（电磁场与微波技术专业论文）vdsl传输线路和噪声模型的研究.pdf

硕士研究生毕业论文( v d s l 传输线路和噪声模型的研究 v d s l 传输线路和噪声模型的研究 摘要 d s l 技术是近年来的技术热点，其原理是在双绞电话线上实现高 速数据传输。d s l 技术通常应用于“最后一公里”宽带接入技术，它 的优势在于利用现有的电话线，无需铺设光纤就可以提供宽带接入， 相比较光纤接入节约时间且成本较低。 d s l 技术有多种不同的类型，包括h d s l 、s d s l 、a d s l 、v d s l 等，其中增长最快的是a d s l 和v d s l 。a d s l 的特点是上行方向和 下行方向具有不同的数据速率，这就是“非对称”的由来。通常a d s l 下行方向的数据速率是上行方向速率的十倍，其范围可以1 m b p s 到 1 0 m b p s ，其最高速率取决于由初始化时决定的环路长度和条件或规 定的最高速率。 v d s l 是d s l 技术中速率最高的，可在对称或非对称速率下运 行，每个方向上最高速率是2 6 m b p s 。v d s l 其它典型速率有1 3 m b p s 的对称速率，5 2 m b p s 的下行速率和6 4 m b p s 的上行速率，2 6 m b p s 的下行速率和3 2 m b p s 的上行速率，以及1 3 m b p s 的下行速率和 1 6 m b p s 的上行速率。v d s l 可以和p o t s 运行在同一双绞线上。 d s l 传输速率与很多因素有关，其中之一是线路上的噪声。噪声 是双绞线上不希望接收到的干扰信号的总称，包括串音，射频噪声、 热效应引起的随机噪声等，它是降低d s l 性能最主要的因素，因此， 研究噪声对d s l 系统的影响具有非常重要的意义。 d s l 噪声模型的研究和建立主要在于三个方面：混合干扰源串音 合成方法的选择、d s l 传输线路的研究和相关线路参数的确定、以及 线路实际业务的构成情况，这些也就是本论文的工作重点。本论文专 注于d s l 传输线路和噪声模型的研究，以v d s l 噪声模型作为该研 究的一个具体实现，其研究方法和建模过程适用于任何d s l 技术。 本论文以v d s l 技术为主线，首先叙述了d s l 传输线路和噪声 模型研究的重要性，具体介绍了相关的双绞线理论和噪声理论，并对 现有的混合干扰源串音合成模型进行了定量分析和比较，为选择适合 实际线路情况的的合成模型提供了理论依据。然后论文系统的提出了 双绞线电缆的测试方法和数据处理方法，包括双绞线传递函数和近 ( v d s l 传输线路和噪声模型的研究 硕士研究生毕业论文 端、远端串音耦合系数的测试，并给出相应的测试和数据处理结果， 为我国d s l 传输线路的研究提供了第一手数据。结果显示，测试和 数据处理结果与相关的国际标准相符合，这从一定程度上说明本论文 提出的双绞线电缆的测试方法和数据处理方法具有可行性和可靠性。 在此基础上，论文结合我国相关的行业标准，选择合适的噪声合成方 法，初步建立了符合中国实际情况的v d s l 噪声模型。该噪声模型是 开放的，可以根据具体传输线路和线路的业务构成情况随时进行调 整。 论文最后总结了噪声模型建立过程中的一些待研究问题，同时为 下一步研究工作提供一些建议。 关键词：数字用户线( d s l )双绞线噪声模型近端串音远端串音 硕士研究生毕业论文 v d s l 传输线路和噪声模型的研究 r e s e a r c ho fl o o pa n dn o i s em o d e l0 fv d s l a b s t r a c t d s li so n eo ft h eh o t t e s tt o p i c sa r o u n di nr e c e n ty e a r s ，w h i c hi sat e c h n o l o g y p u s h i n gal a r g en u m b e r o fb i t st h r o u g h c o p p e rt e l e p h o n el i n et h a ti st y p i c a lf o r “l a s t m i l e ”t e l e p h o n ec o n n e c t i o n s t h er e a s o nf o rt h i si n t e r e s ti st h a tt h et e c h n o l o g yo f f e r s t h eo p p o r t u n i t yt op r o v i d eb r o a d b a n ds e r v i c ei n s t a n t l yw i t h o u tt h en e e dt ow a i tf o rt h e d e p l o y m e n to f f i b e ri nt h ea c c e s sn e t w o r k e v e ni ft h em o s tb u l l i s ha s s u m p t i o n sa r e m