ADSL的工作原理

ADSL的工作原理

ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)，非对称数字用户线路，在电话线上产生三个信息通道：一个速率为15Mbps-9Mbps的高速下行通道，用于用户下载信息；一个速率为16Kbps-1Mbps的中速双工通道；一个普通的老式电话服务通道；且这三个通道可以同时工作。 (当然，具体的通信速率还依赖环路的质量和长度而定。) ADSL采用高级的数字信号处理技术和新的算法压缩数据，使大量的信息得以在网上高速传输。我们知道，在现有的较长的铜制双绞线(普通电话线)上传送数据，其对信号的衰减是十分严重 的，ADSL在如此恶劣的环境下实现了大的动态范围，分离的通 道，以及保持低噪声干扰，其难度可想而知，难怪有人说，ADSL 是调制解调技术的一个奇迹。

为了在电话线上分隔有效带宽，产生多路信道，ADSL调制解调器一般采用两种方法实现，频分多路复用(FDM)或回波消除(Echo Cancellation)技术。FDM在现有带宽中分配一段频带作为数据下行通道，同时分配另一段频带作为数据上行通道。下行通道通过时分多路复用(TDM)技术再分为多个高速信道和低速信道。同样，上行通道也由多路低速信道组成。而回波消除技术则使上行频带与下行频带叠加， 通过本地回波抵消来区分两频带。此技术来源于 V32和 V34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)。

当前 ADSL调制解调设备多采用 3种线路编码技术，分别称为抑制载波幅度和相位 (carrier-less amplitude and phase,CAP),离散多音复用(discrete multitone,DMT)，以及离散小波多音复用 (discrete wavelet multitone,DWMT)。其中 CAP的基础是正交幅度调制(QAM)，在 CAP中，数据被调制到单一载波之上；而在 DMT中，数据被调制到多个载波之上，每个载波上的数据使用 QAM进行调制。DMT中使用为大家熟知的快速傅里叶变换算法做数字信号处理，而在 DWMT中，则用近年来新兴的小波变换算法代替快速傅里叶变换。 一个 ADSL调制解调器将多路下行通道中，双工通道中以及维护信道中的数据流组合成数据块 (block)，并在每一数据块中附加纠错代码，接受端则通过此纠错代码对在传输过程中产生的误码进行纠错。实验表明，此纠错编码技术完全可以达到 MPEG-2 和其他数字图像压缩方法的要求。

是宽带,关于MB与KB/S换算,1Mbps=128 KB/s,2Mbps=256 KB/s,换算后的数值是极限下载速率理论上2M的速度最快下载也只有256KB/S所以如果你有300KB/S的下载速度就偷着乐吧你是哪儿的电信哦,是不是给你特别照顾了啊

关于ADSL请参照:

ADSL技术能利用现有的市话铜线进行信号传输，其最高速率：下行信号（从端局到用户）为9Mbps，上行信号（从用户到端局）为1Mbps。现有的市话铜线网的用户数目十分庞大，而ADSL能对现有的市话铜线进行充分的利用，可以有效地保护原有的网络资源。

近年来，Internet以惊人的速度发展，Internet的用户众多，分布广泛，但现有的用户网所能提供的用户接入速率太低，难以满足Internet飞速发展的需要，这正为ADSL的发展提供了一个机遇。由于市话铜线现在已与所有的Internet用户相连接，一旦ADSL技术发展成熟，必将成为各电话公司和Internet用户的首选方案。

一、 ADSL原理和技术性能

现存的用户环路主要由UTP（非屏蔽双绞线）组成。UTP对信号的衰减主要与传输距离和信号的频率有关，如果信号传输超过一定距离，信号的传输质量将难以保证。此外，线路上的桥接抽头也将增加对信号的衰减。

因此，线路衰减是影响ADSL性能的主要因素。ADSL通过不对称传输，利用频分复用技术（或回波抵消技术）使上、下行信道分开来减小串音的影响，从而实现信号的高速传送。

为了可以利用多个信道, ADSL modem采用两种方式划分可以利用的电话线路的带宽:FDM技术(Frequency Division Multiplexing)或回波抵消技术（Echo Cancellation）技术 如图1-2示 FDM方式将频带划分为上行部分和下行部分, 下行通道在被时分复用(Time Division Multiplexing)为一个或多个高速信道和低速信道; 而上行通道也会被复用为相应的低速信道。

