（电力电子与电力传动专业论文）基于高速接口adsl用户端modem的研究.pdf

华南理【大学】：学硕士学位论文 回波抵消器结构。之后，在高斯加性白噪声信道中，针对非对称回波抵消器做了 仿真，给出了回波抑制比曲线的性能结果比较。最后，通过对自适应滤波器未来 发展方向的预测，得出关于未来a d s l 回波抵消技术的发展方向与特点等重要结论。 第三：关注世界a d s l 技术发展动向，详尽介绍了基于国际电信联盟( i t u ) 的最新a d s l 2 a d s l 2 + 标准中关于新一代a d s lm o d e m 的建议与要求。从标准中的 技术与功能层面给出基于本文研究成果的未来a d s l 用户端m o d e m 实现建议方案， 并为相关设备生产厂商与运营商提供十分有意义的参考与指导。 关键饲：非对称数字用户环路；离散多音频调制； c o i f l e t 小波基；回波抵消 自适应滤波器 a b s t r a c t a b s t r a c t a st h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t ，t h et r a n s m i s s i o nv e l o c i t y o fm a i nn e t w o r kh a sb e e ni m p r o v e dv e r y m u c h ：c o m p a r e dw i t ht h a t ，t h e t r a n s m i s s i o nv e l o c i t yo ft h ea c c e s sn e th a sb e e nab o t t l e n e c ka 1 1a l o n g t h ed s li so n eo ft h em o s t l yt e c h n o l o g y ，w h i c hc a nr e s o l v et h ep r o b l e mt h a t i sc a l l e d “t h e1 a s tk i l o m e t e r ”t h eb r o a d b a n da c c e s s i n gt e c h n o l o g yc a n a l l o wt h eu s e r sm a k eb e s tu s eo ft h e m a i nn e t w o r kc a r r y i n gc a p a b i l i t y ，a n d u l t i m a t e l yp r o v i d et h eh i g hs p e e da c c e s st on e t w o r kf o ru s e r s n o w a d a y s ，a s y m m e t r i cd i g i t a ls u b s c r i b e r1 i n e ( a d s l ) i so n eo ft h e w a y st oa c c e s st h en e t w o r kw h i c hi si nt h ep r o c e s so fr i s i n g t h i st e c h n o l o g y m a k et h eg i g a n t i ce x i s t i n gt w i s t e d p a i rc o p p e rc a b l en e t w o r kf u l l yu s e d ， w h i c hp r o t e c t st h ee n o r m o u si n v e s t m e n t ，p r o l o n g si t s1 i f e s p a n o t h e r w i s e ， a d s lt e c h n o l o g yi sp o p u l a ra n dh a v eab r i g h tf u t u r ei nc o m m e r c ef o ri t s h i g ht r a n s m i s s i o nv e l o c i t y ，c o n v e n i e n c ea n dl o w c o s t ，t h e r e f o r e i n t e r n a l a n de x t e r n a lr e s e a r c h e r ss h o wg r e a ta t t e n t i o no na d s lt e c h n o l o g ya n dh a v e a ne x t e n s i v er e s e a r c ho ni t t h er e s e a r c ha b o u ta d s lc o m p e t i t i o no v e r s e a i si n t e n s e a tp r e s e n t ，t h es t a n d a r dp r e s c r i b e so n l yi t sp e r f o r m a n c ea