a d e ，s u c hf i b e rp r o g r a m sw i l lt a k em a n yy e a r st or e a c ht h em a j o r i t yc u s t o m e r sw h o a l r e a d y h a v ea c c e s st oae o p p e r p a i r t h e r ea r em a n y v a r i a t i o n s ，o p t i o n sa n df a m i l i e sf o rd s lt e c h n o l o g y , i n c l u d i n g h d s l ，s d s l ，a d s l , v d s la n ds oo n ，a n dt h em o s tr e c e n ta n dh i g h s p e e d g e n e r a t i o no f t h ed s lf a m i l yi sa d s l a n dv d s l a d s l t e c h n o l o g y i sc h a r a c t e r i z e d b yad i f f e r e n td a t ar a t ef r o mt h ed o w n s l a v a md i r e c t i o na sc o m p a r e dt ot h eu p s 打e a m d i r e c t i o n t h i sd i f f e r e n c ei st h e o r i g i no ft h en a n l ea s y m m e t r i c d a t ar a t e sa r e t y p i c a l l ya b o u t 1 0t i m e sa sh i 曲i nt h ed o w n s t r e a md i r e c t i o na n dr a n g ea n y w h e r e f r o m l m b p st o a r o u n d8 m b p s - - t h em a x i m u mr a t e d e p e n d s o nt h e l e n g t h a n d c o n d i t i o no ft h el o o pd e t e r m i n e dd u r i n gi n i t i a l i z a t i o no ro nam a x i m u m p r o v i s i o n e d r a t e v d s lt e c h n o l o g yi st h eh i g h e s ts p e e dd s l t e c h n o l o g y v d s lc a nr u nw i t h e i t h e rs y m m e t r i co ra s y m m e t r i cr a t e s t h eh i g h e s ts y m m e t r i cr a t eb e i n gp r o p o s e df o r v d s li s 2 6 m b p si ne a c hd i r e c t i o n o t h e rt y p i c a lv d s l r a t e sb e i n gp r o p o s e da r e 13 m b p s s y m m e t r i c ，5 2 m b p s d o w n s 仃e a ma n d 6 4 m b p su p s t r e a m ，2 6 m b p s d o w n s t r e a ma n d3 2 m b p su p s t r e a m ，a n df i n a l l y , 1 3 m b p sd o w n s t r e a ma n d1 6 m b p s u p s t r e a m v d s lc a nc o e x i s tw i t hp o t s o nat w i s t e d p a i r d s l p e r f o r m a n c e c a nb er e d u c e db ym a n y f a c t o r s ，i n c l u d i n gn o i s e ，w h i c hm a y b ed e f i n e d 丛t h ec o m b i n a t i o no fu n w a n t e di n t e r f e r i n g s i g n a l s o u r c e sw h e t h e ri t c o m e sf r o mc r o s s t a l k ，r a d i of r e q u e n c yi n t e r f e r e n c e ，o rr a n d o ms i g n a l sc r e a t e db y t h e r m a le n e r g y , f