ADSL通信系統(tǒng)中CRC原理及案例分析For BaiDu

1、ADSL通信系統(tǒng)中CRC原理及案例分析緒論循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC)，因編碼簡單且誤判概率很低，在通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的英文全稱為Cyclic Redundancy Check，縮寫為CRC。CRC是ADSL通信系統(tǒng)中關(guān)于誤碼率（BER）分析的一個(gè)重要參數(shù)，鑒于之前對(duì)于DSL性能誤碼率這一塊的資料較少，特意寫這篇文章增加大家對(duì)這方面的了解。1.CRC基本原理CRC的基本思想是利用線性編碼理論, 在發(fā)送端根據(jù)要傳送的K位二進(jìn)制碼序列，以一定的規(guī)則產(chǎn)生一個(gè)校驗(yàn)用的監(jiān)督碼（即CRC碼）R位，并附在信息后面構(gòu)成一個(gè)新的二進(jìn)制碼序列，共(KR)位，最后發(fā)送出去。在接收端，接收到原始數(shù)

2、據(jù)及其CRC校驗(yàn)碼后，按如下步驟進(jìn)行校驗(yàn)。1) 接收到完整的數(shù)據(jù)及其CRC校驗(yàn)碼，組成新的多項(xiàng)式。2) 利用相同的生成多項(xiàng)式作為除數(shù)來除這個(gè)新的多項(xiàng)式，得到結(jié)果。3) 如果除法沒有余數(shù)，那么數(shù)據(jù)在傳輸過程中沒有錯(cuò)誤，校驗(yàn)成功，否則失敗。生成CRC的公式如下： （公式11）上式中，是信息多項(xiàng)式，是生成多項(xiàng)式， 是校驗(yàn)多項(xiàng)式。2.ADSL系統(tǒng)中CRC結(jié)構(gòu)ADSL系統(tǒng)使用如下圖1（ITU G992.5）所示的超幀結(jié)構(gòu)，每個(gè)超幀由68個(gè)ADSL數(shù)據(jù)幀和一個(gè)同步幀組成，ADSL數(shù)據(jù)幀被編碼調(diào)制成一個(gè)DMT符號(hào)，然后由調(diào)制器插入一個(gè)同步DMT符號(hào)，它不攜帶任何用戶信息，用來確定超幀的邊界。圖1 ADSL系

3、統(tǒng)的超幀結(jié)構(gòu)上圖1中，每個(gè)超幀中有8個(gè)比特(crc0crc7 )用于快速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的循環(huán)冗余校驗(yàn)，同樣，也有8個(gè)比特用于交織緩沖區(qū)的循環(huán)冗余校驗(yàn)，24個(gè)指示比特ib0ib23用于OAM(操作，維護(hù)和管理)功能，每個(gè)超幀中第一幀的快速和交織緩存中的SYNC字節(jié)要用來做CRC字節(jié)，快速緩存中的第1，34，35幀中的快速同步字節(jié)(“FAST BYTE”)要用來攜帶ib0ib23的指示位。指示位主要是用來指示線路狀況，其余幀的“FAST BYTE”，如果以0作為字節(jié)的結(jié)尾，表示此字節(jié)為同步字節(jié)，如果以1作為字節(jié)的結(jié)尾，則表示此偶數(shù)幀和下一個(gè)奇數(shù)幀的“FAST BYTE"攜帶了EOC信息。交織

4、緩存中的其余幀(167)的同步字節(jié)作為分配給交織數(shù)據(jù)緩存區(qū)的承載信道的同步控制和用于ADSL開銷控制信道(AOC)。每個(gè)數(shù)據(jù)幀編碼后成為一個(gè)DMT符號(hào)，而數(shù)據(jù)幀是由快速數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和交織數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)組成的，在不同的參考點(diǎn)(A,B,C)上，數(shù)據(jù)幀有不同的形式，在進(jìn)入星座編碼器的數(shù)據(jù)幀中，每個(gè)幀的前一部分是來自快速緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)，而后一部分是來自交織緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。3 CRC的應(yīng)用分析3.1CRC在ADSL系統(tǒng)中編碼原理本文按照G992.1標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的CRC模塊，實(shí)現(xiàn)方式是：在發(fā)送端，CRC編碼器根據(jù)生成多項(xiàng)式對(duì)每一個(gè)復(fù)幀計(jì)算出一個(gè)8bit的CRC，然后放在下一個(gè)復(fù)幀的第一個(gè)數(shù)據(jù)幀中傳輸。在接收端，C

