自适应adsl宽带

2004年3月第27卷第3期重庆大学学报JournalofChongqingUniversityMar.
2004Vo1.
27No.
3文章编号:1000—582X(2004)03—0118—04基于DSP技术的ADSL自适应检测方法亢治,廖海洋(重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆400030)摘要:不对称数字用户环线(ADSL,As)rmmetricalDigitalSubscriberLoop)技术利用现有的电话线网络,适合解决目前宽带网络的瓶颈——"最后一公里"问题,其应用越来越广泛,对检测设备的要求也越来越高.
本文通过对现有测量方法总结比较之后,提出了一种新的ADSL线路传输特性的检测方案——使用自适应算法实现对ADSL整个频段衰减情况的动态测量,并采用通用DSP处理器实现算法,对系统的整体结构进行了设计.
测试算法经过在MATLAB上仿真,可以达到对信道传输特性的提取.
关键词:ADSL;检测;自适应算法;DSP中图分类号:TN914.
6文献标识码:A不对称数字用户环线(ADSL,AsymmetricalDigitalSubscriberLoop)技术是快速数字信号处理技术和先进调制解调技术相结合的新的接人方式.
这种技术使用现有的公共开关电话网络(PSTN,PublicSwitchedTele.
phoneNetwork)为用户提供高速的Intemet接人,对于解决目前宽带网络的瓶颈——"最后一公里"问题有着重要的意义¨.
但是,由于现有的电话线路是专门为传送低频语音信号而设计的,不利于高频信号的传输,线路周边环境比较恶劣且复杂多变,因此,无论是ADSL的开通还是正常的运营维护,都需要进行一系列复杂的测试工作.
这样,就对ADSL的检测设备提出了很高要求.
本文通过对国内外现有的ADSL检测设备进行总结比较后,提出了将自适应算法引入ADSL检测,用自适应滤波器对信道进行模拟,然后对自适应滤波器的特征进行分析,从而得出ADSL信道的传输特性.
通过MATLAB仿真,证明算法切实可行,能够提取信道的传输特性.
1测试原理1.
1现有测试设备的测量方法从实现原理上来看,现在市场上的ADSL测试仪可分为两类:一类ADSL测试仪是内置有ADSL芯片(就目前的仪表来看,主要内置的是阿尔卡特ADSL芯片组).
可代替用户端的ADSL设备与DSLAM连通,对上/下行速率、噪声容差等进行测试.
这类仪表的特点是价格低廉,只需要一台仪表与局端调制解调器阵列连通就可以进行测试.
缺点是它只能测试与内置ADSL芯片同类的ADSL设备,兼容性差;同时它只能判断线路能否开通所需速率的ADSL,即只具有"确认"功能,而不能全面的测试各种传输参数,难于对线路进行全面的分析和用于日常维护.
因此有人也把这类仪表称之为"ADSL开通器".
另一类ADSL测试仪是模拟ADSL的初始化过程,通过对每个子载频信号的衰减和噪声的测试,根据信噪比容差计算出每个子载频所承载的比特数和速率,从而做出理论上的最大上/下行速率预测.
这类仪表最大优点是与ADSL芯片型号和设备品牌无关,具有通用性;通过对每个子载频的的衰减、噪声、承载的比特数和速率的分析,便于更细致地评价线路质量和查找噪声、干扰源,从而选择线路、提高传输质量,也有益于线路的日常维护.
但它的价格比较贵,一般需要两台仪表对测(有的在远端用一台简单的"响应器"来降低成本).
1.
2自适应测量原理自适应信号处理是研究一类结构可变或可以调整的系统,它可以通过自身与外界环境的接触来改善自身对信号处理的性能.
通常这类系统是时变的非线性+收稿日期:2003—09—17作者简介:亢治(1978一),男,山西原平人,重庆大学硕士研究生,主要从事通信等领域的智能化检测仪器的研究.
第27卷第3期亢治等:基于DSP技术的ADSL自适应检测方法119系统,可以自动适应信号传送的变化的环境和要求,无需详细知道其信号的结构和信号的实际知识,无需精确设计信号处理系统本身.
自适应信号处理的应用主要有以下几个方面:自适应预测、自适应噪声抵消、自适应系统辨识、自适应系统均衡等.
在ADSL的调制解调中,自适应回波抵消和自适应信道均衡的算法已经得到广泛应用.
如果一个真实的物理系统是具有一个或多个输人,一个或多个输出的未知"黑箱",则其特性可由一个自适应滤波器去模拟.
未知系统与自适应滤波器使用相同的激励源,自适应滤波器通过调整自身的权重系数,得到一个与未知系统输出相匹配的输出,一般得到的是该未知系统输出最好的最小均方拟合,如图1所示.
出图1自适应系统辨识如果自适应系统具有足够的灵活性,即自适应滤波器有足够多的可调权系数,则可以紧密的拟和未知系统,甚至完善的拟和也是完全可能的.
自适应滤波器收敛达到平稳状态后,自适应系统的结构与参数值可能是也可能不是未知系统的结构与参数,但它们的输人输出关系是相匹配的.
在这个意义上,自适应滤波器可以看作是未知系统的一个模型.
特别是即使输人的激励信号的频谱足够宽,自适应滤波器仍然能够很好的与未知系统相匹配,当自适应滤波器输出的均方误差达到最小时,则就可以得到未知系统性能的每一个细节上的准确匹配.