o rt h i sr e a s o n ，i ti s i m p o r t a n tt ot a k em a n ye f f o r t st o m o d e lt h i s p h e n o m e n o n v d s l 传输线路和噪声模型的研究硕士研究生毕业论文 t h er e s e a r c ho fv d s ln o i s em o d e ll i e so nt h r e ef a c t o r s w h i c hi sa l s ot h e e m p h a s i so f t h ed i s s e r t a t i o n ：a p p r o p r i a t ec h o o s i n go fc r o s s t a l ks u m m i n gm e t h o df r o m m i x e ds o u r c e si nd s l ，t h es t u d yo nr e l a t e dc o e f f i c i e n to fd s l l o o pa n dt h ep r a c t i c a l s i g n a l so p e r a t e d o nd s ll o o p 1 1 l ed i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h er e s e a r c ho f d s l l o o p a n dn o i s em o d e l ，w h i c hi sa p p l i c a b l ef o ra l lt y p e so f d s l ，a n dt h ev d s ln o i s em o d e l i st a k e na st h ec o n c r e t er e a l i z a t i o n t h ed i s s e r t a t i o nr e g a r d sv d s l t e c h n o l o g ya si t st h r e a d f i r s t l y , i ts u b s c r i b e st h e i m p o r t a n c eo f t h es t u d yo nd s l l o o pa n dn o i s em o d e l ，w i t ht h er e l a t e dl o o pt h e o r y a n dn o i s et h e o r yo f u n s h i e l dt w i s t e dp a i r s ( u t p ) f o l l o w e d s e c o n d l yt h ed i s s e r t a t i o n p r e s e n t st h en u m e r i c a l l yc o m p a r i s o n ，a n a l y s i sa n de v a l u a t i o no n t h ee x i s t i n gm e t h o d s o fs u m m i n gc r o s s t a l kf r o mm i x e ds o u r c e si nd s l ，w h i c hi s a p p l i e dt op r o v i d ea t h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o r c h o o s i n g a n a p p r e c i a t e c r o s s t a l k s u m m i n g m e t h o d a c c o r d i n gt ot h ev a r i a b l el o o p 。t h e ni tp r o p o s e sam e a s u r e m e n ta n dd a t a - p r o c e s s s y s t e m f o ru t ew i t ht h er e s u l t s f o l l o w e d ，i n c l u d i n g t r a n s f e rf u n c t i o n ，n e x t c o u p l i n gc o n s t a n ta n df e x tc o u p l i n gc o n s t a n t w h i c ha r es o m ei n h e r ec o e f f i c i e n t so f u t ri ti ss h o w nt h a tt h er e s u l t sa r ec o m p l i a n tt ot h er e l a t e di n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d s ， t h a ti st os a y , t h em e a s u r e m e n ta n