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畢厚杰 南京郵電學(xué)院 羅東文 廣東省郵電管理局
摘要 本文回顧了高速銅線接入技術(shù)的發(fā)展歷程，闡述了它的各種應(yīng)用，并介紹了技術(shù)最新進(jìn)展和動(dòng)向。 關(guān)鍵詞 接入網(wǎng) HDSL ADSL VDSL
1、前言
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，在普通電話（雙絞銅線）上傳輸越來(lái)越高速的數(shù)字信息成為現(xiàn)有電信接入網(wǎng)升級(jí)的一種重要手段。50年代，話帶Modem的傳輸速率是600bit/s，60年代為2400bit/s，70年代為9600bit/s，自從80年代發(fā)明了TCM（網(wǎng)格編碼調(diào)制）以來(lái)，話帶Modem的傳輸速率獲得大幅提高，經(jīng)過(guò)了14.4kbit/s、19.2kbit/s、28.8kbit/s、33.6kbit/s等幾個(gè)分階段，直到目前V.90標(biāo)準(zhǔn)的PCMModem，它上行速率是33.6kbit/s，下行速率是56kbit/s，這幾乎接近了香農(nóng)定律所規(guī)定的電話線信道（話帶）的理論容量。
由于V系列Modem占用的頻帶十分有限，只有3400Hz，因此傳輸速率的進(jìn)一步提高的潛力不大。為進(jìn)一步提高傳輸速率，必須充分利用雙絞銅線的頻帶，于是各種DSL（數(shù)字用戶線）技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。最先出現(xiàn)的是N-ISDN，它使用2BIQ的線路碼，在一對(duì)絞線上雙工傳送160kbit/s的碼流，占用80kHz的頻帶，傳輸距離達(dá)到6km，如果使用更新、功能更強(qiáng)大的DSP，傳輸距離還可進(jìn)一步增加。在美國(guó)，N-ISDN的應(yīng)用并不廣泛，因此有些人認(rèn)為N-ISDN在美國(guó)是失敗的。但在歐洲某些國(guó)家，如德國(guó)，N-ISDN是相當(dāng)成功的。我國(guó)的部分地區(qū)也已經(jīng)開(kāi)通了N-ISDN的服務(wù)。
2、HDSL及其變種
緊隨N-ISDN之后的是HDSL（高速率數(shù)字用戶線）技術(shù)。ANSI（美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)）和ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)的HDSL采用2BIQ的線路碼，通常在兩對(duì)絞線（DTSI還支持1、3、4對(duì)絞線，ANSI還支持3對(duì)絞線，來(lái)適應(yīng)不同的傳輸距離）上雙工傳輸T1（1.544kbit/s）或E1（2.048kbit/s）的碼流，每個(gè)絞線對(duì)的負(fù)載是雙工768kbit/s或1168kbit/s。HDSL采用了高效的自適應(yīng)線路均衡器和全雙工回波抵消器，傳輸距離可達(dá)3～5km。HDSL的性能遠(yuǎn)好于傳統(tǒng)的T1、E1載波設(shè)備，不需要中繼，安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。因此在美國(guó)，已不再安裝老式的T1載波設(shè)備，全部代以HDSL。HDSL還可作為連接蜂窩電話基站和交換機(jī)的鏈路，以及用于線對(duì)增容，傳輸多路話音。安徽省郵電管理局已使用了幾十套HDSL設(shè)備，效果良好。
