（通信与信息系统专业论文）vdsl2技术研究与应用.pdf

摘要 2 0 0 6 年i t u 推出新一代的x d s l 技术v d s l 2 ，该技术是目前x d s l 领域的研 究热点。本文从以下三个方面对v d s l 2 的技术和应用展开研究，改善v d s l 2 系 统的性能。 一、根据最新v d s l 2 标准规定的使用频带和发送功率谱密度，对v d s l 2 系 统的噪声干扰，双绞线信道传输特性，频谱开槽技术，以及使用不同b a n dp l a n 和 测试环路时，v d s l 2 的最大可达速率进行研究与仿真。为v d s l 2 的网络布线、 业务开通、标准完善、设备制造和频谱开槽技术的使用，提供理论参考依据。 二、功率回退算法研究：同一束双绞线线缆之间的串扰问题是影响v d s l 2 速 率的一个主要因素，因此需要对其进行功率回退。功率回退分为上行功率回退 ( u p b o ) 和下行功率回退( d p b o ) 。本文对现有的7 种u p b o 和d p b o 算法进 行理论研究，通过仿真分析各种算法的性能，并提出标准规定u p b o 算法的参数 优化配置方法。结合p b o 算法原理和实际的组网环境，研究目前标准规定的u p b o 和d p b o 算法的改进算法，通过仿真分析3 种改进算法的性能，为标准完善提供 参考依据。 三、重传技术研究：最新的v d s l 2 标准使用前向纠错串联交织器的方式来抵 抗各种脉冲干扰，降低误码率。但是，好的抗噪声能力需要大的交织器，并会产 生长的线路时延，因此该方式无法满足不同用户的需求。使用重传技术可以较好 的解决以上问题。本文研究h a r q v d s l 2 系统原理、p m s t c 层的重传实现方案 和h a r q v d s l 2 系统实现方案。通过理论分析和仿真，比较h a r q v d s l 2 系统 和f e c v d s l 2 系统的性能，得到有重大参考价值的结论。 关键词：v d s l 2 双绞线信道u p b od p b oh a r q v d s l 2 a b s t r a c t i n2 0 0 6 ，i t ul a u n c h e dv d s l 2 ，an e wg e n e r a t i o no fx d s lt e c h n o l o g y , w h i c hi s c u r r e n t l yv e r yh o ti nt h ef i e l do fx d s lt e c h n o l o g y t i l i sp a p e rw i l lm a k eas t u d yo f v d s l 2t e c h n o l o g ya n da p p l i c a t i o nf r o mt h ef o l l o w i n gt h r e ea s p e c t s ，i no r d e rt o i m p r o v et h ep e r f o r m a n c eo f v d s l 2s y s t e m s f i r s to fa l l ，a c c o r d i n gt ot h eu s eo ff r e q u e n c yb a n d sa n dt r a n s m i tp o w e rs p e c t r a l d e n s i t ys p e c i f i e di n t h el a t e s tv d s l 2s t a n d a r d ，t h i sp a p e rs h a l ld or e s e a r c ha n d s i m u l a t i o no nn o i s et ot h ev d s l 2s y s t e m s ，t h ec h a r a c t e r i s t i e so ft w i s t e d p a i r t r a n s m i s s i o nc h a n n e l ，r f i n o t c ha n dt o n eb l a c k o u t ，a n dm a x i m u mr a t er e a c h i n go f v d s l 2w h e nu s i n gd i f f e r e n tb a n dp l a na n dt h et e s tl o o p s s ot h a ti tp r o v i d e st h e o r e t i c a l r e f e r e n c et on e t w o r k c a b l i n g , b u s i n e s so p e n ，s t a n d a r d si m p r o v i n g , e q u i p m e n t m a n u f a c t u r i n g ，r f i - n o