回波抵消技术（Echo Cancellation）使上行通道和下行通道在频带上的重叠部分相互抵消，通过本地的回波抵消技术可以有效地分开上、下行信道， 减小串音对信道的影响，从而实现信号的高速传送。这种技术已应用于V32和V34协议的modem产品中。

图1-2 FDM技术和回波抵消技术原理示意图

衰减和串音是决定ADSL性能的两项标准损伤。传输速率越高，它们对信号的影响也越大，因此ADSL的有效传输距离随着传输速率的提高而缩短。附表列出了正常情况下24号线规UTP的下行速率和有效传输距离的关系。表中的VDSL是甚高速ADSL。虽然VDSL的有效传输距离比ADSL更短，但是在VDSL光纤到路边(FTTC)或光纤到大楼(FTTB)后，VDSL可用于大楼内部办公室或家庭间的连接。

ADSL接入网线路长度若为55km，则可覆盖80%以上的现有电话用户；线路长度若为37km，则可覆盖50%以上的现有用户，用户小区以外的分散用户可通过基于光纤的集线器节点接入到网络中。串音噪声通常是稳定的，因此比较容易对其进行研究并加以克服；而冲击噪声在频率、周期、相位等方面都是随机的，对期难以建模和研究。

二、ADSL系统的接入方式和接入模型

以下为ADSL系统连接方式的功能模块图。

图1-3 ADSL系统连接方式的功能模块图

Server: 应用服务器 Internet:IP互联网 CORE Network: 骨干网络(一般为ATM骨干网)

ADSL: 在局端的部分为ADSL局端设备, 在用户端的为ADSL用户端设备

Existing Copper:连接用户端和局端的普通双绞铜线

ADSL的接入模型主要有中央交换局端模块和远端模块组成。

图1-4 ADSL的接入模型

中央交换局端模块包括在中心位置的ADSL Modem和接入多路复合系统，处于中心位置的ADSL Modem被称为ATU－C（ADSL Transmission Unit－Central）。接入多路复合系统中心Modem通常被组合成一个被称作接入节点，也被作"DSLAM"（DSL Access Multiplexer）。

远端模块由用户ADSL Modem 和滤波器组成，用户端ADSL Modem通常被称为ATU－R（ADSL Transmission Unit－Remote）。

图1-5 ADSL用户在用户端的设备连接图

三、ADSL的调制和解调技术

目前被广泛采用的ADSL调制技术有3种：QAM(quadatureampli-tudemodulation)、CAP(carrierlessamplitude-phasemodulation)、DMT(discretemultitone)，其中DMT调制技术被ANSI标准化小组T1E14制订的国家标准所采用。但由于此项标准推出时间不长,目前仍有相当数量的ADSL产品采用QAM或CAP调制技术。

31 QAM调制技术

QAM调制器的原理图是发送数据在比特／符号编码器内被分成两路(速率各为原来的1／2)，分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。与其它调制技术相比,QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。

图1-6 16-QAM调制原理图

如图1-6示。在16-QAM的QAM调制中, 2 bits被编码表示相位的变化，另外2 bits被用来表示幅度的变化,所以用了4 bits来表示 QAM用于ADSL的主要问题是如何适应不同电话线路之间性能较大的差异性。要取得较为理想的工作特性,QAM接收器需要一个和发送端具有相同的频谱和相位特性的输入信号用于解码,QAM接收器利用自适应均衡器来补偿传输过程中信号产生的失真,因此采用QAM的ADSL系统的复杂性主要来自于它的自适应均衡器。

32 CAP调制技术（Carrierless Amplitude Modulation/Phase Modulation）

CAP调制技术是以QAM调制技术为基础发展而来的,可以说它是QAM技术的一个变种,其调制器原理如图2所示。输入数据被送入编码器，在编码器内，m位输入比特被映射为k＝2m个不同的复数符号An＝an＋jbn由K个不同的复数符号构成k-CAP线路编码。编码后an和bn被分别送入同相和正交数字整形滤波器，求和后送入D／A转换器，最后经低通滤波器信号发送出去。CAP技术用于ADSL的主要技术难点是要克服近端串音对信号的干扰一般可通过使用近端音串音抵消器或近端串音均衡器来解决这一问题。

33 DMT调制技术

DMT调制技术的主要原理是将频带(0-1104MHZ)分割为256个由频率指示的正交子信道（每个子信道占用4KHZ带宽），输入信号经过比特分配和缓存，将输入数据划分为比特块，经TCM编码后再进行512点离散傅利叶反变换(IDFT)将信号变换到时域，这时比特块将转换成256个QAM子字符．随后对每个比特块加上循环前缀（用于消除码间干扰），经数据模变换(DA)和发送滤波器将信号送上信道．在接收端则按相反的次序进行接收解码。

