ADSL分離復(fù)用器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

ADSL分離復(fù)用器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

１ 引言

隨著Ｉｎｔｅｒｎｅｔ爆炸式地發(fā)展，在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上所進(jìn)行的商業(yè)應(yīng)用和多媒體服務(wù)等也都得到了迅猛的推廣。當(dāng)然，要享受Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上的各種服務(wù)，用戶還必須以某種方式接入網(wǎng)絡(luò)，其中采用光纖到戶（ＦＴＴＨ）的方式來實(shí)現(xiàn)用戶接入網(wǎng)的數(shù)字化和寬帶化，是用戶接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ必然發(fā)展的方向。但是由于光纖用戶網(wǎng)絡(luò)的成本過高，目前大多數(shù)用戶仍將繼續(xù)使用現(xiàn)有的銅線環(huán)路來接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ，于是便提出了一些過渡性的接入網(wǎng)技術(shù)，如Ｎ－ＩＳＤＮ、Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ、不對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路（ＡＤＳＬ：Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）等等，特別是ＡＤＳＬ是最具發(fā)展前途和競(jìng)爭(zhēng)力的一種,在未來幾年甚至十幾年內(nèi)將占有主導(dǎo)地位。目前ＰＣ業(yè)界領(lǐng)袖ＭＩＣ,Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ、Ｉｎｔｅｌ、Ｃｏｍｐａｑ?雪以及世界范圍內(nèi)各大網(wǎng)絡(luò)公司，如３ＣＯＭ、ＣＩＳＣＯ、Ｓｉｅｍｅｎｓ、Ａｌｃａｔｅｌ、Ｐａｒａｄｙｎｅ等都相繼推出了ＡＤＳＬ產(chǎn)品，許多電信公司、ＩＳＰ也都推出了各自的ＡＤＳＬ服務(wù)，在北美、新加坡、日本、***、韓國等國家和地區(qū)率先投入了營業(yè)。我國的中國網(wǎng)通和中國電信也在北京、上海、廣東、福建等地進(jìn)行了相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試和大規(guī)模的試用。但由于目前在電話小交換機(jī)分機(jī)上尚無接入ＡＤＳＬ的方法，且ＡＤＳＬ也存在著選線率低的問題，因此ＡＤＳＬ在大規(guī)模推廣方面還會(huì)受到一定的阻礙，特別是有些電信運(yùn)營商使用了光纖遠(yuǎn)端模塊或無線直放站，使這些地區(qū)的電話用戶無法接入ＡＤＳＬ，成了ＡＤＳＬ的盲區(qū)。

為此，筆者設(shè)計(jì)了ＡＤＳＬ分離復(fù)用器，解決了酒店、賓館或?qū)懽謽侵械奶摂M小交換機(jī)用戶采用ＡＤＳＬ的方式寬帶上網(wǎng)的問題。

２ ＡＤＳＬ的工作原理

在介紹ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的設(shè)計(jì)之前，先來介紹一下ＡＤＳＬ的工作原理。

當(dāng)在電話線端放置ＡＤＳＬ Ｍｏｄｅｍ的時(shí)候，在電話線上便產(chǎn)生了三個(gè)信息通道：

（１）速率為 １．５ Ｍｂｉｔ／ｓ～９ Ｍｂｉｔ／ｓ的高速下行通道，用于用戶下載信息；

（２）速率為 １６ ｋｂｉｔ／ｓ～１ Ｍｂｉｔ／ｓ的中速雙工通道，用于用戶傳輸上行信息；

（３）傳統(tǒng)的電話服務(wù)通道，用于普通電話服務(wù)。

ＡＤＳＬ的頻譜分割如圖１所示。

　　這三個(gè)通道可以同時(shí)工作?熏傳輸距離達(dá)３ ｋｍ～５ ｋｍ (具體通信速率依環(huán)路的質(zhì)量和長度而定)。

ＡＤＳＬ采用高級(jí)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和新的算法壓縮數(shù)據(jù)，使大量的信息能在網(wǎng)絡(luò)上高速傳輸。特別是在現(xiàn)有較長的銅制雙絞線?穴普通電話線?雪上傳輸數(shù)據(jù)或在惡劣的環(huán)境下信號(hào)衰減十分嚴(yán)重的情況下，ＡＤＳＬ依靠它較大的動(dòng)態(tài)范圍和分離的通道能夠保持低噪聲干擾的傳輸，為人們提供了一個(gè)奇跡般的應(yīng)用技術(shù)。