dd a t a - p r o c e s ss y s t e mi se x e r c i s a b l ea n dr e l i a b l e o n t h eb a s i so f t h ea b o v e ，v d s l n o i s em o d e lo f c h i n ai sp r e s e n t e d ，b y c h o o s i n g t h er i g h t c r o s s t a l ks u m m i n gm e t h o d t h em o d e li sf l e x i b l ea n dc a nb ea d j u s t e do p t i o n a l l yt o a d a p t t ot h ec o m b i n a t i o no f t h e p r a c t i c a ll o o pa n dt h eo p e r a t i o n o nt h e l o o p i nt h e e n d ，t h ed i s s e r t a t i o nd i s c u s s e st h ep r o b l e m st ob ed e t e r m i n e df o rt h e d e v e l o p m e n to f d s l n o i s em o d e lt og i y e ss o m ea d v i c et of u t u r ew o r k k e yw o r d s ：d s l ，u n s h i e l dt w i s t e d p a i r s ( u t p ) ， n o i s em o d e l n e x t ( n e a r t ot h ee n dc r o s s t a l k ) ，f e x t ( f a rt ot h ee n d c r o s s t a l k ) ( v d s l 传输线路和噪声模型的研究 硕士研究生毕业论文 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈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，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：必 日期：卿掌) 。三f j 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 尉并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学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、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期：丛! z 日期：j 珈础岳 轧一 1 。1 d s l 技术简介 第一章绪论 近年来，以i n t e r n e t 为代表的新技术革命正在深刻的改变传统的电信运营 概念和传输手段。随着经济发展和社会进步，人们对通信业务和通信手段提出更 高层次的要求，如视频点播( v o d ) 、电子商务、高速因特网接入等，用户对宽 带的要求正以几倍几十倍的速度不断增长，这就使得传统电话网不可避免的要过 渡到以数据业务，特别是以i p 业务为核心的宽带通信网。当前通信网的骨干网 带宽、路由器速度和服务器处理能力都已得到极大的提高。建立宽带通信网的更 大困难在于如何提高用户的接入网的传输速度，接入网的宽带化和i p 化将成为 未来接入网发展的主要技术趋势。 接入网的建设对投资十分敏感，目前全世界有超过7 亿条双绞线在使用，双 绞线仍占了全部用户线的9 0 以上，而要实现光纤到路边( f t t c ) 和光纤到户 ( f t t h ) 还需要较长的时间，所以目前应该重点考虑如何利用双绞线资源，在现 有的双绞线上开发新的宽带业务。数字用户线( d s l ：d i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p ) 是美国贝尔通信研究所于1 9 8 9 年为视频点播( v o d ) 开发的利用双绞线传输高速 数据的技术。近年来，该技术随着i n t e r n e t 的迅猛发展而得到人们的广泛关注， 其中a d s l 和v d s l 是d s l 技术中被认为最有活力的两项技术。a d s l ( 非对称数字 用户线) 能够与传统电话线信号共用一条双绞线而互相不影响，当其标准传输距 离为2 7 4 3 6 6 k m ( 9 0 0 0 1 2 0 0 0 英尺) 时，下行速率为8 m b i t s ，上行速率可 达到1 5 m b i t s ；而在4 7 5 5 4 9 k m ( 1 5 0 0 0 1 8 0 0 0 英尺) 传输距离下，其下 行速率仍可达到1 5 m b i t s ，上行速率为6 4 k b i t s 。