（通信与信息系统专业论文）vdsl系统的设计与实现.pdf

摘要 随着通信和i n t e m e t 的飞速发展，v d s l 技术正成为通信领域的研究重点。 本文阐述了一种基于i n f i n e o n 公司的1 0 0 0 b a s e s 的芯片组结构的两级交换控制的 v d s l 系统。文章首先简述了v d s l 技术的特点，深入的阐述了r e e d - - s o l o m o n 编码技术以及q a m d m t 调制技术。接着，介绍系统的总体硬件设计及其工作 流程，并着重论述硬件系统的四个重要组成部分的设计，包括二三层交换的主 控制板，用户接入控制板，环境监控板和用户侧设备板。然后，描述了主控制系 统和用户板控制系统的软件功能，结构和流程。最后，对整个v d s l 系统的性 能和功能进行测试，并和相应的v d s l 国家标准进行比较。 在系统设计中，采用q a m 调制方式的1 0 0 0 b a s e s 的芯片组作为用户板接入 设备和用户侧设备的v d s l 物理层接入芯片，l s i 公司的l 6 4 3 2 4 作为第一级的 二层交换控制，s w i t c h c o r e 公司的c x e l 0 0 0 和m o t o r o l a 公司的m p c 8 6 0 作为第 二级的二三层交换控制。其中，使用c p l d 控制器完成主控制板和用户板的带 外管理通道。在利用w i n d r i v e r 公司的t m s 整体框架，自主开发完成了主控制 板和用户控制板的两套软件体系。本设计通过高质量的线路设计和稳定的软件处 理，达到了v d s l 国家标准的各项性能要求、功能要求和管理要求。 关键词：v d s l ，r e e d s o l o m o n ，q a m ，t m s ，c p l d a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to ft e l e c o m m u n i c a t i o na n di n t e m e t ，v d s l t e c h n o l o g y i sb e c o m i n gar e s e a r c hf o c u si nc o m m u n i c a t i o nf i e l d av d s ls y s t e mo ft w o l e v e l s w i t c hb a s e do n1 0 0 0 b a s e sc h i p s e ti n f i n e o nc o m p a n yi sd i s c u s s e di nt h et h e s i s f i r s t l y t h e f e a t u r e so fv d s lt e c h n o l o g yw a si n t r o d u c e d g e n e r a l l y a n dt h e r e e d - s o l o m o nc o d i n gm e t h o da n dq a m d m t m o d u l a t i n gt e c h n o l o g ya r ed e p i c t e d i nd e t a i l t h e n s e c o n d l y , t h ea r c h i t e c t u r eo f h a r d w a r ea n do p e r a t i o nm e c h a n i s mo f s y s t e ma r ed e s c r i b e d ，t h ef o c u si s o nt h ed e s i g no fs u b s y s t e mc o m p r i s e do fl 2 t 3 m a i nc o n t r o lb o a r d ，b s e fa c c e s sb o a r d ，e n v i r o n m e n td e t e c t i n gb o a r da n dc p eb o a r d t h i r d l y ，t h es o f t w a r ef u n c t i o n , a r c h i t e c t u r ea n dp r o c e d u r eo fm a i nc o n t r o lb o a r da n d u s e rc o n t r o lb o a r dw e r eg i v e n f i n a li st h ec a p a b i l i t ya n df u n c t i o nt e s t i n go f t h ew h o l e v d s l s y s t e m w i t ht h ec o m p a r i s o nt ot h er e l a t i v ev d s l s p e c i f i c a t i o no f c h i n a i nt h es y s t e md e s i g n ，1 0 0 0 