VDSL2中的抗噪聲技術(shù)

1 引言

影響VDSL2系統(tǒng)性能的噪聲主要包括系統(tǒng)內(nèi)部噪聲和外部噪聲，其中系統(tǒng)內(nèi)部噪聲可以分為近端串?dāng)_(NEXT)和遠(yuǎn)端串?dāng)_(FEXT)，這些噪聲主要是來(lái)自同一電纜和線路板卡上系統(tǒng)內(nèi)其它線路的串?dāng)_信號(hào) (見(jiàn)圖1)。外部噪聲包括各種外部的電磁噪聲，如廣播信號(hào)、各種電氣設(shè)備的噪聲等，也包括共存在同一電纜內(nèi)的其它DSL系統(tǒng)的串?dāng)_信號(hào)。

對(duì)于VDSL2系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于其使用的頻率較高 (0～30MHz)，運(yùn)行的電纜較短(一般<1000m)，遠(yuǎn)端串?dāng)_對(duì)傳輸性能的影響比其它DSL系統(tǒng)更加明顯，遠(yuǎn)端串?dāng)_是目前限制VDSL2系統(tǒng)穩(wěn)定傳輸性能最主要的因素之一。VDSL2的遠(yuǎn)端串?dāng)_會(huì)造成很多問(wèn)題。

圖1 NEXT和FEXT

(1)一對(duì)線的訓(xùn)練會(huì)導(dǎo)致旁邊相鄰線對(duì)的VTU-O 出現(xiàn)假激活(FalseTrigger)現(xiàn)象，盡管這些線對(duì)的遠(yuǎn)端并沒(méi)有接Modem或者M(jìn)odem沒(méi)有上電，更嚴(yán)重的是這種問(wèn)題有可能會(huì)導(dǎo)致所謂的“鏈?zhǔn)椒磻?yīng)”，也就是說(shuō)這些假激活的線對(duì)可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致其相鄰的其它線對(duì)假激活。因此，以前認(rèn)為串?dāng)_的影響主要存在于相鄰的少數(shù)幾對(duì)線之間的情況發(fā)生了變化，串?dāng)_有可能波及整個(gè)線束組。

(2)另外一個(gè)問(wèn)題是當(dāng)某個(gè)處于工作狀態(tài)的線路旁邊的相鄰線路進(jìn)入訓(xùn)練狀態(tài)時(shí)，原先處于工作狀態(tài)的用戶會(huì)因?yàn)榇當(dāng)_的突然增大而掉線重訓(xùn)練，這種影響常常導(dǎo)致一個(gè)線路板的全部端口需要幾分鐘才能達(dá)到全部穩(wěn)定激活的狀態(tài)。

根據(jù)對(duì)實(shí)際線路情況的觀測(cè)，線路上噪聲有可能在VDSL2整個(gè)工作頻段突然增加，其幅度可能達(dá)到 10～30dB。這種情況產(chǎn)生的主要原因是鄰居線路開(kāi)始訓(xùn)練。如果受擾線路訓(xùn)練時(shí)鄰居 Modem沒(méi)有激活，此時(shí)受擾線路上因?yàn)樵肼曀�平較低而得到很高的速率。這樣當(dāng)鄰居線路開(kāi)始訓(xùn)練時(shí)，受擾線路上的噪聲將大幅增加。對(duì)于一般保持6dB噪聲裕度的DSL線路系統(tǒng)，噪聲增加10～30dB將會(huì)使信噪比裕度成為負(fù)值。對(duì)于超過(guò)噪聲裕度的突然噪聲增加，傳統(tǒng)的DSL需要通過(guò)鏈路中斷后的重新訓(xùn)練達(dá)到新的穩(wěn)定速率，維持信噪比的裕度。

另一個(gè)對(duì)VDSL2系統(tǒng)業(yè)務(wù)質(zhì)量影響較大的噪聲類型是脈沖噪聲，脈沖噪聲是典型的系統(tǒng)外部噪聲，在我們?nèi)粘５某鞘猩�活中無(wú)處不在，它一般由電氣設(shè)備開(kāi)關(guān)或動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生。脈沖噪聲本身持續(xù)的時(shí)間較短，但是噪聲幅度較高，因此無(wú)法通過(guò)噪聲裕度來(lái)保護(hù)。當(dāng)脈沖噪聲發(fā)生時(shí)，可導(dǎo)致當(dāng)時(shí)的一個(gè)或連續(xù)多個(gè)VDSL2物理幀的完全破壞。根據(jù)脈沖噪聲產(chǎn)生的類型，可以分為周期性的脈沖噪聲和單個(gè)孤立脈沖噪聲。前者可由電動(dòng)機(jī)或功率開(kāi)關(guān)電源，后者可由大功率設(shè)備的開(kāi)關(guān)產(chǎn)生。

脈沖噪聲一般不會(huì)造成VDSL2系統(tǒng)鏈接丟失，但是會(huì)產(chǎn)生大量的瞬時(shí)誤碼，造成數(shù)據(jù)傳輸中的丟包。在發(fā)展ADSL接人的時(shí)期，由于主要的寬帶業(yè)務(wù)是因特網(wǎng)業(yè)務(wù)，其對(duì)丟包和時(shí)延變化并不敏感，TCP 協(xié)議可以自動(dòng)通過(guò)重傳恢復(fù)數(shù)據(jù)流。但是當(dāng)通過(guò) VDSL2系統(tǒng)傳輸視頻業(yè)務(wù)時(shí)，瞬時(shí)的丟包會(huì)造成視頻畫(huà)面中的馬賽克或畫(huà)面瞬時(shí)停頓，顯著地影響了視頻業(yè)務(wù)的質(zhì)量。

