xDSL技术专题系列一：系统参考模型以及四种典型应用模型所涉及到的协议和xDSL基本流

一纸空文

看了看，标题长了点，不是不这么长不足以概括文章内容。。

典型的xDSL的系统参考模型，虽然随处唾手可得，但是没有几个人认真看过，再把它列出来，并且作个简要介绍。


        xTU-C：ADSL在接入点的传输单元
        AxTU-R：ADSL在远端的传输单元
        Splitter：分离高频ADSL信号和低频POTS信号的滤波器
        User network：用户侧网络，连接ATU-R和各种应用终端
        SM：业务模块，完成终端适配功能（如：STB-TV）
        Vc：接入点和网络侧的接口（SDH或SONET）
        B：到业务模块的辅助数据输入通道（如：卫星接收器）

ADSL收发器的协议模型在物理媒质之上分为三个子层：传送协议相关汇聚子层（TPS-TC）、物理媒质相关汇聚子层（PMS-TC）、物理媒质子层（PMD）。

TPS-TC:这一子层提供对上层传送协议的适配功能，包括STM、ATM和PTM（分组传送模式）三种模式，主要功能有速率适配、帧定界、错误监视等。该子层只与上层协议相关而与物
理媒质上的信号特性无关。

PMS-TC:这一子层用于加强ADSL数据流在物理媒质上的传送能力，主要包括帧同步、扰码
（scamble） 、前向纠错（FEC）、交织（interleave）等功能。该子层只与物理媒质相关而与应用（上层协议）无关。

PMD:这一子层的规定包括发送信号的电气特性、编码、调制、双工方式等。在编码方面，
包括载波排序、格形编码(trellis code)、星座映射、增益调整等，在调制方面，包
括子载波、离散傅立叶反变换、循环前缀、并/串转换等。

下面，就整个xDSL业务系统中所设计的协议做一个介绍，这是很多面试中经常问道的问题，但是协议是跟业务模型相关的，此处列出各种模型的协议栈情况，具体的细节，大家就发挥自己的聪明才智，自己去看了，应该不难吧。



以下以一代ADSL为例主要说明DMT调制技术以及DMT上下行频率使用的两种方式：FDM方式、EC方式。（其实ADSL2/2+也一样，因为这里重点说明DMT技术，所以就只说ADSL就可以了）
1. DMT调制
DMT（Discrete MultiTone）离散多频调制技术，以4.3125kHz频宽为基本单位，把1MHz的频带分为256个子信道，而原本普通的POTS业务在电话线上占用的频带大致为300Hz-4kHz，再加上隔离效果等因素，在DMT技术中把0-25kHz的频带都留给话音业务使用，也就是前面的6个子信道，实际用来作为数字业务传输的子信道为250个。
DMT技术中的每个信道都采用QAM技术（除去前面用于话音业务的子信道），然后把每个子信道的输出波形再叠加（因为每个子信道的频率不一样）后输入到线路上；对端接收端再根据频率先分解成各子信道的输入波形，各子信道再采用QAM解调过程解出传送的比特数据。 250个子信道用于传送ADSL数据业务，其中0-31（前面6个不可用）是分给上行（用户端到局端），下行（局端到用户端）有两种分配方案。一种是分配全部的0-255子信道，重叠使用上行业务占用的子信道，但前提必须采用回波抵消技术；另一种就是分配32-255子信道，这时上下行频带没有重叠，所以无需回波抵消技术。
2. DMT上下行频率使用方式
(1) 频分复用方式（FDM）：
(a) 特点：
上行导频点在69kHz（子带#16）
下行导频点在276kHz（子带#64）
上行数据传输子带从#7到#31 (除去#16)
下行数据传输子带从#32到#255(除去#64)
(2) 回波抵消方式（EC）
(a) 特点：
上行导频点在69kHz（子带#16）
下行导频点在276kHz（子带#64）
上行数据传输频段从#7到#31 (除去#16)
下行数据传输频段从#7到#255 (除去#64)