b a s e sc h i p s e tb a s e do nq a mm o d u l a t i o nt e c h n o l o g y a r es e l e c t e da st h ev d s l p h y s i c a ll e v e la c c e s ss o l u t i o no f u s e r c o n t r o lb o a r da n dc p e b o a r d t h el 6 4 3 2 4o f l s is e m ii st h ec o n t r o lc h i po f l 2s w i t c hc o n t r o l l e r c x e l 0 0 0 o fs w i t c h c o ma n dm p c 8 6 0o fm o t o r o l aa r eu s e df o rt h ec e n t r e lo fl 2 3s w i t c h c p l dc o n t r o l l e ri sr e s p o n s i b l et ot h ec o n t r o lo f t h eo u t s i d eb a n d m a n a g e m e n t c h a n n e l b e t w e e nm a i nc o n t r o lb o a r da n du s a rc o n t r o lb o a r di nt h ed e s i g n l et w op a r t so f s o f t w a r es y s t e ml o c a t e di nm a i nc o n t r o lb o a r da n du s e rc o n t r o lb o a r da r ec o m p l e t e d i n d e p e n d e n t l yb ym e a n so ft h et m st o t a l f r a m eo fw i n 诹i v e t p r o f i tf r o mt h e h i 曲- q u a l i t ys c h e m a t i cl a y o u td e s i g na n ds t e a d ys o f t w a r ed e s i g n ，t h es y s t e ms a t i s f i e d t h ev d s ls t a n d a r do fc h i n ai ne v e r ya s p e c to fs y s t e mf u n c t i o n ，c a p a b i l i t ya n d m a n a g e m e n tr e q u i r e m e n t s 关键词：v d s l ，r e e d - s o l o m o n ，q 舢订，t m s ，c p l d 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处岁 ，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得云洼盍堂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。 学位论文作者签名：刁秀武 签字日期：洳，垆年，月f 。曰 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼太堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：、p 慈认 导师签名：龟新i z 考 签字日期：抽。蛑月，o 日签字日期：扫牛年f 月，o 日 第一章绪论 第一章绪论 i n t e r n e t 的迅速发展已经改变了我们工作和生活，它的持续发展使用户对接 入服务提出了更高得要求。耳前互联网上许多新的应用已经可以提供大量的视听 应用和全新的交互式三维应用，而这些是不能在传统的低速接入技术上实现的， 如今，我们需要的是宽带接入。宽带接入网使用率稳定而快速的增长，将促进以 宽带网络为基础的产业的发展，还能向我们提供全面的数据和多媒体服务。 v d s l 最大限度地利用了现有的线路资源，并保护了客户的原有投资，为用户 提供高速的i n t e r n e t 接入服务支持各种增值服务如：v o d a o d 、v o i p 、远程教育、 网络游戏、金融信息、社区电子商务等。 我们自主研发的v d s l 宽带接入系列产品是符合中国市场特点的宽带接入产 品，将在中国市场具有非常好的应用前景。 第一节方便灵活的x d s l 技术 目前有多种方案可以解决宽带接入的问题，例如基于p s t n 的接入技术：x d s l 技术、h o m e p n a 和b - i s d n ；基于光纤的接入技术：e t h e r n e t 接入和f t t h ；基于无 线的接入技术：l m d s 和v s a t ；基于同轴电缆的接入技术h f c 等。