第二代高速数字用户线技术<1>

第二代高速数字用户线技术（宋廷宇、柯赓）

摘要 第二代高速数字用户线技术（HDSL2）被美国Telecommunication杂志评为1999

年十大热门通信技术之一。文中对HDSL2技术的关键技术进行了较为详细的介绍，包含

HDSL2技术的设计目标，线路码，频谱兼容性及其性能分析。介绍过程中和其他DSL技

术进行了比较。

关键词 第二代 高速数字用户线 关键技术

1引言

现代通信正向高速宽带化发展，基于光缆的高速骨干网已逐步建立，处于通信网

末梢的接入网成为通信网络的瓶颈。如何实现用户的高速、宽带接人，成为近10年来

国际上的研究热点。世界各国已经对接入网进行了巨大的投资，建立了庞大的铜线结

构接入网，以话音传输为设计目标。为了充分利用现有铜线资源，保护投资，90年代

开发了一系列铜线宽带接入网新技术，如综合业务数字网（ISDN）、高速数字用户线

（HDS）以及非对称用户线（ADSL）和甚高比特率数字用户线（VDSL），这些技术统称

为数字用户线技术（DSL技术）。第一代高速数字用户线技术（即HDSL）已经投入实用，

安装了超过100万铜线环路，取得了巨大的成功。因此美国ANSIT1E1.4委员会在ADC通

信公司、Adtran公司、Level one公司和PainGain技术公司等设备商的支持下继续开发

了第二代高速数字用户线技术（即HDSL2），将于近期完成最后标准。

2 HDSL2的性能设计目标

第一代高速数字用户线技术（HDSL）获得了巨大成功，因此HDSL2的设计目标针对

HDSL提出，在性能上将全面超过HDSL。HDSL2的设计目标可以概括如下：

（1）一对线上实现两线对HDSL的传输速率；

（2）获得与两线对HDSL相等的传输距离；

（3）对环路损害（衰减、桥接头、串青等）的容忍能力不能低于HDSL；

（4）对现有业务造成的损害不能超过两线对HDSL；

（5）能够在实际环路上可靠地运行；

（6）价格要比传统HDSL低。

实质上，HDSL2的设计目标是一种能够传1.544Mb／sT1数据的单线对对称DSL技术。

要达到这个设计目标是非常困难的，因为本地环路的传输环境极为苛刻。传输线路上的

混合电缆规格和桥接头造成的阻抗不匹配，还有各种各样的业务带来的串育干扰，形成

了一个极为糟糕的噪声环境。因此，要在一对铜双绞线上达到和两对铜线HDSL技术同样

的传输性能，必须采用先进的编码和DSP技术。

HDSL最初是作为长距离T1线路的廉价替代技术而发展起来的。1990年早期发展起

来的传统HDSL采用2B1Q线路码，无中继传输距离可以达到3.6km。这个距离在ANSIT1.601

规定的用户服务域范围之内。HDSL的速率和T1相同，可以稳定地工作在多线对电缆中，

不需要考虑和其他业务隔离。而其他DSL技术不同，如ADSL，它和T1业务不兼容，只能用

在经过仔细挑选的铜缆环路中。在HDSL2的设计目标中，也必须要求达到与HDSL同样的可

靠性和频谱兼容性。

3 HDSL2的线路码

一些XDSL系统只是简单地把HDSL系统中2B1Q收发器的波特率加倍，这种方案不能完

全满足ANSI标准规定的传输距离、性能和频谱兼容性要求。2B1Q系统速率加倍以后的频

谱会延伸进入ADSL下行数据的频谱范围内，使这两种技术不能兼容。要满足性能和频谱

兼容性提出的挑战，需要开发一种新的传输技术，而不是简单地采用2B1Q和QAM这样的线

路码。HDSL2采用了先进的频谱形成和纠错编码技术，获得了接近信道容量理论极限的良

好性能。HDSL2的发展初期也考虑了对称回波抵消传输和频分复用（FDM）传输。经过研

究发现，对称回波抵消系统的局限性在近端自身串音（SelfNEXT），其与要求的性能裕

