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1 引言 現行的遠程監控系統通信通常采用兩種方式：一種是采用光纖作為傳輸手段，另一種是采用視頻電纜傳輸方式。這兩種通信方式在野外等特殊環(huán)境中都存在不同程度的問(wèn)題。 光纖傳輸方式：在野外等特殊環(huán)境中，光纖監控系統中的光纖架敷設在野外露天環(huán)境，由于環(huán)境惡劣，如果有沖擊、碰撞、人為破壞等情況發(fā)生，都會(huì )造成傳輸光纜斷纜或斷芯，而光纜斷裂后，很難快速修復。因為焊接技術(shù)復雜，設備昂貴，普通用戶(hù)根本無(wú)法進(jìn)行恢復。再加上光端機價(jià)格較高，這些都限制了光纖傳輸方式的應用和普及。 視頻電纜傳輸方式：由于視頻電纜的傳輸距離短，因此，必須采用中繼器實(shí)現遠程傳輸，而在野外等惡劣環(huán)境中，中繼設備的串入必然降低系統的可靠性，同時(shí)，中繼器是有源設備，中繼設備的供電也是一個(gè)很困難的事，而且視頻電纜斷纜后，其維護也遠比雙絞線(xiàn)復雜。所以，視頻電纜傳輸方式也沒(méi)有得到推廣。 隨著(zhù)技術(shù)的迅速發(fā)展，一種全新的利用普通電話(huà)線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸的技術(shù)——xDSL技術(shù)應運而生，它徹底打破了高速通信由光纖獨攬的局面。這種被稱(chēng)為“點(diǎn)銅為金（CopperGold）”技術(shù)為遠程數據傳輸帶來(lái)了新的希望。 2 xDSL技術(shù)方案 DSL是英文Digital Subscriber Line的縮寫(xiě)，即所謂的數字用戶(hù)環(huán)路。DSL技術(shù)是基于普通電話(huà)線(xiàn)的寬帶接入技術(shù)，它在同一銅線(xiàn)上分別傳送數據和語(yǔ)音信號。目前存在有HDSL、SDSL 、VDSL 、ADSL與RADSL等多種不同類(lèi)型的DSL接入技術(shù)。為了方便起見(jiàn)，人們常常把這些DSL技術(shù)統稱(chēng)為“xDSL”技術(shù)。這些DSL接入技術(shù)的基礎系統架構與原理基本上是相似的，按這些技術(shù)在信號傳輸速率與距離、具體實(shí)現方式及上、下行速率的對稱(chēng)性等方面是否相同可分為速率對稱(chēng)型和速率非對稱(chēng)型兩種。 速率對稱(chēng)型的xDSL有HDSL、SDSL (Single line DSL)等多種形式。非對稱(chēng)型的xDSL有ADSL（Asymmetric DSL）和VDSL（Very high bit RateDSL）等數種。因其下行速率很高，適用于下行數據量很大的Internet業(yè)務(wù)。最近又出現了速率自適應的ADSL（RADSL：Rate adaptive ADSL），它克服了ADSL在強噪聲條件下中斷通信的缺點(diǎn)，能自適應地降低速率保持通信連接。 xDSL采用的調制/解調方式有2B1Q（2 Binary 1 Quarterary）、CAP（Carrierless Amplitude/Phase modulation）和DMT（Discrete Multi-Tone）三種。它們都要利用高頻頻帶。由于高頻信號損耗大并易受噪聲干擾，因此速率越高，傳輸距離越近。此外傳輸速率還與雙絞線(xiàn)的線(xiàn)徑和質(zhì)量有關(guān)。 2.1 ADSL技術(shù) ADSL是由Bellcore的Joe Lechleider于八十年代末首先提出的利用電話(huà)網(wǎng)用戶(hù)環(huán)路中的銅雙絞線(xiàn)傳送雙向不對稱(chēng)比特率數據的方法。ADSL基本系統是由安裝在電話(huà)線(xiàn)兩端的一對高性能調制解調器組成。ADSL系統可提供三條信息通道：高速下行信道、中速雙工信道和普通電話(huà)業(yè)務(wù)（POTS）信道。ADSL采用頻分復用技術(shù)，利用濾波器分離不同信道的信息，如果ADSL設備發(fā)生故障，普通電話(huà)業(yè)務(wù)（POTS）將不受影響。高速下行信道的速率范圍為1.5-8Mbps，雙工信道的速率范圍為16Kbps-1Mbps。 目前被廣泛采用的ADSL調制技術(shù)有3種：QAM(Quadature Amplitude modulation)、CAP(Carrierless Amplitude-phase Modulation)、DMT(Discrete Multi Tone)，其中DMT調制技術(shù)被ANSI標準化小組T1E1.4制訂的國家標準所采用。但由于此項標準推出時(shí)間不長(cháng),目前仍有相當數量的ADSL產(chǎn)品采用QAM或CAP調制技術(shù)。 ADSL系統的傳輸信號的最長(cháng)距離因線(xiàn)徑的粗細、信號傳輸速率的高低而有所不同。其對應關(guān)系如下表1所示。 2.2 HDSL技術(shù) HDSL技術(shù)是一種對稱(chēng)的DSL技術(shù)，即上下行速率一樣。HDSL利用現有電話(huà)用戶(hù)線(xiàn)的兩對來(lái)提供全雙工的1.544Mbps(T1)或2.048Mbps(E1)信號傳輸。其上下傳速度是完全一樣的，這是與ADSL的最大區別。