是ITU推出的用于对称数字用户线路(SDSL)的一个新标准,相对于接入网的其它标准来说,该标准具有更好的频谱兼容特性,数据传输更远,功耗更低,性能一致性更高,适合于中小型商业用户以及远距离传输应用。
是对称数字用户线SDSL的新国际标准,它面向双向高速数据传输业务。与早期的方案相比,该标准可以使数据传输得更远、更快,同时改进了与频谱的兼容性。由于SDSL支持相等的双向速率,因而能较好地实现语音和数据的传输。
目前,SDSL系统由高速率数字用户链路(HDSL)发展而来。上世纪九十年代初期,HDSL使用2B1Q调制和双绞线电缆来传送1.544Mbps的T1业务。到目前为止,许多SDSL系统都是专用系统并且在一对双绞线上应用2B1Q调制。某些本地运营商则采用SDSL技术来构建用户网络,但是因为频谱兼容方面的问题以及缺乏标准,本地交换局在开展SDSL业务上犹豫不决。ITU批准后,运营商和设备制造厂商可以采用全球多速率SDSL标准,从而完全消除了运营商的各种顾虑。专门为对称数据传输设计,上行和下行速率都超过2Mbps,本文将对此新标准进行介绍。
在提供语音业务时,功耗是一个值得关注的问题。通信业务管理机构要求,当用户电源出现故障时,设备至少能提供一个语音通路。这就意味着用户调制解调器必须通过双绞线供电。考虑到安全方面的原因,要限制线上电压和电流。
在较长的环路上,一半以上的功耗消耗在电缆的电阻上。由于电缆远端的功率必须在DSL调制解调器、语音编解码器以及电话振铃器之间进行分配,所以必须严格限制调制解调器的功耗。另外,功率预算也限制了所采用的调制方法以及在中采用数字信号处理的程度。
在定义调制方法时,频谱兼容性是另一个关键的考虑因素。在进入接入网时,必须与新的以及现有的业务频谱兼容。接入网目前主要由POTS、ISDN和不断增加的ADSL所组成,而ADSL对于背景噪声特别敏感。该因素限制了在传输中的功率大小。
HDSL2派生
频谱兼容性是新标准的一个重要内容。当速率超过784kbps时,SDSL系统中的2B1Q调制方法会严重影响数据传输。另一方面,ANSI新的HDSL2技术使用了先进的调制和编码技术来限制发射频谱并确保与ADSL之间的频谱兼容性。HDSL2准则包括:HDSL2的传输性能要优于现在大量使用的HDSL业务。然而,HDSL2并不完全适合于接入网,它主要是面向北美的支线网络,该标准利用经调整的功率谱密度(PSD)进行噪声优化。
此外,欧洲的环路条件和噪声环境同世界其它地区的情况有很大的区别,所以要求有不同的调整参数。HDSL2采用信号增强方法将上行频谱中200kHz到300kHz的频域进行增强来克服T1背景噪声。PSD调整的一个结果是信号的峰值/平均值之比(PAR)增大。
随着PAR的增大,线路驱动器的功耗也随之增大。ANSI的HDSL2标准仅定义了单一的速率即1.544 Mbps,当经调整的PSD扩展用于其它的速率时,将可能失去所有的频谱兼容和性能方面的优点。显然,运营商需要一个多速率的解决方案。
解决方案
在评估了所有可能的解决方案之后,ITU决定采用和HDSL2同样的信号调制和数据编码技术。同样也研究了无载波幅度/相位(CAP)调制和离散多音调制(DM)方案,然而从复杂性、性能和传输延时等方面来看,脉冲幅度调制PAM16被证明是最好的解决方案。
大多数HDSL2硅片解决方案都具有灵活的DSP内核。ITU的一个目标就是定义一个标准,在这个标准下HDSL2硅片能够在多种速率应用中被复用。为了最小化功耗,需要简化对信号的调理。
