Global Sources
電子工程專輯
 
電子工程專輯 > 網路技術
 
 
網路技術  

雙向高速數據傳輸的G.SHDSL網路存取標準

上網時間: 2001年12月15日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:DSL  ITU  SDSL  G.SHDSL  HDSL 

G.SHDSL是對稱數位用戶線SDSL的新國際標準,它應用於雙向高速數據傳輸業務。與早期的方案相比,該標準可以使數據傳輸得更遠、更快,同時改進了與頻譜的相容性。由於SDSL支援相等的雙向速率,因而能較好地實現語音和數據的傳輸(圖1)。

目前,SDSL系統由高速率數位用戶鏈路(HDSL)發展而來。上世紀九十年代初期,HDSL使用2B1Q調變和雙絞線電纜來傳送1.544Mbps的T1業務。到目前為止,許多SDSL系統都是專用系統並且在一對雙絞線上應用2B1Q調變。某些本地業者則採用SDSL技術來構建用戶網路,但是因為頻譜相容方面的問題以及缺乏標準,本地交換局在開展SDSL業務上猶豫不決。ITU核准G.SHDSL後,營運業者和設備製造廠商可以採用全球多速率SDSL標準,從而完全消除了營運業者的各種顧慮。G.SHDSL專門為對稱數據傳輸設計,上行和下行速率都超過2Mbps,本文將對此新標準進行介紹。

在提供語音業務時,功耗是一個值得關注的問題。通訊業務管理機構要求,當用戶電源出現故障時,設備至少能提供一個語音通路。這就意味著用戶數據機必須藉由雙絞線供電。考慮到安全方面的原因,要限制線上電壓和電流。

在較長的環路上,一半以上的功耗消耗在電纜的電阻上。由於電纜遠端的功率必須在DSL數據機、語音編解碼器以及電話振鈴器之間進行分配,所以必須嚴格限制數據機的功耗。另外,功率預算也限制了所採用的調變方法以及在G.SHDSL中採用數位信號處理的程度。

在定義G.SHDSL調變方法時,頻譜相容性是另一個關鍵的考慮因素。在進入接入網時,G.SHDSL必須與新的以及現有的業務頻譜相容。接入網目前主要由POTS、ISDN和不斷增加的ADSL所組成,而ADSL對於背景噪音特別敏感。該因素限制了G.SHDSL在傳輸中的功率大小。

HDSL2技術

頻譜相容性是新標準的一個重要內容。當速率超過784kbps時,SDSL系統中的2B1Q調變方法會嚴重影響數據傳輸。另一方面,ANSI新的HDSL2技術使用了先進的調變和編碼技術來限制發射頻譜並確保與ADSL之間的頻譜相容性。HDSL2準則包括:HDSL2的傳輸性能要優於現在大量使用的HDSL業務。然而,HDSL2並不完全適合於網路存取,它主要是應用於北美的支線網路,該標準利用經調整的功率譜密度(PSD)進行噪音最佳化。

此外,歐洲的環路條件和噪音環境同世界其它地區的情況有很大的區別,所以要求有不同的調整參數。HDSL2採用信號增強方法將上行頻譜中200kHz到300kHz的頻域進行增強來克服T1背景噪音。PSD調整的一個結果是信號的峰值/平均值之比(PAR)增大。

隨著PAR的增大,線路驅動器的功耗也隨之增大。ANSI的HDSL2標準僅定義了單一的速率即1.544Mbps,當經調整的PSD擴展用於其它的速率時,將可能失去所有的頻譜相容和性能方面的優點。顯然,營運業者需要一個多速率的解決方案。

G.SHDSL解決方案

在評估了所有可能的解決方案之後,ITU決定G.SHDSL採用和HDSL2同樣的信號調變和數據編碼技術。同樣也研究了無載波幅度/相位(CAP)調變和離散多音調變(DM)方案,然而從複雜性、性能和傳輸延時等方面來看,脈衝幅度調變PAM16被証明是最好的解決方案。

大多數HDSL2矽晶片解決方案都具有靈活的DSP內核。ITU的一個目標就是定義一個標準,在這個標準下HDSL2矽片能夠在多種速率應用中被再使用。為了最小化功耗,需要簡化對信號的調理。

歐洲技術標準學會(ETSI)的TM6委員會同樣定義一種多速率的SDSL來滿足商業和家庭應用的需要。ETSI希望利用HDSL2已經建立好的基礎設施,並且採用瑞利編碼和PAM16調變。儘管歐洲和北美具有許多相同的業務要求,但各地區的噪音和環路條件各不相同,因此這兩個地區要求的標準也略有不同。最後ITU採納了ETSI為歐洲環境所做的一些工作,並由此提出了一個符合北美的版本。