t c ha n dt o n eb l a c k o u tu s i n go fv d s l 2 s e c o n d l y , as t u d yo np o w e rb a c k o f fa l g o r i t h m n ec r o s s t a l kb e t w e e nt h ec a b l e s o ft h es a m eb u n c ho ft w i s t e d - p a i ri sam a j o rf a c t o ra f f e c t i n gv d s l 2r a t e ，s ow en e e d b a c k o f rt h ep o w e ro fv d s l 2 p o w e rb a c k - o f ft ov d s l 2i sd i v i d e di n t ou p s t r e a m p o w e rb a c k - o f f ( u p b o ) a n dd o w n s t r e a mp o w e rb a c k - o f f ( d p b o ) m sp a p e rs h a l l m a k eat h e o r e t i c a ls t u d yo nt h ee x i s t i n g7u p b oa n dd p b oa l g o r i t h m s ，a n dt h r o u g h s i m u l a t i o n ， a n a l y z i n gp e r f o r m a n c e o ft h es a i d a l g o r i t h m s ， a n di n t r o d u c et h e o p t i m i z a t i o nm e t h o do fc o n f i g u r m i o np a r a m e t e r so f s t a n d a r ds p e c i f i e su p b oa l g o r i t h m a tt h es a m et i m e ，c o n t a c t i n gt h et h e o r yo fp b oa l g o r i t h ma n dp r a c t i c a ln e t w o r k i n g e n v i r o n m e n t ，t h i sp a p e rs h a l ls t u d yi m p r o v e m e n t so nt h ec u r r e n ts t a n d a r d u p b oa n d d p b oa l g o r i t h m s ，a n da n a l y z et h r e ek i n d so fp e r f o r m a n c eo ft h es a i da l g o r i t h m s t h r o u g hs i m u l a t i o n ，s ot h a tp r o v i d i n gr e f e r e n c et os t a n d a r d si m p r o v i n g t h i r d l y , as t u d yo nr e t r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y t h el a t e s tv d s l 2s t a n d a r du s e s f e ca n di n t e r l e a v e rt or e s i s tv a r i o u sk i n d so fp u l s ei n t e r f e r e n c e ，s o 鹬t or e d u c et h e e r r o rr a t e h o w e v e r , ag o o da n t i n o i s ec a p a c i t yn e e d sal a r g ei n t e r l e a v e r , w h i l eg e t t i n ga l o n gd e l a y , s oi t c a n tm e e tt h en e e d so fd i f f e r e n tu s e r s t h eu s eo fr e t r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g y c a ns o l v et h ea b o v ep r o b l e m sb e t t e r t h i s p a p e r s h a l ls t u d yo n h a r q - v d s l 2s y s t e mp r i n c i p l e ，r e t r a n s m i s s i