（电路与系统专业论文）vdsl2通信系统若干关键技术的研究.pdf

摘要 摘要 接入网已经成为通信网发展的一个重点，同时它也是制约高速数字业务发展 的瓶颈。v d s l 2 作为目前接入网中的首选技术，利用全世界最普遍的电话线来达 到宽带应用所要求的速度而得到广泛的重视和应用。 本论文研究的目的在于改善v d s l 2 系统的传输性能。首先研究了v d s l 2 的 发展概况、系统模型、工作流程等基本内容；其次研究了v d s l 2 通信系统的传输 介质并对双绞线信道进行建模，分析了双绞线的相关噪声。在此基础上，通过对 v d s l 2 通信系统的重要模块以及关键技术的研究，利用m a t l a b 软件对时域均 衡和循环前缀分别予以仿真，仿真结果凸显了时域均衡和循环前缀的重要作用。 针对d m t 调制技术，本论文研究了f i s c h e r 比特分配算法及其改进算法在v d s l 2 有线通信环路上的应用，仿真结果表明该算法较c h o w 算法有效的降低了误码率。 关键词：v d s l 2 双绞线d m t 自适应 a b s t r a c t a b s t r a c t a c c e s sn e t w o r kh a sb e c o m eaf o c u so fd e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ， w h i l ei ti sa l s ot h eb o t t l e n e c ko fh i g h - s p e e dd i g i t a ls e r v i c ed e v e l o p m e n t v d s l 2a c c e s s n e t w o r k , a st h ep r e f e r r e dt e c h n o l o g yc u r r e n t l y ，a b t a i n sw i d ea t t e n t i o na n da p p l i c a t i o n b yr i s e t h ew o r l d sm o s tc o m m o nt e l e p h o n el i n e st oa c h i e v et h er e q u i r e ds p e e do f b r o a d b a n da p p l i c a t i o n s t h ew o r l d sm o s tc o m m o nu s eo ft h et e l e p h o n el i n e st oa c h i e v e t h er e q u i r e ds p e e do fb r o a d b a n da p p l i c a t i o n sa n dr e c e i v ew i d ea t t e n t i o na n da p p l i c a t i o n t h ep u r p o s eo ft h i sp a p e ri st oi m p r o v et h et r a n s m i s s i o np e r f o r m a n c eo fv d s l 2 s y s t e m s f i r s t , t h i sp a p e rs t u d i e st h ed e v e l o p m e n to fv d s l 2 ，s y s t e mm o d e l ，w o r k f l o w a n do t h e rb a s i ce l e m e n t s ，t h e nr e s e a r c h e st h et r a n s m i s s i o nm e d i ao fv d s l 2 c o m m u n i c a t i o ns y s t e ma sw e l la st w i s t e d - p a i rc h a n n e lm o d e l i n ga n da n a l y s i so ft h e t w i s t e d p a i ro fc o r r e l a t e dn o i s e b a s e do nt h e s e ，r e s e a r c h e st h ev d s l 2c o m m u n i c a t i o n s y s t e m si m p o r t a n tm o d u l ea n dk e yt e c h n o l o g y t i m ed o m a i ne q u a l i z a t i o na n dc y c l i c p r e f i xa l es i m u l a t e du s i n gm a t l a bs o f t w a r et oh i g h l i g h tt h e ma ni m p o r t a n tr o l e f o r d m tm o d u l a t i o nt e