和调制 发送端，将计算机数据转换成模拟信号，并调制到相应频段;接收端，从相应频段解调出信号，并将模拟信号转换成计算机数据 个人家里 电信电话网络 分离器：分出语音信号和上网数据信号 PSTN PC 调制/解调器 电话线 Internet 分离器 分离器机架 互联网 ADSL宽带接入

二、ADSL技术 ADSL(Asymmetrical Digital Subscriber Line)中文名称为非对称数字用户线路，利用频分复用实现在普通电话线上进行高速数据传输。 ADSL是xDSL（HDSL、VDSL、ADSL和RADSL）家族中的一种宽带技术，是目前应用最广泛的一种宽带接入技术。 ADSL利用现有的双绞电话铜线提供独享的“非对称”的下行速率（从端局到用户）和上行速率（从用户到端局）的通信宽带。

2.1 ADSL的标准 ITU-G.992.1 (G.dmt) ITU-G.992.2 (G.lite) ITU-G.992.3 (ADSL2 G.dmt.bis) ITU-G.992.4 (ADSL2 G.lite.bis) ITU-G.992.5 (ADSL2+) ADSL的主要标准有两种： G.992.1(G.dmt，全速率) 由国际电信联盟(ITU)制订的ADSL标准，最大下行速率为8Mbps，最大上行速率为1Mbps，必须采用分离器 。 G.992.2(G.lite) 由国际电信联盟为适应个人用户市场，对G.992.1进行修改而成的标准。主要特点是: 1. 最大下行速率为1.5Mbps，最大上行速率512Kbps。 2. 不需要分离器 ADSL的标准有三种： T1.413 issue 2 由美国国家标准协会(ANSI)制订的ADSL标准，最大下行速率为8Mbps，最大上行速率为896Kbps。 G.992.1(G.dmt) 由国际电信联盟(ITU)制订的ADSL标准，与T1.413 issue 2非常接近，主要增加欧洲标准的电气特性。 G.992.2(G.lite) 由国际电信联盟为适应个人用户市场，对G.992.1进行修改而成的标准。主要特点是: 1.最大下行速率为1.5Mbps，最大上行速率512Kbps。 2.不需要分离器

各种ADSL标准的频带划分 1.5Mb/s 8Mb/s 频率(kHz) 语音 G.Lite G.dmt--- ADSL 上行 下行 0.3 4 20 140 552 1104 KHZ 频率(kHz) 采用FDM，频谱分成三部分： 4kHz以下：传送普通电话(POTS) 25.875kHz ~ 138kHz：上行信号 G.lite：138kHz ~ 552kHz：下行信号(不重叠)；25.875kHz ~ 552kHz：下行信号(重叠) ADSL：138kHz ~ 1104kHz：下行信号(不重叠)；25.875kHz ~ 1104kHz：下行信号(重叠) G.Lite就是简易型ADSL -- 取消了用户端的话音分离器，便于用户自行安装和维护 -- G.Lite降低了ADSL下行速率 -- 降低DSLAM背板容量需求，从而使系统成本降至原来的1/4 ------------------------------------------------------------- 复用技术 为了建立多个信道,ADSL可通过两种方式对电话线进行频带划分:一种方式是频分复用(FDM),另一种是回波消除(EC). 这两种方式都将电话线0~4kHz的频带用作电话信号传送。 对剩余频带的处理,两种方法则各有不同. FDM方式将电话线剩余频带划分为两个互不相交的区域:一端用于上行信道,一端用于下行信道.下行信道由一个或多个高速信道加入一个或多个低速信道以时分多址复用(TDM)方式组成,上行信道由相应的低速信道以时分方式组成. EC方式将电话线剩余频带划分为两个相互重叠的区域,它们也相应地对应于上行和下行信道.两个信道的组成与FDM方式相似,但信号有重叠,而重叠的信号靠本地回波消除器将其分开. 频率越低,滤波器越难设计,因此上行信道的开始频率一般都选在25kHz,带宽约为135kHz.在FDM方式中,下行信道一般起始于240kHz带宽则由线路特性,调制方式和传输数据率决定.EC方式由于上,下行信道是重叠的,使下行信道可利用频带增宽,但这也增加了系统的复杂性,一般在使用DMT调制技术的系统才运用EC方式。 此技术来源于 V.32和 V.34调制解调器中，它非常有效的使用了有限的带宽，但从复杂性和价格来说，其代价较大。当然，无论使用两种技术中的哪一种，ADSL都会分离出 4KHz的频带用于老式电话服务(POTS)。 频分复用（FDM）是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种技术。FDM 用于模拟传输过程。信道传输速率为30 kHz。所有信道都可以作为单信号被扩大、控制，并转换为频带传送至目的地，该技术主要优点在于经济实用。接收终端的接收者隔离复用信号取决于接收频带传送还是拒绝过滤操作，并进行适合于特定波段或波段组调制方式的解调检波过程。 回波抵消方式 在现有用户线上实现ISDN基本速率（144kbit/s）接入的二级双向数字传输方式的一种。二线用户双向传输的干扰，主要是由二/四线混合电路平衡网络的不理想、线路阻抗匹配不良所产生的近端回波和远端回波两部分合成的总回波干扰。加波抵消就是采用自适应滤波网络，根据输入信号的回波估值与二/四线混合电路产生的回波相减抵消的方式，来消除或减少回波干扰。只要自适应滤波网络能正确地模拟回波传输路径，产生与干扰回波相同的回波估值，就可达到抵消消除回波干扰的目的，能正确接收发送端发来的信号。 回波抵消器 一种自适应回波拟制器。通常采用数字技术，自适应产生一个模仿回波信号的预估值，从真回波信号中减去模仿的回波信号，达到抵消回波的目的。 在信号调制技术上，ADSL调制解调器分别采用CAP和DMT技术： 1）CAP(Carricerless Amplitude/Phase Modulation, 无载波调幅调相)。CAP是AT&T提出的调制方式，是一种无载波的正交幅度调制（QAM），数据信号在发送前被压缩，然后沿电话线发送，在接收端重组。CAP的主要优点为：载波频率可变，在一个频率周期或波特内传输2到9位二进制数据，因此在相同的传输速率下，占用更少的带宽，传输距离更远。 2）DMT(Discrete Multi-Tone，离散多音)。DMT采用多载波调制技术，可用频段划分为多个（典型为256个）子信道，每个子信道的带宽为4kHz，对应不同频率的载波，并根据子信道发送数据的能力将数据分配给各子信道，不能载送数据的子信道被关掉。DMT用离散快速傅立叶变换进行编解码，DMT尝试可能的最高速率，根据线路的噪声和衰减特性分配数据。目前，DMT已成为 ANSI制订的ADSL的调制标准----T1.413 基带：Baseband—按数字或模拟信号原始频率进行的传输，信号不经过调制。 什么叫"频率"? 交流电源的正弦波的每秒种发生的周期数称为频率。电源每秒钏正弦波的周期数Ｈz（赫兹）为单位来表示。是中使用的电源为每秒钟50周期＝50Ｈz的电路装置。 语音 G.Lite G.dmt--- ADSL