而其中，基于 p s t n 的x d s l 技术是一种比较成功和成熟的技术。 d s l 是英文d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e 的缩写。目前存在有b d s l 、s d s l 、v d s l 、 a d s l 与r a d s l 等多种不同类型的d s l 接入技术。为了方便起见，人们常常把这些 d s l 技术统称为“x d s l ”技术。这些d s l 接入技术的基础系统架构与原理基本上 是相似的，所不同的只是这些技术在信号传输速率与距离、具体实现方式及上、 下行速率的对称性等方面有所区别。 x d s l 得到广泛的重视和应用的原因是它利用了全世界最普遍的介质电 话线来达到宽带应用所要求的速度。所以，用户无须更换现有的基本介质就能获 得宽带的业务，因此可以极大地保护以前的巨额投资。而且，x d s l 技术还可以让 网络服务提供者和用户使用现有的技术实现不同的服务，例如帧中继、a t m 等， 而且能够在同一个平台上支持这些服务，所以x d s l 技术得到了迅速的发展，在接 入网中占有重要的地位。 截至2 0 0 2 年3 月，全世界d s l 用户数达2 3 7 0 万，预计2 0 0 4 年初将上升到 5 0 0 0 万。目前，亚太地区的x d s l 市场非常看好，用户数几乎占全世界用户的一 半，中国将成为另一个大市场，因为铜缆双绞线占中国接入线路的9 3 ，每年还 新增1 4 0 0 万对，是一个巨大的基础设施。 第一章绪论 利用现有电话线的宽带接入技术x d s l 差不多走过了1 2 年历程。到目前为止， x d s l 技术中用得最广泛的是a d s l 。虽然网络经济与电信业的下滑，但宽带接入将 继续向前发展，步伐并没有停下来。因为宽带接入这一瓶颈如果不打开，势必影 响宽带服务与应用的开展，骨干网带宽再宽也没用。 去年，业界人士均认为是我国的宽带年，但是宽带的发展却不尽人意，普及 率依旧不到1 。但是随着中国的八世，以及电信的拆分进一步进行，人们的消费 观念和工作观念肯定会受到巨大的影响。而且我国有不少的城市已经引入了v d s l 接入技术，相信今年中国的宽带市场会有很大改观。x d s l 必将有更好的发展。 第二节宽带接入v d s l 的技术特点 通常来讲，v d s l 的技术有如下特点： i v d s l 技术仍旧在一对铜缆双绞线上实现信号传输，无须铺设新线路或对 现有网络进行改造。安装简单、使用方便。 2 传输速率依赖于传输线的长度，其下行速率可达1 3 5 5 m b p s ，上行速率可 达1 5 1 9 m b p s ，传输距离约为3 0 0 米1 5 0 0 米，比a d s l 技术的传输距离稍短。 但f t t c 和f t t b 得到广泛的应用后，v d s l 就可以大量用于大楼内部办公室或者小 区家庭间的连接。 3 v d s l 技术采用q a m 和d m t 两种调制技术之一。由于q m 调制技术成熟， 芯片的设计和生产简单，目前更多的i c 制造商选择了这种调制方式。由于传输距 离的缩短，那么传输码元之间的干扰则会大大减小。能够大大地简化对数字信号 处理要求，还能够克服a d s l 技术的选线率低、速率不稳定等问题。所以成本与 a d s l 系统相比可以大大地降低。 4 v d s l 技术和以太网技术相结合。阻太网技术也是一种具有极其强大优势 的技术。性能价格比高、高度灵活、相对简单、易于实现的诸多特点使得以太网 技术成为当今最重要的一种局域网建网技术，在数据网络中得到了最为广泛的应 用。以太网的帧格式和i p 数据格式是致的，用以太网传输i p 数据业务，中间 没有任何格式转换问题，因此以太网接入能够与i p 网实现无缝结合，而且还具有 优良的可扩展性，这种方案使用户具有高速接入、平滑升级的能力，网络运营商 也可以降低施工建设和运行维护的成本。我们可以肯定，基于以太网技术的宽带 接入网将在以后的宽带i p 接入中发挥重要作用。 5 v d s l 技术为个每用户提供固定的、独占的保证带宽，而且完全可以保证 用户发送数据的安全性。同时，该方案还能够方便运营商的计费，解决了以往以 太网的管理和计费比较复杂的问题。 6 在目前已有的产品中，三个技术标准和两种调制技术并存，同时存在兼容 第一章绪论 a d s l 与否，网管功能从无到非常强大，上下行对称与否的传输速率各异的设计。 7 从技术标准来讲：v d s l 技术的标准并没有完全统一，9 9 7 、9 9 8 和c t s i 波 段分配差别很大；现有的d m t 技术与0 a h i 技术也不能兼容d m t 和q a m 这两种调制 技术在v d s l 使用中的竞争的同时，d m t 在h a n d s h a k i n g 进程方面傲出了比较大的 更改并且提出了z i p p e r v d s l 技术，q a m 在进行调制效率和技术难度方面的权衡； i n f i n e o n 、m e t a li n k 和a c t e l 三大v d s l 主供应商的芯片不兼容； 8 从技术参数来讲：目前已有的产品端口数、传输距离和性能都有待提高， 网管功能要求进一步丰富和强大； 第三节v d s l 的应用和市场 v d s l 技术完全可以提供传统的x d s l 的所有通用业务： i 通过高速数据接入业务功能，用户可以快速地浏览i n t e r n e t 上的信息，收 发电子邮件，上传下载文件。 