DSL调制解调器测试方法

DSL调制解调器测试方法

    V９０modem（调制解调器）已不能满足Internet对宽带连接的需求。相应的，不同的用户线（DSL）技术被开发出来。其中，下行速率可达１.５Mb/S的G.lite非对称数字用户线路（ASDL）数字标准最为引人注目（图１）。

    虽然DSL可提供所需要的宽带连接，但其应用环境充满了挑战。DSL的实现基于数字信号处理（DSP）技术，主要依赖于软件控制，并尽量避免芯片内的硬编码。

    目前，DSL传输采用的是电信通道设备连接到最终用户家中的铜质电话线。中心局（CO）到最终用户的距离非常不同。DSLModem必须能够在这种传输距离变化很大而且室内布线情况复杂的情况下提供满意的性能。

    许多数字用户线接入复用器（DSLAM）设备供应商可提供DSL服务。用户使用的Modem必须与不同的DSLAM设备连接，此外，在铜绞线上同时进行的ADSL和POTS（普通电话业务）传输过程会互相产生线路干扰。

    只有解决好这些问题才能有效的提供一个具有互操作性的DSLModem,就象用户目前使用的V９０ modem一样方便。这些问题的解决有赖于有效的设计和模拟方法，当然包括互操作性能测试。

    DSL采用同一条电话线路传输POTS语音服务和压缩数字数据服务。ADSL是非对称数字用户线路，其中从Internet到最终用户传输的下行数据占用较大的带宽，而上行的数据传输带宽则较小。

    DSL技术的成功得益于技术的进步，半导体器件的发展使得处理压缩数据信号所需要的数学算法可集成在芯片中。DSL采用离散多音频（DMT）技术将数据通过语音带宽之外的多个离散信道进行数据传输，从而获得更高Internet接入数据速率。DMT所使用的频率范围远远超出了当初设计电话线路时所希望传输的语音信号的频率，因此有效的DSL数据传输更多地依赖于线路的质量和距离。

    通道设备

    DSLAM在中心局提供接入所需要的数字连接。它通常采用一个ATM数据网络接口连接至Internet（图２）

    DSLAM内部电路提供了来自电话线的DMT信号接口。由于使用的信号频带很宽，还要分离数据和电话语音，所以还要有分离语音和数据信号的分路器。DSLAM设备通常安装在电话局内，电话交换机的话路通过DSLAM内的分路器路由到相应的端口。

   DSLAM设备的供应商很多，由于G.９９２.１和G.９９２.２标准允许一定程度上的不同解释，因此具体实施方案可能不同。如，上行和下行频率可能重叠，导频音信号也可能不同。用户的Modem要能根据不同的DSLAM进行相应调整，才能保证有效的互操作。

    电话公司在物理布线时混合使用不同规格的导线和绝缘材料，桥接抽头连接和加载线圈也不同，线路总长度也差别极大。室内线路，包括分机电话数量，不可预知的走线方式也使总体布线方案复杂化。这些因素对语音传输没有影响或影响很小，在传输语音时可不考虑。

    但频率较高的DSL对这些情况非常敏感。再考虑到其它变数时，如DSLAM的不同实施方案，要保证数据网络正确传输数据的困难就更大了。所以为保证性能和取得最终用户认可，在产品市场前进行互操作性测试和第三方实验室认证是非常重要的。

设计策略

  要满足DSL系统的复杂需求，需要开发可适应这些系统要求的集成电路（IC）。这些IC内部分割成不同功能块以保证信号流的隔离。为进行设计验证和互操作性测试，需要访问中间数据，监测电路内任意点数据信号的能力，以及在关键点引入模拟数据信号的能力变得非常重要。此外硬件和软件并行模拟使得产品出厂前验证成为可能。模块化设计，与物理硬件相匹配的动态软件操作，为实现复杂系统提供了足够的灵活性，同时为最终用户提供了无缝和透明的解决方案。

  互操作性以及系统性能的模拟和测试必须由DSL Modem供应商来完成。模块化设计有助于系统开发和测试。这些芯片内模块连接到内部测试总线，各个模块可独立隔离并通过可配置的I/O端口进行外部监测。这样，大大缩短了错误隔离所需要的模拟时间和生产测试时间，也为设计和验证过程进行改动提供了足够灵活性。