c h n o l o g y ，f i s c h e rb i ta l l o c a t i o na l g o r i t h ma n di t si m p r o v e d a l g o r i t h ma r e r e s e a r c h e di nt h e l o o po ft h ev d s l 2w i r e l i n ec o m m u n i c a t i o n s a p p l i c a t i o n s ，t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ea l g o r i t h mh a sab e t t e rp e r f o r m a n c e t h a nc h o wm e t h o db ye f f e c t i v e l yr e d u c e st h eb i te r r o rr a t e k e y w o r d s v d s l 2 t w i s t e dp a i rd m tb i ta l l o c a t i o n 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是我个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对本研究所作的 任何贡献均已在论文中做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：盖搿出 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：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。本人保证 毕业离校后，发表论文或使用论文( 与学位论文相关) 9 - 作成果时署名单位仍然 为西安电子科技大学。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) 本人签名：墨囱垭 导师签名：日期丝丝：立：型 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题背景及问题提出 近年来，随着宽带互联网技术和宽带相关业务的飞速发展，宽带用户已逐步 从宽带上网的单一应用，朝着高清电视( h d t v ) 、视频点播( r o d ) 、视频会议、高 速因特网接入等业务以及v o i p ( 网络电话) 综合应用发展。这对接入带宽提出了 更高的要求。 宽带接入的方法主要有无线接入、同轴电缆接入和d s l ( 数字用户线) 接入3 种方式。d s l 接入方式由于在一对双绞线上提供语音、视频和数据业务，具有高 速接入、永久在线、维护开销低、对已有网络的充分利用和安全性等特点，已经 成为最有前途及竞争力的技术之一。其中的一项普遍应用是a d s l ( 非对称数字用 户环线) 技术，但是a d s l 技术带宽有限，无法支持视频点播、m t v ( 网络电视) 等任务。而v d s l 2 ( 甚高速数字用户环路) 技术作为d s l 技术的最终发展形态， 是目前最先进的数字用户线技术【l l ，具有比a d s l 更高的传输性能和带宽，用 v d s l 2 替代a d s l 进行专网的改造无疑是最理想的办法。而d m t ( 多音频调制) 作为a n s i ( 美国国家标准协会) 和i e e e ( 电气电子工程师协会) 规定的v d s l 2 的调制方式，无疑又是研究的重点。 a d s l 技术在1 9 9 7 - - 1 9 9 8 年间得到了迅速发展，大规模a d s l 部署始千1 9 9 9 年。1 9 9 7 年下半年a d s l 业务首先出现在企业用户市场，这是因为企业用户的数 据业务量较大，对高速接入的需求更为迫切。1 9 9 9 年，美国有9 0 0 万人居家办公， 1 4 0 万家分公司和1 1 4 万家企业使用i n t e m e t ，当时对远程接入的需求很大，因此， a d s l 为i n t e r n e t 和企业网提供的快速接入方式具有十分广阔的市场前景。许多业 务提供者在积极向企业用户提供a d s l 业务的同时，也将注意力放在大众用户市 场，因为在1 9 9 9 年时，超过2 0 的美国家庭与i n t e m e t 连接，使用网络的频率与 上网的时间都增加了，其中将近六成的家庭用户每天至少与i n t e r a c t 连接一次。随 着i n t e r a c t 以及相关多媒体应用的飞速增长，这个市场的潜力正在变得十分惊人。 据p o i n tt o p i c 调查，到2 0 0 0 年底，全球a d s l 用户总数达6 4 5 8 万。2 0 0 1 年第二季度，亚太地区的用户数首次超过北美，成为世界上最大的市场。韩国运 营商在d s l 市场营销方面取得了最大的d s l 市场，用户数超过5 0 0 万，且d s l 普及率居全球之首。