G.SHDSL的兩個附件

G.SHDSL與兩個地區性附件組成一個基礎文件(圖2)。該基礎文件描述了基本的數據機啟動和運行。附件A描述了北美地區的傳輸和性能要求,而附件B則描述了歐洲地區的性能和傳輸要求。對附件B,ITU採納了ETSI的SDSL標準草案。附件A採用了ETSI定義的基本PSD,並定義了一套不同的環路條件和性能要求。

基本G.SHDSL的PSD如圖3所示,與HDSL2相比簡單得多,PSD呈平坦的特性並且上行和下行對稱。

G.SHDSL的發射功率比HDSL2低很多。HDSL2的最大發射功率是16.5dBm,G.SHDSL在速率低於2.048Mbps時發射功率是13.5dBm。達到或者超過2.048Mbps時,發射功率可以增加到14.5dBm。PSD隨速率而變化,一個六階巴特沃斯滾降濾波器將通帶以外的噪音迅速衰減並提供與ADSL相容的頻譜特性。

在2.048Mbps速率和最差條件下,G.SHDSL能夠達到2.4Km的傳輸距離且能提供6dB餘量和10-7的誤碼率。

G.SHDSL標準的主要目的是為接入網提出一種多速率對稱的解決方案,兩個附件都包括用於支線網路DS1傳輸的PSD選項。本質上看,附件A的PSD選項就是HDSL2解決方案。ETSI定義了兩種PSD選項:一種用於E1傳輸,另一種用於傳輸同步數位系列(SDH)的有效載荷。在嚴重噪音條件下,G.SHDSL標準的PSD選項採用較高的發送功率來實現的更佳的傳輸性能。

為了補償較高的發射電平,PSD選項也使用額外的頻寬以及非對稱的上行和下行PSD特徵(圖4)。非對稱的配置也改善了與ADSL的頻譜相容性。但是,非對稱PSD的快速滾降特性會導致更高的PAR值,從而導致線路驅動器上更高的功耗。

PSD比較

對PSD選項的比較表明,基本配置中使用的對稱頻譜對於其它的業務具有良好的頻譜相容性,消耗的功率也更低。這意味著更低的系統噪音,DSLAM和DLC設備中,每個線路卡上具有更多的通道以及更低的成本。非對稱PSD的主要應用是那些支線網路中的長距離傳輸。

隨著噪音條件和線路特徵的改變,G.SHDSL傳輸性能將產生變化,但是與原來的2B1Q方案相比,G.SHDSL解決方案支援更遠程的業務。如在1.544Mbps速率的情況下,G.SHDSL在自身近端串擾條件下用0.4mm(26 AWG)的電纜可以傳輸2.4km,而HDSL在相同條件下僅能達到1.8km。

與HDSL2相比,儘管G.SHDSL使用更簡化的PSD並且發射功率也更低,但是許多功能模組還是一樣的。絕大多數HDSL2設計採用靈活的DSP內核進行設計,它們就可以在G.SHDSL中再使用。圖5為G.SHDSL收發器的模組框圖。

收發器的內核包括擾頻器、16級符號映射器、傳輸預編碼器和傳輸濾波器。HDSL2中的模組可以直接用到G.SHDSL,假定發射濾波器可以編程並能夠實現不同的PSD調整。類比功能部份也可以在G.SHDSL中繼續使用。G.SHDSL較低的發射電平允許線路驅動器進行低功耗最佳化。

新增加的功能

即使可以再使用HDSL2中的某些技術,G.SHDSL仍然需要一些新的功能來增強其多速率的處理能力。在大多數情況,數據機必須適配線路的速率和詳細配置資訊。在接入網的情況下,環路長度以及噪音條件在線對與線對之間相差很大。最壞噪音條件下,要求13.5dBm的發射功率,許多線路並不需要這樣的功率電平。G.SHDSL包括一個降低功率的算法,允許數據機根據線路的條件來調節發射功率。營運業者可以根據這一特徵來管理和降低網路上的串擾噪音。

為了實現這些適配,G.SHDSL採納了ITU的G.994.1握手程式,該程式允許線路兩側的數據機在啟動之前先交換配置和線路速率等詳細資訊。在大多數的應用情況下,營運業者會規定線路速率。然而,G.SHDSL確實具有自動速率適配的功能,G.994.1使用窄帶頻率語音和差分編碼相移鍵控(DPSK)調變來交換這一資訊。該技術對其它業務的頻譜不會產生影響。