  采用模块化设计方法，在中心局出现变化时，可容易地从外部对IC模块进行重新配置，可减少或消除设备改造的需要。这在使用固件时是不容易作到的。此方法也减少了对主机的要求，还允许内部测试，以及I/O端口重新配置，从而方便测试和系统扩展。DSP通过独立协议控制信息和扫描链可测试自己的存储器，而测试仪则测试模拟和周边模块，因此减少了生产测试工作量。模块化结构与可通过测试端口监测内部信号的能力结合起来，既提供了单芯片设计的高集成度，也有分立解决方案的调试优点。

  设备初始测试方法

  设备初始验证时，首先用来自模拟测试基准的数据对每一模块独立进行功能验证。每一模块的功能在模拟验证时可不受系统内其它模块影响。

  工程评估板是进行功能验证和可行性验证的主要工具。评估板使用芯片的所有测试接口进行对所有内部模块的访问。板本身也是模块化的，模拟模块和数字模块是相对独立的。板级处理能力提供了与主机模拟环境的无缝接口，远程主机上的GUI接口方便了使用。数据可以在评估板和模拟环境间进行双向流动。测试端口主要由评估板上的嵌入处理器控制，因而产品评估时主机并不是必需的。

  通过评估板上可选的几个接口，可看到DSP数据、地址、指令指针以及状态信息。结合芯片上的调试功能，方便了DSP代码的开发。可设置断点、可监视和修改存储器以及寄存器以及寄存器的值，调试代码也可从主机下载。除软件调试外，还可下载并执行测试脚本，以进行硬件模块测试和模拟。

  采用可编程逻辑将嵌入式处理器与高速、多输出引脚的测试端端口隔离。可编程逻辑不需要复制整个结构就可协助或模拟芯片上的许多数字模块，在测试时实现接受测试的产品中所没有实现的测试或功能模块。因此，未来产品可采用目前产品进行原型测试。

  评估平台的其它部分提供了一个带附加电路的基本参考设计，可用来研究另一种线路接口技术。模拟部分附加的射频连接器允许标准测试设备监视正在测试中系统的性能。多种时钟源进一步加强了评估平台的能力。

  互操作性测试

  内部所有模块皆可监测到，这一设计理非常有利于互操作性测试和评估。器件功能可以通过软件改变，因此可在设计和验证的最终阶段快速地进行调整和优化。

  实现业界标准所定义的基本DSLAM操作需要互操作性测试。为找出各个DSLAM供应商产品的不同，包括数据速率、错误率、引导／初始化顺序或协议的差别等，则需进行附加测试。

  通过运行在网络堆栈级的软件，可容易地确定和改正数据包一级的问题，但物理层更为微妙的问题则需要不同的方法。通过结合评估平台和将芯片配置到适当的测试模式，设计人员可以捕捉大块数据来进行引导和数据传输顺序分析。

  为测试各种不同通信系统下的互操作性，必须在不同的回路长度、线规、绝缘类型和本地干扰情况下进行测试和评估。ITU-TG.996.1标准建议的DSL收发器测试步骤包括的互操作性问题有：来自回路上其它服务的串扰（TCM-IDSN）,背景噪声、脉冲噪声、POTS干扰以及POTS信号质量。还要考虑到不同POTS设备的影响，因为摘机和挂机的切换会引起线路瞬态效应和阻抗变化，并对ADSL产生干扰。

  在有低级异常(low-level anomalies)的情况下，通过芯片模块化设计，以及评估平台监视和提供中间数据的能力，可得到所需要的细节数据，有效地评估ADSL Modem 的性能。可以输入实际线路特性，每一模块的实际结果可以与模拟结果相比较。

  在不同系统的情况下快速确定性能的衰减，对每一模块进行隔离和分析的能力非常重要。针对每一个性能问题，可通过软件完成芯片配置调整，对特定的DSLAM还可能需要多种调整结合进行。

  对设计小组和最终用户的好处

  设计小组需要满足各种DSLAM设备的要求。因此，进行快速隔离和调整的能力对加快上市时间是非常重要的。

  为满足互操作性要求，Modem性能可通过软件调整。相互影响的基于硬件的调整不能满足在DSLAM间实现广泛的互操作的要求。软件配置Modem降低了支持成本、简化了现场升级过程，允许DSLAM和标准有所改变，产并延长了最终用户所购买产品的生命周期。

  本文所描述的DSL Modem结构设计方法，增加了产品的透明度，这也使全面的互操作性所要求的配置简化了。事实上，这一方法也可以适用于其它产品，如射频网络设备，这将使新技术的成功实现变得更容易。（钟灿涛）