a d s l 传输距离金额传输特 性能够较好的满足当前宽带接入技术的要求，尤其是其不对称的传输技术符合 i n t e r n e t 业务下行数据量大，下行数据量小的特点，所以近年来得到很大的发 展。v d s l ( 甚高速数字用户线) 是在a d s l 的基础上进一步提高系统的下行带宽， 这种技术在缩短传输距离的同时，可在双绞线上将下行传输速率提高到2 5 5 2 m b i t s ，同时还允许高达1 5 m b i t s 的上行速率。 1 2 课题介绍 【选题原因】 随着d s l 技术的广泛应用，人们对d s l 系统性能的要求也越来越高。为了设 计出满足要求的d s l 系统，我们必须熟悉系统的传输环境，包括系统的传输线路 特性和噪声特性。 目前，国内关于d s l 噪声的专门研究还非常少从我国开始制定d s l 标准至 今，我们的各个d s l 标准中始终引用的是i t u 一，r 标准中的线路模型和噪声模型， 而对我国自己的线路模型和噪声模型没有做相关的规定。事实上，d s l 噪声模型 以及相关的线路模型，各国各有自己的特点，应该根据我们国家的具体情况做相 应的研究，以制定适合中国实际情况的线路模型和噪声模型。若不加改进的直接 引用国外标准，就会出现设备在进网测试时符合进网要求，但在实际应用中性能 却不尽人意的现象。 因此，结合中国实际情况的d s l 传输线路和噪声模型的研究，具有非常重要 的意义，已成为d s l 技术研究中的一个重要课题。 由于近年来v d s l 已成为d s l 技术发展的热点之一，且其应用环境相对较 复杂，因此本论文以v d s l 为焦点进行d s l 传输线路和噪声模型的研究，其研 究方法适用于所有d s l 技术。 【所做工作】 i 、混合干扰源串音合成模型的比较和分析 对舀前应用较多的几种d s l 串音合成模型进行了较详细的比较和分析，并对 各个因素的影响进行了定量仿真，为选择合适的混合干扰源串音合成方法提供了 理论依据和直观标准，以准确的模拟双绞线串音。 2 、双绞线电缆的测试和分析研究 系统的提出了双绞线电缆的测试方法和数据处理方法，并给出相应的测量和 处理结果，从而为我国d s l 串音的研究积累原始数据，为建立符合中国实际的 d s l 噪声模型提供真实可靠的第一手数据。需要注意的是，测试与被干扰线对 在线缆中的相对位置、线对长度及线缆中的线对数目有关，必须进行大量的测试， 通过统计的方法才能得到较准确的结果，本论文的重点是对双绞线电缆的测试与 分析提出具有可行性和可靠性的方法而非着重于具体的测试结果。 3 、v d s l 噪声模型的建立 硕。l 研究生毕业论文( v d s l 传输线路和噪声模型的研究 以我国相关的行业标准为基础，采用我国实际传输业务的p s d ( 功率谱密度) ， 根据我国具体传输线路和线路的业务构成，选择合适的噪声合成方法，提出了建 立符合我国实际情况噪声模型的基本方法。该模型的是开放的，可以根据传输线 缆和线路的业务构成情况随时进行调整。 1 3 论文结构 本论文的主要目的是研究v d s l 传输线路和噪声模型，并提出系统的建立 v d s l 噪声模型的方法。 全文主要内容如下： 1 、 第一章介绍了双绞线信道两种数学模型：一种是r l c g 模型，一种是 a b c d 模型，利用这两种模型和传输线相关理论，对双绞线信道进行 环路分析，并给出多种情况下的双绞线信道传递函数。 2 、 第二章介绍了d s l 的噪声组成，给出了同类型d s l 信号产生的串音的 精确模型，并列举了近年来提出的一系列混合干扰源串音合成模型， 包括简单串音合成模型、环面串音合成模型、算术平均p s d 串音合成 模型、几何平均p s d 串音合成模型、f s a n 串音合成模型、m i n k o w s k i 串音合成模型以及h s l d e r 串音合成模型。 3 、 第三章对简单串音合成模型、f s a n 串音合成模型、m i n k o w s k i 串音合 成模型以及h b l d e r 串音合成模型进行了比较及仿真，对影响串音合 成结果的几个因素做了定量的分析，为混合干扰源串音合成方法的选 择提供了理论依据和直观标准。 4 、 第四章对双绞线电缆的传递函数、近端串音以及远端串音进行了测 试，并对测试结果进行了数据处理与分析，得到双绞线的近端串音耦 合系数和远端串音耦合系数，该结果与理论推导和国际标准是相符合 的。 5 、 系统的提出了v d s l 噪声模型的建立方法，并根据我国国家标准、实 际线路情况和线路业务构成，建立了中国v d s l 噪声模型。 6 、文章最后列出了待研究问题，指出了下一步工作的方向。 v d s l 传输线路和噪声模型的研究硕士研究生毕业论文 2 1 双绞线理论 第二章双绞线传输理论 双绞线( t p ：t w i s t e dp a i r ) 主要是用来传输模拟声音信息的，但同样适用于 数字信号的传输，特别适用于较短距离的信息传输：如d s l 业务。双绞线由两根 具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起， 可降低信号干扰的程度每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的 电波抵消，从而降低导线间的干扰。