為了在電話線上有效地分隔帶寬，產(chǎn)生多路信號(hào)，ＡＤＳＬ的調(diào)制解調(diào)器一般采用頻分多路復(fù)用(ＦＤＭ)或回波消除(Ｅｃｈｏ Ｃａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎ)兩種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。其中ＦＤＭ技術(shù)是在現(xiàn)有帶寬中分配一段頻帶作為數(shù)據(jù)下行通道和另一段頻帶作為數(shù)據(jù)上行通道。下行通道通過時(shí)分多路復(fù)用 (ＴＤＭ)分出多個(gè)高速信道和低速信道，上行通道也由多路低速信道所組成。而回波消除技術(shù)則使上行頻帶與下行頻帶相疊加，再通過本地回波抵消器將兩頻帶區(qū)分開來。此項(xiàng)技術(shù)來源于 Ｖ．３２和 Ｖ．３４調(diào)制解調(diào)技術(shù)，可以充分利用有限的帶寬，但其性能價(jià)格比比較高，所付出的代價(jià)比較大。目前，使用最多的還是ＦＤＭ技術(shù)。

３ ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的設(shè)計(jì)

３．１ ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的工作原理

ＡＤＳＬ可以將數(shù)據(jù)和語音相分離，因此可以利用ＡＤＳＬ中數(shù)據(jù)和語音使用頻率的不同而采用Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ ＩＩ五級(jí)以上濾波原理，將數(shù)據(jù)和語音信號(hào)相分離，然后跨過小交換機(jī)或跳開不良影響的線路將數(shù)據(jù)和語音信號(hào)混合在一起。這里的關(guān)鍵在于：需在很窄的帶寬內(nèi)將數(shù)據(jù)和語音完全分離，其隔離度達(dá)到７０ ｄＢ以上，而信號(hào)衰減卻不能大于０．５ ｄＢ。

３．２ ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)產(chǎn)品的一致性和便于組合使用，可以采用標(biāo)準(zhǔn)封裝模塊的形式設(shè)計(jì)分離復(fù)用器，使其體積縮小，易于維護(hù)和使用。模塊的插腳規(guī)定如圖２所示。模塊及模塊的組件如圖３、圖４所示。

　?。常?ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的應(yīng)用原理

ＡＤＳＬ分離復(fù)用器按上述設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)組裝和制作，應(yīng)用原理如圖５所示。在應(yīng)用時(shí)模塊的組件可以對(duì)稱應(yīng)用，即對(duì)稱組合，如圖６所示。也可以非對(duì)稱應(yīng)用，特別是為了降低成本，可以按照?qǐng)D７的模式對(duì)組件進(jìn)行簡(jiǎn)化，以減小分離復(fù)用器的體積。

３．４ ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的測(cè)試結(jié)果

在分離復(fù)用器的應(yīng)用中，為了驗(yàn)證其效果，對(duì)相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果如下：

（１）高通濾波器的測(cè)試結(jié)果

對(duì)高通濾波器的測(cè)試結(jié)果如圖８所示。

　　下截止頻率為２０ ｋＨｚ，在４ ｋＨｚ處的衰減為－７５ ｄＢ，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

（２）低通濾波器的測(cè)試結(jié)果

對(duì)低通濾波器的測(cè)試結(jié)果如圖９所示。

　　上截止頻率為４ ｋＨｚ，在２０ ｋＨｚ處的衰減為－７０ ｄＢ，也完全滿足設(shè)計(jì)要求。

３．５ ＡＤＳＬ分離復(fù)用器外觀設(shè)計(jì)

ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的外觀設(shè)計(jì)以賓館使用的７０線的分離復(fù)用器為例，如圖１０所示。

（１）ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的前面板設(shè)計(jì)

ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的前面板如圖１１所示。

ＡＤＳＬ分離器前面板由１４條等寬面板塊組成，上下用兩個(gè)螺釘固定在機(jī)箱上，拆卸方便。每條等寬面板分別對(duì)應(yīng)覆蓋在ＡＤＳＬ分離復(fù)用模塊集成板上，并有５個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的ＵＳＢ接口,整個(gè)機(jī)箱共集成７０個(gè)ＵＳＢ接口，與接口２和接口７相兼容（見圖１０），并分別對(duì)應(yīng)外線分離出的ＡＤＳＬ高頻信號(hào)及ＡＤＳＬ各復(fù)用分機(jī)。

（２）ＡＤＳＬ分離復(fù)用器后面板設(shè)計(jì)

ＡＤＳＬ分離復(fù)用器設(shè)計(jì)的后面板如圖１２所示。共有１４個(gè)標(biāo)準(zhǔn)２５針接口，分列上下兩排，上下各７個(gè)，上排兼容ＡＤＳＬ分離復(fù)用器應(yīng)用原理圖中的接口１和接口８，并與外線ＡＤＳＬ、電話混合信號(hào)及去各客房的線路相對(duì)應(yīng)。下排兼容ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的接口３和接口６，并與分離出的電話信號(hào)和來自程控交換機(jī)的分機(jī)電話線路相對(duì)應(yīng)。上、下接口為一對(duì)，對(duì)應(yīng)機(jī)箱中與之相連接的兩塊ＡＤＳＬ分離復(fù)用集成板，以及前面板上的十個(gè)ＵＳＢ接口，用以完成對(duì)１０條外線信號(hào)分離整形或１０個(gè)分機(jī)線路信號(hào)的整形和復(fù)用。

４ ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的實(shí)際應(yīng)用

４．１ ＡＤＳＬ分離復(fù)用器在有小交換機(jī)的辦公室應(yīng)用

當(dāng)辦公室有很多部小交換機(jī)分機(jī)，而只有少數(shù)人需要寬帶接入時(shí)，要直接采用ＡＤＳＬ是無法將分機(jī)接入的，但要使用ＡＤＳＬ分離復(fù)用器，就很好地解決了這個(gè)問題，如圖１３所示。

　?。矗?ＡＤＳＬ分離復(fù)用器在賓館、酒店的應(yīng)用

由于賓館和酒店的旅客是流動(dòng)的，而且只有少數(shù)人需要寬帶上網(wǎng)。在這種情況下如果采用綜合布線的方法將每個(gè)房間都布上寬帶線，就需要有較大的投資，而且在施工期間還會(huì)影響酒店的營業(yè)，是得不償失的。同時(shí)，酒店也不能在寬帶網(wǎng)上獲取足夠的盈利。而使用ＡＤＳＬ分離復(fù)用器就能很好地解決少數(shù)旅客寬帶上網(wǎng)的問題。在安裝ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的過程中，酒店不僅不會(huì)影響的正常營業(yè)，而且所需的投資極小，所用的時(shí)間極短，酒店還能獲得足夠的利潤。特別是酒店可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)營的情況和實(shí)際的需求，采取漸進(jìn)式的投資方案，例如：

（１）方案一

當(dāng)酒店從未安裝過寬帶系統(tǒng)，且對(duì)寬帶接入所帶來的收益存有疑惑時(shí)，可以采取如圖１４所示的方案。將ＡＤＳＬ外線（線路５）接至賓館機(jī)房ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的接口１，由ＡＤＳＬ波段復(fù)用器將ＡＤＳＬ高頻信號(hào)嚴(yán)格地與話音低頻信號(hào)分隔開來，分離到接口２，然后通過線路３繞過電話程控交換機(jī)，經(jīng)接口７進(jìn)行高頻波段整形，之后復(fù)用到各個(gè)所需的分機(jī)接口８，再傳送到各分機(jī)的線路（線路４）上。這樣賓館的每個(gè)房間就可以在不增加任何線路的情況下，直接通過房間分機(jī)電話線連接ＡＤＳＬ Ｍｏｄｅｍ進(jìn)行上網(wǎng)，享受ＡＤＳＬ寬帶通信。在上網(wǎng)的同時(shí)，電話信號(hào)則由外線（線路５）接入ＡＤＳＬ分離復(fù)用器接口１進(jìn)行分離，之后通過接口３及連線１輸送到電話交換機(jī)交換處理，再通過線路２及接口６進(jìn)入ＡＤＳＬ分離復(fù)用器與ＡＤＳＬ高頻信號(hào)一起復(fù)用，并通過接口８?jìng)魉偷礁鞣謾C(jī)線路（線路４）。這樣各客房分機(jī)電話也不會(huì)受ＡＤＳＬ寬帶信號(hào)的影響。

（２）方案二

酒店實(shí)施方案一后，隨著旅客的不斷增加會(huì)有更多的人要求上網(wǎng)。這時(shí)可以采用方案二來進(jìn)行擴(kuò)容，如圖１５所示。這種方案可以降低用戶的月租費(fèi)。當(dāng)然在增容時(shí)，酒店也可以繼續(xù)采用方案一，即在不增加額外投資，只向電信運(yùn)營商加報(bào)增裝ＡＤＳＬ外線的方式，來增加ＡＤＳＬ的線數(shù)。

采用方案二時(shí)用戶的帶寬可達(dá)到１０ Ｍｂｉｔ／ｓ，出口帶寬也可達(dá)到１０ Ｍｂｉｔ／ｓ，因而完全能滿足用戶視頻通信的需要。

在使用方案二時(shí)，酒店需要增加一臺(tái)捆綁ＤＳＬ信號(hào)的設(shè)備及一臺(tái)低線數(shù)的ＶＤＳＬＡＭ，如酒店共報(bào)裝５條ＡＤＳＬ ２ Ｍｂｉｔ／ｓ的線路，那么用戶接入的速率即可達(dá)到１０ Ｍｂｉｔ／ｓ。因此這種方案適合線路距離較長的酒店，如園林式的酒店等等，客房到接入設(shè)備的距離可以達(dá)到１ ｋｍ。