在預啟動階段,使用寬頻線路探測來獲得線路衰減和信噪比(SNR)特性。而線路啟動時,數據機首先會用G.994.1信令來決定線路的速率、功率、脈衝持續時間和PSD。

然後,線路探測序列開始輸入。遠端的數據機首先會送出一個脈衝序列。根據實現情況,線路探測脈衝的持續時間大約在0.5到3.1秒之間。遠端信號發送一結束,CO端送出並完成序列探測。最後,數據機返回到G.994.1信令並交換衰減和SNR詳細資訊。

根據這些資訊,數據機會確定完全啟動之後線路速率和功率電平。預啟動和探測序列總共佔用10到20秒。根據速率的不同,可能還需要另外15到30秒的時間來訓練均衡和回波消除器並完全啟動線路各端的數據機。由於握手和線路探測功能是可選項,大多數的製造商使用這些功能來降低功耗和提高互通性。

G.SHDSL的另一功能是熱啟動。營運業者和用戶都希望數據機在不工作的時候進入低功耗模式。正如前面提到過的一樣,數據機需要15到30秒的時間來訓練均衡器和回波消除器。然而,在熱啟動應用中,數據機將進入空閑狀態之前的均衡器系數儲存起來。在這種情況下,數據機能夠在接受到一個本地或者是來自線路另一端的喚醒信號之後快速保持。儲存的DSP系數會被重新加載並且數據機的時鐘恢復機制也會重新與輸入信號進行同步。這種熱啟動的要求源於ETSI的SDSL標準,在這種應用中要求重新啟動的時間小於500毫秒。

有效載荷和開銷

至今為止,HDSL和HDSL2都用於DS1通道的傳輸,有效載荷被分割成同步的64kbps時隙並實現與DSL之間的相互映射。現在接入網正迅速轉變為基於信元的非同步傳輸,G.SHDSL實現了ATM信元到DSL通道之間的映射。

為了實現信頭差錯檢查(HEC)、速率去耦(Rate Decoupling)和信元定界,G.SHDSL標準定義了一種傳輸匯聚(TC)功能。實質上,TC功能將非同步的信元流與同步DSL通道之間進行映射,信元按位元組映射到G.SHDSL的有效載荷上。如果在傳輸中存在間隙並且信元不是來自於ATM層,TC功能將在G.SHDSL的傳輸路徑上插入空信元。

TC同樣也實施信元定界功能,允許ATM流量藉由基於信元的握手方式交給上一層。信元定界基於HEC算法,HEC同樣也用於過濾掉已被破壞的信元而不是將它們傳遞給上一層。在G.SHDSL中也是可能進行數據包傳輸,儘管ITU的規範只是簡單地規定基於包的數據被映射為有效載荷的方式。錯誤檢查和速率去耦在更高層次的規範中給予定義。

G.SHDSL標準還定義了結合同步窄頻DS0通道和一個寬頻數據通道的規範。該規範允許多個語音通道、ISDN或傳統的POTS與數據業務結合起來傳輸。根據具體的應用,呼叫出現時語音通道的頻寬可以動態建立。一旦這種呼叫過程結束,頻寬就由數據通道來確定。

G.SHDSL標準為對稱DSL作了通用的定義,全球各個製造商據根據該定義可以生產可互通的設備。過去,這種互通性對於電話營運業者來說並不很關鍵的。但是由於違規情況的出現以及競爭的進一步加劇,網路的需求也在改變。互通功能可以實現成本的最小化和系統配置時間的最小化,營運業者現在可以將互通性作為新的DSL系統選擇的一個準則。

G.SHDSL協會已經在2001的第一季開始互通能力的測試。由於具有更好的頻寬效率並且是一個國際標準,G.SHDSL將可能取代非標準的SDSL系統。

作者:

Jim Quilici

DSL接入業務技術主管

Intel公司

james.e.quilici@intel.com





投票數:   加入我的最愛
我來評論 - 雙向高速數據傳輸的G.SHDSL網路存取標...
評論:  
*  您還能輸入[0]個字
*驗證碼:
 
論壇熱門主題 熱門下載
 •   將邁入40歲的你...存款多少了  •  深入電容觸控技術就從這個問題開始
 •  我有一個數位電源的專利...  •  磷酸鋰鐵電池一問
 •   關於設備商公司的工程師(廠商)薪資前景  •  計算諧振轉換器的同步整流MOSFET功耗損失
 •   Touch sensor & MEMS controller  •  針對智慧電表PLC通訊應用的線路驅動器
 •   下週 深圳 llC 2012 關於PCB免費工具的研討會  •  邏輯閘的應用


EE人生人氣排行
 
返回頁首