（通信与信息系统专业论文）基于atm的adsl局端线路接口板的研制.pdf

摘要 随着光纤技术的迅速普及，尤其是密集波分复用技术的大力采用，我国骨干传 输网的带宽瓶颈问题已经基本得到解决。然而，在用户终端到电信端局的接入网 络上，绝大多数接入介质还是传统的铜双绞线。受制于传统的模拟调制技术，数 据传输速率一般低于6 4 k b s ，这远远不能满足各种宽带数据业务( 比如i n t e m e l 浏览等) 的要求。本文论述一种宽带接入技术不对称数字用户线( a d s l ) ，它能 在传统的铜双绞线上提供上行8 9 6 k b s ，下行8 1 9 2 m b s 的数据带宽。本文比较详 细地阐述了数字用户线接入模块( d s l a m ) 开发方案中，a d s l 局端接口模块的 d m t 编码与调制过程，讨论了其组网应用方式以及基于a t m 的网络侧接口 u t o p i a 2 技术，分析了a d s l 与其它宽带接入技术的相互联系和优缺点，并介绍 了方案中所采用的一些关键技术，包括在线插拔技术、系统同步启动和故障自动 重起技术以及高速数字信号完整性的保证技术等等。测试数据表明该设计方案 可以实现设计要求。 关键词：不对称数字用户线编码调制网络接口 a b s t r a c t w i t ht h ep o p u l a r i z a t i o no fl i g h t - g u i d ef i b e r , t h el i m i to fb a n d w i d t hi sd i s a p p e a r i n g o f ft h et r a n s m i s s i o nt r u n k sa sac o n t r a s t ，t h el o o p sl i n k i n gc u s t o m e rt e r m i n a l s 、i mt h e c e n t r a l o f f i c e sa r em o s t l yt r a d i t i o n a lc u p r e o u st w i s t e d p a i r s o nw h i c had a t as t r e a mc a n o n l yb et r a n s f e r r e da tar a t eo fn om o r et h a n6 4 k b su s i n ga 1 1a n a l o gm o d e m t h i s c a p a b i l i t y i sn o wf a rb e l o wp e o p l e sn e e d st o e x p l o r ei n t e m e to rt o l i n ki n t r a n e t a s y m m e t r i cd i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ( a d s l ) i san e wk i n do fb r o a db a n dl o o p t e c h n o l o g y w i t ht h i st e c h n o l o g y , t h ea v a i l a b l eb a n d w i d t h0 nat w o w i r el o o pc a l l t r a n s f e rt w od a t as t r e a m ss y n c h r o n o u s l y , a nu p s t r e a ma tar a t eo f8 9 6 k b sa n df l d o w n s t r e a ma tar a t eo f8 19 2 m b s i nt h i sp a p e r , a na p p l i e dp r o j e c to fa d s ls y s t e mi sb r o u g h tf o r w a r d f i r s t l y , t h e d i s c r e t em u l t i - t o n e p r o c e s s i n g i na l la d s lc e n t r a lo f f i c e s i d ei n t e r f a c ec a r di s d e t a i l e d l yi n t r o d u c e d t h ep r o c e s s i n gm a i n l yi n c l u d e st i m i n g ，f r a m i n g ，i n t e r l e a v i n g ， f o r w a r de r r o rc o r r e c t i o n ，c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k ，c o n s t e l l a t i o ne n c o d i n g ，i n v e r s e f a s