原创数字电视宽带接入技术（下）

 2007-11-28 17:25  2619 3 3 分类: 消费电子

4 数字电视光纤接入技术

光纤接入网是指传输媒质为光纤的接入网，从技术上可分为有源光网络(AON，ActiveOptical Network)和无源光网络(PON，Passive Optical Network)两大类。

(1)无源光网络(PON)

无源光网络是指在0LT(光线路终端)和ONU(光网络单元)之间是光分配网络(ODN)，没有任何有源电子设备，其结构如图9-33所示。由图9-33可
见，无源光网络中间的分路节点采用无源分光器，可以采用单纤单窗口、单纤双窗口或双纤单窗口等技术来实现信号传输，其中单纤单窗口技术是收发用同一根光
纤，需要采用时间压缩复用；单纤双窗口技术是采用波分复用技术来实现同一根光纤上传送收发信号；而双纤单窗口技术则是用不同光纤来传送收发信号。通常，从
局端OLT往ONU传送下行信号采用TDM技术，从ONU往局端OLT传送上行信号采用TDMA技术。由于不同ONU到局端的距离不等，上行信号到达局端设备OLT的时延也不相同，为避免不同的ONU上行信号在PON总线上产生重叠、互相干扰，并且保护收发通路能够同步，因此承载不同ONU信号的时隙之间要有一定间隔。

(2)有源光网络(AON)

有源光网络指在OLT和ONU之间是光远程终端(ODT)，存在有源设备或网络系统，主要包括基于ATM、SDH、PDH、LAN的有源光接入网，其结构如图9-34所示。有源光网络比无源光网络简单、容易实现，其传输距离和容量均大于无源光网络，且易于扩展带宽，其缺点是有源设备需要机房、供电和维护。有源光网络局端到远端的连接可以是点对点的从OLT到有源光远程终端，也可以通过网络系统(例如SDH环网)连接到有源节点，分别形成光纤到远端单元(FTTR，Fiber To The Remote Unit)和有源双星结构(ADS-FTTC)。0LT置于中心局主机数字终端中，局端的光线路终端(OLT)有若干个光用户单元(OSU)，每个OSU带的ONU数量要根据ONU的总带宽来确定。

宽带有源光网络是在SDH环状网络结构上传输删信元，因而具有环状网络结构的自愈功能，同时在传输环上还可以对不同用户的业务进行合并，再连接到ATM交换机上，因而占用很少的ATM交换机端口，能够以较少的交换机端口数目支持大量用户。此外，ATM信元在SDH环网中传输，其带宽由环网上的所有节点单元共享，其中部分信元可以预留给某些对实时性要求高的业务，其他信元可根据环网上各节点业务量的动态变化以及各用户的业务类别，动态地分配到各节点和各用户，因此既能够很好地适应QoS要求高的业务，也能够很好地适应突发业务的传输。

此外，根据光纤深入用户群的程度，可将光纤接入网分为FTTC(光纤到路边)、FTTZ(光纤到小区)、FTTB(光纤到大楼)、FTTO(光纤到办公室)和FITH(光纤到户)。

(1)光纤到路边(FTTC)

FITC用光纤代替主干铜缆和部分配线铜缆，将ONU设置在路边，然后通过双绞线或同轴电缆连接用户，比较适合于居住密度较高的住宅区，这种结构是光缆与铜缆的混合系统，但由于成本低于FTTH，因此是一种比较现实的提供宽带业务的实施方案。

(2)光纤到大楼(FTTB)

FTTB的光纤化程度比FTTC更进一步，是将ONU置于大楼内，再经双绞线或同轴电缆连接用户，特别适合于为一些智能化办公大楼提供高速数据、电子商务和视频会议等业务。此外，将FTTB与综合布线系统相结合，可以较好地提供宽带多媒体交互式业务。

(3)光纤到户(FTTH)

在FTTC中，如果将设置在路边的ONU换成无源光分路器，并移到用户家中，即成为FTTH，它是一种全光网络结构，用户与业务节点实现全光纤传输，因此对带宽、波长、传输制式、传输技术以及运行维护都没有限制，比较适合于各种交互式宽带业务，但由于全光网络成本很高，其发展受到一定限制。