量差2—3dB。频分复用传输虽然没有近端自身串音，但是来自其它业务的外部串育比较

严重，而且颇分复用需要很宽的频谱，存在与其它业务的兼容性问题。频分复用系统和

其他业务之间的串音使其性能甚至还不如对称回波抵消。经过研究，ADC公司、LevelOne

公司和PalrGain技术实验室合作开发了OPTS（OverLapped PAM Transmission with

InterlockingSpectra，频谱互锁重叠的PAM传输）技术，被ANSITIE1.4采用，成为HDSL2

的线路编码技术标准。

3.1 OPTIS的频谱形成技术

OPTS的核心技术之一是发送信号的频谱形成。这门技术来自于ADS的发展经验，用于

最大化地减少NEXT，（近端串青耦合）的影响。频谱形成技术采用非对称频谱，两个传

输方向的频谱相互重叠，但是在频谱形状上进行了巧妙的处理。

下行功率谱由基本频谱和它的一部分镜像组成。基本频谱的带宽大约为256 kHz，镜

像频谱将下行带宽扩展到大约400kHz，其功率谱密度比基本频谱高大约3dB。上行功率话

只有基本频谱，但是功率话密度在210－245KHz之间增强大约6dB，并对250kHz以上的频

谱进行了严格的限制。另外，下行频谱还对200－300kHz区域的功率话密度进行了抑制。

这里抑制的地方恰好和上行信道的增强区域对应，因此可以看作是互锁的。上行和下行

频谱通过上行和下行信号互锁精心构造的这种频谱形状能够在中心局和远终端的噪声环

境中提供最好的性能，并使进入其他业务内的串育最小，也使进入ADSL下行频谱的干扰

最小。

3.2 OPTIS的细码与调制

除了频谱形成，OPTIS方案还综合利用了格栅编码与脉冲幅度调制（PAM）技术。

HDSL2标准对时延的严格要求大大限制了编码方案的选择余地，比如，交错级联码和

tunbo码因为时延不能满足要求而被淘汰。ANSI最后选择了传统的格栅编码结合信道回

波抵消预编码器的编码方案。编码方法上考虑了多维多电子编码，但是由于1维512状态

格栅编码PAM能获得较高的编码增益同时保持最小的时延而被确定为最终方案。

格栅编码时，每一个信号都另加了一个编码位。HDSL2采用了16点PAM，一个信号包

含3个信息比特和1个编码比特。在发送端，数据流通过串并变换形成3位向董，然后对

向量最低位进行编码，产生编码比特。这种编码方式提高了接收端限幅器判别输入信号

的分辨率。最后一位由一个512状态维特比解码器进行解码，错误比特采用最大似然维

特比算法进行恢复。解码器的序列长度决定了解码模块的时延，取决于具体的实现。对

于HDSL2，采用64位信号长度的解码序列仍然可以保证端到端时延在500μS之内。

为了克服传输信道的损耗，HDSL2使用了前债均衡（FFE）、判决反馈均衡（DFE）和

Tomlinson预编码。前馈均衡的作用是去掉信号互调干扰，并将来自接收数据流的噪声

“漂白”。DFE监测判决限幅器的输出，取出与限幅器判决相关的噪声，并反馈到限幅器

的输入端，并从下一个信号中减掉。只要限幅器能够正确地进行判决，这样不会有问题。

但是当限幅器出现一个错误的判决时，因为反馈滤波器的延时，反馈到限幅器输入端的

错误噪声成分会引起DFE中的错误繁殖，导致大概率突发噪声反馈到维特比解码器。维持

比解码器对单个错误可以很好地纠错，但是对突发错误无能为力。为解决错误繁殖问题，

HDSL2使用了Tomlinson预编码。判决反馈均衡器只用于收发器的启动训练阶段，进行线

路均衡特性的确定。在环路完全激活以前，线路两端的调解器将交换判决反馈均衡器系

数。这些系数用于设定发射预编码器的参数。环路激活以前，判决反馈均衡器模块关掉，

而预编码器打开并保持不变。和在接收端使用判决反馈均衡器相比，使用发射端预编码

可以将维特比解码器的错误繁殖抑制到最小，提高了解码器模块的性能。