2 通过视频点播业务功能，用户可以在线收看影视，收听音乐，同时还可以 进行交换式的在线游戏点播。尤其是视频业务功能，将是有线电视的强有力的挑 战者，因为用户只会选择物美价廉的方案，所以v d s l 技术将会是其首选。 3 通过家庭办公业务功能，用户可以高速接入公司的内部网络，蠢阅公司的 信息，参加公司内部会议，完成工作。由于上、下行的速率很快，所以用户根本 不用担心耽误工作业务。 4 通过远程业务功能，用户可以通过网络接收异地实时教学，医院可以通过 网络完成异地医疗会诊，用户也可以通过网络完成购物等等。 但是，从市场推广来讲：a d s l 和v d s l 的同时使用，使电信部门难以选择， 而且目前不能证明v d s l 是接入网用户最好的选择：目前国内市场中有不少的厂家 提供了带有v d s l 接入功能的设备。这些方案都是结合了v d s l 技术和以太网技术 的产品，这将是接入网整个业界最有前途的宽带接入技术之一。 第四节本文的结构 第二章从q a m 和d m t 两种调制方式入手，阐述v d s l 系统的设计原理和设计思 路，并简要介绍了v d s l 的i t u 标准和我国的标准。 第三章介绍系统的总体硬件设计及其工作流程，并着重论述硬件系统的主控 板m c b 和用户板u l b 和用户端c p e 板三个重要组成部分的设计。 第四章阐述整个v d s l 系统的软件的功能，结构和流程。 第五章根据v d s l 的标准，对进行v d s l 整个系统的测试并给出了测试结果。 由于本人水平有限，论文中难免有错误和不足之处，望各位老师不吝批评指 第一章绪论 正。 下面列出本章所提到的缩写词语 d s l ： d s l c o ： d s l c p e i s d n ： b i s d n ： h d s l ： a d s l ： v d s l ： r a d s l ： s d s l ： i d s l ： f e c ： r s ： a d c ： d a c ： q a m ： d m t ： a t m ： p t m ： h p f ： l p f ： p o t s ： p s t n ： p 仰： p s d ： f d d ： t d d ： o s b ： v t u 一0 ： d i g i t a s u b s c r i b e rl i n e 数字用户线 d s lc e n t e ro f f i c ed s l 系统的局端 d s lc u s t o m e rp r e m i s e se q u i p m e n td s l 系统的用户端 i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a ln e t w o r k 综合业务数字网 b r o a di s d n 宽带综合业务数字网 h i 曲一b i t r a t ed i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e 高比特率数字用户线 a s y m m e t r i cd i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e 非对称数字用户线 v e r y h i g h 。b i t l r a t ed i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e 甚高速称数字用户线 r a t ea d a p t i v ea d s l 速率自适应非对称数字用户线 s y m m e t r i cd i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e 对称数字用户线 i s d nd s li s d n 数字用户线 f r o n te r r o rc h e c k 前项纠错 r e e d s o l o m o n 里德一所罗门编码 a n a l o gd i g i t a lc o n v e r t e r 模数转换器 d i g i t a la n a l o gc o n v e r t e r 数模转换器 q u a d r a t u r ea m p li t u d em o d u l a t i o n 正交振幅调制 d i s c r e t em u l t i p l e xt o n e 离散多频音调制 a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e 异步传输模式 p a c k a g et r a n s f e rm o d e 分组传输模式 h i g hp a s sf i i t e r 高通滤波器 l o wp a s sf i i t e r 低通滤波器 p l a i