(4)光纤到办公室(FTTO)

在FTTC中，如果将ONU放在大型企事业单位用户终端设备处，并能提供一定范围的灵活业务，则构成vitro结构，它也是一种纯光纤连接网络，主要用于大型企事业用户，由于业务量需求大，因而在结构上适于采用点到点或环形结构。FTTO与FTTH具有共同特点：即整个接入网是全透明光网络，对传输制式、带宽、波长和传输技术没有任何限制，适于引入新业务，是一种最理想的业务透明网络，因而是接入网技术发展的长远目标。

5 数字电视DSL接入技术

数字用户线(DSL，Digital Subscriber Line)技术是基于电话双绞线宽带接入的最基本技术，基本的DSL技术是在普通电话用户双绞线上进行160 kb／s的全双工通讯，其中包括144 kb／s(2B+D)的用户信息以及16 kb／s的传输开销，其基本结构如图9-35所示。由图9-35可见，它由交换局侧的线路端单元LT、用户侧的网络端单元NT以及传输铜线组成。

随着可视电话、会议电视、视频点播等各种宽带业务的发展，基本的DSL技术已经不能适应宽带业务对信息传输速率和传输距离的需要，因此在基本DSL技术的基础之上提出了许多改进技术，主要包括：高比特率数字用户线技术(HDSL)、非对称数字用户线技术(ADSL)、对称数字用户线技术(SDSL)、甚高速率数字用户线技术(VDSL)、速率自适应数字用户线技术(RADSL)等，其中最为重要和实用的是HDSL和ADSL技术。

1．高比特率数字用户线技术(HDSL，High bit-rate Digital Subscriber Line)

HDSL使用两对双绞线提供2048 kb／s的E1业务，每对双绞线上为1168 kb／s传输速率的全双工信号，其中1024 kb／s为E1有效负荷，传输距离达3～5 km，HDSL收发器结构如图9-36所示。由图9-36可见，一个完整的HDSL系统由自适应回波消除器、自适应均衡器、线路编解码器、收发低通滤波、混合线圈、A／D、D／A、
时钟等部分组成。其中回波消除器用于消除经混合线圈泄漏到接收路径的发送信号，消除拖尾影响及直流漂移，以分开两个方向上的传输信号，实现全双工通信；白
适应均衡器用来校正线路因桥接或线径变化引起的阻抗不匹配和环路低通响应引起的脉冲散播互相耦合等产生的信号损伤，它通常由一个前馈均衡器和一个判决反馈
均衡器组成，均衡器参数可自适应地根据输入信号特性加以调整，以保证输出信号质量。

2．非对称数字用户线技术(ADSL，Asymmetrical Digital Subscriber Line)

ADSL技
术最本质的特征是上下行速率不对称，它可在普通电话线上将现有电话线路的频带经调制技术处理后扩大，其中高容量部分用来将大量数据传送到用户端，而用户端
经网络回送信号时，则使用较低速率来处理，从而可实现高速数据与语音同时传输，为普通电话线进入多媒体通信领域提供了一条途径，并避免了常规对称传输系统
所特有的用户侧干扰问题，既提高了传输速率，又延长了传输距离。许多宽带多媒体业务，例如视频点播，信息传输存在明显的不对称性，在下行方向由于要传送大
量视频、音频信息以及高速数据，因而需要较宽带宽，而在上行方向由于只需传送信令、控制信号因而只要求较低带宽，这正好与ADSL特性相符，因此可将ADSL技术应用于宽带不对称多媒体通信领域。

(1)ADSL系统基本结构

典型的ADSL系统基本结构如图9-37所示。在系统内，用户端和网络端各有一个POTS(Plain Old Telephone System，普通老式电话系统)分离器，其作用是将在同一对电话线上传输的普通电话信号与ADSL信号在频谱上分离，由于ADSL收发器不工作于话音频带上，因而可使普通电话业务与高速数据业务同时在一对现有的二线制电话线上运行，且互不影响。