图1-7 DMT调制技术的实例

上图中，1 MHz的带宽被分段为256个4 KHz的子频带每个子频带在发送端用single-carrier调制技术调制，在接收端则接收各子频带并将其256路载波整合解调制。由于美国的ADSL国家标准(T1413)推荐使用DMT技术,所以在今后几年中，将会有越越多ADSL调制解调器采用DMT技术。

业界许多专家都坚信，以ADSL为主的xDSL技术终将成为铜双绞线上的赢家，目前采用普通拨号Modem及N-ISDN技术接入的用户将逐步过渡到ADSL等宽带接入方式，并最终实现光纤接入。

四、ADSL设备的安装

ADSL安装包括局端线路调整和用户端设备安装。在局端方面，由服务商将用户原有的电话线中串接入ADSL局端设备，只需2~3分钟；用户端的ADSL安装也非常简易方便，只要将电话线连上滤波器，滤波器与ADSL MODEM之间用一条两芯电话线连上，ADSL MODEM与计算机的网卡之间用一条交叉网线连通即可完成硬件安装，再将TCP/IP协议中的IP、DNS和网关参数项设置好，便完成了安装工作。ADSL的使用就更加简易了，由于ADSL不需要拨号，一直在线，用户只需接上ADSL电源便可以享受高速网上冲浪的服务了，而且可以同时打电话。

图1-8 ADSL的局端线路调整和用户端设备安装

局域网用户的ADSL安装与单机用户没有很大区别，只需再加多一个集线器，用直连网线将集线器与ADSL MODEM 连起来就可以了，如下图所示：

图1-9 局域网用户的ADSL设备安装

由于ADSL系统技术较为复杂，目前制作成本仍然较高，但按目前的发展状况，预计到2001年即可实现ADSL的单片化，芯片价格也会大大降低，加上ADSL接入网投资小、易实现，届时ADSL定将成为主要的宽带接入网技术

MT9172的基本性能特点

1采用自适应回波抵消技术，在单对线上实现全双工数字传输。

2线路传输速率可选：80Kbit/s或160kbit/s；最大传输距离可达4公里（对于普通双绞线而言）。

3系统侧采用ST-BUS，兼容ISDN的2B+D数据格式。

4具备帧同步和时钟提取能力。

5作为时，透明传输数据。

6采用+5V的 单电源供电，功耗很低（典型值约为50mW）。

芯片封装形式及引脚功能描述

MT9172有DIP、PLCC和SSOP等三种封装形式，下面以22脚的双列直插式封装（DIP）为例，介绍其引脚功能。

MT9172的结构与工作原理

MT9172芯片的内部结构框图，它主要包括发送接口、接收接口、线路接口（LIN、LOUT）、回波抵消器、扰码/解扰码器、二相差分编码/解码器、收发时序与控制电路以及时钟锁相环路等几部分电路。发送和接收接口又都包含一个数据/语音接口（DSTi/Di、DSTo/Do，简称DV口）和一个控制/数据接口（CDSTi/CDi、CDSTo/CDo，简称CD口），DV口用于传送语音编码或其它用户数据信息，CD口用于传送各种控制信息和低速数据。

MT9172有多种工作方式，可以通过方式选择端MS0~MS2进行设定。"MODEM"和"数字网络"（以下简称"DN"）是两种主要的工作方式。在DN方式下，线路输出ISDN的2B+D数据，此时，DV口和CD口是标准的ST-BUS；而在MODEM方式下，DV口和CD口是透明的串行数据流。另外，其工作方式还有主/从以及单/双口之分。主方芯片的时间基准信号和帧同步时钟由外部高稳定度的时钟源提供，而从方则直接从线路上提取。在一个数据传输链上，必须一端工作在主方式，而另一端工作在从方式。双口工作时，DV口和CD口都有效；而单口工作时，所有的信息都通过DV口传递，CD口无效。