o nr e a l i z a t i o np r o g r a mo ft h ep m s - t c l a y e ra n di m p l e m e n t a t i o np r o g r a m o fh a r q - v d s l 2s y s t e m a n dc o m p a r et h e p e r f o r m a n c eo fh a r q v d s l 2s y s t e mt of e c v d s l 2 t h r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i s a n ds i m u l a t i o n ，t h i sp a p e rs h a l lc o m et oac o n c l u s i o nw h i c hi so fs i g n i f i c a n tr e f e r e n t i a l v a l u e k e y w o r d ：v d s l 2t w i s t e d - - p a i rc h a n n e l u p b o d p b oh a r q - v d s l 2 西安电子科技大学 学位论文创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：互趾日期兰? ! ：墨望 西安电子科技大学 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。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名： 导师签名： 日期垄! 坚! 日期2 丝! ：呈：2盟经盅盟 第一章绪论 第一章绪论 1 1x d s l 技术简介 随着技术的不断进步，i p t v 等宽带业务在互联网上逐渐盛行，用户对于带宽 的要求越来越高。作为对现有接入网升级的一种重要手段，x d s l 技术可以在普通 电话线上传输高速的数字信息，能够为用户提供宽带接入业务。x d s l 技术分为多 种类型，下面分别简介x d s l 的各种技术【1 1 。 1 、i s d n 最先出现的x d s l 技术是综合业务数字网i s d n 。7 0 年代后期，美国开始 研究利用双绞线对向用户提供2 b + d 的i s d n 基本速率接入业务，利用一对双绞线 将数字化延伸到用户网络接口。它使用2 8 1 q 的线路码，能在一对双绞线上双工 传送1 6 0 k b p s 的码流，占用8 0 1 d - i z 的频带，传输距离达到6 k m 。 2 、h d s l 9 0 年代初期，一些厂商将2 8 1 q 调制技术应用于t 1 e 1 服务中，线路中不使 用中继器，数据在两对双绞线上传输，其中双绞线两两成对。每一对双绞线的线 路速率是7 8 4 k b p s ，整个线路速度为1 5 4 4 m b p s 。该技术称为高比特率数字用户线 技术- h d s l 。在本地环路不使用中继器的情况下，0 4 m m 双绞线上的最大传输 距离为2 7 k m 。 3 、h d s l 2 h d s l 2 是h d s l 的升级版本。采用无载波幅相( c a p ) 调制，可以在一对双 绞线上达到与h d s l 相同的性能，因此也称为s d s l 。其速率可以达到2 0 8 4 m b p s 。 在本地环路不使用中继器的情况下，在0 4m m 双绞线上的最大传输距离为3 k m 。 4 、a d s l a d s l ( g 9 9 2 1 ) 【2 1 即非对称d s l ，采用离散多音调制( d m t ) 。其下行速率 从1 5 m b p s 到8 m b p s ，而上行速率则从1 6 k b p s 到6 4 0 k b p s ，在一对双绞线上的最 大传输距离可达6 k m 。 5 、a d s l 2 2 0 0 2 年6 月，i t u 推出新一代a d s l 技术a d s l 2 ( g 9 9 2 3 ) 1 3 】。a d s l 2 支持 下行8 m b p s ，上行8 0 0 k b p s 的传输速率。由于a d s l 2 使用的频段与a d s l 相同， 因此性能的改进主要表现在抗线路损伤、抗噪声等方面，最大传输速率与相同条 件下的a d s l 相比无明显提高。 6 、a d s i 。2 + v d s l 2 拄术研究与麻片j 2 0 0 3 年1 月，i t u 推出新一代a d s l 技术a d s l 2 + ( g 9 9 2 5 ) 【4 。a d s l 2 + 标 准在a d s l 2 的基础上进行扩展，将频谱范围从l1 m h z 扩展至22 m h z ，下行最 大传输速率可迭2 5 m b p s 。 a d s l 2 a d s l 2 + 无法兼容a d s l ，虽然a d s l 的发展趋势将是以a d s l 2 ，2 + 取代a d s l 。