n d c h a r a c t e r i s t i c b u t ，t h ek e yt e c h n i q u e sw e r ek e p ts e c r e t l yt oo t h e r s s o i ti sn e c e s s a r ya n dp r e s s i n gt oc a r r yo u to u rr e s e a r c hi n d e p e n d e n t l y w i t h t h er a p i dd e v e l o p m e n to fv l s i ，m c ua n dd s pt e c h n o l o g y ，i n t e g r a t e de i r c u i t d e s i g nh a se n t e r e di n t os y s t e mo n ac h i pd e s i g n e r a a st h em o s t i m p o r t a n ts e c t i o ni na d s le q u i p m e n t ，t h em a i ns e c t i o no fa d s lm o d e mi s r e a l i z e db ys p e c i a lc m o sc h i p t h e r ei sn oo n es u c hc h i pw h i c ho w n s i n t e l l e c t u a lp r o p e r t yi no u rc o u n t r y i ti sn e c e s s a r yt ou st om a s t e rt h e s y s t e mo nac h i pd e s i g nm e t h o da n di t sk e yt e c h n o l o g yb yd e s i g n i n gd s ls y s t e m o nac h i pt r a n s c e i v e r t h eb a s i cc o n c e p t ，t h es y s t e ms t r u c t u r ea n dt h em a i nc h a r a c t e r sa r e i n t r o d u c e di nt h ef i r s ts e c t i o no f m y t h e s i s w i t h t h a t ，t h em a i n t e c h n 0 1 0 9 i e sa b o u ta d s lm o d e ma r ee x p a t i a t e di nd e t a i la n dd i s c u s s e dd e e p l y t h e n ，b a s e do nt h em o s ti m p o r t a n tt e c h n o l o g i e s d m ta n de c ，d e e p l yr e s e a r c h w e r em a d e a tt h es a m et i m e ，t h ei m p r o v e da l g o r i t h m ，w h i c hi sv e r ye f f e c t i v e a n de a s yt or e a l i z e ，i sp u tf o r w a r d t h e n ，t h er e a l i z i n gs c h e m ea n d l l i 华南理工大学工学硕士学位论文 s i m u l a t i n ge f f e c ta r eg i v e n t h ep r o p o s e ds c h e m e st od e v e l o pa n da p p l yt h e f r e s h l ya t u rm o d e m ，w h i c hi sb a s e do nt h ep r o d u c t i o ni nt h i st h e s i sa n d a n a l y z i n g f r o mt h el a t e s ti n t e r n a t i o n a l s t a n d a r d ，t e c h n o l o g y c h a r a c t e r i s t i e ，a sw e l la sm a r k e tr e q u i r e m e n ta n di n d u c t i n g ，a r ep r o v i d e d t h ec h a r a c t e r i s t i ci nt h i st h e s i si ss h o w na sf o l l o w ： f i r s t l y ，t h ep r i n c i p l ea n dc h a r a c t e r i s t i co fd w m tm o d u l a r i o nw e r e i n t r