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摘 要：文章介紹了非對稱數(shù)字用戶線(ADSL)與甚高速數(shù)字用戶線(VDSL)的關鍵技術，并對這兩種數(shù)字用戶線技術從調(diào)制技術、拓撲結構和應用環(huán)境等方面做了全方位的比較。
關鍵詞：甚高速數(shù)字用戶線；非對稱數(shù)字用戶線；正交調(diào)制；無載波調(diào)幅調(diào)相；離散多音
為了實現(xiàn)用戶接入網(wǎng)的數(shù)字化、寬帶化，提高用戶上網(wǎng)速度，光纖到家庭（FTTH）是用戶接入網(wǎng)今后發(fā)展的必然方向，但由于光纖用戶網(wǎng)的成本過高，在今后的一段時間內(nèi)大多數(shù)用戶網(wǎng)仍將繼續(xù)使用現(xiàn)有的銅線環(huán)路。于是，近年來人們提出了多項寬帶接入網(wǎng)技術，包括高速數(shù)字用戶線(HDSL)、對稱數(shù)字用戶線(SDSL)、光纜調(diào)制解調(diào)器(Cable Modem)、非對稱數(shù)字用戶線(ADSL)和甚高速數(shù)字用戶線(VDSL)等。其中ADSL與VDSL是兩種比較有前途的DSL技術。
1ADSL的主要特點
1.1技術性能分析
現(xiàn)存的用戶環(huán)路主要由非屏蔽雙絞線(UTP)組成。UTP對信號的衰減主要與傳輸距離和信號的頻率有關。如果信號傳輸超過一定距離，信號的傳輸質量將難以保證。因此，線路衰減是影響ADSL性能的主要因素。ADSL通過不對稱傳輸，利用頻分雙工使上、下行信道分開，在信道重合的地方使用回聲對消技術，以此來減小串擾的影響，從而實現(xiàn)信號的高速傳送。
衰減和串擾是影響ADSL性能的兩個重要因素，傳輸速率越高，它們對信號的影響也越大，因此ADSL的有效傳輸距離隨著傳輸速率的提高而縮短。實際應用中，ADSL存在“出線率”的問題，一般在端局“出現(xiàn)率”為30%左右。
1.2調(diào)制技術
目前被廣泛采用的ADSL調(diào)制技術有3種：正交調(diào)制(QAM)、無載波調(diào)幅/調(diào)相(CAP) 和離散多音(DMT)，其中DMT調(diào)制技術被ANSI標準化小組T1E1。4制訂的國家標準所采用。
1.2.1QAM技術
在QAM中，發(fā)送數(shù)據(jù)在比特/符號編碼器內(nèi)被分成速率各為原來1/2的兩路信號，分別與一對正交調(diào)制分量相乘，求和后輸出。接收端完成相反過程，正交解調(diào)出兩個相反碼流，均衡器補償由信道引起的失真，判決器識別復數(shù)信號并映射回二進制信號。采用QAM技術，信道帶寬至少要等于碼元速率，為了定時恢復，還需要另外的帶寬，一般要增加15%左右。與其它調(diào)制技術相比，QAM技術具有能充分利用帶寬、抗噪聲強等特點。但QAM技術用于ADSL的主要問題是如何適應不同電話線路之間較大的性能差異。要取得較為理想的工作特性，QAM接收器需要一個具有和發(fā)送端相同的頻譜和相應特性的輸入信號用于解碼，QAM接收器利用自適應均衡器來補償傳輸過程中產(chǎn)生的信號失真，因此采用QAM的ADSL系統(tǒng)的復雜性來自于它的自適應均衡器。
1.2.2CAP調(diào)制技術
CAP調(diào)制技術是以QAM技術為基礎發(fā)展而來的，簡單地說，就是將數(shù)據(jù)送入編碼器進行編碼，然后經(jīng)過正交和同相數(shù)字整形濾波器、數(shù)據(jù)模塊DA轉換器的處理，經(jīng)低通濾波器發(fā)送出去。CAP技術的先天不足是近端串音對信號的干擾過大。
1.2.3DMT調(diào)制技術
DMT調(diào)制技術將銅纜線路的0～1 104 kHz頻帶進行了劃分，其中0～4 kHz為話音頻段，用于普通電話業(yè)務的傳輸，其他的頻帶被分成255個子載波，子載波之間的頻率間隔為4。312 5 kHz。在每個子載波上分別進行QAM形成一個子信道，其中低頻部分的一部分子載波用于上行數(shù)據(jù)的傳輸，其余子載波用于下行信號傳輸，上下行載波的分離點由具體設備設定。
