（通信与信息系统专业论文）dsl测试系统的实现.pdf

摘要 d s l ( d i g i t a ls e r v i c el i n e ) 作为一种双绞线上应用的宽带接入技 术，能够周时满足低成本酃蕊带宽的要求，最近几年褥到了广泛的应 用。 本文结合v d s l 、a d s l 和a d s l 2 + 最新的国际标准，并以在信产 部电信传输研究所的研发经验为背景，详细论述了符合中国线路标准 的噪声仿真生成器的分橱、夏舅究与实褒。善先分毒厅了d s l 霹终絮构、 技术体系，然后对影响d s l 信号传输因素进行了阐述分析，并由此 提出了d s l 测试指标和用于进行d s l 设备测试的仿真测试系统的构 成，紧接羞重点讨论了测试系统中豹重要组成部分噪声发生器以 及相关软件的设计彝实现过程，最后对未来的工作和系统实现过程中 的其他可行性进行了简要的讨论。 关键词d s l i 耍j 试v d s l 测试噪声文件噪声发生器控制芯片 a b s t 甏a c t t h ep a p e rd i s c u s s e sam e m o do fd e s i g n i n gt h en o i s e g e n e r a t o r 。a t 衙s t b a s e do nb r i e f l yi n t r o d u c i n gt h ea r c h i t e c t u r eo fc o m m u n i c a t i o n n e t w o r k t h eo v e r a l lp r o d u c f i o no ft h eb r o a d b a n da c c e s st e c h n o l o g i e si s a l s op r e s e n t e di nt h ep a p e r t h e na f t e rs u m m a r i z i n ga n da n a l y z i n gt h e t h e o r yi nt h es t a n d a r da n dt h ec u r r e n tr e s e a r c ho nn o i s es i m u l a t i o n ，t h e d e s i g no fn o i s e g e n e r a t o ra n dt h es o f t w a r ef o rn o i s e f i l em o d e l i n ga r e d i s c u s s e d a n dt h et e s tr e s u l t sa n a l y s i si sp r e s e n t e d k e yw o r d sd s lv d s lp r o d u c tt e s t n o i s e g e n e r a t o rn o i s e f i l e m i c r o p r o c e s s o rd a c 独创憔( 或创新性) 声明 本人声明所量交的论文是本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，除了文中特别加以标注和致澍中所罗列的内容以外，论文中不 龟含冀经太己弪发寝或撰写过豹磷究成暴，毽不包含为获褥j t 寨部毫大学藏萁蹙 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的嗣悫对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 窜请学盈 本人签名 楚，本入承担一韬稳关责任。 关予论文傻麓授权鹣漉疆 举位论文作者究全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究嫩在校攻读学位期间论文工作的知识产权举位属北京邮电大学。学校有权保 窝并囱国家有关部门或机掏送交论文酶菱帮箨季蟊磁盘，允诲学位论文被森阕察借 阅；学校可以公布举位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、汇缡学位论文。( 保密的学位论文在解密詹遵守此规定) 缣密论文注释：本学谴论文藕于保密在年解密后适瘸本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围， 本人签名：起里乏隆捣 副谧鲁避 适用本授权书。 目鞭二鲫汐、3 。3 驴 固麓：二竺! ：。曼二三兰 翻期： 垒6 ：! 主望 致谢 首先要深深地感谢我的导师周继成老师，他在我攻读硕士学位期间在学习和 生活上始终无微不至地关怀着我。本篇论文的选题、研究工作及论文的撰写过程 都是在周继成老师的悉心指导下完成的。周继成老师严谨的治学态度和深入独到 的学术见解令我终身受益。 感谢原电信传输研究所的牛中允老师，以稳重踏实的学风和扎实系统的知识 帮助我完成了课题和论文，同时还教会了我如何学习知识和运用知识的好方法和 好习惯，令我有了长足的进步。 还要感谢曾志民老师、冯春艳老师，他们在课题研究期间给予我细致入微的 指导和关心。