o d u c e d w i t ht h a t ，c l a r i f yd i s c r e t ew a v e l e tp r i t i c i p l et h a ti sf e a s i b l e a n d h a sg o o dm a n ym e r i t sw h e na p p l i e di n t ot h e a d s ld w m ts y s t e m a n dc o m p a r e w i t ht r a d i t i o n a lm o d u l a r i o n s a f t e rt h a t ，t h ec h a r a c t e rt h a tc o l f l e t w a v e l e tf u n c t i o n h a st h ea d v a n t a g ef o r t i g h ts u p p o r t i n f r e q u e n c y d o m a i n w a sp r o v e df o rt h ef i r s tt i m e f i n a l t y ，p u tf o r w a r dt h es y s t e m s c h e m eo ft h ed w m tm o d u l a t i o nb a s e do nc o i f l e tw a v e l e tf u n c t i o n ，a c t i v e l y s u g g e s t a n d f o r e c a s t t h ea p p l i c a t i o no fc o i f l e t w a v e l e t f u n c t i o ni n c o m m u n i c a t i o ns y s t e mi nt h ef u t u r e s e c o n d l y ，a n a l y z et h ec o n c e p ta n dw a y st or e a l i z et h ee c h oc a n c e l l e r i nd w m tb ya d a p t i v et e c h n o l o g y ，i m p r o v et h ee c h oc a n c e l l e ru p o nt h eo l d s t r u c t u r e ，p r o p o s ean e ws t r u c t u r et h a ti se a s yt or e a l i z e t h ee c h o c a n c e l l e ru s e di nt h ec h a n n e lw i t hag a u s sw h i t en o i s ei ss i m u l a t e db y c o m p u t e ra n dc o m p a r e st h ep e r f o r m a n c eb ye c h oc a n c e l l a t i o nr a t i oc u r v e f i n a l l y ，f o r e c a s to fw h a tt h ea d a p t i r ef i l t e rt e n dt ob e ，g e ts o m ei m p o r t a n t c o n c l u s i o n so nt h ed e v e l o p m e n tt r e n da n dc h a r a c t e r i s t i co fe c h o c a n c e l l a t i o nt e c h n o l o g yi nf u t u r ea d s ls y s t e m t h i r d l y ，a t t e n t i o nt ot h ew o r l d w i d ed e v e l o p m e n tt r e n d ，p r e s e n tt h e s u g g e s t i o na n dr e q u i r e m e n ta b o u tt h en e wa d s lm o d e mb a s e do nt h el a t e s t a d s l 2 a d s l 2 + s t a n d a r dp r e s c r i b e db yi n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n s u n i o n ap r o p o s e ds c h e m ei sp u tf o r w a r df o rr e a l i z i n gt h ef u t u r ea t u rm o d e m w h i c hi sb a s e do nt h ep r o d u c t i o no ft h i s t h e s i sa n dt h es t a n d a r da b o u t