如果使用一對雙絞線(xiàn)，則速度可達784-1040kbps。HDSL/SDSL的優(yōu)點(diǎn)是雙向對稱(chēng)，速率比較高，充分利用現有電纜實(shí)現擴容，傳輸距離長(cháng)達6～10公里。其缺點(diǎn)是需要兩對線(xiàn)纜�，F有的HDSL產(chǎn)品的所有限制將在“下一代”HDSL中解決，這就是HDSL2，這里的“2”代表“第二代HDSL”，它僅使用一對雙絞線(xiàn)。 HDSL系統常采用的線(xiàn)路碼型有兩種：2B1Q碼和CAP碼。2B1Q是無(wú)冗余的四電平脈沖碼，屬基帶傳輸碼，即用1位四進(jìn)（quaternary）碼組表示2位二進(jìn)制（Binary）碼組。CAP(Carrierless Amplitude/Phase modulation)碼是無(wú)載波調幅調相技術(shù)，有冗余調碼，屬帶通型傳輸碼。在HDSL系統中，CAP碼常和時(shí)間壓縮調制TCM(Time Compression Modulation)結合使用。CAP的功率頻譜濾除了低頻和高頻部分，克服2BIQ的缺點(diǎn)，因而傳輸距離遠，誤碼率低，抗干擾能力強，對外界干擾小。由于CAP碼帶寬較2BIQ減小一半，使傳輸速率提高一倍。采用CAP碼的HDSL系統在兩對雙絞線(xiàn)上傳輸時(shí)，其傳輸性能優(yōu)于2B1Q 編碼的HDSL系統傳輸性能。由于歷史原因，早期HDSL系統采用2B1Q碼，因而已經(jīng)在市場(chǎng)上占有一席之地。例如百靈（PairGain）、RAD、臺聯(lián)（Tainet）、AT&T等很多廠(chǎng)家都提供采用2B1Q編碼的HDSL系統。而CAP編碼技術(shù)出現得晚一些，加之技術(shù)較為復雜，成本相應略高，但相同傳輸速度情況下，采用CAP編碼的HDSL比采用2B1Q編碼的HDSL傳輸距離長(cháng)40左右，所以，CAP編碼將成為的HDSL的主流。HDSL支持的最大傳輸距離與其系統的線(xiàn)徑及線(xiàn)對數量有關(guān)，如下表2所示： 3 xDSL技術(shù)的應用 3.1 應用ADSL技術(shù) 由于雙交線(xiàn)（電纜）的線(xiàn)徑比普通電話(huà)線(xiàn)粗得多，一般為0.7mm——0.9mm，所以，ADSL在這種電纜上的最大有效傳輸距離可達5公里以上。試想，如果能成功地將這種雙絞線(xiàn)寬帶傳輸技術(shù)應用于野外露天，必將開(kāi)辟一條全新的數據傳輸途徑。然而，雖然世界許多公司都推出了自己的ADSL產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品無(wú)一例外都是基于電信的，它們的局端（CO）全部是基于程控交換機或ATM交換機的，所有局端都是插在一個(gè)稱(chēng)之為機架（DSLAM）的設備中，由于機身龐大、價(jià)格昂貴，所以極大地限制了這項寬帶技術(shù)在其它領(lǐng)域的應用。如果要將這一技術(shù)應用到計算機監控等領(lǐng)域，就必須改造局端，使改造后局端簡(jiǎn)捷、小巧、價(jià)格低廉，具體解決方案如下。 基于法國Alcatel公司“DynaMite”解決方案，使用MTK系列ADSL套片和相應的參考方案改造局端。用DSP芯片或MPC 8XX處理器系列搭構一個(gè)數據轉換卡，去掉原來(lái)的DSLAM機架�，F在已將這種改造后的 ADSL技術(shù)應用于視頻監控系統中。 應用這種改造方案的井下視頻監控系統的基本結構如圖1所示： 圖1 基于A(yíng)DSL傳輸技術(shù)的遠程視頻監控系統 視頻監控系統使用ADSL技術(shù)作為傳輸手段的主要原因：ADSL技術(shù)屬xDSL技術(shù)群中的非對稱(chēng)型，它的下行速度比上行速度高很多，這恰好符合視頻監控系統中傳送視頻圖像數據的需要，可以最為充分地利用雙絞線(xiàn)的帶寬。 3.2 應用HDSL技術(shù) 將HDSL技術(shù)應用于移動(dòng)通訊系統中，基站和交換機之間的數據傳輸如圖2所示。 具體解決方案如下：采用百靈（PairGain）、RAD、臺聯(lián)（Tainet）、AT&T等公司提供的解決方案, 按照HDSL技術(shù)的要求，自己組織數據格式，用FPGA芯片構造接口轉換卡。 移動(dòng)通訊系統使用HDSL技術(shù)作為傳輸手段的主要原因：HDSL技術(shù)屬xDSL技術(shù)群中的對稱(chēng)型，它的上下行速度完全相同，這恰好符合移動(dòng)通訊系統中各基站與交換機之間互傳數據特點(diǎn)，不僅可以充分地利用雙絞線(xiàn)的帶寬，而且由于HDSL技術(shù)傳輸距離更遠，所以，采用這種方案建設的移動(dòng)通訊系統具有更為寬廣的有效通訊范圍。 4 結論 除了上面提到的ADSL和HDSL技術(shù)以外，xDSL技術(shù)群還包括RADSL（速率自適應非對稱(chēng)數字用戶(hù)環(huán)路）、SDSL（單線(xiàn)數字用戶(hù)環(huán)路）、VDSL（寬帶接入技術(shù)）。下面對xDSL技術(shù)群做一個(gè)總結，其結果如下表3所示。 從上面的對比中不難看出，基于普通銅質(zhì)雙絞線(xiàn)的xDSL技術(shù)群中ADSL和HDSL二種傳輸方式更適合用于野外數據的傳輸工作。它們不僅降低的傳輸的成本，更使傳輸系統的維護工作大大簡(jiǎn)化。 |
