ADSL的線路分析及測試

季碩
　　摘要：本文具體分析了現(xiàn)有銅纜線路影響ADSL應(yīng)用的幾個問題，講述了銅纜線路的測試原理、方法以及測試內(nèi)容，最后介紹了ADSL測試儀表。


　　關(guān)鍵詞：不對稱數(shù)字用戶線 線路問題 測試


　　1 ADSL的地位愈顯突出


　　用戶對寬帶的接入隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而迅猛增加，ADSL作為一種成熟的寬帶接入手段，可提供下行8Mbit/s的帶寬，具有服務(wù)質(zhì)量的保證、永遠(yuǎn)在線等明顯的優(yōu)勢，只要資費(fèi)在可接受范圍內(nèi)，其規(guī)模發(fā)展當(dāng)在情理之中。對中國電信而言，其1.8億電話用戶全都是通過雙絞銅線接入網(wǎng)絡(luò)的，這一龐大的線路網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)正是發(fā)揮ADSL優(yōu)勢的最佳平臺，實施ADSL接入方案無須對線路進(jìn)行改造，節(jié)省出大量的經(jīng)費(fèi)。在目前國內(nèi)的電話網(wǎng)絡(luò)上，每條ADSL線路的開通成本基本上是ADSL設(shè)備費(fèi)加上少量運(yùn)營費(fèi)用。而采Cable Modem技術(shù)落后，開通成本遠(yuǎn)高于ADSL方案，從經(jīng)濟(jì)的角度上講，ADSL無疑是國內(nèi)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的一種現(xiàn)實的接入解決方案。


　　2 ADSL的線路分析


　　理想的ADSL線路應(yīng)該沒有感應(yīng)線圈，線路規(guī)模無變化，無橋接抽頭，絕緣良好，并且傳輸距離不太長。實際上線路的端到端性能受到下列因素的影響環(huán)路長度、感應(yīng)線圈、橋接抽頭、線路端到端拼接質(zhì)量線路規(guī)模的復(fù)雜變化、家庭布線、時間、腐蝕、束群以及串音干擾。此外，家庭裝修、腐蝕和老化的絕緣體使電話線受損傷，這些或多或少影響ADSL線路的質(zhì)量。


　　雖然ADSL采用了大量保證數(shù)據(jù)傳送質(zhì)量的技術(shù)落后，但它的數(shù)據(jù)傳送距離和質(zhì)量極大地依賴電話線路采用的標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量。我國的電話網(wǎng)多種線路標(biāo)準(zhǔn)并存，而且由于不同地區(qū)建設(shè)發(fā)展程度不同和時間上的差異，大量不同標(biāo)準(zhǔn)的線路混合使用，對ADSL的推廣是個難以解決的復(fù)雜問題。


　　下面將根據(jù)音頻電纜的各種特性進(jìn)行具體分析。


　　2.1 衰耗


　　ADSL系統(tǒng)中，信號的衰耗跟傳輸距離、線徑以及信號所在頻點有密切關(guān)系。


　　在傳輸系統(tǒng)中，發(fā)射端發(fā)出的信號經(jīng)過一定距離的傳輸后，其信號強(qiáng)度會減弱。而ADSL信號的高頻分量通過用戶線時衰減更為嚴(yán)重，如一個2.5V的發(fā)送信號到達(dá)ADSL接收機(jī)時，幅度僅能達(dá)到毫伏級。這種微弱信號很難保證可靠接收所需的信噪比，因此有必要進(jìn)行附加編碼。


　　頻率越高，其衰耗越大。ADSL使用的頻率在20KHz到1.1MHz之間，所以其衰耗比純話音傳輸時大。雙絞線在用于普通電話業(yè)務(wù)時，如果線路過長，為了保證在3KHz帶寬內(nèi)線路頻譜的平坦度，往往接上一個或多個加感線圈。而加感線圈對高頻信號有很大的衰減，因此在開通ADSL業(yè)務(wù)時應(yīng)去除加感線圈。


　　線徑粗細(xì)是影響衰耗的另一因素。在相同的頻率上，選用線徑較粗的線纜可以傳輸更遠(yuǎn)的距離。但線纜越粗，投資也就越大。


　　衰耗在所難免，但是又不能一味增加發(fā)射功率來保證收端信號的強(qiáng)度。因為隨著功率的增加，串音等其它干擾對傳輸質(zhì)量的影響也會加大，而且還有可能干擾鄰近無線電通信工程。