t e c h n o l o g ya n df u n c t i o na n dp r o v i d ev a l u e dr e f e r e n c ea n dd i r e c tt od e v i c e p r o d u c e ra n dm a n a g e m e n tt r a d e r k e yw o r d s ：a d s l ：d w m t ：c o i f l e tw a v e l e tf u n c t i o n ：e c h oc a n c e l l a t i o n ；a d a p t i r e f i l t e r i v 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研 究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写的成果作品。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：q - 氛盏1 3 期：2 一j 年皇月，。日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密l i 。 ( 请在以上相应方框内打“4 ”) 日期：2 0 0 5 年6 月1 4 日 日期：2 0 0 5 年6 月1 4 日 盏 文谚丫 奇杉 名名 签签者师作导 第一章绪论 1 1 a d s l 宽带网简介 1 1 1 引言 第一章绪论 为了实现用户接入网络的数字化、宽带化，提高用户上网速度，光纤到户是 用户网今后发展的必然方向。但由于光纤用户网的成本过高，在今后的几年甚至 几十年内大多数用户仍将继续使用现有的铜线环路，于是近年来人们提出了多项 过渡性的宽带接入网技术，包括综合业务服务网( i s d n ) 、电缆调制解调器( c a b l e m o d e m ) 、各种用户数字环路( x d s l ) 等等。其中，非对称数字用户环路( a d s l ) 是数字用户线路( x d s l ，d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ) 家族中最优性能、最成熟的 技术。a d s l 系统是一项综合了通信原理、数字信号处理、数字电路、模拟电路等 多方面学科的复杂系统。其中，核心技术主要包括离散多音频调制、同步、回波 抵消、时域均衡、信道编码等。它采用星形拓扑结构，是运行在原有普通电话线 上的一种新的高速、宽带技术。同时，它高效的调制技术使其充分的利用现有的 电话线路带宽并在不影响正常通话的情况下实现高速的网络接入。由于采用多种 先进的有效技术，a d s l 还具有传输速率高、性价比高的特点，尤其使下行( 局端 到用户端) 传输速率得到巨大的提高。a d s l 还可提供高速数据业务、视频点播业 务、家庭办公业务以及远程教学、医疗等重要业务，从而使宽带网络的发展步入 了一个新的里程。 a d s l 技术正在引起一场远程访问行业的革命，由于a d s l 在技术实现、市场运 营、网络安全、业务种类等诸多方面占有绝对的优势，因此市场前景极为广阔， 国内外的研制竞争十分激烈。现有的标准中主要规定了其性能、特性等指标，对 其中的关键技术却秘而不宣”3 。a d s l 中最关键的就是a d s lm o d e m 。目前a d s lm o d e m 涵盏的许多关键技术都掌握在国外许多大公司手中，国内厂商往往是通过购买国 外核心套片( 核心芯片) ，甚至套板来组织生产a d s lm o d e m ，在技术上受制于人、 业务也受到技术问题的限制。因此，在a d s l 技术快速发展的今天，研究a d s lm o d e m 的关键技术并为国内企业提供相关的技术指导就显得十分重要。本文对a d s l 用户 端m o d e m 的关键技术及其发展进行分析并提出改进的算法与系统实现。指出a d s l 关键技术在工程化系统实现上的发展趋势，为a d s l 产品的研制提供有效的技术指 导。 竺壹堡：三奎兰三兰堡圭主堡箜塞 1 1 2 a d s l 发展历程 目前宽带接入技术总的可以划分为基于有线系统和基于无线系统两大类。基 于有线系统的有x d s l 数字用户线系列，包括a d s l 、v d s l 等；h f c ( c a b l em o d e m ) 、 d d n 、e t h e r n e t 、高速局域网、光纤等。其中x d s l 家族中的a d s l 技术在全世界以 绝对的优势快速发展起来，成为未来数十年内宽带网络发展的领头羊。 a d s l 的数据传输速率高，它采用非对称的接入方式一方面符合网络接入用户 使用的实际情况，另一方面又增加了下行数据传输带宽，从而大大提高数据传输 的速率。由于利用传统的电话线路使a d s l 不但可以方便的深入千家万户而且节约 了大笔费用，所以可以说a d s l 的性价比极高。采用了星形拓扑结构，使得a d s l 用户能够独享带宽且不必担心安全问题，运营商也可以很轻松进行集中管理。