no l dt e l e p h o n es e r v i c e 传统话音服务 p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k 公用电话网 p h y s i c a lm e d i ad e v i c e 物理媒质相关子层 p o w e rs p e c t r u md e n s i t y 功率谱密度 f r e q u e n c yd i v i s i o nd u p l e x i n g 频分复用 t i m ed i v is i o nd u p l e x i n g 时分复用 o u t p u ts i g n a lb a l a n c e 输出信号平衡 v d s lt e r m i n a t i o nu n i to f f i c ev d s l 终端单元一局端 4 第一章绪论 v t u r ： v d s l c 0 ： v d s l c p e m c b ： u l b ： b p b ： c a b ： f c b ： g e f ： g e c ： v d s l d ： v d s l - a ： v d s l l ： l a n ： l t ： n t ： r t o s ： m c s ： u c s ： n m s ： v l a n ： c l i ： s n m p ： d b c p ： p p p o e ： b s p ： s t p ： i d b ： s s p ： b p s ： n p t ： t m s ： s e n s v d s lt e r m i n a t i o nu n i tr e m o t ev d s l 终端单元一远端 v d s i 。c e n t e ro f f i c ev d s l 系统的局端 v d s lc u s t o m e rp r e m i s e se q u i p m e n tv d s l 系统的用户端 m a i nc o n t r o lb o a r d 主控板 u s e rl i n kb o a r d 用户板 b a c kp a n e lb o a r d 背板 c o n t r o la 1a r mb o a r d 监控报警板 f a nc o n t r o lb o a r d 风扇控制板 f i b e rg i g ae t h e r n e tb o a r d 光口千兆上行板 c o p p e rg i g ae t h e r n e tb o a r d 电口千兆上行板 v d s l - d a t a t r a n s c e i v e rv d s l 的数据收发器 v d s l a n a l o gf r o n te n dv d s l 的模拟前端器件 v d s l - l i n ed r i v e rv d s l 的线路驱动器 l o c a la r e an e t w o r k 局域网 l i n et e r m i n a t i o n 线终端 n e t w o r kt e r m i n a t i o n 网络终端 r e a l t i m eo p e r a t i n gs y s t e m 实时操作系统 m a i n - b o a r dc o n t r o ls y s t e m 主控板系统软件 u s e r - b o a r dc o n t r o ls y s t e m 用户扳系统软件 n e t w o r k i n gm a n a g e m e n ts y s t e m 网络管理系统 v i r t u a ll o c a la r e an e t w o r k 虚拟局域网 c o m m a n dl i n ei n t e r f a c e 命令行接口 s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l 简单网管协议 d y n a m i ch o s tc o n t r o lp r o t o c o l 动态主机控制协议 p o i n t t o p o i n tp r o t o c o lo v e re t h e r n e t 基于以太网的点对点协议 b o a r ds u p p o r tp a c k e t 板支持包 s p a n n i n gt r e ep r o t o c o l 生成树协议 i n f o r m a t i o nd a t ab a n k 信息数据库 s w i t c h c h i ps u p p o r tp a c k e t 交换套片支持包 b i tp e rs e c o n d 比特每秒 n e t w o r kp o r tt r a n s l a t e 网络端口转换 t o r n a d of o rm a n a g e ds w i t c h e s 可管理式交换机开发包 s c a l a b lee n h a n c e dn e t w o r ks t a c k 5 第二章v d s l 系统的原理和标准 第二章v d s l 系统的原理和标准 第一节v d s l 系统的基础 1 v d s l 系统的基本原理 1 1d s l 技术简介 在各种d s l 技术中，最先出现的是窄带综合业务数字网，紧随其后的是高比 特率数字用户线h d s l 技术，然后又有了非对称数字用户线a d s l 、甚高比特率数 字用户线v d s l 和自适应非对称数字用户线r a d s l 等铜线技术。 