欧洲技术标准学会(ETSI)的TM6委员会同样定义一种多速率的SDSL来满足商业和家庭应用的需要。ETSI希望利用HDSL2已经建立好的基础设施,并且采用瑞利编码和PAM16调制。尽管欧洲和北美具有许多相同的业务要求,但各地区的噪声和环路条件各不相同,因此这两个地区要求的标准也略有不同。最后ITU采纳了ETSI为欧洲环境所做的一些工作,并由此提出了一个符合北美的版本。
的两个附件
与两个地区性附件组成一个基础文件(图1)。该基础文件描述了基本的调制解调器启动和运行。附件A描述了北美地区的传输和性能要求,而附件B则描述了欧洲地区的性能和传输要求。对附件B,ITU采纳了ETSI的SDSL标准草案。附件A采用了ETSI定义的基本PSD,并定义了一套不同的环路条件和性能要求。
基本的PSD如图2所示,与HDSL2相比简单得多,PSD呈平坦的特性并且上行和下行对称。
的发射功率比HDSL2低很多。HDSL2的最大发射功率是16.5dBm,在速率低于2.048 Mbps时发射功率是13.5dBm。达到或者超过2.048Mbps时,发射功率可以增加到14.5dBm。PSD随速率而变化,一个六阶巴特沃斯滚降滤波器将通带以外的噪声迅速衰减并提供与ADSL兼容的频谱特性。
在2.048Mbps速率和最差条件下,能够达到2.4Km的传输距离且能提供6dB余量和10-7的误码率。
标准的主要目的是为接入网提出一种多速率对称的解决方案,两个附件都包括用于支线网络DS1传输的PSD选项。本质上看,附件A的PSD选项就是HDSL2解决方案。ETSI定义了两种PSD选项:一种用于E1传输,另一种用于传输同步数字系列(SDH)的有效载荷。在严重噪声条件下,标准的PSD选项采用较高的发送功率来实现的更佳的传输性能。
为了补偿较高的发射电平,PSD选项也使用额外的带宽以及非对称的上行和下行PSD特征(图3)。非对称的配置也改善了与ADSL的频谱兼容性。但是,非对称PSD的快速滚降特性会导致更高的PAR值,从而导致线路驱动器上更高的功耗。
PSD比较
对PSD选项的比较表明,基本配置中使用的对称频谱对于其它的业务具有良好的频谱兼容性,消耗的功率也更低。这意味着更低的系统噪声,DSLAM和DLC设备中,每个线路卡上具有更多的信道以及更低的成本。非对称PSD的主要应用是那些支线网络中的长距离传输。
随着噪声条件和线路特征的改变,传输性能将发生变化,但是与原来的2B1Q方案相比,解决方案支持更远程的业务。如在1.544 Mbps速率的情况下,在自身近端串扰条件下用0.4mm(26 AWG)的电缆可以传输2.4Km,而HDSL在相同条件下仅能达到1.8Km。
与HDSL2相比,尽管使用更简化的PSD并且发射功率也更低,但是许多功能模块还是一样的。绝大多数HDSL2设计采用灵活的DSP内核进行设计,它们就可以在中复用。图4为收发器的模块框图。
收发器的内核包括扰频器、16级符号映射器、传输预编码器和传输滤波器。HDSL2中的模块可以直接用到,假定发射滤波器可以编程并能够实现不同的PSD调整。模拟功能部分也可以在中继续使用。较低的发射电平允许线路驱动器进行低功耗优化。
新增加的功能
即使可以复用HDSL2中的某些技术,仍然需要一些新的功能来增强其多速率的处理能力。在大多数情况,调制解调器必须适配线路的速率和详细配置信息。在接入网的情况下,环路长度以及噪声条件在线对与线对之间相差很大。最坏噪声条件下,要求13.5dBm的发射功率,许多线路并不需要这样的功率电平。包括一个降低功率的算法,允许调制解调器根据线路的条件来调节发射功率。运营商可以根据这一特征来管理和降低网络上的串扰噪声。