tf o u r i e rt r a n s f o r mp r o c e s s i n g ，p r e f i x i n g ，d ac o n v e r t i n g ，a n da m p l i f y i n g s e c o n d l y , ak i n do fi n t e r f a c en a m e du t o p i al e v e l2i su s e da st h en e t w o r ki n t e r f a c e ， w i t hw h i c hm a n ya d s ld e v i c e sa r el i n k e dw i t ho n ea t ml a y e r e a c hi n t e r f a c ec a r d c o n t a i n s2 4a d s lp o r t sl a s t l y , s o m ei m p o r t a n tt e c h n o l o g i e st h a tu s e di nt h ed e s i g na r e i n t r o d u c e d t h e ya r el o w - v o l t a g ed i f f e r e n t i a ls i g n a l i n g ，l i v ei n s e r t i o na n de v u l s i o n ， s y s t e ms t a l - ts y n c h r o n i c i t ym a df a i lr e s t a r t a b l ef u n c t i o n ，a n ds i g n a li n t e g r i t y , a n ds oo n n l e r ea r es t i l ls o m ed e f i c i e n c i e sn e e d e dt ob eo v e r c o m e d k e y w o r d s ：a d s le n o d i n gm o d u l a t i o nn e t w o r ki n t e r f a c e 创新性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 本人签名：衣j红沟日期m 2 ，0 ，功 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文在解密 后遵守此规定) 本人签名： 导师签名 刘犯涵 倩鼋匙 日期p o - 0 2 d 二， 日期砘硼口，纠 第一章绪论 第一章绪论 1 1 宽带需求与带宽瓶颈 因特网的迅猛发展正极大地改变着人们的生活方式和行为方式，与此相伴的 网络技术的迅速普及以及多媒体技术的迅速提高，大大增加了人们对宽带业务的 需求，更灵活的i n t e m e t 接入方式和更高的传输带宽也就成了当今社会人们进行信 息交流的首选。具体说来，大量低时延数据业务需要比较高的传输带宽，诸如w 曲 浏览的典型带宽从数百k b s 到数m b s 不等，而l a n 的典型带宽则更高达数m b s 到上百m b s ；另外一些本身带宽不高，但通信量极大的业务应用，如电话、e m a i l 等也需要很高的网络带宽，尤其是e m a i l ，其附件的规模正变得越来越大，所需的 传输带宽也就越来越高；再就是图像、文件备用这样一类应用，本来就需要极高 的传输带宽。 为了建设信息的高速公路，人们花大力气发展各种宽带技术。在骨干网方面， a t m 技术、s d h 技术以及千兆以太网技术等的出现都迅速推动了骨干网的宽带化 建设，尤其是d w d m 技术的提出和迅速采用，使得光纤网络的链路容量取得了突 破性进展，目前单对光纤的实际商用系统传输容量已达3 2 0 g b s ( 2 x 1 6 x 1 0 g b s ) 和 1 0 0 g b s ( 4 0 2 5 g b s ) ，实验室甚至已经完成1 t b s ( 1 0 0 1 0 g b s ) 的实验，由此带宽危 机在核心光纤网上已不复存在。然而在连接用户与核心网络的接入网方面，由于 受到各种条件的限制，宽带业务一直未能很好地发展，成为了信息高速传输的瓶 颈。我们知道，目前绝大多数用户本地环路还是以传统的铜双绞线作为传输介质， 并且整个接入网络以传输话音信号为主要业务，被设计、实现和优化成了电路交 换的网络，其可靠的通带只有o 3 3 4 砌也。用于传输数据业务时，采用最快的模 拟调制解调器也只能提供5 6 k b s 的带宽，而且这己接近该种技术的理论极限，就 算采用i s d n 技术，也只能达到1 2 8 k b s 。这样的传输能力，在“信息爆炸”的今 天称之为“羊肠小道”是毫不为过的。面对上述消耗大量带宽的业务，用户对宽 带接入技术的需求越来越强烈。 1 2 几种常见的宽带接入技术及比较 显而易见，鉴于光纤通信的巨大优越性，光纤到家才是解决带宽瓶颈的最终 办法，但由于其高昂的成本，目前尚不能大规模商用。