如果把一对或多对双绞线放在个绝缘套管 中便成了双绞线电缆。在双绞线电缆( 也称双扭线电缆) 内，不同线对具有不同的 扭绞长度，一般地说，扭绞长度在3 8 1 c m 至1 4 c m 内，按逆时针方向扭绞，相临线对 的扭绞长度在1 2 7 a m 以上。与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度 和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉。目前，双绞线可分为非 屏蔽双绞线( u t p ：u n s h i l d e dt w i s t e dp a i r ) 和屏蔽双绞线( s t p ：s h i e l d e d t w i s t e dp a i r ) 。 双绞线的规格大都是使用美国线规( a w g ) 的标称来表示。规格是由构成双 绞线的铜导线直径来表示的，常用的双绞线规格包括# 1 9 ，# 2 2 ，# 2 4 和# 2 6 ， 直径范围从0 9 1 2 m m ( 0 0 3 5 8 9 英寸) 到o 4 0 4 m m ( 0 1 5 9 4 ) 英寸，规格号越小 对应的直径越大。 对于双绞线来说，我们所关心的基本参数是电阻r 、电感l 、电容c 及导纳g ， 这些也被称为双绞线的一次传输参数( r l c g ) 。双绞线的r l c g 参数随着频率的 变化而变化，其数值模式 1 为： 置( ，) = 堰i 7 ( 2 一1 ) w 、”u 从门2 砖 l + ，( l ) 。 g c f ) = g 。厂岛 ( 2 2 ) ( 2 3 ) c ( ，) = c 二 ( 2 4 ) 在d s l 应用中最常用的是# 2 4 和# 2 6 规格的线对，所用到的常数值如表2 1 所示 1 2 。 表2 一i 双绞线数值模式参数 参数# 2 4 规格# 2 6 规格 t o , ( o h m s k m ) 1 7 4 5 5 8 8 82 8 6 1 7 5 7 8 口。( o h m s 4 k m 4 h z 2 ) 0 0 5 3 0 7 3 4 8 1o 1 4 7 6 9 6 2 0 l o ( h k m ) 6 1 7 2 9 5 9 3 1 0 - 66 7 5 3 6 8 8 8x1 0 6 f 。( 日如l ，1 ) 4 7 8 9 7 0 9 9 l o 。4 8 8 9 5 1 8 6 l o 一6 厶( 胁) 5 5 3 7 6 0 6 38 0 6 3 3 8 6 3 61 1 5 2 9 7 6 60 9 2 9 3 0 7 2 8 g o ( s i e m e n h z + k m ) 0 2 3 4 8 7 4 7 6 1 0 一14 3 1 0 8 1 3 8o 7 g 。 c 。( n f 如w )5 0 x 1 0 - 94 9 1 0 d 根据双绞线的r l g c 参数可以定义两种有用的通用参数，即传播参数儿厂) 和 特性阻抗z 。( 厂) 。传播参数的实部就是双绞线的衰减参数a ( f ) ，它反映了双绞 线的衰减频率特性，是衡量双绞线特性的一个重要指标之一。 z o 一、 焉g + j w l ； 当线路的特性阻抗与终端负载阻抗完全匹配时，有 ( 2 6 ) v d s l 传输线路和噪声模型的研究 硕士研究生毕业论文 v ( f ，z ) = v o ( ，z ) e 一7 肛 = r o ( ，z ) e 一8 肿伊伽 = v o ( f ，z ) p 一4 肌p 一印肪 ( 2 7 ) 双绞线的传递函数为： m | = 划v ( f , z ) i 一扣 ( 2 _ 8 ) 帅1 2 觋p s d v = e 啦。 ( 2 _ 9 ) 则双绞线上信号的衰减频率特性为： l a b ( 厂) = p s dg o ( d b m h z ) 一p s dr ( d b m 胧) = 8 6 8 6 口( ) = ( d b ) ( 2 - - 1 0 ) 可见双绞线的线路传递函数和衰减频率特性取决于双绞线的衰减常数a ( ，) 和它的长度。其中衰减参数a t ( f ) 取决于双绞线的各个因素，如线径、长度、桥 接抽头的数量和分布情况等，反映双绞线的实际情况。 2 2 双绞线环路分析 是目前应用最广泛的“l a s tm i l e ”宽带接入技术，其环路构成较为复杂， 因此其环路分析方法需适用于几乎所有类型的环路。双绞线是传输线的一种，因 此，根据经典传输线理论可对双绞线传输进行分析，该方法适用于d s l 在应用中 的任意环路配置。 2 2 ，1 a b c d 参数 在讨论各种双绞线环路之前，先回顾一下a b c d 传输参数。a b c d 用于表征两 端口网络，一个两端口网络通常被定义为具有一个唯一的输入端口和一个唯一的 输出端口，在两个端口之间具有一定的传输功能。a b c d 参数将输入电压和电流 与输出电压和电流在数值上相关联。