5、RC編碼器根據(jù)同一個(gè)生成多項(xiàng)式計(jì)算出CRC，然后和發(fā)送端傳輸過來的CRC進(jìn)行比較。如果兩個(gè)CRC相同，則說明傳輸過程中沒有出現(xiàn)錯(cuò)誤位;反之，若不同，則表明傳輸過程中發(fā)生了錯(cuò)誤位。G992.1標(biāo)準(zhǔn)中給定了生成多項(xiàng)式，確定了生成多項(xiàng)式之后就可以根據(jù)公式(11)得到任意數(shù)據(jù)的CRC校驗(yàn)碼。對(duì)于一個(gè)信息多項(xiàng)式，CRC循環(huán)冗余校驗(yàn)字節(jié)的產(chǎn)生方法是將信息多項(xiàng)式左移八個(gè)單位，并除以生成多項(xiàng)式，所得余式即為CRC校驗(yàn)多項(xiàng)式，可以寫做：下面通過一個(gè)例子來說明怎么計(jì)算得到CRC校驗(yàn)字節(jié)：假設(shè)信息字段代碼為：101100101，對(duì)應(yīng)信息多項(xiàng)式為：；因生成多項(xiàng)式為：，則對(duì)應(yīng)的代碼為：100011101。第二步：采用多

6、項(xiàng)式模二除法（參考附錄），得余數(shù)為：10110001，(即校驗(yàn)字段為：10110001）。信息字段和校驗(yàn)字段；接收方：使用相同的生成碼進(jìn)行校驗(yàn):接收到的字段/生成碼（二進(jìn)制除法）， 如果能夠除盡，則正確。（大家感興趣的話可以驗(yàn)證一下）3.2CRC在ADSL系統(tǒng)中的案例分析誤碼率是數(shù)字通信系統(tǒng)的兩大主要性能指標(biāo)之一。在ADSL通信系統(tǒng)中一般要求誤碼率小于10E-7，這樣QoS才有保證。， （公式12）其中是CRC的數(shù)目，對(duì)于Fast和Interleave信道，分別對(duì)應(yīng)不同的取值。是實(shí)際速率，是測試時(shí)間。1）對(duì)于Fast 模式，1 CRC15Bits Data Error，即；（Fast：Up D

7、elay1ms，Down Delay1ms）2）對(duì)于Interleave模式，1 CRC40 Bits Data Error，即；（Interleave：Up Delay16ms，Down Delay16ms）那么根據(jù)公式12推導(dǎo)一下，我們可以得到：1） Interleave模式下，對(duì)于實(shí)際傳輸速率為20M的比特碼流，一分鐘最多允許出現(xiàn)3個(gè)CRC；2） Fast 模式下，對(duì)于實(shí)際傳輸速率為20M的比特碼流，一分鐘最多允許出現(xiàn)8個(gè)CRC。我們可以通過在DSLAM端或者M(jìn)odem端查看CRC參數(shù)，了解DSL的基本性能情況。本次測試采用的局端是HW5600，Modem是Broadcom 4.X方案的

8、（具有一定的代表意義）。通過Telnet命令：Telnet .100 登陸HW5600局端：prompt(config-if-adsl-0/0)#display modem atu-c （查看局端版本信息）prompt(config-if-adsl-0/0)# - Vendor special string : (co-01234567) Vendor ID : FFB54753504E0000 Vend （CNXT局端） -prompt(config-if-adsl-0/0)#display modem atu-r （查看modem版本信息） PortID<L><0,63&

9、gt; :31prompt(config-if-adsl-0/0)# - Vendor special string : Vendor ID : B5004244434D0000 Vendor version : A2pB025c1 -. 從Modem的WEB頁面觀察CRC的變化：圖2 ADSL同步后頁面顯示的xDSL狀態(tài)拔掉ADSL線后，CRC劇增：CRC增加：487圖3 拔掉ADSL線瞬間頁面顯示的xDSL狀態(tài). 從局端CLI命令行觀察CRC的變化：prompt(config-if-adsl-0/0)#display line operation 31（查詢激活后線路操作參數(shù)） It wi

10、ll take several minutes, and console may be timeout, please use commandidle-timeout to set time limit Are you sure to continue? (y/n)n:prompt(config-if-adsl-0/0)#yprompt(config-if-adsl-0/0)# - Channel mode : Interleaved Downstream channel bit swap : Enable Upstream channel bit swap : Enable Trellis

