VDSL線路串音測試原理與數據處理

2019-11-04 22:54:21

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　　一、引言
　　隨著高速數據接入、視頻點播、家庭辦公、遠程教學和醫療等業務需求量的急速增長，寬帶市場得到了飛速的發展。2003年寬帶用戶數量突破了1000萬大關，網絡游戲等需要高帶寬的業務也逐步達到了一定的規模。可以說，寬帶通信已經進入了大規模應用階段。VDSL技術也因為具有寬頻帶、高速率等技術特點而深受人們矚目，其短距離內的最大下行速率可達55Mbit/s，上行速率可達19Mbit/s甚至更高，被普遍認為是一種理想的安全、穩定、快速、便捷的寬帶接入技術。然而，串音問題是xDSL技術的致命弱點，VDSL也不例外，到目前為止，我國基本上還沒有系統地開展對串音的測試和研究的相關工作。因此，開展VDSL線路串音的測試和研究工作，積累DSL串音的研究原始數據，把握真實可靠的第一手數據，從而建立起符合我國國情的VDSL噪聲模型，具有十分重要的意義。然而，測試所得的數據并不能直接反映VDSL線路串音的特征，必須對它們進行必要的處理，才能找出其中的規律。一般的作法就是利用測試所得的實驗數據來擬合出一條曲線，擬合的方法一般可以采用最小二乘法。
　　
　　二、VDSL線路串音與測試
　　1.VDSL線路串音
　　
　　由于電容和電感的耦合作用，使得雙絞線對發送器發送的信號可能會串入處于同一主干電纜中其它雙絞線對所連接的發送器或接收器，造成雙絞線對間的串音干擾。串音干擾一般分為近端串音(NEXT)和遠端串音(FEXT)兩種。近端串音是指出現在發送端的串擾，它既與信號頻率和通道長度有關，也與施工工藝質量有關，對線路的影響非常大。遠端串音也稱為遠端防衛度，是指出現在接收端的串擾，它隨著距離的增大經過信道傳輸將產生較大的衰減，對線路影響較小。但由于VDSL線路距離較短(一般不超過1500m)，頻率較高，所以遠端串音造成的干擾也很大，同樣不能忽視。
　　
　　2.VDSL線路串音測試原理
　　
　　(1)近端串音測試原理
　　
　　在進行近端串音測試時，將信號發生器和頻譜分析儀都連接在VDSL線路的局端。由于信號發生器和頻譜分析儀與傳輸線路之間的電阻一般都不匹配，所以需要在信號發生器和主串線路之間、頻譜分析儀和被串線路之間分別用一個變量器連接起來。近端串音測試原理如圖l所示。測試步驟為：
　　　 VDSL線路串音測試原理與數據處理（圖一）

　　圖1　近端串音測試原理
　　·按照近端串音原理將所需儀器、儀表連接好；
　　
　　·用頻譜分析儀記下線路中沒有信號時的波形；
　　
　　·通過信號發生器發出噪聲信號；
　　
　　·用頻譜分析儀記下線路中有噪聲信號時的波形與沒有信號時的波形之間的差。
　　
　　按照上述步驟所測得的波形，即為近端串音的波形。
　　
　　(2)遠端串音測試原理
　　
　　遠端串音的測試與近端串音的測試類似，只不過是將頻譜分析儀連接到了用戶端。遠端串音測試原理如圖2所示。遠端串音的測試步驟與近端串音完全相同。
　　　 VDSL線路串音測試原理與數據處理（圖二）

　　圖2　遠端串音測試原理
　　三、VDSL線路串音測試數據處理
　　一般來講，測試所得到的數據都會由于各種因素所產生的干擾，不可避免地帶有測試誤差，假如個別點上的誤差較大，還會引起測試曲線的嚴重波動。所以，在VDSL線路串音測試時所得到的測試曲線不可能很好地反映VDSL線路串音特征，很難從中找出其規律性。為此，我們需要對所得的測試曲線進行曲線擬合。
　　
　　1.用最小二乘法進行曲線擬合
　　
　　曲線擬合(Curve-fitting)就是要將一組離散的數據以一個近似的曲線方程式來代表。這樣，有了方程式所代表的特性曲線，我們就可以很方便地去運用它。曲線擬合的方法有許多，一般我們可以選擇簡單的一階的線性方程或高階的多項式方程。利用一階線性方程進行的曲線擬合稱為線性回歸(Linear Regression)，利用高階多項式方程進行的曲線擬合稱為多項式回歸(Polynomial Regression)。根據所測得的VDSL串音曲線可以知道，用一階線性方程擬合的精度太低。因此，在這里我們取多項式為擬合曲線。
　　
　　為了盡可能減少擬合誤差所帶來的影響，使得逼近函數從總的趨勢上更能反映逼近函數的特性，我們希望所求得的逼近函數與實際函數在整體上來說其偏差按照某種度量方式能夠達到最小。設有n對數據(xj,yj)(j=1，2，3，…，n)，從這些數據中找一個m次的近似多項式(稱為經驗公式)f(x)=a0,a1,a2x2+…+amxm，(這里m
　　2.曲線擬合在Matlab中的實現
　　
　　Matlab是科研數據中常用的工具軟件。在Matlab中，提供了利用最小二乘法求多項式經驗方程的方法，只需要進行簡單編程即可。此外，Matlab還具有強大的繪圖功能，能夠直接將原始曲線和擬合的結果曲線繪出，可以非常方便地對它們進行比較分析。
　　
　　通過在Matlab的簡單編程，我們分別處理了一對線路的一組近端串音測試數據和一組遠端串音測試數據，其多項式回歸的處理結果分別如圖3和圖4所示。
　　　 VDSL線路串音測試原理與數據處理（圖三）

　　圖3　近端串音多項式回歸擬合結果
　　 VDSL線路串音測試原理與數據處理（圖四）

　　圖　4遠端串音多項式回歸擬合結果
　　四、問題與討論
　　本文在用最小二乘法對串音數據進行處理時，采用的擬合方法只是比較簡單的多項式擬合。是否可以采用正交擬合法，假如采用正交擬合法，正交因子如何選擇，是否還可以采用其他擬合方法，怎樣利用擬合結果曲線的包絡曲線，這些問題(當然還可能有其他方面的問題)還需要進一步討論。
　　
　　五、結束語
　　由于我國目前還沒有系統地開展對xDSL技術串音的測試與研究工作，所以也沒有相關的資料可以參考。本文只是利用最小二乘法，采用的也只是簡單的多項式擬合方法，在VDSL線路串音測試與數據處理方面進行了初步的探索，仍然遺留了許多問題有待探討。希望本文能夠起到拋磚引玉的作用，引起廣大電信運營治理和技術工作者的注重，共同為推動我國寬帶技術的發展、提高網絡利用率和用戶滿足度而添磚加瓦。

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