（通信与信息系统专业论文）一种非对称数据接入方案及关键技术研究.pdf

t h e s t u d y o fa n a s y m m e t r i cd i g i t a l a c c e s sm e t h o d a n di t sk e yt e c h n i c i a b s t r a c t 】 a d e s i g na n dr e a l i z a t i o nm e t h o do f a l la s y m m e t r i cd i g i t a lc o r m e e t i o n t e c h n i q u eu s e di nh i g h s p e e dc a b l er e m o t ed a t at r a n s m i t ( h s c r d t ) i sp r e s e n ti nt h i s p a p e r s o m ea n a l y s i so fb a s i cs p e c i f i c a t i o no f t h f s s y s t e ma r ep u to n a i m e da tt h e c o n f i n e dc o n d i t i o ni nt h i ss y s t e m ，s e v e r a ld e s i g nm e t h o da l ep r e s e n t e da n dc o m p a r e d a l s o ，t h e b a s i c p r i n c i p l e s ，s y s t e m c o n s t r u c t i o na n dc h a r a c t e r i s t i c so fo f d m ( o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x ) a r ep r e s e n t e d ，w i t he m p h a s i so n t h es y m b o l s y n c h r o n i z a t i o n ，s a m p l ec l o c ks y n c h r o n i z a t i o n ，e q u a l i z a t i o na n db i tl o a d i n g f i n a l l yt h e k e ys t r u c t u r ea n ds y s t e mp a r a m e t e r so f t h i ss y s t e mi sa l s og i v e n k e y w o r d ：h s c r d t o f d m s y n c h r o n i z a t i o ne q u a l i z a t i o n h a l f - d u p l e x ，。 创新性声明 y 如5 2 6 本人声明所呈交的论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及所取得的 研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文 中不包含其它人已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：日期：立二盟二! ：， 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) 导师签名： 箜= 童 缝型l 第一章 绪论 随着经济的发展和人民生活水平的提高，整个社会不仅对信息量的需求增大， 而且对不同信息的种类的需求也增多，电信业务逐渐丛单一的电话业务向非话业 务转移，出现了多种多样的新业务。如可视电话、会议电话、电子邮件、电子商 务、远程医疗、远程教学以及有限电视等等。信息高速公路概念的提出为人们展 示了通信领域美好的前景，而接入网是由用户环路演变和发展起来的，是各种用 户业务登上信息高速公路的必由之路。是实现连接信源和信宿的必要条件。接入 技术作为通信网中与末端用户相连的网络技术，已成为网络技术中的一大热点。 1 1 接入技术介绍 按照所用传输媒质的不同，接入技术可分为有限接入技术和无限接入技术两 大类。其中，有限接入技术又分为铜线接入技术和光纤接入技术两类；而无线接 入技术又分为固定无线接入技术和移动无线接入技术两类，它又包括蜂窝通信、 地面微波通信和卫星通信等技术形式。 数字用户线路( d s l ：d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ) 是以铜质电话线为传输介质的 传输技术组合，它包括h d s l 、s d s l 、v d s l 、a d s l 和r a d s l 等，一般称 之为x d s l 。它们主要的区别就是体现在信号传输速度和距离的不同以及上行速 率和下行速率对称性的不同这两个方面。从而也决定了他们的应用各不相同。