TN307 進階網路技術

1. 元智大學網路技術系 TN307進階網路技術 指導教授 :王井煦

2. 三年級 A班 第四組成員 • 935606 吳朝元 • 935623 林運來 • 935626 林振全 • 935629 羅濟本 • 935632 鄭恒昌 • 935633 鍾嘉宏 • 935649 蕭遠訓

3. 分組報告作業題目  請繪圖說明ADSL 高速上網架構及PROTOCAL STACK？

4. FUNDAMENTALS OF ADSL 雖然 ADSL 原是為了 VoD 隨選視訊但一開始並不成功，原因在於必須大量投資於集中的視訊儀器及主要的骨幹網路必須要升級。 ADSL 當時即因為要在現有的用戶迴路上提供語音服務外，另外再提供隨選視訊的服務而提出的一種技術，因此，ADSL 系統是著重於利用電信公司現今擁有大量的用戶迴路（雙絞線）來當傳輸媒介，在這種架構下，電信公司只要提供較先進的調變技術方式，就能在大多數的地區同時提供傳統語音相關服務與多媒體的服務，然而銅線迴路最大的缺點在於傳輸衰減較大、串音嚴重，使得傳輸距離與傳輸速率需做些取捨。

5. 下表顯示出速率與傳輸距離 (於0.4mm 的迴路上)的關係。 在早期 ADSL 的架構上，語音與高速的隨選視訊服務是以頻譜分離的方式來提供，在隨選視訊方面，雙向控制訊號僅利用 RS232 界面來傳送 9.6kbit/s 的速率，而下行為傳送 MPEG-1 的 1.5Mbit/s 左右的視訊，傳送的範圍約為傳統 ISDN 服務的範圍(T1.601)。

6. 在Internet 盛行的今天，現今的 ADSL 除了可在傳輸環境較佳的情況下可有較快的傳輸速率(8Mbit/s 以上)外，上傳可超過 1Mb/s，其上下載非對稱特性符合大多數使用者上載只需幾 10 K 速度，卻因大量下載資料需求而能提供高速傳送的特性，大大改善時常為人詬病之速度慢的問題。 但其高速傳輸卻有其限制，並不是每一條電話線都能提供數 Mbps 之速度，主要在於它受長度、串音（雜音）、橋接頭等三大因素影響。

7. 因為電話線為目前全世界任何一家電信業者連接到用戶端最密切之傳輸媒介，也由於最早架設在用戶端，對於其線路品質不易掌握，例如每一用戶端到電信機房長度的距離不盡相同，同一管之 ADSL 線路會彼此受串音干擾，或是外界因素而造成一連串雜音進來，甚至橋接頭傳輸線轉接頭太多。

8. BASIC OF ADSL ACCESS • ADSL 的架構

10. 局方 (電話局；Central Office) 的設備提供 ADSL 服務，透過傳統的電話線路接到用戶端，用戶端需安裝一個ADSL 的裝置（一般稱為ADSL MODEM）。 ADSL 的頻寬是 1MHz。在此頻寬中，最低的4KHz 頻寬（0 一4KHz）被用來做傳統的電話服務；這4KHz 的頻寬被一個稱為 POTS Splitter 的被動式過濾器（passive filter）從 1MHz 的頻寬中分離出來，專門用來做傳統電話服務。 另外的100KHz 到1.1MHz，則以最多每秒6 個 bits 的方式來傳送電腦資料。 ADSL 網路架構如上圖所示，

11. 圖中ATU-R 代表 ADSL 的用戶端模組（Residential Subscriber）而ATU-C 則代表ADSL 局端（Central Office）模組。 而兩端分別有 POTS Splitter（分離器），將0-4KHz 的類比電話訊號與高頻的ADSL 數位訊號分開。 ATU-C 模組提供多工／解多工傳輸，接收及系統控制等多方面功能，並提供整個 Internet 環境中交換和傳輸介面，電信業者可藉ATU-C 端與其它更高階層的網路做連結站，如：Voice Over ATM/STM（ITU 2rd Layer）或Voice Over IP（ITU 3rd Layer）。

