（信号与信息处理专业论文）adsl+pci调制解调器及相关功能模块的设计实现.pdf

u 了科技人学坝i 。论史 日录i ，索0 摘要 本论文对a d s lp c im o d e m 硬件电路及各功能模块进行了详尽的 论述，研究d m t 编码理论并设计完成了a d s lp c i m o d e m 。论文首先引 入了a d s l 的基本概念，重点分析了a d s l 标准，a d s l 接口规范及 a d s l 的帧结构，对a d s l 标准中所规定的d m t 编码原理进行了研究并 提出了实现方案。本文的第二部分进行a d s lp c i m o d e m 硬件电路的 殴计，在比较了多种芯片方案的基础上，提出了基于i t e x - 岱片组的 系统解决方案，并实现了完整的a d s lp c im o d e m 样机。本文的第i 部分对a d s l 专用芯片中均衡器( e q u a l i z e r ) 和串行通讯接口模块 u a r t 进行了v m d l 语言设计和仿真，并通过m a t l a bj 二具进行算法验 让。文章的第四部分介绍了a d s lp c im o d e m 的测试环境，测试过程 和重要的测试数据。 关键词：a d s l 技术，m o d e m ，d m t ，专用芯片，均衡器，u a r t ， v h d l u 了科技人学坝【论文摘要 a b s t r a c t t h em i s s i o no ft h i sp r o j e c ti sd e s i g n i n gt h eh a r d w a r ec i r c u i to fa d s l p c im o d e m ，r e s e a r c h i n gd e c r e t em u t i t o n e ( d m t ) c o d i n gm e t h o d ，p u t t i n g f o r w a r dt h es c h e m eo fd m ta n dr e l a t i v ef u n c t i o n a iu n i t t h i st h e s i si s d e v i d e di n t of o u rp a r t s t h ef i r s t p a r t i n t r o d u c e sl h eb a s i cc o n c e p to f a d s l a d s ls t a n d a r da n di n t e r f a c er e g i m e ，a d s lp a m es t r u c t u r ef o c u s i n g o nd m tt h e o r ya n dt h em e t h o dt od e s i g nd m tc i r c u i tt h es e c o n dp a r t a n a l y z e st h ed i f f i c u l t i e st od e s i g na d s lp c im o d e ma n dc o m p a r e st h e s e v e r a lc u r r e n ts o l u t i o n s o nt h eb a s i so fi t e xa d s lc h i p ss o l u t i o n t h e p a p e rp u t s f o n v a r d st h eh a r d w a r e s y s t e md e s i g ni n c l u d i n ge v e r y s u b s y s t e m i nt h et h i r dp a r to ft h et h e s i s e q u a l i z e ro fd m t c o d e ra n ds e r i a l c o m m u n i c a t i o nu n i t ( u a r t ) o fa d s lc o r ec h i pa r eb e e nd e s i g na n db e e n v e r i f i e dw i t hv h d ll a n g u a g em a t l a bt o o l s i tw i l ld os o m eb e n e f i t st o d e v e l o pa d s lc o r ec h i p a tt h el a s t t h ep a p e rd e s c r i b e st h et e s t e n v i r o m e n tt e s tp r o c e d u r ea n di n d u c e ss o m ei m p o r t a n tt e s tr e s u l t s a t h e s o u r c ec o d ea n dc i r c u i td e s i g n i n gk i ta r ea t t a c h e di nt h ea p p e n d i x k e yw o r d s ：a d s l ，m o d e m ，d m t ，e q u a l i z e r ，u a r t ，v h d l ，a d s lc o r ec h i p 她2u u 子科技人学倾【。