G.SHDSL技术在远距离音视频信号传输系统中的应用研究

　　1. 问题的提出

　　在信息化建设的大背景下，对野外环境下场景的监控越来越常见，这就使得在野外环境下对场景的音视频远距离传输技术的研究变得十分重要。这种野外环境的方圆半径要求在10公里以内，设备收放方便，便于携带，机动性好，为实现抗拉耐磨损性的要求，用线最好是军用被覆线。

　　野外传输要求的是双绞线平衡传输。双绞线传输(平衡传输)：也是视频基带传输的一种，将75Ω的非平衡模式转换为平衡模式来传输的。是解决监控图像1Km内传输，电磁环境相对复杂、场合比较好的解决方式，将监控图像信号处理通过平衡对称方式传输。其优点是布线简易、成本低廉、抗共模干忧性能强。其缺点是只能解决1Km以内监控图像传输，而且一根双绞线只能传输一路图像，不适合应用在大中型监控中;双绞线质地脆弱抗老化能力差，不适于野外传输;双绞线传输高频分量衰减较大，图像颜色会受到很大损失。

　　军用被覆线的传输性能接近双绞线，但双绞线远不如军用被覆线的抗拉抗腐蚀性和收放方便。故本系统选用军用被覆线作为传输介质。

　　2. G.SHDSL接口技术

　　2.1 G.SHDSL

　　SHDSL即(Symmetrical High bite Digital Subscriber Line)对称高速数字用户线路。由于 ADSL速率的不对称性，使得ADSL的应用存在不少局限。特别是商用宽带需求环境是一个双向的、对称的流量环境，对性能波动的容忍度比较低，ADSL接入技术已越来越不能满足人们对频宽和流量的需求。于是，人们开始关注SHDSL技术。

　　G.SHDSL原意是SHDSL group(SHDSL工作组)，是ITU-T负责制定SHDSL标准的一个部门。后来以G.SHDSL作为这个标准的称呼。SHDSL是由ITU-T定义的在单对双绞线上提供传输双向对称带宽数据业务的一种技术，符合国际电联 G.991.2推荐标准，由于采用性能优越的电平网格编码脉冲幅度调制(TC-PAM)技术，压缩了传输频谱，提高了抗噪性能，延长了传输距离，因此 与ADSL，HDSL技术相比有着明显的技术优势。

　　2.2 G.SHDSL接口电路

　　G.SHDSL接口电路由一片具有成帧功能的双通道DSP和一片单路模拟驱动前端组成。如美国敏迅(Mindspeed)公司开发的芯片组M28945为DSL成帧芯片，M28927为AFE(模拟前端)芯片。其结构框图见图1。

　　(1)DSL成帧芯片

　　DSL成帧芯片主要完成16TC-PAM 编码、解码、回波抵消、自动均衡和成帧等功能。DSL成帧芯片通常由三个功能模块组成。DSL成帧器模块、采用16TC-PAM构DSP模块和微处理器内核。DSL成帧器是一个高性能的比特流处理引擎，支持G.SHDSL、HDSL和HDSL2等DSL成帧模式。通过PCM接口将原始速率的T1/E1成帧和非成帧模式信号作经过有效载荷比特的插入和提取数据的加扰处理，比特填充等操作，输出相应的DSL帧数据流。

　　DSP模块主要完成数据的编/解码，产生发送端码元定时和恢复提取接收端码元定时。线路均衡、回波抵消、根据对线路功率衰减的探测，调整发送功率电平等。它接收来自AFE的串行数据和比特泵发送的经过预编码的符号，同时将这些符号送到回波抵消器(EC),然后由回波抵消器对回波响应进行评估，从AFE发来的信号中减去回波响应。同时，回波处理后的信号再通过前馈均衡和判决反馈均衡，最后由格栅编码调制译码器恢复出信息比特。

　　芯片内嵌有微处理器内核。微处理器通过主机口或RS232接口将API底层操作码下载至DSL成帧芯片内部RAM,并通过API消息对系统进行配置和状态信息读出。

　　(2)模拟驱动前端

　　模拟驱动前端主要完成D/A、A/D 变换、滤波、线路驱动、增益控制等功能。其中线路驱动包括线路的发送和接收，发送功放、接收放大、线路阻抗匹配等功能。数字接口同DSL成帧芯片相连，与DSP进行数字通信;模拟接口通过外围线路驱动反馈电阻。阻抗匹配电阻。平衡混合电路。变压器和保护电路与双绞线相连。

　　TI公司开发的模拟前端芯片AFE1230在数字信号处理器(DSP)和本地环路之间提供了一个作为线路接口的收发信机。AFE1230能够处理速率范围在64k～2.5Mbit/s的上行和下行数据传输。从功能上讲,该器件分为发射和接收两部分。发射部分包括一个16位 Δ∑数/模变换器(DAC)、一个数字可编程5阶或7阶开关电容(SC)低通滤波器(LPF)和一个差分输出线路驱动器;接收部分包括一个输入可编程增益放大器、一个16位Δ∑模/数变换器(ADC)和一个可编程抽取滤波器。

　　AFE1230通过串行接口接收一个16bit数据字和一个8bit控制字节,从而简化了D/A变换和控制功能。后续模拟信号被传送至片上线路驱动器，该驱动器在G.SHDSL工作状态下可为135Ω负载线路提供14.5dBm的功率。此外,这个片上线路驱动器还可用作输出缓冲器,和外部线路驱动器(比如OPA2677)一道，在HDSL2工作状态下可为135Ω负载线路提供17dBm以上的功率。利用合适的DSP，发射功率谱密度(PSD)即可以符合G.SHDSL标准，也可以符合HDSL2标准(以OPA2677作为外部驱动器)。在接收通路中,输入放大器通过对线路信号和混合路径信号的加法运算来进行一阶模拟回波抵消。合成信号经数字化处理变成16bit数字字,并被传送至外部DSP。