DSL线路速率分析与工程应用

（中兴通讯股份有限公司上海研发中心，上海 201203）

DSL线路速率分析与工程应用

余辰东

（中兴通讯股份有限公司上海研发中心，上海 201203）

DSL作为宽带接入的主要方式，对用户速率要求日益严格。通过梳理不同宽带接入典型场景，比较其实现区别，总结出用户环路是影响DSL速率的关键因素。通过研究用户环路线路特性，总结了DSL线路基本要求。依据上述因素归纳了与线路速率相关的DSL重要参数及其之间关系。结合工程应用提出了DSL速率提升方法，并通过故障实例进行了探讨。

数字用户环路；线路速率；线路噪声；载波服务区

宽带接入发展是用户带宽不断提升的过程。在影响用户速率的众多因素中，用户线路因素不容忽视。传统宽带接入普遍采用铜线接入方式，由于铜线固有特性，传输信号衰减正比于线路长度与频率而反比于线缆直径，用户可达速率随线路距离增加而衰减并极易受干扰。

为解决设备接入距离与用户可达速率之间的矛盾，应采用“光进铜退”策略。由于光纤中信号采用全反射传输且抗电磁干扰，用户可达速率几乎不受线路与距离影响。在保证上联带宽的基础上，通过光纤延展宽带接入设备，覆盖范围尽量靠近用户部署，缩短最终用户铜线接入距离以取得理想速率。同时现网（包括“光进铜退”场景）中存在着大量铜线接入，因此在较长时期内铜质线路对带宽的影响将持续存在，这也是提升用户可达速率的重点。

1 宽带接入典型场景分析

宽带接入设备的业务网络侧接口（SNI）通过光纤提升接入总带宽，同时扩展接入设备本身的覆盖范围；而用户网络侧接口（UNI）通过铜线实现最终用户接入。由于接入技术及用户距离不同，用户可获得速率存在明显差异。根据应用场景可大体分为4类，如表1所示。

FTTN/B/C用户接口一般采用DSL接口。前者使用大型DSLAM设备，后两者使用PON接入设备MDU。在排除设备能力及上行总带宽差异后，影响用户带宽能力的主要因素是UNI侧铜线接入距离。随距离延长，信号衰减增加，用户可获得最大速率将明显降低。

表1 宽带接入典型场景

FTTH/O及FTTC场景中的MTU设备采用FE/ GE（快速/吉比特以太网）接口。用户可达速率与上行带宽及用户数量有关，而与距离关系不大。

2 DSL线路特性分析

DSL通过数字编码和离散多音频（DMT）调制技术在铜质双绞线上传输数据业务。由于DSL使用高频段信号，因此对线路要求更高。在保证线路质量的前提下，DSL将其承载频谱划分为多个子信道。根据距离、噪声等因素，DSL通过训练及分析，测量子信道信噪比；按实测信道质量确定每个子信道承载比特数，以避开那些噪声或损伤太大的子信道，从而保证传输速率与可靠性。在数据传输过程中，DSL可通过快速学习机制实现传输速率的动态调整。

2.1 传统用户环路特性

接入网中并非所有双绞线用户环路都适合DSL数据传输。传统用户环路具备如下特征。

（1）线径，环路通常由几段线径不同的双绞线连接组成，常用线径包括0.4 mm、0.32 mm。

（2）桥接抽头，用户环路常并接一段开路双绞线（桥接抽头），对高频信号产生较强反射。

（3）加感，话音信号长距离（大于5.4 km）传输时为抵消双绞线分布电容，常采取延长用户环路加感方法使话音频段阻抗虚部正负相消。但在数据传输的高频段内，这种方法将使阻抗虚部大大增强。

对DSL数字信号而言，其占用频段为30 kHz～1.1 MHz，甚至更高。传统用户环路线径的不连续性以及桥接轴头的存在，对高频信号产生反射；而加感线路加剧了高频信号的衰减。

2.2 回波反射噪声

在信号传输过程中，桥接抽头形成两种持续性的反射干扰（如图1所示），包括反射信号叠加在原传输信号上形成的接收端噪声、部分信号反射回发送端形成的发送端回波。

图1 桥接抽头回波干扰

发送端回波与原信号存在180°相位差，由于相互抵消引起传输能量的损失。同时线径差异将导致线路阻抗的不连续性，在线径变化界面处引入回波反射并对主信号产生干扰。

2.3 耦合效应噪声

双绞线中存在不均匀的杂散电容，使得其它外界持续或突发电信号经电磁耦合叠加到该线对的传输信号上，形成耦合效应噪声，主要包括邻近线对的串扰噪声以及脉冲噪声。

2.3.1 串扰噪声

物理隔离的多个信道之间，信号传输因电磁耦合作用将产生持续的直接串扰。如图2所示，同一束电缆的不同用户环路间存在两种串扰：近端串扰NEXT及远程串扰FEXT。同一线束内串扰将持续存在，且近端串扰对线路信噪比及用户最终可达速率影响很大。

