在VDSL中是采用QAM還是DMT

　　有線與衛(wèi)星通信服務(wù)商為用戶和公司提供高速應(yīng)用和綜合服務(wù)，這成了電信運營商必須面對的競爭。這類應(yīng)用通常要求上行和下行兩個方向的傳輸速率為5Mbit/s至6Mbit/s的范圍（對稱傳輸）。然而，現(xiàn)在存在幾種數(shù)字用戶線路技術(shù)（DSL），沒有一種能夠滿足對頻帶如此之寬的要求。而VDSL在對稱傳輸時的速率高達26Mbit/s，距離超過1500m，在進行不對稱傳輸和短距離傳輸時，它的速度則更高，這正好滿足了這種新要求。


　　然而，有兩件事需要先決定下來，然后才能實施VDSL線路。第一，使用那一種傳輸協(xié)議，是采用以太網(wǎng)還是異步傳輸模式（ATM）；第二，在VDSL中應(yīng)當(dāng)采用那一種線路調(diào)制技術(shù)，是用正交的幅度調(diào)制（QAM）還是用離散的多音調(diào)（DMT）調(diào)制技術(shù)。


　　選擇那一種協(xié)議與應(yīng)用的要求關(guān)系大一些，所以，在QAM與DMT兩者之間選擇那一種，這并不是一件簡單的事。這與一個地區(qū)的頻譜是否兼容、容許的噪音、成本、互操作性以及功耗大小，這些因子都必須考慮到。盡管DMT已經(jīng)用在現(xiàn)有的不對稱DSL（ADSL），VDSL是完全不同的模式，再從DMT平穩(wěn)順利地轉(zhuǎn)到VDSL并不是一件簡單的事。為了在QAM與DMT之間作一個有根有據(jù)的選擇，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)充份地對這兩種方案作一個比較，了解它們之間的區(qū)別。



一、各種DSL方案


　　不對稱DSL的性能是，下行速度一般在1Mbit/s至3Mbit/s之間，上行速度接近700kbit/s，不能滿足視頻應(yīng)用對高寬帶的要求。此外，它不能做到商業(yè)界客戶所需要的雙向?qū)ΨQ傳輸。一對位速率很高的DSL（SHDSL）用戶線路極大地改善了ADSL，它的對稱傳輸速度高達2.3Mbit/s。但是，這項技術(shù)仍然是面向傳送數(shù)據(jù)的應(yīng)用。現(xiàn)在還有一些綜合性的通信方案，包括聲音和視像會議，但是它們的帶寬資源不足，不能提供高質(zhì)量的視頻解決方案。而這正是VDSL發(fā)揮所長的地方。


　　VDSL并不是簡單地將ADSL升級。VDSL的帶寬之所以是靈活的，是因為距離和所用的頻帶。但是，在ADSL中使用DMT的經(jīng)驗表明，把這個方案用到VDSL方案也許不是一件簡單的事。為了了解QAM和DMT各自的優(yōu)缺點，我們必須首先清楚地了解VDSL與ADSL這兩種方案之間的區(qū)別。


　　● VDSL一般是用于從光纖主干線路接到在路邊機柜或者接到住宅和樓宇中的配線機柜。VDSL布置在升降機井中、樓宇內(nèi)的連接線以及其它對通信極為不利的地方，因而會經(jīng)受到時間很長的突發(fā)噪音（脈沖噪音）。


　　● VDSL服務(wù)包括視頻及其它增值的服務(wù)。它不只是用于快速互聯(lián)網(wǎng)的上網(wǎng)，它提供的必須是有保證、質(zhì)量高得多的服務(wù)。


　　● 和ADSL比較，VDSL的頻帶寬得多，伴隨著高頻率的是衰減較大、串?dāng)_較強，需要強有力的均衡措施。


　　● VDSL用在短距離的場合，距離從500m（在使用光纜很多的國家）到1500m（在其它國家）。


　　因為VDSL不是簡單地將ADSL升級的技術(shù)，所以討論與現(xiàn)有ADSL系統(tǒng)之間的互操作性，對于決定采用那一種調(diào)制技術(shù)是否至關(guān)重要的事。正如前面講到的，究竟選擇那一種方案，起決定作用的是應(yīng)用的要求以及線路兩頭（光纖和客戶所在的場地）需要甚么樣的連接。因此，在比較這兩種方案時，系統(tǒng)的成熟程度、技術(shù)要求、預(yù)定的應(yīng)用以及環(huán)境條件，這些都要同等地看待。