只有日本宣布了雄心勃勃 的光纤到家计划，其它国家距光纤到家仍有一段距离。因此对各种过渡性的宽带 接入技术的研究方兴未艾，宽带接入产品不断推陈出新。目前的宽带接入市场主 要有基于传统电话线的d s l 技术、h o m e p n a 接入技术，基于有线电视网( h f c ) 基于a t m 的a d s l 局端线路接口板的研制 的c a b l e m o d e m 技术，基于以太网的l a n 接入技术，基于光纤技术的f t l x 和无 源光网络( p o n ) 技术，以及宽带无线接入技术等。下面简要介绍其中几种。 1 2 1c a b l em o d e m 技术 c a b l em o d e m 主要依托庞大的有线电视同轴光纤混合网络为用户提供宽带 接入服务。连接有线电视用户的同轴电缆，具有宽达5 5 0 7 5 0 m h z 的巨大频谱带 宽，具有相对的经济性，这对有线电视公司和一些电话公司来说，无疑具有很大 吸引力。但由于铜缆放大器经常是单向的( 单向传输到家庭) ，类似广播方式，系 统需要进行双向改造。而且，对于预留的5 - 5 0 m h z 的上行信道，由于长期“废弃”， 存在较大干扰，并且因为是多用户共享，容易产生过载。但从长远看，h f c 网计 划提供的是所谓全业务网( f s n ) ，即以单个网络提供各种类型的模拟和数字业务。 如若h f c 用户数从5 0 0 户降到2 5 户，可实现光纤到路边，一旦最终用户数降至1 户，就可实现光纤到家。这是一条宽带通信的平滑过度途径。对于其回传信道的 干扰问题，目前也已有多种解决方案可用，其中比较彻底的方案是小型光节点方 案，用独立的光纤来传双向业务。小型光节点采用低成本激光器( 约1 0 0 美元) ， 很靠近用户，因而同轴网部分为无源网，回传信道则安排在高频端，从而彻底避 免了回传信道的干扰问题。第二种比较好的方案是采用同步码分多址( s c d m a ) 技术，此时信号处理增益可达2 1 5 d b ，干扰大大减少，系统可以工作在负信噪比 条件，可望较好地解决回传信道的噪声和干扰问题。i - i f c 的最新发展趋势是与 d w d m 相结合，可以充分利用d w d m 的降价趋势简化第二枢纽站，将路由器和 服务器等移到前端，消除光射频光变换过程，从而简化系统，进一步降 低成本。总之，h f c 还是比较有前途的宽带接入技术。 1 2 2 基于以太网的l a n 接入技术 基于以太网的l a n 接入技术人们比较熟悉，它也是目前应用最为广泛的局域 网络传输方式。该技术采用基带传输，通过双绞线和传输设备，实现1 0 m b s 、 1 0 0 m b s 和1 0 0 0 m b s 的网络传输。用户桌面接入速率可达1 0 m b s 甚至更高。以太 网技术成熟，不存在技术风险和不稳定因素。而且由于应用广泛，市场销售量大， 产品生产厂家多，竞争激烈，使得以太网产品价格较低，己形成很成熟的市场。 但是与h f c 拥有有线电视网、d s l 技术依赖庞大的电话网相比，开展以太网接入 必须从零开始构建自己的传输网络。这在用户规模比较大的新建社区由于性能价 格比的优势是可以接受的，但对于原有社区以及用户规模有限或入住率比较低的 新建社区，工程造价方面的优势就不再明显了。尽管如此，以太网还是被看作进 第一章绪论 入接入业务市场的一种最好方式。甚至一些电信运营商也提出了f t t x + l a n 的宽 带接入。这里f t l x 则可以是光纤到小区路边( f t t c ) 和光纤到大楼( f t t b ) 等。综合考虑的结果，基于以太网的l a n 接入技术在新建高档小区和集团用户的 智能办公大厦市场具有优势。 1 2 3 宽带无线接入技术 宽带无线接入技术以l m d s ( 本地多点分布服务) 为代表，它是一点对多点的无 线分布系统，最早用于工作在2 7 ，5 g h z 到2 9 5 g h z 的频段上，它利用多重覆盖解 决投射阴影问题，利用极化方向的不同解决相临同频单元的干扰问题，可在一定 覆盖范围内提供5 4 m b s 的带宽。缺点是缺乏简单的方法来增加容量，而且上行共 享信道跟h f c 一样存在过载控制问题。 1 2 4h o m e p n a 技术 h o m e p n a 是家庭电话线联网组织( h o m ep h o n c l i n en e t w o r k i n ga l l i a n c e ) 的 缩写，1 9 9 8 年由a t & t 和i b m 等公司共同提出。h o m e p n a 是利用现有的铜线( 譬 如电话线) 和光纤网络高速接入因特网的技术，接入速率上下行可达 1 m b s ( h o m e p n a l 0 ) 1 0 m b s ( h o m e p n a 2 0 ) ，而且用户在上网的同时可使用电话。 该业务收费低，接入简单方便，但传输距离只有不足3 0 0 米。然而，如果该 技术与a d s l 技术相结合，二者刚好可以取长补短，从而具有巨大的竞争力。 除上述几种宽带接入技术之外，有一类基于铜双绞线的宽带接入技术极具竞 争力，这就是数字用户线环路技术x d s l ，在下一节专门介绍。 