下 面就其中主要几种进一步进行讨论。 1 1 1 高速数字用户环路( h d s l ：h i g h - b i t - r a t ed i g i t a l s u b s c r i b e rl i n e s ) h d s l 利用两对或三对铜线，为用户提供p d h 一次群速率( t i 和e 1 ) 的双 工对称数字连接。主要采用回波抵消、线路编码和自适应均衡技术。在两对铜线 上可以提供1 5 4 4 m b p s ( t 1 ) 的速度，在三对铜线上则可以提供2 0 4 8 m b p s ( e i ) 的速 度。线路编码采用2 b i q 码和c a p 码。h d s l 无中继传输距离可达3 - - 5 k m 。 美国国家标准协会( a n s i ) 制定的t 1 e 1 4 9 4 0 0 6 以及欧洲电信标准协会 ( e t s i ) 提出的d t r d m - - 0 3 0 3 6 定义了h d s l 的电气及物理特性、帧结构、 箜= 童 缝型l 第一章 绪论 随着经济的发展和人民生活水平的提高，整个社会不仅对信息量的需求增大， 而且对不同信息的种类的需求也增多，电信业务逐渐丛单一的电话业务向非话业 务转移，出现了多种多样的新业务。如可视电话、会议电话、电子邮件、电子商 务、远程医疗、远程教学以及有限电视等等。信息高速公路概念的提出为人们展 示了通信领域美好的前景，而接入网是由用户环路演变和发展起来的，是各种用 户业务登上信息高速公路的必由之路。是实现连接信源和信宿的必要条件。接入 技术作为通信网中与末端用户相连的网络技术，已成为网络技术中的一大热点。 1 1 接入技术介绍 按照所用传输媒质的不同，接入技术可分为有限接入技术和无限接入技术两 大类。其中，有限接入技术又分为铜线接入技术和光纤接入技术两类；而无线接 入技术又分为固定无线接入技术和移动无线接入技术两类，它又包括蜂窝通信、 地面微波通信和卫星通信等技术形式。 数字用户线路( d s l ：d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ) 是以铜质电话线为传输介质的 传输技术组合，它包括h d s l 、s d s l 、v d s l 、a d s l 和r a d s l 等，一般称 之为x d s l 。它们主要的区别就是体现在信号传输速度和距离的不同以及上行速 率和下行速率对称性的不同这两个方面。从而也决定了他们的应用各不相同。下 面就其中主要几种进一步进行讨论。 1 1 1 高速数字用户环路( h d s l ：h i g h - b i t - r a t ed i g i t a l s u b s c r i b e rl i n e s ) h d s l 利用两对或三对铜线，为用户提供p d h 一次群速率( t i 和e 1 ) 的双 工对称数字连接。主要采用回波抵消、线路编码和自适应均衡技术。在两对铜线 上可以提供1 5 4 4 m b p s ( t 1 ) 的速度，在三对铜线上则可以提供2 0 4 8 m b p s ( e i ) 的速 度。线路编码采用2 b i q 码和c a p 码。h d s l 无中继传输距离可达3 - - 5 k m 。 美国国家标准协会( a n s i ) 制定的t 1 e 1 4 9 4 0 0 6 以及欧洲电信标准协会 ( e t s i ) 提出的d t r d m - - 0 3 0 3 6 定义了h d s l 的电气及物理特性、帧结构、 传输方式及通信规程等标准。由于采用回波抑制自适应均衡技术，增强了抗干扰 能力，克服了码间干扰，可实现较长距离的无中继传输。h d s l 系统分别置于交 换局端和用户端，系统由收发器、复用与映射部分以及e 1 接口电路组成a 收发 器包括发送与接收两部分，是h d s l 系统的核心。发送部分将输入的h d s l 单路 码流通过线路编码转换，再经过d a 交换以及波形形成与处理，由发送放大器 放大后送到外线。接收部分采用回波抵消器，将泄漏的部分发送信号与阻抗失配 的反射信号进行回波抵消，再经均衡处理后恢复原始数据信号，通过线路解码变 换为h d s l 码流，然后送到复用与映射部分处理。其中回波抵消器和均衡器作为 系统自适应调整并跟踪外线特性变化，动态调整系统参数，以便优化系统传输性 能。 h d s l 系统中复用与映射部分完成数据码流的复用与解复用。发送部分将 2 m b p s 的p c m 码流分为两部分，分别加入h d s l 帧结构的开销比特，转换成h d s l 帧的传输码流，通过发送器发送到线路。与之相对应，接收部分将收到的两路 1 1 6 8 k b p s 的h d s l 码流，去掉h d s l 帧结构中的开销比特，再复用成2 m b p s 的 p c m 码流，经过接口电路送至f c m2 m b p s 的g 7 0 3 接口。接口部分实现h d s l 系统与p c mg 7 0 3 接口的转换与适配，完成h d b 3 码流与n r z 码流相互转换， 并达到电气与阻抗适配。