但a d s l 2 2 + 大规模应用的时间应按其技术成熟度、互通性以及成本 等因素综合考虑，a d s l 与a d s l 2 2 + 将在段时间内其存。 7 、v d s l l 2 0 0 1 年r r u 推出v d s l 技术v d s l l ( g 9 9 31 ) “，他是英文 v e r y - h i g h - b i t - r a t e d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e 的字头缩写，叩“甚高速数字用户线”技术。其起始频率为 2 5 k h z ，终止频率为1 2 m h z ，上下行各两个频段。v d s l l 支持对称和非对称的速 率传输。通常应用于光纤传输的最后l k m 以内。 8 、v d s l 2 2 0 0 6 年i t u 推出新一代v d s l 技术v d s l 2 ( g 9 9 32 ) 7 1 1 ”，是v d s l l 的增 强版。它使用最大3 0m h z 的带宽，支持高达2 0 0m b p s 的速率。由于v d s l i 技 术不够成熟，目前已被v d s l 2 取代，因此本文只研究v d s l 2 技术。 v d s l 2 系统的功能模型包括：传输汇聚层( t c ) 和物理媒质层( p m d ) 。其 中t c 层包括：特定传输协议的t c 层( t p s - t c ) 、特定管理协议的t c 层( m p s t c ) 、 网络定时参考的t c 层( n t r - t c ) 和特定物理媒质的t c 层( p m s - t c ) 。各层详细 的介绍请参考文献8 ，1 3 ，1 4 ，1 7 。 r 2 _ l 。u2 l 月# * f m 月* m * 日 闰22 v d s l 2 功能模型 v d s l 2 系统使用频分双工，共定义了8 种模板( s a ，8 b ，8 e ，8 d ，1 2 a ，1 2 b ， 1 7 a 3 0 a ) 满足不同的应用场景需要。模板名的数字部分代表最大截止频率字母 第一章绪论 代表不同的功率特点。对于不同的国家和地区，v d s l 2 根据g 9 9 3 2 标准的规定， 采用不同的频率规划【1 们。 在1 2 m h z 以下的频率范围中，v d s l 2 使用图2 5 中所规定的5 频带规划。u s 0 表示第o 上行频带，其余四个频带用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。 图2 5v d s l 2 频率范围在1 2m h z 以下的频率规划 在1 2 m h z 和3 0 m h z 之间的频率范围内，v d s l 2 至少规定了一个附加的上行或 下行频带。具体的频带划分请参考g 9 9 3 2 标准【9 】【1 0 1 。 1 2 论文研究的目的和意义 最新的v d s l 2 标准g 9 9 3 2 制定于2 0 0 6 年，其中仍存在一些不完善的地方。 本文重点从以下三个方面对v d s l 2 的技术和应用进行研究。 一、最新的v d s l 2 标准规定其使用频带范围高达3 0 m h z ，并将发送功率谱密 度进行修改。因此有以下4 个问题需要进一步研究：1 、v d s l 2 系统噪声干扰问题。 2 、随着使用频率的升高，双绞线信道传输特性的变化问题。3 、频谱开槽技术的 选择问题。4 、在使用不同的b a n dp l a n 和测试环路时，v d s l 2 的最大可达速率问 题。对以上4 个方面，国内外都有学者进行过相关的研究，但都是基于旧的v d s l l 标准进行的，其使用频带范围都在1 2 m h z 以内，发送功率谱密度也与最新的标准 规定不同。v d s l 2 标准对频谱开槽技术只规定了上、下行频带的最多开槽数，但 是如何使用该技术还需进一步研究。更重要的是目前还没有人将以上4 个方面进 行综合研究，因此对以上4 方面进行综合研究是很有价值的。 二、功率回退算法研究：同一束双绞线线缆之间的串扰问题是影响v d s l 2 速 率的一个主要因素。串扰包括v d s l 2 线路的自串扰和v d s l 2 线路对其他x d s l 线路的串扰。对v d s l 2 线路进行功率回退，可以有效的降低线缆之间的串扰，提 高v d s l 2 和其他x d s l 业务的速率。目前对v d s l 2 的功率回退分为上行功率回 退( u p b o ) 和下行功率回退( d p b o ) 。最新的标准对以上两种功率回退方法都进 行了相应的规定，但是其还不够完善。因此对功率回退算法进行研究是十分有意 义的。 三、重传技术研究：最新的v d s l 2 标准使用前向纠错串联交织器的方式来抵 抗各种脉冲干扰，降低误码率。但是好的抗噪声能力需要大的交织器，并会产生 4 v d s l 2 技术研究与应用 长的线路时延，因此该方式无法满足语音用户和口t v 用户的需求。