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ADSL 原理及應用

ADSL 原理及應用. 報告人：黃重信 2014年9月23日. 報告內容. PART I ：背景 前言 網際網路接取方式 問題在那裡 網路頻寬 網際網路撥接擷取之瓶頸 電信公司之挑戰 解決方案. 報告內容. PART II ： ADSL 原理 ADSL 概述 xDSL 傳輸特性 ATU-R 結構示意圖 影響 ADSL 效率之因素 造成 Crosstalk 之因素 ADSL 調變技術 ADSL 傳輸模式. 報告內容. PART III ： ADSL 應用 ADSL+ATM 網路架構示意圖 ADSL 應用服務 ADSL 應用架構

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ADSL 原理及應用

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  1. ADSL原理及應用 報告人：黃重信 2014年9月23日

  2. 報告內容 • PART I：背景 • 前言 • 網際網路接取方式 • 問題在那裡 • 網路頻寬 • 網際網路撥接擷取之瓶頸 • 電信公司之挑戰 • 解決方案

  3. 報告內容 • PART II：ADSL原理 • ADSL概述 • xDSL傳輸特性 • ATU-R結構示意圖 • 影響 ADSL效率之因素 • 造成 Crosstalk 之因素 • ADSL調變技術 • ADSL傳輸模式

  4. 報告內容 • PART III：ADSL應用 • ADSL+ATM網路架構示意圖 • ADSL應用服務 • ADSL應用架構 • 客戶常問的問題 • ADSL與Cable modem之比較 • 相關資料網站

  5. PART I 背景

  6. 前言 • 都是Internet惹的禍 • 價格低廉人人用得起 • 各類多媒體應用相繼出現 • 國內上網人口在87年12月達三佰萬，NII小組更盼望今年(Y2K)底達500萬人，其中300萬人經由分封上網。 • 全球上網人口於88年1月達一億五千萬，為成長最快服務業務之一。

  7. 前言 • 上網人口的快速成長及多媒體服務的蓬勃發展，造成電話網路之壅塞及高頻寬需求之殷切。 • 上述問題之解決為發展網際網路服務一刻不容緩之課題。

  8. 全球網際網路使用人口成長趨勢圖

  9. 我國網際網路使用人口成長情形 單位:千人 4000 3690 3504 3296 3170 3500 3011 2707 3000 2545 2500 2000 1500 1000 500 0 87.10 87.11 87.12 88.01 88.02 88.03 88.04

  10. 網際網路擷取方式 • 非撥接式 • 數據專線(Leased line) • X.25,Frame relay • ATM • 數位用戶迴路(XDSL) • Cable Modem etc. • 撥接式 • 類比式撥接數據機(Modem), • 整體服務數位網路(ISDN)

  11. 常見上網方式示意圖 Internet PSTN ISP2 … … ISP1 ATM網路 ISPn ATU-R Ethernet LAN 專線 … Frame Relay/ X.25/ ATM LAN LAN

  12. 網路頻寬 • 通信頻寬係指端對端(END TO END) • 包括骨幹網路及接取網路兩部分。 • 骨幹網路部份為網路業者負責建置提供，為公眾網路(PN)。 • 接取網路部分則依使用者的需要向網路業者申租。

  13. 問題在那理 • 路由器及伺服器等網路設備處理能力 • 骨幹網路頻寬 • 接取網路頻寬

  14. 網際網路撥接擷取之瓶頸 • 連續使用電話達 1Hour 之用戶＜4% • 連續以數據機使用網際網路超過3Hr之用戶～30 % • 連續以數據機使用網際網路超過24Hr之用戶～7 % • 長時間佔線造成市話交換網路之壅塞與飽和 • 接取速率：類比數據機最高56K， 數位數據機最高64/128K

  15. 電信公司之挑戰 • 依ITU(國際電信聯盟)統計世界各地本地迴路約有七億銅線作連接 • 全部以光纖鏈路延伸至用戶端，取代銅線迴路，事實上很 困難 • 要求現在更新本地鏈路並不可行 • 快速服務的衝擊─擊敗競爭者 • 何種技術在投資最少，用戶付出最少費用 能被用來提供高速率數據通信服務?