二、VDSL的運作


　　VDSL作為一種將光纖線路加以擴展的技術(shù)，它的作用是把光纖與路邊的機柜連接起來或者把光纖與樓宇連接起來。VDSL線路填補了速度很高的主干線路與客戶樓宇設(shè)備以及/或者接入設(shè)備之間的空隙。進一步地講，電信公司有了通過VDSL提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的能力，就可以把商用LAN或者把一個地區(qū)全部接到使用10/40Gb以太網(wǎng)技術(shù)的廣域網(wǎng)上，形成一個完全是按照互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議運行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。


　　在架設(shè)新的通信線路和建立新的網(wǎng)絡(luò)（自從QAM VDSL技術(shù)在1998年出現(xiàn)以來，通信線路和網(wǎng)絡(luò)占了很大一部分）時，設(shè)備供貨商和服務(wù)供貨商可以隨意地選擇傳輸協(xié)議。人們往往選用以太網(wǎng)，它為最終用戶提供經(jīng)濟的連接，并且需要一種簡單、可靠、即插即用的VDSL解決方案。就每個連接線路而言，在VDSL線路上實現(xiàn)以太網(wǎng)的價錢，與在ADSL線路上實現(xiàn)ATM的價錢是一樣的，因此，在架設(shè)新網(wǎng)絡(luò)時，這項技術(shù)是非常有吸引力的。換言之，在部署VDSL作為現(xiàn)有DSLAM系統(tǒng)的升級技術(shù)時，設(shè)備供貨商和服務(wù)供貨商發(fā)現(xiàn)，在AMT傳輸方案中，每一路連接線路的成本雖然較高，然而是可以接受的。因此，選擇那一種傳輸協(xié)議是決定于應(yīng)用的要求，而不是技術(shù)本身。


　　在ETSI的TS 10127002、ANSI的T1.424以及ITU的G.993.1等所制訂的VDSL標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了兩種可能使用的調(diào)制技術(shù)：單載波調(diào)制，也稱作QAM以及多載波調(diào)制，也稱作DMT。QAM調(diào)制是采用四頻帶的頻分結(jié)構(gòu)。為了靈活地提供服務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)化機構(gòu)已經(jīng)對頻帶的分配作了規(guī)定。每一個國家對服務(wù)的需求是不同的，但是在每一個地區(qū)，頻譜必須兼容，所用頻帶必須按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，以便實現(xiàn)承諾提供的服務(wù)。


　　DMT把一個信道或者頻帶劃分成許多子信道，各個子信道的間隔為4.3125kHz，每個子信道僅僅傳送整個信號的一部分。在全速的VDSL中，它使用快速富利葉變換（FFT）這種技術(shù)把數(shù)據(jù)調(diào)制到4096個副載波上，傳送大量的這些副載波信號，這時子信道必須并行地進行處理。


　　所有現(xiàn)在部署的VDSL方案都使用QAM調(diào)制，在全世界，差不多已經(jīng)有了兩百萬個端口�，F(xiàn)在，支持四頻帶標(biāo)準(zhǔn)的第三代和第四代QAM-VDSL芯片組已經(jīng)上市。QAM VDSL在現(xiàn)場實際使用己經(jīng)有四個年頭了。現(xiàn)場使用的經(jīng)驗表明，就供電電源及帶寬的使用而言，它的性能優(yōu)異，效益極好。



三、QAM與DMT的比較


　　QAM和DMT的區(qū)別不僅在于四頻帶(four-band)方案的實施方法是不同的，而且關(guān)于其它的主要性能，這兩種方案所用的解決方法也是不一樣的。QAM方案著重在時間域處理VDSL信號，它考慮到在導(dǎo)線上傳送的信號是串行的，本質(zhì)上是仿真的，對系統(tǒng)中的數(shù)字部分和仿真部分都作了最優(yōu)化設(shè)計。DMT是在頻率域中處理信號，在線路的每一端都需要把時間轉(zhuǎn)換成頻率（IFFT/FFT），并且把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為并行數(shù)據(jù)，然后才能采取各種措施降低仿真噪音，對使用銅線的POTS系統(tǒng)連接線路中的衰減進行補償。QAM VDSL是成熟的技術(shù)，它的功耗低，即插即用，簡單，便于大量配置。DMT是適合于ADSL方案的調(diào)制技術(shù)。對供貨商來講，如果它只是把VDSL看成是升級到很不對稱的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，或者由于現(xiàn)在已經(jīng)用了ADSL系統(tǒng)，現(xiàn)在把DMT用于位速率很高的系統(tǒng)也許是順理成章的。在前面講過，使用VDSL線路的以太網(wǎng)與使用ADSL線路的ATM在成本上是一樣的，因此從經(jīng)濟的角度看，使用VDSL線路的以太網(wǎng)對于所有各種類型系統(tǒng)的實施都極有吸引力。