11、mode : Enable Standard in port training : G992.5-Annex A Downstream channel rate(Kbps) : 23093 Downstream max. attainable rate(Kbps) : 26692 Downstream channel SNR margin(dB) : 6.3 Downstream interleaved channel delay(ms) : 5 Downstream channel attenuation(dB) : 3.5 Downstream total output power(dBm

12、) : 17.3 Upstream channel rate(Kbps) : 1022 Upstream max. attainable rate(Kbps) : 1022 Upstream channel SNR margin(dB) : 5.5 Upstream interleaved channel delay(ms) : 3 Upstream channel attenuation(dB) : 2.0 Upstream total output power(dBm) : 46.7 - G992.1 : G.dmt G992.2 : G.liteprompt(config-if-adsl

13、-0/0)# - The valid intervals number in the interval table : 96 The invalid intervals number in the interval table : 0 <ATU-C> Count of Loss of Frame failures : 46 Count of Loss of Signal failures : 45 Count of Loss of Link failures : 38 Count of Loss of Power failures : 0 Count of Errored Seco

14、nds : 2273 Count of line initialization attempts : 57 Count of all encoded blocks received : 1745375 Count of all encoded blocks transmitted : 5938918 Count of all blocks received with correctable errors : 48395（上行線路當(dāng)前FEC的數(shù)目） Count of all blocks received with uncorrectable errors : 11452（上行線路當(dāng)前CRC的數(shù)

15、目） Count of fast retrain times : 0 Count of failed fast retrain times : 0 Count of severely errored seconds(SES) : 1 Count of unavailable seconds : 79 <ATU-R> Count of Loss of Frame failures : 0 Count of Loss of Signal failures : 0 Count of Loss of Power failures : 7 Count of Errored Seconds :

16、 304 Count of all encoded blocks received : 5938918 Count of all encoded blocks transmitted : 1745375 Count of all blocks received with correctable errors : 214551 （下行線路當(dāng)前FEC的數(shù)目） Count of all blocks received with uncorrectable errors : 6968 （下行線路當(dāng)前CRC的數(shù)目） Count of severely errored seconds(SES) : 86

17、Count of unavailable seconds : 2762拔掉ADSL線后，CRC劇增：prompt(config-if-adsl-0/0)# display line operation 31（查詢激活后線路操作參數(shù)） It will take several minutes, and console may be timeout, please use commandidle-timeout to set time limit Are you sure to continue? (y/n)n:yprompt(config-if-adsl-0/0)# - Channel mode

18、 : Interleaved Downstream channel bit swap : Enable Upstream channel bit swap : Enable Trellis mode : Enable Standard in port training : G992.5-Annex A Downstream channel rate(Kbps) : 23089 Downstream max. attainable rate(Kbps) : 25452 Downstream channel SNR margin(dB) : 6.3 Downstream interleaved c

19、hannel delay(ms) : 5 Downstream channel attenuation(dB) : 3.5 Downstream total output power(dBm) : 17.3 Upstream channel rate(Kbps) : 1026 Upstream max. attainable rate(Kbps) : 1026 Upstream channel SNR margin(dB) : 15.0 Upstream interleaved channel delay(ms) : 3 Upstream channel attenuation(dB) : 2

20、.0 Upstream total output power(dBm) : 46.7 - G992.1 : G.dmt G992.2 : G.liteprompt(config-if-adsl-0/0)# - The valid intervals number in the interval table : 96 The invalid intervals number in the interval table : 0 <ATU-C> Count of Loss of Frame failures : 48 Count of Loss of Signal failures :

21、47 Count of Loss of Link failures : 40 Count of Loss of Power failures : 0 Count of Errored Seconds : 2325 Count of line initialization attempts : 59 Count of all encoded blocks received : 1754127 Count of all encoded blocks transmitted : 5972832 Count of all blocks received with correctable errors

22、: 49847 （上行線路當(dāng)前FEC的數(shù)目） Count of all blocks received with uncorrectable errors : 12036 （上行線路當(dāng)前CRC的數(shù)目） Count of fast retrain times : 0 Count of failed fast retrain times : 0 Count of severely errored seconds(SES) : 1 Count of unavailable seconds : 42 <ATU-R> Count of Loss of Frame failures : 0 Count of Loss of Signal failures : 0 Count of Loss of Power failures : 7 Count of Errored Seconds : 328 Count of all encoded blocks received : 5972832 Count of all encoded blocks transmitted : 1754127 Count