论文前言 刖吾 a d s l 技术是新兴的宽带网络技术，具有传统的低成本铜介质传 输，非对称以及传输速率快( 理论上上行可达8 0 0 k ，下行可达8 m ) 等特点，因此基于a d s l 和d s l 技术的应用近年来得到迅猛的发展， 已成为重要的宽带技术解决手段之一。 a d s ，p c im o d e m 是整个a d s l 网络系统中的终端设备。现存的 a d s lp c im o d e m 的解决方案很多，比较成熟的方案有t i 公司， m o t o r o l a 公司以及美国a d s l 专用芯片制造商 t e x 公司推出的解决 方案，这些方案在技术的先进性，可靠性，成本，集成度等方面各有 优势。a d s l 技术中的核心技术是d m t 编译码技术的实现，这一点在 a d s l 的国际标准a n s it i 4 1 3 - 1 9 9 5 中有明确的规定。d m t 编码方式 与传统的通讯线路编码方式相比，由于其将信道划分成许多的子信道， 所以d m t 线路编码方式具有信道利用率高，抗干扰能力强的特点。在 本文中对d m t 编码理论进行了初步探讨，并给出了较为完整的d m t 系 统实现方案。 a d s l 应用技术最大的难点在于a d s l 核心芯片的设计，目前在 a d s l 技术中处于领先地位的公司均具有非常强大的芯片设计和生产能 力，在这方面中国尚处于起步阶段。自行研制设计a d s l 专用芯片的关 键是解决d m t 编译码应用技术的理解和掌握，信号处理算法的验 证，v h d 。模型的建立及仿真以及a s 【c 应用技术的成熟。a d s l 专用芯 片组j 越陔包括【) r 编译码模块，模拟6 u 端模块，接口模块等功能模块。 专用出片的发展趋势是：高集成度，低成本 l i 多芯片向单片集成发展 ( m o t o r o i a 公司已丌发成功模拟数字电路集成为单片的a d s lj 占”) 。 电子科技大学硕士论文 在本设计中采用i t e x 公司的芯片组解决方案作为a d s lm o d e m 系 统设计的基础，其原因主要是由于i t e x 芯片组在可靠性和成本方面的 特点并对其核心d s p 芯片存在二次开发的可能。试制a d s lp c i m o d e m 的目的在于通过实际设计和测试的过程，了解和掌握a d s l 终端 系统的体系结构，总结实际中存在的问题。并由此开始尝试自行设计 a d s l 专用芯片，本设计中已对此做了一些前期工作，重点放在作为a s i c 芯片组成部分的均衡器和串行通讯单元的算法验证和v h d l 模型建立仿 真上。虽然这部分工作在整个a s i c 定制设计中并不处于核心的地位， 但是却是必不可少的功能组成单元，为今后对a d s l 技术和应用的深入 研究奠定了基础。 捎4 砸 电子科技大学硕士论文第一章a d s l 技术溉述 第一章a d s l 技术概述 用户接入网( 从本地电话局到用户之间的部分) 是电信网的重要 组成部分，是电信网的窗口，也是信息高速公路的”最后一英里”( t h e l a s tm i l e ) 。为实现用户接入网的数字化、宽带化，用光纤作为用户 线是用户入网今后发展的必然方向，但由于光纤用户网的成本过高， 在今后的十几年甚至几十年内大多数用户网仍将继续使用现有的铜线 环路，近年来人们提出了多项过渡性的宽带接入网技术，其中a d s l ( 非对称数字用户环路) 和h f c ( 光纤同轴混合网) 是最具有竞争力 的两种。 a d s l ( a s y m m e t r i c 叭g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ) 非对称数字用户线 路，是一种采用新的数字信号处理技术和算法来压缩数据，并利用传 统铜质电话线进行高速传输的通讯方式，其上行与下行的带宽是不对 称的，属于非对称传输方式。在这段电话线上有三个信息信道：一个 速率为l _ 5 m b p s 一9 m b p s 的高速下行信道，用于用户下载信息：一个速 率为1 6 k b p s 一1 m b p s 的中速双工信道；一个普通的老式电话服务信 道；且这三个信道可以同时工作。 a d s l 在丌发初期，是专为视像节目点播而设计的。随着 i n t e r n e t 的急速发展，a d s l 作为一种高速接入i n t e r n e t 的技术出 现在人们面前，它使在现有i n t e r n e t 网上提供多媒体服务成为可 能。a d s l 无需修改任何现有协约和网络结构( 实际上要做的就是在电 信公司的线路出口和用户的电话线路入口各加一台a s d l 调制解调 器) ，在电讯公司与最终用户问架起一座高速信道。