  16. 解決方案 • 擴充交換機容量---不經濟且不能解決頻寬不足之問題。 • 採用ADSL+ATM---直接減輕交換機負載並將接取網路寬頻化。 • 利用現有市話迴路，創造加值服務。 • 中華電信市話網路遍佈全台灣,普及 率超過99%，推廣容易。

  17. 為何是 ADSL? • 已建設大量銅線電路 • 使用現有架構 • 遍佈各地立即可用 • 能提供多媒體及寬頻服務 • 今日技術已證明可行 • 受 CATV 競爭威脅

  18. PART II ADSL原理

  19. ADSL概述 • ADSL--AsymmetricDigital Subscriber Line • 頻譜分佈-- 0 ~ 4 khz for POTS 4k~1.1 Mhz for Data • 利用既有電話線同時提供 • 電話服務 • 上行640k~1 Mbps, 下行 1.5M~ 9 Mbps 數據傳輸服務 • ADSL應用本公司訂定業務名稱—HiFly(網易通) • 適用距離—離本公司機房4公里以內

  20. ADSL發展歷程 • 1989 – Bellcore提出DSL概念 • 1991 – ANSI T1E1.4開始討論DSL標準 • 1992 – T1E1.4著手計劃 • 1993 – 首次ADSL連線， T1E1.4決定採用DMT編碼及首次ADSL試用(Westell & Bell Atlantic) • 1994 – 追求VOD，預測HFC將會崛起及ADSL Forum成立 • 1995 – ANSI T1.413 Issue 1標準定案， VOD繼續被看好，預測HFC建衰退，此時網際網路隱約出現 • 1996 – 在應用上選擇Internet取代VOD ，可調速模式迅速被接受，VOD應用試用約一萬戶，及首次Internet ADSL試用

  21. ADSL發展歷程 • 1997 – 超過30家電信公司相繼推出ADSL上網及視訊服務 • 1998 – ANSI T1.413 Issue 2標準定案，ADSL商業化萌芽時期，中華電信於5月在淡江大學校外學生宿舍試用ADSL電路 • 1999 – ITU-T G.99x ADSL相關標準定案，ADSL業務開始成長，中華電信第一套ADSL設備建立，並於7月開放中小學ADSL教育資訊網路，隨後開放HiFly業務 • 2000 –中華電信第二套ADSL設備建立，於年底時ADSL用戶達11萬餘路，並有6萬餘路待裝，遠超過Cable Modem的9萬多路 • 2001 –中華電信因應全區需求採購120萬路 • 2002 – 元月台灣全區用戶正式突破一百萬

  22. 電話頻帶 上行頻帶 下行頻帶 ADSL 頻譜分佈 0 4K 20K 1100K

  23. 1.5M~9Mbps 640K~1Mbps

  24. PSTN ATM TV 現有電話銅纜線路 ADSL ADSL PS PS ATM FENet ENet POTS Splitter PC ENet Broadband Network Service Providers etc.. 下行: 9Mbps 客戶端 上行: 1Mbps 局端 ADSL基本架構圖

  25. xDSL傳輸特性及應用 模式 應　　用 名稱 傳輸速率 傳輸距離(m) 數據通信 128Kbps IDSL 5400 Duplex T1/E1服務 WAN/LAN Access 1.544Mbps 2.048Mbps Duplex 3000-4000 HDSL T1/E1服務 WAN/LAN Access 768Kbps 1.544/2.048Mbps 3000-4000 Duplex SDSL Down Up Internet access video on demand 1.5M-9Mbps 640k-1.0Mbps ADSL 3000-5400 Down Up 同HDSL HDTV VDSL 300-1500 13-52Mbps 1.5-2.3Mbps