a d s l 可以方便的提供多种如家庭办公( s o h o ) 、远程教学、远程医疗、多人3 d 在线游 戏等网络业务”3 。 a d s l 的接入模型主要有中央交换局端模块和远端模块等部分组成。中央交换 局端模块包括巨断a d s lm o d e m 、接入多路复用系统。它们常被称为a t u c ( a d s l t r a n s m i s s i o nu n i t c e n t r a l ) 。接入多路复用系统中心m o d e m 常被组合成一个 接入点。远端模块由用户a d s lm o d e m 、滤波器、分离器等组成。用户端m o d e m 与 被连接的终端通常被称为a t u r ( a d s lt r a n s m i s s i o n u n i t r e m o t e ) 。a d s l 采用d m t 调制方式。要求用户端安装p o t s 分离器以分隔电话信号和数据信号。1 9 9 7 年出现g l i t e 标淮。这是一种简单的、无p o t s 分离器的a d s l 版本，廉价方便。 1 9 9 8 年美国国家标准化委员提出了a n s i 标准( t 1 4 1 3i s s u e2d m tl i n ec o d e ) 。 欧洲电信标准化委员e t s i 在a n s it 1 4 1 3 的基础上。将标准扩展。增加了适宜欧 洲需要的附件，包括用户端的复用接口、网络配置、营理协议和改造制定了t l e 4 标准。i t u - t 的第1 5 研究组( s g l 5 ) 专门从事a d s l 的标准化工作。形成了g 9 2 2 标准草案对全速率a d s l 技术进行了规范。其中g 9 2 2 1 是关于全速率a d s l 的标 准，而g 9 2 2 2 ( g l i t e ) 是关于u a d s l 的标准。2 0 0 2 年7 月，i t u 公布了a d s l 的两个新标准( g 9 9 2 3 和g 9 9 2 4 ) ，也就是所谓的a d s l 2 。2 0 0 3 年3 月，i t u 又通过了g 9 9 2 5 ，也就是a d s l 2 + 标准。新一代的a d s l 对于用户来说更友好，系 统开销迸一步减少，增加了传输效率，还添加了对新业务的应用、服务以及特殊 用途的支持，这将进一步提高网络的性能和协同工作能力“。目前我国使用的规范 是基于国际电信联盟标准并根据我国具体情况稍加改动而制定的，因此本文研究 内容亦是综合参考国际电信联盟之标准与国内相关标准。 目前a d s l 的热潮席卷全球各地，世界范围内各大网络公司和p c 业界如 m i c r o s o f t 、i n t e l 、c o m p a q 以及3 c o m 、c i s c o 、s i e m e n s 、a l c a t e l 等都相继推出 第一章绪论 a d s l 的产品，并致力于a d s l 的发展。全球许多电信公司、i s p 也纷纷推广各自的 a d s l 服务。北美、新加坡等国家率先投入运营，日本、韩国等国家也已进入实用 阶段，因此a d s l 已经进入快速发展阶段。目前全球a d s l 用户已近1 亿。据了解， 全球各大电信公司根据市场前景和自身情况分别提出各自的宽带接入网的中期和 长期发展计划。美国是全球宽带业务发展最快的国家，1 9 9 8 年使用a d s l 的用户大 约有2 5 万个。1 9 9 9 2 0 0 4 年美国宽带网络的年复合平均增长率可达到6 9 。韩 国的宽带建设正在以惊人的速度发展，特别a d s l 业务服务得到进一步发展。至 2 0 0 0 年，韩国已经拥有2 5 0 万a d s l 用户。韩国宽带业务发展迅速，政府的大力推 动是一个重要原因。德国电信早在1 9 9 8 年就开始提供d s l 服务，用a d s l 技术装 备其最主要的4 0 个本地网，并确保在短期内向用户提供高速接入。到2 0 0 3 年德 国的宽带用户数量超过英国的两倍。2 0 0 1 年底，加拿大的宽带用户数量将超过拨 号上网用户。同韩国一样加拿大宽带的发展得益于政府的积极支持、竞争激烈的 电信市场、高p c 普及率以及热衷网络的公民。中国电信在2 0 0 0 年以前宽带业务 的市场竞争压力不大，加之用户需求量不大，所以没有大规模发展推广。在此期 间，只在广东、福建、北京、上海等地进行相关的网络试验，并进行了试验性推 广。随着各大运营商竞争的加剧，中国电信已经加大了a d s l 投入力度并抽出专门 技术力量，组织对国内主要的a d s l 研发和生产厂家的局端和用户端设备进行互联 互通测试。发展宽带接入网络是中国铁通的战略目标。中国铁通目前正是处在规 划建设阶段。2 0 0 1 年中国铁通已开始在广东、福建、广西、江西、江苏等地进行 a d s l 宽带接入网络建设。2 0 0 3 至2 0 0 4 年末我国a d s l 用户线数量以i 0 0 的速率 增长。在线视频、海量下载业务发展迅速，但同时技术上对于国外的依赖也使得 我国a d s l 硬件发展陷入窘境。 