使用重传技术 可以较好的解决以上问题。因此，如何将重传技术与v d s l 2 系统相结合，改进系 统的性能，值得深入研究的。 1 3 论文的内容与组织结构 第一章，绪论。对x d s l 技术进行简介，论述本文的研究目的和意义，概述论 文的内容和组织结构。 第二章，v d s l 2 系统性能研究与仿真。对v d s l 2 的双绞线信道，各种测试环 路以及系统中的各种干扰进行理论研究。搭建v d s l 2 系统仿真平台，对v d s l 2 系 统在4 种常用测试环路上的性能进行仿真和分析。自定义x d s l 环路，搭建x d s l 系 统仿真平台，分析不同x d s l 业务对v d s l 2 系统的影响。通过理论研究和仿真，分 析频谱开槽技术对v d s l 2 系统的影响，提出如何选择频谱开槽技术的方法。 第三章，v d s l 2 系统功率回退算法研究与仿真。对u p b o 现有的7 种算法进行 理论研究与仿真，提出标准规定u p b o 算法的参数优化配置方法。研究标准规定的 u p b o 算法的改进算法，通过仿真分析改进算法的性能。对标准规定的d p b o 算法 进行研究与仿真。研究标准规定的d p b o 算法的改进算法，通过仿真分析两种改进 算法的性能。 第四章，v d s l 2 系统脉冲噪声保护技术研究与仿真。对脉冲噪声保护技术的 基础理论进行研究。深入研究h a r q v d s l 2 系统原理、p m s t c 层的重传实现方 案和h a r q v d s l 2 系统实现方案。通过理论分析和仿真比较h a r q v d s l 2 系统 和f e c v d s l 2 系统的性能，得到有重大参考价值的结论。 第五章，结束语。概述本文的主要工作和创新成果，展望v d s l 2 技术未来研 究的方向。 第二章v d s l 2 系统性能研究与仿真 第二章v d s l 2 系统性能研究与仿真 2 1v d s l 2 信道建模 v d s l 2 使用双绞线信道，主要包括两种数学模型：r l c g 模型和a b c d 模型。 利用这两个模型和传输线的有关理论，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【l 】【1 1 1 。 2 1 1r l c g 模型 双绞线最基本的参数为电阻( r ) 、电感( l ) 、电容( c ) 、电导( g ) ，这些参 数统称为r l c g 参数。所谓r l c g 模型，就是利用双绞线的r l c g 参数，来表征 双绞线的信道特性。双绞线信道的传递函数可以根据r l c g 参数计算出来。 当传输频带在话带范围内( 3 0 h z - 3 4 0 0 h z ) 时，r l c g 参数可近似认为是常数。 对于话带以上的传输频带，电阻、电感、电导参数随频率而变化，并随双绞线的 规格而不同，而电容一般不随频率和双绞线规格变化。基于以上事实，在讨论双 绞线r l c g 参数时，可以假设出以下两种模型1 5 】： 1 、解析r l c g 模型 这种模型忽略电导的效应，并假定电感和电容是不随频率变化的常数，而电 阻则与频率的平方根成正比。这种模型可以用于推导后面的近端串扰和远端串扰， 它可以为v d s l 2 串扰建立一个简单准确的模型。对解析r l c g 模型有以下等式： r = r n f 2 式( 2 1 ) l = l o 式( 2 2 ) c = c o 式( 2 3 ) g = 0 式( 2 4 ) 2 、数值r l c g 模型 这种模型是根据实际测量的结果拟合出来的，通常用于实际双绞线特性的数 值计算，利用它可以计算双绞线上的传输函数、插入损耗以及特性阻抗等参数。 频率范围为d c 到3 0 m h z 。模型中参数与r l c g 的关系如下【2 4 】【2 5 】： f 灭( 力= 【 镢i 7= o ，q = 0 丽4 4 + 丽 其他 式( 2 5 ) 6v d s l 2 技术研究与应用 川榭 以舻甫 l + ，i 上i 式( 2 6 ) 式( 2 7 ) 式( 2 8 ) 模型中涉及的参数如下表2 1 所示1 1 1 【2 6 1 ，它给出的是线长为l k m 条件下的参 数值。表中d w l 0 代表引入线，由0 5 m m 无绞导线构成，采用p v c 作为绝缘材料。 f p 代表无绞扁平线，通常采用一段这样的线路，将双绞线连接到住宅和大楼。 表2 1 数值双绞线模型参数 参数# 2 4 规格# 2 6 规格d w l o f p r o 。( q 梳) 17 4 5 5 8 8 82 8 6 1 7 5 7 81 8 0 9 34 1 6 r o ，( n o n ) 0o00 口。( q 4 o n 4 h z 2 ) 0 0 5 3 0 7 3 4 810 1 4 7 6 9 6 2 0o 0 4 9 7 2 2 30 o o l 2 1 8 口，( q 4 k m 4 h z 2 ) 00oo 1 0 ( h a n ) 6 1 7 2 9 5 9 3x1 0 石6 7 5 3 6 8 8 8 x 1 0 67 2 8 8 7 x1 0 。