DMT調(diào)制能力的范圍是0～15 bit/s。DMT調(diào)制系統(tǒng)根據(jù)情況使用這255個子信道，可以根據(jù)各子信道的瞬時衰減特性、群時延特性和噪聲特性決定子信道的傳輸速率。在性能優(yōu)良的中間頻率子信道一般調(diào)制能力均大于10 bit/s/Hz，而在低頻率或高頻率的子信道，DMT技術可根據(jù)信道性能自適應地將調(diào)制能力降為4 bit/s/Hz。不能傳輸數(shù)據(jù)的信道將被關閉。
目前采用的標準有G。DMT全速標準上行640 K/下行6 M和G。Lite標準上行512 K/下行1。2 M。
前者傳輸速度高，但是對線路要求較高，而且必須使用信號分離器，設備費用昂貴，安裝和調(diào)試也比較復雜。后者雖然傳輸速度一般，但是也比Modem和ISDN有很大的提高，對于一般上網(wǎng)已是綽綽有余，費用較低，對線路的適應能力也比較強，不需要額外的信號分離器，安裝調(diào)試簡單。
2VDSL的主要特點
ADSL技術在提供圖像業(yè)務方面帶寬十分有限，而且成本偏高，這些缺點成了ADSL迅速發(fā)展的障礙。VDSL技術作為ADSL技術的發(fā)展方向之一，是目前最先進的數(shù)字用戶線技術，采用該技術可以進一步提高xDSL系統(tǒng)的下行帶寬。VDSL技術能滿足廣大用戶高速上網(wǎng)的需要，充分利用現(xiàn)有的電話線網(wǎng)絡，保護運營商既有的投資，很好地解決“最后一公里”的網(wǎng)絡瓶頸。
VDSL技術仍舊在一對銅質雙絞線上實現(xiàn)信號傳輸，無須敷設新線路或對現(xiàn)有網(wǎng)絡進行改造。用戶一側的安裝也比較簡單，只要用分離器將VDSL信號和話音信號分開，或者在電話前加裝濾波器就能夠使用。非對稱下行數(shù)據(jù)的速率為6。5～52 Mbit/s，上行數(shù)據(jù)的速率為0。8～6。4 Mbit/s，對稱數(shù)據(jù)的速率為6。5～26 Mbit/s，傳輸距離為300～1 500 m。不過，值得注意的是，VDSL技術的傳輸速率依賴于傳輸線的長度，所以，上述的數(shù)據(jù)是相對而言的。
雖然VDSL的有效傳輸距離比ADSL稍短，但是從目前的情況看，F(xiàn)TTH因為價格的原因不能夠很快得到普遍的使用，所以當前的目標是先實現(xiàn)光纖到路邊(FTTC)或者光纖到大樓(FTTB)，所以一旦這兩個方案得到廣泛的應用，VDSL就可以大量用于大樓內(nèi)部辦公室或者小區(qū)家庭間的連接。
由于傳輸距離的縮短，傳輸碼元之間的干擾也會大大減小，由此帶來的好處是能夠大大地簡化對數(shù)字信號處理的要求，而且更加重要的是收發(fā)機成本與ADSL系統(tǒng)相比可以大大地降低。因此，對于用戶來說，假如采用了質量較好的配線或引入線，那么，將FTTC技術作為光網(wǎng)絡單元(ONU)到用戶間的配線，通過FTTC為企業(yè)用戶和家庭提供寬帶接入，可以實現(xiàn)設備成本和帶寬能力方面的平衡。由此看來，VDSL是一種比較理想的寬帶接入方案。VDSL和ADSL拓撲結構比較如圖1所示。
同時，由于距離短，VDSL技術還能夠克服ADSL技術的出線率低、速率不穩(wěn)定等問題。
VDSL技術也采用頻分雙工的方式，將電話和VDSL的上、下行信號放在不同的頻帶內(nèi)傳輸。低頻段可以用來傳輸普通電話、窄帶ISDN業(yè)務，中間頻段可以用來傳輸上行數(shù)字信道的控制信息，而高頻段則可以用來傳輸下行信道的圖像或者高速數(shù)據(jù)信息。在發(fā)送端，各類不同的業(yè)務信號被調(diào)制到不同的頻段，經(jīng)過雙絞線傳輸?shù)浇邮斩�，再通過解調(diào)和濾波，各個原始信號可以重生。因此，只需在局端和用戶端配置VDSL Modem，電話業(yè)務通過POTS分離器和耦合器加入信道，HDTV數(shù)字圖像或多路MPEG壓縮編碼后的圖像利用VDSL下行信道送至用戶端。VDSL的工作流程如圖2所示。