h d s l 的线路编码主要有两种即2 8 1 q 码和c a p 码。2 8 1 q 码是4 电平脉冲幅度调制码，每个符号位表示两比特，4 个电平+ 3 、+ 1 、- 1 、一3 分别表示1 0 、1 1 、o l 、0 0 ，从而提高了传输的比特速率。c a p 是无载波幅度相位 调制，数据经两路正交信号分别调制后叠加，并且将不携带有用信息的载波抑制 掉。两种编码对于提高传输效率是很有用的。目前已有许多实现h d s l 数字调制 及信号处理的芯片和产品问世。 h d s l 除了用于接入网外，还可用于d d n 节点中继、无线寻呼中继、移动基 站中继、局域网间互联、会议电视及高速数据传输等，为企事业用户提供低成本 的e 1 通路。利用h d s l 传输技术可与视频压缩编码m p e g 技术相结合，传输机 频宽带业务，如传输录像机频信号以及多媒体会议电视系统信号。按照h 2 6 1 有 关建议可作为2 m b p s 会议电视的传输接入系统。另外，也可用于传输可视电话、 家庭购物、远程诊断、远程教育等多媒体业务传输。 1 1 2 不对称数字用户环路( a d s l ：a s y m m e t r i c a ld i g i t a l s u b s c r i b e r l i n e s ) a d s l 是近年发展的另一种宽带接入技术，是利用双绞铜线向用户提供两个 传输方式及通信规程等标准。由于采用回波抑制自适应均衡技术，增强了抗干扰 能力，克服了码间干扰，可实现较长距离的无中继传输。h d s l 系统分别置于交 换局端和用户端，系统由收发器、复用与映射部分以及e 1 接口电路组成a 收发 器包括发送与接收两部分，是h d s l 系统的核心。发送部分将输入的h d s l 单路 码流通过线路编码转换，再经过d a 交换以及波形形成与处理，由发送放大器 放大后送到外线。接收部分采用回波抵消器，将泄漏的部分发送信号与阻抗失配 的反射信号进行回波抵消，再经均衡处理后恢复原始数据信号，通过线路解码变 换为h d s l 码流，然后送到复用与映射部分处理。其中回波抵消器和均衡器作为 系统自适应调整并跟踪外线特性变化，动态调整系统参数，以便优化系统传输性 能。 h d s l 系统中复用与映射部分完成数据码流的复用与解复用。发送部分将 2 m b p s 的p c m 码流分为两部分，分别加入h d s l 帧结构的开销比特，转换成h d s l 帧的传输码流，通过发送器发送到线路。与之相对应，接收部分将收到的两路 1 1 6 8 k b p s 的h d s l 码流，去掉h d s l 帧结构中的开销比特，再复用成2 m b p s 的 p c m 码流，经过接口电路送至f c m2 m b p s 的g 7 0 3 接口。接口部分实现h d s l 系统与p c mg 7 0 3 接口的转换与适配，完成h d b 3 码流与n r z 码流相互转换， 并达到电气与阻抗适配。h d s l 的线路编码主要有两种即2 8 1 q 码和c a p 码。2 8 1 q 码是4 电平脉冲幅度调制码，每个符号位表示两比特，4 个电平+ 3 、+ 1 、- 1 、一3 分别表示1 0 、1 1 、o l 、0 0 ，从而提高了传输的比特速率。c a p 是无载波幅度相位 调制，数据经两路正交信号分别调制后叠加，并且将不携带有用信息的载波抑制 掉。两种编码对于提高传输效率是很有用的。目前已有许多实现h d s l 数字调制 及信号处理的芯片和产品问世。 h d s l 除了用于接入网外，还可用于d d n 节点中继、无线寻呼中继、移动基 站中继、局域网间互联、会议电视及高速数据传输等，为企事业用户提供低成本 的e 1 通路。利用h d s l 传输技术可与视频压缩编码m p e g 技术相结合，传输机 频宽带业务，如传输录像机频信号以及多媒体会议电视系统信号。按照h 2 6 1 有 关建议可作为2 m b p s 会议电视的传输接入系统。另外，也可用于传输可视电话、 家庭购物、远程诊断、远程教育等多媒体业务传输。 1 1 2 不对称数字用户环路( a d s l ：a s y m m e t r i c a ld i g i t a l s u b s c r i b e r l i n e s ) a d s l 是近年发展的另一种宽带接入技术，是利用双绞铜线向用户提供两个 方向上速率不对称的宽带信息业务。其下行速率高达6 - - 9 m b p s ，传输距离可达3 5 k m ，典型的下行速率有t 1 、e 1 、d s 2 ( 6 3 1 2 m b p s ) 、e 2 ( 8 4 4 8 m b p s ) 。上行 速率低，随各公司产品而不同，通常为1 6 6 4 0 k b p s 。a d s l 在一对电话线上同时 传送一路高速下行数据、路较低速率数据、一路模拟电话。各信号间采用频分 复用方式占用不同频带，低频段传送话音；中间窄频带传上行信道数据及控制信 息；其余高频段传下行信道数据、图像或高速数据。 