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下一代線路卡IC將整合語音和DSL功能

上網時間: 2002年12月28日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:DSL  ADSL  POT  DLC/RT  Voice 

據預測,DSL在幾年內將獲得大規模的應用,為了降低營運成本並提高DSL的使用效率,越來越多受成本驅動的營運商開始提出將語音業務和數據業務匯聚到一個平台上的要求,其目的之一是降低無線營運商等競爭對手形成的威脅。本文介紹的整合了語音和DSL功能的晶片組方案值得營運商和設計工程師來關注。

迄今為止,世界上大多數用戶所享受的DSL業務都是由提供數據業務的DSL接入再使用器和線路卡,通過遍佈營運商的整個語音網的網路結構來提供的,但如今多業務聚合型的新一代網路結構已經蓄勢待發,準備替換這些老的網路。新網路所採用的非對稱型網路設備將具備整合特性,允許營運商以一種較好的、成本也較低的方式,通過一個單獨的平台來為ADSL用戶提供語音和數據業務。src="HTTP://www.eettaiwan.com/ARTICLES/2003JAN/A/0301A_DC_S3F1.GIF" align=RIGHT VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="圖1:下一代ADSL線路卡由整合了ADSL和POT業務的晶片組構成。">

下一代ADSL設備

要想在電訊行業獲得成功,通常必須將那些過去只能由多個分離設備實現的各種功能整合到一個單一的設備中才行。因為實際上網路中的任何資源都是非常珍貴的。您所服務的用戶數越多,或者您在每英尺空間內或每英寸的線路卡上所能提供的業務種類越多,那麼您的網路就會越有效,越容易獲得高利潤。

因此,設備供應商們已經開始想到用整合化方式設計下一代ADSL線路卡。這種ADSL線路卡之所以能夠節約成本並節約空間,最主要的原因就在於它將語音晶片組和數據晶片組整合到了同一個晶片組上。

當前的ADSL網路通常是使用兩個單獨的線路卡分別為用戶提供語音業務和數據業務,每個卡上都有支援自己的專門業務的晶片組。在網路中,透過傳統的分離式分路器將基頻POT信號(位於頻譜低段)與ADSL信號分離開來,送至第5級交換機中的POT線路卡。然後又將ADSL信號(位於頻譜的高端)送至位於DSLAM中的ADSL線路卡。最終,數據資訊被路由到一個採用非同步傳輸模式(ATM)技術的網路或者一個訊框中繼網路,或是封包數據網。更麻煩的是,這個分路器還是由電感、電容等分離式元件組成的,而且安裝時需要單獨的盒子,這個盒子佔用的空間本可以用來安置ADSL線。

由於這種分路器佔用的空間會造成額外的費用(尤其對遠程終端而言),所以線路卡設計師們已經為非集中式辦公環境開發出一種更加緊湊的線路卡設計方案。那就是將過去分離的語音晶片組和數據晶片組整合到一個單獨的線路卡上去,並將這個線路卡插入數位環路載體(DLC)或者一個RT大小的微型DSLAM。這種將兩個晶片組安裝在同一張線路卡上的做法使得營運商可以遠程為用戶提供業務。但美中不足的是,這種線路卡仍然需要一個分路器,因而對工程師和生產商而言仍然很複雜,而且這種做法也不具備實際作業所需的密集度,無法滿足那些打算大規模提供整合語音和數據業務的營運商的要求。

以上談到的是第一代整合線路卡,這種線路卡除了需要較大的空間以外,還有一個最基本的技術問題,那就是,其上的兩組晶片通常是由不同的廠商生產的。這些晶片往往只在單獨用於語音業務或者數據業務時性能最佳,而不適合用在同時匯聚了這兩種業務的平台上。因為這兩組晶片本來不適合在如此靠近的情況下共同工作,所以這時他們常常對線路卡的性能和密度造成一定的影響,要使他們共同工作並獲得讓人們可以接受的性能,就必須做出調整,而這種調整是要付出代價的。src="HTTP://www.eettaiwan.com/ARTICLES/2003JAN/A/0301A_DC_S3F2.GIF" align=RIGHT VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="圖2:當話機處於掛斷狀態時,關斷POT線路驅動器的電流以節約功耗。">

由於以上原因,所以下一代ADSL線路卡準備採用一種整合了ADSL和POT業務的晶片組(圖1)來構成。將這兩種業務整合到同一個晶片組中,就不再需要分路器,因為分路功能也被整合進該晶片組中去了。這種新一代的晶片組相對於今天的雙晶片組式的整合線路卡或單功能線路卡而言,降低了成本,減少了所佔用的空間,而且性能也有很大提高。

此外,採用這種新一代的線路卡,還能將每卡所支援的用戶數提高40%到60%。這些用戶要麼是已經訂購了ADSL和語音業務中的一種業務,現在需要訂購另一種業務,要麼是同時需要這兩種業務。通過使用這種線路卡,營運商可以為每個用戶提供1:1的ADSL業務和語音業務。營運商要使其網路同時匯聚這兩種業務就應支援這種1:1的業務比例,而今天的所謂的‘整合’線路卡(第一代雙晶片組線路卡)則無法支援。