(2)ADSL频谱分配

ADSL系统的典型频谱分配如图9-38所示。由图9-38可见，它由三个信息通道组成：即POTS通道、中速双工通道以及高速下行通道，由分离器将POTS信道与Modem分隔开，这样就可保证在ADSL系统出现故障时不影响电话使用。其中高速单工信道的数据传输速率的范围为1.5～6.1 Mb／s，中低速双工信道的数据传输速率范围为16～640 kb／s。每个信道可由多个低速信道复接而成。ANSI TI.413定义的ADSL传输标准，如表9-5所示。

(3)ADSL关键技术

ADSL使用数字信号处理技术、调制技术将大量信息压缩到电话双绞线上进行传送，而且在变换器、模拟滤波器、A／D转换器中还使用了许多先进技术。线路衰减是影响ADSL性能的重要因素，ADSL通过不对称传输，利用频分复用技术与回波抵消技术使上、下行信道分开，并减小串音影响，从而实现信号高速传送。因此，ADSL不仅具有HDSL的优点，而且在信号调制、数字相位均衡、回波消除等方面采用了更为先进的器件和动态控制技术，其中复用技术与调制技术是ADSL中最为关键的技术，下面具体介绍。

为建立多个信道，ADSL通过两种方式对电话线进行频带划分：即频分复用(FDM)与回波消除(EC)，这两种方式都将电话线O～4 kHz频带用作电话信号传送，对剩余频带的处理，二者则各有不同。FDM是将电话线剩余频带划分为两个互不相交的区域，分别用于上行信道与下行信道，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方式组成，上行信道则由相应的低速信道以时分方式组成；EC方式是将电话线剩余频带划分为两个相互重叠的区域，分别对应于上行和下行信道，两个信道的组成与FDM方式类似，但信号有重叠，而且重叠信号依靠本地回波消除器将其分离。

目前国际上采用的ADSL调制技术主要有正交幅度调制(QAM)、无载波幅度／相位调制(CAP)、离散多音(DMT)三种。

QAM(Quadrature Amplitude Modulation)是一种单载频数字调制系统，其调制器、解调器原理图分别如图9-39、图9-40所示，发送数据在比特／符号编码器内被分成速率各为原来的1/2的两路信号，分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出，收端完成相反过程，这里不再详述。QAM编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点，但它用于ADSL必须适应不同电话线路之间性能较大的差异性。为获得较为理想的工作特性，QAM接收器需要一个与发送端具有相同频谱及相位特性的输入信号用于解码，并利用自适应均衡器来补偿传输过程中产生的信号失真，因此采用QAM的ADSL系统复杂性主要来源于自适应均衡器。

CAP(Carrierless Amplitude／Phase Modulation)由QAM发展而来，它是一种采用正交幅度调制的网格编码(TCM)技术，其基本原理与QAM一样，区别主要在于CAP抑制了不携带任何有用信息的载波，而且其正交载频的调制过程采用了两个幅频特性相等、相位特性相差π／2的横截型带通数字滤波器，两路数字信号相加后经过D／A变换输出。CAP码是一种冗余调制码，其功率谱属于带通型，受脉冲噪声、近端串音等干扰的影响比较小，码间干扰也较小，因此CAP比QAM更易于实现。由于CAP使用了更多的数字处理技术，因而易于实现大规模的数字集成，从而降低成本，其优越性高于QAM，CAP用于ADSL的主要困难是必须克服近端串音对信号的干扰，这可通过使用近端串音抵消器或均衡器来解决。

DMT (Discrete MultiTone)调制技术本质上是一种多频调制频分复用技术，它将一段高速串行的数据流变为N组低速并行的数据流，并将它们分别调制到不同载频上进行并行传输。DMT根据各子信道能力分配比特数，它在频率较低和较高的几个子信道分配较少比特数，而在传输能力较好的中间部分则分配较多比特数。DMT调制技术具有抗噪声能力强、频谱利用率高、传输速率具有自适应性等特点，而且可与删网络配合使用，它已被ANSI、ETSI和ITU采纳为ADSL标准。