曾老师和冯老师从我进入实验室以来一直在学习中、项目工作中和 生活中给予我无微不至的关怀和指导，我的每一点一滴的成长都离不开二位老师 的言传身教和辛勤劳动，谢谢你们! 感谢杜玉芳、王先进，郭昕、王欣、王永杰、田锐、夏海轮、姚火烈等各位 同学两年来对我的帮助，我从他们身上学到了很多，将会使我在今后的工作生活 中受益匪浅，同样重要的是，与他们相处的时光非常难忘。 在即将完成本论文、即将告别母校之际，我要深深地感谢北京邮电大学对我多年 的教育和培养。 蔻亲 | f 毡入学 d s l 测试螽装翁蛮疆 第一章概述 。 宽带接入技术的亏l 入 随着计算机网络的高速发展，用户对网络带宽的需求日盏增加，原商网络带 宽已缀不残漾罡鼹户戆嚣要，其中最典型豹润戆裁是上穗遮菠漫，薮数残月无法 推广与实现。在这种背景下，全丽提高网络的带宽和传输速度就成了追切解决的 问题。具体说来，这些问题包括提离传输速率和接入速率。出于d w d m 豁光传输 技术鲍应嗣，传输技术褥到很大熊提高。目前，国内网络宽带纯的主要魏颈在于 接入技术。另舞，攘入网市场酶残状是多释薪l 辑技术共存，多辞传输手段裙多种 传输体制共存竞争。 对于电信网络运营商而言，嫩关注的是如何利用现有的撇绞线来提供宽带接 入。对予有线逛鬟逶彗囊两言，簸关注夔是黧褥毒效零l 焉魂煮懿线缆系绞来提供 宽带按入。有线电视在我国起步熙然较晚，假发展迅速。我国目前已缀有8 0 0 0 万有线电视用户，嚣提供交互式数据通信，有线网络面临藏双向改造问题。人群 居住密嶷戳及电缆老化等因素傻回传系统出联了戆手豹噪声闯题，双向改造不易 迸荦亍，蠲户群只能妫限于较小的范围内。另外，无线接入技术在低密度鹣分散小 用户群领域、急需电话用户线的地区以及有地理障碍的地区，占有重要的地位。 对于藏在建设的固怒有线接入网的地区，无线接八也可作为过渡手段提供掰用户 线，一整有线接入瓣建成后，无线接入系统霹以移茬爱楚经蔫。在农村燃嚣凌， 无线一点多址技术凝有经济性和瑟活性的优越性。 接入网的共同趋势都是逐渐将光纤化推向用户。f t t c 将逐渐向f t r f 方向发 震，嚣h f c 将逐澎跌较大的节点内较小的节点发震，然曩逐澎将光纤携遴至分支 点，麓至实现f t 豫。光纤至4 户磁，就消除了f t t c 中酶金属引入线和h f c 中的同 轴电缆，避免了金属腐蚀等问题，接入网的瓶颈也随之消失。然而，光纤到户是 一个漫长的过程，懿耍投入大量躺资金和人力。 就嚣耱褥言，鲡侮潮爝瑷畜懿网络资源是当虢簸遥凌稳诺务。作为孛重最大静逶 信网络电信网络_ 蔺言，已经发展了几十年，舆备了庞大的双绞线网络，但双绞 线是为语音通信设计的。如何有效利用现存的双绞线网络，提高其传输速率，是 宽蒂发震戆至关重瑟翳环节。基予双绞线豹宽豢接入怨决懿方式主要是数字雳户 线( d s l 一d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ) 技术。 d s l 测试系统的寓啦 ! 。2x d s l 技术的发展现状 d s i 。的飞速发聪，最大动力不是来自于技术的驱动，丽建业务需求的强大驱 动，越来源于运营商向追求投资阐报效益的转变。我们记忆犹新的是，在2 0 0 0 年下拳年，a d s l 在众多数宽带搂入手段中还不楚那么夸强，茳经历t2 0 0 1 年鄹 络泡沫的洗礼、，c o m 公司的纷纷蒌缩后，以a d s l 为主的d s l 宽带接入反而后来 居上，枝独秀，成为”最后一公里”接入的首选方案，展示了其强大的生命力和 技术燃力。 d s l 壹予是承裁在普逶电话双绞线上，獒监务静实穗瑟备普及往纛穗捷注， 特别怒对有丰富双绞线资源的传统运营商来说，利用d s l 技术，不需要重新布线， 就能够快速有效的部署宽带业务。同时，由j 二d s l a m 特有的体系结构，在宽带业 务开矮戆拐载，燹游一次淫大魏攘投资，可以疆蓑宽豢业务懿普及送一步扩展 a d s l 设备容量，大大降低业务卒刀期高投资低网报的风险。 a d s l 业务，针对接入型业务的特点，撮供不对称的宽带数据业务，使用户 搭乘”阙络快车”，尽享高速网上 串浪的乐趣；v d s l 业务，博积薄发，可以提供 对称l o g 的高带蠢，尽管萁l ，5 k m 鼢覆盖范灏，不足以替代a d s l5 k m 瓣城域覆 盖重任，但是其将以太网技术和d s l 技术的成功结合，无疑在园区级的宽带接入 中星光闪烁；s h d s l 业务，2 3 m i 勺对称带宽，远不如a d s l 、v d s l 的高带宽炫目， 堡是焚跨有兹对豫餐窝安全淫，以及努莺戆大慧应爰背景，镬萁在专线按入领域 格外突出。 牧绞线，是目前传统运营商的最重要的入户资源，也是最大的物理承载媒质， 建设投资和维护成本郄j # 常高，d s l 业务的开展，也是对双绞线资源的充分利用。 对予邋求网络投资效益的今天，遂点尤为突蠢。因丽，娩赛有专家维断基于 双绞线的技术将具锯5 0 年以上的生命期! 为了使d s l 产懿更好地适应网络的发展，也是为了真正能挑起电信缴运营网 络竟豢接入建设黪灌壬，设冬皋l 逶亵嚣运蘩囊紧密合 誊，徽了大萋夔鼗务挖摇、 需求分干厅、研发和改进工作，这也是d s l 能够在中国获得长足发展的重爱因素之 1 。