VDSL技術(shù)在社區(qū)寬帶接入上的優(yōu)勢(shì)

閆毓 魏春城



　　VDSL（甚高速數(shù)字用戶環(huán)路）是一種在普通短距離的電話銅線上傳輸數(shù)據(jù)的技術(shù)，其帶寬設(shè)計(jì)為下行52Mbit/s，上行6.4Mbit/s，傳輸速度大大高于ADSL（非對(duì)稱數(shù)字用戶環(huán)路）和Cable Modem（線纜調(diào)制解調(diào)器）的傳輸速度，相當(dāng)于T3的數(shù)據(jù)傳輸速率。ADSL在提高因特網(wǎng)接入速度的同時(shí)，可提供本地不同區(qū)域網(wǎng)絡(luò)之間的快速鏈接，為視頻信息服務(wù)提供良好的平臺(tái)。


　　VDSL技術(shù)現(xiàn)在還處在研究階段，本文首先介紹了VDSL的一些基本規(guī)范，分析和比較了VDSL雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬煞N方案，最后介紹了VDSL的發(fā)展現(xiàn)狀并結(jié)合北京電信公司的發(fā)展?fàn)顩r提出了系統(tǒng)應(yīng)用模型。



一、概述


　　簡(jiǎn)單地說(shuō)，VDSL就是ADSL的快速版本。使用VDSL，短距離內(nèi)的最大下行速率可達(dá)55Mbit/s，上行速率可達(dá)2.3Mbit/s（將來(lái)可達(dá)19.2Mbit/s，甚至更高）。上行和下行數(shù)據(jù)信道都可在現(xiàn)有的POTS或ISDN服務(wù)上被頻分，使VDSL成為高速、低價(jià)網(wǎng)絡(luò)的佳選。像ADSL一樣，VDSL將主要用于實(shí)時(shí)視頻傳輸和高速數(shù)據(jù)訪問(wèn)。VDSL復(fù)用上行和下行管道以獲取更高的傳輸速率，它也使用了內(nèi)置糾錯(cuò)功能以彌補(bǔ)噪聲等干擾。VDSL適于短距傳輸，最初主要為支持多媒體應(yīng)用（如VOD業(yè)務(wù)），隨著寬帶業(yè)務(wù)需求的不斷發(fā)展，VDSL技術(shù)逐漸得到了普及應(yīng)用。


　　雖然VDSL的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)還在制定之中，但美國(guó)的ANSI T1.4和歐洲的ETSI TM6標(biāo)準(zhǔn)化小組已確定了VDSL的系統(tǒng)規(guī)范，主要包括數(shù)據(jù)傳輸速率及下行上行速率比例、輻射抑制、功率話密度等方面。


　　為了防止雙絞線上的VDSL信號(hào)通過(guò)輻射對(duì)業(yè)余無(wú)線電頻段產(chǎn)生干擾，ANSI和EISI都規(guī)定了在業(yè)余無(wú)線電頻段內(nèi)VDSL調(diào)制解調(diào)器的發(fā)送功率話務(wù)密度不得高于-80dBm。ANSI和ETSI都規(guī)定VDSL系統(tǒng)的最大發(fā)送功率為11.5dBm。



二、VDSL的噪聲環(huán)境


　　影響VDSL的噪聲主要有串?dāng)_、無(wú)線電頻率干擾和脈沖干擾。線纜的線束中有很多對(duì)雙絞線，由于無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全的互相屏蔽，所以它們會(huì)相互耦合形成串?dāng)_。在VDSL應(yīng)用中，串?dāng)_有兩種形式：NEXT（近端串?dāng)_）和FEXT（遠(yuǎn)端串?dāng)_）。NEXT是本地接收機(jī)檢測(cè)到了一個(gè)或多個(gè)本地發(fā)送機(jī)在其他線路上發(fā)送的信號(hào)；FEXT是本地接收機(jī)檢測(cè)到在其它頻帶中傳輸?shù)囊粋�(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)端發(fā)送機(jī)發(fā)送的信號(hào)。NEXT與線路長(zhǎng)度無(wú)關(guān)，F(xiàn)EXT由于是耦合信號(hào)經(jīng)過(guò)線路傳輸，所以隨著線路長(zhǎng)度的增加而減小。在ADSL的應(yīng)用中由于傳輸線路較長(zhǎng)，所以FEXT是次要的干擾，而在VDSL應(yīng)用中FEXT則成為主要的干擾。


　　與VDSL頻帶交迭的無(wú)線電信號(hào)會(huì)耦合到電話線上引起干擾，特別是具有大功率和強(qiáng)頻譜密度的調(diào)幅廣播。調(diào)幅廣播在VDSL頻譜中的干擾表現(xiàn)為一個(gè)從525kHz到1.61MHz頻帶上的尖峰噪聲信號(hào)。



三、VDSL的雙工方式


　　實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸有兩種方案，一種是頻分復(fù)用（FDD），另一種是時(shí)分復(fù)用（TDD）。


