前言
到菊花厂实习了近五个月了,接触到的是接入网领域中铜线接入技术终端设备的硬件性能测试工作(我感觉大部分时间是在给其他人打杂,干的都是跑腿的活,和技术无关)。既然出来实习了,多多少少总也该见识到一些东西的,就暂且记一下,不枉出来混的这几个月。
接下里写的主要是一些基础性的概念,有信息领域的基础知识和业务相关的特定领域知识。有些东西我自己也还不太清楚,但不管对错,先写了再说吧。
接入网概念和分类
上网的方式有好多种,如果是一台普通的笔记本电脑,可以通过一根网线接到路由器上上网,也可以连接到路由器发出的WIFI上网;如果是一部手机,可以用流量上网,也可以用WIFI上网。上面说的这些是通常的上网方式,可是这里面的接入技术又不尽相同。
先说说什么是接入网吧,在一堆的节点和通信链路相互连接组成的网络中,用户的终端设备利用某种通信介质构成的链路连接到网络中,这一段实现从终端到外部的广域网的连接所需的设备构成了接入网的物质基础。
对于整个网络,可以简单地分为两个部分,接入网和核心网。接入网的功能就是为了实现用户终端到外部网络的连接功能,提供一个可以进入互联的通道;而核心网主要负责数据的路由转发,实现数据通信的功能。从这里可以看出,接入网实现的功能是将服务提供给具体的终端,为不同的终端都提供接入网络的服务。对于有线接入,一个用户会独占终端及相应链路的资源,因而线路利用率不高,投资成本相对大一点;但是在核心网中,面向的是数据业务,完成数据转发,而不仅仅由用户独占,因而资源共享,成本相对低廉。这是接入网和核心网的几点不同,由于终端的多样性,接入的方式也就多种多样。
简单的看,可以把接入方式分为有线接入和无线接入。有线接入对应固定网络,无线接入对应移动网络。常用的有线接入方式根据介质的不同又可以分为铜线接入和光纤接入。无线接入根据技术的不同分为数据网络接入和语音网络接入(我自己这样命名的,用来区分流量和wifi)。因为我实习所在的部门采用铜线技术接入的,故而之后皆介绍铜线接入技术相关的内容。
对于铜线接入网的组成,主要是由终端、局端和连接两者的数字用户线组成,当然由于线路距离和带宽分用的问题,中间会有一些中继器等设备。这里的终端其实就是Modem,当然,我们现在已经很少看到这样的设备了。就算看到也是具有Modem功能的路由器了,用电话线上网的情况已经比较少了。
对于铜线接入,其实是一个正在被淘汰,在有些地方甚至是已经淘汰的技术了。大的趋势就是“光进铜退”,现在做铜线接入不过是作为过渡的作用而已。现在小区、楼房,大部分都是光纤接入,有些也是仅仅在最后的入户百米、几十米内还是铜线。无论是在材料价格、传输数量上,铜线都不及光纤,只是由于铜线网络布局早,依托固定电话业务的发展而至今苟延残喘。并且海外的小区线路改造成本高,配合光纤,发挥最后百米的优势才使得铜线有暂存之机。
硬件概念及演变
一个完整功能的设备,是由一堆的硬件电路和软件组成的,由于我所在硬件部门,故介绍硬件相关的东西。
具体的硬件有很多种分类,就已简单的形态和功能来说,可分为元件、器件、单板和模块这几种。元件就是简单的电容电阻等电路的基本组成部件、而器件是具备某些功能集成电路、如放大器、数模转换器、电平转换器、单板则是元件、器件以及PCB线路组合在一起实现的完整电路;模块是标准化程度较高的特定功能的电路。