VDSL技術通常采用QAM、DMT調(diào)制方式。 從性能上看，DMT方案比CAP／QAM方案有一定的優(yōu)勢。但DMT方案由于要實現(xiàn)DFT，所以復雜度要高于CAP／QAM方案，并且由于在ONU處的調(diào)制解調(diào)器工作的特定環(huán)境，需要低功耗的系統(tǒng)，所以 QAM方案也有其長處。
目前，受到廣泛重視的是將VDSL技術和以太網(wǎng)技術相結合。
所謂最適宜的網(wǎng)絡支撐技術就是從網(wǎng)絡技術三大驅動因素：成本、可擴展性和易用性來評價，應該說以太網(wǎng)比較好地具備了這些特性。首先，以太網(wǎng)價格低廉，而且每年以30%的速率下降; 其次，以太網(wǎng)具有良好的擴展性，速率能從10 Mbit/s到10 Gbit/s平滑升級，在地域上能支持120 km的距離; 再者，以太網(wǎng)能兼容目前流行的操作系統(tǒng)和應用，安裝維護容易，標準化程度高，具有良好的互通性，這些使得以太網(wǎng)的易用性很高。
目前，隨著以太網(wǎng)技術的迅速發(fā)展，10 Mbit/s以太網(wǎng)技術已經(jīng)成為過去，100 Mbit/s以太網(wǎng)則是市場的主流，然而隨著寬帶網(wǎng)絡的飛速發(fā)展，千兆以太網(wǎng)在最近兩年中也已經(jīng)開始走向廣大用戶，并將逐步替代100 Mbit/s以太網(wǎng)。
同時，將以太網(wǎng)技術應用于接入網(wǎng)中已經(jīng)不再是一種設想。由于以太網(wǎng)的幀格式和IP數(shù)據(jù)格式是一致的，用以太網(wǎng)傳輸IP數(shù)據(jù)業(yè)務，中間沒有任何格式轉換問題，因此以太網(wǎng)接入能夠與IP網(wǎng)實現(xiàn)無縫結合，而且還具有優(yōu)良的可擴展性，這種方案使用戶具有高速接入、平滑升級的能力，網(wǎng)絡運營商也可以降低施工建設和運行維護的成本。這使得以太網(wǎng)接入技術具有很多天然優(yōu)勢。目前該技術已經(jīng)受到商業(yè)用戶的普遍歡迎，隨著服務質量的提高和計費、管理技術的發(fā)展與成熟，它會逐步走進家庭用戶。我們可以肯定，基于以太網(wǎng)技術的寬帶接入網(wǎng)將在以后的寬帶IP接入中發(fā)揮重要作用。
從運營商發(fā)布的技術要求來看，VDSL的局端設備要完全拋棄ATM技術，所有的上聯(lián)口不能是ATM接口，或者是ATM到以太網(wǎng)口的轉換。目前大部分ADSL和早期的VDSL主要是基于ATM技術，其成本較高。同時伴隨著ATM帶來的技術復雜性導致早期VDSL并沒有很好發(fā)展起來。所以，基于以太網(wǎng)技術的VDSL（又稱EoVDSL）技術結合了二層以太網(wǎng)和VDSL物理層的特點，避免了ATM的復雜性和傳統(tǒng)以太網(wǎng)的傳輸距離限制，獲得了較好的性價比。VDSL技術和以太網(wǎng)技術的優(yōu)越性在Ethernet over VDSL上得到了完美結合，使得這種技術既能提供全方位服務，又能僅僅利用一條網(wǎng)絡線路向客戶端傳遞多種服務。
IP接入是未來的發(fā)展趨勢，從電信業(yè)本身來看，現(xiàn)有的電信網(wǎng)的框架將從電路交換及其組網(wǎng)技術逐步轉向分組交換,特別是IP為基礎的新框架，電信網(wǎng)承載的業(yè)務將從以電話為主轉向以數(shù)據(jù)業(yè)務為主。寬帶化和IP化是核心網(wǎng)發(fā)展的趨勢，同時又是接入網(wǎng)發(fā)展的方向。以太網(wǎng)技術本身的優(yōu)勢加上寬帶IP接入網(wǎng)發(fā)展的需求促進了以太網(wǎng)技術在IP接入網(wǎng)中的應用。所以，采用VDSL和以太網(wǎng)技術相結合的方案，完全可以解決IP接入方案的問題，用戶也不必重新布放高成本的5類雙絞線，僅僅通過VDSL終端適配器，用戶就可以接上Internet，通過普通電話線就可以傳輸高速以太網(wǎng)信號，而且也不用擔心轉向IP化接入會帶來的問題。VDSL技術與以太網(wǎng)技術聯(lián)合打造新型接入方案如圖3所示。