　　1．頻分復(fù)用


　　FDD系統(tǒng)有兩個(gè)或多個(gè)信道，其性能的關(guān)鍵是帶寬和上下行信道頻帶的位置。另一個(gè)需要考慮的問(wèn)題是上下行碼流信道的帶寬。帶寬的選擇取決于所需要達(dá)到的數(shù)據(jù)速率和下行與上行數(shù)據(jù)速率的比例關(guān)系，支持非對(duì)稱8:1比例數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸�寬分配與支持對(duì)稱數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸�寬分配完全不同。上下行信道帶寬分配還與實(shí)際應(yīng)用中的線路長(zhǎng)度、SNR、有效頻帶的寬度有關(guān)。


　　為了支持一個(gè)較寬范圍的數(shù)據(jù)速率和雙向傳輸時(shí)下行上行數(shù)據(jù)速率比值，F(xiàn)DD系統(tǒng)必須提供帶寬可變的上下行信道，這樣一般會(huì)增加系統(tǒng)特別是模擬濾波器的復(fù)雜度。而采用DMT方案的FDD系統(tǒng)則是例外，它是通過(guò)在每個(gè)方向上提供一個(gè)全帶寬系列的子信道集來(lái)允許任意的上下行子信道的分配。每個(gè)子信道既可以用于上行傳輸，也可以用于下行傳輸。盡管這個(gè)技術(shù)要求在所有的調(diào)制解調(diào)器中具有兩個(gè)全長(zhǎng)DFT單元，增加了系統(tǒng)的數(shù)字部分的復(fù)雜度，但這樣可以降低對(duì)模擬部分的要求，并且在FDD頻帶分配中可以提供極大的靈活性。


　　2．時(shí)分復(fù)用


　　與頻分復(fù)用不同，時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)是在單個(gè)頻帶內(nèi)不同的時(shí)間段實(shí)現(xiàn)上下行數(shù)據(jù)的傳送。對(duì)時(shí)間共享信道帶寬的使用是通過(guò)使用超幀來(lái)協(xié)調(diào)的，一個(gè)超幀包括下行數(shù)據(jù)傳送時(shí)隙、靜寂時(shí)隙、上行數(shù)據(jù)傳送時(shí)隙和另一個(gè)靜寂時(shí)隙。下行、上行數(shù)據(jù)信道的時(shí)隙寬度是DMT符號(hào)周期的整數(shù)倍。超幀可以表示為A－Q－B－Q，A、B分別表示分配給下行和上行數(shù)據(jù)傳送的符號(hào)周期的數(shù)目，Q則代表靜寂時(shí)隙，用來(lái)消除信道的傳播延遲和在發(fā)送和接收時(shí)隙之間的回聲響應(yīng)。以有20個(gè)符號(hào)周期的超幀為例，A和B占18個(gè)符號(hào)周期，Q占兩個(gè)符號(hào)周期。A、B的值可以根據(jù)系統(tǒng)要求的下行與上行數(shù)據(jù)率的比值來(lái)確定。


　　使用TDD要求在一個(gè)線束組中的所有線路的調(diào)制解調(diào)器都同步到一個(gè)共同的標(biāo)準(zhǔn)超幀時(shí)鐘上，使所有線路上的下行數(shù)據(jù)流與上行數(shù)據(jù)流都同時(shí)出現(xiàn)。如果沒(méi)有共用的超幀結(jié)構(gòu)，支持TDD的線束中的線路會(huì)相互產(chǎn)生NEXT串?dāng)_，降低數(shù)據(jù)傳輸率。超幀時(shí)鐘的產(chǎn)生可以有多種辦法。例如可以從8kHz的網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘導(dǎo)出，也可以由其中的某一個(gè)TDD調(diào)制解調(diào)器產(chǎn)生，或使用GPS技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。


　　3．TDD與FDD的比較


　　VDSL與其它DSL不同，它既支持對(duì)稱傳輸，又支持非對(duì)稱傳輸。FDD分別為對(duì)稱和非對(duì)稱傳輸分配不同帶寬，TDD則在超幀中分配不同的時(shí)隙。而當(dāng)對(duì)稱和非對(duì)稱服務(wù)位于同一線束中時(shí)，兩種雙工方式都會(huì)產(chǎn)生NEXT。