1.1.3  常用概念
1. ADSL帧发送接收流程（以DMT调制为例）：

[帧]—〉CRC—〉加扰—〉FEC编码—〉（交织）—〉DMT调制—〉整波及D/A—〉

          ---------------通道----------

—〉整波及D/A——〉DMT调制——〉（解交织）—〉FEC解码—〉解扰—〉CRC—〉[帧]

其中：交织与解交织只有在交织方式下才有效。

ADSL采用帧结构承载ATM信元，不管线路上是否有数据，帧的传送速率是固定的，平均每246us传送一帧，其中的帧分为两种：数据帧和同步帧，每传送68个数据帧就传一个同步帧，它们组成一个超帧（合起来17ms），这样算起来每秒钟大约传4000（1000/17*68）个数据帧。

下面就几个概念重点介绍一下（其实要画图的，但是这里省略了，一个字。。懒！！）
(1) CRC：
和FEC编码一样，它们都是用来差错纠错的，不同的是作用的范围不一样。CRC是用来监控一整个超帧的，而FEC编码作用的范围要小的多；另外它的功能也不一样，CRC一般主要用来验证是否出错，出错了它一般无法识别什么地方错了并无法纠正过来，但FEC的功能除了要差错还必须把查出的错纠正过来。
(2) FEC编码：
CRC的主要功能是验证数据的正确性，FEC编码的功能要比这强大的多。首先纠错机制有好多种，既可以数据到了对端通过自身来查验并纠正，也可以到了对端只查验有错误重传，他们可以适用于不同的场合；对于前面那种就是FEC（前向纠错），它比较适合于那种实时性的业务，因为这些业务容许不得重传带来的延迟的；但同时FEC带来的冗余也是比较大了，从显现的冗余来看似乎是在牺牲带宽为代价的，但从另一种角度来看，如果线路采用重传机制，重传带来的带宽浪费也许比FEC的冗余还要多，这样其实也是变相的增加带宽。
(3) 加扰解扰：
首先有周期规律的编码（周期变化，连续的0或1）会对线路造成一定的危险，可能对相邻的其他线路造成干扰，并且容易引起对端定界方面的错误或困难。所以在信号进入线路之前，最好对那些长串0或1或周期变化的信号做处理，让它们尽量具有随机性，这就是加扰解扰的作用；一般是通过加上一个定长序列到对端再减去这个序列来实现的，这个设定的序列基本上可以让进入线路的信号保持随机性。
(4) 交织解交织：
上面提到的FEC编码其实已经又很强的纠错能力了，但实际的线路是无法预测的，而FEC编码的纠错能力又是有限的，如果突然线路噪声很严重，造成比较长的连续比特错，这时靠FEC编码本身已经无能为力，交织就是来解决这个问题的。交织都是通过横向输入纵向输出再在对端纵向输入横向输出来实现的（这个实在没有办法，还是贴张图吧。。。）


从交织解交织示意图可以看出，就是把多个有FEC编码的比特序列间隔发送，到了接收端，再监视，发现一个有FEC的完整序列就取出来。这样如果在线路上遇到噪声产生了连续的比特序列错，实际上它们已经被分散到了各个具有FEC编码的比特序列，各自的FEC编码应该能够足够处理被分散的错误比特，如果还不行，线路非常恶劣，可以通过增加纵向深度来增加错误比特的分散度，变相地来增加纠错能力，其中的纵向深度就是常说的交织深度。
同时也可看出，线路会有延迟，如发送端的第一行在接受端必须要等所有的序列传完才能等到它的最后一个比特来组合完成一个合法的比特序列。延迟的比特位数就是上图中的横向宽度和纵向宽度之积。而常说的交织延迟就是延迟的比特数，只是单位不一样，根据线路比特速率对应延迟的比特数就可得到交织延迟（单位一般为时间ms）；实际的编码器的横向深度是固定的，可以改变纵向深度（交织深度），所以其实交织深度与交织延迟也是对应的，具有一比例关系，另外由于上下行的速率不一样，它们的交织深度与交织延迟的比例关系也是不一样的。
上面的交织算法属于简单的一种，实际使用的要稍比上面的复杂一点，但基本原理是一样的。

《后面还有更精彩的。。。。》

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