a d s l 主要采用d m t 或c a p 调制方式。d m t 是离散多频调制，把全部频 带划分为2 5 6 个子信道，根据子信道的瞬时衰耗特性、群时延特性和噪声特性， 将输入数据动态分配给它们。自适应地分配各子信道速率，同时关闭被窄带噪声 淹没的子信道，达到传输线的最佳利用，把误码和噪声减至最小，提高了系统传 输容量。此外，a d s l 利用自适应滤波的新发展，如栅格编码及r s 码，提高抗 噪声性能，采用非对称回波抵消技术以消除回波干扰。a d s l 系统分别在局端和 用户端设置a d s l 调制解调器，采d m t 调制方法，用i f f t 和f f i ，实现对信号 处理及调制与解调。由电话网来的电话业务，通过普通电话业务( p o t s ) 分离 器用无源耦合方式接到普通电话线上。交换局( l e x ) 节点经过a d s l 调制解调 器和p o t s 分离器，分出与插入话音，与高速数据一起通过双绞铜线传到用户端， 再经过用户端的分离器与a d s l 调制解调器，将信息送到用户的p c 机或电视终 端。 按照e c s a ( 交换载波标准协会) 的t 1 4 1 3 建议，a d s l 可提供高速单工及 双工通道，其中高速单工通道利用下行通道传输6 m b p s 数据流，可同时传输4 路 m p e g 一1 图像，或1 2 路质量更好的m p e g - - 2 图像，或两路3 m b p s 的数字广 播电视。利用a d s l 的全双工信道可提供1 6 0 k b p s 和5 7 6 k b p s 的数据流，用于接 入i s d n 网或高速链路。1 t u t 提出3 种a d s l 标准：a d s l 一1 、a d s l - - 2 和a d s l 一3 传输速率分别为1 5 4 4 m b p s 、3 1 5 2 m b p s 和6 3 2 m b p s 传输距离分别为5 5 k m 、 3 6 k m 和2 5k m ，可用于传输m p e g 一1 和m p e g 一2 图像。 a d s l 技术利用现有双绞线传输宽带业务，可保护投资；降低成本，特别适 于大量分散的住宅用户。它被广泛用于i n t e m e t 接入、远端l a n 接入、视频点播 ( v o d ) 、远程教学、多媒体检索等宽带业务的接入与传输。目前a d s l 技术及 其应用正不断发展，与之相应的a d s l 调制与处理芯片也大量推向市场电信设 备厂商也生产出不同类型的a d s l 调制解调产品并积极开拓市场，使a d s l 系统 在接入网中不断拓宽应用。 1 1 3 甚高比特率数字用户环路( v d s l ：v e r y - h i g h b i t r a t e d i g i t a l 方向上速率不对称的宽带信息业务。其下行速率高达6 - - 9 m b p s ，传输距离可达3 5 k m ，典型的下行速率有t 1 、e 1 、d s 2 ( 6 3 1 2 m b p s ) 、e 2 ( 8 4 4 8 m b p s ) 。上行 速率低，随各公司产品而不同，通常为1 6 6 4 0 k b p s 。a d s l 在一对电话线上同时 传送一路高速下行数据、路较低速率数据、一路模拟电话。各信号间采用频分 复用方式占用不同频带，低频段传送话音；中间窄频带传上行信道数据及控制信 息；其余高频段传下行信道数据、图像或高速数据。 a d s l 主要采用d m t 或c a p 调制方式。d m t 是离散多频调制，把全部频 带划分为2 5 6 个子信道，根据子信道的瞬时衰耗特性、群时延特性和噪声特性， 将输入数据动态分配给它们。自适应地分配各子信道速率，同时关闭被窄带噪声 淹没的子信道，达到传输线的最佳利用，把误码和噪声减至最小，提高了系统传 输容量。此外，a d s l 利用自适应滤波的新发展，如栅格编码及r s 码，提高抗 噪声性能，采用非对称回波抵消技术以消除回波干扰。a d s l 系统分别在局端和 用户端设置a d s l 调制解调器，采d m t 调制方法，用i f f t 和f f i ，实现对信号 处理及调制与解调。由电话网来的电话业务，通过普通电话业务( p o t s ) 分离 器用无源耦合方式接到普通电话线上。交换局( l e x ) 节点经过a d s l 调制解调 器和p o t s 分离器，分出与插入话音，与高速数据一起通过双绞铜线传到用户端， 再经过用户端的分离器与a d s l 调制解调器，将信息送到用户的p c 机或电视终 端。 按照e c s a ( 交换载波标准协会) 的t 1 4 1 3 建议，a d s l 可提供高速单工及 双工通道，其中高速单工通道利用下行通道传输6 m b p s 数据流，可同时传输4 路 m p e g 一1 图像，或1 2 路质量更好的m p e g - - 2 图像，或两路3 m b p s 的数字广 播电视。利用a d s l 的全双工信道可提供1 6 0 k b p s 和5 7 6 k b p s 的数据流，用于接 入i s d n 网或高速链路。