12. 而ATU-R 端則可透過 Set-top Box 或其他模組應用與用戶端其他設備做更多工的橋接。 在機房(CO)中，ADSL 數據機必須將來自數位資料供應商(ISP)、電話公司的 Internet 服務連線的訊號或是連接至公司網路的資料，調變或編碼成ADSL 訊號。 ADSL 數據機會先將 4 KHz POTS 訊號與 DSL 訊號結合起來，然後再將訊號透過現存的電話線路傳送至各戶端後，過濾器(filter)會將 POTS 訊號由數位訊號中分離出來，然後數位訊號再經解調變或解碼並傳送至PC。

13. 來自PC 傳送至CO 的資料，經由 ADSL 數據機，將欲上傳的數位訊號加以調變及編碼，並將此訊號與4 KHz POTS 的訊號結合起來，在 CO 端 POTS 的訊號再度由數位訊號中被分離出來，而上傳的訊號會經過解調變或解碼後再傳送至 ISP。 因為它是一種全天候的數位連線，所以ADSL 總是處於動作中的狀態(就是說 ADSL 是一直處於連線狀態，就像 T1 或 E1 專線一般)。

14. 雖然它使用的是電話公司的線路，但事實上這種連接至網路的連結是可以連接到 ISP 或公司的高速網路，或透過 CO 連接至CO 所提供的Internet 連線(例如Hinet)，這種連線是沒有撥號音的，並且你連接ISP 或是公司網路的連線是直接連線的。 因為ADSL 是以直接連線的方式，因此在CO 的電話公司未改變的情況下，你無法自行改變ISP 公司(意思就是你一定要申請Hinet 的帳號，否則你只能用一般的數據機上網)。由於ADSL 將傳統電話服務與電腦資料的服務分離在不同的頻道上，因此可以確保電話服務不致於因為ADSL 服務故障或中止時而無法使用；這意味著既使您透過ADSL 在進行多媒體傳輸時，電話仍可正常運作。

15. TWO DUPLEXING VARIANTS ADSL 頻段技術 一般而言，ADSL 之頻段範圍在上行（upstream）為33∼125KHz（千赫），下傳（down stream）為165∼1099.68KHz （註：DMT Maximum＝255 Carriers; 4.3125K＝1 Carrier’s capacity） 而POTS（Plain Old Telephone Serrices）之需求頻寬為4.KHz，由於上行頻段如接近4KHz 時，分離器分離訊息頻段困難度相當高，因此上行頻段分配在30∼125KHz 這段是為合理。

16. 有鑑於頻段配置問題，ADSL Forum 導引出FDM（Frequency Division Multiplexing） 以及 Echo-Chancelling Variant 兩種配置方式，分述如下：

17. FDM（Frequency Division Multiplexing） FDM 配置方法主要特色是下傳頻段開始部份緊接著上行頻段，其 Capacity 約 240KHz 為分水嶺，且分別指定（Assign）通道予上行與下傳之資料封包，而下傳部則可被 Time Division Multiplexing 時段區分一個或多個快速及慢速頻道。 DMT 主要應用在VDSL 技術，至於在ADSL 部份因頻段分段方式較 Echo-chancelling Variant短主流規格方向不明朗，且全球大廠晶片設計方向於adsl 領域著墨較少。

19. Echo-Chancelling Variant Echo-Chancelling 頻段配置主要之特色為下行傳輸頻段將上行頻段整個覆蓋，見下圖描述：

20. 30KHz 較 FDM 起初頻段的 142.3KHz 多出了12.3KHz 的頻寬，除可延展上行的傳輸頻寬，相較對稱性傳輸系統，也致使發生 Cross Talk 的可能性大幅降低，ADSL 也因具 Echo-Cancelling 的配置規格，致使可用頻寬大且具遠距傳輸的優勢。