  26. ATU-R結構示意圖 DownstreameChannel(s) DuplexChannel(s) Mux ErrorControl D/A and A/D LineCoupler ChannelSeparation(FDM or ECH) XMTR BasicTelephoneServiceSpliter Line Demux ErrorControl DuplexChannel(s) RCVR BasicTelephoneService

  27. (NEXT Source) other ATU-R Telephone Cable other ATU-C NEXT thermal noise ATU-C ATU-R Impulse noise other ATU-C FEXT Appliance AM Radio other ATU-R ADSL 傳輸之環境

  28. 影響 ADSL效率之因素 • Loading coils（減少 Voice band 之訊號衰減，增加高頻帶的訊號衰減） • Length • 線徑改變（局端附近影響較大，應避免） • Bridge tap（Channel response 較差） • Signal to noise ratio and crosstalk

  29. 造成 Crosstalk 之因素 • Nearby transmitter couples into receiver • Signal can be of significant level • NEXT- near end crosstalk • FEXT - far end crosstalk

  30. ADSL 調變技術 • 其主要調變方式有二種 : • CAP(無載波調幅調相)第一種應用在ADSL的方法 • DMT(離散多重音頻)已被 ANSI 採用當作 ADSL 的標準 以上二種技術之數據機是不相容的，以下分別敘述此二種調變方式。

  31. CAP調變 • CAP -- Carrierless Amplitude & Phase • 使用單一載波 (如 28.8Kb/s數據機) 導入 ADSL 觀念 • 主要技術觀點是要克服近端串音對信號之干擾

  32. Frequency 頻譜分配─非對稱頻率分割 • 應用於CAP技術 U P S T R E A M P O T S DOWNSTREAM CHANNEL Amplitude 4 25 170 200 1100 kHz

  33. DMT 調變 • DMT -- Discrete MultiTone • ANSI(American National Standard Institute) 標準T1.413 ：下行速率6.1Mbps以上 • 主要原理是將頻帶(0~1.104M)分割為 256 個由頻率指示的正交子通道(每個子通道佔4.3125KHz帶寬) ， 輸入信號經比特(bit)分配和緩充， 將輸入信號劃分為比特塊， 經TCM編碼後再進行512點離散傅利葉反變換(IDFT)將信號變換到時域，這時比特塊將轉換成256個QAM子字符， 隨後對每個比特塊加上CRC(用於消除碼間干擾) ， 經DA轉換和傳送濾波器將信號送出 • 可提升速率達 9 Mbps

  34. = Q A M - m o d u l a t e d s u b c h a n n e l ( t o n e ) p o w e r u n u s e d t o n e s d u e t o l i n e c o n d i t i o n s i n d i v i d u a l l y o p t i m i z e d s p e c t r u m t o n e s p a c i n g a s a f u n c t i o n o f i m p a i r m e n t s ( 4 . 3 k H z ) m a x 3 d B v a r i a t i o n P O T S f r e q u e n c y 4 k H z 2 0 k H z 1 . 1 M H z s p e c t r u m u s e d s p e c t r u m u s e d f o r u p s t r e a m d a t a f o r d o w n s t r e a m d a t a • DMT ADSL Characteristics 256通道4.3125KHz = 1.104 MHz 1.全部1.1MHz頻寬分割成256子通道，每個通道佔4.3125KHz頻寬 2.通道從 #1 到 #6，是保留給 4 KHz 語音， 4.3125KHz 6 = 25.875 KHz。 3. 每個通道可傳送數據，傳送以該通道的信號雜訊比S/N所允許最大速率傳送。

  35. DMT秘訣 • 每一通道是窄頻寬，在此通道無重疊分散 • 每一通道足以補償迴路失真 • 通道信號太小時即關閉 • 每一通道足以限制頻寬雜訊能量 • 每一通道獨立設定，其速率配合 S/N 比

  36. 本公司提供之ATU-R設備標準 • G.DMT (ITU-T G.992.1) • With Routing Function • POTS Spliter • NAT AND DHCP capability • 固定IP • G.LITE(ITU-T G.992.2) • With Bridge Function • Low-pass Filtter • 動態IP