随着技术的发展,硬件工艺的发展,硬件的技术也在不断的变化。一开始,只有简单的分立元件,只能搭建简单的模拟电路,这时候硬件设计靠的是硬件工程师模拟电路设计的能力,之后,有了数字电路,开始需要逻辑时序的配合,半导体工艺的进一步发展,集成电路出现,数字电路的标准化,硬件设计开始变得简单了,再后来,出现了SOC,简单的外围电路就能实现基本功能,对硬件工程师的要求也越来越低了,而且把更多样的功能实现交给了软件,让软件去实现更丰富的功能。所以,就板级电路的设计而已,相对来说,需要的东西已经越来越少了,硬件工程师也渐渐地变成了一个连线工。(当然了,我连连线工都不是,只是在给连线工看连好以后,连线的效果好不好)
铜线接入技术
Modem,就是调制解调器英文单词的前几个字母拼起来的,他的作用就是实现模数和数模转换,一般来说,Modem上至少有两个口,一个是接数字用户线的,该线上传输的是模拟信号,会和局端相连;另一个口是接的是网线,传输的是数字信号,会和计算机相连。但现在的Modem一般功能都已经比较强大了,集成了无线网卡和多个网口,所以也具备路由器的功能了。但是我们研究的还是只有Modem基本的功能。
但是,话虽那么说,可我之后还是不研究调制解调功能,因为调制解调功能已经由芯片完成了,研究重点在信号从芯片TX出来到数字用户线以及信号从数字用户线到芯片RX这两个过程中经过的链路,称这芯片到数字用户线之间的链路为模拟链路。
硬件组成模块
Modem电路中核心的芯片包含了很多个部分,研究的重点是是AFE,又称模拟前端,用来实现模拟信号的处理。AFE对外有两种端子,一个是TX,用来发送信号;另一个是RX,用来接收信号。在信号从AFE的TX出来之前,需要经过好几步,首先从DFE出来的二进制数据经过DAC的转换成为模拟信号,在经过一个低噪声信号放大器,然后在从TX发出来。同样的,在RX端接收到信号之后,会先经过一个放大器,再进行ADC转换,然后将得到的数据传送到DFE进行处理。
当信号从AFE的TX端发送出去之后,会来到一个叫做Line Driver的电路,这个电路其实就是一个信号放大电路,一来是AFE发出的信号功率有限,二来信号在之后的数字用户线上会发生衰减,引入噪声,所以需要在信号发送侧加一个放大器,以便接收端能够接收到一个稍微好点的信号。
信号经过line driver电路之后,会进入一个叫Hybrid的电路之中。这个电路是用来实现频分复用的功能的,即发送方向和接收方向的信号线都连接到了Hybrid电路中,但是在发送的时候,TX方向的信号经过Hybrid电路后到达数字用户线,而只有很少一部分信号会通过Hybrid电路发到RX端去;同时在接收方向,来自数字用户线的信号会通往RX端,而通往TX方向的会被Hybrid电路所阻挡,实现了二四线的分离。(因为信号走线是差分形式,TX有两根,RX也有两根,而数字用户线也是两根双绞线,因此称为二四线分离)
数字用户线接入协议
从最开始出名的ADSL说起,之前协议的名气不大不了解。ADSL是非对称数字用户线,表示上行速度和下行速度不一样。ADSL一开始使用了4K到1.1M的频谱资源,之后不断扩展,后来又发展了VDSL协议,再就是G.FAST协议,这些铜线技术协议,随着速率的不断增加,接入的距离却在不断地变短。比如ADSL,虽然速度慢,但可以远至几公里,而最快的G.FAST要是想达到1Gbit的速度,怕是只能在100米以内了。
之前的协议就不说了,就从ADSL开始,是G.992.1,然后是ADSL2,是G.992.3,再是ADSL2+,是G.992.5;握手和初始化协议是G.994.1;VDSL是G.993.1,VDSL2是G.993.2,之后有出现了Vectoring技术,以及新的标准G.FAST。其中的具体内容暂且不谈了,以后再说吧。
总结
暂时先写这些,之后再补充吧。