遠程監(jiān)控通信方式與xDSL技術(shù)的研究（1）

時間：2018-06-04 12:45:05

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[導(dǎo)讀]1 引言現(xiàn)行的遠程監(jiān)控系統(tǒng)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題。光纖傳輸方式：在野外等特殊環(huán)境中，光纖監(jiān)控

1 引言

現(xiàn)行的遠程監(jiān)控系統(tǒng)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題。

光纖傳輸方式：在野外等特殊環(huán)境中，光纖監(jiān)控系統(tǒng)中的光纖架敷設(shè)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，都會造成傳輸光纜斷纜或斷芯，而光纜斷裂后，很難快速修復(fù)。因為焊接技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備昂貴，普通用戶根本無法進行恢復(fù)。再加上光端機價格較高，這些都限制了光纖傳輸方式的應(yīng)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，必須采用中繼器實現(xiàn)遠程傳輸，而在野外等惡劣環(huán)境中，中繼設(shè)備的串入必然降低系統(tǒng)的可靠性，同時，中繼器是有源設(shè)備，中繼設(shè)備的供電也是一個很困難的事，而且視頻電纜斷纜后，其維護也遠比雙絞線復(fù)雜。所以，視頻電纜傳輸方式也沒有得到推廣。

隨著技術(shù)的迅速發(fā)展，一種全新的利用普通電話線進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)——xDSL技術(shù)應(yīng)運而生，它徹底打破了高速通信由光纖獨攬的局面。這種被稱為“點銅為金（CopperGold）”技術(shù)為遠程數(shù)據(jù)傳輸帶來了新的希望。

2 xDSL技術(shù)方案

DSL是英文Digital Subscriber Line的縮寫，即所謂的數(shù)字用戶環(huán)路。DSL技術(shù)是基于普通電話線的寬帶接入技術(shù)，它在同一銅線上分別傳送數(shù)據(jù)和語音信號。目前存在有HDSL、SDSL 、VDSL 、ADSL與RADSL等多種不同類型的DSL接入技術(shù)。為了方便起見，人們常常把這些DSL技術(shù)統(tǒng)稱為“xDSL”技術(shù)。這些DSL接入技術(shù)的基礎(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)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、具體實現(xiàn)方式及上、下行速率的對稱性等方面是否相同可分為速率對稱型和速率非對稱型兩種。

速率對稱型的xDSL有HDSL、SDSL (Single line DSL)等多種形式。非對稱型的xDSL有ADSL（Asymmetric DSL）和VDSL（Very high bit rateDSL）等數(shù)種。因其下行速率很高，適用于下行數(shù)據(jù)量很大的Internet業(yè)務(wù)。最近又出現(xiàn)了速率自適應(yīng)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，能自適應(yīng)地降低速率保持通信連接。

xDSL采用的調(diào)制/解調(diào)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的線徑和質(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網(wǎng)用戶環(huán)路中的銅雙絞線傳送雙向不對稱比特率數(shù)據(jù)的方法。ADSL基本系統(tǒng)是由安裝在電話線兩端的一對高性能調(diào)制解調(diào)器組成。ADSL系統(tǒng)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業(yè)務(wù)（POTS）信道。ADSL采用頻分復(fù)用技術(shù)，利用濾波器分離不同信道的信息，如果ADSL設(shè)備發(fā)生故障，普通電話業(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(diào)制技術(shù)有3種：QAM(Quadature Amplitude modulation)、CAP(Carrierless Amplitude-phase Modulation)、DMT(Discrete Multi Tone)，其中DMT調(diào)制技術(shù)被ANSI標(biāo)準(zhǔn)化小組T1E1.4制訂的國家標(biāo)準(zhǔn)所采用。但由于此項標(biāo)準(zhǔn)推出時間不長,目前仍有相當(dāng)數(shù)量的ADSL產(chǎn)品采用QAM或CAP調(diào)制技術(shù)。