最关键的是，它可 第5 砸 f b 予科技大学硕士论文第一章a d s l 技术概述 以仍然使用遍布全球的超过6 亿条的铜制双绞线，对于提供电信服务 的公司来说，他们不用再为更换线路所要投入天文数字的资金而发愁 ( 这正是i s d n 与c a b l em o d e m 所面临的最大问题) ，他们可以非常 灵活的根据用户量配置a s d l 设备，为用户提供更多的网上服务。对 于最终用户来说，互联网上的多媒体服务不在是想象中的事了，用 a d s l 设备在网上点播各种视频音频节目指日可待。因此，a d s l 不仅仅 是一种允许家庭或小型办公室对网络提供商i s p 进行宽带接入地的技 术，而是一系列可用来将接入线路转变为高速数据链路的技术之一。 1 1 d s l 及a d s l 技术基本概念 1 1 1a d s l 网络要素 非对称数字用户线路( a d s l ) 是一个完整的体系结构。其中物理设 备可以是p c 机或机顶盒，不排除其它设备。a t u r 的末端连接可以是 简单的的i o b a s e t 局域网，也可以是a t m 网络或其它客户电子总线 ( c e b u s ) 。由于存在p o t s 分离器( s p l i t t e r ) ，不论采用那种形式现有 的模拟电话线不用被替代。 在中心局( c 0 ，本地交换) ，模拟话音服务通过分离器传送到p s t n 话 音交换机。a d s l 本地环路接至a d s 。接入节点而不是直接接到c o 交换 机。此接入节点( 一种d s l 接入复用器或d s l a m ) 将很多a d s l 线路复用 在一起。很自然，p s t n 交换软件不必更新以支持这些新的服务，并且 a d s ，可以减少由于非话务服务引起的话音交换与中继线的捌塞。 在a d s l 标准化工作中接入接点也是一个焦点问题。现在大多数 a d s l 的接入节点仅执行简单的流量集中作用。也就是说，所有的进出 接入节点的比特流和数据包都t i | 简荦的电路接入服务。所以对于一个 基本的a d s l 系统的改进就是在交换节点处实现统计复用或在a d s l 复 电子科技大学硕士论文第一章a d s l 技术概述 用器中提供包交换的能力。在统计复用的情况下，由于资料包的突发 特性，可以使用低速率的链路。如果a d s l 接入节点具有在i p 路由器或 a t m 交换能力，则会有同样的好处而且更直接。更多的细节将在有关 d s l a m 的内容中讨论。 1 1 2a d s l 标准 a d s l 物理层标准a n s it 1 4 1 3 1 9 9 5 描述了a d s l 设备如何在以前 的模拟本地环路上进行通讯，规定了a d s l 的基本原理如线路编码和线 路上的帧结构。t 1 4 1 3 规定a n s i 标准和适配的a d s l 必须使用d m t 编 码和回波抵消相结合以获得完全双向的操作。 1 2d s l 技术的发展 d s l 技术作为基于铜双绞线的解决方案，相比较传统的调制解调器 和c a b l em o d e m 而言，具有以下优势： 同样基于铜双绞本地环路的传统调制解调器无法解决p s t n 电路交 换中出现的问题，如数据与话音信号的同时无扰传输： c a b l em o d e m 由于严格的上，下行工作方式( 即单工方式) ，如要构 建整个系统，需要很大的工作量，巨大的投资。 而d s l 技术由于有以下两方面的特点而具有优势： 1 最大限度的使用现存的模拟本地环路： 2 提供与现有话音电话设备( 即模拟话机) 的后向兼容性。 将a d s 与其它d s 比较情况列如表1 1 骑7 兜 电子科技大学硕士论文第一章a d s l 技术概述 名称 含义传输速率模式评论 h d s l h d s l 2 高速数据d s l1 5 4 4 m b i t s 对称 使用2 线对 2 0 4 8 m b i t s对称使用2 线对 s d s l 单线对d s l 7 6 8 k b it s 对称使用1 线对 a d s l 非对称d s l 1 5 - - 8 m b i t s下行 使用1 线对 1 6 6 4 0 k b it s上行 r a d s l 自适应速率l _ 5 - - 8 m b i t s下行使用1 线对 1 6 6 4 0 k b it s上行能够速率匹 配 c d s l 用户d s l上限1 m b i t s下行使用1 线 1 6 1 2 8 k b i t s上行对，无需远 程用户设备 i d s li s d nd s l与i s d nb r i对称使用1 线对 相同 v d s l 甚高速d s l 1 3 - - 5 2 , m b it s下行数据传输速 1 5 - - 6 m b it s上行率甚高，距 离1 0 0 0 4 5 0 0 英尺， 需光纤或 a t m 接入 表1 1a d s l 与其它d s l 的比较 与h d s l ，s d s l 和其它d s l 相比，a d s l 具有以下优势： a h d s l ，s d s l 等d s l ，方式不支持模拟话音服务，a d s l 支持 第8 碰 电子科技大学硕士论文第一章a d s l 技术概述 b a d s l 能够在模拟话音环路上提供数字视频业务( 如视频点播 业务) ，因为视频点播业务需要大量下行带宽，而其上行带宽则小很 多。 