G.992.2 Modem 及其組網應用方案

2019-11-04 21:25:25

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　　1 前言
　　ADSL（不對稱數字用戶線）最初是為了向家庭用戶提供VOD（視頻點播）業務而開發的。符合ANSI T1.413標準的ADSL（下文簡稱為標準ADSL）可在一對雙絞線上下行傳送最高達8Mbit/s，上行傳輸640kbit/s的碼流，但由于VOD系統的復雜性及較高的成本阻礙了它進一步的實用化。而Internet的迅猛發展卻為ADSL提供了舞臺，ADSL作用的改變是人們始料不及的。
　　
　　但是，使用ADSL技術提供接入Internet業務與提供VOD業務不同，必須解決以下問題。
　　
　　*降低成本。為了能像話帶Modem一樣獲得廣泛使用，必須具有較低的價格，而標準ADSL Modem的價格仍然偏高。
　　
　　*簡化安裝，爭取做到即插即用。標準ADSL Modem需要專業技術人員前往用戶家中安裝，有時需要重新布線，過程較復雜，且花費的人力成本較高，增加了用戶的負擔。
　　
　　*速率適中。目前的ISP (Internet Service PRovider)服務器能為用戶提供的速率還達不到標準ADSL所能提供的8Mbit/s的傳輸能力，而且大多數家庭用戶線路也不可能支持這個速率。因而ISP向用戶提供的速率可以低于8Mbit/s（下行），但必須遠遠大于話帶Modem和N-ISDN的速率。
　　
　　*升級方便。假如將來條件成熟，用戶可非常方便地升級（最好是通過軟件升級）到標準ADSL，得到更高速率的服務。
　　
　　為了更方便地將ADSL技術用于Internet接入，一些主要的計算機軟、硬件公司，電信服務業的巨頭和電信設備制造商，如Microsoft 、Intel 、Compaq 、Ameritech、Bell Atlantic、Bell South、GTE、SBC、Sprint 、U.S. West、Alcatel、Analog Devices、LUCent、Rockwell、TI、Aware等公司成立了一個名為UAWG（Universal ADSL Working Group）的協會,它的宗旨是基于UAWG成員強大的技術力量，為使用ADSL技術接入Internet制定一個統一的、通用的規范，該規范的基本思想是將標準ADSL簡化后，使之成為PC機的標準PCI配置之一，其名稱為DSL Lite ，即簡化的、通用型的ADSL。而ITU（國際電聯）也于1998年10月推出了DSL Lite的國際標準——G.992.2。
　　
　　2 G.992.2 Modem的特點
　　2.1 G.992.2 Modem與標準ADSL全面兼容
　　
　　為了與標準ADSL全面兼容，G.992.2 Modem采取了如下措施。
　　
　　（1）采用與標準ADSL相同的線路碼
　　
　　G.992.2 Modem采用與標準ADSL相同的線路碼——DMT（離散多音）。
　　
　　（2）采用與標準ADSL相同的頻帶劃分策略
　　
　　為了與標準ADSL保持頻譜兼容性，G.992.2 Modem的頻帶劃分與其相同，只不過使用較少的高頻段下行子信道而已。下行的數據速率能達到1.5Mbit/s，上行速率能達到512kbit/s。相應的頻譜劃分如圖1、2所示。
　　　

　　（3）其它與標準ADSL兼容的措施
　　
　　此外，G.992.2 Modem還使用與標準ADSL相同比例的循環前綴、超幀結構（由68個DMT符號和一個同步符號組成）和類似的初始化過程。但為提高傳輸效率，G.992.2的開銷比特數（overhead bit）較少。
　　
　　2.2 無分隔器（Splitter）的、簡單的安裝方式
　　
　　在標準ADSL系統中，分隔器是被用來分隔低頻POTS和高頻ADSL數據信號的設備，避免二者相互干擾。在局端和用戶端都有分隔器。在用戶端，從局端來的電話線通過NID（網絡接口設備），然后與分隔器相連。分隔器有兩個輸出端口，一個提供給ADSL Modem，一個提供給POTS設備，如電話機、傳真機和話帶Modem等。
　　
　　對于G.992.2 Modem是否在用戶端安裝，以及如何安裝分隔器，目前有三種建議：
　　
　　*無分隔器安裝方式。這種安裝方式如圖3所示。由于不需要安裝分隔器，因而電信公司不需要派專人去用戶家中安裝G.992.2 Modem，也避免了重新布線，與話帶Modem類似，可以做到即插即用。而且大大降低了成本，其成本與話帶Modem相似。
　　　