i i 3a d s lm o d e m 技术发展趋势 通过实际系统考察与市场调查并结合多方面参考资料以及国际电信联盟 ( i t u ) 推出的最新参考标准，a d s l 系统技术将在以下几个方面取得较大进展： 1 大幅提高传输速率： 针对a d s l 帧结构的改进与优化的编码，并通过改进的调制技术和进一步拓宽 信道频谱，在未来短时间内可使得a d s l 系统最高下行速率在一定距离内达 2 4 m b p s 以上3 。 2 节能管理： 未来a d s lm o d e m 将提供多种功耗模式以适应各种用户在不同状态下所耗费的 能量，从而解决功耗。例如，当某用户处于低数据速率状态就使m o d e m 进入 低功耗状态若用户处于修面状态就使m o d e m 进入最小功耗模式。这样针对用 华南理1 二大学工学硕士学位论文 户使用中所处的不同的状态灵活的切换m o d e m 功耗模式，并且保证业务不受 任何影响。 3 兼容性迸一步提高： 随着a d s l 接入方式的普及，它逐渐开始从城市中心向城市边缘、县、乡镇更 加广泛的地区延伸。同时，不同省份区域的局端环境存在着很大的差异性， 它们在使用设备品牌、性能、兼容性等方面也存在着巨大的差别，所以解决 a d s l 推广过程中局端设备和终端设备之间尤其是m o d e m 与m o d e m 之间的兼容 性问题是a d s l 业务健康发展的关键所在。 4 一机多能： 在m o d e m 中提供内置h u b 、内置a p 、内置i a d 、a d s lo v e ri s d n 等多功能的 a d s l 终端，满足住宅、企业、网吧等用户不同层次的需求。内置h u b 的a d s l 终端把h u b 功能和a d s l 整合到一起，更加经济高效，比分开购买更加便宜： 内置了a p 功能的a d s l 终端安装后，用户计算机中插入无线网卡，即可通过 射频信号与a d s l 终端建立通讯，实现无线宽带上网，避免了布线带来的烦恼 和使用上的不便，是家庭用户和小型企业实现无线共享上蹰的很好的解决方 案；a d s lo v e ri s d n 终端可以同时在一对双绞线上支持i s d n 和a d s l 业务， 全面盘活网上现有的i s d n 线路资源，保护了已有的投资。 5 远程管理： 因为使用宽带业务的用户素质差异很大，用户业务出现故障或者用户错误修 改终端配置时，运营商的维护人员不能在网络端对用户端、线路故障等问题 进行准确的定位，不得不上门服务解决问题。因此在用户的开户和故障处理 中，需要花费大量的人力、物力和时间，导致开户速度慢，故障处理困难， 使宽带接入的运营成本居高不下。为了解决这个阚题，a d s l 生产厂商都积极 将其a d s lm o d e m 等相关产品支持终端的远程故障检测、支持远程集中自动配 置。 6 实时故障诊断： 未来a d s l 硬件可使系统实时地对线路噪声、回波损耗、回路阻抗、信噪比进 行采集和上报，并直观地显示在网管操作平台上，以方便网络运营者对网络 运行状态进行分析，并根据具体情况及时采取相应的故障排除措施。 7 软件管理： 基于前五个方面，可以明显看出除了针对硬件的改进之外，所有技术改进几 乎都离不开对软件进行优化。这必然导致软件复杂度不断增大，加之这些软 件都是以集成的方式固化在如m o d e m 的硬件之中使得软件升级困难。所以， 对于a d s l 软件部分的管理就显得尤为重要。未来a d s l 系统将可使用户轻松 的下载并安装升级软件。对于a d s l 设备中软件的规范也将在不久制定出来。 4 第一章绪论 随着大规模集成电路与芯片技术的快速发展，a d s l 设备的体积可以做得越来 越小、集成度越来越高，功能也越来越强大、稳定性越来越好。同时，元器件和 芯片的这一发展趋势，对a d s l 系统实现中的关键技术及其相关算法提出了更高的 要求a 为了使a d s l 系统可以快速、高效且可靠地传输信息，需要对a d s l 的关键 技术及其实现方法进行进一步的研究和把握，尤其是在兼容性、稳定性、算法可 移植与可管理性方面。 1 1 4 a d s l 标准 1 9 9 8 年美国国家标准化委员提出了a n s i 标准( t i 4 1 3 ) 。次标准规定了标准 的编码方式：d m t ，还规定了基本原理如线路编码和线路帧结构等。欧洲电信标准 化委员e t s i 在a n s i t i 4 1 3 的基础上，将标准扩展，增加了满足欧洲需要的附件， 包括用户端的复用接口、网络配景、管理协议和改造，制订了t i e l 4 标准。i t u t 的第1 5 研究组( s g l 5 ) 专门从事a s l 的标准化工作，形成了g 9 2 2 标准草案，对 全速率a d s l 和u a d s l 技术进行了规范，其中g 9 2 2 1 是关于全速率a d s l 的标准， 最高下载速率为8 m b p s ；g 9 2 2 2 ( 即g l i t e ) 是关于u a d s l 的标准，最高下载速 率为1 5 m b p s 。1 9 9 9 年i t u - t x 制订了g 9 2 2 1 标准草案，对a d s l 收发器进行了 规范，该规范基于a n s i 标准之上，并将1 5 m b p s 的下行速率和3 8 4 k b p s 的上行速 率预定为最大速率。