　　在ADSL實際應(yīng)用中，衰耗值已經(jīng)成為必須測試的內(nèi)容，同時也是衡量線路質(zhì)量好壞的重要因素。用戶端設(shè)備與局端設(shè)備距離的增加而引起的衰耗加大，將直接導(dǎo)致傳輸速率的下降。在實際測量中，線間環(huán)阻無疑是衡量傳輸距離遠(yuǎn)近的重要參數(shù)。例如，在同等情況下，實際測得：線間環(huán)阻為245Ω，其衰耗值為18dB，而線間環(huán)阻為556Ω時，其衰耗值將增大到33dB。


　　2.2 串音干擾


　　串音干擾發(fā)生于纏繞在一個束群中的線對間干擾。由于電容和電感的耦合，處于同一主干電纜中的雙絞線發(fā)送器的發(fā)送信號可能會串入其它發(fā)送器或接收器，造成串音。一般分為近端串音和遠(yuǎn)端串音。


　　對于ADSL線路來說，遠(yuǎn)端串音一般不會產(chǎn)生很大的影響，這是因為隨著距離增大，遠(yuǎn)端串音經(jīng)過傳輸將產(chǎn)生較大的衰減，對線路影響較小，而近端串音一開始就干擾發(fā)送端，對線路影響較大。但距離過短，遠(yuǎn)端串音造成的失真也很大，特別是當(dāng)一條電纜內(nèi)的許多用戶均傳輸這種高速信號時，干擾尤其顯著，而且會限制這種系統(tǒng)的回聲消除設(shè)備的作用范圍，對采用回聲消除技術(shù)的DMT方式的ADSL設(shè)備，這種串音干擾尤為嚴(yán)重。此外，串音干擾作為頻率的函數(shù)，隨著頻率升高增長很快，由于話音屬于一種相對低頻的業(yè)務(wù)，串音干擾不會很嚴(yán)重，但是ADSL使用的是高頻，會產(chǎn)生嚴(yán)重后顆，因而在同一個主干最好不要有多條ADSL線路或頻率差不多的線路。


　　據(jù)測算在大對數(shù)電纜中，只有10%-20%可以開通全速率ADSL。因此如果采用低速率ADSL，將大大減低對線路的要求，線路的利用率將有很大提高。


　　2.3 反射干擾


　　橋接抽頭是跨接在銅線上未用的支路線路，非終接的抽頭發(fā)射能量，降低信號的強(qiáng)度，并成為一個噪音源。從局端設(shè)備到用戶，至少有三個接頭（橋接點），每個接頭的線徑可能會相應(yīng)改變，橋接頭造成阻抗的突變會引起功率反射或反射波損耗。在話音通信工程中其表現(xiàn)是回聲，而在ADSL中復(fù)雜的調(diào)制方式很容易受到反射信號的干擾�，F(xiàn)在還沒有能在300KHz或更高的頻率下測定用戶分配電纜中反射源的測試設(shè)備。目前大多數(shù)都采用回聲抵消技術(shù)，雖然消除來自一個源頭的回聲效果很好，但是當(dāng)信號經(jīng)過多處的反射后，回聲抵消就變得幾乎無效了。


　　ADSL要求線路上橋接抽頭的總長度小于800m，單個橋接抽頭小于650m。測試表明靠近兩端的橋接抽頭對傳輸?shù)挠绊懽顬槊黠@。


　　2.4噪聲干擾


　　電路線路可能受到若干形式噪聲及干擾的影響，為達(dá)到有效數(shù)據(jù)傳輸，應(yīng)確保接收信號的強(qiáng)度、動態(tài)范圍、信噪比在可接受的范圍之內(nèi)。


　　噪聲產(chǎn)生的原因很多，可能是家用電器的開關(guān)、電話摘機(jī)和掛機(jī)、電動設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)等，這些突發(fā)的電磁波將會耦合到ADSL線路中，引起信號突發(fā)錯誤。由于ADSL是在普通電話線的低頻音上疊加高頻數(shù)字信號，因而從交換機(jī)到ADSL分離器這段連接中，加入任何設(shè)備都將影響數(shù)據(jù)的正常傳輸，故在ADSL分離器這段連接中，加入任何設(shè)備都將影響數(shù)據(jù)的正常傳輸，故在ADSL分離器之間不要并電話、電話防盜器等設(shè)備。


　　2.5碼間干擾


　　ISI（碼間干擾）與加性的噪聲干擾不同，是一種乘性的干擾。造成ISI的原因很多，信道的衰減和群時延失真都可能導(dǎo)致信號波形失真，產(chǎn)生信道間干擾（ICI）和ISI。實際上，只要傳輸信道的頻帶是有限的，就會不可避免地造成一定的ＩＳＩ。以一定速度傳送的波形序列受到非理想信道的影響表現(xiàn)為各碼元波形持續(xù)時間拖長，從而使相鄰碼元波形產(chǎn)生重疊，造成判決錯誤。而當(dāng)線性失真嚴(yán)重時，ＩＳＩ就會比較嚴(yán)重。為了消除碼間干擾，通常有兩條途徑：一，傳輸系統(tǒng)具有均勻且無窮寬的頻帶，這樣傳輸信號將不產(chǎn)生任何失真，但實際上是不可能的。二、只保證信號在取樣時無碼間干擾，而對非取樣點的取樣值不做要求。