1 3x d s l 技术及a d s l 在国内外的发展 基于铜双绞线的数字用户线环路称为d s l ( d i 【g i t a ls u b s c r i b e rl i n e l o o p ) ， i s d n 实际上也是d s l 技术的一种。d s l 技术起始于2 0 世纪7 0 年代，经过人们 的不断研究，现在已经发展成为了一个大的x d s l 家族，不对称数字用户线 a d s l ( a s y m _ m e t r i cd i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p ) 是最近的研究成果之一。 这些d s l 技术针对铜双绞线的传输特性采用了不同的编码和调制技术，列举 如下： i d s l ：综合业务数字网( i s d n ) 。物理层采用2 8 1 q 编码，使用1 对双绞线， 速率1 2 8 k b i t s ，传输距离小于6 k m ，可开展“2 b + d ”业务： h d s l ：高比特率数字用户线。物理层采用2 8 1 q 编码，使用2 对双绞线，速 基于a t m 的a d s l 局端线路接口板的研制 率2 m b i t s ，传输距离小于5 k m ，可开展“t 1 ”或“e 1 ”业务； h d s l 一2 ：第二代高比特率数字用户线，物理层采用p a m2 8 1 q 编码，使用1 对双绞线，速率2 m b s ，传输距离小于5 k m ，可开展“t 1 ”或“e l ”业务； r a d s l ：自适应数字用户线。物理层采用d m t 或c a p 编码，使用1 对双绞 线，局端和用户端速率按级自动协商，传输距离小于5 k m ，可开展数据业务； a d s l ：不对称数字用户线。物理层采用d m t 编码，使用1 对双绞线，速率 上行8 9 6 k b s ，下行8 1 9 2 m b s 。传输距离小于5 k m ，可开展数据和图像业务： v d s l ：甚高速数字用户线。物理层采用d m t 或c a p 编码，使用l 对双绞 线，速率5 0 m b s 。传输距离小于3 0 0 m ，可开展数据和图像业务。 普遍认为，a d s l 和r a d s l 正在融合，而v d s l 是其发展趋势。 a d s l 技术最先在北美被提出。早在1 9 9 6 年一1 9 9 7 年，国外尤其是美国就开 始了对a d s l 的大肆渲染和讨论，那时关于a d s l 的技术性介绍文章及评论，关 于a d s l 产品的宣传和竞争在电信类期刊杂志上随处可以看到。不过在那时， a d s l 的开展还存在很多障碍，首先是终端设备价格太贵，其次是没有统的业界 标准，另外一点很重要的，就是那时a d s l 用户端设备的安装、调试非常复杂和 困难，用户对此怨言很重。即使在美国，当时推广a d s l 也存在很大的难度。随 着1 9 9 9 年i t u t 推出了正式的a d s l 标准，设备成本大幅降低，掀起了a d s l 业 务推广的热潮。从那时起，a d s l 开始被越来越多的国家采用，并成为用户宽带接 入的重要手段之一。在过去的两年内，a d s l 业务在全球范围内迅速扩展，目前几 乎所有的工业化国家都已开展a d s l 业务，甚至在一些不太发达的国家也开始得 到应用。这无疑说明a d s l 技术是适用于大众市场的技术。 与欧美、韩等电信发达国家相比，我国对a d s l 的研究和引入都相对较晚。 首先，1 9 9 7 年我国的i n t e m e t 尚处于起步阶段，用户数少，网上资源匮乏， 不要说a d s l 宽带接入，即使是2 8 8 k b s 的拨号方式接入已能满足绝大多数 i n t e r n e t 用户的需求；第二，基于前面提到的价格原因，不论是我国的电信运营商 还是用户对当时a d s l 设备所需的投资都无法承受。 不过即使在当时的条件下，我国个别发达城市还是大胆进行了a d s l 宽带接 入试验。比如广州市，1 9 9 7 年引进当时最著名的a d s l 设备厂商百令达公司的产 品进行试验。试验系统容量大约二百线左右。但实验之后，并没有立即开展业务。 在广州之后，上海、深圳等城市也进行了小规模的试验，试验容量都在数百线左 右。可以说，一直到2 0 0 0 年上半年，我国a d s l 的发展都处于摸索和试验阶段。 试验设备主要采用了百令达公司和阿尔卡特公司的产品。直到2 0 0 0 年下半年左右， 上海、广州、深圳等城市才开始引入设备并正式向公众开放a d s l 接入业务。 按照中国电信的规划，从现在直到2 0 0 5 年将是我国a d s l 大规模建设阶段， 到2 0 0 5 年，a d s l 接入网络容量将基本满足a d s l 业务的市场需求。为此，国内 第一章绪论 比较有实力的电信供应商正在致力于研发自己的a d s l 设备。本a d s l 系统开发 项目( d s l a m ) 就是在这种情况下上马的。 