最大限度地減小噪聲對VDSL2網(wǎng)絡(luò )"始終在線(xiàn)"服務(wù)的影響

　　全球的數字用戶(hù)線(xiàn)路 (DSL) 數量高達 2 億，是服務(wù)供應商為大眾市場(chǎng)提供寬帶服務(wù)的主要手段。利用 DSL，服務(wù)供應商能夠提供增加營(yíng)收的 Triple-Play 業(yè)務(wù)，提高銅纜基礎設施的投資回報。但這些業(yè)務(wù)帶來(lái)一個(gè)挑戰：它們需要出色的性能、更大的專(zhuān)有帶寬、更高的服務(wù)質(zhì)量(QoS)和"始終在線(xiàn)" (always-on) 的網(wǎng)絡(luò )接入功能。

　　VDSL2 線(xiàn)路上的噪聲對多媒體業(yè)務(wù)數據率/覆蓋距離性能的影響十分嚴重，這是鄰近銅線(xiàn)對上電氣信號的串擾耦合或其它損害的結果。DSL 線(xiàn)路開(kāi)/關(guān)轉換對環(huán)路噪聲特性的影響可能相當大。盡管傳統的無(wú)縫速率適配技術(shù)(Seamless Rate Adaptation, SRA)及比特交換技術(shù)也可以改變數據率，以適應隨時(shí)間變化的環(huán)路條件，但這些方案往往無(wú)法始終保持線(xiàn)路的完整性及相關(guān)的開(kāi)銷(xiāo)通道，尤其是在噪聲容限嚴重降低(有時(shí)甚至是負)的情況下。

　　服務(wù)供應商需要一種在帶寬噪聲突然出現變化時(shí)能夠迅速和動(dòng)態(tài)調整數據率的智能機制。這種快速速率適配 (RRA) 策略對于 IPTV 和實(shí)時(shí) Triple-Play 應用等高質(zhì)增強型服務(wù)的穩健實(shí)施至關(guān)重要。

　　本文討論的重點(diǎn)在：DSL 線(xiàn)路性能降低的常見(jiàn)原因：串擾、非平穩無(wú)線(xiàn)電干擾、脈沖噪聲和溫度變化把噪聲影響降至最低確保服務(wù)始終在線(xiàn)"的技術(shù)

　　服務(wù)供應商的接入挑戰

　　全球服務(wù)供應商將在端到端 IP xDSL 接入基礎設施上推出 Triple-Play 業(yè)務(wù)。一些主流服務(wù)供應商的業(yè)務(wù)推廣策略包括推出廉價(jià)、高密度、高功效且高度可靠的 VDSL2/ADSLx 組合卡，以期隨時(shí)隨地為任何用戶(hù)提供無(wú)處不在、按需定制及高度集成的多元化服務(wù)。

　　為了使帶寬最大化、誤碼率最小化，以及增強抗干擾性和提高運營(yíng)效率，必須在所有級別上考慮到 xDSL 系統的性?xún)r(jià)比優(yōu)化。一個(gè)經(jīng)優(yōu)化的 DSL 系統再加上有保證的服務(wù)可靠性和穩定性，將有助于服務(wù)供應商迅速推出創(chuàng )新的產(chǎn)品、增加每用戶(hù)平均營(yíng)收，并減少運營(yíng)開(kāi)銷(xiāo)和資本支出。消費者需要出色的 QoS、始終在線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )連接性、非凡的可靠性和來(lái)自多個(gè)不同服務(wù)供應商的即時(shí)可用內容。運營(yíng)商必須以任何代價(jià)避免服務(wù)中斷和線(xiàn)路重接等問(wèn)題。

　　為了滿(mǎn)足Triple-Play應用的需求，DSL 技術(shù)在不斷發(fā)展提升。2006 年 11 月，ITU G.993.2 VDSL2 標準獲批準。不同于以往的 xDSL，VDSL2 采用了大量的改進(jìn)技術(shù)，能夠更好地處理不同運營(yíng)商的不同帶寬需求。例如，VDSL2支持改進(jìn)型脈沖噪聲保護(INP)、脈沖噪聲監控(INM)、SRA、PSD (功率譜密度) 整形，以及新的服務(wù)和初始化策略，以提高Triple-Play的穩定性。該標準還涉及其它先進(jìn)技術(shù)，比如緊急狀況速率降低(SOS)、動(dòng)態(tài)速率重新分配 (DRR) 和串擾通道估算及減緩技術(shù)等。VDSL2 還采用了Profile 概念，可支持廣泛的部署環(huán)境。每一個(gè)Profile 都有一個(gè)特定的帶寬(從8MHz到30 MHz)，有不同的功率和功率譜密度(PSD)屏蔽限制。此外，每一個(gè) Profile 還針對特定的覆蓋距離和數據率進(jìn)行優(yōu)化。同樣地，VDSL2 還擴展了 VDSL1 的覆蓋距離，其最大可達速率超過(guò)了所有其它形式的 DSL。