　　2.6小結(jié)


　　線路系統(tǒng)中，衰耗與串音是ＡＤＳＬ技術(shù)的兩大致命傷。由于數(shù)據(jù)傳輸速率越高，對信號的影響也就越大，因此ＡＤＳＬ技術(shù)的有效傳輸距離隨著傳輸速率的提高而縮短，而有效傳輸距離卻直接決定著ＡＤＳＬ潛在用戶群體的數(shù)量，如ＡＤＳＬ接入網(wǎng)線路長度可達(dá)5.5km，是可覆蓋八成以上的現(xiàn)有電話用戶。而若線路長度減為3.6km，則僅能覆蓋半數(shù)以上的現(xiàn)有用戶。雖然ADSL的串音噪聲通常是穩(wěn)定的，比較容易對其進(jìn)行研究并加以克服，但沖擊噪聲在頻率、周期、相位等方面都是隨機(jī)的，難以建模與研究，因此解決起來尚有一定難度。


　　3.ADSL線路測試


　　3.1用戶線測試的原因


　　原有銅纜線路的施工甚至相關(guān)技術(shù)規(guī)范，均是圍繞話音業(yè)務(wù)的開通展開的，沒有考慮要在雙絞線上傳輸高速信號，以致現(xiàn)有線路質(zhì)量影響ADSL業(yè)務(wù)的開通。


　　因此，在ADSL設(shè)備安裝或業(yè)務(wù)提供之前，應(yīng)對雙絞線進(jìn)行測試，檢測線路本身質(zhì)量，若不能正常開通ADSL，則需確認(rèn)是否能對線路進(jìn)行改進(jìn)。為此，我們必須了解雙絞線本身的質(zhì)量指標(biāo)，以便檢測線路能否適應(yīng)ADSL業(yè)務(wù)的開通。


　　3.2用戶線測試的目標(biāo)


　　用戶線測試主要目標(biāo)在于檢驗銅線對高頻信號的傳輸能力，只有在符合一定指標(biāo)的用戶線上開展ADSL業(yè)務(wù)，才能保障ADSL業(yè)務(wù)質(zhì)量。用戶線測試的另一個目標(biāo)是確定ADSL業(yè)務(wù)最終能提供給　客戶的服務(wù)質(zhì)量，通常是指最高的上行/下行速率。最后，測試還應(yīng)能夠?qū)δ承┰斐删�路質(zhì)量不好的故障進(jìn)行定位，以便排除。


　　3.3測試原理與方法


　　ADSL的測試首先是進(jìn)行不中斷服務(wù)（in service）和中斷服務(wù)（out of service）性能測試。不中斷服務(wù)測試指一幀內(nèi)的字速率、奇偶性、循環(huán)冗余檢驗誤差。測試儀可模擬（仿真）數(shù)字用戶線的各種測試條件和環(huán)境，同時進(jìn)行誤碼率或信元差錯率的測試。測試儀能模擬用戶線不同長度，并注入噪聲和干擾作為近端串?dāng)_和遠(yuǎn)端串?dāng)_，還可在公共交換電話網(wǎng)的各種條件（如帶不同負(fù)載）下進(jìn)行振鈴、振鈴切斷和摘機(jī)測試。


　　普通電話業(yè)務(wù)使用雙絞線傳輸差分信號。然而，大多數(shù)信號發(fā)生器、頻譜分析儀和示波器都只有50Ω的輸入和輸出。通常，不兼容的電路接口最好是采用平衡變換器。平衡變換器能變換阻抗，使得只有50Ω輸出阻抗的發(fā)生器很容易驅(qū)動普通電話的600Ω系統(tǒng)阻抗。同樣，也需要平衡變換器來驅(qū)動ADSL所采用的更高頻帶的ADSL系統(tǒng)阻抗。