a d s l 与其它d s l 相比的两个显著特点： 1 分离器是本地交换机与用户之间的一个设备，其作用有两个： a 分离器允许现有模拟电话和其它设备( 如：传真机) 能够象 以前一样工作： b 分离器允许数据流绕过p s t n 话音交换机进入i p 路由器或a t m 换网络，这将缓解p s t n 的业务压力，降低用户费用。 2 a d s l 是非对称的，下行速率比上行速率快的多。 1 3a d s l 技术中几个重要问题 对于a d s l 技术而言，有两个问题是至关重要的： a p s t n 与a d s l 用户之间的接口，主要由a n s it 1 4 1 3 - 1 9 9 5 标准 规定： b a d s l 的帧结构； 1 3 1a d s l 接口与系统 1 3 1 i a d s l 接口所支持的传输方式 a d s l 接口系统支持两种传输方式：单向下行传输方式和双工传输 方式与其它传输方式一样，a d s l 也是按帧传输方式：a d s l 帧内的字节 流最多可以同时分成7 个承载信道，承载可分为两种主要的类型：4 个完全独立的下行承载信道( 命名为：a s o a s 3 ) ：3 个双向承载信 道( 命名为：l s o l s 2 ) 。这些信道数据是同时在a d s l 链路上传输且 使用相同的频率范围。任何承载信道可以被编程为传输2 k b i t s 的字 u 了科技人学坝i 论史第一苛a d s l 技术概述 节流( d m t 阳j 隔) ，不是d m t 间隔整数倍的比特率也可以使用，但 “多余”部分是在a d s l 帧的帧头共享部分传输的。 单向下行传输方式：a d s l 规范规定了4 种下行单工承载信道的传 输级别，它们是1 5 3 6 m b p s ( t l 速率) 的整数倍，即 i 5 3 6 m ，3 7 0 2 m ，4 6 0 8 m 和6 1 4 4 m ，双工信道可以包含一个控制信道和 一些i s d n 信道。a s 承载信道不是同时允许使用最大的传输级别速率 6 1 4 4 m b p s ，其限制列于下表 子频带 子频带数据速率m b p s n x 的可能值 a s on ox1 5 3 6 n 0 = 0 ，l ，2 ，3 或4 a s ln l x1 5 3 6 n l = 0 ，1 ，2 或3 a s 2n 2x1 5 3 6 n 2 = 0 ，1 ，或2 a s 3n 3x1 5 3 6 n 3 - o 或1 表1 2a d s l 子频带承载速率 a s 0 是必须被支持的，可以在指定时删内激活的最大子带数目和 传输的承载信道数目依赖于传输级别。在a d s l 系统中，传输级别依赖 于a d s l 环路可以达到的线速率和子带的配置。子带的配置可以被配 置成最大化子带数目或最大化线速度。 传输级别被编号为1 到4 。对传输级别l 和4 的支持是必须的，对 级别2 和3 的支持是可选的：传输级别1 常用于最短的环路，能够提供 所有a d s l 配胃中最大的下行数据流。传输级别4 常剧于最远的环路， 提供所有a d s i 配置中最小的下行数据流。其承载信道只有a s o 种。传输级j | j2 传输4 6 0 8 l b p s 的下行数捌流，可按以下= 三种配置运 行：一个乱6 0 e i i h p s 的承载信道；个0 7 2 m h p s 的承载信道和一个 1 5 3 6 m b p s 的，r 载信道：个1 5 3 6 m b p s 的承载信道。 电子科技大学硕士论文 第一章a d s l 技术概述 传输级别3 传输3 0 7 2 m b p s 的下行数据流，可按以下两种配置运行 一个3 0 7 2 m b p s 的承载信道：两个1 3 6 m b p s 的承载信道。 值得指出的是：当a d s l 作为a r m 信元传输的下行流时只使用a s o ， 因此只有一种配置选项即使用a s o 在1 - - 4 种不同的速率上运行。这 些速率被定义为a t m 传输级别1 - - 4 ，速率分别 为：1 7 6 0 m b p s ，3 4 4 8 m b p s ，5 1 2 6 m b p s 和6 9 4 4 m b p s 。 a d s l 双工传输方式：a d s l 接口最多可以同时使用三个双向( 双工) 承载信道。其中一个是必要的控制信道，称为c 信道，用来传送进行服 务选择和呼叫建立的信令消息。所有的单向下行链路的用户网络信令 都是通过它传输的。如果需要，c 信道还可以传输双向信道信令。除了 c 信道，a d s l 系统可以有两个可选的双向承载信道：一个1 6 0 k b p s 的 l s l 和一个3 8 4 b p s 或5 7 6 b p s 的l s 2 。由于双向信道的准确结构随在单 向信道中定义的传输级别的不同而不同，所以最简单的比较方法是使 用图表1 3 表示。下表表示了双工信道结构和单工承载信道的传输等 级。 