日本在2 0 0 1 年才开始提供大众化的d s l 业务，但一年期间 d s l 市场就增长了1 0 0 倍，用户超过1 5 0 万。在北美用户数达到了5 5 0 万户，西 欧达到了4 2 4 万户。中国台湾及香港的d s l 用户普及率已经达到世界前列，中国 大陆d s l 用户普及率相对较低，到2 0 0 1 年底全球用户数达到1 8 8 4 6 万。 2 v d s l 2 通信系统若干关键技术的研究 2 0 0 3 年我国的d s l 市场取得了突飞猛进的发展，成为继日本、美国之后的第 三大d s l 市场。到2 0 0 3 年底，中国的d s l 用户数超过8 0 0 万，与2 0 0 2 年底相比， 增长率高达2 7 0 ，其增长速度之快在全世界范围内无人能及。截止到2 0 0 4 年5 月底，我国有宽带接入用户1 6 5 0 万，其中d s l 用户突破1 3 0 0 万已经超过日本、 美国、韩国等国家，世界排名第一。到2 0 0 4 年底，中国的d s l 用户数己突破2 0 0 0 万，其中a d s l 用户占9 8 以上，a d s l 在宽带接入市场中所占比例将接近8 0 ， 但每1 0 0 个电话用户安装d s l 的比例还排不到世界前l o 名，这预示着我国a d s l 将有很大的发展空间。就我国各地域的d s l 发展情况来看，由于我国幅员辽阔、 地区之间、城乡之间的经济发展水平、i n t e m e t 普及率、人们的生活习惯、消费观 念、消费能力等各方面都存在较大的差异，导致不同地区的a d s l 业务发展很不 均衡。我国东南部a d s l 网络占全国a d s l 网络的5 3 ，而中西部的占有率较低， 尤其是西部。总的说来，从我国2 亿多的电话用户和不足l 的宽带普及率来看， 在未来相当长的时间内，中国的宽带用户尤其是d s l 用户规模仍然会高速增长， 而且发展空间很大。对于国内外市场调查的结果显示：a d s l 在未来十几年内甚至 几十年内将会长期存在。 对于某些应用来说，a d s l 的频宽和流量已经不能满足他们的需要，这就需要 更高速率的网络业务与之相适应。v d s l 被认为是a d s l 的终极目标，它是一项 新型的技术，主要计划在面向用户的下行方向上以高达5 2m b i t s 的速率进行数据 传输，但这是以传输距离变短为代价的。 v d s l 的概念是1 9 9 4 年提出的，当时叫v a d s l ，后来a n s i 的t 1 e 1 4 工作 组将其更名为v d s l 。与a d s l 相比，v d s l 具有自身的优势：它不仅可以提供非 对称业务，而且可以提供对称业务，这对那些需要网络上下行速率都很高的用户 来说是一个不错的选择，但v d s l 是d s l 家族中最为复杂的技术之一。v d s l 的 传输距离与传输速率基本上成反比，随着传输距离的增加，传输速率在不断下降。 由于v d s l 的传输速率极高，而传输距离相对较近，因此v d s l 通常应用于光纤 传输的最后lk m 距离以内。从成本、性能、竞争力和未来适应性等方面来看，v d s l 不仅优予以前的d s l 技术，而且v d s l 能够成为光纤到家庭的具有高性价比的解 决方案。v d s l 的应用不是对a d s l 等其它宽带接入技术的替代而是补充。 v d s l 宽带接入早在2 0 0 4 年在日本、韩国就已经有一定规模的应用，但其与 现有的a d s l 不相容，相反v d s l 新一代v d s l 2 可以与现有的a d s l a d s l 2 + 相 容，将会成为下一拨宽带接入的主流趋势。2 0 0 7 年l o 月爱立信与德国电信签署协 议，为德国电信完成德国1 2 个城市的v d s l 2 部署。该协议将加快在德国主要城 市部署创新的宽带服务的步伐，让用户享受到下行速率达5 0 m b p s 的高速上网服 务。国内，v d s l 2 技术已经在2 0 0 9 年底投入商业应用。目前，v d s l 2 智能布线 方案已经在深圳、北京和上海等城市智能化建筑、大厦、酒店、度假村等单位成 第一章绪论 功部署。随着用户和业务、带宽需求的不断提高，v d s l 2 以其高宽带、后向兼容 和应用灵活等特性，成为d s l 技术的重要发展方向，并将成为未来几年的主流宽 带接入技术。 在调制技术部分，过去c a p ( 无载波幅度相位) 调制和d m t ( 离散多音频) 调制两种规格相持不下，下游厂商必须同时投入两种规格，不仅浪费资源且一定 程度上影响v d s l 2 的推进。目前，d m t 成为d s l 的主要规格，新一代的v d s l 2 规格将以d m t 调制为基础，厂商则全心开发特定规格产品，将有望带动v d s l 2 的广泛应用。 1 2v d s l 2 技术的研究现状 当前基于铜双绞线通信系统的宽带线路带宽承载能力在5 1 2k - - 2m 左右，业 务基本仅限于高速上网。随着视频等高带宽业务的逐步涌现，带宽提速将成为下 一步宽带发展的迫切需求，保守估计至少需要l om 以上带宽，这一带宽是实现流 媒体视频、视频会议、可视电话、高速上网等业务的基本保障。