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ADSL分离复用器的设计与应用研究_a

发布时间:2020-01-16 11:07:53

1 引言

随着Internet爆炸式地发展,在Internet上所进行的商业应用和多媒体服务等也都得到了迅猛的推广。当然,要享受Internet上的各种服务,用户还必须以某种方式接入网络,其中采用光纤到户(FTTH)的方式来实现用户接入网的数字化和宽带化,是用户接入Internet必然发展的方向。但是由于光纤用户网络的成本过高,目前大多数用户仍将继续使用现有的铜线环路来接入Internet,于是便提出了一些过渡性的接入网技术,如N-ISDN、Cable Modem、不对称数字用户环路(ADSL:Asymmetric Digital Subscriber Line)等等,特别是ADSL是最具发展前途和竞争力的一种,在未来几年甚至十几年内将占有主导地位。目前PC业界领袖MIC,Microsoft、Intel、Compaq?雪以及世界范围内各大网络公司,如3COM、CISCO、Siemens、Alcatel、Paradyne等都相继推出了ADSL产品,许多电信公司、ISP也都推出了各自的ADSL服务,在北美、新加坡、日本、台湾、韩国等国家和地区率先投入了营业。我国的中国网通和中国电信也在北京、上海、广东、福建等地进行了相关网络的测试和大规模的试用。但由于目前在电话小交换机分机上尚无接入ADSL的方法,且ADSL也存在着选线率低的问题,因此ADSL在大规模推广方面还会受到一定的阻碍,特别是有些电信运营商使用了光纤远端模块或无线直放站,使这些地区的电话用户无法接入ADSL,成了ADSL的盲区。

为此,笔者设计了ADSL分离复用器,解决了酒店、宾馆或写字楼中的虚拟小交换机用户采用ADSL的方式宽带上网的问题。

2 ADSL的工作原理

在介绍ADSL分离复用器的设计之前,先来介绍一下ADSL的工作原理。

当在电话线端放置ADSL Modem的时候,在电话线上便产生了三个信息通道:

(1)速率为 1.5 Mbit/s~9 Mbit/s的高速下行通道,用于用户下载信息;

(2)速率为 16 kbit/s~1 Mbit/s的中速双工通道,用于用户传输上行信息;

(3)传统的电话服务通道,用于普通电话服务。

ADSL的频谱分割如图1所示。

这三个通道可以同时工作?熏传输距离达3 km~5 km (具体通信速率依环路的质量和长度而定)。

ADSL采用高级数字信号处理技术和新的算法压缩数据,使大量的信息能在网络上高速传输。特别是在现有较长的铜制双绞线?穴普通电话线?雪上传输数据或在恶劣的环境下信号衰减十分严重的情况下,ADSL依靠它较大的动态范围和分离的通道能够保持低噪声干扰的传输,为人们提供了一个奇迹般的应用技术。

为了在电话线上有效地分隔带宽,产生多路信号,ADSL的调制解调器一般采用频分多路复用(FDM)或回波消除(Echo Cancellation)两种技术来实现。其中FDM技术是在现有带宽中分配一段频带作为数据下行通道和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)分出多个高速信道和低速信道,上行通道也由多路低速信道所组成。而回波消除技术则使上行频带与下行频带相叠加,再通过本地回波抵消器将两频带区分开来。此项技术来源于 V.32和 V.34调制解调技术,可以充分利用有限的带宽,但其性能价格比比较高,所付出的代价比较大。目前,使用最多的还是FDM技术。

3 ADSL分离复用器的设计

3.1 ADSL分离复用器的工作原理

ADSL可以将数据和语音相分离,因此可以利用ADSL中数据和语音使用频率的不同而采用Chebyshev II五级以上滤波原理,将数据和语音信号相分离,然后跨过小交换机或跳开不良影响的线路将数据和语音信号混合在一起。这里的关键在于:需在很窄的带宽内将数据和语音完全分离,其隔离度达到70 dB以上,而信号衰减却不能大于0.5 dB。