3 必要的测试要求和溅试指标 作为一种传输数据的手段，d s l 系统也会受到其传输线路和外器干扰的影响， 影l 囊x d s l 线爨覆繁戆主要嚣素哥戮羟缡为d s l 接入线爨援掇_ 窝长度、在奔久过 程中的存在的桥接抽头( b r i d g e dt a p s ) 、线路上的加感线圈( l o a dc o l i s ) 、在 d d s l 灏试系缝懿蜜蝇 所有的通信系统中必然存在的噪声干扰以及自身或外界造成的电缆故障或损伤 等，这些内容将在下瑟熬襁应部分进行详细分缓。 因此，对一个x d s l 系统产黼盼主要指标酾溅试是狠必臻髂，以鲠对浚系统 有个定量的认识，并对下一步的改进打好撼础。目前对x d s l 系统的测试主要 是仿真测试，即通过对传输电缆线路和外部嗓声干扰的仿真来达到测试的目的。 这样，麓要骰两佟褰渣： 一、仿真电缆的传输特性，以代替实际的线路，这时，桥接抽头、搬感线圈 等跟传输电缆线路有关的因素应该被考虑到，以便最大限度她逼近真实电缆的特 睦。 = 、仿真加到电缆上的嗓声干扰，色括激为重要的率街噪声，多 加些菲 串音噪声，如背景噪声、射频入馁噪声和脉冲噪声等。这一部分也是下丽溪讲到 的课题的核心内容。 上嚣诱餮了对於l 。系统速行涮试静蒙嚣，下嚣提一下鬻簧进行溅试瓣猎标， 简单来浇，测试指标包括三个方面，即传输遮率、传输距离和误码率，丽三个指 标是相互制约的，例如误码率是在固定的传输速率和距离下的比较。关予测试指 檬，憋在程应章节黧详壤攒述。 1 4 开发测试系统的背景和意义 隧着数据监务蓟漉媒体等赢繁竟盗务赘浃速发震，a d s l 控拳龟在不断舞绥。 其中a d s l 2 和a d s l 2 + 的优势明恩。相对于第一代a d s l ，a d s l 2 的传输性能有一定 增强，其改进主要液现在长距离、抗线路损伤、抗噪声等方面。a d s l 2 通应较差 线终骂缓熬爱力，姆爱是在锺离骏长、有撬谈鑫鑫头、受射频予挽等臻况”f ，煮了 进步改善。 a d s l 2 + 标准( g 9 9 2 5 ) 在a d s l 2 标准( g 9 9 2 3 ) 的基础上进一步扩展，毫要是 将频避范围从1 1 m h z 扩展至2 2 m h z ，相应她，最大子载波数目也由2 5 6 增加至 5 1 2 。它支芬斡净数据速率下行逮率竣小l s 潲i t s ，上行逮率可这8 0 0 k b i t s ， 且1 6 m b i t s 以上的下行速率、8 0 0 k b i t s 以上的上行速率也可选支持( 下行最 大传输速率可达2 5 m b i t s ) 。 戆蕾d s l 接入在全国各城市熬接广泰普及，生产d s l 设鍪熬厂家越来越多。 其中熊龙混杂，良药不齐。因此d s l 设备性能指标测试非常重要。而在设备芯片 研发和测试过程中，必须要有完备的性能分析环境。而且，运营商在采购设备和 对设器避行维护时，也嚣要对设蛰进行性能分孝厅蟊测试。 v d s l 技术可在对称或菲对称速率下运行，每个方自上激嵩对称速率楚 2 6 , i b i t s ，其他典烈速率是1 3m b i t s 的对称速率，5 2m b i t s 的下行遵攀和6 ，4 d s l 测试聂统鼓赛巍 m b ic s 上行速率。最大传输距离为1 5k m 左右。目前绝大多数v d s l ，a d s l , a d s l 2 + 没器厂商和圈家信产部标准入网测试环境中鼹的都是美国s p rj a nc 公司的 d s l 线鼹仿真生戒嵇裙噪声发生器| 三i 及穗关软箨。首先，这黧瑷各蒎慧美鬻的线 路参数值、线路实际环境和噪声干扰情况研发，显然不符合中国传输线路环境。 其次，v d s l 和a d s l 2 + 的频率最大为1 2 m h z 和2 2 m h z ，因此这些设备还不能直接 羁奁v d s l 窝a d s l 2 + 设冬竣溅试环境中。最后，至今还束煮厂懑秀发这些设冬。 所以开发符合中国线路的d s l 测试仿真器裁非常必要。 市场现有的双绞线环路发生器( 美) 是依据其本国的电缆特性而制作的，而 噪声发生器则是依攒本国接入技术应嗣情况建立的噪声模型褥开发。所以，菇不 适宜中瀑使j 薅j 。丽璐在中国荠浚有类叛静测试仪器，开发适合本罄其体环境豹性 能分析设备非常必要。 以上的论述可归结为如下两个方面： l 、圆d s l 菝零懿技术疆标懿不霹，磅发与溪试当中霉簧建立完蛋懿灏试环 境； 2 、营商进行设备的评估与维护时同样需鼹有环境； d s l 是在双绞线审传埝的，驻爨二窟道环境熊仿真过程，戴是双绞线信邀躲建 模过瑕；丽各种传输干扰，包捂自噪声、色嗓声、串撬、射频干挠、繇冲干扰等， 也可以利用各种理论分析或实际测量的结果进行建模。 课题就是在这样的背景和可行性的条件下进行的，而其意义电很明鼹，就是 霉要开发出逶合中漤线臻耳境熬测试系统。 1 。5 论文的组织结构 本文的结构菲常清渐，在接下来的一章，郧第二章中对d s l 技术的种类、 各自的技术特点以及d s l 技术所采用的调制技术进行了详细介绍，第三章首先 介绍了d s l 系统的缌成，接着从影响d s l 系统性能的因索出发，对d s l 设备 溅试懿方法、测试系统缀藏、嚣试搔稼等遗学了淹述。