1 4 本文研究的主要内容 作为数字用户线接入模块d s l a m ( d s la c c e s sm o d u l e ) 系统研究开发项目 的一部分，本文的研究重点将侧重a d s l 局端线路接口模块的实现过程和硬件研 发上。在此基础上，本文还对与a d s l 相关的技术进行了分析和探讨。 论文的第二章全面介绍了a d s l 系统( 主要是a t u c ：a d s l 收发单元局端) 的设计方案。其中第一节具体介绍了a d s l 的性能优势：第二节和第三节介绍了 a d s l 可选用的编解码技术和回波控制技术：第四节讲述了a d s l 各等级的传送 能力。第五节是我们在设计a t u c 时参照的系统模型，比较详细地分析了各功能 模块的功能特性和实现方法。这是开发项目的重点，也将是本论文的重点。 关于a d s l 设备常见的组网应用，是在第三章介绍的。我们研发的d s l a m 系统是基于a t m 的，体现在a d s l 局端线路接口板上，就是u t o p i al e v e l2 接 口的应用，所以该章对这接口协议及具体实现作了比较全面的介绍。 论文第四章讨论了a d s l 局端线路接口板研制中的一些关键问题的解决：作 为局端设备的一部分，a d s l 用户接口板需要解决带电插拔的问题和环路吊死后的 自动重起功能；还有高速背板的解决方案( l v d s 技术) 等。另外，a d s l 线路接 口板部分信号线承载高速数字信号的传输，在保证高速信号的完整性方面，我们 也做了一定的工作。 文章最后对整个系统方案作了简单总结，对设计中仍然存在的问题作了适当 说明，某些方面还提出了自己的大体设想。 第二章a d s l 系统结构及设计实现 第二章a d s l 系统结构及设计实现 2 1a d s l 的性能优势 作为发展前景极为广阔的一种宽带接入技术，a d s l 具有极其鲜明的特色和巨 大的竞争优势，表现在以下几个方面： 优势一：能够充分利用现有的巨大双绞线铜缆网来开展新业务。 这正是电话公司所需要的，也非常适合我国的国情。目前全球有用户环路约7 亿条，其中中国也占了相当一部分。庞大的电话网络是国家重要的战略资源，具 有其它网络所不能比拟、不可替代的巨大优势，即覆盖范围极广，可靠性极高。 轻易丢弃这样的优势，显然是极为不智的。a d s l 技术正是基于铜双绞线的技术， 利用此项技术，现有的铜缆网络设备几乎不须改动就可以提供宽带业务。 优势二：永远在线，避免了互连网对p s t n ( 公共交换电话网络) 的冲击。 传统的p s t n 被设计、实现、应用、优化成了一个电路交换的网络，而 i n t e m e t w e b 则被设计、实现、应用、优化成为了一个分组交换的网络。具体到中 继线路上，不同于分组交换把信息打包、分组共享路由的传输方式，p s t n 把“所 有的带宽在所有时间”提供给一个特定的呼叫，这对通常只是几分钟的电话业务 来说是非常合理的。但随着i n t e m e t 的迅速进入家庭( 中国的n t e m e t 用户己远超 3 0 0 0 万) ，通过模拟m o d e m 上网的电话用户除了上网速度非常之慢外，可能还会 长时间独占本地交换机到汇接交换机的中继线资源，从而很容易造成中继线路的 拥塞，这无疑会给p s t n 的电话业务带来巨大冲击。a d s l 技术通过分离器或其它 技术，将数据和话音分离后直接送到i s p s ( i n t e m e t 服务提供者) ，上网不再占用 p s t n 中继资源，从而避免了对p s t n 网络的冲击。而且永远在线，上网的同时也 不影响打电话。它所承载的电信网的话音业务仍可获得9 9 9 9 的高可靠性。 优势三：非对称特性非常适合飞速发展的i n t e m e t 业务。 在a d s l 尚在起飞阶段时，h t e m e t 业务呈现了爆炸式增长，目前用户己发展 到1 4 亿，能否经济有效地支持h t e m e t 业务己成为接入网技术的重要设计考虑。 i n t e m e t 业务的不对称征，即下行速率远高于上行速率，正是a d s l 的典型特性。 所以说，a d s l 非常适合在普通铜双绞线上承载h i t e m e t 业务。 对于其成本偏高并且用户侧设备的安装仍显麻烦的问题，r r u t 第1 5 组成立 了专门的课题组，开发了一种轻便型、无分离器的a d s l 标准g l i t e ，这在北美称 为万能a d s l 。它把传输速率降低，在用户处不用话音分离器，这样一来使得价格 下降，安装也更为方便，应用前景十分可观。尽管目前尚有不少地方需要进一步 改进，但该技术己获得微软、i i l t e l 、c o m p a q 、l t 、c i s c 0 、b t 、d t 和地方贝尔等 各行各业的一致支持，极有可能发展成为电信运营者近期的主要宽带接入方案。 基于a t m 的a d s l 局端线路接口板的研制 优势四：传输速率高，传输距离远，可适应多种宽带接入业务。 