VDSL线路串音测试原理与数据处理

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　　一、引言
　　随着高速数据接入、视频点播、家庭办公、远程教学和医疗等业务需求量的急速增长，宽带市场得到了飞速的发展。2003年宽带用户数量突破了1000万大关，网络游戏等需要高带宽的业务也逐步达到了一定的规模。可以说，宽带通信已经进入了大规模应用阶段。

VDSL技术也因为具有宽频带、高速率等技术特点而深受人们瞩目，其短距离内的最大下行速率可达55Mbit/s，上行速率可达19Mbit/s甚至更高，被普遍认为是一种理想的安全、稳定、快速、便捷的宽带接入技术。然而，串音问题是xDSL技术的致命弱点，VDSL也不例外，到目前为止，我国基本上还没有系统地开展对串音的测试和研究的相关工作。因此，开展VDSL线路串音的测试和研究工作，积累DSL串音的研究原始数据，掌握真实可靠的第一手数据，从而建立起符合我国国情的VDSL噪声模型，具有十分重要的意义。然而，测试所得的数据并不能直接反映VDSL线路串音的特征，必须对它们进行必要的处理，才能找出其中的规律。一般的作法就是利用测试所得的实验数据来拟合出一条曲线，拟合的方法一般可以采用最小二乘法。
　　
　　二、VDSL线路串音与测试
　　1.VDSL线路串音
　　
　　由于电容和电感的耦合作用，使得双绞线对发送器发送的信号可能会串入处于同一主干电缆中其它双绞线对所连接的发送器或接收器，造成双绞线对间的串音干扰。串音干扰一般分为近端串音(NEXT)和远端串音(FEXT)两种。近端串音是指出现在发送端的串扰，它既与信号频率和通道长度有关，也与施工工艺质量有关，对线路的影响非常大。远端串音也称为远端防卫度，是指出现在接收端的串扰，它随着距离的增大经过信道传输将产生较大的衰减，对线路影响较小。但由于VDSL线路距离较短(一般不超过1500m)，频率较高，所以远端串音造成的干扰也很大，同样不能忽视。
　　
　　2.VDSL线路串音测试原理
　　
　　(1)近端串音测试原理
　　
　　在进行近端串音测试时，将信号发生器和频谱分析仪都连接在VDSL线路的局端。由于信号发生器和频谱分析仪与传输线路之间的电阻一般都不匹配，所以需要在信号发生器和主串线路之间、频谱分析仪和被串线路之间分别用一个变量器连接起来。近端串音测试原理如图l所示。测试步骤为：
　　　
　　图1　近端串音测试原理
　　·按照近端串音原理将所需仪器、仪表连接好；
　　
　　·用频谱分析仪记下线路中没有信号时的波形；
　　
　　·通过信号发生器发出噪声信号；
　　
　　·用频谱分析仪记下线路中有噪声信号时的波形与没有信号时的波形之间的差。
　　
　　按照上述步骤所测得的波形，即为近端串音的波形。
　　
　　(2)远端串音测试原理
　　
　　远端串音的测试与近端串音的测试类似，只不过是将频谱分析仪连接到了用户端。远端串音测试原理如图2所示。远端串音的测试步骤与近端串音完全相同。
　　　
　　图2　远端串音测试原理
　　三、VDSL线路串音测试数据处理
　　一般来讲，测试所得到的数据都会由于各种因素所产生的干扰，不可避免地带有测试误差，如果个别点上的误差较大，还会引起测试曲线的严重波动。所以，在VDSL线路串音测试时所得到的测试曲线不可能很好地反映VDSL线路串音特征，很难从中找出其规律性。为此，我们需要对所得的测试曲线进行曲线拟合。
　　
　　1.用最小二乘法进行曲线拟合
　　
　　曲线拟合(Curve-fitting)就是要将一组离散的数据以一个近似的曲线方程式来代表。这样，有了方程式所代表的特性曲线，我们就可以很方便地去运用它。曲线拟合的方法有许多，一般我们可以选择简单的一阶的线性方程或高阶的多项式方程。利用一阶线性方程进行的曲线拟合称为线性回归(Linear Regression)，利用高阶多项式方程进行的曲线拟合称为多项式回归(Polynomial Regression)。根据所测得的VDSL串音曲线可以知道，用一阶线性方程拟合的精度太低。因此，在这里我们取多项式为拟合曲线。
　　
　　为了尽可能减少拟合误差所带来的影响，使得逼近函数从总的趋势上更能反映逼近函数的特性，我们希望所求得的逼近函数与实际函数在整体上来说其偏差按照某种度量方式能够达到最小。设有n对数据(xj,yj)(j=1，2，3，…，n)，从这些数据中找一个m次的近似多项式(称为经验公式)f(x)=a0,a1,a2x2+…+amxm，(这里m
　　2.曲线拟合在Matlab中的实现
　　
　　Matlab是科研数据中常用的工具软件。在Matlab中，提供了利用最小二乘法求多项式经验方程的方法，只需要进行简单编程即可。此外，Matlab还具有强大的绘图功能，能够直接将原始曲线和拟合的结果曲线绘出，可以非常方便地对它们进行比较分析。
　　
　　通过在Matlab的简单编程，我们分别处理了一对线路的一组近端串音测试数据和一组远端串音测试数据，其多项式回归的处理结果分别如图3和图4所示。
　　　
　　图3　近端串音多项式回归拟合结果
　　
　　图　4远端串音多项式回归拟合结果
　　四、问题与讨论
　　本文在用最小二乘法对串音数据进行处理时，采用的拟合方法只是比较简单的多项式拟合。是否可以采用正交拟合法，如果采用正交拟合法，正交因子如何选择，是否还可以采用其他拟合方法，怎样利用拟合结果曲线的包络曲线，这些问题(当然还可能有其他方面的问题)还需要进一步讨论。
　　
　　五、结束语
　　由于我国目前还没有系统地开展对xDSL技术串音的测试与研究工作，所以也没有相关的资料可以参考。本文只是利用最小二乘法，采用的也只是简单的多项式拟合方法，在VDSL线路串音测试与数据处理方面进行了初步的探索，仍然遗留了许多问题有待探讨。希望本文能够起到抛砖引玉的作用，引起广大电信运营管理和技术工作者的注意，共同为推动我国宽带技术的发展、提高网络利用率和用户满意度而添砖加瓦。

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