图2 一l 所示的是一个常见的两端口网络， 其相应的数学描述为： 硕士研究生毕业论文 ( v d s l 传输线路和噪声模型的研究 k = 爿+ 町： 【i l = c + d 1 2 ab t v l v 2 ； cd 图2 一i 一个常见的二端口网络 ( 2 一1 1 ) 2 2 2 集总阻抗的a b c d 参数 最简单的a b c d 参数实例之一就是集总阻抗的a b c d 参数，如图2 - - 2 所示。 n 对于仅包含一个并联阻抗的两端口网络，其a b c d 参数由式( 2 1 2 ) 给出。 詈北。 2 2 3 均匀双绞线的a b c d 参数 双绞线上的行波随着距离呈指数型衰减，而衰减指数取决于双绞线的传播常 数。线路上某一点的电压是在该点上前向行波和后向行波的总和。a b c d 参数用 个二端口网络来表征双绞线信道特性，它把双绞线信道看成一个黑箱，用它的 输入输出关系来描述其特征。这种信道模型又称为双绞线信道的二次模型，这 是因为a b c d 参数通常要根据r l c g 参数来求得。双绞线等效的二端口网络如图1 3 所示，其a b c d 参数为： ( v d s l 传输线路和噪声模型的研究 硕士研究生毕业论文 ab 、 一 v lv 2 fz i cd x 5 0 双绞线x _ l = 掣蒜。 其中，z 。是双绞线的特性阻抗，而z 。为负载阻抗。 2 2 4 桥接抽头的a b c d 参数 桥接抽头是一段有一定长度的双绞线，它的一端接在环路上，另一端是悬空 的，如图2 4 所示。桥接抽头可能位于环路上靠近任何一端的地方，也可能在 环路的中间。 ! 墅! 塑! 堕 图2 4 使用和不使用桥接抽头的连接图 桥接抽头的最初配置是为了提供设备未来的灵活扩展。在环路上保留桥接抽 头的原因之一，是它允许电缆中的所有线对为沿线的任一用户提供服务。 桥接抽头引起的问题主要是两个：第一，它会产生泄漏，使信号强度减小； 第二，在末端接的桥接抽头上会发生信号的反射，这会引起信号的损失和失真。 要注意的是，桥接抽头的传播特性和特性阻抗可能和抽头所连接的环路相同，也 可能并不相同。同时还要注意的是，主干环路本身在桥接抽头的每一边可能具有 不同的线路特性。 分洼 分连 粉萋| 鼢| 茎| 矫秽瑟接 硕士研究生毕业论文 ( v d s l 传输线路和噪声模型的研究 = 。 1 孙1 卸0 。h o 两i ( z 州， 2 , 2 5 环路分析 对于几个串联的网络，每个网络都可以用其自身的a b c d 参数来独立的表征 整个系统的等效a b c d 参数可以由各个单个参数的简单的矩阵乘法给出。 以两个串联的两端口网络为例，如图2 5 所示，可知： 产 a lb l 尸 7 a 2b 2 v 1 1v 1 。2v 2 1 -c 1 d 1 、i c 2d 2 图2 5 两个串联的两端口网络，每个端口都是有唯一的a b c d 参数 曙 b = f 4 -b - 4 z d jl c ld ，j l c = 4 4 2 + b i c 2 2 k 彳2 + d 1 c 2 任何一个复杂的环路模型，都可以分解为简单环路的串联形式，因此也就可 以确定该环路的a b c d 参数。 对于一个端到端的环路模型，如图2 6 所示，要分析环路的传递函数，必 须知道环路的a b c d 参数以及环路上信号源的阻抗z 。和终接负载阻抗z 。 v g 广 1 到厂 。 ab 、 一 i 户、v 1 v 2 z i、 cd l _ 图2 6 一个常见的端到端环路模型 ( 包括调制解调器的发生阻抗和接收嚣的终接负载阻抗) 9 一 帔印 i j + + 吃皿岛 4 c v d s l 传输线路和噪声模型的研究硕士研究生毕业论文 双绞线环路传递函数可以从a b c d 参数求出，使用欧姆定律，有 例匕十鸩刊匕瑚笔( 2 - - 1 6 ) 则双绞线传递函数为： 2 3 本章小节 r ：善：l _ ：士( 2 - - 1 7 ) 。y 1 a + 旦a z l + b 。 z 对于双绞线信道，主要有两种数学模型：一种是r l c g 模型，一种是a b c d 模型。利用这两种模型和传输线相关理论，可以对任何双绞线信道建立数学模型， 求出其信道的传递函数。其方法是，对于给定的线的类型和长度，首先可以根据 数值模式求出每一段双绞线的a b c d 参数。根据a b c d 参数的级联特性，把不同规 格、不同长度的双绞线级联起来，即可求出整个双绞线信道的传递函数。 硕士研究生毕业论文 ( v d s l 传输线路和噪声模型的研究 第三章、v i ) s l 噪声理论 v d s l 是一种很有前景的宽带接入技术，主妥应用于短距离高速传输。影响 v d s l 系统性能的因素悬多方面的。其中最主饕的来源悬冁声v d s l 啸声的研究 对于v d s l 系统设计、标准制定、实际系统安装和调试、系统性能的分析、测试 与评估以及指导我们在实践中有根据的采取适当的方法避免或限制噪声的影响 等方面都具有积极的作用，因此，v d s l 噪声的研究已经成为v d s l 系统研究中的 一个重要课题。 3 1 v d s l 噪声组成 v d s l 利用铜质双绞线电缆传输数据，实际应用中一根电缆含有多个线束，而 一个线柬又是由多条双绞线对组成的。