ANSI和ETSI正在致力于制定下一代的HDSL——HDSL2的標(biāo)準(zhǔn)，從而使它支持速率自適應(yīng)的應(yīng)用，即支持在更長(zhǎng)的線路上傳輸較低速成碼流。由于HDSL的許多應(yīng)用對(duì)等待時(shí)間有嚴(yán)格的限制，一般要求小于500ms，因而在線路碼的選擇方面，各公司已基本達(dá)成一致，如Pairgain.Level1.Globespan等，傾向于采用簡(jiǎn)單的單載波調(diào)制方式，如64-CAP（無(wú)載波調(diào)幅調(diào)相）或QAM（正交幅度調(diào)制），以DMT（離散多音）為代表的多載波線路碼基本上被淘汰出局。 糾錯(cuò)和編碼技術(shù)還未確定，許多方案都展示了良好的性能，都可達(dá)到5～6dB的編碼增益，如RS（里德所羅門）編碼和TCM結(jié)合的方案。有的公司提出采用目前最熱門的Turbo code，它有著接近信息理論極限的性能，但編譯碼較復(fù)雜。
與以上的標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)化的HDSL不同，一些公司相繼推出了一些HDSL的非標(biāo)準(zhǔn)的變種。例如只采用2BIQ的HDSL系統(tǒng)的一個(gè)芯片組，就可以在一個(gè)絞線對(duì)上傳輸768kbit/s1168kbit/s的碼流，也可以提供更低速接入，如512kbit/s、384kbit/s。雖然它的傳輸速率不如HDSL，但相應(yīng)地，它的成本十分低廉，而且它提供的速率足以滿足某些線對(duì)增容、可視電話、視頻會(huì)議及Internet接入的需要。已面世的產(chǎn)品有MDSL（Moderate-DSL）、PCM-n和 Brooktree公司的DSL/384等。它們的一個(gè)共同特點(diǎn)是：由局端供電。
3、ADSL及其新標(biāo)準(zhǔn)
ANSI和ETSI均采用DMT作為ADSL（不對(duì)稱數(shù)字用戶線）的線路碼。ANSI于1995年底頒布了它的ADSL標(biāo)準(zhǔn)T1，413。該標(biāo)準(zhǔn)詳盡規(guī)定了ADSL系統(tǒng)采用的線路碼、編碼方式、幀格式和各種維護(hù)、管理操作。它在保留POTS（普通電話服務(wù)）的前提下，同時(shí)提供640kbit/s的上行速度和6kbit/s的下行速率。
ANSI仍在致力于完善和修訂這一標(biāo)準(zhǔn)，新版本標(biāo)準(zhǔn)將于1999年頒布。新標(biāo)準(zhǔn)參照了最近兩年ADSL的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)和市場(chǎng)需求的變化，主要改動(dòng)了三方面的內(nèi)容。
�。�1）針對(duì)第一版過(guò)于強(qiáng)調(diào)VOD的應(yīng)用，新標(biāo)準(zhǔn)加入了有關(guān)數(shù)據(jù)和Internet接入服務(wù)的內(nèi)容。
（2）增加了有關(guān)傳輸速率自適應(yīng)（Rate adaptive-ADSL）的內(nèi)容，提供了標(biāo)準(zhǔn)的訓(xùn)練和管理協(xié)議，便于不同的ADSL系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)速率自適應(yīng)協(xié)調(diào)。
�。�3）為了適應(yīng)未來(lái)的ATM應(yīng)用，新標(biāo)準(zhǔn)分為兩部分，分別處理有關(guān)PM（物理媒體）子層和TC（傳輸匯聚）子層的問(wèn)題。這將為在ADSL傳輸平臺(tái)上傳送ATM信遠(yuǎn)（ATMoverADSL）提供了保證。
在ANSI內(nèi)部，爭(zhēng)論最大的問(wèn)題是：是否采用第二個(gè)線路碼——CAP，ANSI的態(tài)度是暫維持現(xiàn)狀，而一些公司和團(tuán)體已經(jīng)開(kāi)始制定基于CAP線路碼的ADSL標(biāo)準(zhǔn)，如朗訊科技等。
一些公司和團(tuán)體提出了“逆ADSL（R-ADSL）”的概念，即將ADSL的上下行速率顛倒過(guò)來(lái)，從用戶到局端采用高速率，從局端到用戶采用低速率。但實(shí)際上適合這種應(yīng)用的場(chǎng)合很少。而且，在ADSL與R-ADSL混合使用的場(chǎng)合，給頻譜兼容性帶來(lái)了破壞，增加了近端串?dāng)_。