VDSL技術目前尚處于發(fā)展階段，由于方案的不同也導致支持者不同，尚未形成完全成形的國際標準。目前的標準有美國的ANSI T1。4和歐洲的ETSI TM6。VDSL制造廠商及各電信運營商組成了VDSL技術聯(lián)盟，比較活躍的技術聯(lián)盟有3個。VDSL Alliance推薦的線路編碼技術為多載波DMT；VDSL Coalition 推薦的線路編碼技術為單載波的QAM方案，它認為QAM方式實現(xiàn)簡單，芯片功耗低，價格相當便宜，而且芯片已可用；鑒于在線路編碼上單載波（如QAM）和多載波技術支持方爭執(zhí)不下，F(xiàn)SAN VDSL WORK GROUP建議ITU同時采用這兩種技術，但未獲通過。目前相關標準正在積極的完善當中，預計不久將問世�？梢詳嘌裕琕DSL技術的前途肯定是非常光明的。
3VDSL的應用和市場
VDSL技術完全可以提供傳統(tǒng)的xDSL的所有通用業(yè)務：
· 高速數(shù)據(jù)接入、互動游戲。
· 視頻點播、股評、網(wǎng)絡電視。
· 家庭辦公（SOHO）。
· 遠程教學、遠程醫(yī)療。
它還可以在以下幾個方面挖掘市場潛力：
(1) 高檔次小區(qū)（包括高級酒店）由于有內(nèi)部VoD需求，要求至少1。5 Mbit/s的帶寬，這時采用VDSL，可以充分利用小區(qū)自身的雙絞線資源，又可[CM(22]提供10 Mbit/s以上帶寬滿足業(yè)務需求。同時[CM)][LL]VDSL的組播特性可滿足用戶的特別需求。
(2) 各種企業(yè)（如網(wǎng)吧）需要對稱高帶寬的專線接入�，F(xiàn)在全國各地的網(wǎng)吧發(fā)展特別迅速，網(wǎng)吧成了寬帶收入的主要來源之一。網(wǎng)吧的一些應用軟件，如OICQ等，對上行帶寬要求也較高，ADSL的速率不對稱性就形成了瓶頸。另外一些大中型企業(yè)也需要高帶寬的專線接入或互連業(yè)務。
(3) ADSL出線率偏低，而VDSL出線率非常高，幾乎可以達到100%。由于ADSL對線路的挑剔導致運營商損失很多潛在的客戶，通過ADSL和VDSL的優(yōu)勢互補，可以最大限度地利用現(xiàn)有網(wǎng)絡資源，獲得最大限度的客戶群。
4VDSL與ADSL技術參數(shù)的比較
· 數(shù)據(jù)傳輸速率。VDSL非對稱下行數(shù)據(jù)的速率為6。5～52 Mbit/s，上行數(shù)據(jù)的速率為0。8～6。4 Mbit/s，對稱數(shù)據(jù)的速率為6。5～26 Mbit/s。
ADSL上行速率為100～800 kbit/s，下行速率為1 kbit/s到8 Mbit/s。
· 出線率。由于距離短，VDSL技術還能夠克服ADSL技術的選線率低、速率不穩(wěn)定等問題，幾乎達到100%。
· 傳輸方式。VDSL支持對稱傳輸和非對稱傳輸，ADSL僅支持非對稱傳輸。
· 二層數(shù)據(jù)封裝。初期VDSL數(shù)據(jù)適配也是采用ATM方式，現(xiàn)在傾向于鏈路層直接采用以太網(wǎng)的幀格式；而ADSL采用ATM信元封裝方式。
· 工作頻帶。ADSL使用3 kHz～1。1 MHz的頻帶傳輸數(shù)字信號，VDSL在雙絞線上使用更高的頻帶(0。138～12 MHz)。
· 兼容業(yè)務。與ADSL相比，VDSL不僅可以兼容現(xiàn)有的傳統(tǒng)話音業(yè)務，還可以兼容ISDN業(yè)務。
摘自 光通信研究