　　動(dòng)態(tài)頻譜管理 (DSM) 等先進(jìn)技術(shù)能有助于減少共享同一個(gè)捆綁器的 DSL 對線(xiàn)的串擾，提升未來(lái) DSL 的帶寬和覆蓋范圍。由于更高級別的 DSM 需要共享捆綁器的所有用戶(hù)存在某種形式的協(xié)調，這些技術(shù)相當重要。真正的DSM瓶頸是非技術(shù)性問(wèn)題，比如環(huán)路分拆(loop unbundling)，其中不同的雙絞線(xiàn)由不同的公司運作。因此，必須先解決這些問(wèn)題，電信運營(yíng)商才能充分發(fā)揮 DSM 的全部潛力。

　　性能降低的常見(jiàn)原因

　　我們常常假設不良信號是高斯 (Gaussian) 分布的附加隨機源。例如，比特加載算法通?；诟郊痈咚乖肼暤募僭O而設計。這種算法低估了其它類(lèi)型干擾的影響，從而導致誤碼率過(guò)大。此外，信道估算算法通常是針對平穩噪聲情況下的性能優(yōu)化來(lái)設計的。然而，在估算非平穩、準平穩或隨時(shí)間變化的干擾時(shí)，這些算法卻不太有效。這些 DSL 訓練過(guò)程一般都十分適合于在出現平穩噪聲和附加的高斯噪聲時(shí)的性能和抗干擾性?xún)?yōu)化，這將使調制解調接收機無(wú)法接收其它類(lèi)型的噪聲，例如，抵抗脈沖噪聲等。

　　xDSL 性能降低的常見(jiàn)噪聲源可分為以下幾類(lèi)：

　　內部噪聲源
　　內部的噪聲源包括熱噪聲、量化噪聲、元件非線(xiàn)性度和失真、回波損耗或 Hybrid 傳輸損耗(trans-hybrid loss)、帶通濾波器 (ISI) 引起的耗散，以及相位噪聲和時(shí)鐘抖動(dòng)等時(shí)鐘噪聲。不良的設計、算法和信號處理在精度和性能方面的局限性對xDSL性能也都有負面影響。

　　外部(半)平穩噪聲
　　這種噪聲通常稱(chēng)為串擾，包括其它服務(wù)產(chǎn)生的干擾信號，比如 T1 和 xDSL 等外來(lái)和/或自噪聲源例如遠端串擾 (FEXT) 和近端串擾 (NEXT)。雖然因鄰近 DSL 線(xiàn)纜不斷發(fā)射產(chǎn)生的串擾基本上是平穩的，但串擾分布可能因客戶(hù)布線(xiàn)或溫度的變化而隨時(shí)間變化。串擾通常是 DSL 系統中性能降低的主要原因。

　　外部非平穩噪聲
　　非平穩噪聲是多個(gè)源影響的結果，會(huì )影響 xDSL 系統的性能。主要的噪聲源有：
　　線(xiàn)路上產(chǎn)生的電壓尖峰引起脈沖噪聲。常見(jiàn)原因包括雷擊、變壓器涌流和家電及燈的開(kāi)或關(guān)。重復性脈沖噪聲 (REIN) 也是非平穩噪聲，由反復的電壓尖峰或線(xiàn)路上噪聲的涌流引起，通常出現在電源工作頻率 (50 Hz 或 60 Hz) 上。脈沖噪聲會(huì )造成循環(huán)冗余檢測 (CRC) 誤差，可導致 DSL 線(xiàn)路重連，從而使得服務(wù)中斷。

　　射頻干擾 (RFI) 通常被限制在較窄的頻譜范圍內，而且，和脈沖噪聲一樣，HAM無(wú)線(xiàn)電干擾也會(huì )被耦合到信號中。這種準正弦干擾源的分布可能會(huì )致使龐大數量子載波通道上的比特承載減小。盡管在離散多音頻(DMT) DSL系統中，RFI一般只影響一個(gè)symbol 的一小部分，但它的持續時(shí)間比脈沖噪聲要長(cháng)得多，會(huì )影響到很多DMT symbol。這就使得對交織和/或Reed-Solomon(RS)奇偶校驗要求更高，因而不適合低延遲應用 (比如 VoIP，過(guò)大的延遲可能導致音質(zhì)受損)。