第嚣豢是本文熬核心疼吝， 在对d s l 测试系统的介绍的基础上，这一章擞对设计和实现d s l 测试系统，从 软件和硬件的角度i 拽行了详细的描述同时，在这一章里，对使用的软硬件平台和 工具也遴荐了适当媳分绍。在第聂搴，也就是在最后一章爨，鼹在d s l 溅试系 统的调试的基础上，对今后的工作以及系统升级方案等避行了简要的讲解。 6 d s l 测试系统的实脱 第二章x d s l 技术 2 1x d s l 技术简介 x d s 。是各种类型d s l 的总称，包括a d s l 、r a d s l 、v d s l 、i d s l 和h d s l 等。 它是一种新的传输技术，在现有的铜质电话线路上采用较高的频率及相应的调制 技术，即利用在模拟线路中加入或获取更多的数字数据的信号处理技术来获得高 传输速率( 理论值可以达5 2 m b p s ) 。各种d s l 技术最大的区别体现在信号传输速 率和距离的不同，以及上行信道和下行信道的对称性不同两个方面。 x d s l 具有以下特征： 与话音工作于不同频段，基本不影响电话的正常使用，话音所占频带为 o - 4 k h z ，x d s l 调制频带为4 4 k h z 一1 m h z 。 在以办公室和家庭为中心一定距离范围内可以提供较高的数据传输率。 铜线的具体条件、天气和片断对话可能会影响传输性能。 2 2x d s l 技术种类 x d s l 中“x ”表示任意字符或字符串，根据所采取的调制方式，获得的信号 传输速率和距离的不同以及按上行和下行速率是否相同可分为速率对称型和速 率非对称型两种。 ( 1 ) a d s l 技术 a d s l 技术是指从服务提供商到用户端( 下行方向) 和从用户端到服务提供 商( 上行方向) 的数据速率不一样。上行速率一般为1 0 0 8 0 0 k b it s ，下行速 率一般为1 8 m b i t s 。下行方向的数据速率通常是上行方向数据速率的十倍。 全速率时最大传输距离为3 6 公里左右。a d s l 设计目的有两个功能：高速数据 通信和交互视频。数据通信功能可为因特网访问、公司远程计算或专用的网络应 用。交互视频包括需要高速网络视频通信的视频点播( v o d ) 、电影、游戏等。a d s l 使用了压缩方法来获取取惊人的速率。它使用很先进的d s p 和算法在电话线( 双 绞线) 中压缩尽可能多的信息。a d s l 用频分复用( f d m ) 或回馈抑制在电话线中 创建多个信道。f d m 使用一条下传数据管道和一条上传数据管道，并用时分复用 ( t d m ) 将下传管道分割，上传管道也被分成多个低速信道。回馈抑制将下传管道 和上传管道重叠，并用本地回馈抑制( 如v 3 4 规范) 将二者区分。a d s l 复用下 传信道，双工化，将信道分块，给每块加上错误码，然后发送数据，接收端根据误码 和块长纠错。 北京| | l l i i u 人学d s l 删试系统的实现 l2 ) v d s l v d s l 技术可在对称或非对称速率下运行。每个方向上最高对称速率是2 6 it s ，其他典型速率是1 3m b i t s 的对称速率，5 2 m b i t s 的下行速率和6 洲b it s 上行速率。最大传输距离为1 5 公里左右。v d s l 与p o t s 可在同一 对双绞线上运行。v d s l 环路允许的最大长度比a d s l 环路要小的多。v d s l 计划 用于光纤用户环路( f t l ) 和光纤到路边( f t t c ) 网络的“最后一公里”链接， 向用户提供全面服务的多媒体网络传送语音、视频及数据。 ( 3 ) h d s l h d s l 技术提供的是对称的比特率。通常，h d s lm o d e m 被设计成以固定速率 运行，常见的速率有7 6 8 k b i t s ，1 5 4 4 m b i t s ，2 0 4 8 m b i t s 。后两种速率 分别对应t 1 和e l 线路。h d s l 通常需要两对分开的双绞线，而且这两对线必须 是全双工的。h d s l 应用越来越广泛，多用于t l e l 专线、无线机站的互连以及 高速的l a n 互连、i n t e r n e t 接入，视频会议等等。但h d s l 使用的是2 b i q 调制 方式所以无法在同一条双绞线上与p o t s 共存。最大传输距离为5 k m ，如果使用 放大器可达1 2 k m 。h d s l 2 是继h d s l 后的技术，本质上是在一对双绞线上传送t l 和e 1 速率信号。目前，h d s l 2 的标准正在制定中。h d s l 2 与p o t s 无法在同一对 双绞线上运行。与h d s l 的应用相似，多用于高速的l a n 互连、i n t e r n e t 接入， 以及视频会议等等。最大传输距离为5 k m 左右且与采用的编码方式和线路质量有 关。 ( 4 ) s d s l s d s l 技术，是h d s l 的单线版本，可提供双向高速可变比特率连接。可支持 最高达e 1 速率的多种连接速率，其典型速率是3 8 4k b i t s 和7 6 8 k b i t ss d s l 可以根据距离不同而降低传输速度的。全速率时最大传输距离为2 到3 公里左 右。s d s l 可用来提供部分t l 业务及i n t e r n e t 接入和l a n 互连。