1 t u t 提出3 种a d s l 标准：a d s l 一1 、a d s l - - 2 和a d s l 一3 传输速率分别为1 5 4 4 m b p s 、3 1 5 2 m b p s 和6 3 2 m b p s 传输距离分别为5 5 k m 、 3 6 k m 和2 5k m ，可用于传输m p e g 一1 和m p e g 一2 图像。 a d s l 技术利用现有双绞线传输宽带业务，可保护投资；降低成本，特别适 于大量分散的住宅用户。它被广泛用于i n t e m e t 接入、远端l a n 接入、视频点播 ( v o d ) 、远程教学、多媒体检索等宽带业务的接入与传输。目前a d s l 技术及 其应用正不断发展，与之相应的a d s l 调制与处理芯片也大量推向市场电信设 备厂商也生产出不同类型的a d s l 调制解调产品并积极开拓市场，使a d s l 系统 在接入网中不断拓宽应用。 1 1 3 甚高比特率数字用户环路( v d s l ：v e r y - h i g h b i t r a t e d i g i t a l s u b s c r i b e rl i n e s ) v d s l 与a d s l 类似，也是非对称型，即利用双绞铜线提供上行与下行两个 方向非对称的宽带业务。但v d s l 的传输速率比a d s l 高近1 0 倍，传输距离比 a d s l 也短得多。v d s l 下行信道的传输速率可达1 3 - - 5 5 m b p s ，无中继传输距离 为3 0 0m 一1 5 k m ；上行信道传输速率为1 5 1 9 2 m b p s ，随不同公司的产品而异。 v d s l 也采用频分复用方式，将电话和v d s l 的上、下行信号放在不同频带内传 输。低频段传输普通电话、i s d n 业务，中间频段传输上行信道的数字控制信息， 高频段传输下行信道的图像或高速数据信息。发送端将各类业务信号调制到不同 频段，经过双绞线传输到接收端，接收信号经解调及滤波后分离出各类信号。 v d s l 主要采用d m t 和离散小波多频调制( d w m t ) 。d w m t 采用了小波正 交变换，其性能比d m t 更好。经小波变换的d w m t 其子信道的功率9 9 9 9 以 上部集中在主瓣，因而信噪比大为提高。v d s l 系统与a d s l 类似，在局端和用 户端配置v d s lm o d e m ，电话业务通过p o t s 分离器和耦合器加入信道，h d t v 数字图像或多路m p e g 压缩编码后的图像利用v d s l 下行信道送至用户端。v d s l 还可与光纤接入网配合，作为o n u ( 光网络单元) 到用户问的配线，通过f t t c 为企业用户和家庭提供宽带接入。 1 1 4x d s l 的其它形式和性能比较 h d s l 与s d s l 支持对称的t 1 e i ( 1 5 4 4 m b p s 2 0 4 8 m b p s ) 传输。其中h d s l 的有效传输距离为3 4 公里，且需要两至四对铜质双绞电话线：s d s l 最大有效 传输距离为3 公里，只需一对铜线。比较而言，对称d s l 更适用于企业点对点连 接应用，如文件传输、视频会议等收发数据量大致相应的工作。同非对称d s l 相 比，对称d s l 的市场要少得多。 v d s l 、a d s l 和r a d s l 属于非对称式传输。其中v d s l 技术是x d s l 技术 中最快的一种，在一对铜质双绞电话线上，上行数据的速率为1 3 5 2 m b p s ，下行 数据的速率为1 5 2 3 m b p s ，但是v d s l 的传输距离只在几百米以内，v d s l 可 以成为光纤到家庭的具有高性价比的替代方案，目前深圳的v o d ( v i d e oo n d e m a n d ) 就是采用这种接入技术实现的；a d s l 在一对铜线上支持上行速率 6 4 0 k b p s 到1 m b p s ，下行速率i m b p s 到8 m b p s ，有效传输距离在3 5 公里范围 以内：r a d s l 能够提供的速度范围与a d s l 基本相同，但它可以根据双绞铜线 s u b s c r i b e rl i n e s ) v d s l 与a d s l 类似，也是非对称型，即利用双绞铜线提供上行与下行两个 方向非对称的宽带业务。但v d s l 的传输速率比a d s l 高近1 0 倍，传输距离比 a d s l 也短得多。v d s l 下行信道的传输速率可达1 3 - - 5 5 m b p s ，无中继传输距离 为3 0 0m 一1 5 k m ；上行信道传输速率为1 5 1 9 2 m b p s ，随不同公司的产品而异。 v d s l 也采用频分复用方式，将电话和v d s l 的上、下行信号放在不同频带内传 输。低频段传输普通电话、i s d n 业务，中间频段传输上行信道的数字控制信息， 高频段传输下行信道的图像或高速数据信息。