传输级别可传输的双工承载信a d s l 子频带 道的可选项k b p s 1 或2 m = l ( 最短距离)配置1 ：1 6 0 + 2 8 3l s l ，l s 2 配置2 ：5 7 6 l s 2 2 。3 或2 一2 ( 中距离)配置1 ：1 6 0 l s l 配置2 ：3 8 4 l s 2 4 或2 m 一3 配置1 ：1 6 0 l s l 表1 3a d s l 全双工信道 电子科技大学硕士论文第一章a d s l 技术概述 注释：当1 6 0 k b p s 的可选双工承载信道用于传输i s d nb r i 时，所 有i s d nb r i ( 1 6 0 k b p s ) 的信令是在1 6 0 k b p s 的2 b + d 信道的d 信道传输 的。5 7 8 k b p s ，3 8 4 k b p s 以及其它非i s d n1 6 0 k b p s 的双工承载信道的信 令，可以与单向下行承载流通道的信令共享c 信道。 1 3 2a d s l 的帧结构 1 _ 3 2 1a d s l 信头 a d s l 信头主要包括以下几种功能： 1 用来同步承载信道，使a d s l 链路两端的设备知道链路是如何配 置的( a s 和l s 的) ，它们的速率是多少，以及如何在a d s l 帧流中定位它 们。 2 一个嵌入操作信道( e o c ) ，一个用于远程控制和速率适配的操作 控制信道( o c c ) 通过循环冗余校验( c r c ) 和前向纠错( f e c ) 功能。 3 操作，管理和维护( o a m ) 。 a d s l 帧中的信头的所有比特都同时在上行和下行方向传输，大多 数情况下，信头比特加在所有比特码的边界一端或另一端。当加入了 对信头部分的考虑时，a d s l 信道的这个传输速率被称为a d s l 全速率。 在a d s l 链路中传输的比特被分为两大类： 一类是来自快速数据缓冲区的资料，这些资料是对时延敏感的数 据，如音频和视频数据服务： 另一类是来自交错资料缓冲区的数据，这些数据可以在规定的交 错时延内正常工作，对时延不敏感，如大量的传输文件和e - m a i l 。交错 缓冲区可以被配置成各种尺寸，整个系统形成一个有序的初级优先机 制。 1 3 2 2a d s l 复帧 匕予科技人学硕l 论文第一章a d s l 技术概述 在a d s l 协议的最底层，是以d m t 或c a p 线路码形式出现的比特 比特组成帧再组成a d s l 复帧。a d s l 复帧的总体结构如下图2 1 所示 ll f h m ef r m cj m f i r a m ef r a m e 。帮l 肾 s 驴 口 oi3 43 5c t - a m c 。二一：! 芝 f 岫d a t ab i i 腕ri n t e d e a , e dd a t a b u f f e r h 女 f a s t d a t x1 f e ci n t e r l e a v e d 血l _ 时kb y mlb y 【岛b 归 图1 1a d s l 复帧结构图 在a d s l 中，一个a d s l 复帧被分为6 8 个连续的a d s l 帧。有的帧 有特殊的功能例如帧0 和帧i 携带错误控制信息( 即循环冗余校验 c r c ) 和管理链路的指示比特( i b ) ，其它指示比特在3 4 和3 5 帧中传 送。紧接着复帧的是一个不携带用户信息的同步帧。a d s l 复帧每 1 7 m s 传送一次，因为a d s l 链路必定是点到点的，因此在a d s l 的这一层 帧中没有地址和连接的标志符。 在a d s l 复帧内是a d s l 帧，一个a d s l 帧每2 5 0 “s 传送一次，它主 要有两部分组成：第部分是快速数据，既时延敏感而容错性较好的数 据( 例如音频和视频) ，a d s l 将尽可能地减少其时延，a d s l 的快速数据 缓冲区的内容就放在此处。在它前面有一个称为快速数据比特的特殊 的八位码组，需要时它可以携带c r c 和指示比特。快速数据利用f e c 域进行纠错( 音频域是l 乎不可重传的) 。帧的第二部分是交错数据缓 冲区来的数据。交错数据被封装成尽量没有噪声，但却付出了处理速 孢1 3 b 予科技人学硕l 论文第一章a d s l 技术概述 度和时延增加的代价。交错数据比特使得数据不容易受噪音影响。这 一部分主要用于纯数据应用，如高速的i n t e r n e t 接入。这种传输方式 是帧传输所普遍采用的，减少了发生同步错误的可能性，使误码率控 制在一定的范围内。 a d s l 复帧的长度不是绝对固定的，因为a d s l 链路速率是变化和不 对称的，帧长度也是变化的。但必须满足以每2 5 0us 发送一帧( 快速 和交错数据各1 2 5us ) ，每1 7 m s 发送一复帧，从这一点讲，帧的长度是 固定的，所以a d s l 最大的线速率就有最大的帧长度。第一次配置时， 缓冲区的尺寸是由承载信道的速度和结构决定的。可以在a d s l 运行 的过程中重新配置缓冲区大小。 帧o ，1 ，3 4 ，3 5 在a d s l 复帧中有特殊的作用。这些帧带有复帧 的循环冗余校验和代表信头功能的指示比特。