所有的x d s l 技术类型，例如a d s l 、s d s l 和i d s l ，都位于o s i 参考模型的物 理层。d s l 仅仅是一种相对比较高级的调制解调技术。从用户端发来的数据在给 送到物理铜线环路以前被提交给用户端的d s lm o d e m 进行调制。位于局端的c o 设备对进来的信号进行解调，并根据传输层来进行必要的交换。 为了理解d s l 是如何进行连接的，我们必须先了解d s l 网络的各个模块。d s l 接入网络模块图，如图2 - 1 所示。 图2 一ld s l 接入网络模块图 对于任何d s l 的连接，都需要在用户端有一个d s lm o d e m ，我们称之为d s l c p e 端，在电话局端d s l - c o ，安装了一个数字用户环路接入复用器d s l a m ，它里面包 含有许多与用户端d s l - c p e 相对应的d s l m o d e m 对用户传来的调制信号进行解调。 在图2 - 1 中的分离器是一种可以从普通的模拟语音信号里区分d s l 数据的设 备。通过使用分离器技术以及使用更高频谱的d s l 技术，使得在相同的铜线上同 时传送普通模拟语音信号和d s l 数据信号成为可能。如果模拟语音信号和d s l 升 级信号共同使用同一根铜线的话，那么分离器需要在用户端d s l c p e 和局端 第二章v d s l 系统的原理和标准 d s l c o 同时使用。 在局端d s l c o 内部，当从用户端收到。个信号时，p o t s 分离器会把语音信号 送入一个d s l c o 内部的电话交换机上，从而把数据信号送到d s l a m 中的d s lm o d e m 上，然后d s lm o d e m 会对数据信号进行解调。d s l a m 通过帧中继或者a t m 协议， 进行必要的交换以把数据传送向晟终目的地。 这里要特别注意的是：上行数据流是指从用户端d s l c p e 到局端d s l c o 方向 的数据流：下行数据流是指从局端d s l c o 到用户端d s l c p e 方向的数据流。 1 2 铜线接入网的性能损伤及对策 1 2 1 衰减和群延时 双绞线在相对比较高的频段，例如l o o k t l z 1 0 0 0 k h z 的时候，传输衰减几乎 达到5 0 1 l o d b 。这一点并不奇怪，原来的双绞线是为传电话语音设计的，其频 段为3 0 0 3 4 0 0 h z ，在该频段内衰减极低，高频段衰减就非同小可了，d s l 系统必 须能够妥善补偿这么大的信号损失。其次，高频端的群延时大约在一1 0 0 d b 左右， d s l 系统通常用时域和频域均衡器进行群延时的补偿。 i 2 2 微断 当铜缆质量不佳或者由于机械应力和腐蚀造成质量下降时，双绞线在机械振 动时会在连接点产生短时间的瞬态断离，持续时间为若干毫秒，从而形成所谓的 微断现象。d s l 体系应该具有自适应机制而能完全经受微断，不会对传输产生影 响。 i 2 3 腐蚀形成的电阻 腐蚀对于铜线是不可避免的，腐蚀会引起很小的泄漏电流，相当于双绞线上 或者支线与地之间并连了一个分路电阻，从而引起信号的传输损伤。d s l 系统的 自适应机制可以对这些变化进行自动适配。 1 2 4 自串音 在同一用户电缆中，相邻的双绞线对之间会有串音干扰。由于用户侧发送机 工作频率远远低于交换机侧发送机的频率，因而来自其他线对上的d s l 系统的近 端串音不是主要问题，而远端串音影响较大。d s l 的回波消声技术可以进行补偿。 1 2 5 脉冲干扰 脉冲干扰是d s l 系统重要的干扰源，可能的来源有电话的振铃信号和大功率 的电源切换，其他尚有多种不明原因的干扰。为了防止脉冲干扰造成的误码，d s l 系统大多采用r e e d - - s o l o m o n 前向纠错f e c 码，效果比较好。 1 3v d s l 简介 v d s l 是一项新型的技术，重要计划在面向用户的下行方向上以高达5 2 m b p s 第二章v d s l 系统的原理和标准 的速率进行数据传输。v d s l 仍然没有标准化，但是美国a n s i 和欧洲u t s i 的标准 化组织正在努力地使这项技术标准化，我国目前也有一个相对正式的v d s l 的标 准。 v d s l 分为两种类型：对称和非对称，这是它和a d s l 之间的关键区别之一。 在较短的距离内，v d s l 相比a d s l 的8 m b p s ，可以提供高达5 2 m b p s 的下行速率。 