61 0 0 0 x1 0 石 l 。( h k m )4 7 8 9 7 0 9 9 x1 0 西 4 8 8 9 5 1 8 6 1 0 击5 4 3 4 3 1 0 69 1 1 l o 击 厶( h z ) 5 5 3 7 6 0 6 38 0 6 3 3 8 6 37 1 8 8 8 81 7 4 8 7 7 b1 1 5 2 9 7 6 60 9 2 9 3 0 7 2 80 7 5 5 7 7 0 8 61 1 9 5 g o ( s i e m e n h z + 棚 0 2 3 4 8 7 4 8x10 1 24 3 1 0 。88 9 1 0 - 95 3 1 0 。9 g 。 1 3 8o 7 00 8 5 6o 8 8 c 。( n f k i n ) 5 0 l o _ 94 9 1 0 - 95 1 1 0 一92 2 6 8 1 0 - 9 c o ( n f k i n ) 0 0 6 3 8 l o 一93 1 7 8 1 0 - 9 c c ooo 1 1 5 8 4 6 2 20 1 1 0 9 对于数值r l c g 模型有以下几点说明： l 、当频率超过1 0 0 k h z 时，数值电阻模型逼近解析电阻模型的厂啦规律。在 很大程度上，是由铜线在高频率处的趋肤效应造成的。 2 、# 2 4 、# 2 6 规格的电感在1 0 0 k h z 以上的区域都变化了将近2 0 ，因此在解 析r l c g 模型中假设电感为常数显然是不对的，但是解析模型以误差为代价，可 以使建模过程简单化，这种折中处理还是可以接受的。 3 、在解析r l c g 模型中假设电导为零，尽管从数值模型来看是不精确的，但 在频率高于1 0 0 k h z 时还是合理的。因为在这些频率上，电导与j o , , c 相比很小，从 第二章v d s l 2 系统性能研究与仿真7 而可以忽略。这里j 是虚数单位矢量，w 是角频率变量( 2 n f ) 。 2 1 2a b c d 模型 在介绍a b c d 模型参数之前，首先简单回顾一下传输线的有关理论【1 9 】。 l 、传输线的传输参数和特性阻抗 根据传输线的r l c g 参数，可以求得两个常用的参数： 性阻抗( z o ( 厂) ) ，它f f ln - q 用于表征沿传输线的电压和电流。 ) ，= 仅+ j p = 0 0 r + j c o l ) ( g + j c 、) 口= 尺兰2 口。耽 p = m ql c = p o f 在以上两个方程中，8 0 均为常数。 根据传输线的r l c g 模型定义的特性阻抗为： z 。= 、篇 传输常数( y ) 和特 其中传输常数为： 式( 2 9 ) 式( 2 1 0 ) 式( 2 1 1 ) 特性阻抗是与双绞线长度无关的参数，但它会随频率而变化。在实际应用中，通 常假定双绞线的特性阻抗为1 0 0 欧姆的纯电阻。 2 、a b c d 模型 a b c d 模型用一个二端口网络来表征双绞线信道特性。根据信道的a b c d 模 型，可以计算出双绞线的传递函数、特性阻抗、输入阻抗等重要参数，直接用于 x d s l 系统的性能分析和测试。 对于一个一般的二端口网络，其a b c d 参数如下图2 1 所示： kl 7 ab j rk cd 相应的数学描述为： 图2 1 a b c d 参数描述 k = 4 + b 1 2 1 1 = c k + d 1 2 厂歹厶 厶 习k ， ab广j k| 2 cd rl 图2 2 均匀双绞线传输系统 对于图2 2 所示双绞线传输系统，可以证明其a b c d 参数为： 8 v d s l 2 技术研究与应用 褂 攀= k彳以+ b i ，a 1 ，z ，+ b i ，a z ，+ b = 二= o 二= 三兰上= 二一 厶c + d 1 2 c 1 2 z + d 1 2 c z + d 式( 2 1 6 ) 采用a b c d 参数： k = 彳+ b 2 = 彳+ 曰了v 2 式( 2 1 7 ) 由此可求得电压传递函数为：卜v 巧2 = 彳+ 1 互。而z l 式( 2 - 1 8 ) z 环路的插入损耗是指在有环路情况下传递到负载的功率和在无环路情况下传 递到负载的功率的比率。插入损耗通常用d b 来表示。其定义为： i l = 1 0 1 0 9 ( ) i ：1 0 1 0 ) v d z ： z l ( a z + 曰+ z g ( c z + d ) ) 2 瑶z ； z ( z g + z ) 2 础- 。9 0 坐掣i ) 式( 2 - 1 9 ) 该插入损耗表达式，将用于计算v d s l 2 系统在各种环路上的性能。 2 2v d s l 2 测试环路 v d s l 2 标准中定义了8 种测试环路v d s l 20 v d s l 27 t t 。每种测试环路 都定义了所使用的双绞线的类型、长度，以及桥接抽头的位置等参数。