POT/ADSL整合帶來的挑戰

事實上,要將POT功能和ADSL功能整合到同一個晶片組上去,會使晶片設計師面臨很多挑戰。看看今天的整合線路卡設計方案,下一代ADSL晶片組設計師們就能決定他們怎樣才能將成本降至最低,怎樣才能使新設計實現最大的空間節省。

老的POT/ADSL線路卡上的POT晶片組,本來在設計時並未考慮要在與ADSL業務並存的環境下工作,而ADSL信號會帶來很高的帶外能量,並且POT的不穩定性也會產生高能量。因此,一方面,必須對POT晶片組實施保護,使其不受ADSL所帶來的帶外能量的影響;另一方面,也必須對ADSL晶片組實施保護,以免其受POT的影響。結果,就必須採用帶大容量電容和電感的高階濾波器來實現ADSL和POT之間的相互隔離保護。

這類濾波器有幾個缺點:成本太高、佔用空間過大以及不具備可程式性。另外,生產環境的變化帶來的參數偏差也會以一種我們不希望的方式改變濾波器特性,但這種濾波器也還是有優點的,因為他們屬於被動元件,所以功耗很低。

基於上述認識,設計師在設計下一代ADSL晶片組時很自然地就會將節約功耗的好處和使用數位濾波器的好處結合起來,於是就產生了‘分散式分路器結構’的方案。‘分散式分路器結構’中也用到了以上談到的這種類比無源濾波器,但用它的目的只是將ADSL信號的功率從POT電路中分離出來,要達到所需的帶內和帶外性能,主要通過數位自適應濾波器來實現。採用這種方法之後,要達到同樣性能所需的類比無源濾波器的階數至少降低了4階,這就意味著可以使用一種二階濾波器,這種濾波器內含有一個電感值較低的互感器。

這種新的結構使我們更容易減少由線路狀態變化引起的問題,此處所指的線路既用來提供語音業務又用來提供數據業務。這種帶有整合晶片組的新一代的ADSL線路卡與雙晶片組線路卡相比而言,在減小線路狀態瞬變引起的電壓對語音業務和數據業務造成的影響方面,前者性能更好。此處所說的‘瞬變’過程包括:

a. 由掛斷到接聽的過程;


b. 由接聽到掛斷的過程;


c. 振鈴響起過程;


d. 由振鈴響起到接聽(拿起正在響的話機)的過程和POT斷電過程(當話機處於掛斷狀態時,關斷POT線路驅動器的電流以節約功耗),如圖2所示。

POT/ADSL整合的設計考慮

晶片組製造商必須進行合理設計才能讓POT和ADSL近距離互相配合工作。他們必須對這些整合了POT和ADSL的設備進行一定的工程處理,以便使ADSL電路能採取適當措施減少循環冗餘檢錯中出現的錯誤,否則線路狀態就會產生變化,此外,他們還必須阻止ADSL數據機的重建其狀態。

在持續幾十毫秒的瞬變過程中,整個頻頻寬度範圍內會產生大量信號能量,因此這時很容易出錯,而且,每次工作狀態產生變化,信號通路中的POT部份就會產生阻抗變化。

例如,考慮一個功耗節省模式的POT線路處於掛斷狀態,這時的阻抗值如圖2中綠色曲線所示,但當終端用戶拿起話機進行一次POT呼叫時,中心局處的提示和振鈴阻抗會迅速增大,如圖2中紅色曲線所示。這種阻抗的突然變化會對上行ADSL接收機性能產生極大影響,並導致噪音餘量嚴重降低,於是誤碼率會增大,更嚴重時ADSL甚至會重建其狀態。

這類阻抗變化對採用雙晶片組的線路卡而言尤其麻煩,因為這兩個晶片組在設計生產時並沒有考慮要聯合起來工作,也沒有考慮到在阻抗可能產生變化的環境下工作。但如前所述,我們可以用分路器來彌補雙晶片組線路卡上的阻抗變化,儘管這種變化可能很大,分路器的使用可以使ADSL晶片組在任何情況下都不受阻抗變化影響。

下一代ADSL線路卡與雙晶片組線路卡則有所不同,它採用自適應數位濾波器來處理由狀態瞬變產生的阻抗變化,這種線路卡除了可以動態適應阻抗變化所產生的各種不同的影響以外,它佔用的空間也很小,結構更堅實,也更容易通過數位硬體或數位信號處理器來實現。此外,因為ADSL和POT會產生噪音,干擾其它信號,所以下一代線路卡還採用數位濾波器來減小他們產生的噪音,以免它們對彼此造成影響。