考虑到未来第三 方增值业务的不断丰富，带宽永远也没有“够 的时候。下一步业务的发展要求 用户带宽达到i o m 以上，接入技术将仍以d s l 为主，以目前所能看到的 a d s l 2 + n d s l 等技术来看，它要求将宽带接入节点向用户推进，使铜线覆盖范围 在1k m 之内，这样才有可能满足1 0 m 带宽的需求。 最终用户采用v d s l 2 实现宽带服务的关键驱动力是：多通道视频、h d t v 教 育和娱乐服务；使用v o i p 可以降低电话费用；基础互联网数据接入速度的提高； 当地有竞争力的定价。 电信运营商可以从提供捆绑服务中获益，这些服务能成功地与有线运营商提 供的任何服务竞争。另外，随着向a d s l 2 + n d s l 2 混合网络的迁移，可以通过单 一网络提供全部d s l 服务类型，同时还能降低部署、运营和维护成本。 现在中国宽带接入市场的明星无疑是f t l x ( 光纤接入) ，光进铜退是大势所 趋。不过这并不意味着双绞线铜缆会马上退出历史舞台，v d s l 2 技术的出现并迅 速成熟大大提升了铜缆传输能力，可以达到上下行1 0 0m b p s 的速率。v d s l 2 不仅 可以在很长一段时间内满足用户日益增长的带宽需求，还可以延伸运营商已部署 铜线资源的生命周期，让铜线资源继续保值升值1 2 j 。目前v d s l 2 已经开始受到运 营商的重视，中国电信态度最为积极，首先开始试水。2 0 0 9 年6 月广东电信采用 上海贝尔的设备首次进行了规模试点部署，如果反馈良好，那么未来两年v d s l 2 将迎来爆发期。v d s l 2 的诸多优势可以保证运营商部署更丰富的高带宽业务，赢 得更高的业务收入。因此，无论是国外还是国内运营商都已经开始把v d s l 2 作为 4v d s l 2 通信系统若干关键技术的研究 最后一百米的接入手段【3 1 。可以预计，国内的v d s l 2 市场在未来两年中会有显著 发展，规模部署将是一步之遥。 v d s l 2 想要获得大规模发展，需要解决一些瓶颈问题。首先是要进一步完善 技术标准，在频谱管理、串扰抵消、虚拟噪声、脉冲噪声监控、包重传等方面进 一步增强稳定性。其次是应该进一步完善产业链，不仅需要芯片商开发出新一代 v d s l 2 芯片，还需要设备商的不懈开发集成，更需要运营商在大带宽业务方面的 推动和部署。 目前v d s l 2 技术正在飞速发展之中。对于串音和设备互通性问题，随着规范 和技术的发展，已经得到了解决。v d s l 2 还融合了v d s l 高带宽和a d s l 长距离 特性，是集d s l 技术优势为一身的最先进的宽带接入技术之一。v d s l 2 支持语音、 数据、视频三重播放业务的广泛部署，可以帮助运营商灵活、快速地升级现有的 接入网络。通过规模部署v d s l 2 可以让运营商开展高附加值的三重播放业务，提 升收益。 v d s l 2 技术采用d m t 技术调制，可以与现有的a d s l 和a d s l 2 + 技术相兼 容，并且能提供最高达1 0 0m b p s 的带宽1 4 ，可以和a d s l a d s l 2 + 以及光纤接入 技术互为补充，从而满足新的宽带用户的需求。因此我们认为v d s l 2 接入技术将 会成为下一个增长热点。 v d s l 2 通过扩展频谱至3 0m h z ，能实现双向对称的1 0 0m b i t s 高速数据传送， 可为高速上网、互联网游戏以及视频等业务提供充足的带宽；同时它还实行灵活 的p r o f i l e 配置方案，可针对不同业务对丢包、时延的要求提供相应服务，从而更 好地满足将来用户对高带宽、新业务的需求，因此具有良好的应用前景。 在中国市场，中国电信在广东的试点效果如何，将直接关系到v d s l 2 部署速 度和规模。不过可以肯定的是，基于v d s l 2 的技术和成本优势，v d s l 2 应该在 未来中国宽带市场占据重要一席。 通过传统电话线路( p o t s ) 实现数据传输的技术，从1 9 9 6 年以前的模拟调制解 调器3 2 ，v 3 4 ，5 6 k ) 演变成了后来的非对称数字用户线路( a d s l ) ，真正实现了宽 带互联网接入。a d s l 技术最早是a n s it 1 4 1 3 ，历经了a d s l ( g d m t 和g l i t e ) 、 a d s l 2 ( g d m t b i s 和g l i t e b i s ) 、a d s l 2 + 、v d s l ，发展到今天的终极版本v d s l 2 。 v d s l 2 即第二代v d s l ，其标准制定工作始于2 0 0 4 年6 月，在运营商的大力 推动下，i t u t 于2 0 0 6 年2 月份通过了v d s l 2 的标准，标准号为g 9 9 3 2 ，它是 在a d s l 2 和v d s l 标准的基础上发展而来的。