1 引言

影响VDSL2系统性能的噪声主要包括系统内部噪声和外部噪声，其中系统内部噪声可以分为近端串扰(NEXT)和远端串扰(FEXT)，这些噪声主要是来自同一电缆和线路板卡上系统内其它线路的串扰信号 (见图1)。外部噪声包括各种外部的电磁噪声，如广播信号、各种电气设备的噪声等，也包括共存在同一电缆内的其它DSL系统的串扰信号。

对于VDSL2系统来说，由于其使用的频率较高 (0～30MHz)，运行的电缆较短(一般<1000m)，远端串扰对传输性能的影响比其它DSL系统更加明显，远端串扰是目前限制VDSL2系统稳定传输性能最主要的因素之一。VDSL2的远端串扰会造成很多问题。

图1 NEXT和FEXT

(1)一对线的训练会导致旁边相邻线对的VTU-O 出现假激活(FalseTrigger)现象，尽管这些线对的远端并没有接Modem或者Modem没有上电，更严重的是这种问题有可能会导致所谓的“链式反应”，也就是说这些假激活的线对可能会进一步导致其相邻的其它线对假激活。因此，以前认为串扰的影响主要存在于相邻的少数几对线之间的情况发生了变化，串扰有可能波及整个线束组。

(2)另外一个问题是当某个处于工作状态的线路旁边的相邻线路进入训练状态时，原先处于工作状态的用户会因为串扰的突然增大而掉线重训练，这种影响常常导致一个线路板的全部端口需要几分钟才能达到全部稳定激活的状态。

根据对实际线路情况的观测，线路上噪声有可能在VDSL2整个工作频段突然增加，其幅度可能达到 10～30dB。这种情况产生的主要原因是邻居线路开始训练。如果受扰线路训练时邻居 Modem没有激活，此时受扰线路上因为噪声水平较低而得到很高的速率。这样当邻居线路开始训练时，受扰线路上的噪声将大幅增加。对于一般保持6dB噪声裕度的DSL线路系统，噪声增加10～30dB将会使信噪比裕度成为负值。对于超过噪声裕度的突然噪声增加，传统的DSL需要通过链路中断后的重新训练达到新的稳定速率，维持信噪比的裕度。

另一个对VDSL2系统业务质量影响较大的噪声类型是脉冲噪声，脉冲噪声是典型的系统外部噪声，在我们日常的城市生活中无处不在，它一般由电气设备开关或动力设备运行时产生。脉冲噪声本身持续的时间较短，但是噪声幅度较高，因此无法通过噪声裕度来保护。当脉冲噪声发生时，可导致当时的一个或连续多个VDSL2物理帧的完全破坏。根据脉冲噪声产生的类型，可以分为周期性的脉冲噪声和单个孤立脉冲噪声。前者可由电动机或功率开关电源，后者可由大功率设备的开关产生。

脉冲噪声一般不会造成VDSL2系统链接丢失，但是会产生大量的瞬时误码，造成数据传输中的丢包。在发展ADSL接人的时期，由于主要的宽带业务是因特网业务，其对丢包和时延变化并不敏感，TCP 协议可以自动通过重传恢复数据流。但是当通过 VDSL2系统传输视频业务时，瞬时的丢包会造成视频画面中的马赛克或画面瞬时停顿，显著地影响了视频业务的质量。

2 VDSL2系统中传统的抗噪声手段

为了应对线路中串扰的动态变化，与ADSL一样，基于DMT调制的VDSL2系统也支持传统的比特交换(BS)和无缝速率调整(SRA)功能。比特交换功能在不同的工作子载波之间调整比特分配，如果遇到宽频带噪声，则比特交换无法应对。SRA虽然可以通过降低整个系统速率维持系统稳定，但是现有的SRA反应速率较慢，难以应对快速变化的噪声。

现有的SRA的工作原理是，接收器根据实时的噪声容限与设定的上调或下调噪声容限之间的关系，计算出新的比特分配表和增益表，然后通过Eoc通道向发送端发送SRA请求并且将更新的比特和增益表发送给发送器，发送器收到后，通过发送0LR同步信号来实现收发两端之间的同步切换。

由于每一个子载波的比特和增益一共需要两个字节，而VDSL2最多可以使用4096个子载波，整个比特分配表和增益表的更新需要传送的信息量高达 8kbit／s，这其中还不包括命令字和校验字的内容，通过 Eoc传送需要较长的时间。而此时面临的串扰噪声有可能造成lodB以上的总噪声PSD的增加，因此噪声容限此时已经远低于0，误码率上升会导致更新比特分配表和增益表失败从而导致SRA调整过程失败。

传统的DSL线路中抗脉冲噪声的主要手段是通过数据的交织编码和前向纠错(FEC)。当前的DSL标准采用以字节为单位的里德，所罗门码(RS)作为前向纠错码。通过将数据交织后，若干受FEC保护的数据块被分散到不同的DMT符号中。这样，即使某些 DMT符号由于脉冲噪声产生了连续突发差错，受损的也只是FEC数据块中的部分数据。交织编码将一个较长的突发差错离散成随机差错，再用FEC技术消除随机差错。但是交织编码是以时间为代价的，交织深度越大，抗突发差错能力也就越强。但交织深度越大，交织编码处理时间越长，从而造成数据传输时延增大，对交互的音视频业务质量造成影响。