　　TDD系統(tǒng)具有較低的復(fù)雜度，特別是以DMT為基礎(chǔ)的TDD調(diào)制解調(diào)器，其發(fā)送和接收功能在本質(zhì)上是相同的，都需要使用FFT來(lái)實(shí)現(xiàn)DFT運(yùn)算，可以共享發(fā)送器和接收器的部份硬件來(lái)降低復(fù)雜度。由于使用TDD，解調(diào)器可以在任何時(shí)間段進(jìn)行發(fā)送或接收，因此，每一個(gè)調(diào)制解調(diào)器只需要一個(gè)可計(jì)算FFT的硬件結(jié)構(gòu)，這個(gè)FFT橫跨整個(gè)系統(tǒng)帶寬并且在超幀內(nèi)除靜寂時(shí)隙之外的時(shí)間段一直處于工作狀態(tài)。同樣的頻帶可以既發(fā)送又接收，這樣就省去了附加的模擬硬件，使沒(méi)有使用的路徑被關(guān)閉，以降低功耗；而在FDD方式下，發(fā)送和接收路徑需要不間斷電源的提供。
　　TDD系統(tǒng)提供了一個(gè)靈活的、低功率的解決方案，但TDD系統(tǒng)在中心局測(cè)和ONU處的調(diào)制解調(diào)器必須通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)超幀時(shí)鐘嚴(yán)格遵守同步規(guī)則以使系統(tǒng)避免NEXT的影響。在考慮不同供應(yīng)商產(chǎn)品之間兼容性時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)超幀時(shí)鐘的分配將十分困難，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商們不愿承擔(dān)這個(gè)責(zé)任，所以他們推薦FDD為VDSL的雙工解決方案。



四、VDSL發(fā)展現(xiàn)狀


　　VDSL的不同實(shí)現(xiàn)方案有各自的支持者，在線路編碼方案的選擇上分為兩大陣營(yíng)：一個(gè)是支持QAM／CAP方案的組織，包括Analog Devices、 Aware、Broadcom、Rockwell等公司；另一個(gè)是支持DMT方案的聯(lián)盟，其中包括Alcatel、TI、Nortel、Cadence等公司，它們紛紛推出了支持各自方案的VDSL芯片組和系統(tǒng)，其中典型的有Bmdcom公司采用QAM和FDD方案的BCM6010、BCM6020芯片組，TI公司則推出了以可編程 TMS320C5400 DSP為內(nèi)核的基于DMT和TDD技術(shù)的芯片組TNET8000，并且現(xiàn)在正致力于開(kāi)發(fā)采用DMT和FDD方案的芯片組。



五、VDSL技術(shù)在北京電信社區(qū)寬帶建設(shè)中的應(yīng)用


　　目前北京地區(qū)寬帶接入主要采用ADSL和“FTTB+LAN”兩種技術(shù)，這兩種技術(shù)都有非常鮮明的特點(diǎn)：局域網(wǎng)接入速度快，服務(wù)質(zhì)量高；受環(huán)境影響小，但無(wú)法利用現(xiàn)有資源，需重新布線或改造，前期投資大。另外由于LAN傳輸距離比較短（低于150m），有時(shí)設(shè)備需要放置在距離用戶很近的地方，這對(duì)設(shè)備維護(hù)產(chǎn)生一定的影響。ADSL傳輸距離較遠(yuǎn)，用戶覆蓋范圍大，但傳送帶寬有限（最大速度上行800kbit/s，下行6Mbit/s），但在實(shí)際應(yīng)用中，受種種因素限制，下行帶寬經(jīng)常低于2Mbit/s。


　　與以上兩種接入技術(shù)相比，VDSL同樣具有鮮明的特點(diǎn)：VDSL傳輸距離在1km左右，基本上可以覆蓋一處小區(qū)或大型樓宇，同時(shí)可以提供雙向?qū)ΨQ10Mbit/s的接入帶寬，恰好彌補(bǔ)了ADSL和LAN技術(shù)的不足。VDSL技術(shù)不僅可以讓用戶獨(dú)享傳輸帶寬，而且由于傳輸距離縮短，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)簡(jiǎn)化，成本將顯著降低。像其他xDSL技術(shù)一樣，VDSL技術(shù)充分利用現(xiàn)有線路及用戶資源，不需要重新布線，非常有利于推廣。
　　盡管VDSL技術(shù)還存在著傳輸速率不穩(wěn)定的因素（困擾VDSL應(yīng)用的主要是各種噪聲的影響，有串?dāng)_、無(wú)線電頻率干擾和脈沖干擾），并且沒(méi)有完全統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但這些問(wèn)題已經(jīng)基本上得到了解決。


　　根據(jù)我們的具體實(shí)驗(yàn)情況并結(jié)合北京電信公司二層交換機(jī)、三層交換機(jī)選型情況，我們認(rèn)為VDSL設(shè)備在未來(lái)應(yīng)用模型如1圖所示。
　　未來(lái)小區(qū)接入將由VDSL或LAN設(shè)備完成，VDSL設(shè)備相當(dāng)于二層交換機(jī)的功能，它完成了用戶在MAC層的接入，然后將用戶接入統(tǒng)一的BAS進(jìn)行統(tǒng)一認(rèn)證。
　　


　　VDSL技術(shù)是一項(xiàng)非常有商業(yè)價(jià)值和推廣前景的接入技術(shù)。北京市電信公司正在進(jìn)行VDSL產(chǎn)品的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，并在金典花園等住宅小區(qū)安裝了VDSL試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn)內(nèi)容包括VDSL的數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)，并已取得良好效果。相信不遠(yuǎn)的將來(lái)，VDSL接入技術(shù)一定可以在廣泛的商業(yè)應(yīng)用中體現(xiàn)出其巨大的優(yōu)勢(shì)。




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