2.2 ADSL的主要优缺点 ADSL主要的优点： （1）可直接利用现有的用户电话线，节省投资。 （4）可以实现上网和打电话互不影响，即“一线双通”。 （5）ADSL独享高带宽，以高速上网，安全可靠。

ADSL主要的缺点： （1）传输距离较近。目前ADSL的传输距离还比较短，通常要求在5km以内，也就是说用户端到电信公司的ADSL局端距离在5km以内。 （2）传输速度不够快。前面提到的ADSL的上行和下行速率都是理论值，实际上要受到许多因素的制约，远不如这个值。

2.3 ADSL通信协议 1. PPPoE协议（Point To Point Protocol Over Ethernet，PPP Over Ethernet）的中文名称为“以太网点对点协议”，俗称“以太网虚拟拨号”，它是目前应用最广泛的一种ADSL上网方式。 2. PPPoA协议（Point To Point Protocol Over Asynchronous Transfer Mode）的中文名称为“异步传输点对点协议”，它是ADSL的另外一种接入方式，适用于与ATM（异步传输模式）网络连接。

2.4 ADSL宽带接入组网 1. ADSL 客户端硬件设备 电话机 ADSL Modem 个人电脑 话音分离器 电话线 网线

2. ADSL接入方式 单用户ADSL Modem直接连接 多用户ADSL Modem连接 小型网络用户ADSL路由器直接连接计算机

3. ADSL客户端硬件设备的连接方法 （1）单用户ADSL Modem直接连接 ，有分离器 室外 室内 PHONE口 LINE口 电话线 电话线/网线 中国电信局端设备 网线 LINE口 网卡接口 Ethernet口

（2）单用户ADSL Modem直接连接，没有分离器 室外 室内 LINE口 PHONE口 电话线 电话线 Ethernet口 中国电信局端设备 网线 网卡接口

（3）多用户/多终端的ADSL接入组网方法 前面的描述中，每个家庭都只有一台电脑，实际中现在每户人家都有都有多台电脑或网络终端（比如传真机、网络打印机等） 主要的多用户/多终端ADSL接入组网方法 宽带路由器方案 无线宽带路由器方案 交换机/集线器+双网卡电脑+代理软件方案 宽带路由器+交换机方案

（3）多用户/多终端的组网方法-1 宽带路由器方案

（3）多用户/多终端的组网方法-2 宽带无线路由器方案

（3）多用户/多终端的组网方法-3 交换机/集线器+代理软件 “运行双网卡的PC+交换机”相当于宽带路由器 代理软件：Sygate， Proxy等

1）宽带路由器+交换机方案：通过交换机来扩展用户端口 （4） 超过四个终端的组网方案 1）宽带路由器+交换机方案：通过交换机来扩展用户端口 2）无线路由器方案：没有用户端口限制

三、基于电话线的三网合一 三网 电话网 电视网 计算机网（宽带网） 怎么实现三网合一

有线电视线 电视 这些资源， 怎么组合在一起 ？ 以太网线 电脑 电话线 电话

3.1 基于电话线的三网合一方案 个人家里 电信 在一根电话线上同时实现：电话、电视、上网 PC ADSL modem 电话线 分离器 交换机 IP数字电视Modem IP数字电视 在一根电话线上同时实现：电话、电视、上网

3.2 三网合一时多终端组网方案 个人家里 电信 PC ADSL modem 电话线 加宽带路由器或无线路由器 分离器 交换机 IP数字电视Modem IP数字电视

本章总结 可以基于“频分复用”技术在同一根电话线上同时传输语音和数据 ADSL是一种对称用户数字线技术，主要有G.dmt和G.lite两种国际标准，两者定义了不同的传输速率和连接方式 ADSL的通信协议包括PPPOE和PPPOA ADSL宽带接入客户端组网主要有两种方式：单用户接入和多用户/多终端接入 ADSL多用户/多终端接入组网中，主要采用宽带路由器和无线路由器设备实现组网 基于电话线可以实现“三网合一”

讨论与实践： 每个小组找一个典型的ADSL宽带接入（多用户/多终端组网）的应用实例，画出组网连接图，讨论一下主要设备的配置，并采用五层协议体系分析这种组网中可能出现的各种网络故障及其处理办法，后面实践课我们进行讨论及实验验证。