另外，由世界著名的电信设备制造商、电子器件制造商、电 信公司组成的行业组织一a d s l 论坛，与a t m 论坛( a t mf o r u m ) 进行合作，主要 制订在a d s l 上承载a t m 信元的规范。 i t u 于2 0 0 2 年6 月和2 0 0 3 年1 月分别推出了两个新一代a d s l 标准：a d s l 2 ( g 9 9 2 3 ) 和a d s l 2 + ( g 9 9 2 5 ) 。新的标准更友好、新特性与新功能。提高了 设备间协同工作能力，速率自适应性更强，诊断等。大大提高下行速率，提供更 先进的服务“。 我国邮电部电信传输研究所于1 9 9 8 年2 月发布了基于d m t 调制方式的a d s l 标准并于1 9 9 8 年5 月实施。国内标准针对我国用户环路和电信设备具体情况并参 考国际标准在软件和硬件方面制定了自己的标准。 1 2 本文主要的研究内容 本文在详细阐述了a d s l 系统的关键技术的基础上，对a d s l 系统重要的组成 部分：m o d e m 进行研究，主要在m o d e m 功能实现方面从技术层面进行深入的理论研 究并做出改进。最后，给出系统实现和结论。尤其对其几大关键技术，离散多音 频调制、回波抵消的优缺点及其在工程实践中需要注意的问题进行了分析，提出 华南理工大学工学硕士学位论文 了可行的改进方案并绘啦改进方案的实际效果或理论效果。最后，指出这几大关 键技术的发展方向，并给出了基于国际电信联盟的最新标准中对于a d s l 所包含的 各个技术的改进，并做了较深入的技术分析、硬件设施的组织生产、运营商在市 场运营等方面的发展方向与办法。最后，为企业进行a d s l 产品的研制提供了有效 的技术指导与市场导向。 1 3 本文研究目标与工作简介 本文将以从技术上对a d s lm o d e m 功能实现与优化为中心，从研究整个a d s l 系统出发，重点针对基于a d s l 用户端m o d e m 的几个关键技术进行研究，提出改进 方法并给出系统实现方案和实际运行效果或理论效果。针对国际国内最新标准 从硬件、软件两个方面给出a d s l 发展中应注意的问题和发展趋势并提出有益的构 划。从而为国内a d s l 技术在理论和实践方面做出技术上的支持，并为国内相关生 产企业在a d s l 产品研制方面提供多元化的技术指导。 论文的工作安排如下： 第二章：介绍了a d s l 用户端m o d e m 各个模块的具体内容，另外介绍了a d s l m o d e m 所包含的主要技术。 第三章：介绍了a d s l 调制技术一一离散多音频技术。在较详细的给出了其 原理与实际应用的特点基础上提出了基于小波理论的d w m t 改进方 案，并证明了小波基c o i f l e t 在频域上具有较好的紧支撑性。最后 在给出系统实现方案。 第四章：介绍a d s l 系统中滤波器在回波抵消中的应用，系统的介绍了自适 应滤波技术的原理与目前主力投术一一l m s 算法。给出可变步长最 小均方( l m s ) 算法，基于此算法提出改进的回波抵消器并给出系统 实现的仿真结果。最后给出了自适应滤波器技术在将来的发展趋势。 第五章：介绍了国际电信联盟在a d s l 2 2 + 标准中对于帧结构的建议与规定， 并给出其实现方案中应注意的问题，给出了a d s l 相关产业部门在实 现新标准过程中应慎重考虑的因素。 第六章：对论文工作进行总结并对未来a d s l 系统在技术与业务方面的发展 做出预测。 6 第二章用户端m o d e m 技术及参考模型 第二章用户端m o d e m 技术及参考模型 2 1 用户端m o d e m 参考模型 2 1 1 用户环路特性 用户环路通常是指电话网络( p o t s ) 用户与本地交换机之间的连接系统。从功 能上划分，一个用户环路通常可分为三个部分，即由从中心局到用户集中地之问 的主干电缆( f e e d e rc a b l e ) ，从主干电缆末端到可能的用户区之间的配线电缆 ( d i s t r i b u t i o nc a b l e ) 以及从配线电缆末端到用户之间的引入线( d r o pw i r e ) 组成。主干电缆和配线电缆之间没有交接箱，配线电缆和下线之间设有分线箱。 由于用户环路建设通常在用户服务申请之前就已经完成，且需考虑以后近1 0 年的 图2 - 1a d s l 用户环路结构 f i g 2 - 1s t r u c t u r eo fa d s lu s e rl o o p 一1 i n e 发展需要。在具体实施中，为了环路结构的灵活，一般将一对主干电缆与一个以 上的配线电缆相连未用的配线电缆导致桥接抽头。由中心局出来的干线电缆一 般采用线径较小的电缆，以使主干线电缆管道内能放置更多的电缆。而配线电缆 的线径相对较大，从而线路之间很容易产生互相干扰的现象。用户环路除了有桥 接抽头和不同线径线互连的特点以外，还可能有加感线圈。采用加感线圈的目的 是为了延伸中心局的用户服务范围。