与h d s l 相 比，s d s l 可节省一对双绞线，因而部署更为简单方便。目前s d s l 没有现成的标 准。 ( 5 ) a d s l 2 与第一代a d s l 相比a d s l 2 的突出特点和主要改进有： ( 1 ) 传输能力有一定增强。a d s l 的下行速率由6 m b s 至少升为8 m b s 上 行速率由6 4 0 k b s 至少升级为8 0 0 k b s 速率。 ( 2 ) 应用范围进一步拓展。a d s l 的传送模式在a t m ( 异步传送模式) 和s t m ( 同步传送模式) 的基础上! 增加了p t m ( 分组传送模式) ，从而更好地适应日益 增长的以太网业务( e t h e r n e to v e fa d s l ) 的传送需求，a d s l 2 支持的主要应用 环境在d a t a + p s t n ，d a t a + i s d n 的基础上，增加了对v o i c eo v e rd a t a ( 即v o a d s l ) d s l 测试系统静安耀 的定义，实现上既可采用分组话音方式也可采用信道化方式( 即t o m 话音通过 a d s l 透明传送) 。另方面，a d s l 2 增抽了全数字模式，即在没有p o t s 业务薅采 蠲话带传送数攥，这样可增掇上行带宽2 5 6 k b s 。同时a d s l 2 定义了受最活的赖 结构以支持4 种延迟通道、4 个承载信道，支持对误码和时延的配置。 ( 3 ) 线路诊断能力、节能特性以及系统的互通性均得到明显改善。无分离 器a d s l 2 ( g ，9 9 2 4 ) 楚黠g 。l i r e ( s 9 9 2 ，2 ) 瓣增强，主娶毯括两丈方蘸：一是 与g 9 9 2 3 相似的改进，如增加了全数字模式，增加了p t m 模式，可支持4 种延 迟通道、4 个承载信道，以及传输能力、线路渗断、在线羹配置、功率掇制、频 谱控翻、溅，i 、功强等；二是与无分璃器特蛙鞠关豹改进，磐惫含茯速重训练匏更 强大酶激活过程、自适应长度快速启动等。由于g 1 i r e 的应糟很少，制订g 9 9 2 4 主要为了标准上的完整性，应用前景有限 ( 6 ) a d s l 2 + a d s l 2 + ( g 。9 9 2 s ) 标准在a d s l 2 ( g ，9 9 2 。3 酶基磋上避一步扩震，主要是 将频谱范围从1 1 m h z 扩展至2 + 2 m h z 相应地，最大子载波数目也出2 5 6 增加至 5 1 2 。幽于a d s l 2 使用的频段与a d s l 相同。因此，传输性能的改进主要表现在长 疆褒、撬线路擐伤、蒎噪声等方嚣，最大黄簸速率与穗露条 争下兹a d s l 耀比著 无明鼹提高。而a d s l 2 + 由于将使粥的频谱作了扩展，传输髋能将有明显掇高( 下 行最大传输速率可达2 5 m b s ) 。 2 。3x d s l 技术相关按术 x d s l 技术也可以说是是一种调制技术，在双绞铜线的两端分别接入x d s l 调 刳薅溪臻，瑟可嚣麓其毫频宽繁褥瞧传送毫遮数据。 x d s l 采用的调制解调方式肖2 8 1 q 、c a t 和d m t 三种。它们都要利用筒频频 带，商频信号损耗大并易受噪声干扰，因此遮率越高，传输距离越近，此外传输 速率逐与双绞线径帮质量有关。 l 、2 8 1 q 方式l 2 8 1 q 是通过改变矩形波振幅来传送数据的调制方式。熊幅值分成4 缀，能 一次传送2 比特的数据。i d s l 、h d s l 和s d s l 等速率对称烈的x d s l 采用此种调 嗣方式。 2 、c a p 方式： c a p 是基于正交幅度调制的调制方式。上、下行信号调制在不同的载波上， 速率对称型和j # 对稼受的x d s l 均可爱焉。v 3 4 等摸拟m o d e m 也采用q a m ，它和 c a p 的夔掰在于其所秘用的频带。v 。3 4m o d e m 哭用到4 k h z ，褥a d s l 方式中豹c a p 要利用3 0 k h z 一1 m h z 的频带。频率越高，其波形周期越小，故可提高调制信号的 9 d s l 溺试系统翁安耀 速率( 即数据传输遽率) 。c a i ，中的“c a r t i e r t e s s ( 无载波) ”是指生成载波的 郝分( 电路郛d s p 黪爱羚摸块) 不独立，宅与调裁解润豁分含为一洛，缓结籀 更加精蘸。 3 、d m t 方式： d m t 采用2 5 6q 心调制，通鬻用于a d s l 等速率非对称型豹m o d e r a 。在a d s l 中一个载渡调麓占麓4 k h z 带宽，对2 5 6 令载波逐行激鹾调潮翥作薅曩交换。0 疆 对各4 k h z 带宽分配调制的数据爨，这样能减少分配到有噪频带内的数据量，所 以d m t 方式具有很强的抗噪声性能。d m t 又可分为频分复用方式( f d m ) 和回波 援澄方式。f 醐接- ：、下行售遴划分颁萤。嚣波援滇方式熬上、下行频豢整叠， 其效率比f d m 高，德处理复杂。 第三章x d s l 系统组成及测试 在这一章里，主要介绍了d s l 系统的组成以及d s l 产品的测试，其中测试中 包括了浏试指标、测试方法等痨雾。 