3 VDSL2中的紧急速率调整(SOS)技术

根据上述对SRA机制的分析，如果不需要传送更新的比特分配表和增益表，而只是发送一个切换请求和切换应答，同步消息，这样就能避免因为比特分配表和增益表传送出错而失败。为了应对串扰突然增加造成的掉线等问题，定义了一种新的OLR类型——无缝速率切换(SOS)。SOS仅使用简单的OLR请求消息和同步切换消息，而无需交换比特分配表和增益表，在线路噪声因为邻近线对的训练而突然增加的时候，线路中的误码会爆发性增加，接收器会发出SOS OLR 的请求，通过发送器发出的同步信号发送器和接收器同步切换到新的比特分配表和增益表。在接收机发起的SOS请求中，会携带一个简短的0LR消息告知发送端需要下调的比特加载值，这样发送端只需将子载波组(其中可能包括256，512或1024个子载波)中的所有子载波的比特分配值统一下调即可，避免了双方需要就每个载波的比特分配进行交换的大量数据。

SOS功能流程的触发是通过接收端实时地检测接收信号的信噪比和线路误码率，一旦发现接收机超过一定比例的子载波信噪比下降或系统误码率已经超过误码门限时，接收端则可以选择发送SOS请求消息，触发进入SOS过程。

SOS请求消息的发送是通过新定义的一个嵌入控制信道“RobustEoc”发送的。“RobustEoc”是专门用于传送开销消息的逻辑通道，与数据通道复用后一起在PMD层传送。这样，在PMS-TC层的功能模型中，除了过去定义的单延迟数据通道模式和双延迟数据通道模式之外，又增加了第3种方式，即“RobustEoc” +“单数据延迟通道”(见图2)。

从图2中可以看出，与过去的PMS—TC功能模型不同的是，“RobustEoc”的数据路径(p=0)仅用于传送 VDSL2系统中的开销，且该路径上使用与普通数据路径不同的延迟参数、成帧参数、比特分配参数等，以达到更可靠传送开销消息的目标。

图2 PMS—TC功能模型：“RobustEoc"+"单数据延迟通道”模式

对于SOS功能来说，整个VDSL2系统使用的子载波被分成若干个子载波组，在每个子载波组上应用相同的比特分配变换值，增益值保持不变。

每个子载波组需要调整的比特分配变化值由接收机决定，该值携带在SOSOLR消息中通过“Robust Eoc”通道传送到发射机。

通过对子载波分组并由接收机决定的比特分配变化值的方法，可以为VDSL2芯片的实现和灵活地使用SOS功能提供了各种可能。例如，当接收机在某子载波组中检测到了严重的信噪比下降，它可以采用下面各种方式：

(1)执行一次SOS过程，如果信噪比仍然不能满足要求，可以再发起一次SOS过程进一步调低比特分配值。

(2)直接降低到一个缺省的较小的比特分配值。

(3)如果可以满足最低速率要求，甚至可以直接禁止在这个子载波组上的比特分配。

(4)其它可以想得到的方法。

当发送端接收到对端发送的SOS请求消息后，根据SOS请求消息中的参数进行比特分配表的调整，并通过发送一个SyncFlag来指示接收机参数发生了变化。

至此，从接收端发起SOS 请求到双方完成SOS过程切换再到新的比特分配表，整个过程可以在数百毫秒内完成，比SRA速率调整过程提高了 1-2个数量级，VDSL2系统利用这种快速反应的机制可以有效地防止因噪声突变引起的掉线，降低线路的中断率。而增益不变则避免了在线路中产生新的不稳定噪声。

4 VDSL2中的重传技术

为了更好地解决VDSL2 线路中的脉冲噪声对视频业务质量的影响，Q4／15决定将重传技术引入VDSL2的标准之中。由于DSL的信道环境比无线信道相对稳定，而且大量的因特网业务对脉冲噪声不敏感，在此之前的所有DSL技术均未采用重传技术。当前的ADSL2／2+和VDSL2系统定义了“脉冲噪声防护”(INP)，表示系统对脉冲噪声的防护能力，INP的数值表示了通过交织和FEC可以保护的最多受脉冲噪声破坏的DMT符号的数量。

当前讨论中有3种重传方案：第1种位于传输协议相关汇聚子层(TPC-TC子层)之上；第2种位于物理媒质相关子层(PMS-TC子层)内部；第3种位于物理媒质相关汇聚子层和物理媒质子层之间。

由于3种方案的位置在VDSL2协议栈中由高到低，因此其纠错效果、重传效率、实现复杂度等各不相同，这里不做具体的展开。总之，位置越低的重传方案可以获得更好的综合性能，在对传输时延、系统内存和系统速率影响最小的前提下获得更高的抗脉冲噪声能力。

5 SOS和重传技术的标准化情况

2006年4月，在深圳召开的Q4／15报告人会议上，中国代表团首次提出了需要在VDSL2标准(ITU-T G.993.2)中增加应对突发噪声变化的需求，开始了为 SOS功能进入VDSL2标准进行的铺垫工作。在随后两年的Q4／15会议上，中国代表团独自或联合芯片厂家共提交了数十篇文稿，用于推进SOS功能的标准化进程。在2008年2月的ITU-T SGl5全会上，SOS作为 ITU-TG.993.2Amendment3的主要内容获得通过。

VDSL2中的重传技术由于其重要意义，已经作为独立的课题G.inp在Q4／15中进行紧张讨论，不同的重传方案通过技术辩论、系统仿真和试验样片等手段进行多方位比较和选择，预计2008年6月在比利时召开的报告人会议上将决出一个获胜方案，成为G.inp最终的技术方案。