　　很清楚的一點是，QAM和DMT各有優(yōu)缺點，究竟應(yīng)該選擇那一種，取決于對實際情況的分析、其它具體應(yīng)用以及安裝環(huán)境的實際問題。主要有下面六個方面的問題會影響到性能：噪音，外來的噪音干擾，即插即用功能、功耗、帶寬的利用以及互操作性。



四、噪音的處理


　　突發(fā)噪音對任何xDSL技術(shù)都會產(chǎn)生影響。它會在一段時間內(nèi)把信號擦除掉。調(diào)制技術(shù)如何解決這個問題是極為重要的。QAM和DMT兩種調(diào)制方案都使用數(shù)據(jù)交替?zhèn)魉筒⑴cReed-Solomon誤差校正結(jié)合起來的方法。與DMT調(diào)制方案相比，QAM方案使用的數(shù)據(jù)交替?zhèn)魉退�引起的傳輸路徑延遲較�。ù蠹s是10ms以下），需要使用的存儲器也較小。


　　至于使用DMT系統(tǒng)，人們關(guān)注的主要是持續(xù)時間為幾十微秒的脈沖噪音，在接收器這一頭，它會在所有使用到的子信道造成錯誤，并把FFT碼元完全擦掉。DMT系統(tǒng)一定要在FFT的整個碼元長度上采取保護措施，并不是只在出現(xiàn)脈沖噪音這段時間才進行保護，從而防止網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的脈沖噪音將它擦除。按照VDSL標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要500微秒的保護時間，防止脈沖噪音造成錯誤。所以，即使是一個時間很短的突發(fā)噪音也會把一幀DMT中的所有信息都擦掉。在QAM調(diào)制方案中，這種突發(fā)噪音的影響就小得多，這是因為QAM碼元延續(xù)的時間很短，通常不到一微秒。


　　噪音靈敏度，更重要的是抗噪音的能力確定了芯片方案或者接入系統(tǒng)的性能。對于所有使用銅線的xDSL技術(shù)，這是一個常見的問題，而且它的影響會隨著頻率的升高而增強。VDSL使用頻譜中較高的頻率（高達12MHz），因而噪音干擾成為一個問題。從本質(zhì)上看，DMT信號的波峰因子高于QAM信號的波峰因子，進行仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換時通常需要13位以上（QAM信號只需要10位至11位）。于是在電平較高時，仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換器會出現(xiàn)削波現(xiàn)象。在接收這一頭，削波會造成錯誤，接收器不得不使用Reed-Solomon算法來修正這種錯誤。由于Reed-Solomon算法可以使用的編碼資源受到限制，用它去修正發(fā)射端所造成的錯誤時，DMT信號用掉了很大一部分的資源。于是Reed-Solomon算法只有很少的資源用于改正噪音產(chǎn)生的錯誤。


　　相對而言，QAM不會出現(xiàn)因設(shè)計而造成的削波而造成的錯誤，它防止傳輸線路上所感應(yīng)的外來噪音而造成錯誤的能力很強。QAM采用均衡的方法來保護在傳輸線路上可能感應(yīng)的噪音，它的保護作用是很強的。


　　由于現(xiàn)代信號處理技術(shù)以及半導(dǎo)體技術(shù)的進步，有能力開發(fā)十分可靠的均衡電路，QAM VDSL調(diào)制解調(diào)器可以在很苛刻、很惡劣的環(huán)境中工作，包括橋接抽頭，內(nèi)部電平很強的串?dāng)_（使用同一電纜的其它VDSL系統(tǒng)所引起的串?dāng)_）這樣的環(huán)境。五年前，當(dāng)人們接受DMT作為一種調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)用于ADSL時，贊成的人可以說，在進行類似的均衡算法時，這項技術(shù)需要的處理工作量較小，使用的MIPS（每秒一百萬條指令）數(shù)量較少。如今，可以使用的MIPS已經(jīng)不再受到限制，因此在實施QAM調(diào)制方案時，如果有人提出反對，那實在是太落伍了。