21. DMT DMT 利用頻寬分割的方式，將原本頻寬需求大的傳輸訊號分割成許多小速率、頻寬需求較窄的訊號來傳送，使得每個小訊號的通道響應看似平整，而且雜訊也近似 AWGN (Additive White Gaussian Noise)，讓每個小訊號的接收效果都能達到最佳狀態，由於每個小訊號都有其自身的載波傳送，因此稱之為多載波調變技術。

22. ADSL 技術 變調技術 1.DMT（Discrete Multitone） DMT 變調技術是由Amati 公司於1987 年開發出之技術，屬於ANSI 標準中之 T1.413 規格。其資料傳輸特質為訊息中含255 個Carriers，而在傳輸過程Incoming Data 被收集後，即組一大單位之 Carrier 後模組化之變調過程。

23. DMT 調變技術是將 1.1MHz 的頻寬分割為 256 個各為 4.3125KHz 的小頻帶，為了達到這種調變方式，DMT 利用 FFT（Fast Fourier Transform）演算法來當成其主要的調變、解調器。雖然各載波的資訊經過 FFT 後會與其他載波互相重疊在一起，但是各載波的訊號仍維持正交，使得經過接收端的 FFT 後各載波的資訊仍可分離出來。 由於已將頻帶分割成小頻帶，因此可在 RFI （Radio Frequency Interference）的干擾下，關掉相關載波的功率，並將功率分配到傳輸環境較佳的小通道上。

24. 1. DMT signal, with 255 carriers located at n*4.1325 kHz 2. Average power per tone: 0.43125 mW in downstream, 0.6835mW in upstream 3. Modulation from 4 QAM to 32768 QAM (2 to 15 bits per constellation) 4. Symbol duration = 250 us, max 2000 bits/symbol (8 & 0.8 Mbits in DS & US)

25. 各個小通道可各在載送 QAM 訊號，且其上所載送的位元數是可變化的，以達到速度可調的調變技術。至於上、下行頻率的分配則應該是可任意調整的，但是通常上行的頻帶是使用第 6 至第 31 的小通道（24KHz-136KHz）。需注意的是第 16 和第 64 的小通道分別為上、下行的 pilot tone，作為時脈還原（Timing Recovery）用。 雖然現今將頻帶分割為小通道的技術仍有 DWMT（Discrete Wavelet MultiTone）等可減少各小載波間的重疊性，但是因為 FFT 的製作方式較簡單，因此被選為 ADSL 相關標準的調變技術。

26. 雖然DMT 技術的應用於市場上起步較晚，但仍有兩個主因會使其成為市場上的主流： • 它提供較佳傳輸效能並且被選為美規（T1.413） • ITU（G.dmt & G.lite）之ADSL 的標準。

27. 2.CAP（Carrier-less Amplitude / Phase） CAP 變調技術是由 AT&T 旗下之 Paradyne 所發展出之技術，由於在1993 年舉行之 ADSI Olympic 測試後，DMT 技術相較 CAP 較佳而取代其標準，目前僅剩 Paradyne 公司銷售其 CAP Transciever 晶片組，而其傳輸特徵為 Carrier 在傳送之前即壓縮於雙紋鋼線中，直傳送到 Transcier 裡再行解壓縮，所以Carrier-less 有其實際含義。

28. CAP 主要是由 Globespan Semiconductor 所獨家提出的調變技術，雖然其稱為 ”Carrierless” 的調變技術，但其真正的載波是與整形濾波器（shaping filter）整合在一起，因此， CAP 的演算法可說是與 QAM 一樣的。為的達到速度可調的調變技術，除了可改變每個 symbol 所載送的位元數外，下行所佔用的頻寬也可改變。 CAP 所聲稱的優點有一個是指其 PAR（Peak to Average Ratio）比DMT 來的小，此特性可使驅動器和傳送器的消耗功率較小，而且若 PAR 太高，則容易因clipping 的現象而增加接收端的雜訊。