a d s l 采用离散多音( d m t ) 线路码技术，其下行单工信道速率可为2 0 4 8 m b s 、 4 0 9 6 m b s 、6 1 4 4 m b s 、8 1 9 2 m b s ，可选双工信道速率为0 k b l s 、1 6 0 k b s 、3 8 4 k b s 、 5 4 4 k b s 、5 7 6 k b s 和8 9 6 k b s ，目前已能在o 5 芯径的双绞线上将6 m b s 的信号传 送3 6 k m 之远。可适应的业务除i n t e m e t 接入及w e b 浏览外，还包括视频点播 ( v o d ) 、远程教育、远程医疗、远程监控、家庭大户室、新闻点播等等。简化型 的a d s l 下行速率降至6 4k b s1 5m b s ，上行速率降至3 2k b s 5 1 2k b s ，适 应的主要业务为i n t e r n e t 接入及w e b 浏览、i p 电话、远程教育、家庭办公、可视 电话和电话等等。 与传统的接入方式相比较的结果见表2 1 。 表2 1 几种接入方式的性能比较 模拟m o d e m i s d nd d nf ra d s l 速率 5 6 k 1 2 8 k 1 2 8 k 2 m 8 m 带宽 对称对称对称对称不对称 使用 独享独享独享独享独享 方式 承载 p s t n 网p s n q 网d d n 网f r 网 删网 网络s d h 网 承载 电话线电话线 电话线或细 电话线或细缆电话线 媒介 缆 简单，方便，便电话、上网两不 专线接入，性专线接入，性能 宽带接入，能 优点能稳定，带宽 稳定，保密性同时提供多 宜，普及误 有保证 好，带宽有保证种，独享带宽 速率低，容易掉速率低，容易掉 速率低，收费速率较低，收费存在距离性能 缺点线，容易对p s t n线，容易对 高高 比问题 产生冲击p s t n 产生冲击 2 2 回波控制技术：频分与回波抵消 当在同一条物理路径上从两个方向上发送信号并且采用同一频段时，必须采 用某种形式的回波控制技术。回波是由于信号路径阻抗不匹配造成的，换句话说， 信号在这些点被反射回发送端。当两个方向上采用同一频段时，反射信号就会对 远端发送的信号造成干扰。回波抵消( e c ) 就是要减弱接收信号中的反射信号。 当然，如果上行和下行频带使用不同的频率，即简单的频分复用( f d m ) ，同样可 以减小或避免上、下行信号之间的相互干扰，而且不再需要额外的回波控制电路。 图2 1 是f d m 情形下的频带划分。其中0 - - - 4 k h z 用来传送电话话音信号， 2 6 1 3 8 k h z ( 有作2 5 - 1 7 5 k h z 的) 是上行频带，1 6 扯1 1 0 4 k h z ( 或作2 0 0 k h z 到 第二章a d s l 系统结构及设计实现 约1 1 m h z ) 是下行频带。对于简化型a d s l 最高频率是5 5 2 k h z 。 u p s t r e a mc h a n n e l d o w n s l r e a mc h a n n e ld o w n s 廿e a mc h a n n e l 2 6 - 1 3 8 k h zg l i t e ：1 6 4 - 5 5 2 k h zf u l lr a t e ：1 6 4 11 0 4 k h z 图2 1a d s l 的f d m ( 无需回波抵消) 单纯的f d m 不能充分利用带宽，图2 2 列出的是f d m 与回波抵消结合使用 的情况。对于上行与下行频带交叠的部分，仍采用回波抵消电路。 o42 61 3 81 1 0 4k 比 图2 2 回波抵消与f d m 相结合的a d s l 考虑到实现方便、设备简单，本方案采用的是单纯f d m 方式。 2 3 线路编解码技术：c a p 与d m t 2 3 1c a p q a m 和d m t 技术比较 线路编码决定了数字信号中的o 和l 如何发送和接收。a d s l 系统中常用的线 路编码技术有q a m ( 正交振幅调制) 、c a p ( 无载波幅度相位调制) 和d m t ( 离 散多音) ，其它技术除了在实验室内见到外，很少被应用系统采用。 从理论上，c a p 和q a m 非常类似，c a p 可以描述为“抑制载波的q a m ”， 考虑到载波并没有传递任何信息，在编码时也根本不须考虑，所以这两种技术差 别并不大。实际上，要从q a m 得到c a p ，只需要在接收端加一个旋转函数，并 在发送端抑制载波就可以了。所以常将二者写作c a p q a m 而不加区分。 d m t 技术是几年前由贝尔实验室发明的，现在已经是一个开放的标准，任何 人只须少量的专利费就可以生产相应的芯片，因而获得了广泛的支持。相对来讲， c a p 只有一个授权来源：g l o b e s p a ns e m i c o n d u c t o r 。但并不是说c a p 工作得 不好，实际上二者工作得都很好。在一切都公正的条件下测量，采用c a p 编码和 1 0 基于a t m 的a d s l 局端线路接口板的研制 采用d m t 编码的a d s l 设备都能够承受桥接头、混合线径、无线噪声。