发送端将各类业务信号调制到不同 频段，经过双绞线传输到接收端，接收信号经解调及滤波后分离出各类信号。 v d s l 主要采用d m t 和离散小波多频调制( d w m t ) 。d w m t 采用了小波正 交变换，其性能比d m t 更好。经小波变换的d w m t 其子信道的功率9 9 9 9 以 上部集中在主瓣，因而信噪比大为提高。v d s l 系统与a d s l 类似，在局端和用 户端配置v d s lm o d e m ，电话业务通过p o t s 分离器和耦合器加入信道，h d t v 数字图像或多路m p e g 压缩编码后的图像利用v d s l 下行信道送至用户端。v d s l 还可与光纤接入网配合，作为o n u ( 光网络单元) 到用户问的配线，通过f t t c 为企业用户和家庭提供宽带接入。 1 1 4x d s l 的其它形式和性能比较 h d s l 与s d s l 支持对称的t 1 e i ( 1 5 4 4 m b p s 2 0 4 8 m b p s ) 传输。其中h d s l 的有效传输距离为3 4 公里，且需要两至四对铜质双绞电话线：s d s l 最大有效 传输距离为3 公里，只需一对铜线。比较而言，对称d s l 更适用于企业点对点连 接应用，如文件传输、视频会议等收发数据量大致相应的工作。同非对称d s l 相 比，对称d s l 的市场要少得多。 v d s l 、a d s l 和r a d s l 属于非对称式传输。其中v d s l 技术是x d s l 技术 中最快的一种，在一对铜质双绞电话线上，上行数据的速率为1 3 5 2 m b p s ，下行 数据的速率为1 5 2 3 m b p s ，但是v d s l 的传输距离只在几百米以内，v d s l 可 以成为光纤到家庭的具有高性价比的替代方案，目前深圳的v o d ( v i d e oo n d e m a n d ) 就是采用这种接入技术实现的；a d s l 在一对铜线上支持上行速率 6 4 0 k b p s 到1 m b p s ，下行速率i m b p s 到8 m b p s ，有效传输距离在3 5 公里范围 以内：r a d s l 能够提供的速度范围与a d s l 基本相同，但它可以根据双绞铜线 蔓= 童 鳖 丝 一一三 质量的优劣和传输距离的远近动态地调整用户的访问速度。正是r a d s l 的这些 特点使r a d s l 成为用于网上高速冲浪、视频点播( i a v ) 、远程局域网络( l a n ) 访问的理想技术，因为在这些应用中用户下载的信息往往比上载的信息( 发送指 令) 要多得多。 1 2论文的工作安排 本文是针对某石油勘探仪器厂高速电缆遥传系统中的调制解调器的非对称数 字接入技术方案的设计而展开讨论。 第二章分析了系统基本的要求和使用环境，电缆的幅频特性，提出了几种方 案，在比较几种方案后，提出了本系统的设计方案。 第三章对涉及到的关健技术一符号同步，采样钟同步及均衡技术进行了理论 分析和研究，提出了相应的算法。 第四章介绍了实现系统的硬件和软件及调试情况。 第五章是对论文的总结。 蔓= 童 鳖 丝 一一三 质量的优劣和传输距离的远近动态地调整用户的访问速度。正是r a d s l 的这些 特点使r a d s l 成为用于网上高速冲浪、视频点播( i a v ) 、远程局域网络( l a n ) 访问的理想技术，因为在这些应用中用户下载的信息往往比上载的信息( 发送指 令) 要多得多。 1 2论文的工作安排 本文是针对某石油勘探仪器厂高速电缆遥传系统中的调制解调器的非对称数 字接入技术方案的设计而展开讨论。 第二章分析了系统基本的要求和使用环境，电缆的幅频特性，提出了几种方 案，在比较几种方案后，提出了本系统的设计方案。 第三章对涉及到的关健技术一符号同步，采样钟同步及均衡技术进行了理论 分析和研究，提出了相应的算法。 第四章介绍了实现系统的硬件和软件及调试情况。 第五章是对论文的总结。 != 登i ! 堕整墼堡壁垒查塞墨羞壁堇垄堕壅一 第二章电缆遥传系统的基本要求和方案设计 2 1 基本要求规范 高速电缆遥传系统调制解调器的主要目的是将井上的命令发送到井下。通过 端口送给井下仪器总线控制器：将井下仪器的数据透明的传送到井上，通过v m e 总线送给前端机。完成三种电缆帧方式的半双工高速数据传输。 主要技术指标要求如下： 传输速率5 0 0 k b p s ； 传输误码率1 0 一： 传输距离7 0 0 0 米测井电缆： 三种电缆传输方式对应帧频分别为5 胁s ，l o 胁s ，2 0 h z s ； 每个电缆帧与三种帧频对应含有一个下行长帧和5 个上行长帧：2 个上行 长帧；1 个上行长帧； 上行长帧为1 0 2 4 1 6 b i t ，下行长帧为5 1 2 1 6 b i t ： 半双工数据传输，即采用p i n g - p o n g 方式传输数据； 与电缆线采用t 5 方式接口： 占用带宽1 - 1 2 0 k h z ； 在地面m o d e m 对收到的的上行长帧数据进行c r c 校验，加时间标签给前端机； 对下行帧数据加c r c 校验和同步字后进行调制传输。