其典型值为1 2 ，1 3 ，2 5 ，5 0 和1 0 0 对。 由于非屏蔽双绞线的固有特性，无法实现互相屏蔽，所以线对间的信号会相互耦 合形成干扰，这就是对所有d s l 系统的性能都有很大影响的串音干扰。和别的 d s l 技术相比，v d s l 受到的其他噪声干扰更为严重。首先，v d s l 系统工作在高 频频段( 0 1 3 8 1 2 m h z ) ，信号衰减很大，对线路噪声非常敏感。其次，由于其 占用频带宽，与广播频段和业余无线电频段有所重叠，因此受到的射频干扰比其 他的d s l 系统要严重。再次，v d s l 线路所处的噪声环境非常恶劣，它应用于园 区楼宇，铺设在升降机井中，并且连接到用户，或是布置在野外，连接到大街边 上的机柜中，甚至架设在电话线杆上，连到地下室里面的机柜里，存在的突发噪 音( 脉冲噪音) 的干扰成为一个不可忽视的问题。另外，v d s l 面对的是视频服 务和其他增加价值、带来收入的服务，这些业务对服务质量的要求都高，这在客 观上对v d s l 系统的噪声性能提出了严格的要求。 图3 一l 定义了v d s l 噪声组成方框图 z - 8 ，描述了影响v d s l 系统性能的 主要几种噪声组成，主要包括串音干扰、自噪声、背景噪声、射频干扰和脉冲噪 声，这些噪声可以在被测试的v d s l 系统的线路中测置到。 v d s l 传输线路和噪声模型的研究硕士研究生毕业论文 嚏_ 旺m ln l t 【_ 嘲酬 r 由月m 口_ n 啊 _ t e 瞳f f n l h 旧朋用t 口_ m r h a m 口自m 口瞳 r l a _ r _ m u i m c - 书n m h 晴崎mr u _ 船昂档k 四离出m | 凡a 幡- 门_ 卜 匾i 冱i 灌 _ 1 “r e 习。 池 。 菏 匝四“ 港 匡3 。 潜 肼7 潜 图3 1 噪声组成方框图 3 1 1 串音 串音简单的说就是指一对双绞线上的信号对另一对双绞线上的信号产生的 干扰，通常，这些双绞线在同一条电缆和电缆束中。这里被干扰的双绞线称为被 干扰线对，而引起干扰的线对称为干扰源或干扰线对。在含有许多线对的电缆中， 通常存在着多个干扰源。 串音按特性通常分为“近端串音( n e x t ) ”和“远端串音( f e x t ) ”，图3 2 给出了n e x t 和f e x t 的原理图。n e x t 的特点是干扰源的发送机与被干扰线对 的接收机位于同一端。在这种情况下，干扰信号沿着干扰线对出发，耦合到被干 扰线对，然后传回到被干扰线对的接收机。f e x t 的特点是干扰源的发送机远离 被干扰线对的接收机。这时，干扰信号沿着干扰线对传播，耦合到被干扰线对， 然后，产生的串音信号沿着被干扰线对传递到被干扰线对的接收机。与f e x t 相 比，n e x t 类型的干扰信号在进入被干扰线对接收机之前沿着双绞线传播的距离 较短，信号较强，因此，来自同一个特定干扰源的n e x t 的影响要比f e x t 更强。 但是在v d s l 应用中，由于线路很短，所以v d s l 系统的f e x t 相对于其他d s l 系 统要严重的多。 硕士研究生毕业论文 ( v d s l 侍输娩路和噪声模型的研究 图3 2 近端串音n e x t 和远端串音f e x t 3 1 2 背景噪声( b a c k g r o u n d n o i s e ) 背景噪声是指除由网络传输系统产生的噪声( 如熟噪声) 之外所有噪声的总 称，与电缆参数无关。 3 1 3 白噪声( w h i t e n o i s e ) 标准化委员会( 如i t u - t 的s g - 1 5 q 4 、a n s i 的t i e l 4 、e t s i 的t m 6 小组等) 的约定是将白噪声按功率谱密度为- 1 4 0d b m h z 的加性高斯白噪声( a w g n ) 进行模 拟，与电缆参数无关。 3 1 4 射频噪声( r f n o i s e ) 与v d s l 频带交迭的无线电信号会耦合到电话线上，系统中的每一条电话线 就相当于一个天线，辐射和吸收着能量，形成射频噪声，影响v d s l 系统的传输 性能。 广播射频噪声( b r o a d c a s tr fn o i s e ) 具有大功率和强频谱密度的调幅广播在v d s l 频谱中的干扰表现为从5 2 5 k h z 到1 6 1 m h z 频带上的，固定频率，固定功率且与电缆参数无关的尖峰噪声信号。 业余频段射频噪声( a mr fn o i s e ) 业余频段射频噪声是频率变化，功率固定且与电缆参数无关的射频噪声。为 了防止双绞线上的v i ) s l 信号通过辐射对业余无线电频段产生干扰，a n s i 和e t s i 都规定了在业余无线电频段内v d s l 调制解调器的发送功率谱密度不得高于 一8 0 d b m h z 。 v d s l 传输线路和噪声模型的研究硕士研究生毕业论文 3 1 5 脉冲噪声( i m p u l s en o i s e ) 脉冲噪声g 7 是电话线周围的电磁干扰引起的非静态干扰，大自然中的各种 突发事件，或是电话的振铃、摘挂机等瞬间能