2 - - 3 3 ，3 6 6 7 帧同样 也含有信头信息，但是只包括代表嵌入操作信道( e o c ) 和同步控制 ( s c ) 的信头。这些信息都是在a d s l 帧的快速数据字节上传输的。 值得注意的是：快速数据信头比特的结构随着这个帧是奇数帧还 是偶数帧的不同而不同。 1 3 3 o s l 链路分布模型 对x 型用户环路，包括a d s i 。，定义了4 种链路分布模型，下面分 别加以描述： a 比特同步模式： 比特同步模式是摄简节也是最基本的链路分布模型，根据用户的 需求，在比特同步模式中，最多4 个比特同步用户设备呵以连在一个 a t u r 设备i t 这是因为a d s l 有4 个卜行比特流( a s o a s 3 ) 。当 然，如果a d s 链路仅提供a s o ，a t u 上也就只有1 个流叮用，也 辘1 4 儿 ur 科技人学倾 论义第一章a d s l 技术概述 就只有一个设备。这个用户设备可以是一个电视机顶盒或p c ，但所有 数据必须递交所连设备进行处理，上行和双向链路必须至少构成c 信 道并可以包括l s 结构。其最简单的形式，数据流由在美国是 1 5 3 6 m b p s 的a s o 下行数掘流和6 4 k h p s 的上行数据流。在比特同步模 式中，服务提供者的a d s l 接入点的a t u c 简单地将由l s 或c 信道到 达的用户数据交付给服务提供者的电路交换服务在这种方式下，a d s i 。 链路只是固定终端的数据管道。a d s l 总是以线速度运行，或称为常速 率( c b r ) 。a d s l 可以被划分为频道，但总是直接用时分复用( t m d ) 的方法在a d s l 帧内为比特建立时隙。 b 分组适配模式： 分组适配模式与比特同步模式主要的不同是用户预设的设备要 收发分组而不是比特流。它通过使用一些分组适配功能，将分组放到 a d s i 中。它可以是一个独立设备，也可以是内嵌在a t u r 中的。此模 式要求借口有分组使能预设网络，而不仅仅是简单产生和消耗比特的 终端用户设备。在比特同步模式中，a r i u r 只能在一个a d s l 频道上收 发比特，例如l s l ，这将无法满足超过四个a d s l 链路的多用户应用的需 要，而对于分组适配模式，用j o 预设的所有源和终端的分组可以共享 a i ) s 链路的一个l s l 频道。a 1 u r 将这些分组映像到a d s l 链路的固 定频道，如果链路的另一端的a t uc 和接入点后面足i n t e r n e t 路由器 的话则到达和发送的分组可以被高效处理。在分组适配模式中，由于 只能以电路方式到达终点，所以分组仍然是以比特流的模式在t d m 信 道中传送到a t uc 方的终端设备，每个分组流在a d s l 链路中都需要它 e 1 已的t d m 频道，每个a d s l 锰路只是作c b r 的传输。 c 端到端分组模式 u 了科技人学顺l 。论义第一章a d s l 技术概述 端到端分组模式与分组适应模式主要的区别在于分组是被复用在 a d s l 链路上，在许多用户设备之间传输的分组不是被映像到代表a s 或 l s 的一系列a d s l 帧，而是被全部送到一个以指定速率运行上行和下行 信道的未划分频道的a d s l 链路上。用户的选择受到限制：用户的分组 必须与服务提供者i s p 的链路部分一样，用户设备从分组适应设备传 送和接收分组。在链路的服务终点a t u c 上，分组不是全部传送到l l s 信道所代表的终点。在分组模式，根据分组地址，分组被传送到适当的 服务器上，这种分组交换服务网络可基于x 2 5 或t c p i p 。在这种模式 f ，i p 分组可以在服务方的a d s l 链路上复用和交换路由到i n t e r n e t ， 也可以同时使用比特同步和分组适应模式来收发数据。不同之处在于 在这两种模式中。a d s 系统内的分组对于a d s l 系统而言是透明的。在 分组分布模型中，分组交换是a d s l 网络的一部分。分组内的比特必须 组织成与比特同步和分组适应模式不同的分组模式，在分组模式a d s l 中，a d s l 链路在i n t e r n e t 接入上变得更象中介系统路由器。 d 异步传输( a t m ) 链路分布模型 a t m 从a t m 适配器( 在a t u r ) 复用并传送a t m 信元而不是i p 分 组。在a d s l 服务提供方，a t u c 信元传送给a t m 网络，这些a t m 信元的 内容仍然可能是i p 分组。 1 3 4a d s l 网络结构 如前所述，a d s l ，链路分向有4 种模型：比特同步( s t m ) ，分组适应， 端到端分组和a t m 模，艮花a d s l 网络服务提供者的d s l a m 方，有| 3 种 可能的方式：盯m ( t nf 巳路i ：的比特) ，分组( 般是f p 分组) ，a t m ( 信 元) 。通过将4 种町能的a d s 链路分布模型o j 宽带网的采用的j 它传 输方式棚结合，共ir j 。，i6 种完整的a d s i ，网络结构。 