c r c 生成多项式为： g ( x 1 = x 1 6 + x 2 + x 5 十1 系统框图如图( 2 1 ) 所示。 删 v m e 总 端 线 地面 m o d e m 机 双端口 ， 井下 r a m 井下仪 器总线 m o d e m ， 控制器 图2 1 系统框图 t 5 模式接口如图( 2 2 ) 所示。从图中可以看到，井下电源采用换相供电 != 登i ! 堕整墼堡壁垒查塞墨羞壁堇垄堕壅一 第二章电缆遥传系统的基本要求和方案设计 2 1 基本要求规范 高速电缆遥传系统调制解调器的主要目的是将井上的命令发送到井下。通过 端口送给井下仪器总线控制器：将井下仪器的数据透明的传送到井上，通过v m e 总线送给前端机。完成三种电缆帧方式的半双工高速数据传输。 主要技术指标要求如下： 传输速率5 0 0 k b p s ； 传输误码率1 0 一： 传输距离7 0 0 0 米测井电缆： 三种电缆传输方式对应帧频分别为5 胁s ，l o 胁s ，2 0 h z s ； 每个电缆帧与三种帧频对应含有一个下行长帧和5 个上行长帧：2 个上行 长帧；1 个上行长帧； 上行长帧为1 0 2 4 1 6 b i t ，下行长帧为5 1 2 1 6 b i t ： 半双工数据传输，即采用p i n g - p o n g 方式传输数据； 与电缆线采用t 5 方式接口： 占用带宽1 - 1 2 0 k h z ； 在地面m o d e m 对收到的的上行长帧数据进行c r c 校验，加时间标签给前端机； 对下行帧数据加c r c 校验和同步字后进行调制传输。c r c 生成多项式为： g ( x 1 = x 1 6 + x 2 + x 5 十1 系统框图如图( 2 1 ) 所示。 删 v m e 总 端 线 地面 m o d e m 机 双端口 ， 井下 r a m 井下仪 器总线 m o d e m ， 控制器 图2 1 系统框图 t 5 模式接口如图( 2 2 ) 所示。从图中可以看到，井下电源采用换相供电 箜三童皇丝堡焦丕堕苎查塞垄塑虚塞塑丛7 _ 的供电方式。理想状态下，电源的兹通相互抵消。 图2 2t 5 模式 2 2 使用环境和条件限制 高速电缆传输系统的调制解调器分为地面m o d e m 和井下m o d e m 两部分。地 面m o d e m 和井下m o d e m 通过7 0 0 0 米的测井电缆传输数据。由于信道衰耗和干 扰比较大，以及深井测量环境中对温度、功耗和体积等方面的需求。似得在设计 方案时不仅要满足技术要求，而且要考虑器件的处理能力和对温度和体积的限 制。 2 2 1 测井电缆的幅频特性 测井电缆长7 0 0 0 米，由于测井电缆盘绕在一起，不同测量深度，电缆的幅 频特性不完全相同，信道的衰落和迟延失真也不同，产生码间串扰i s i ( i n t e r s y m b o l i n t e r f e r e n c e ) 和带间干扰i c i ( i n t e r c h a n n e li n t e r f e r e n c e ) 。另外，使用t 5 模式， 井下电源是通过电缆从井上传输到井下的。测井环境的风力、电缆的张力、深井 温度等对信道都有一定的影响。所以说信道特性是比较恶劣的。 在t 5 模式下，电缆的幅频特性和群时延特性分别如图( 2 3 ) 、( 2 4 ) 所示。从 图中可以看到，在1 2 0 k h z 点上，电缆的幅频特性衰减最大为3 0 d b ，群时延特性 最大时延为o 0 2 6 2 5 m s ，0 - 1 2 0 k h z 频带内最大的群时延差约为2 5 艘。 箜三童皇丝堡焦丕堕苎查塞垄塑虚塞塑丛7 _ 的供电方式。理想状态下，电源的兹通相互抵消。 图2 2t 5 模式 2 2 使用环境和条件限制 高速电缆传输系统的调制解调器分为地面m o d e m 和井下m o d e m 两部分。地 面m o d e m 和井下m o d e m 通过7 0 0 0 米的测井电缆传输数据。由于信道衰耗和干 扰比较大，以及深井测量环境中对温度、功耗和体积等方面的需求。似得在设计 方案时不仅要满足技术要求，而且要考虑器件的处理能力和对温度和体积的限 制。 2 2 1 测井电缆的幅频特性 测井电缆长7 0 0 0 米，由于测井电缆盘绕在一起，不同测量深度，电缆的幅 频特性不完全相同，信道的衰落和迟延失真也不同，产生码间串扰i s i ( i n t e r s y m b o l i n t e r f e r e n c e ) 和带间干扰i c i ( i n t e r c h a n n e li n t e r f e r e n c e ) 。另外，使用t 5 模式， 井下电源是通过电缆从井上传输到井下的。测井环境的风力、电缆的张力、深井 温度等对信道都有一定的影响。所以说信道特性是比较恶劣的。 在t 5 模式下，电缆的幅频特性和群时延特性分别如图( 2 3 ) 、( 2 4 ) 所示。