　　*分布式分隔器安裝方式。此安裝方式如圖4所示，POTS設備前端需要一個隔離高速數據信號的低通濾波器。
　　
　　*有分隔器安裝方式。此方式與標準ADSL完全一樣，如圖5所示。
　　
　　以上三種安裝方式，成本及安裝復雜度依次增加，但性能也越來越好。UAWG出于降低成本、方便用戶的考慮，一開始就非凡強調了區別于標準ADSL的無分隔器的安裝方式。但在無分隔器的情況下，對POTS和數據信號相互干擾的抑制成為一個難題。因而有的UAWG成員提出了采用分布式分隔器的安裝方式。
　　
　　2.3 先進的電源治理和保持在線連接的能力
　　
　　美國的Energy Star和EC Blue Angel計劃要求PC必須具有低能耗的特性。
而G.992.2 Modem作為將要大量使用的PC標準配置，也必須具有這一特性。
　　
　　G.992.2 Modem必須具有保持在線連接（always on connection）的功能。即使當PC處于極低能耗的睡眠狀態時，G.992.2 Modem仍然能保持在線連接。這一特性不但可支持傳統客戶機－服務器工作模式（如Internet接入），還可支持服務器－客戶機的工作模式（如Push Technology）,也可支持peer-peer工作模式，如Internet電話。
　　
　　3 G.992.2 Modem必須解決的問題
　　（1）惡劣的線路條件
　　
　　由于電話線所處的環境惡劣且多變，G.992.2 Modem必須對抗各種干擾。通常的線路損傷有：NEXT（近端串擾）、FEXT（遠端串擾）、RFI（射頻干擾，如調幅廣播和業余無線電臺信號）、AWGN（加性白高斯噪聲）、橋接抽頭（Bridged Tap）造成的頻譜陷落、摘/掛機狀態改變造成的阻抗變化、線路特性隨溫度、濕度的改變等。
　　
　　除了DMT線路碼本身具有的優越的抗干擾能力外，還必須采用先進的比特交換算法、摘/掛機狀態檢測、快速定時恢復、快速重復練習算法等措施來自適應跟蹤線路的變化，以達到理想的性能。
　　
　　（2）POTS、數據相互干擾（無分隔器情況下）
　　
　　一些UAWG成員公司已經采用了降低高頻端數據信號的發送功率的方法來解決這個問題。降低發送功率的直接后果是縮短了用戶線路的長度。但G.992.2 Modem的傳輸速率只是標準ADSL系統的1/4，而且使用的數據子信道都是位于低頻段的性能較好的子信道，因而即使降低了發送功率，對所能達到的線路長度的影響段并不顯著。
　　
　　（3）剪切效應造成的非線性
　　
　　由于DMT線路碼輕易造成較大的PAR（峰值信號和平均信號幅度之比），因而當信號幅度超過放大器的線性范圍時，信號的峰值部分出現“削頂”現象，造成非線性失真。所以必須具有好的削減PAR的算法。
　　
　　（4）先進的電源治理和保持在線連接的能力
　　
　　針對電源治理，許多UAWG的成員公司已提出了各種節能的解決方案。采取的措施主要有：降低線路驅動放大器的工作電壓和消除空耗狀態、降低PAR、設計效率高的算法來降低DSP的運算次數、降低或消除不工作子信道的功率、采用先進的比特速率治理方式。
　　
　　（5）局端G.992.2 Modem的布置密度
　　
　　為了降低成本，在局端必須將G.992.2 Modem的布置密度盡可能增大，從而節省空間和空調器等資源。布置密度的大小取決于Modem的功耗，因而必須使Modem的功耗盡可能小。
　　
　　（6）與標準ADSL互通
　　
　　一些UAWG的成員公司建議使用戶端的G.992.2 Modem與局端的標準ADSL可以正常通信，從而降低運營成本。為達到此目的，除了上面提到的與標準ADSL保持各方面的兼容以外，G.992.2 Modem的練習序列、發送功率電平、RS編碼的校驗字節等方面都要在ADSL標準的基礎上，根據自身的特點做相應的改動。
　　
　　（7）無縫升級到標準ADSL
　　
　　G.992.2 Modem是速率介于話帶Modem與標準ADSL之間的產品，是簡化的ADSL，是ADSL的低級形式。一旦用戶和電信運營公司的條件成熟，當用戶要求更高速率時，將面臨著升級的問題。為了保護以前的投資，就要求G.992.2 Modem有能力“無縫”升級，來適應新的標準或升級到全速率標準ADSL。這一點要求G.992.2 Modem的DSP具有足夠的性能余量，以便將來能保留以前的硬件平臺，僅僅通過改動軟件來實現升級。
　　
　　4 G．992.2 Modem的組網應用
　　目前的ADSL接入網按照傳輸的數據格式可以分為基于分組的和基于ATM的接入網。假如是基于分組的方式，則接入節點連接ip路由器；假如是基于ATM的方式，則接入節點連接ATM主干網交換機，這種傳輸方式被稱為“ATM over ADSL”。在局端，接入節點又稱為DSLAM（DSL接入復用器，Digital Subscriber Line access Multiplexer），是最為要害的設備，它在上行方向完成復用/集中的功能，將來自多個用戶的信號復用為一個更高速的數據流送到主干網；在下行方向完成解復用/尋路的功能，將由主干網來的高速數據流解復用，并送到正確的用戶端。
　　
　　對于G.992.2 Modem來說，組建接入網的方式和標準ADSL類似。許多廠商的DSLAM都同時支持G.992.2 Modem和標準ADSL的接入。具體來說，G.992.2 Modem的接入方式可以有以下幾種：
　　
　　*IP方式：不借助ATM，直接使用IP分組傳輸用戶數據；
　　
　　*PPP over ATM方式：這是與目前PC撥號上網方式最為兼容的方法，是目前應用最多的方式；
　　
　　*Native ATM方式：應用層與ATM適配層之間沒有其它協議，是最純粹的ATM接入方式；
　　
　　*RFC 1483方式：將以太網數據幀適配到ATM的AAL5 PDU（協議數據單元）中傳輸，因而它可以將目前的大量以太網與ATM主干網相連；
　　
　　*RFC 1557方式：指經典的“IP over ATM”，即將IP分組適配到ATM的AAL5 PDU中來實現IP分組在ATM主干網中的傳輸，不使用PPP協議。

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