在实际测 试中通常使用v d s l 20 ，v d s l 22 ，v d s l 23 和v d s l 24 ，因此本文只研究这4 种环路，见图2 3 。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， 另一端悬空。在美国大约有8 0 的环路上有桥接抽头，有些环路上甚至有几个桥 第二章v d s l 2 系统性能研究与仿真 9 接抽头。图2 3 中的参数在表2 2 中给出。 表2 2 测试环路的长度规定 变量 短距离 中距离长距离 z ( v d s l 2 )1 5 0 0 f t ( 4 5 7 2 m )3 0 0 0 i 危( 9 1 4 4 m )4 5 0 0 1 r ( 1 3 7 1 6 k m ) u ( v d s l 2 3 )1 5 0 0 i r3 0 0 0 f t4 5 0 0 f t v ( v d s l 2 4 )1 5 0 0 f l3 0 0 0 r4 5 0 0 f t v i ) s l o 非回路 6 5 f t ( 2 m ) 2 4 规格 z ( f t ) # 2 4 规格空架线2 5 0 ( f t ) 扁平线 。准恩! 。- ( - 一 扁平配线 一 增嬲绋竺竺! 竺l o 竺竺l 增强型配线 u v d s l 4 带桥接抽头 15 0 f t 1 5 0 f t # 2 4 规格 # 2 4 规格 图2 - 3v d s l 2 测试环路 2 3v d s l 2 系统干扰分析和建模 v d s l 2 系统受到的干扰主要有五种【1 8 】【2 0 】f 2 3 】：背景噪声、串音干扰、无线电电 磁干扰、脉冲噪声干扰和电话业务的干扰。 2 3 1 背景噪声 背景噪声是由接收机产生的热噪声，通常包括白噪声和色噪声两种。一般假 定背景噪声中的白噪声是加性高斯白噪声，功率谱密度为1 4 0 d b m h z 。而背景噪 声中的色噪声可以用功率谱模板描述其功率谱密度，图2 4 和图2 5 给出了a 类和 b 类色噪声的p s d 模板图。从图中可以看出：色噪声的水平总是不低于 1 4 0 d b m h z 。因此，v d s l 2 信道中的背景噪声，可以是白噪声或色噪声中的一种； 因为色噪声中已经考虑了白噪声的因素，所以在有色噪声的背景下，不用再考虑 白噪声的影响。 v d s l 2 技术研究与麻j i 口日 2 、串扰的功率谱密度和串扰方程 线间串扰的表达式 f e x t 和n e x t 可以用以下传递函数描述： h f 盯( ，) = k ，研，2 e 山上= 芹见盯，2 h 舳叫( 门j 3 工 h 一舻龟游= 杀喝 式( 2 2 0 ) 上面两式中，k 删，和丘斛，均为常数分别表示n e x t 和f e x t 的系数；l 为双 第二章v d s l 2 系统性能研究与仿真 绞线的长度；a ( f ) 为双绞线的传输衰减因子；凡删( ) 为双绞线环路的传递函数。 串扰可视为一个干扰源信号通过一个传递函数为日脚( 厂) 或日聊( 厂) 的线性 系统，所得到的输出信号，如图2 8 ，2 9 所示。因此，串扰信号的功率谱与干扰 源信号的功率谱，以及串扰传递函数有关。 广_ 干扰源功率叫k e 耵弼卜斗n e x t 功率 i 。一j 图2 8 n e x t 的简单模型 厂 干扰源功率叫酬驯。厂z 卜斗f e x t 功率 1一 图2 9 f e x t 的简单模型 串扰方程 根据图2 8 和图2 9 ，一条双绞线所受串扰的一般表达式如下【2 3 】： p s d 触= 【干扰源p s d i n e x t f e x t 方程p 干扰数】 式( 2 2 2 ) 串扰方程由干扰源的p s d ，n e x t 或f e x t 传递函数以及串扰源的数量组成。 n e x t 和f e x t 的功率谱密度为： 邢d 脚= p s d 干扰源( 8 8 1 8 x 1 0 4 ) f 1 5 ( n 4 9 ) o 6 式( 2 - 2 3 ) 册飕耵= p s d 干扰源x ( 8 x l o - 2 0 ) f 2 i h 2 l x ( n 4 9 ) 吼6 式( 2 - 2 4 ) 上式中，8 8 1 8 1 0 1 4 和8 1 0 枷分别是k 脚和k 肿的经验值；n 是干扰源的数量； 4 9 表示在一束双绞线线缆内，有5 0 对双绞线，因此存在4 9 个干扰源。( n 4 9 ) o 击中 的幂次0 6 ，表示多个干扰源的功率不是线性叠加。这是因为各个串扰功率都是按 9 9 的最坏情况设置的，如果直接累加，结果会比实际情况差很多。 以上方程只适用于同类型的串扰源。如果存在多种串扰源，要用上述方程对不 同类型的串扰分别计算，并采用相应干扰源的p s d 以及干扰源的数量。当存在多 个干扰时，总的串扰不是各个串扰值的简单叠加，原因同上所述。