　　QAM使用的是盲目均衡技術(shù)，意思是，它不需要一個練習(xí)序列或者握手。所以，QAM系統(tǒng)在100ms內(nèi)就開始工作，與此相反，DMT必須從發(fā)射器把一個練習(xí)序列送到接收器。接收器把自己調(diào)整到所接收到的練習(xí)序列，然后把信息送往發(fā)射器以便送到眾多的子信道。所以，使用DMT的系統(tǒng)需要幾秒鐘時間才能開始運作。雖然這并沒有超出上網(wǎng)的DSL用戶所預(yù)期的范圍，但是對于習(xí)慣于立即把電視調(diào)到不同頻道的客戶，他們也許不會感到滿意。


　　使用QAM的VDSL包括集成在一起的信道，它們是即插即用的，可以把VDSL線路配置到任何需要的服務(wù)業(yè)務(wù)。QAM很簡單，因此用戶可以選擇一種結(jié)構(gòu)，它滿足所需要的服務(wù)，并且自動地進行線路連接。在DMT VDSL路線中，必須交換所有4096個音調(diào)的參數(shù)，在串?dāng)_很強的環(huán)境中（在VDSL頻率的環(huán)境中），一條DMT線路會與相鄰線路競用某一些音調(diào)。



五、功耗


　　對于架設(shè)在電話線桿上、使用安裝在路邊的機柜以及配線房（在有很多住戶的樓宇中）的系統(tǒng)，功耗是極為重要的。在這些地方，所能允許的尺寸和功耗受到限制，這些因子強烈地影響著提供服務(wù)的可行性。DMT調(diào)制需要一個很大的仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字/仿真轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器），通常比QAM使用的仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換器或數(shù)字/仿真轉(zhuǎn)換器至少是多一位至兩位。（在上面講過，即使是13位的A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器也會因削波而產(chǎn)生錯誤。）仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換器每增加一位，功耗便增加一倍。


　　DMT也需要更多的數(shù)字信號處理，需要一個很大的存儲器來存放4096個子信道的數(shù)據(jù)，這些都要消耗功率。對于四頻帶QAM VDSL，每個端口的功耗是1.5w。功耗之所以只有1.5w這個數(shù)量，是因為在進行信號轉(zhuǎn)換時，使用的是12位的仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換器或者數(shù)字/仿真轉(zhuǎn)換器，而且不會出現(xiàn)削波現(xiàn)象。


　　使用決定反饋均衡技術(shù)的QAM在整個頻帶上把輸入的信號噪音比（SNR）加以平均；而DMT是對每個子信道的位進行平均。一旦最小的SNR低于信號電平，DMT就不能使用這個子信道的信號。然而，由于SNR太低DMT不能使用的頻率，QAM調(diào)制解調(diào)器依然可以使用──因而有效頻帶比較寬。


　　要把這個市場的潛力變成現(xiàn)實，關(guān)鍵在于系統(tǒng)的互操作性能。VDSL芯片組供貨商必須在各個方案之間做到可以互操作。在這方面QAM VDSL是遠遠走在前頭。如今，QAM-VDSL供貨商已經(jīng)實現(xiàn)了各自芯片組解決方案的互操作性。今年在美國喬治亞洲亞特蘭大舉行的Supercomm博覽會上，它們演示了通過VDSL線路實況傳送視像節(jié)目。


　　在另一方面，DMT VDSL的互操作性還不清楚。因為許多供貨商還沒有這樣的技術(shù)。的確，由于DMT是用于ADSL的標(biāo)準(zhǔn)線路調(diào)制技術(shù)，在用戶樓宇那一頭現(xiàn)有使用AMT的ADSL調(diào)制解調(diào)器將能夠與其它地方使用ATM的DMT VDSL調(diào)制解調(diào)器通信。


　　目前看到的VDSL使用情況是，基于VDSL線路的以太網(wǎng)是連接到光纖上，而不連接到基于ATM的SDLAM設(shè)備上。設(shè)備供貨商和服務(wù)供貨商是根據(jù)技術(shù)上和商業(yè)上的一系列因子做出決定的。就這方面而言，QAM的功能是成熟的，已經(jīng)進入市場，用戶很多，而且在增加，并且已經(jīng)顯示出它是可以互相操作的，所有這些說明了它是適合于在銅纜上實現(xiàn)真正寬帶連接的最好方案。



----《通信世界》