2.3.2 脉冲噪声

双绞线用户环路易受杂散脉冲噪声干扰。这些突发或有限持续的脉冲噪声幅度较大，因电磁、互感等耦合效应对信号产生干扰，导致系统发生误码，甚至在短期内完全失去同步。

图2 近端串扰NEXT和远端串扰FEXT

工程实践中应尽量避免数字用户环路与经交换接续的话音承载线对在同一束电缆中。话路接续及话机摘、挂机脉冲噪声经NEXT及FEXT信道耦合，将产生幅值很大的突发噪声。

3 DSL线路基本要求

为避免上述问题，提出载波服务区（CSA）概念。CSA指单个CPE所能服务的物理区域，满足CSA要求的环路称为数字用户环路。CSA呈现非对称特性，即桥接抽头大多数靠近用户端，而中心局（CO）端线路集中。在用户端因环路线径不连续性以及桥接抽头的存在将产生较大回波，但邻近线对串扰较小；而CO端则反之。DSL线路应具备以下4个条件。

（1）使用双绞线，且非加感用户线路（即用户线路上没有加电感线圈）。

（2）线路不含桥接抽头。若含有桥接抽头，则桥接抽头最多不能超过2个，每个桥接抽头的长度小于600 m，总长度小于750 m，桥接抽头至两端距离大于400 m。

（3）对于多段双绞线组成的线路，保证线径尽量相同（线对规格建议不超过两种）。

（4）线路衰减满足YD/T322-96《铜芯聚烯烃绝缘铝塑综合护套市内通信电缆》之规定。

综合实际线路不同因素影响，在线路工作模式为G.dmt，信噪比为12 dB的测量条件下，不同长度的0.4 mm/0.32 mm线径线路典型上下行速率如表2所示。

依据上述数据分析发现线径分别为0.4 mm/0.32 mm的线路传输能力存在如下对比关系。

（1）1 km的0.4 mm线径与800 m的0.32 mm线径线路传输能力相当。若实际线路为这两种线径的混合线路，可按上述方法折算为单一线径线路长度，并大致判断线路可达速率。

（2）0.32 mm线径线路长度超过2.5 km、0.4 mm线径线路长度超过3 km后，DSL线路下行速率将随线路距离稍微增加而明显下降。由于国内典型用户环路为上述线径的混合线路，或单一0.4 mm线径线路，因此建议ADSL线路长度在3 km以内。

4 DSL参数说明

DSL线路速率与线路特性密切相关。通过调整DSL相关参数，实现对线路多种干扰的动态改善，以及用户速率的一定提升。常用参数如下。

4.1 工作模式

工作模式指DSL使用的连接协议，主要包括ADSL使用的G.992.1（G.dmt）、G.992.2（G.lite）标准，以及ADSL2+使用的G.992.5标准。不同协议支持的上下行速率差异很大，G.dmt最低上/下行传输速率为640 kbit/s、6.144 Mbit/s；G.lite最高上/下行传输速率为512 kbit/s、1.536 Mbit/s；而ADSL2+接口上/下行速率可达2.5/24 Mbit/s。

4.2 交织（Fast）与快速（Interleaved）

DSL信道有快速与交织之分。前者通过交织处理提升可靠性；后者不进行交织处理，可靠性低但速率相对较高。交织信道对脉冲噪声有良好的抵御能力，通过分离突发错误导致的比特误码，从而实现纠错并提高抗差错能力。但对于使用确认机制的传输协议（如TCP），将产生较大时延并导致速率明显降低，甚至下降到Fast方式的1/3左右。

表2 不同线径不同长度上下行典型速率

4.3 线路速率（Bit Rate）与噪声容限（Noise Margin）

DSL设备在训练过程中根据线路衰减、环境噪声等数据计算线路速率，上下行速率分别由CO/CPE计算并通知对方。实际线路环境中子信道信噪比不断变化，而噪声容限保证在子信道比特分配时留有一定余量，使线路误码率小于10-7。给定线路条件下，噪声容限愈大，线路速率愈低。

4.4 比特迁移（Bitswap）

动态噪声变化将导致DSL线路重新训练或长期误码。Bitswap实现在不重新训练的情况下自动调整子信道比特分配及发送功率，从而保证线路误码率低于10-7。Bitswap提高了DSL对环境噪声的动态适应能力，但可能存在兼容性问题，例如某些早期CPE近距离激活时对CO发出Bitswap应答不作响应。此种情况下关闭Bitswap，业务反而更加稳定。