（３）方案三

當(dāng)酒店決定使用光纖寬帶接入或使用電信運(yùn)營商的虛擬小交換機(jī)時(shí)，可以采取方案三的方式來解決寬帶入網(wǎng)的問題，如圖１６所示。

　　光纖接入賓館機(jī)房后，通過ＤＳＬＡＭ轉(zhuǎn)化成ＡＤＳＬ信號(hào)并經(jīng)ＡＤＳＬ波段復(fù)用器合波，這時(shí)ＡＤＳＬ波段復(fù)用器起品質(zhì)優(yōu)秀的合波復(fù)用器的作用，將高頻波段整形，之后復(fù)用到電話線路之中傳輸?shù)礁骶频攴块g，因而在很大程度上降低了ＤＳＬＡＭ安裝的端口數(shù)，節(jié)約了成本。

這種方案用戶使用的帶寬可以達(dá)到１０ Ｍｂｉｔ／ｓ，出口帶寬也可以達(dá)到１０ Ｍｂｉｔ／ｓ，也能完全滿足用戶寬帶視頻傳輸?shù)男枰?

４．３ 對(duì)有ＡＤＳＬ／ＶＤＳＬ線路交換需求的應(yīng)用

電信運(yùn)營公司在安裝ＡＤＳＬ時(shí)，有時(shí)會(huì)遇到選線的問題，即在某些線路上能開通ＡＤＳＬ，而在某些線路上不能開通ＡＤＳＬ。在能開通ＡＤＳＬ的線路上也并非所有的用戶都在使用ＡＤＳＬ，因此在靠近用戶端的線路處將ＡＤＳＬ線路進(jìn)行交換，在某些時(shí)候還是非常重要的。如圖１７所示。

　?。?ＡＤＳＬ分離復(fù)用器的優(yōu)越性

ＡＤＳＬ分離復(fù)用器具有以下優(yōu)越性：

（１）實(shí)施方案一及方案二后，分離復(fù)用器有效地降低了寬帶接入的門檻，使使用電話小交換機(jī)分機(jī)的單位、辦公室或賓館改變了只能通過綜合布線或甩掉電話交換機(jī)改為直撥電話的方式經(jīng)ＡＤＳＬ寬帶上網(wǎng)，其既不需要用戶提供高額的轉(zhuǎn)換成本，如布線、電話設(shè)備的添置，新電話線的報(bào)裝等，也避免了由于綜合布線或電話線路的改造而投入大量的人力、物力和時(shí)間，帶來的直接或間接的損失。比如：賓館如果做綜合布線，可能至少需要部分客房停業(yè)１～２個(gè)月，而且綜合布線會(huì)導(dǎo)致內(nèi)裝修的破壞等等。所以在分離復(fù)用器面世之前，ＡＤＳＬ在這些電話分機(jī)單位一直得不到推廣，而分離復(fù)用器面世后完全解決了通信運(yùn)營商和電話分機(jī)用戶在這個(gè)問題上的不便，只需在電話交換機(jī)的一側(cè)安放分離復(fù)用器，一兩個(gè)小時(shí)就能完成線路改造和電話分機(jī)用戶ＡＤＳＬ的寬帶接入，且不會(huì)影響電話分機(jī)的使用。

（２）從應(yīng)用方案三可以看出，分離復(fù)用器直接給通信運(yùn)營商帶來了商機(jī)，提高了運(yùn)營商的盈利能力?熏特別是最大限度地節(jié)省了寬帶ＩＰ接入網(wǎng)的建設(shè)費(fèi)用，使ＡＤＳＬ／ＶＤＳＬ的線路得到最大、最靈活的利用。在應(yīng)用方案三時(shí)，如果用戶線不符合選線標(biāo)準(zhǔn)，ＡＤＳＬ信號(hào)還可以調(diào)到任何符合傳輸ＡＤＳＬ信號(hào)要求的線路上傳輸。即由分離復(fù)用器在接近用戶的一端將ＡＤＳＬ信號(hào)從傳輸ＡＤＳＬ信號(hào)的線路上分離出來，然后再有效地將ＡＤＳＬ信號(hào)復(fù)用到調(diào)整后的用戶線上，進(jìn)而完成了ＡＤＳＬ信號(hào)新的接入。

（３）ＡＤＳＬ分離復(fù)用器同樣適用于ＶＤＳＬ以及其他ＤＳＬ技術(shù)，給技術(shù)的平滑過渡帶來了便利。

目前此項(xiàng)研究已獲得了國家實(shí)用新型專利，為ＡＤＳＬ在更大范圍的應(yīng)用提供了可能。