讹1 6 “ 电子科技大学碗= 匕论文第一章a d s l 技术概述 第一种a d s l 网络结构采用端到端的比特同步模式； 第二种a d s l 网络结构采用端到端的分组传输模式，这些分组一般 是i p 分组，可能代表别的协议或视频服务； 第三种a d s l 网络将比特同步模式与a t m 信元模式结合起来a d s l 接入点( 可能是d s l a m ) 仍然处理比特管道和t d m 电路，但是d s l a m 后面 的网络在服务器和用户之间传输的内容是以a t m 信元模式来传输的： 第四种a d s l 网络在背端仍然使用a t m ，但在a d s l 链路上使用分组 ( i p 分组) 传输，这种方案的优势在于它排除了被动的比特管道，同时保 持a t m 骨干网流量控制的能力； 第五种a d s l 网络是a t m 和i p 分组的混合体。这种方案允许服务 提供者提供基于a t m 的a d s l 服务的同时，在服务端和客户端仍然使用 分组方式； 第六种a d s l 网络使用端到端的a t m ，它与第二种网络方案唯一不 同之处在于通过网络的是信元流而不是分组流。 几种典型的a d s l 网络模型： 1 a d s lf o rt c p i p ：适应模式 a d s l 链路用于支持t c p i p 分组传输有两种基本方案： 第一种方案：d s l k i 后面的网络是a t m 网络，且d s l a m 直接对a t m 提供接口。而在s l a m 的a d s l 链路侧，a t m 信元的内容被解释到基于i p 的分组流中了。其目的是对没有a t m 设备的用户提供基于a t m 宽带服 务。 第二种方案：在第二种方案中，到d s l a m 的传输仍然是以a t m 信元 的形式进行，t c p i p 分组内容不是被解释成a t m 信元，而是在a t m 信元 流中传送到a t l = r 。所有的a t m 特征都不存在了，只是利用了a t k l 信元 携带i p 分组的能力，它被称为a t m 适应层j ( a a l 5 ) 。在a t 一r ，t c p 【p 电子科技大学硕士论文第一章a d s l 技术概述 分组从a t m 信元中释放出来，在适应a a l 5 ，通过p d n 传输给终端用户设 备。 2 a d s lf o rt c p i p ：端到端模式 尽管为a t m 和t c p i p 协议部分定义a d s l 网络的t c p i p 适配模式， 但除了一些专门的应用和特殊的网络环境，a t m 还是很少应用的，因而 建立对t c p i p 端到端的支持是非常必要的。它允许t c p i p 分组在所 有的a d s l 帧和复帧内，从服务器传输到d s l 接入复用器( d s l a m ) ，再到 a t u r ，再到达用户，然后再传输回来。这样所有的服务都可以通过运行 t c p i p 的i n t e r n e t 路由器到达，使得到a t u c 的接入就可以采用更为 普遍的方式，如l o b a s e t 或l o o b a s e t 。 在a d s l 链路中传输的a d s l 帧包括传输帧( a d s l ) 和数据链路帧 ( p p p ) 。链路的大部分时间只是传送7 e 比特片段( 当p p p 帧内的i p 包 没有需要传输的活动用户信息时，它会不停地产生空的比特形式，即 8 b i t0 1 1 1l o ，以十六进制表示为7 e ，称为同步操作符) ，：一旦7 e 比 特片段被打断，则这个比特间隔代表一个p p p 帧。在a t u r ，i p 包从 a d s l 帧内的p p p 帧中取出，因此a d s l 可能一直是1 5 3 6 m b p s 的线速率， 但是只有在分组被传送时这些比特才有意义。这种方案带现存的p c 和服务器的影响最小，是目前使用最广泛的a d s l 解决方案。 3 由a d s l 和a t m 构成的全服务网络 由于a t m 可以透明地融合各种传输类型( 语音音频视频资料) ， 所以在由a t m 交换机作为网络节点，s o n e t 光纤作为传输网络的宽带服 务网络中，在对s o n e t 光纤要求不太严格的情况下，采用a d s l 方案建立 全服务网络有其实际意义。 在这种方案中，用户预设设备通过2 5 m 五类双绞线接入a t m 交换机 此a t m 交换机可以与a t u r 合并。这种情况下，在a d s 链路上传递的 批1 8 砸 l b 子科技大学硕士论文第一章a d s l 技术概述 是a t m 信元，所形成的比特流是首尾相连的固定5 3 字节的a t m 信元流， 没有p p p 协议中的7 e 字段。在d s l 接入复接器方。接入是通过s o n e t 上的1 5 5 m b p sa t m 来完成的。 第1 9 畎 l b 予科技大学硕士论文第三章a d s lp c im o d e m 系统设计 第二章a d s l 的d m t 技术 2 1 回波抵消与d s l 当在同一条物理路径上从两个方向上发送信号采用同一频段时， 就要采取某种形式的回波控制。