3.2 ADSL分离复用器的结构设计

根据产品的一致性和便于组合使用,可以采用标准封装模块的形式设计分离复用器,使其体积缩小,易于维护和使用。模块的插脚规定如图2所示。模块及模块的组件如图3、图4所示。

3.3 ADSL分离复用器的应用原理

ADSL分离复用器按上述设计的结构组装和制作,应用原理如图5所示。在应用时模块的组件可以对称应用,即对称组合,如图6所示。也可以非对称应用,特别是为了降低成本,可以按照图7的模式对组件进行简化,以减小分离复用器的体积。

3.4 ADSL分离复用器的测试结果

在分离复用器的应用中,为了验证其效果,对相关的指标进行了测试,测试的结果如下:

(1)高通滤波器的测试结果

对高通滤波器的测试结果如图8所示。

下截止频率为20 kHz,在4 kHz处的衰减为-75 dB,完全满足设计要求。

(2)低通滤波器的测试结果

对低通滤波器的测试结果如图9所示。

上截止频率为4 kHz,在20 kHz处的衰减为-70 dB,也完全满足设计要求。

3.5 ADSL分离复用器外观设计

ADSL分离复用器的外观设计以宾馆使用的70线的分离复用器为例,如图10所示。

(1)ADSL分离复用器的前面板设计

ADSL分离复用器的前面板如图11所示。

ADSL分离器前面板由14条等宽面板块组成,上下用两个螺钉固定在机箱上,拆卸方便。每条等宽面板分别对应覆盖在ADSL分离复用模块集成板上,并有5个标准的USB接口,整个机箱共集成70个USB接口,与接口2和接口7相兼容(见图10),并分别对应外线分离出的ADSL高频信号及ADSL各复用分机。

(2)ADSL分离复用器后面板设计

ADSL分离复用器设计的后面板如图12所示。共有14个标准25针接口,分列上下两排,上下各7个,上排兼容ADSL分离复用器应用原理图中的接口1和接口8,并与外线ADSL、电话混合信号及去各客房的线路相对应。下排兼容ADSL分离复用器的接口3和接口6,并与分离出的电话信号和来自程控交换机的分机电话线路相对应。上、下接口为一对,对应机箱中与之相连接的两块ADSL分离复用集成板,以及前面板上的十个USB接口,用以完成对10条外线信号分离整形或10个分机线路信号的整形和复用。

4 ADSL分离复用器的实际应用

4.1 ADSL分离复用器在有小交换机的办公室应用

当办公室有很多部小交换机分机,而只有少数人需要宽带接入时,要直接采用ADSL是无法将分机接入的,但要使用ADSL分离复用器,就很好地解决了这个问题,如图13所示。

4.2 ADSL分离复用器在宾馆、酒店的应用

由于宾馆和酒店的旅客是流动的,而且只有少数人需要宽带上网。在这种情况下如果采用综合布线的方法将每个房间都布上宽带线,就需要有较大的投资,而且在施工期间还会影响酒店的营业,是得不偿失的。同时,酒店也不能在宽带网上获取足够的盈利。而使用ADSL分离复用器就能很好地解决少数旅客宽带上网的问题。在安装ADSL分离复用器的过程中,酒店不仅不会影响的正常营业,而且所需的投资极小,所用的时间极短,酒店还能获得足够的利润。特别是酒店可以根据实际运营的情况和实际的需求,采取渐进式的投资方案,例如:

(1)方案一

当酒店从未安装过宽带系统,且对宽带接入所带来的收益存有疑惑时,可以采取如图14所示的方案。将ADSL外线(线路5)接至宾馆机房ADSL分离复用器的接口1,由ADSL波段复用器将ADSL高频信号严格地与话音低频信号分隔开来,分离到接口2,然后通过线路3绕过电话程控交换机,经接口7进行高频波段整形,之后复用到各个所需的分机接口8,再传送到各分机的线路(线路4)上。这样宾馆的每个房间就可以在不增加任何线路的情况下,直接通过房间分机电话线连接ADSL Modem进行上网,享受ADSL宽带通信。在上网的同时,电话信号则由外线(线路5)接入ADSL分离复用器接口1进行分离,之后通过接口3及连线1输送到电话交换机交换处理,再通过线路2及接口6进入ADSL分离复用器与ADSL高频信号一起复用,并通过接口8传送到各分机线路(线路4)。这样各客房分机电话也不会受ADSL宽带信号的影响。