v d s l 的非对称方式在上行速率上可以提供的数据速率较低，大约是1 5 m b p s 到 2 3 m b p s 。在较短的距离上，v d s l 的速率可以达到a d s l 的3 到5 倍。在较长的距 离上，v d s l 的速率可以达到a d s l 的2 到3 倍，但不管怎样，v d s l 所能达到的距 离总是比a d s l 短。 从原则上讲，v d s l 系统可以使用的频谱为1 i m h z 到3 0 m h z ，但按照目前的频 率方案最高只被规定为1 2 m h z 。由于受到物理性能的限制，主要是双绞线的高频 衰减的限制，对于v d s l 来说，其高速率相应的传输距离是有限的，所以v d s l 般在短于1 5 k m 的环路上运行。 2 x d s t 技术参数的对比 表2 - 1 中列出了目前常见的几种d s l 系统的参数对比。 表2 - 1x d s l 技术参数对比袁 d s l 技术i d s l h d s la d s lv d s l 对称性对称对称不对称对称不对称 传输速率 对称1 2 8 k对称2 m 下行：8 m 对称：1 2 5 2 m 不对称： ( b p s )上行：7 6 8 k 下上行：5 2 m 6 m 使用频段 o 0 1 2 m h z0 1 8 m h z4 0 k 1 1 m h zo 9 m 1 2 h i h z 传输距离 7 k m5 k m3 6 k m0 3 1 5 k m 电话线对 1211 支持p o t s否否是是 第二节v d s l 系统的编码 v d s l 系统中，调制采用前向纠错技术进行误码的防治和消除，前项纠错技术 f e c 把冗余加到将被传输的数据上，通常该冗余只是实际被传送有效负荷的一部 分。前项纠错技术的功率通常使用术语“编码增益”来描述。用于d s l 前项纠错技 第二章v d s l 系统的原理和标准 术的一种合理编码增益为误比特率在1 0 1 时的3 d b 功率。换句话说，添加f e c 到系 统中使得系统性能在编码前后没有发生变化，但是系统的发射功率为编码前的2 倍。在d s l 系统中通常使用的前项纠错技术只有两种，最常用的是r s 循环分组码。 但是，f e c 编码不能解决字符串比较长情况下的错误，例如当双绞线上突然出现一 个瞬变的尖峰信号时，f e c 编码就没有办法纠错。所以，此时采用交织技术展开码 字，这样突发错误也被展开。交织产生在前项纠错模块和发射机的调制模块之间， 在接收端再进行交织的译码。在本节将重点描述r s 码和交织技术。 1 b o h 码 b c h 码是循环码中的一个重要子类，它具有纠多个随机错误的能力，b c h 码有 严密的代数结构，是目前研究得最为透彻得一类码。它得生成多项式g ( d ) 与最小 码之间有密切的关系，人们可以根据所要求的纠错能力f ，很容易地构造出b c h 码。它们的译码也比较容易实现，是线性分组码中应用最普遍的一类码。 2 r s 码 2 1r s 码的编码 r s 码是里德一所罗门码( r e e d s o l o m o n ) 的简称，它是一类非二进制b c h 码， 在( 月，k ) r s 码中，输入信号分成k m 比特一组，每组包括 个符号。每个符号由m 比特组成，而不是二进制b c h 码中的一个比特。 一个纠t 个符号错误的r s 码有如下参数： 码长 信息段 监督段 最小码距 h = 2 ”一l 符号 k 符号 n k = 2 t 符号 d = 2 t 十1 符号 或m ( 2 ”一1 ) 比特 或o n 比特 或m ( n k ) 比特 或m ( 2 t + 1 ) 比特 r s 码特别适台于纠正突发错误。它可以纠正的错误图样有： 总长度为b l = “一1 ) m + l 比特的单个突发： 总长度为6 ：= 0 1 ) m + 3 比特的两个突发； 总长度为b l = ( f 一1 ) m + 2 i 一1 比特的f 个突发 对于一个长度为2 ”一1 符号的r s 码，每个符号都可以看成是有限域g f ( 2 ”) 中 的一个元素。最小码距为d 符号的r s 码的生成多项式具有如下形式： 第二章v d s l 系统的原理和标准 g ( d ) = ( d + 口) ( d + 呼2 ) ( d + 口扛1 ) ； 公式( 2 - 1 ) ： 这里，口。是g f ( a ”) 中的一个元素。 2 2r s 码举例 在这里我们举例，构造一个能纠正3 个错误符号，码长为1 5 ，m = 4 的r s 码。 求出生成多项式。 由r s 码参数可知，该码的码距为7 个符号，监督段有6 个符号。因此，该码 为( 1 5 ，9 ) r s 码，生成多项式为： g ( d ) = ( d + 口) ( d + 口2 ) p + 4 3 ) ( d + 口4 ) p + 口5 ) ( d + 口6 ) = d 6 + a t m d 5 + a 1 4 d 3 + “6 d 2 + 口9 d + 口6公式( 2 - 2 ) ： 从二进制码的角度来看，这是一个( 6 0 ，3 6 ) 码。 r s 码的编码过程与b c h 码一样，也是除以g ( d ) ，同样可以用带反馈的移位寄 存器来实现。不同的是，所有数据通道都是m 比特宽，即移位寄存器为t n 级并联 工作。