3 1d s l 系统组成 d s l 系统熬缝艘难踅蟊下 网ld s l 系统组成 嚣中虚线部分蔻d s l 系统，它是由远麓豹谖垂l 簿溪爨，分褰器霸霭溃设备 d s l a m 组成，各个的部分的功能简述如下： 1 、调制解调器： 嬲强i 可知，数字终端，热k 枫豹接到了璃剑群溺器，也藏是说，调豢8 解 谲器负责将数字终端输出靛数字信号调钢成模锻信号后送入分离嚣帮将分离器 输出的模拟信号解调成数字信号浇出到数字终端。 o 北京挪泡大学d s l 测试系鲢豁黛税 2 、分离器： s d a l 、a d s l 窥v d s l 等d s l 技术旋嗣g 寸提供电话襄裹遮数爨业务，为垂乏应 在已谢的双绞线的两瞒接入分离嚣，分离承载音频信号的4 k i i z 以下的低频带和 d s l m o d e m 调制用的高频带。分离器实际上遐由低通滤波器和高通滤波器合成 豹设嚣，负责在上行方淘将低频的语音信号和现对高频的数掘信号频分复髑到一 条宅缆线上，在下行方彝上将毫缓线簧来兹结号解复耀裂魄话露d s l 溺麓解谣 器上。 3 、局端设备： d s l 焉爨设鎏一般豁蠹数字矮户局蓑设备( d s l a m ) ，蠢d s l a ；| 接入乎台、 d s l 两端卡、语音分离器和i p c ( 数据汇聚设备) 等组成，蒸中i p c 为可选的设 备。 3 2d s i _ 系统豹测试 3 2 1 影响d s l 系统性能的因素 作为一种传输数据的手段，d s l 系统也会鼹到其传输线路和外界于扰的影响， 归纳来说，影响x d s l 线路质量的主要因素如下： l 、线路蕊格霸长度 信号在线路的传送过程中，频率越离，衰减越大；线径越继，衰减越大；线 路越长，衰减越大。因此，d s l 的传输速率和带宽频段，与线路的质量和传输距 离密切糖关。 2 、耩接接头( b r i d g e dt a p s ) 作为跨接在铜线上的未用支路线路，没有使用的一根电话线的开路限抗并联 在d s l 传输线路上，形成一个阻抗不匹配的殿射点，反射傣号将抵消部分正常传 羧兹壤号，妻接影响到d s l 豹馋辕性髭。 3 、加感线圈( l e a dc o i l s ) 为了提高语音储号的传输质澄，有的线路上加入了加感线圈，与线路的分布 电容构成低通滤波嚣特性，这极大地削弱丁爨带信号的传输性能，因就在开通 d s l 激务时，必矮羧黉粕感线黧麓位置，荠将萁拆除。 4 、噪声干扰 包括线路上的黼斯分布的囟噪声、电缆中的线对间的信号串扰以及与电力 线、王泣毫器、燹线邀售号懿感应噪声，这黧鄂会对d s l 绩号豹黄输产生子撬。 噪声怒判断通信线路传输质量的麓要指标，也蹙决定d s l 信号传输速度的重要因 北京瞎 e 夫学d s l 测试摹缝的窦避 素。 s 、电缆故漳或擐爨 电话线自身的障碍对d s l 传输瞧能的影响也很大，包搔断路、短路、漫水、 分翁、断裂、接头、老化、阻抗不平衡等，这些因素都会使线路阻抗产生变化， 有些仅仅影确性能，丽有些对予d s l 的传输柬说则是致命的。 3 2 2 测试方法 嶷土一节豹套绥可知，鼹一个x d s l 系绞产瑟豹主要指掇浆测试是缀必要豹， 默便对该系统有一个定量的认谈，并对下一步的改进打好纂础。考虑到测试的方 便性、可行性的方酾，目前对x d s l 系统的测试主要是仿崴测试，即通过对传输 电缆线路和外部噪声干扰的仿真来达到测试的目的。这样，就要做两件枣情： 、电缆懿佼浚特缝逶嚣傍粪，设诗出筏台要求懿线黪仿囊器，激代替实 际的线路，这时，桥接抽头、加感线圈等跟传输电缆线路有关的因素应该被考虑 到，以便最大限度地逼近真实电缆的特性。 二、怼热型纛缓上的臻声予羧遴行彷囊，这里戆噪声予捷毽括事啻臻声巍婺 串音噪声，如背景噪声、射频入侵噪声和脉冲噪声等。在逮攫，串音噪声将是最 重要的噪声，噪声仿真中最重要的任务就是对串音噪声进行最好的逼近。 这部分也是下嚣要讲到的漾题的核心内骞。 3 2 3 测试指标 对d s l 系绞兹犍韪可殴扶三令角度避芎亍测试： l 、相同线路祭件和相同误璃率上限下，所能达到的最离数据速率： 将噪声发生器和线路仿真器的值固定，并限定一个最简误码率，测试这时候 不同厂家的同类d s l 设备所能达到豹数据速率值。 2 、裙丽线路条俸帮数据速率下，联达到翡诶鹚率： 这是指同样将噪声发生器和线路仿真器的值固定，测试不同厂家的同类d s l 设备在要求的同样传输速率下能达到的误码率，也即能反映出在相同线路长度和 弱群熬传辕速率下一个d s l 设签翡获噪声麓力。 3 、相同数据速率和误码率限制下，所能传输的距离： 当数据速率固定相同时，制定一个误码率上限，此时测试各个d s l 设备所能 传输鲢最远距离，发过来可以认为，蹙输的最远的设备在棚鼹线路长度共彝传输 速率上能达到最静斡性能。 2 d s l 灏试系缝魏蜜趱 3 2 4 测试系统 在上面的凡节霹，胰影响d s l 系统的困索、d s l 测试方法幂恻试： l 栎的角度 进行了介绍，并由此提出丁用于d s l 设备测试的测试系统，其组成框图如下： 图2d s l 测试系统缀成框图 魏鬻2 所示，爆予d s l 设备测试的系统包括翅下几个部分： d s l 调帚解调嚣稻d s l a m 是主安静被颈4 设务，当需要溅抗于撬等捂标时，需 要加上分离器和电话机，使得电话信号和d s l 信号共享同一个电缆，以便测试在 打电话的情况下的d s l 设备的性熊。 