2 VDSL2系統(tǒng)中傳統(tǒng)的抗噪聲手段

為了應(yīng)對(duì)線路中串?dāng)_的動(dòng)態(tài)變化，與ADSL一樣，基于DMT調(diào)制的VDSL2系統(tǒng)也支持傳統(tǒng)的比特交換(BS)和無(wú)縫速率調(diào)整(SRA)功能。比特交換功能在不同的工作子載波之間調(diào)整比特分配，如果遇到寬頻帶噪聲，則比特交換無(wú)法應(yīng)對(duì)。SRA雖然可以通過(guò)降低整個(gè)系統(tǒng)速率維持系統(tǒng)穩(wěn)定，但是現(xiàn)有的SRA反應(yīng)速率較慢，難以應(yīng)對(duì)快速變化的噪聲。

現(xiàn)有的SRA的工作原理是，接收器根據(jù)實(shí)時(shí)的噪聲容限與設(shè)定的上調(diào)或下調(diào)噪聲容限之間的關(guān)系，計(jì)算出新的比特分配表和增益表，然后通過(guò)Eoc通道向發(fā)送端發(fā)送SRA請(qǐng)求并且將更新的比特和增益表發(fā)送給發(fā)送器，發(fā)送器收到后，通過(guò)發(fā)送0LR同步信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)收發(fā)兩端之間的同步切換。

由于每一個(gè)子載波的比特和增益一共需要兩個(gè)字節(jié)，而VDSL2最多可以使用4096個(gè)子載波，整個(gè)比特分配表和增益表的更新需要傳送的信息量高達(dá) 8kbit／s，這其中還不包括命令字和校驗(yàn)字的內(nèi)容，通過(guò) Eoc傳送需要較長(zhǎng)的時(shí)間。而此時(shí)面臨的串?dāng)_噪聲有可能造成lodB以上的總噪聲PSD的增加，因此噪聲容限此時(shí)已經(jīng)遠(yuǎn)低于0，誤碼率上升會(huì)導(dǎo)致更新比特分配表和增益表失敗從而導(dǎo)致SRA調(diào)整過(guò)程失敗。

傳統(tǒng)的DSL線路中抗脈沖噪聲的主要手段是通過(guò)數(shù)據(jù)的交織編碼和前向糾錯(cuò)(FEC)。當(dāng)前的DSL標(biāo)準(zhǔn)采用以字節(jié)為單位的里德，所羅門(mén)碼(RS)作為前向糾錯(cuò)碼。通過(guò)將數(shù)據(jù)交織后，若干受FEC保護(hù)的數(shù)據(jù)塊被分散到不同的DMT符號(hào)中。這樣，即使某些 DMT符號(hào)由于脈沖噪聲產(chǎn)生了連續(xù)突發(fā)差錯(cuò)，受損的也只是FEC數(shù)據(jù)塊中的部分?jǐn)?shù)據(jù)。交織編碼將一個(gè)較長(zhǎng)的突發(fā)差錯(cuò)離散成隨機(jī)差錯(cuò)，再用FEC技術(shù)消除隨機(jī)差錯(cuò)。但是交織編碼是以時(shí)間為代價(jià)的，交織深度越大，抗突發(fā)差錯(cuò)能力也就越強(qiáng)。但交織深度越大，交織編碼處理時(shí)間越長(zhǎng)，從而造成數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延增大，對(duì)交互的音視頻業(yè)務(wù)質(zhì)量造成影響。

3 VDSL2中的緊急速率調(diào)整(SOS)技術(shù)

根據(jù)上述對(duì)SRA機(jī)制的分析，如果不需要傳送更新的比特分配表和增益表，而只是發(fā)送一個(gè)切換請(qǐng)求和切換應(yīng)答，同步消息，這樣就能避免因?yàn)楸忍胤峙浔砗驮鲆姹韨魉统鲥e(cuò)而失敗。為了應(yīng)對(duì)串?dāng)_突然增加造成的掉線等問(wèn)題，定義了一種新的OLR類型——無(wú)縫速率切換(SOS)。SOS僅使用簡(jiǎn)單的OLR請(qǐng)求消息和同步切換消息，而無(wú)需交換比特分配表和增益表，在線路噪聲因?yàn)猷徑�線對(duì)的訓(xùn)練而突然增加的時(shí)候，線路中的誤碼會(huì)爆發(fā)性增加，接收器會(huì)發(fā)出SOS OLR 的請(qǐng)求，通過(guò)發(fā)送器發(fā)出的同步信號(hào)發(fā)送器和接收器同步切換到新的比特分配表和增益表。在接收機(jī)發(fā)起的SOS請(qǐng)求中，會(huì)攜帶一個(gè)簡(jiǎn)短的0LR消息告知發(fā)送端需要下調(diào)的比特加載值，這樣發(fā)送端只需將子載波組(其中可能包括256，512或1024個(gè)子載波)中的所有子載波的比特分配值統(tǒng)一下調(diào)即可，避免了雙方需要就每個(gè)載波的比特分配進(jìn)行交換的大量數(shù)據(jù)。