4.5 脉冲噪声保护（INP，Impulse Noise Protection）功能

INP主要为消除线路上短脉冲噪声，是DSL承载视频业务的关键特性。INP定义了交织信道下可纠错的DSL码元数，G.997.1标准要求其配置范围为0～16，INP越大信道抗扰性越强。当INP分别为2、4时，可相应实现对67%、92%常见噪声的纠错。

工程实践中，设备应支持根据线路训练情况自动选择INP值，即auto选项。在相同设备、线路及速率模板下，INP对可达速率有一定影响，其测试结果如下。

（1）MinINP为auto时，其实测值为2，线路开销约为25%，上行可达速率为816 kbit/s。

（2）MinINP＝0（即关闭此功能）时，线路开销约为7%，上行可达速率为1 080 kbit/s。

由此可见，MinINP会增强线路抗扰能力，但导致速率有所下降；若需更高的可达速率，可配置MinINP为0，即放弃INP功能对线路稳定性的贡献。

5 DSL端口速率工程应用

当前各大运营商对用户体验及可达速率愈加重视。端口速率作为衡量DSL宽带接入质量的关键指标，受上述多种因素影响，主要包括线路质量、速率、配置参数、串扰及噪声。

5.1 DSL端口速率检测提升方法

获取DSL实时建链参数并根据设定条件判断速率是否达标，在CO至CPE的全线路逐段分析各种影响要素，直至定位问题原因并加以解决。根据以上思路，提出以下建议和方法。

首先隔离外线后进行CO测试，排查局端设备本身问题；其次逐段排查线路，包括电压、电容、电阻等情况；再次排除用户侧线路问题（如串接多部话机，未采用分离器）；最终测试CPE状态，包括速率、衰减、信噪比等参数。通过全程测试，保证线路质量并实现用户速率达标及状态稳定。

除上述确定的持续因素外，由于存在外部不确定性干扰源将导致DSL线路速率问题更为复杂。因此端口速率提升是一个渐进的过程，需要应用多种手段进行综合测试与处理。

（1）对新开用户，根据线路实际情况规范用户端口速率及其配置，特别是上行最大速率。当上行速率设置较低时，将适当提高上行信噪比裕量，保证建链时DSL选择最可靠信道。

（2）对使用快速信道但状态不稳定用户，可改用交织信道；同时修改目标噪声裕度、INP、Bitswap等参数，适当调低用户可达速率以适应线路质量。

5.2 高带宽DSL用户状态不稳定问题

对于目前部署广泛的高速DSL业务，在用户配置带宽提升后，实际速率反而下降甚至掉线的问题可能频繁出现。这是由于DSL带宽提升，噪声容限随之下降，用户更易受噪声影响。当速率提升导致用户状态不稳定时，应增加线路噪声容限以适应线路质量。

业务开通时应根据线路速率实际情况调整噪声容限。若线路质量较好，可设置较小目标噪声容限以获得高速率；反之，应设置较大容限以获得高稳定性。相关验证结果如表3所示。

表3 噪声容限与线路速率关系

从实验室和现场验证结果可见，目标噪声容限适当提升到12～20 dB，可增强线路稳定性并获得较理想的可达速率。同时需要注意：若线路质量较差或处于临界状态，链路训练无法达到最小建链速率，将导致CPE无法建链。应通过排查线路故障或降低最小建链配置速率加以解决；若上下行信噪比裕度以及可达速率均较高的情况下仍发生掉线，则可能存在突发干扰。应使用交织模式信道，适当提高线路INP值或使用Bitswap功能，以牺牲线路带宽来提升线路的稳定性。

6 结语

DSL可达速率与线路质量、线间持续串扰及突发脉冲噪声等因素密切相关。在保证线路质量的基础上，通过合理选择工作模式、信道方式、设置合理速率模板及噪声容限解决持续干扰问题；通过Bitswap及INP配置解决突发噪声问题。综上，DSL线路质量与可达速率相互动态影响，需要根据实际情况加以灵活调整，以实现DSL最佳速率并提升用户感知。

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[6] Warrier. XDSL Architecture[M]. 北京：清华大学出版社. 2000.

DSL line rate analysis and engineering application

YU Chen-dong
(ZTE Corporation, Shanghai 201203, China)

As the primary way of broadband access, the requirements of user rate become more stringent for DSL. Through combing the typical scenarios,we compare the distinction of realization from different scenarios, the subscriber loop as the key factor affecting the DSL rate is reported. By studying the characteristics of the subscriber loop line, this paper summaries the basic requirements of DSL line. Based on the above factors, it induces the important DSL parameters inf uencing the line rate and the relationship among them. Combined with engineering application, it raises the method to enhance the DSL rate and have carried on the discussion through the fault instance.

DSL; line rate; line noise; CSA

TN915

A

1008-5599（2014）09-0040-05

2014-05-28