下面分别介绍DN和MODEM方式下的工作原理，以及DV口和CD口的功能。

1DN方式

在DN方式下，MT9172从DV口和CD 口以 2048Mbit/s的速率接受ST-BUS数据流（包括承载信道B1和B2、控制信道C以及低速数据信道的信息），并以串行方式发往线路。发往线路的信息包括B信道数据、D信道的D0位（80Kbit/s时）或D0与D1位（160Kbit/s时）以及C信道的一位辅助位（HK）和同步位（SYNC），同步位以1、0交替的方式区分不同的帧，用于远端提取帧定位信息。为了避免伪同步的发生，首先通过一个预扰码器，将数据按照一个与同步位相关的预定多项式扰乱。而且，采用一个主方和从方算法不同的扰码器，使该算法满足接收的近端和远端数据流之间有正交关系，从而保证回波抵消器正确行使功能，以提高全双工数据传输的质量。扰码后的NRZ数据分别经过差分编码和二相编码，由带通滤波器滤波后，从LOUT端子发往线路。二相差分编码信号的离散性和衰耗很小，可以缩短线路的响应时间，减小符号间的串扰，并且有助于接收端的时钟提取。

LIN端的接收信号是多个信号的叠加，既包括收自远端的有用信号，也包括发送信号、各种反射信号和近端信号的延迟等不希望有的信号。接收信号首先通过一个由求和放大器和低通滤波器组成的前置抵消器，对近端信号部分消除（这一功能也可以通过将"Precan"脚置高电平而禁用）。经过前置抵消的接收信号与来自回波抵消器的回波估算值相减，两者的差值分成两路输出：一路作为误差信号输入到回波抵消器，在回波抵消器内部，根据误差信号的符号，回波估算值相应地增加或减小，而新的估算值又存储回RAM中；另一路经过比较器整形后送到二相接收器进行译码，然后送到解扰器和解预扰器，按照原来的变换多项式进行反变换，得到原始的数据并从中提取同步位，由接收接口进行信道分离，按照不同信道的时序将相应数据输出到合适的端口上。

2方式

在方式下，必须用双口工作，D信道和两个B信道都不再存在，线路口仍为80Kbit/s或160Kbit/s，但没有了同步位开销，只有透明数据传输。DV口可以传输所有数据，而CD口只能运载C信道数据，发送和接收数据分别与TCK和 RCK时钟同步，CLD信号变低时，表明CD口的数据有效。它只用于装载或锁定C信道的输入和输出，而与DV口的数据无关。

3DV口和CD口的工作时序

在DN方式下，DV口以2048Mbit/s的ST-BUS帧结构工作，每帧32个时隙，每时隙8位（高位在前）。如果是双口方式，B1、B2信道由DV口传输，而C、D信道通过CD口传输。当以80Kbit/s工作时，只采用DV口32个可用时隙中的时隙0来传输B1信道；160Kbit/s 时，除了占用时隙0外，还占用时隙16，分别承载B1和B2信道。

CD口包含C信道和D信道，C信道用于芯片和系统间传递控制信息与状态信息；D信道用于在线路和系统间收发信令和低速数据，D信道只在DN方式下有效，其速率可选（8、16或64Kbit/s），由控制寄存器的"DINB"位控制。CD口的数据时序关系。

而单口工作时，B1、B2、C和D信道都通过DV口传输，CD口禁用。D信道一般在时隙0传 输，C、B1和B2信道分别占用时隙1、时隙2和时隙3。速率为80Kbit/s时，则B2不存在。

发往线路的数据帧结构图，在速率为80Kbit/s时，自然没有B2信道，也不传递"HK"和"D1"位。

用实现的数据MODEM

利用MT9172芯片设计数据调制解调器，必须正确设定工作方式。图7是一个实用的基带数据调制解调器硬件连接框图。该MODEM工作在双口方式，方式控制端MS2通过开关K与地或+5V连接。当MS2接地时，MT9172工作在主方式；MS2接+5V时，MT9172工作在从方式。主方式工作时， 1024MHz时钟应由外部的数字锁相环路提供高稳定度的时钟，而从方式时，可在OSC1、OSC2端直接连接1024MHz晶体。

工作时，需要对MT9172进行初始化 *** 作。由单片机通过MT9172的CD口往控制寄存器写入"00000000"或"00010000"即可。当控制字为全零时，选择数据传输速率为80Kbit/s（其中，64Kbit/s用于传输数据终端设备DTE的数据），预扰码/解扰器被屏蔽；当控制字为"00010000"时，数据传输速率为160Kbit/s （其中，128Kbit/s用于传输DTE数据）。

wcdma的核心网中负责语音的是用户终端设备UE。

WCDMA是目前全球三种主要的第三代移动通信体制之一，是未来移动通信的发展趋势。WCDMA系统是IMT-2000家族的一员，它由CN（核心网）、UTRAN（UMTS陆地无线接入网）和UE（用户装置）组成。UTRAN 和UE采用WCDMA无线接入技术。

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