当信号路径阻抗不匹配时，就会造成 回波，信号将在驻点被反射回发送端。当两个方向上采用同一频段时， 反射信号就机会对远程发送的信号造成干扰。回波抵消减弱了接收信 号中的反射信号，提高了接收的信噪比。 实现回波控制的一种方法是在上行和下行频带使用不同的频率 ( 即f d m ) 。图2 1 表示a d s l 不采用回波抵消时的情况。4 k h z 的基带信 号用来传送模拟话音，上行频带是典型的1 7 5 k h z ，下行频带是g o o k h z 。 这种直接的f d m 方案似的a d s l 终端不需要采用回波控制电路。 电话服务 d f 7 h qh j o ： 叩i ，n 墙 图2 i 频谱分布示意图 但是这种简单的f i m 方案不能充分利用带宽。另一种更有效的方 案是上行和下行频带交叠，所以采用此种方案的a d s l 终端需要回波控 电子科技大学硕士论文第三章a d s lp c im o d e m 系统设计 制电路。通常，基于c a p 的a d s l 设备主要采用f d m ( 无回波抵消) ，而基 于d m t 的a d s l 设备需要采用回波抵消技术。所以分为f d ma d s l 和回 波抵消a d s l 设备两种系统和设备。一种好的线路编码方式对于设备在 较恶劣的线路条件下( 如噪音，串扰，桥路号音等) 保持正常工作状态是 非常重要的。 作为a d s l 常用的两种主要线路编码方式之一的c a p ( 无载波幅度 相位调制) 编码方式是在q a m ( 四分幅度调制) 编码方式的基础上发展起 来的，它具有延时小( 只有d m t 延时的2 5 ) ，技术成熟和实现简单的特 点。 c a p 与q a m 非常类似( 在数学上几乎完全相同) ，他们的差别在于实 现的方法上：c a p 是无载波的，q a m 是有载波的。因此，c a p 编码方式也 可称为抑制载波的q a m 编码方式，或者是改进的q a m 编码方式。q a m 基 于接收信号的两个值：幅度和差分相位。任何一个由差分相位和幅度 确定的点代表一个确定的比特流( 如0 0 0 1 或0 1 0 1 ) 。c a p 本质上是- 7 十 方向可以任意旋转的q a m 方式( 因为没有载波来确定一个具体值) 。c a p 中一个成为旋转函数的部分决定了该种q a m 的要点。要从q a m 得到 c a p ，只需要在接收端加上一个旋转函数在发送端抑制载波即可。下面 将对c a p 和q a m 编码技术做较为详细的论述。 所有模拟载波信号的特征包括幅度，频率和相位。它们中的任何 一个或三者同时可以用来表示0 和1 信号，从而表示出数字信息。以 相位为例：相位可以利用差分相移键控( d p s k ) 的方法来传递信息，在差 分相移键控中，通过将波形的相位改变一定的角度来表示一个比特。 差分的含义是指相位是以载波当前的相位来衡量的，而不是依据某个 绝对的或其它参考相位而定的。 电于科技人学硕l 论义第三章a d s lp c im o d e m 系统设计 以二分相位移动为例。如果发送器要发l ，可以将载波的相位改变 1 8 0 。( 相对当前的相位) ，如果要发送0 ，相移可以用0 。( 即不改变当 i i i 相位) 。从频谱角度考虑，信号的频谱在载波频率处有一个高的尖 峰，而边带是连续的。比d p s k 复杂的是四分相移键控q p s k 。在q p s k 中，所传输的信号是频率为f 的f 弦波和余弦波的组合( f 为载波频 率) 。四分幅度调制q a m 利用相位和幅度调制建立了1 6 个不同的信号， 则每个线路状态为4 b i t 。在q a m 中，每个波形具有四分的幅度，记 为：a 1 ，a 2 ，a 3 ，a 4 ，综合各幅度和正余弦函数，则可得到1 6 种信号类型： a 1 s i r i f t + a 1 c o s f t a l s i n f t 十a 2 c o s f t a 1c o s f t + 2 s in f t 等等 在实际应用中，比特流被分成4 b i t 的码组，将这些码组送入编码 器从而产生适当的四分波形，在将四分波形送入调制器中产生f 确的 输出信号。 2 2d m t 线路编码原理及d n ta d s l 的优点 2 2 1d 岍线路编码原理简介 a d s l 的官方标准a n s it 11 1 3 ( 1 9 9 5 ) 中规定a d s l 的线路编码方 j 采用d m t ( 离散多音d is c f e 【em l l i “t o n e ) 。d m t 编码是1 9 8 6 年由 91 尔丈验室发明的。 搪2 2 雠 电子科技大学硕士论文第三章a d s i p am o d e m 系统设计 在d g r 线路编码方式中，首先将本地用户环路有限的模拟通带分割 成大量相等的子信道，也称为子载波。在保留的模拟信号范围的基带 中，带宽通常超过1 1 m h z ，这1 1 m h z 的带宽被分成2 5 6 个信道。从o t t z 开始每个子信道占用4 3 1 2 5 k h z ，在环路上占用l _ 1 0 4 m h z 的带宽。 其中一些子信道较为特殊，例如# 6 4 ( 2 7 6