对于有多个不 同串扰源的情况，通常按照f s a n ( f u l ls e r v i c e a c c e s s n e t w o r k s ) 提供的模型进行 计算：觋= 阵趔e 珞厂 其中p s d ，是指第i 种干扰源的p s d ，一是第i 种干扰源的数量。 3 、p s d 模板与频谱兼容性问题 频谱兼容性的概念 由串扰方程2 2 2 可以看出：串扰的大小与串扰源的功率谱密度密切相关，而 这些串扰源就是各种类型的x d s l 。为了减小串扰对x d s l 的干扰，就要对各种 x d s l 的发射p s d 进行适当的限定。对各种x d s l 的p s d 进行限定的问题，实际 上就是各种x d s l 业务的频谱兼容性问趔3 9 1 。在x d s l 频谱兼容性中有一个重要原 1 2v d s l 2 技术研究与应用 则【3 8 】：新出现的x d s l 业务的p s d 大小，要不影响原有x d s l 在设计时所假设的 s i n zf 型1 伊哳砉督。南 北2 6 ) 其中厶= 8 。抛，l d b = 8 0 k h z ，k 删= 石5 百v 2 ，v _ 2 5 v ，r _ 1 3 5q 。 ，眢。窃 g * f o = 3 9 2 抛，f 3 d b = 1 9 6 抛，k 一= 吾百v 2 ，v = 2 7 v , r = 1 3 5q 。 ( 3 ) t 1 的p s d t 1 的p s d 记作s 脚例，其表达式如下： c 伽毪2 f ，t 厂1 8 1 弋i j s i n 恸窃南加2 8 ) 其中吼= 1 0 0 f l ，f o = 1 5 4 4 m h z ，v = 3 6v 。 ( 4 ) a d s l 的p s d a d s l 标准g 9 9 2 1 中，根据不同的应用场景定义了不同的p s d 模板，详细的 p s d 模板请参考标准。表2 3 给出常用的a d s lo v e rp o t s 的p s d 模板【2 1 ，作为 本文仿真时使用的p s d 模板。 ( 5 ) a d s l 2 的p s d 第二章v d s l 2 系统性能研究与仿真 a d s l 2 标准g 9 9 2 3 中，根据不同的应用场景定义了不同的p s d 模板，详细 的p s d 模板请参考标准。本文仿真时使用a d s l 2o v e rp o t s 的p s d 模板【3 1 ，如 表2 3 所示。 表2 3a d s l a d s l 2o v g i p o t sp s d 模板 上行p s d下行p s d 频率l 【h z p s d d b m h z 频率k h z p s d d b m h z o9 7 509 7 。5 49 2 549 2 5 2 5 8 7 5 3 4 58 07 2 5 1 3 8 3 4 51 3 8 3 6 5 3 0 7 9 01 1 0 4 3 6 5 1 2 2 19 03 0 9 3 9 0 1 6 3 0 1 1 0 4 5 4 51 1 0 ( 6 ) a d s l 2 + 的p s d a d s l 2 + 标准g 9 9 2 5 中，根据不同的应用场景定义了不同的p s d 模板，详细 的p s d 模板请参考标准。下表2 4 给出常用的a d s l 2 + o v e rp o t s 的p s d 模板【4 1 ， 作为本文仿真时使用的p s d 模板。 表2 4a d s l 2 + o v e rp o t sp s d 模板 上行p s d下行p s d 频率1 【h zp s d d b m h z频率k n zp s d d b m h z 01 0 1o1 0 l 4- 1 0 l41 0 l 49 649 6 2 5 8 7 53 88 07 6 1 3 83 81 3 84 7 7 2 2 9 69 21 3 84 0 6 8 61 0 01 1 0 44 0 1 4 1 l- 1 0 01 6 2 25 0 1 6 3 01 1 02 2 0 8。5 1 3 2 5 0 06 2 9 3 0 0 1 5 8 3 5 3 1 7 5 1 0 0 4 5 4 51 1 0 ( 7 ) v d s l 2 的p s d v d s l 2 技术研究与应j v d s l 2 使用的频带范围高达3 0 m h z ，v d s l 2 的标准g 9 9 32 中对各种应用场 景的p s d 模板进行了详细的规定。本文仿真中使用的p s d 模板为：b a n d p l a n9 9 7 p s d m a s k ：b 7 - 1 0 ，b 7 9 - b 7 - 5 ；b a n d p l a n9 9 8p s d m a s k , b 8 - 1 6 ，b 8 1 1 ，b 8 - 4 。 由于b 7 9 和b 7 5 ，是b 7 - 1 0 的一部分；b 8 一1 1 ，8 8 - 4 是b 8 1 6 的一部分因此本 文仅给出b 7 1 0 和b 8 1 6 的p s d m a s k ，如图2 1 0 和2 1 1 所示。其他p s d m a s k 请 参考标准。 嘲2