v d s l 2 进一步扩展了v d s l 的频 谱，使得在短距离环路上数据传送速率得到更大提高，3 0 0 米内的双向速率和可达 到2 0 0m b p s ；同时v d s l 2 延续了a d s l 2 的长距离环路传输的能力，保持了q o s 功能，如双延迟通道、交织与解交织等，满足宽带用户对无干扰视频传输和电信 第一章绪论5 级v o i p 服务的质量要求，从而确保“三网合一业务的大规模开展。但此标准尚 未完善，已被列为当前通信标准化工作重剧5 1 。 v d s l 2 标准i t u tg 9 9 3 2 中定义了四个频率分配计划，以对应于不同地区 的需求：a n n e xa ( 北美地区) ；k n r l e xb ( 欧洲地区) ( a n n e xb 里面定义了两 个频带计划9 9 7 和9 9 8 ，分别提供上下行对称和非对称带宽) ；a l l n e xc ( 日本) 。 v d s l 2 共定义了8 个传输模板，分别为8 a 、8 b 、8 c 、8 d 、1 2 a 、1 2 b 、1 7 a 和 3 0 a 。每个传输模板定义了一个参数集合，包括发送功率、子通道带宽、最大频宽、 速率等设置。支持v d s l 2 标准的产品可以依照本地的规范要求，只支持其中至少 一个传输模板，从而简化设计实现的复杂性。支持v d s l 2 标准的产品除了支持至 少一个传输模板外，v d s l 2 的收发器还应该符合至少有一个在a n l l e xa b c 中定 义的频率分配计划。 光进铜退时代的到来为v d s l 2 的高速成长带来了契机。较a d s l 2 + 有着更高 的比特速率，较v d s l 有着更远的传输性能的v d s l 2 ，凭借自身更优的服务质量、 更佳的线路利用率及多重功率控制机制等优势，已经成为国际上如意大利电信、 德国电信等运营商全业务承载中最后一公里的主要接入技术，也将是中国现网超 过4 5 亿双绞线用户多重业务承载的最佳手段。正是由于以上原因，国内外运营商 对v d s l 2 的关注提升至前所未有的高度。中国电信自2 0 0 7 年开始的多轮v d s l 2 传输性、兼容性及新特性测试，以及2 0 0 8 年出台的v d s l 2 企业暂行标准，都在 为v d s l 2 规模的商用奠定坚实的基础。 d s l 技术每次的演进涉及频谱扩展、提高传输速率和距离、增强稳定性和互 通性、缩短上线时间、完善自检功能等等。扩展频谱是利用更宽的频谱使得在同 一根电话线上能够传输更高的速率，由于在等长的电话线上高频部分信号更加容 易被衰减，为了使得扩展后的频段( 高频部分) 能够被有效地使用，传输距离( 从 局端到客户端的距离) 就需要被缩短，十几年来电信基础设施的发展满足了这种 需求。目前的d s l 接入技术仍然是中心局和用户之间的通信瓶颈，需进一步研究。 1 3 本文的主要研究内容 本文主要研究了v d s l 2 系统中的有关问题，具体如下： 第一章介绍v d s l 2 的发展背景、研究应用现状以及发展前景。 第二章介绍v d s l 2 系统的参考模型、工作流程、i t u tg 9 9 3 2 标准中的频 带规划和相关参数规定。 第三章研究用户环路中铜双绞传输线的规格和线路特性并建立信道模型。主 要研究传输线的a b c d 矩阵模型和r l c g 特性。对v d s l 2 的相关噪声( a d s l 、 6 v d s l 2 通信系统若干关键技术的研究 h d s l 、i s d n 、无线电电磁干扰等) 进行研究，根据相关的标准进行这些噪声的 建模。 第四章重点分析v d s l 2 的系统模型。对v d s l 2 系统模型的各个部分进行研 究，其中包括扰码、f e c 编码、交织以及相应的解交织、f e c 译码、解扰码及调 制解调等。信道的时域均衡是离散多载波系统中处理复杂度极高的模块，本章研 究离散多载波系统中的均衡问题，主要研究了时域均衡中的m m s e ( m i n i m i z i n g m e a ns q u a r e de r r o r ) 均衡算法和s s n r ( s h o r t e n i n gs n r ) 均衡算法。 第五章研究d m t 调制技术，包括q a m ( 正交幅度调制) 编码、信道划分和 比特分配技术等等。 v d s l 2 为追求更高速率必然导致其消耗有显著增加，其理论功耗可达 a d s l 2 + 的1 5 倍。节能减排已成为通信行业重点关注的问题，能源消耗问题亟待 解决。本章中基于最小发射功率的比特分配法就是针对该问题而作的研究。 在我们通电话时，固定电话通话质量比移动电话的通话质量要高的多，但比 起广播来，清晰度就差远了，为了进一步提高固定电话的通话质量，就需要进一 步降低误码率。再如网络电视、视频点播的清晰度等等，无不和误码率有着直接 的关系。而基于误比特率最小的f i s c h e r 算法却并未用于v d s l 2 通信系统中，本 章提出了把f i s c h e r 比特分配算法应用到v d s l 2 通信系统中并给出了仿真结果。 第六章为论文结论，该章首先对本论文的工作进行总结，然后展望今后可能 进一步学习和研究的工作。 第二章v d s l 2 系统简介7 第二章v d s l 2 系统简介 与v d s l 相比，新的v d s l 2 标准具有多个新的特性。