(2)方案二

酒店实施方案一后,随着旅客的不断增加会有更多的人要求上网。这时可以采用方案二来进行扩容,如图15所示。这种方案可以降低用户的月租费。当然在增容时,酒店也可以继续采用方案一,即在不增加额外投资,只向电信运营商加报增装ADSL外线的方式,来增加ADSL的线数。

采用方案二时用户的带宽可达到10 Mbit/s,出口带宽也可达到10 Mbit/s,因而完全能满足用户视频通信的需要。

在使用方案二时,酒店需要增加一台捆绑DSL信号的设备及一台低线数的VDSLAM,如酒店共报装5条ADSL 2 Mbit/s的线路,那么用户接入的速率即可达到10 Mbit/s。因此这种方案适合线路距离较长的酒店,如园林式的酒店等等,客房到接入设备的距离可以达到1 km。

(3)方案三

当酒店决定使用光纤宽带接入或使用电信运营商的虚拟小交换机时,可以采取方案三的方式来解决宽带入网的问题,如图16所示。

光纤接入宾馆机房后,通过DSLAM转化成ADSL信号并经ADSL波段复用器合波,这时ADSL波段复用器起品质优秀的合波复用器的作用,将高频波段整形,之后复用到电话线路之中传输到各酒店房间,因而在很大程度上降低了DSLAM安装的端口数,节约了成本。

这种方案用户使用的带宽可以达到10 Mbit/s,出口带宽也可以达到10 Mbit/s,也能完全满足用户宽带视频传输的需要。

4.3 对有ADSL/VDSL线路交换需求的应用

电信运营公司在安装ADSL时,有时会遇到选线的问题,即在某些线路上能开通ADSL,而在某些线路上不能开通ADSL。在能开通ADSL的线路上也并非所有的用户都在使用ADSL,因此在靠近用户端的线路处将ADSL线路进行交换,在某些时候还是非常重要的。如图17所示。

5 ADSL分离复用器的优越性

ADSL分离复用器具有以下优越性:

(1)实施方案一及方案二后,分离复用器有效地降低了宽带接入的门槛,使使用电话小交换机分机的单位、办公室或宾馆改变了只能通过综合布线或甩掉电话交换机改为直拨电话的方式经ADSL宽带上网,其既不需要用户提供高额的转换成本,如布线、电话设备的添置,新电话线的报装等,也避免了由于综合布线或电话线路的改造而投入大量的人力、物力和时间,带来的直接或间接的损失。比如:宾馆如果做综合布线,可能至少需要部分客房停业1~2个月,而且综合布线会导致内装修的破坏等等。所以在分离复用器面世之前,ADSL在这些电话分机单位一直得不到推广,而分离复用器面世后完全解决了通信运营商和电话分机用户在这个问题上的不便,只需在电话交换机的一侧安放分离复用器,一两个小时就能完成线路改造和电话分机用户ADSL的宽带接入,且不会影响电话分机的使用。

(2)从应用方案三可以看出,分离复用器直接给通信运营商带来了商机,提高了运营商的盈利能力?熏特别是最大限度地节省了宽带IP接入网的建设费用,使ADSL/VDSL的线路得到最大、最灵活的利用。在应用方案三时,如果用户线不符合选线标准,ADSL信号还可以调到任何符合传输ADSL信号要求的线路上传输。即由分离复用器在接近用户的一端将ADSL信号从传输ADSL信号的线路上分离出来,然后再有效地将ADSL信号复用到调整后的用户线上,进而完成了ADSL信号新的接入。

(3)ADSL分离复用器同样适用于VDSL以及其他DSL技术,给技术的平滑过渡带来了便利。

目前此项研究已获得了国家实用新型专利,为ADSL在更大范围的应用提供了可能。

摘自《天津通信技术》

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