還有一些人提出“對(duì)稱ADSL（S-ADSL）”的概念，即通過(guò)重新給ADSL系統(tǒng)收發(fā)信機(jī)分配信道，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)稱速率的傳輸。目前還沒(méi)有任何標(biāo)準(zhǔn)化組織來(lái)制定關(guān)于這應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)，但已有這樣的產(chǎn)品面世。
4、VDSL及其FTTC應(yīng)用
在國(guó)外，尤其在美國(guó)，F(xiàn)TTC（光纖到路邊）或FTTB（光纖到大樓）的最后一段——ONU（光纖網(wǎng)絡(luò)單元）到用戶端的接入方案，即VDSL的實(shí)現(xiàn)方案有許多種，這些方案的支持者各持己見(jiàn)，都希望自己的方案能成為正式的標(biāo)準(zhǔn)。ANSI、ETSI和DAVIC爭(zhēng)相制定自己的標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)之爭(zhēng)還將會(huì)繼續(xù)下去。目前，線路速率已經(jīng)比較明確，線路速率分兩個(gè)等級(jí)：51Mbit/s（線路長(zhǎng)度300m）和25Mbit/s（線路長(zhǎng)度100m）。雖然線路速率較ADSL高許多，但是線路長(zhǎng)度較短，且應(yīng)用環(huán)境較單純，不必像ADSL那樣面對(duì)復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，因此實(shí)現(xiàn)起來(lái)較ADSL要簡(jiǎn)單一些，成本也相應(yīng)會(huì)低一些。但以下幾點(diǎn)尚未確定：
上下行的速率之比尚待確定。大多數(shù)公司支持不對(duì)稱的速率，認(rèn)為1：10的速率比較合適，少數(shù)公司偏愛(ài)對(duì)稱的速率。
采用何種線路碼成為爭(zhēng)執(zhí)的焦點(diǎn)之一。
其它的技術(shù)細(xì)節(jié)，如糾錯(cuò)和編碼技術(shù)。某些公司提出采用目前最熱門的Turbo code。
目前的主要技術(shù)方案有以下幾種。
4.1 AMATI的“乒乓DMT”方案
此方案由Amati公司提出。上下行方向均采用DMT線路碼，發(fā)信機(jī)和接收機(jī)輪流工作，以時(shí)分的“乒乓法”實(shí)現(xiàn)雙工傳輸。
它的優(yōu)點(diǎn)是：
改變上下行的速率較靈活方便，只需高速發(fā)送和接收的時(shí)間之比即可。
不必使用濾波器來(lái)分隔上下行信號(hào)，降低了復(fù)雜性。
缺點(diǎn)是：
DMT功耗較大，對(duì)于純FTTC系統(tǒng)的ONU來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)較大的缺陷。不過(guò)在SDV中，ONU由HFC（混合光纖同軸電纜）的同軸電纜來(lái)供電，似乎影響不大。
由于是時(shí)分雙工，所以收發(fā)雙方在時(shí)間上的同步配合很重要，對(duì)定時(shí)抖動(dòng)較敏感，這可能會(huì)影響它在較苛刻的環(huán)境下的應(yīng)用。
收發(fā)信機(jī)的幀速率是2kHz，即收發(fā)信機(jī)輪流工作的交替頻率是2kHz，這會(huì)在鄰近兩年線路中引入2kHz的音頻干擾（如果鄰近線路接收終端沒(méi)有用于濾除低頻干擾的濾波器）。這樣的干擾在TDMA的蜂窩電話系統(tǒng)中已被檢測(cè)到。
4.2 頻分復(fù)用CAP方案