　　普通老式電話(huà)業(yè)務(wù) (POTS)：摘機/掛機、撥號脈沖、振鈴和響鈴 (ring trip) 產(chǎn)生的信號。

　　銅纜的 micro-cut 引起 DSL 信號的隨機微中斷。為了實(shí)現可靠的信號傳輸，結合使用濾波和信號處理以減少 CRC 的產(chǎn)生。

　　鄰近 xDSL 服務(wù)進(jìn)出工作狀態(tài)。當同一個(gè)捆綁器中的調制解調器開(kāi)關(guān)時(shí)，這種現象可能引起平穩噪聲級突然出現大變化。根據串擾和可用噪聲容限的級別，這可能會(huì )導致服務(wù)中斷和線(xiàn)路重連 (重新同步和訓練)。

　　圖 1 顯示了多種 CO/遠程終端 (RT) 部署環(huán)境，其中，在接收器 (victim receiver) 的下行鏈路上有多種不同的干擾信號。

　　DSL 網(wǎng)絡(luò )降噪策略

　　可采用許多實(shí)用的策略來(lái)降低 DSL 設備中的各種傳輸損害。

　　內部噪聲源大多是由于局端(CO)和客戶(hù)端設備(CPE) 收發(fā)器的設計引起，而且一般不能在部署中緩減。針對這種情況，最好選用有信譽(yù)的廠(chǎng)商的設備。

　　可通過(guò)系統設計和采用先進(jìn)的 DSL 傳輸技術(shù)，如自適應 TEQ、自適應回波消除電路、自適應混合和可編程數字/模擬濾波器，提高對環(huán)路損害和內部噪聲源的抵抗能力。

　　來(lái)自外部的平穩噪聲限制 (如串音) 通常是由網(wǎng)絡(luò )設計來(lái)解決。對發(fā)送功率的PSD進(jìn)行限制就可確保頻譜兼容性。運營(yíng)商可控制一些與發(fā)送PSD相關(guān)的參數來(lái)最大限度地降低鄰近線(xiàn)路的串擾，現在普遍使用先進(jìn)的上行和下行功率回退技術(shù) (UPBO/DPBO)。

　　動(dòng)態(tài)頻譜管理
　　動(dòng)態(tài)頻譜管理 (DSM) 由一整套針對 DSL 網(wǎng)絡(luò )中的多用戶(hù)功率分配和/或檢測的技術(shù)構成，旨在確保串擾環(huán)境下的頻譜兼容性。實(shí)施DSM，就可通過(guò)改變發(fā)送信號的頻譜來(lái)減少串擾，或消除同一線(xiàn)扎內的串擾 (部分)。在串擾是主要損害的網(wǎng)絡(luò )部署環(huán)境中，這些技術(shù)非常有效。DSM 有四個(gè)協(xié)調級別：

　　DSM Level 0，對應于靜態(tài)頻譜管理，最大限度地提高單條DSL線(xiàn)路的性能，而不考慮鄰近線(xiàn)路的性能。

　　DSM Level 1解決自動(dòng)功率分配管理問(wèn)題，以避免串音。

　　DSM Level 2實(shí)現鄰近線(xiàn)纜間的功率分配協(xié)調管理，以避免串擾。

　　DSM Level 3用于降低串擾。該級別僅在發(fā)送器和/或接收器配置相應功能時(shí)才能使用。

　　虛擬噪聲技術(shù)
　　虛擬噪聲是 G.993.2 標準為提高線(xiàn)路穩定性而引入的另一種技術(shù)。其原理是在線(xiàn)路中針對那些可能因鄰近線(xiàn)路開(kāi)啟而受到串擾干擾的子通道預先增加虛擬噪聲。如圖 2 所示，在該技術(shù)中，對噪聲容限進(jìn)行調整，使其能容納虛擬噪聲；而對那些不會(huì )受串擾干擾的子通道，仍然保持較低的噪聲容限，使得可用帶寬達到最大。在能夠預先推測串擾的情況下，虛擬噪聲方法非常奏效。但在許多情況下，并不能準確推測串擾。這個(gè)技術(shù)不是動(dòng)態(tài)的，常常導致比特承載過(guò)于保守。