ADSL系統(tǒng)的傳輸信號的最長距離因線徑的粗細、信號傳輸速率的高低而有所不同。其對應(yīng)關(guān)系如下表1所示。

2.2 HDSL技術(shù)

HDSL技術(shù)是一種對稱的DSL技術(shù)，即上下行速率一樣。HDSL利用現(xiàn)有電話用戶線的兩對來提供全雙工的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(qū)別。如果使用一對雙絞線，則速度可達784-1040kbps。HDSL/SDSL的優(yōu)點是雙向?qū)ΨQ，速率比較高，充分利用現(xiàn)有電纜實現(xiàn)擴容，傳輸距離長達6～10公里。其缺點是需要兩對線纜。現(xiàn)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。

HDSL系統(tǒng)常采用的線路碼型有兩種：2B1Q碼和CAP碼。2B1Q是無冗余的四電平脈沖碼，屬基帶傳輸碼，即用1位四進（quaternary）碼組表示2位二進制（Binary）碼組。CAP(Carrierless Amplitude/Phase modulation)碼是無載波調(diào)幅調(diào)相技術(shù)，有冗余調(diào)碼，屬帶通型傳輸碼。在HDSL系統(tǒng)中，CAP碼常和時間壓縮調(diào)制TCM(Time Compression Modulation)結(jié)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，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(tǒng)在兩對雙絞線上傳輸時，其傳輸性能優(yōu)于2B1Q 編碼的HDSL系統(tǒng)傳輸性能。由于歷史原因，早期HDSL系統(tǒng)采用2B1Q碼，因而已經(jīng)在市場上占有一席之地。例如百靈（PairGain）、RAD、臺聯(lián)（Tainet）、AT&T等很多廠家都提供采用2B1Q編碼的HDSL系統(tǒng)。而CAP編碼技術(shù)出現(xiàn)得晚一些，加之技術(shù)較為復(fù)雜，成本相應(yīng)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(tǒng)的線徑及線對數(shù)量有關(guān)，如下表2所示：

3 xDSL技術(shù)的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用ADSL技術(shù)

由于雙交線（電纜）的線徑比普通電話線粗得多，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寬帶傳輸技術(shù)應(yīng)用于野外露天，必將開辟一條全新的數(shù)據(jù)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稱之為機架（DSLAM）的設(shè)備中，由于機身龐大、價格昂貴，所以極大地限制了這項寬帶技術(shù)在其它領(lǐng)域的應(yīng)用。如果要將這一技術(shù)應(yīng)用到計算機監(jiān)控等領(lǐng)域，就必須改造局端，使改造后局端簡捷、小巧、價格低廉，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(yīng)的參考方案改造局端。用DSP芯片或MPC 8XX處理器系列搭構(gòu)一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡，去掉原來的DSLAM機架。現(xiàn)在已將這種改造后的 ADSL技術(shù)應(yīng)用于視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。

應(yīng)用這種改造方案的井下視頻監(jiān)控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 基于ADSL傳輸技術(shù)的遠程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)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)群中的非對稱型，它的下行速度比上行速度高很多，這恰好符合視頻監(jiān)控系統(tǒng)中傳送視頻圖像數(shù)據(jù)的需要，可以最為充分地利用雙絞線的帶寬。

3.2 應(yīng)用HDSL技術(shù)

將HDSL技術(shù)應(yīng)用于移動通訊系統(tǒng)中，基站和交換機之間的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)格式，用FPGA芯片構(gòu)造接口轉(zhuǎn)換卡。

移動通訊系統(tǒng)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)群中的對稱型，它的上下行速度完全相同，這恰好符合移動通訊系統(tǒng)中各基站與交換機之間互傳數(shù)據(jù)特點，不僅可以充分地利用雙絞線的帶寬，而且由于HDSL技術(shù)傳輸距離更遠，所以，采用這種方案建設(shè)的移動通訊系統(tǒng)具有更為寬廣的有效通訊范圍。

4 結(jié)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(yīng)非對稱數(shù)字用戶環(huán)路）、SDSL（單線數(shù)字用戶環(huán)路）、VDSL（寬帶接入技術(shù)）。下面對xDSL技術(shù)群做一個總結(jié)，其結(jié)果如下表3所示。