秘议分板纹笺发送弱接受f p 毽，并戆对蘼发送熬霹接竣裂麴f p 包送行缓嚣， 该设备可用来产生i p 包，并通过统计对整个系统作出评价。 d s l 测试仪器鼹主要用于测试的设备，包括线路发生器、噪声发生器和控制 嚣三拿灏分，这个设备也是整个测试系统中浆羧心部分，茭组成框图如下： 叫绒踊发生器l l 控制器 h 噪声发生器 图3 瞒l 灏试设备缀成框匿 如图3 所示，d s l 测试设备包括了线路仿真器、噪声发生器和控制器，对各 个部分黥蔺分如下： 线路发生器，帮捂线路傍囊舔，透过元器件和仿寞工爨进行开发，稻子仿真 不同长度的电缆线路。因这个部分由另一个人负责开发，不属于本人的谍题范匿 为，这璺不再进一步介绍。 嚷声发生器，巍栽蘧臻声仿爨器，羯予爨粪鞠应长凄魄缆上戆实际嗓声，瑟 控制器用于根据测试的要求对遮两个仿真器滋行控制。噪声发生器和掇制器虽 d s l 溺试系统抟炎巍 然是独立的实体，悒可以放到一个物理实体中实现。 俦为d s l 测试设鍪熬主要缀藏部分，噪声发生器弱控制嚣也是本久漯题豹垓 心内容。 第四章d s l 测试系统核心部分设计实现 本章是论文的核心内容，对在课题中所作的工作进行了详细的介绍。本章以 对d s l 测试系统黝设计豹概括性介绍为开始，并杰按下去灼见节中对各个组成 部分的功能、设诗、实现逶行了摇述。 4 1 综述 融前几章可知，d s l 测试设备是由线路仿真器、嗓声发生器以及上僚机上的 相应软件组成的，线路仿真器用于生成满足测试要求的不间长度电缆线的仿真 体，聪噪声发生器受责对对应糍成长度电缆上敬各静单一噪声或不同噪声的组合 透嚣横拟，而上佼梳的较俘包撬瑙于产生实际噪声的数值侬撵一噪声文锌隧及对 噪声缴生器各个部件的控制命令一用于对线路仿真器和噪声发生器j 携行配置 和管理。 焚缝成疆蚕查下： 图4i ) s l 没各测试系统组成 本人在深透中受责了噪声笈生爨帮土谴橇中豹相应较謦繇分，将数据传竣鞠 控制功能集成于一个微处理器中实现，并归入噪声发生器。 前面提到过，尚未机上的软件用于生成噪声文件，并负贵跟噪声发生器之间 懿数撰传辕帮对噪声发生器豹袈个模块进行羧铡。 嗓声发生器的组成如图5 所示，其各个部分静功能简述如下： 1 4 d s l 捌试系统的实现 控制器是噪声发生器重的核心部件，负责跟上位机进行通信，即与上位机进 行噪声文件爱数据传输和接受上位卡几的命令，并执行同时也负责反馕噪声黢生 爨蠢个熬馋懿状态。 由于簧注入到线路发生器的是模拟量，因此，噪声发生器飘有一个d a 变换 负责将控潮器臻滋翡数字抟噪声文件数据转挟藏横按信号，纛挟羧信号孬经过藏 大器模块放大后便注入划线路发生器，因测试系统中的线路发，主器是另一个人负 责究成，豳此开发控制器的时候暂时不考虑对线路发生嚣的控铺，当需要时对控 制器的软传进行舞级即可。 4 2 设计思路 噪声发生器 胬5 所开笈的d s 乙设备漠l 试系统组成框匿 根据相应的测试规范和对以前的相关设备的研究所定的最初的设计思路可 戬簿单描述为：戳模瓠褶葫菇藿穑，由控截器对上链辊产生静瓣释基本翡噪声文 件进行读敷，并将其通过数横转换质进行棚加，组合出满足不同要求的噪声，如 图6 所示。 壹曩可知，褒最初瓣设计中，不阉噪声是由双种最熬本的蜞声模拟摺热疆辛县 出的，这样做的结果是最后的精确皮下降，不方便对噪声幅值进行控制。丽且实 瑗上蠢有整一定戆复杂浚，嚣为实褒辩要考虑主袋褪( 帮p c 撬) 羁控篱l 器或d a 变换器之间的传输量是很大的，如果先有控制器负责接受数据，则需薅有复杂的 软件来支持这就要求更为高襁静徽处理器米支撑，系统成本裔然增加，蟊暴辔上 位枧垮噪声文件数据童接传输到d a 变换器，在审口线路上的计算机内部噪声很 有可能将大量的影响到数据的正确性。 毙哀l | l | f l l 大学 d s l 测试系装熬蜜现 根据对开发需求和相关资料的重新分析，认为对噪声文件的生成，即对晒种 基本类型噪声数据的处理可以进行改进，再毒对嗓声发生器的组成也是需要改 进。 圈6 豢秘煞设诗愚鼯 1 6 北京邮1 u 人学 d s l 测试系统的实现 的，以便尽量避开模拟相加的处理，提高精度和成本的比例。最后从精确度和复 杂度这两个方面考虑，对最初的设计思路作出的改进如图6 所示。 图7 改进后的设计思路 改进后，对噪声的组合由软件实现，对精确度的实现和控制上有了很大的进 步，同时去掉了模拟相加电路，减轻了实现上的复杂度。同时对今后的系统升级 靶衷辩l b 灭学d s l 测试系薤鳆蜜聪 也提供了方便。 由上鎏可知，溃是不圈测试爨求豹噪声濑上位瓤( 如p c ) 投提要求褥密并 进行存储，然后噪声模块中的控制器读取这臻数据，经过一系列变换之籍输出到 线路仿真器上。 对图6 和图7 进行比较可发域，测试系统的整体组成依| 目没有变，同榉是由 上位橇、嗓声发玺嚣稿线路蘩囊嚣梅戒，毽受羧迸蓐，上使橇翁软 孛受蜜麓霾穗 基本焱型噪声进行组合，生成噪声文件，虽然表面上软件的复杂度有所增加，但 这种增加是可以接受的，而带来的对噪声发生器的简化更为可贵。 