某些制造商支持頻分復(fù)用CAP的方案，上行信道使用的頻段低于下行信道，一致采用CAP作為下行信道的線路碼，如Analog Devices.Aware.Orckit.BBT.Globespan 和Broadcomm等公司都支持此方案，它們正在擬定基于CAP的標(biāo)準(zhǔn)草案。值得注意的是，前三者都已研制了基于DMT的ADSL，由此可見(jiàn)CAP線路碼確實(shí)有它的獨(dú)到之處。但在上行方向上還存在爭(zhēng)論。有的公司主張采用CAP或QPSK，而有的公司提出反對(duì)意見(jiàn)，認(rèn)為上行數(shù)碼流的起點(diǎn)在用戶家中，供電不成問(wèn)題，CAP的低功耗的特點(diǎn)無(wú)從發(fā)揮。
CAP線路碼的特點(diǎn)是功耗較低，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，抗RF干擾性能較好，但對(duì)脈沖干擾較敏感。
4.3 DAVIC1.0‘sFTTC標(biāo)準(zhǔn)方案
在低頻段，噪聲的功率譜較大，尤其是尖峰脈沖噪聲，對(duì)系統(tǒng)的性能影響很大。為改善系統(tǒng)的抗噪聲性能，DAVIC1.0’SFTTC標(biāo)準(zhǔn)將上行信道放在下行信道的頻帶之上，下行信道占用的頻帶是5～26MHz，傳輸速率是51.84Mbit/s，上行信道占用1.6MHz（28.4～30MHz）的帶寬，傳輸1.62Mbit/s的碼流。這樣就避免了低頻段的寬帶噪聲的影響。且由于高頻段的分隔濾波器過(guò)渡帶容易做得很窄，上下行信道之間不必保留很寬的保護(hù)帶，因此節(jié)省了頻帶，提高了頻譜利用率。DAVIC的上行速率只有1.62Mbit/s，能否達(dá)到眾望所歸的3Mbit/s，還很成問(wèn)題。另外，窄帶的高頻段上行信號(hào)對(duì)信道傳輸譜的陷落點(diǎn)很敏感。
郎訊科技已推出了基于DAVIC1.0’sFTTC標(biāo)準(zhǔn)的芯組，由7塊芯片組成，傳輸距離是200m雙絞線+80m室外同軸電纜+40m室內(nèi)同軸電纜。該系統(tǒng)主要用于SDV中銅線/纜接入段。
4.4 CAP-DWMT混合解決方案
為了統(tǒng)籌兼顧，在上下行方向都取得最佳的傳輸性能，Analog Devices.Aware、BBT提出了一種混合解決方案。該方案將下行通道置于高頻段，上行通道置于低頻段。
在純FTTC中，由于對(duì)下行通道的要求是：高速、寬帶、低功耗（在SDV的ONU中，這一點(diǎn)要求可放松），且在高頻段存在業(yè)余無(wú)電線電臺(tái)的RF干擾，因而采用簡(jiǎn)單、低功耗和抗RF干擾性能好的CAP線路碼。在低頻段的上行信道，存在較大的脈沖干擾，因而采用有卓越的抗脈沖噪聲性能的多載波的DWMT（離散小波多音）線路碼，它比DMT線路碼有更好的性能。而且，在用戶端采用多載波線路碼的一個(gè)突出的優(yōu)越性是可以輕易地支持多個(gè)用戶終端的同時(shí)接入。上行碼流的起點(diǎn)是在用戶家中，多載波線路三所需的較高的功率很容易得到滿足。
5、結(jié)束語(yǔ)
高速銅線/纜接入將是未來(lái)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。它以其優(yōu)良的性能/價(jià)格比必將獲得廣泛的應(yīng)用。決定它在以后發(fā)展的主要因素有三個(gè)：標(biāo)準(zhǔn)的制定、高速的DSP、各種高速接入方式的市場(chǎng)需求。這三個(gè)因素將直接影響它的價(jià)格。
尤其是基于VDSL的SDV系統(tǒng)以其卓越的容量、性能、支持多種業(yè)務(wù)的能力和易于升級(jí)成全光網(wǎng)的特性成為今后寬帶接入網(wǎng)發(fā)展的一大方向。分析家認(rèn)為SDV具有比HFC更多的優(yōu)點(diǎn)，將成為傳輸交互式多媒體業(yè)務(wù)的最佳選擇、盡管現(xiàn)有業(yè)務(wù)不多，但由于SDV能將視像節(jié)目、高速Internet接入及語(yǔ)音集成在一起，其增長(zhǎng)潛力非常強(qiáng)。
摘自《中國(guó)通訊》