为了实现这些适配,采纳了ITU的G.994.1握手程序,该程序允许线路两侧的调制解调器在激活之前先交换配置和线路速率等详细信息。在大多数的应用情况下,运营商会规定线路速率。然而,确实具有自动速率适配的功能,G.994.1使用窄带频率语音和差分编码相移键控(DPSK)调制来交换这一信息。该技术对其它业务的频谱不会产生影响。
在预激活阶段,使用宽带线路探测来获得线路衰减和信噪比(SNR)特性。而线路激活时,调制解调器首先会用G.994.1信令来决定线路的速率、功率、脉冲持续时间和PSD。
然后,线路探测序列开始输入。远端的调制解调器首先会送出一个脉冲序列。根据实现情况,线路探测脉冲的持续时间大约在0.5到3.1秒之间。远端信号发送一结束,CO端送出并完成序列探测。最后,调制解调器返回到G.994.1信令并交换衰减和SNR详细信息。
根据这些信息,调制解调器会确定完全激活之后线路速率和功率电平。预激活和探测序列总共占用10到20秒。根据速率的不同,可能还需要另外15到30秒的时间来训练均衡和回波消除器并完全激活线路各端的调制解调器。由于握手和线路探测功能是可选项,大多数的制造商使用这些功能来降低功耗和提高互通性。
的另一功能是热启动。运营商和用户都希望调制解调器在不工作的时候进入低功耗模式。正如前面提到过的一样,调制解调器需要15到30秒的时间来训练均衡器和回波消除器。然而,在热启动应用中,调制解调器将进入空闲状态之前的均衡器系数存储起来。在这种情况下,调制解调器能够在接受到一个本地或者是来自线路另一端的唤醒信号之后快速保持。存储的DSP系数会被重新加载并且调制解调器的时钟恢复机制也会重新与输入信号进行同步。这种热启动的要求源于ETSI的SDSL标准,在这种应用中要求重新激活的时间小于500毫秒。
有效载荷和开销
至今为止,HDSL和HDSL2都用于DS1信道的传输,有效载荷被分割成同步的64kbps时隙并实现与DSL之间的相互映射。现在接入网正迅速转变为基于信元的异步传输,实现了ATM信元到DSL通道之间的映射。
为了实现信头差错检查(HEC)、速率去耦(rate decoupling)和信元定界,标准定义了一种传输汇聚(TC)功能。实质上,TC功能将异步的信元流与同步DSL信道之间进行映射,信元按字节映射到的有效载荷上。如果在传输中存在间隙并且信元不是来自于ATM层,TC功能将在的传输路径上插入空信元。
TC同样也实施信元定界功能,允许ATM流量通过基于信元的握手方式交给上一层。信元定界基于HEC算法,HEC同样也用于过滤掉已被破坏的信元而不是将它们传递给上一层。在中也是可能进行数据包传输,尽管ITU的规范只是简单地规定基于包的数据被映射为有效载荷的方式。错误检查和速率去耦在更高层次的规范中给予定义。
标准还定义了结合同步窄带DS0信道和一个宽带数据信道的规范。该规范允许多个语音通道、ISDN或传统的POTS与数据业务结合起来传输。根据具体的应用,呼叫出现时语音信道的带宽可以动态建立。一旦这种呼叫过程结束,带宽就由数据通道来确定。
标准为对称DSL作了通用的定义,全球各个制造商据根据该定义可以生产可互通的设备。过去,这种互通性对于电话运营商来说并不很关键的。但是由于违规情况的出现以及竞争的进一步加剧,网络的需求也在改变。互通功能可以实现成本的最小化和系统配置时间的最小化,运营商现在可以将互通性作为新的DSL系统选择的一个准则。
协会已经在2001的第一季度开始互通能力的测试。由于具有更好的带宽效率并且是一个国际标准,将可能取代非标准的SDSL系统。
作者:Jim Quilici
DSL接入业务技术主管
Intel公司
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