只是d m t 粒度能到3 2 k b s ，而c a p 通常只能提供3 4 0 k b s 的粒度，甚至4 2 8 k b s 或7 6 8 k b s 。 正因如此，d m t 能够获得更高级别的速率适应性，从而在有强的噪声干扰的情况 下，获得更少的差错，更少的数据重传和更大的吞吐量。另外，d m t 可以利用对 每条子载波的“测试”实现内在的子信道的优化，从而实现实时监测信道的功能。 这些都是c a p 所不具备的，所以d m t 能够比c a p 适应更大的环路覆盖范围。 正是考虑到d m t 有更佳的性能，本设计方案选择了d m t 编码方式。但实际 上，d m t 的每个子载波都进行了q a m 编码，可以说d m t 是以q a m 为基础的。 2 3 2c a p q a m 工作原理及实现 这里所讲的q a m 专指1 6 q a m ，每码元4 个比特。q a m 的般表达式为： y ( t ) = a m c o s c o c 什b m s i n c o d ,0 t t b( 2 1 ) 式中，t b 为码元宽度，a 。和b 。为离散的振幅值，m = l 、2 、1 6 。 可以看出，已调信号是由两路相互正交的载波叠加而成的，两路载波分别被 两组离散的振幅 a 。) 和 b 。) 所调制，因而称为正交振幅调制。振幅a 。和b 。为： j ，a m 2 d m a l b 。；c i i l a ( 2 2 ) 式中a 是固定的振幅，与信号的平均功率有关，而( d f n ，e m ) 表示q a m 调制信号 矢量端点在信号空间的坐标，由输入数据决定。 q a m 调制原理框图见图2 3 。在调制过程中，输入数据经串并变换分成两路， 再分别经过2 电平到l 电平的变换，形成需要的a 。和b 。通过预调制低通滤波 器是为了抑制己调信号的带外辐射，之后再分别与相互正交的两路载波相乘，得 到两路a s k 调制信号，这两路信号相加就最后得到已调的q a m 输出信号了。 图2 3 q a m 调制框图 q a m 一般采用相干解调，其原理框图见图2 4 。在解调过程中，输入已调信 号分成两路分别与本地恢复的、正交的载波相乘，再经过低通滤波、多电平判决 和l 电平到2 电平的转换，最后将两路信号进行并串变换就得到数据。 第二章a d s l 系统结构及设计实现 常用的1 6 q a m 有两种星座图：方型和星型，如图2 。5 ( a ) 、c o ) 。 一 1 广3 i 一1一? l ? 3 1 1 一 一3 一 。派 口i 燕圳 焚 _ 1 6 1 芡e 图2 , 5 ( a ) 、1 6 q a m 方型星座图c o ) 、1 6 q a m 星型星座图 方型q a m 又称为标准型q a m ，它有1 2 种相位值，三种振幅值，星型q a m 相应分别只有8 种和两种。由于方型q a m 的信号矢量幅度和相位不是规则分布的 因此对载波恢复和自动增益控制造成一些问题。实际上还可采用其它星座图。 如前所述，c a p 的工作原理与q a m 类似，此处不再专门介绍。 2 3 3d m t 工作原理及实现 a n s i ( 美国国家标准协会) 在制定标准t 1 4 1 3 ( 1 9 9 5 ) 时选择d m t 作为a d s l 的线路码。d m t 是离散多音( d i s c r e t e m u l t i - t o n e ) 的意思，它是多载波调制( m c m ) 的一种。它的基本思想是：在频域内将信道内的可用带宽o 1 1 0 4 m h z 均匀划分为 2 5 6 个独立的子信道，每子信道4 3 1 2 5 k t t z 。除个别信道保留( 如# 6 4 信道的2 7 6 k h z 保留给导频信号) 外，数据被分配到其余的各子信道分别进行传输。 我们采用的子信道划分如图2 6 。 图2 6 a d s l 的d m t 子信道划分 基于a t m 的a d s l 局端线路接口扳的研割 图中，4 k h z 以下留给话音；4 2 6 k h z 留作分离器保护带宽；2 乱1 3 8 k h z 作 为上行信道，占据2 6 个子信道；1 6 4 1 1 0 4 k h z 作为下行信道，占据2 1 8 个子信道。 对于简化型的a d s l ，下行信道为1 6 4 5 5 2 k h z ，占据9 0 个子信道。 对于采用回波抵消技术的a d s l ，下行信道可以从1 6 4 k h z 开始，从而可用子 信道达2 5 0 个。 上行信道占据低端频带是因为低端信号衰减较小，客户端发射器可以用较小 的发射功率，从而降低客户端设备设计制作难度和成本。 d m t 编码实现是这样的：数据按照一定的比特分配方案分配给各个子信道。 然后经过缓存著划分为比特块，接着是星座编码，再经过由f f t ( 快速傅立叶变 换) 实现的5 1 2 点离散傅立叶反变换( i d f t ) 将信号变换到时域，这些比特块就 转换成了2 5 6 个q a m 子字符。随后对每个q a m 子字符加上循环前缀( 用于消除 码间干扰) ，再经数模变换( d a ) 和发送滤波将信号送上信道。 