　　衰減隨距離變化而變化的。在ADSL最高頻點，從3.6km增加到5.5km將增加40dB的損耗。對工作在400KHz的G.lite，相應(yīng)的損耗只有20dB。由于ADSL有這樣大的衰減，因此工作在高頻的調(diào)制解調(diào)器必須要有很高的增益、這意味著串?dāng)_和噪聲的幅度與有用信號近似時，就成了必須加以限制的因素。近端串?dāng)_（NEXT）測試能確定鄰近銅線傳輸強(qiáng)信號時的影響。當(dāng)使用兩個平衡轉(zhuǎn)器來模擬近端串?dāng)_時，它們應(yīng)通過一個金屬板來加以屏蔽，否則，兩個平衡變換器間的耦合可能大于兩對銅線之間的耦合。


　　遠(yuǎn)端串?dāng)_測試通常在敷設(shè)好的電纜上進(jìn)行，并且遠(yuǎn)端話務(wù)員離中心局很遠(yuǎn)，因此需要兩臺測試儀。在理論上，兩根雙絞線相互交織在一起能確保接收的一致性，兩根銅線感應(yīng)的噪聲被稱為共模噪聲，ADSL接收機(jī)的輸入電路能抑制共模噪聲，從而不會對傳輸?shù)男盘栐斐筛蓴_。但實際上，一對電纜不可能始終保持兩根線之間的平衡。電纜上的水、不均勻的對續(xù)、時間長了保護(hù)層的退化都會導(dǎo)致不平衡。由于兩根線之間的不平衡，共模噪聲變成了差分噪聲。在這種情況下，ADSL接收機(jī)無法區(qū)別信號和噪聲，于是就產(chǎn)生了數(shù)據(jù)誤差。


　　3.4線路測試項目


　　ADSL測試儀器應(yīng)具有線路質(zhì)量測試和業(yè)務(wù)質(zhì)量測試兩方面功能。ADSL業(yè)務(wù)質(zhì)量測試是指在ADSL局端設(shè)備安裝完成后，測試儀器作為一個仿真終端測試實際業(yè)務(wù)最高的上行/下行速率，因此ADSL業(yè)務(wù)質(zhì)量測試與具體的ADSL設(shè)備相關(guān)，不過，大多廠商的ATU-C都與ALCATEL兼容。


　　線路質(zhì)量測試包括以下項目：頻率響應(yīng)測試；噪音測試；故障定位；負(fù)載線圈和橋接抽頭的檢測；金屬特性回環(huán)測試等。


　　4　ADSL測試儀器


　　4.1商用ADSL測試儀


　　目前，安捷倫、GenRad、Netcom systems、Tektronix、Consultronics、Fluke、WWG和Telebyte公司已推出大批用于生產(chǎn)、研究的ADSL測試儀。預(yù)計未來幾年，ADSL測試儀市場將以較快的速率增長，尤其是用于現(xiàn)場測試的便攜式測試儀。


　　GenRad公司的GENEVA4000型功能/參數(shù)測試儀采用豐富的話音和ADSL頻率測試庫來測試分路器的完整性以及普通電話業(yè)務(wù)和ADSL頻率的傳輸性能。在ADSL測試方面，它能測試回?fù)p、縱向變換損耗�？v向輸出電壓、功率頻譜密度和總功率。在普通電話業(yè)務(wù)測試方面，它能測試振鈴、直流回路特性、群延遲、信道噪聲和失真。該測試儀可同時測試多個信道。


　　Consultronics公司的ColT-250型手持式ADSL測試儀它主要用于ADSL線路的安裝與維護(hù)，提供上下行參數(shù)，用戶只需按下一個按鈕就能完成對ADSL的分析，并能檢測本地交換機(jī)與用戶之間的各點以及服務(wù)質(zhì)量。


　　4.2　測試儀器發(fā)展存在的問題


　�。�1）測試規(guī)范缺乏明細(xì)的條款


　　目前各測試儀生產(chǎn)商在測試參數(shù)的上限方面尚未達(dá)成一致，一般只規(guī)定了線纜的最低測試要求。


　�。�2）產(chǎn)品的升級能力


　　網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展快，各種傳輸媒介的融合、寬帶網(wǎng)的發(fā)展對線纜測試儀生產(chǎn)商提出了新要求。這就是儀器生產(chǎn)商必須設(shè)計出易于升級、采用開放式結(jié)構(gòu)的儀器，以適應(yīng)變化的測試需求。


　�。�3）產(chǎn)品的智能化


　　由于技術(shù)熟練的技術(shù)人員工資高，也很難找到。因此，一些公司聘用技術(shù)熟練程度較低的人來做測試工作。這就要求測試儀器智能化，使儀器在這些人的手中成為有用的工具，因而，這類儀器廣泛采用專家系統(tǒng)，可對故障進(jìn)行定位，并可向操作人員提供具體的操作步驟。


　　電纜測試儀的主要技術(shù)發(fā)展趨勢是智能化、小型化、多功能。


摘自《電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化》2002.2