每个反馈连接必须乘以生成多项式中的相应系数。编码器如图2 2 所示。 与a7 的相乘可以用( 2 ”m ) 的r o m 查表法实现。 图2 - 2r s 码编码器框图 2 3r s 码的译码 r s 码的译码过程也大体上与纠t 个错误的彼得森码相似。不同的是，需要在 找到错误位置后，求出错误值。b c h 译码时只有一个错误徨1 ，现在则有2 ”一1 种可能值。译码的步骤如下； 2 3 1 计算校正子； 2 3 2 确定错误位置多项式： 2 3 3 寻找错误位置； 2 3 4 寻找错误值； 2 3 5 纠正错误。 0 第二章v d s l 系统的原理币j 标准 其中，第四步时b c h 译码中不需要的。 3 交织码 3 1 交织码的原理 交织码是用来纠正实际通信系统中常常出现突发性错误的编码方法。所谓突 发错误是指个错误序列，其首尾均为l ，错误序列的查过浓度成为突发长度。 纠正突发错误的方法通常有两种：一种是采用交织码，即交错码；另一种则是采 用专门为纠正突发错误而设计的纠错码。v d s l 技术中采用的是交织码，这里我们 将着重对交织码进行描述。 我们知道，在水平垂直监督码中将信息码元排列成方阵，然后对行和列分别 进行检验，可以达到检测突发错误的目的。这种方法也同样可以用于纠正突发错 误，因此构造的纠错码常常称为交织码。若将能纠正t 个所及错误的码作为方阵 的行码，i 个行码组构成一个方阵，则这种交织码保证可以纠正f 个突发长度为i 的 突发错误；但若能将纠正b 个突发错误的码作为行，同样用i 个码组构成一个方阵， 则该交织码可以纠正长度为b x i 的突发错误，这里常常把i 称为交织度。 采用循环码构，造交织码时，不必用n i 阵列就能实现编码。 假设交织码每行为( n ，) 循环码，其生成多项式为 g 。( d ) = g ( d ) 公式( 2 - 3 ) ； 它的物理意义是在g ( d ) 的各项之间插入( i - 1 ) 个0 。显然，g ( d ) 能除尽 ( _ d ) “+ 1 = d “+ l ，因而( n f ，k ) 码也是循环码。( n ，k ) 码中每一个码组都在( n f ，蔚) 码 中对应有一个码组，它们有相同的码重，只是各码元相隔i 位。 3 2 交织码举例 在这里我们举例，用生成多项式为g ( d ) = d 3 + d 2 + l 的( 7 ，4 ) 汉明码，构成交 织度为3 的( 2 l 1 2 ) 交织码。求交织码的生成多项式及监督矩阵。 交织码的生成多项式为； g s ( d ) = g ( d 3 ) = ( d 3 ) 3 + ( d 3 ) 2 + ( d 3 ) o = d 9 + d 6 + 1 公式( 2 4 ) ： ( 7 ，4 ) 码的监督矩阵为： r 101110 日= i1110 0l 1 0 11100 p -【 = 1j o o 1 第二章v d s l 系统的原理和标准 ( 2 1 ，1 2 ) 交织码的监督矩阵为 h = 01 0 0 o o o1 00 10 01 00 10 00 10 0l o0 1o 0l 00 10 o1 根据9 3 ( d ) 生成多项式，可以画出( 2 1 ，1 2 ) 交织码的编码器示意图如图2 - 3 所 示，图2 4 同时给出( 7 , 4 ) 码编码器示意图。 3 3 交织码的译码 图2 3 ( 2 1 ，1 2 ) 交织码的编码器示意图 图2 4 ( 7 , 4 ) 汉明码编码器示意图 交织码译码时，必须将码元排列成n f 阵列，然后分别独立地对每行码组进 行译码。 为了进一步提高纠错能力，可以在交错阵列中不仅对每行进行纠错编码，而 且对每列也进行纠错编码，这种形式的交错码称为乘积码。不难看出，若乘积码 o o 1 o 0 o 0 o 1 0 0 o o o o l o 1 o o o o 0 1 o 0 o o o o 1 0 0 1 o o 0 o 1 0 0 1 o o o o 1 0 o 1 0 o o o 1 o o l 0 0 o o l 0 o 1 o 0 0 o o 第二章v d s l 系统的原理和标准 的行码和列码分别能纠正长度不超过岛和b ：的突发错误，则乘积码能纠正长度 6 m a x ( b 。h ：，6 2 月) 的突发错误。这里n 、n ：分别为行码和列码的码长。如果行码 能纠个随机错误，列码能纠t ：个随机错误，则乘积码能纠t 。个长度不超过”：的 突发错误，或者f ：个长度不超过仇的突发错误，并能纠正其他很多种错误图样， 可见乘积码具有很强的纠错能力。 1 q a m 调制技术 第三节v d s l 系统的调制技术 q a m 即正交振幅调制，是用两个独立的基带波形对两个相对正交的同频载波 进行抑南4 载波的双边带调制，利用这种一条信号在同一带宽内频谱正交的性质来 实现两路并行的数字信息传输。q a l 是一种成熟的、规范化的调制技术，它广泛 使用在音频调制解调器和微波无线系统中。 正交振幅调制系统的原理图，如图2 - 5 所示。 图2 - 5 正交振幅调制q a m 系统的原理图 正交振幅调制系统的发射机包括扰频器、从比特到q a m 符号编码器、低通滤 波器、调制器和数模转换器。在接收端