从 图中可以看到，在1 2 0 k h z 点上，电缆的幅频特性衰减最大为3 0 d b ，群时延特性 最大时延为o 0 2 6 2 5 m s ，0 - 1 2 0 k h z 频带内最大的群时延差约为2 5 艘。 箜三童皇丝堡焦丕堕苎查塞垄塑虚塞塑丛7 _ 的供电方式。理想状态下，电源的兹通相互抵消。 图2 2t 5 模式 2 2 使用环境和条件限制 高速电缆传输系统的调制解调器分为地面m o d e m 和井下m o d e m 两部分。地 面m o d e m 和井下m o d e m 通过7 0 0 0 米的测井电缆传输数据。由于信道衰耗和干 扰比较大，以及深井测量环境中对温度、功耗和体积等方面的需求。似得在设计 方案时不仅要满足技术要求，而且要考虑器件的处理能力和对温度和体积的限 制。 2 2 1 测井电缆的幅频特性 测井电缆长7 0 0 0 米，由于测井电缆盘绕在一起，不同测量深度，电缆的幅 频特性不完全相同，信道的衰落和迟延失真也不同，产生码间串扰i s i ( i n t e r s y m b o l i n t e r f e r e n c e ) 和带间干扰i c i ( i n t e r c h a n n e li n t e r f e r e n c e ) 。另外，使用t 5 模式， 井下电源是通过电缆从井上传输到井下的。测井环境的风力、电缆的张力、深井 温度等对信道都有一定的影响。所以说信道特性是比较恶劣的。 在t 5 模式下，电缆的幅频特性和群时延特性分别如图( 2 3 ) 、( 2 4 ) 所示。从 图中可以看到，在1 2 0 k h z 点上，电缆的幅频特性衰减最大为3 0 d b ，群时延特性 最大时延为o 0 2 6 2 5 m s ，0 - 1 2 0 k h z 频带内最大的群时延差约为2 5 艘。 ! 二盐韭型整墼塑堡垒查壅垦差堡茎查婴墨一 = = = = = 、一、 一串逮 i 蕊 o 、飞遵愁 1s 研鼍 2 j2 k f r z 1 =入 0 埘p 2 i5 k f n 2 ： 。、 一， 2 ：2 k f t 21 与? j l 百洳t 芎 、一3 i j 听掣 斗- 3 9 p i 蟹- ? g 飘爿 、 。h。z 7l2 图2 3t 5 模式下电缆幅频特性 ，_ d 二， = = 一 i l l 口- - ；去至 阚l 。、 n 黼二：j 三：； 炼荔飘垂* 龄h 7 - 3 钇5 p 2 灿2 s 5 。 。7 嚣- 鬟。 图2 4t 5 模式下电缆相对群时延特性 2 2 2 干扰产生与影响 1 换相供电引起的干扰由于井下电源也是通过变压器通过换相供电方式传输到 井下，理想状态下，电源的兹通相互抵消。而在实际情况下，相位总是有偏 。咀m ! 二盐韭型整墼塑堡垒查壅垦差堡茎查婴墨一 = = = = = 、一、 一串逮 i 蕊 o 、飞遵愁 1s 研鼍 2 j2 k f r z 1 =入 0 埘p 2 i5 k f n 2 ： 。、 一， 2 ：2 k f t 21 与? j l 百洳t 芎 、一3 i j 听掣 斗- 3 9 p i 蟹- ? g 飘爿 、 。h。z 7l2 图2 3t 5 模式下电缆幅频特性 ，_ d 二， = = 一 i l l 口- - ；去至 阚l 。、 n 黼二：j 三：； 炼荔飘垂* 龄h 7 - 3 钇5 p 2 灿2 s 5 。 。7 嚣- 鬟。 图2 4t 5 模式下电缆相对群时延特性 2 2 2 干扰产生与影响 1 换相供电引起的干扰由于井下电源也是通过变压器通过换相供电方式传输到 井下，理想状态下，电源的兹通相互抵消。而在实际情况下，相位总是有偏 。咀m 箜三童皇堕垄焦薹堑叁查垂壅至旦直塞堡迁旦一 差的，因此，在电缆传输中对信号造成一定的影响。 2 由于深井测量，随着井深变化井下温度的变化巨大，对器件温度的要求也越 苛刻。热噪声也有一定的影响。 3 由于空间的限制，井下模块印制版宽仅为5 0 m m ，长度也有一定的限制，因此 电路干扰影响不可避免。 2 3 方案的选择与比较 根据测井电缆传输系统的需要，我们设计了几种调制方案 2 3 1 正交幅度调制( q a m ：q u a d r a t u r ea m p l i t u d e m o d l a t i o n ) q a m 是一种十分成熟且广泛应用的调制技术。它将发送数据分为两路，分 别对正弦载波和余弦载波进行数字调幅，然后相加传输。如果每路载波的幅度有 n 个不同幅度，那么q a m 信号的星座图上就有h 2 个状态点。在波形滚降的情况 下，每个子载波的频谱宽度仍然为( 1 + 口l 厂m ，厶为耐奎斯特带宽。q a m 的频谱 利用率可以做得很高，设备也不太复杂。但是，当它的信号状态数很多时，则对 信道的线性和非线性失真变得十分敏感，需要采用多种措施来对抗。 2 3 2 无载波幅度相位调制( c a p ：c a r r i e r l e s s a m p m ) c a p 调制技术是将输入码流经并串变换分为两路，分别通过两个数字带通滤 波器，然后相加传输。两个数字