 
　　交織技術(shù)和Reed-Solomon編碼
　　現有各種技術(shù)可用于處理非穩定噪聲的影響。脈沖噪聲保護(INP)糾錯策略是涉及到 Reed-Solomon 編碼技術(shù)和交錯技術(shù)的一個(gè)綜合，其成幀參數可在標準規定的數值范圍內選擇。通常是通過(guò)降低數據速率來(lái)提高噪聲容限。大體上，就是讓接收器具有足夠的噪聲容限，從而使誤差率維持在可接受的限度內。這樣，大多數的數據幀都會(huì )有余裕的容限，從而確保數據的完整性，而只有一小部分數據幀會(huì )直接受脈沖噪聲的影響。這些技術(shù)也有一些其它缺點(diǎn)，如交織內存增加，可能不適合要求低延時(shí)和互動(dòng)的一些應用。如果通過(guò)在接收端來(lái)完成對Reed-Solomon編碼的Erasure decoding，這樣可顯著(zhù)減少 DSL 系統的交織延遲。

　　無(wú)縫速率適配技術(shù)(SRA)
　　VDSL2 標準描述SRA是針對線(xiàn)路噪聲狀況變化使用的技術(shù)。SRA通過(guò)改變線(xiàn)路帶寬，以保證線(xiàn)路有足夠的噪聲容限。當線(xiàn)路噪聲增加時(shí)，SRA就會(huì )降低帶寬，而且不造成掉線(xiàn)，因而也不會(huì )中斷服務(wù)。

　　對于噪聲變化緩慢的情況，通常使用以下一種自適應技術(shù)或組合技術(shù)，包括子載波重排序(reordering)、比特交換和/或SRA。

　　在突變和嚴酷的噪聲情況下，上面的策略都無(wú)效。在這種情況下，要維持鏈路，防止DSL 調制解調器重連，最有前景的降噪技術(shù)是快速速率適配(RRA)，即 ITU-T 標準中的SOS。

　　快速速率適配技術(shù) (RRA)
　　RRA是自動(dòng)的智能解決方案，可讓電信營(yíng)運商在嚴重及隨時(shí)間變化的噪聲環(huán)境下提高鏈路的穩定性、可靠性和可用性。RRA 是先進(jìn)的技術(shù)，可在出現大頻帶范圍的噪聲突變時(shí)，對數據速率進(jìn)行快速的動(dòng)態(tài)調節，且不會(huì )造成掉線(xiàn)或重連。因此，能夠優(yōu)化 Triple-Play 的質(zhì)量，大大改善寬帶連接，從而實(shí)現對變化無(wú)常的環(huán)路情況的管理。

　　主要優(yōu)勢
　　RRA使收發(fā)器能監視線(xiàn)路情況，并且在不中斷服務(wù)和不進(jìn)行重連的情況下動(dòng)態(tài)調節數據速率。RRA有助于維持鏈路的完整性，即便在噪聲變化超過(guò)容限的情況下。RRA對xDSL線(xiàn)路開(kāi)/關(guān)在線(xiàn)扎內產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)串擾有很強的恢復能力。

　　RRA在穩健性、適應噪聲突變、大頻帶范圍的噪聲變化方面優(yōu)于其它標準降噪方案(如SRA)。特別是RRA 能在 SRA 不再有效的環(huán)境下維持鏈路完整性。

　　RRA為穩定鏈路而變化到新速率所需的總體時(shí)間比 SRA 短得多。RRA對動(dòng)態(tài)噪聲變化的響應更快。表 1 給出了 RRA 與SRA在突變強噪聲環(huán)境下的功能性和有效性比較。

 　　流量敏感應用

　　Triple-Play市場(chǎng)對服務(wù)質(zhì)量和可靠性有著(zhù)很高的期望。對流量敏感的應用(如視頻服務(wù))，要避免畫(huà)面出現馬賽克 (pixelization)，可使用基于優(yōu)先級的算法，確保相應的信道的數據速率能根據產(chǎn)品的QoS 能力來(lái)改變。這樣，就能保證如果數據速率降低，具有最高優(yōu)先級的數據流能保持其帶寬(具體取決于線(xiàn)路情況)，而具有最低優(yōu)先級的數據流的帶寬則被降低。RRA 與 QoS 結合構成無(wú)可比擬的具有應用意識的 (application-aware)方案，使運營(yíng)商和服務(wù)供應商能在嚴重劣化的噪聲容限環(huán)境下靈活應對。

　　結論

　　提高系統穩定性是成功部署 Triple-Play 的關(guān)鍵所在。諸如虛擬噪聲、比特交換、SRA 和RRA 之類(lèi)的技術(shù)能夠提升系統的可靠性，并使運營(yíng)商以同樣的產(chǎn)品贏(yíng)得更多的客戶(hù)。未來(lái)這些技術(shù)有望被運營(yíng)商廣泛采用。