除了以上種種情況之外,整合晶片組方式還克服了另一個阻礙-合格性測試,因而能夠推動ADSL的大規模應用。在用戶簽約使用ADSL業務之前,必須了解銅線是否能夠支援某個特定的業務水平,更重要的是,這種線路是否能夠達到較好的性價比要求,於是就需要進行合格性測試。寬頻合格性預審通常包括:


a. 環路拓樸(包括線路長度、橋接抽頭和負載線圈的情況)檢查;


b.src="HTTP://www.eettaiwan.com/ARTICLES/2003JAN/A/0301A_DC_S3F3.GIF" align=RIGHT VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="圖3:晶片組將收集到的數據進行編譯或在線路卡的主處理器上對數據進行編譯,使營運商能自動進行線路合格性預審測試和維護測試。"> 頻譜分析,用於分析與相鄰HDSL、T1或ISDN線路之間的串擾,以及數據率估算,即用拓樸檢測和頻譜分析的結果來估算線路在無限制情況下能夠支援多高的數據速率。

在當前的網路中,這種測試是通過主配線架和分路器之間交叉連接交換機上的獨立測試頭來實現的。每1,000到2,000條ADSL線路就需採用價值10,000美元的測試頭,這增加了每條ADSL線路的成本,從而也就推遲了每條線路投資的回報期。任何大規模提供ADSL業務的RBOC都不得不為網路中成千上萬的測試頭付出相當大的一筆資金。

但如果是在整合化結構中,測試功能可以放到線路卡上或用戶必須設備上的晶片組中去。ADSL晶片組還能向銅質雙絞線發送時域反射測量脈衝,收集寬頻噪音數據。然後晶片組會自己將收集到的數據進行編譯或在線路卡的主處理器上對數據進行編譯(圖3),產生單文本資訊,使營運商能自動進行線路合格性預審測試和維護測試。這種方法不但能降低總的投資,還能進行有效的一致性環路性能測試,以確保提供令用戶滿意的服務品質。

而且,這種將測試功能整合到晶片組中的方法,還使得在那些空間受限,無法安置測試頭的DLC/RT處也能進行測試(圖4)。在DLC/RT處,每條線路的測試通常都是通過一個線路卡實現的,這個線路卡是經指定可用於測試的。儘管這種方法比安裝測試頭便宜,但其成本仍然不低,而且還要佔用一個寶貴的卡槽,而設備具備整合測試能力之後,就不再需要那麼多與測試有關的機柜,也無需佔用寶貴的插槽,這將極大降低大規模ADSL應用的成本。這一點非常重要,因為那些訂購了DLC業務的用戶中有很大一部份可能成為ADSL用戶,而今後的兩到三年內很可能出現大規模的ADSL應用。

選擇改良後的方案

下一代晶片組除了將語音和數據業務以及測試能力整合到同一塊晶片上之外,還在POT和ADSL方面均具備可程式性。而線路卡如果採用了可程式晶片,那麼就能在全世界範圍內使用,因而提高了晶片產量,相應地也就降低了成本。

通過對晶片編程,新一代晶片組可以適應各個國家所使用的不同的ADSL和POT業務。全世界共有三種ADSL:Annex C、Annex B和Annex A,其中Annex C用於日本,Annex B用於大多數歐洲國家,而Annex A用於其他任何地方。不同國家對POT的要求也不盡相同。新一代晶片組可適應以下不同參數:src="HTTP://www.eettaiwan.com/ARTICLES/2003JAN/A/0301A_DC_S3F4.GIF" align=RIGHT VSPACE=12 HSPACE=12 ALT="圖4:將測試功能整合到晶片組中的方法,還使得在那些空間受限,無法安置測試頭的DLC/RT處也能進行測試。">

a. 不同的提示和振鈴終端上的阻抗匹配;


b. 各種增益設置;


c. 混合阻抗平衡(用於實現最佳回波抵消);


d. 振鈴產生的各種電壓;


e. 各種不同的頻率。

不具備可程式性的晶片組如果要滿足不同國家的不同要求,就必須外加電路,這就使生產過程和應用過程的成本增高,結果妨礙了營運商在全球範圍內推廣ADSL應用。

本文小結

今天,設計師們已經將以上這些功能整合到那些將用於下一代ADSL線路卡上的晶片中去了。但是,除此以外,整合晶片製造商還在考慮是否要在近期內再為ADSL線路卡晶片組增加兩個額外的特性。

首先是使晶片組上的POT和ADSL互相對彼此的狀態有所感應,並使那些相鄰工作的埠間也互相有感應。在這種情況下,兩個埠中任何一方都能感應到這兩個埠產生的信號,從而可以相互交換資訊,最佳化每個埠的性能。

其次是允許線路的ADSL埠對POT埠作診斷檢測,反之亦然。例如,如果線路的POT端工作不正常,那麼ADSL端就得到警告,於是執行一些基本的實體檢測,盡力確定問題的性質。然後再執行修復作業或者發送一個告警信號。從理論上來說,晶片的設計可以以一種符合用戶網路管理過程和程式的方式處理任何一種給定的狀況。

作者簡介:

Herbert Zojer是一位系統結構工程師,致力於開發POT和ADSL晶片組。他於維也納技術大學獲得工程師資格,並在西門子公司工作了13年。可以透過電子郵件:herbert.zojer-us@infineon.com與他聯繫。

Jim Wahl是Aware公司的DSL市場經理。他在麻省理工學院獲得管理學士學位,可以透過電子郵件:jwahl@aware.com與他聯繫。





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