接收端的解码处理过程与此相反。 比特分配方案是这样的：每一个子信道都通过接收器( a t u r ) 利用数据驱 动的方法完成信噪比s n r 的检测，并将检测数据报告给接收机，接收机计算出各 子信道最优比特分配方案。对于衰减信道，根据测出的s n r 的值来决定是否把部 分或全部的比特位转移到其它能够支持增加比特位传输的子信道，所需要的比特 分配的变化则报告给发送器，由发送器来具体完成。 这个技术称为比特交换。采用这种技术，可以保证系统在噪声环境或者 信道变化时仍能达到最优的传送性能，在规定比特速率和错误概率的情况下用来 提供最大的噪声容限。 2 4 i 传送能力的定义 2 4a d s l 的各等级传送能力 这里所指的a d s l 系统传送能力仅对传送高速数据流而言。当a d s l 安装在 载有p o t s 的线路上时，整个传送能力还应加上p o t s 部分，鉴于论述的方便，这 里对这一部分加以省略。另外，这里的总速率( a g g r e g a t ed a t ar a t e ) 包括净负荷( 被 传送的双工和下行单工承载信道) 和系统开销两部分。其中系统开销包括：各种 数据流的同步开销( 用于提高同步能力和进行同步控制) ；用于c r c ( 循环冗余校 验) 的开销；一个嵌入操作信道e o c ：一个a d s l 开销控制信道a o c ；以及用于o a m ( 运行、维护和管理) 的固定指示比特，还包括f e c ( 前向纠错) 冗余字节。 2 4 2 有关承载信道( b e a r e rc h a n n e l ) 和传送等级( t r a n s p o r tc l a s s ) 第二章a d s l 系统结构及设计实现 承载信道是由a d s l 系统透明传送的、载有一承载业务的、特定速率的用户 数据流。按有关协议规定，a d s l 系统可以同时传送最多7 个承载信道，即最多4 个独立的下行单工承载信道a s 0 、a s l 、a s 2 和a s 3 ( a s 0 必须被支持) 以及最多 3 个双工承载信道l s 0 、l s l 和l s 2 。其中3 个双工承载信道也可作为单独的单工 信道进行配置。注意，这些承载信道都是逻辑通道。 任何承载信道可以被编程为传送3 2 k b s 的整数倍的比特流。如果不是3 2 k b s 的整数倍，余数部分是在a d s l 帧的帧头共享部分传送的，所以受到a d s l 同步 开销的限制。 对基于2 0 4 8 m b s 的整数倍的下行单工承载信道，有四个缺省的承载速率： 2 0 4 8 m b s 、4 0 9 6 m b s 、6 1 4 4 m b s 和8 1 9 2 m b s 。各承载信道速率不能同时选择最 大值，它们受到一定限制，见表2 2 。 表2 2 基于2 0 4 8 m b s 的a d s l 各承载信道的速率限制 信道标号信道速率n x 的允许值 a s 0 n o x 2 0 4 8 m b sn o = 0 ，1 ，2 , 3 或4 a s l r 1 1 2 0 4 $ m b sn l = o ，1 ，2 或3 a s 2 n 2 x 2 0 4 $ m l g sn 2 = 0 ，l 或2 a s 3 n 3 x 2 0 4 8 m b sn 3 = 0 或1 a d s l 系统引入了传送等级的概念。传送等级是以环路可支持的最大总速率为 基础，在该环路上可同时传送的一系列承载信道速率极其复用配置。对于下行单 工，a d s l 系统定义了四个传送等级，分别叫作2 m 0 、2 m 一1 、2 m 一2 和2 m 一3 ( 其 中2 m 0 和2 m 一3 必须被支持) 。对双工承载信道的速率也作了相应定义。a d s l 还 允许定义其它信道，以适应s t m 或a t m 传送格式。 在某一时刻，最大有效子信道个数以及a d s l 系统可同时传送的最大承载信 道数量是由该环路所能支持的传送等级和有效子信道的配置决定的。 2 4 2 1 下行单工承载信道 各传送等级的下行单工承载信道配置情况如下： 1 、传送等级2 m 一0 具有最大传输能力，但传输距离也最短。它的单工净承载 能力是8 1 9 2 m b s ，可以是1 4 个速率为n 2 0 4 8 m b s 的承载信道的任意组合，即： 1 个8 1 9 2 m b s 承载信道： 1 个6 1 4 4 m b s 承载信道和1 个2 0 4 8 m b s 信道： 2 个4 0 9 6 m b s 承载信道； 1 个4 ，0 9 6 m b s 承载信道和2 个2 0 4 8 m b s 信道； 4 个2 0 4 8 m b s 信道。 1 4 基于a t m 的a d s l 局端线路接口板的研制 2 、传送等级2 m l ( 可选) 单工净承载能力为6 1 4 4 m b s ，可以是l 3 个速率 为n x 2 0 4 8 m b ，s 的承载信道的任意组合。该级别中不使用a s 3 承载信道。 3 、传送等级2 m 一2 ( 可选) 单工净承载能力为4 0 9 6 m b s ，可以是l 2 个速率 为n x 2 0