根据g 9 9 3 2 标准，v d s l 2 主要有以下几个特点： ( 1 ) 高速的传输能力。 v d s l 的频谱是1 2m h z ，非标准解决方案是17m h z ，而v d s l 2 的频谱高达 3 0m h z ，因此能实现1 0 0m b p s 的对称数据速率传输，比早期的v d s l 解决方案 最大7 0 3 0m b p s 的速率要高出许多。 ( 2 ) 远距离传输的能力。 与a d s l 类似的长距离( l r ) 性能是v d s l 2 的一个关键优势。具有l r - v d s l 2 功能的系统能够在4 到5 公里范围支持1 4m b p s 的( 下行) 数据传输，而且随着 环路长度的缩短，比特率将提高到对称的1 0 0m b p s 。这意味着采用v d s l 2 的系统 与v d s l 系统有本质区别，它不局限于短距离环路应用，还能用于中等距离的应 用。v d s l 2 标准规定了增强的下行发射功率( 2 0 5d b m ) ，配合上行u 0 频段以及回 波抑制、时域均衡技术的使用，使传输距离最远可达2 5 公里以上。 ( 3 ) 灵活的p r o f i l e 配置方案。 v d s l 2 的最大截止频率为3 0m h z ，在1m h z 1 2m h z 之间仍沿用i t u t g 9 9 3 1 的p l a n 9 9 7 和p l a n 9 9 8 的频段计划，1 2m h z 3 0m h z 间可划分一个或多个 上下行频段，满足不同应用需求。 ( 4 ) 兼容a d s l a d s l 2 + 。 v d s l 2 调制方式统一为d m t ，支持s t m 以及基于i e e e8 0 2 3 a h 6 4 6 5 字节封 装的p t m 模式，并支持a d s l a d s l 2 + 所采用的a t m 封装模式。 ( 5 ) 具有更好的视频业务支持能力。 根据视频业务的特点，v d s l 2 通过交织技术实现脉冲噪声保护，并可根据误 码情况动态改变交织深度，并规定了双延迟通道，针对各种业务( 特别是视频业 务) 对丢包、时延敏感性的不同，提供不同的服务。 此外，v d s l 2 还具有完善的p s d 控制、环路诊断和在线重配置等功能。 2 1v d s l 2 的参考模型 v d s l 2 的功能模型【6 】，包括v t u o ( 在光纤接1 3 单元上的收发信机单元，中 心局、交换机、机柜等，即环路的运营商端) 和v t u r ( 在远端的收发信机单元， 即环路的用户端) 的功能和接口，如图2 1 所示。该模型说明了v d s l 2 的最基本 的功能，它包含不随应用变化的部分和应用特有的部分两部分。不随应用变化的 部分是由与物理媒质有关( p m d ) 的子层和传输会聚子层( p m s t o 的物理媒体特有 8 v d s l 2 通信系统若干关键技术的研究 的部件所组成，其中的关键部分也正是本文所研究的。 口 鲻 暖 氆 k 匠 p7 a 应用特有的 不随应用变化的应用特有的 图2 1v d s l 2 功能模型 p m d 的主要功能是符号定时产生和恢复、编码、解码以及调制和解调。p m d 可能还包含回波抵消和线路均衡。 p m s t c 子层包含成帧和帧同步功能、以及前向纠错( f e c ) 、误码检测、交织 和去交织、扰码和解扰码功能。此外，p m s t c 子层提供了一个开销信道，用它传 送管理数据( 由v m e 产生的控制消息) 。p m s t c 通过6 接口与p m d 相连接，并 且分别在v t u o 和v t u r 中的a 和卢接口上与t p s t c 相连接。 2 2v d s l 2 的工作流程 简化图2 1 的v d s l 2 功能模型，得到如图2 2 所示的拓扑结构图。 光 ；分离器li 分离器l i 0 ji j i j 图2 2v d s l 2 系统的拓扑图 第二章v d s l 2 系统简介9 v d s l 2 系统的工作流程【6 ，刀是： ( 1 ) v d s l 2 的接入网的左侧链接f t t c ( f i b e rt ot h ec u r b ) 或者是f t t b ( f i b e r t ot h eb u i l d i n g ) 光网络，数据经过o n t ( 光纤网络单元) 输入到v d s l 2 的局端设 备。 ( 2 ) v t u 0 的输出经过分离器，与p o t s ( 电话业务) 或已有的i s d n ( 综合 业务数字网) 业务混合，形成双绞线上传输的混合模拟信号。分离器的结构是一 个高通和低通滤波器组，可以在频域上区分高频的v d s l 2 信号、低频的语音和 i s d n 信号。 ( 3 ) 与o n u 一端对应，在每个用户端也有一个分离器。线路上的模拟信号进 入用户端的分离器后，电话或i s d n 业务被分离出来，送入电话或i s d n 终端，而 高速的数据业务则送到v d s l 2 远端设备v 1 u r 。 “) v t u r 将模拟信号做解调解码和其它处理后，输出高速的数字信号给用户 端网络设备，包括计算机、机顶盒和其它设备。如果用户是一个小的局域网络， v t u r 也可以和局域网服务器链接。 2 3v d s l 2 的频带规划 在1 2m h z 以下的频率范围中，i t u tg 9 9 3 2 规范了图2 3 中所规定的5 频带 规划。在厶和之间的频带用u s 0 来表示。若完全使用这一频带，则这一频带 只得用于上行传输。其它四个频带用d s l 、u s l 、d s 2 和u s 2 表示，分别表示第1 下行频带、第1 上行频带、第2 下行频带和第2 上行频带，它们必须用频带分隔 频率石、五、石、工和六来确定，其中石。 u s 0 ，d s lu s ld s 2u s 2 i f 她z 图2 3 频率范围1 2m 以f 的频带规划 北美的频带规划示于图2 4 。 弛 诮 s 3 7 55 28 5 1 2 骶 图2 4v d s l 2 频带规划一( 北美) u s 0 频带( 如果有的话) 的低端频率可以在4k h z ( 无p o t s ) 到2 5k h z ( 有 p o t s ) 范围内改变，而高端频率可以在1 3 8k h z 到2 7 6k h z 的范围内改变。四个 v d s l 2 通信系统若干关键技术的研究 载波分别定义为1 d ( 载波1 ，下行) ，1 u ( 载波1 ，上行) ，2 d ( 载波2 ，下行) ， 2 u ( 载波2 ，上行) ，通常分别采用相应的频段d s l ，u s l ，d s 2 ，u s 2 传送。载 波2 d 和2 u 可以分别采用除d s 2 ，u s 2 之外的频段( 厶，和厶之间) ，或不使用。 欧洲规定了两种不同的频率规划。这些频率规划是以i t u tg 9 9 3 1 建议书的 频带规划a 和b ( 以前也分别称为规划9 9 8 和规划9 9 7 ) 为基础的。这些频率规划 在下面的表2 1 做了规定。为了适应不同的基本业务( p o t s 和i s d n ) 和不同的 u s 0 带宽，对频带规划9 9 7 规定了两种变型，而对频带规划9 9 8 规定了四种变型。 表2 1v d s l 2 频带规划二( 欧洲) 频带边缘频率 频率规划 ( 按照通用频率规划图2 3 的规定) f o lf 豫石正石工石 k h zk h zk h zk h zl ( h zk h zk h z 2 51 3 81 3 8 9 9 73 0 0 05 1 0 07 0 5 01 2 0 0 0 2 52 7 62 7 6 2 51 3 81 3 8 2 52 7 62 7 6 9 9 83 7 5 05 2 0 08 5 0 01 2 0 0 0 1 2 02 7 62 7 6 n a n a1 3 8 注1 ：用于u s 0 的带宽的灵活性正在进行研究； 注2 ：在血和列中的n a 表示不使用u s 0 的频带规划变型。 使用1 2m h z 以上频率的附加频率规划有待进一步研究。 日本的频带规划如图2 5 所示加以规定。u s 0 的使用有待迸一步研究。 0 0 2 53 7 55 28 5 1 2 1 8 13 0 舭 图2 5 的v d s l 2 频带规划三( 日本) 2 4v d s l 2 的关键参数 i t u tg 9 9 3 2 标准对v d s l 2 收发信机所支持的各种各样的参数规定了相当 宽的设置范围，这使得供货商有可能限制实现的复杂性和开发出以具体业务要求 为目标的设备。 标准中对8 种v d s l 2 ( s a 、8 b 、8 c 、8 d 、1 2 a 、1 2 b 、1 7 a 、3 0 a ) 的参数进行了相 关规定： 第二章v d s l 2 系统简介 最大组合下行发送功率分别为1 7 5d b m 、2 0 5d b m 、1 1 5d b m 、1 4 5 d b m 、1 4 5d b m 、1 4 5d b m 、1 4 5d b m 、1 4 5d b m ； 最大组合上行发送功率均为1 4 5d b m ； 最小组合上、下行发送功率均在研究之中； 前7 种的子载波间隔均为4 3 1 2 5k h z ，3 0 a 的子载波间隔为8 6 2 5k h z ； 前5 种均要求支持上行频带零( u s o ) ，后3 种不作要求； 8 a 、8 b 、8 c 和8 d 的双向净数据速率的最小容量为5 0m b i t s ，1 2 a 和1 2 b 的为6 8m b i t s ，1 7 a 的为1 0 0 m b i t s ，3 0 a 的为2 0 0m b i t s ； 8 a 、8 b 、8 c 、8 d 、1 2 a 和1 2 b 的最大交织深度均为2 0 4 8 ，1 7 a 的为3 0 7 2 ， 3 0 a 的为4 0 9 6 ： 8 a 、8 b 、8 c 、8 d 、1 2 a 和1 2 b 的参数( 1 s ) m 积下行均为2 4 ，1 7 a 的为4 8 ， 3 0 a 的为2 8 ； 8 a 、8 b 、8 c 和8 d 的参数( 1 s ) 一上行均为1 2 ，1 2 a 、1 2 b 和1 7 a 的为 2 4 ，3 0 a 的为2 8 ； ( 1 0 )支持的最高上下数据承载的子载波数则与2 3 节讲到的频率规划有关， 这里不再赘述。 