用户环路的上述特点均不适合于数字传输， 桥接抽头也会导致信号的失真和反射“3 。 用户环路还具有其它一些重要特性： 1 衰耗特性： 随着频率的升高，铜双绞线的衰耗迅速上升，一般当频率超过1 m h z 后， 线路的衰耗都很大，达到或超过了l o o d b ；线路越长、线径越细衰耗越大；桥 7 华南理工大学工学硕士学位论文 接抽头还会引起线路衰耗特性的波动。抽头越多，波动也越大。 2 冲激响应： 用户环路的冲激响应持续时间较长，因而信道的记忆长度较长，用于数字通 信时会引起较严重的码问干扰( i s i ) 。 3 噪声特性： 加性白高斯噪声( a w g n ) ，它主要是由电子器件引入的热噪声；串音噪声包括 近端串音( n e x t ) 和远端串音( f e x t ) 。近端串音是电缆同一侧发送机构对接 收机构造成的干扰。而远端串音是电缆另一侧发送机构对本侧接收机构造成 的干扰。f e x t 的传递函数为： 1 w ) 1 2 脚= l 酬2 够2 cz 其中，七= 8 x l o 一”，i 是环路长度，f 是频率，日( ，) 是信道的传递函数。n e x t 主要集中在4 0 0 k h z 以内的低频部分，多见于t l 和e 1 型的用户环路，这两种 环路在我国基本不使用，所以可以不予考虑这种干扰。而f e x t 是a d s l 系统 的主要的干扰源，其功率谱分布在a d s l 工作的整个频段内。 2 1 2 m o d e m 工作频谱的划分与系统适用范围 d m t 技术将铜缆线路( 用户环路) 的o 1 1 0 4 k h z 频带进行了划分，其中0 4 k2 0 k1 3 4 k 1 3 8 k 1 m2 猢f ( i l _ l z ) 图2 - 2a d s l 频谱划分示意图 f i g 2 - 2a s s i g n m e n to fs p e c t r u mi na d s ls y s t e m 4 k h z 为话音频段，用于普通电话业务，其他的频带被分成2 5 6 个子载波“，子载 波之间频率间隔约为4 k h z 。如图2 2 ，子信道6 3 1 用于上行( 用户端到局端) 数据的传输；子信道3 3 2 5 5 用于下行( 局端到用户端) 数据的传输。从图中还 可以发现，在i t u ( 国际电信联盟) 于2 0 0 4 年基于a d s l 最新的标准a d s l 2 + 中，将 频谱进一步扩展到2 2 m h z ，并将频带划分为5 1 2 个自信道，关于这个部分内容将 8 茎三兰望宝塑! ! 唑竺茎垄垄至耋堡型 在后续章节介绍。每个子信道可以最多进行1 5 比特的星位图调制。 a d s l 系统常会采用频谱重叠方式工作，如图2 - 3 ，其将下行信道占用上行信 道的频带，因此可以进一步提高下行传输速率。此时在接收端，利用回波消除器 消除上下行信道之问的干扰。由于上下行速率的不一致性，应该采用不对称性的 回波消除器。 4 k2 0 k 1 3 8 k1 1 l g 2 2 mf ( h z ) 图2 - 3a d s l 频谱复用示意图 f i g 2 - 3s p e c t r u ma l l o c a t i n gi na d s ls y s t e m 如图2 4 a d s l 的系统由三部分构成，即用户端( a t u r ) 、局端( a t u c ) 与 图2 4a d s l 系统应用原理 f i g 2 - 4t h e o r yo fa p p l y i n gt ot h ea d s ls y s t e m 因特网端( i n t e r n e t ) ”3 。来自互联网的数据通过电信局( 运营商) 后，利用现有 电话用户环路被传送到用户端。在用户端的分离器将用于通话的语音信号与用于 上网的数据信号分离。以保证上网的同时电话能够正常使用。分离器是无源的。 这样在分离器出现故障的情况下电话仍然可以使用。另一方面，数据信号通过用 户端m o d e m 后被转换为适于计算机接收的数字信号。 9 华南理工大学工学硕士学位论文 2 1 3a t u 功能特性 a t u ( r d s lt r m n s m i s s i o nu n i t ) 包括两个方面，即a t u c ( a d s lt r a n s m i s s i o n u n i t c e n t r a l ) 与a t u r ( a d s lt r a n s m i s s i o nu n i t r e m o t e ) 。a t u - c 是 指中央交换局端模块包括在中心位置的a d s lm o d e m 和接入多路复合系统，以及处 于中心位置的a d s lm o d e m 。接入多路复合系统中心m o d e m 通常被组合成一个被称 作接入节点，也被称作“d s l a m ”( d s la c c e s sm u l t i p l e x e r ) 也属于a t u c 的一 部分”1 。a t u c 主要完成从主干网络到用户之间的商速接入的功能。 a t u - r 是由远端模块的用户a d s lm o d e m 和滤波