  37. ADSL傳輸模式 TV ADSL Rack Service Network Data Network SET-TOP BOX ATU-R STM Packet STM ATM ATM Packet ATM Packet ATM

  38. TV ADSL Rack Service Network Data Network SET-TOP BOX ATU-R TCP IP LLC MAC xBaseT TCP IP LLC MAC xBaseT LLC MAC xBaseT LLC MAC xBaseT LLC MAC xBaseT HDLC ADSL HDLC ADSL Packet傳輸—Packet to the home

  39. Packet、Cells傳輸 TV DSLAM Service Network Data Network SET-TOP BOX ATU-R Upper Layer SNAP CPCS SAR ATM STM-1 Upper Layer HDLC/ Q.922 ADSL Upper Layer LLC MAC 10BaseT Upper Layer LLC MAC 10BaseT FR-SSCS CPCS SAR ATM STM-1 HDLC/ Q.922 ADSL ATM STM-1

  40. Packet傳輸—ATM FUNI TV DSLAM Service Network Data Network SET-TOP BOX ATU-R Upper Layer ATM FUNI ADSL Upper Layer LLC MAC 10BaseT Upper Layer LLC MAC 10BaseT Upper Layer AAL5 ATM STM-1 AAL5 ATM STM-1 ATM FUNI ADSL ATM STM-1

  41. Cells傳輸—PC Gateway TV DSLAM Service Network Data Network SET-TOP BOX ATU-R(Acess Gateway) Upper Layer IP(n) PPP AAL5 ATM STM-1 NAT/DHCP Upper Layer IP LLC MAC 10BaseT IP(n) PPP AAL5 ATM ADSL IP LLC MAC 10BaseT ATM STM-1 ATM STM-1 ATM ADSL

  42. ATM to the home TV DSLAM Service Network Data Network SET-TOP BOX ATU-R(Acess Gateway) Upper Layer ATM STM-x Upper Layer ATM ATM STM-x ATM STM-x ATM ADSL ATM ADSL ATM

  43. PART III ADSL 應用

  44. ADSL+ATM 網路架構示意圖 BBRAS HiNet STM-1 其他ISP STM-1 STM-1 ATM SW ATM 網路 STM-1 DSLAM DSLAM

  45. ADSL應用服務 • 高速網際網路資訊擷取 • 商品型錄目錄、廣告看板刊登、商務資訊交流、客戶下訂單/金融交易、視訊點播(VOD)、遠距區域網路資料擷取) • E-mail • 視訊電話/會議 • 遠距教學 • 互動式電子遊戲線上購物

  46. ADSL應用服務(續 ) • 在家辦公 • 互動式多媒體服務 • 社區線上守望相助 • 利用ADSL架設企業網路 • 舉凡客戶端需要寬頻、低價對外擷取ISP、ICP、 ASP、 …等等資訊源頭端之應用皆是ADSL之應用範圍

  47. ADSL應用架構 • Router-Based接取網路 • ATM-Based接取網路

  48. Router-Based接取網路 公眾網路 局端 用戶端 TV PSTN Voice Switch SET-TOP BOX PS PS ATU-R Internet Router DSLAM ISP x-Base T

  49. ATM-Based接取網路 公眾網路 局端 用戶端 PSTN TV Voice Switch ATM網路 SET-TOP BOX PS PS ATM SW ATU-R NNI Internet UNI ISP DSLAM

  50. HiNet ATU-R DSLAM 寬頻上網—HiFly + HiNet 一、計時制HiFly上網架構 (單一PC使用) ATM Network Bridge Mode STM-1 STM-1 FE 電話線 Loop Fiber Fiber PC BRAS AAA PPP over Ethernet 註 BRAS：Broadband Remote Access Server AAA : Authentication, Authorization, Accounting RADIUS : Remote Access Dial Up User Service RADIUS Server

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