1.
3ADSL检测中的自适应检测原理ADSL接人技术采用离散多音频调制(DMT,Dis.
creteMultitone)技术(ANSIT1.
413)专线上网的方式,DMT调制方式将ADSL的整个频段划分为256个子信道,每个子信道的带宽是4.
3125kHz,我们可以将AD.
sL信道等效为一个具有m个零点和n个极点的零一极点FIR滤波器,这一模型可以用一个自适应滤波器进行辨识,测量原理如图2.
假定测试线路的传输函数为L(:),自适应滤波器稳定后的传输函数为H(:),并定义信号的相关函数和互相关函数,即信号的功率谱和互功率谱如下:图2测量原理图咖(n)=E[+]1咖(n)=E[d]J滤波器输出的均方误差为:()=咖(0)+∑∑W咖(f—m)一l一…nl2∑咖(一f)(2)令上式对的导数为零,可得到最小均方误差时的权向量.
.
,对每个权分量,则有:监0wk一一m)一24)()=0(3)于是:∑Wlopl4)(k—f)=咖d(k),一∞=1&n=1&n<=6x(n)=1;elsex(n)=xor(Y(n一5),Y(n一6));endend用一个数字滤波器和一个AGWN(高斯白噪声)信道来模拟ADSL传输线路,即电话线路.
数字滤波器的幅频响应就是被测线路的幅频响应,使用ABCD参数法得到被测线路的传输函数,然后使用MATLAB中的FDATOOL设计出滤波器.
线路的背景白噪声取140dBm/Hz.
此外还要考虑的干扰有NEXT、FEXT、射频干扰等,对不同的干扰方式建立不同的模型.
其第27卷第3期亢治等:基于DSP技术的ADSL自适应检测方法l2l中FEXT比NEXT小得多,所以FEXT经常可以忽略,而射频干扰不容忽视,特征也比较明显,集中在附近电台广播频率的周围.
图5是加入不同干扰时在仿真模型SpectrumScope中看到的结果.
图5仿真结果(噪声为AWGN+NEXT+FEXT)从图中可以看出,仿真结果很好的反映了信道的状况,并且外界干扰因素影响不是很大.
当自适应滤波器的误差控制在一定范围内时,可以近似的得到线路的衰减状况.
测试的频率间隔精度由自适应滤波器的系数决定,在这次实验中,自适应滤波器的系数取256,即每个子信道都有一个测试点与之对应.
这样的测试结果当然比只测试8个数据点的结果全面直观.
得到各个子信道的衰减情况和信道上噪声的分布状况,就可以确定信道的容量.
另外,我们可以根据干扰的频谱分布状况,利用已有的先验知识,确定可能的干扰类型.
4结论本文提出将自适应滤波应用于ADSL的线路检测上,阐述了自适应检测的原理.
编写了应用于DSP的c语言程序在TI公司TMS320C6711的DSK板上调试通过,并进行了算法优化,该算法程序响应速度可以满足实际应用.
建立了仿真模型并经MATLAB仿真验证可以提取信道的传输特征,当自适应滤波器的误差控制在一定范围内时,可近似的得到线路的衰减状况,对于加人了各种噪声如近端串音、远端串音等仍然有很好的响应.
并且设计了最终产品便携式检测仪的DSP处理电路部分,进一步的设计将针对更加人性化的操作界面采用嵌入式系统以及相应的控制显示电路开发参考文献:[1]郭士秋.
ADSL宽带网技术[M].
北京:清华大学出版社,2001.
[2]吴锦瑚、李玮、蔡晓阳.
影响ADSL线路质量因素的分析[J].
中国数据通信,2001,9(9):5—8.
[3]沈福民,自适应信号处理[M].
西安:西安电子科技大学出版社,2001.
[4]DENNISJ.
RAUSCHMAYER.
ADSL.
/VDSL原理[M].
威王,巧燕译.
北京:人民邮电出版社,2001.
[5]TLFD60OPAPDataSheet(SLAS280B)[Z].
TexasInstru—ments,RevisedNovember2000.
[6]孙敏,张一农,石文孝.
一种改进的DMT系统自适应比特分配方案EJ].
吉林大学自然科学学报,2001,(2):53—56.
ADSLSelf-adaptingdetectingMethodBasedonDSP/CANGZhi.
LIA0i-yang(KeyLaboratoryofOptoelectronicTechnologyandSystemsundertheStateMinistryofEducation,ChongqingUniversity,Chongqing400030,China)Abstract:AsymmetricalDigitalSubscriberLoop(ADSL)issuitabletoeliminate"thelastmile"bottleneckofcurrentbroadbandsolutions,whichusetheexistingtelephonenetworkandapplymoreandmoreabroad.
Itresultsinthehigherdemandsofthedetectingequipment.
Accordingtothereviewandcomparisonoftoday,sADSLdetectinstruments.
anewmethodisputforwardwiththesystemdesign,whichself—adaptingdetectingcanbeusedtotesttheADSLgtrans—missioncharactersonthewholebanddynamically.
CurrentDSPisusedtooperatearithmetic.
Theself—adaptingdetec—tingarithmeticcangetthecharacteristicofsignalchannelthroughtheMATLABsimulation.
Keywords:ADSL;detect;self—adaptingarithmetic;DSP(编辑张小强)