对( 8 ) 中的参数( 1 s ) 。予以简单介绍：参数( 1 s ) 一规定了调制解调器能够在 一个d m t 符号期间发送的f e c ( 前向纠错码) 码字的最大数目，按照g 9 9 3 2 标 准中规定的( 1 s ) 一值，调制解调器的每一d m t 符号必须能发送最高达并包含每 个d m t 符号的任何有效大小的( 1 s ) 一f e c 码字。 、j、_、-，、，、-，、-，、，、， 0 q o h u p 第三章v d s l 2 的传输介质一铜双绞线的性能研究1 3 第三章v d s l 2 的传输介质一铜双绞线的性能研究 3 1 双绞线的规格 双绞线的规格大都使用美国线规( 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 ，# 2 6 ，直径范围 从0 9 1 2t o n i ( o 0 3 5 8 9 英寸) n o 4 0 4m m ( o 1 5 9 4 英寸) ，规格号越小对应的直 径越大，在d s l 应用中最常用到的规格是# 2 4 和# 2 6 。表3 1 所示的是前述各种规格 对应的直径及3 0 4 8m ( 1 0 0 0 英寸) 长度铜双绞线的直流电阻。 表3 1 双绞线的美国线规 2 0 摄氏度下的直流阻抗 a w g 直径( m m - 英寸) ( o h m s k f s ) 1 90 912 ( 0 0 3 5 8 9 )1 6 9 2 2 0 6 4 4 ( 0 0 2 5 3 5 ) 3 3 8 2 4 0 5 1i ( 0 0 2 m 0 )5 3 4 2 6 0 4 0 5 ( 0 015 9 4 ) 8 5 8 双绞线也可以由类别来定义，这些类别指定了线对的电气公差。对于高速数 据设备来说，通常需要3 类更高规格的电缆。类号越高所对应的双绞线中的每根导 线的损耗及串音特性等性能就越高。表3 ，昕列出的是不同电缆类型所支持的大致 的比特速率及每种类型的目标应用。 表3 2 各类别双绞线的比特速率及应用 类别比特速率应用 l未指定 2lm b i t s 一些低速数据电路 31 6m b i t s 用于1 0 b a s et 和4m b i t s 的令牌环网 42 0m b i t s1 0 b a s et 和1 6m b i t s 的令牌环网 51 0 0m b i t s1 0 1 0 0 b a s et ，其他高速铜线技术 对d s l 技术来说使用3 类或更高规格的双绞线更为合适。 3 2 铜双绞传输线的信道模型 d s l 是在双绞线中传输的，因此信道环境的仿真过程，就是双绞线信道的建 模过程。下面重点讨论铜双绞传输线的信道建模方法和线路中的噪声特性，据此 可以对双绞线信道建立数学模型。 1 4 v d s l 2 通信系统若干关键技术的研究 3 2 1 传输线的a b c d 矩阵模型 一般的双端电路如图3 1 所示： j +l 一 f r 彳b l 广 k = 圪 l 【- cd j 二1 图3 1 双绞线网络模型 信号源端和负载端的电压电流存在以下关系： z = 三三 z = 乏 或者z 三罢芝二爰 k = 彳匕+ b 圪z ： 插入损耗：丁( 厂) = k = 百i b 瓦= j 乏去 v s ：k + 磊= k + 磊粤：k 华 鼽z l = 鲁= 揣= 筹是输入阻抗。 枞传姻糊门= 毒= 老鲁毒叫门矗 ( 3 1 ) ( 3 - 2 ) ( 3 - 3 ) ( 3 _ 4 ) ( 3 - 5 ) 由信道的传递函数( 门经傅立叶变换可以求得各双绞线信道的冲激响应。 对于很多段双端网络级联的情况，可以分别算出各段的。： 。= 乏爰 c 玎= ，2 ，n 一，然后矩阵相乘，求出总= ：三 ，则： k z , j = ，中。- ，r l 圪4j = z c 3 6 ， 3 2 2 传输线的r l c g 特性 传输线的电气特性取决于许多因素，如线径的粗细、绝缘类型、导线对的扭 绞方式、环境温度等。精确的模拟用户双绞线的传输特性是极其困难的，但是如 果我们忽略一些次要因素( 如导线的扭绞方式、温度变化等) ，并假定双绞线的 第三章v d s l 2 的传输介质一铜双绞线的性能研究1 5 参数是沿线均匀分布的，则较易获得其传输模型。对于一段极短的均匀分布的传 输线，可用集总参数的电阻、电感、电容和电抗来模拟，如图3 2 所示，参数r ， 三，c ，g 称为一次常数，表示单位长度传输线的电阻、电感、电容和电抗。，为输 入电流，矿为输入电压，+ 刃为输出电流，v + d v 为输出电压，传输线中的电压 和电流均为线路长度，和频率的函数，通常表示为v ( t ，) 和，( ，门。 _ d v ：( r + j w l ) i d x ( 3 7 ) _ d i ：( g + 歹们) y 。 垡：一 丐叫 ( 3 8 ) 磐：门 一 万2 y 传播常数： y ( ) = a ( 厂) + 卢( 门= 舨i f 面面灭万丽 其中，a 是衰减系数，卢是相位系数。 微分方程的解： v ( x ) = v