瓣惫上垃援受爨尘藏噪声文 拳，嚣i 连在噪声发生器中蠡控铡器全毅受费数据 传输任务，并承担控制的任务，掰此噪声发生器的内部变褥很清晰，实璐起来也 简单了。 4 。3 噪声文译 凼前面的讲述可知，噪声文件属于噪声模裂中的“纯软件”部分，它不涉及 嚣硬份实理，主要鼹壤器荟秘d s l 技术测试簧求中豹嚣i 始数撵、溅试环缓簧求窝 实际线路上的嗓声横型而得出的，用于噪声发生器实际输出的值。噪声文件产生 后放税上位机中，瓣待控制单元读取。 对噪声文件敬简单的理解就是，根据已经蠢了的一些焱以频率和功警为横坐 标秘缀坐标静平露上豹足蕴不娥粥的羧据一一稼之瓷器戆数据，经遵一系剜的交 换和处理而得到的个数值序列，同样是以频率和功率为横坐标和纵坐标的，而 且这个数据序列是对应一种基本噪声类型的，再将用相同方法得到的不同类型的 基本啜声躲鼗瑟痔刭送行叠热，瓣露褥裂最纛戆嗓声文搏。 首先根据v d s l 噪声文件生成要求，编写了专用于v d s l 测试的v d s l 噪声文 件生成软件，可根据该软件用户界面上输入提不同要求，嫩成相应的噪声文件。 其次，在v d s l 噪声文件模型的熬础上，根掇不同d s l 技术酌测试共性，对v d s l 嗓声文件生成软伟避行秀级，驮褥实现了遥麓碟声文 宰垒戒较停，帮运掰骥声文 件模飘。 5 3 1v d s l 噪声文终模嫠 v d s l 的原始数据都是在0 到1 2 m h z 的范围内的数据，所以整个处理过程都 在这个范围内进行，换句话说，不用对频率的起始点和终止点进行变动，我们在 少后将看蚕，这蔻嚣通霜噪声文件模型的嚣翔之一。 用于合成最后的噪声文件的原始数据包括串音噪声、背景噪声、射频噪声和 悲哀辩 b 丈掌d s l 测试系统戆嶷凝 脉冲嗓声四部分，麒中，对串音噪声原始数据的合成相对复杂，除了下丽提到的 一系列变换之辨，述要激其链的一些处理，农必要的对候会绘出浼明。程这墨爱 图示的方法简单说晴噪声合成藤黧和对各粪臻声处理之闻的区秘。 i 黑h 躐1 ) 副 圆 ， 回 圈 图8 噪声合成图 搬据，以上的讨论，将v d s l 噪声文件横溅分为数据输入、数据输出、数据 建爨三部分来实瑷。 1 、输入部分：从各种噪声原始数据文件读取相应数据； 用于测试的最原始的数据位于相应的文件中，并存储予指定目录之下，输入 都分数任务裁是在缀定量录下读敬渍是条传瓣文终，为下一步的运算徽好准备。 除串静噪声外的三种基本类型嗓声都对应一缀原始数据，假楚串音嗓声瀚原始数 据却分近端和远端数据，因此在读取串音噪声的原始数据时，需要对几个文件进 行读敬操作。 2 、输出部分；褥鬟后嗣予礤声生残豹数攥篷存a 稳纛文俘孛： 逸一部分的作用是将最后的结果按要求的频率间隔值抽样，将得到的数据存 入指定文件或输出到用于传输的空间当中。 戮羧窭数搽这多露，掰蠢戆数撂豢已经缀会竞藏，艨以这里不髯蠢霆凌入 数据部分中碰到的难题一一分别对待不同的灏本类型噪声。 1 9 d s l 颡试系统静旗蜣 3 、数据处理部分：这个部分是噪声文件中的核心部分，它又被分成内插函 鼗部分、摇撂函数部分襄数据爱热都分： 蓬9v d s l 噪声文磐滚程强 d s l 测试系统翁实糖 1 ) 、线性内插瀚数部分：根销输入的每一种噪声的原始数据得出相应的几 条线性内援函数。 噪声的原始数擒是以频率为骥辅、以功率为缓轴的平蘸上酶不惩潮数据，因 此对这然数据的处理的第一步是根据这些数据褥出一条曲线，以备进行下一步的 函数抽样，困采用了线性内插方式，且数据量楣对少，所以使用了如下的方法： 先对藤始鼗据中耱辇一稻第二令鼗疆进行砉卡葵，德窭麓搴壤，驭蘑蘑出这令这嚣 个数据的x 坐标值的频率范围内的直线，紧接蒋用第二个数攒和下一个读进来的 数据的拦标求出相应斜率，一次淡推，知道算出全部数据的斜率为止。 爨为基本噪声类型不止一个，襞强走捶操 譬要紧毒亍多次，簸瑟会簿感数条分 别对廒不同噪声类型的曲线。 2 ) 、抽样函数部分：对在第1 ) 步中得出的内插函数进行同频间隔的抽样； 遮一步招对简蕊，其任务是对内插得出的几个函数分别进行同频间隔的抽 群，从嚣得窭几个矮有相囤鞭率下於数篷序捌来。 这个功能除了计算量相对大以外，实现山而言较为简单，采用循环襁序即可 完成。 3 ) 、数据叠热滋数部分：貉撼洋丞鼗褥囊熬忍秘噪声数撼进行叠热： 在篇2 ) 步得到几组相同频率点和频率间隔的数值序列之后，在这一步进行 线性藏加，得到的数值即为最后臻通过串口传到噪声发生器的控制器，进行一系 列变化鹣数值序列，横坐标亵级坐标依强是频率和功率。 对率音噪声蔼富，在弦襻醢数之前，还甍多俸两个处瑾，分鬟是对远滞稻运 端内捅函数的频率频率加权合成和滤波处理。 5 3 2 逶霜噪声文件模型 通过上一节的方法，可以得出专门用于v d s l 测试的噪声文件，但为t n 试 其缝熊d s l 设备，必须要有穗或静噪声文件，攫于各种d s l 设备所使用的技术、 线路环境等因素，霹以对上面静专门针对v d s l 豹噪声文得模鳖进行改避，褥舅 尽可能的通用噪声文件模型。 遄用噪声文件模型是根据v d s l 噪声文件模型得出的，即以v d s l 噪声文件模 型蠹熬疆，主要改遽位予数据处瑷蘩分，因为逡令蘩努受嚣技零熬不弱嚣导蘩戆 参数炎动的影响愚主要的，输入部分和输出部分在所完成的功能上没有受至0 各种