1 引言
現(xiàn)行的遠(yuǎn)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(wèn)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(huì)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?yàn)楹附蛹夹g(shù)復(fù)雜，設(shè)備昂貴，普通用戶根本無(wú)法進(jìn)行恢復(fù)。再加上光端機(jī)價(jià)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(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(shí)，中繼器是有源設(shè)備，中繼設(shè)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(hù)也遠(yuǎn)比雙絞線復(fù)雜。所以，視頻電纜傳輸方式也沒(méi)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)——xDSL技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，它徹底打破了高速通信由光纖獨(dú)攬的局面。這種被稱(chēng)為“點(diǎn)銅為金（CopperGold）”技術(shù)為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)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(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(yǔ)音信號(hào)。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(tǒng)稱(chēng)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(hào)傳輸速率與距離、具體實(shí)現(xiàn)方式及上、下行速率的對(duì)稱(chēng)性等方面是否相同可分為速率對(duì)稱(chēng)型和速率非對(duì)稱(chēng)型兩種。
速率對(duì)稱(chēng)型的xDSL有HDSL、SDSL (Single line DSL)等多種形式。非對(duì)稱(chēng)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(qiáng)噪聲條件下中斷通信的缺點(diǎn)，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(hào)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(duì)稱(chēng)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(duì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所采用。但由于此項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)推出時(shí)間不長(zhǎng),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(hào)的最長(zhǎng)距離因線徑的粗細(xì)、信號(hào)傳輸速率的高低而有所不同。其對(duì)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(duì)稱(chēng)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(duì)來(lái)提供全雙工的1.544Mbps(T1)或2.048Mbps(E1)信號(hào)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(duì)雙絞線，則速度可達(dá)784-1040kbps。HDSL/SDSL的優(yōu)點(diǎn)是雙向?qū)ΨQ(chēng)，速率比較高，充分利用現(xiàn)有電纜實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，傳輸距離長(zhǎng)達(dá)6～10公里。其缺點(diǎn)是需要兩對(duì)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(duì)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(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(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(shí)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(diǎn)，因而傳輸距離遠(yuǎn)，誤碼率低，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)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(duì)雙絞線上傳輸時(shí)，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(chǎng)上占有一席之地。例如百靈（PairGain）、RAD、臺(tái)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(zhǎng)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(duì)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(dá)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(kāi)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(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(jī)或ATM交換機(jī)的，所有局端都是插在一個(gè)稱(chēng)之為機(jī)架（DSLAM）的設(shè)備中，由于機(jī)身龐大、價(jià)格昂貴，所以極大地限制了這項(xiàng)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(jì)算機(jī)監(jiān)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(guó)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(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換卡，去掉原來(lái)的DSLAM機(jī)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(yuǎn)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(duì)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(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(dòng)通訊系統(tǒng)中，基站和交換機(jī)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(tái)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(dòng)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(duì)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(tǒng)中各基站與交換機(jī)之間互傳數(shù)據(jù)特點(diǎn)，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(yuǎn)，所以，采用這種方案建設(shè)的移動(dòng)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(duì)稱(chēng)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(duì)xDSL技術(shù)群做一個(gè)總結(jié)，其結(jié)果如下表3所示。
從上面的對(duì)比中不難看出，基于普通銅質(zhì)雙絞線的xDSL技術(shù)群中ADSL和HDSL二種傳輸方式更適合用于野外數(shù)據(jù)的傳輸工作。它們不僅降低的傳輸?shù)某杀荆箓鬏斚到y(tǒng)的維護(hù)工作大大簡(jiǎn)化。
