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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）上傳輸越來越高速的數(shù)字信息成為現(xiàn)有電信接入網(wǎng)升級的一種重要手段。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，話帶Modem的傳輸速率獲得大幅提高，經(jīng)過了14.4kbit/s、19.2kbit/s、28.8kbit/s、33.6kbit/s等幾個分階段，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)運而生。最先出現(xiàn)的是N-ISDN，它使用2BIQ的線路碼，在一對絞線上雙工傳送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、功能更強大的DSP，傳輸距離還可進(jìn)一步增加。在美國，N-ISDN的應(yīng)用并不廣泛，因此有些人認(rèn)為N-ISDN在美國是失敗的。但在歐洲某些國家，如德國，N-ISDN是相當(dāng)成功的。我國的部分地區(qū)也已經(jīng)開通了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（美國國家標(biāo)準(zhǔn)委員會）和ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)委員會）標(biāo)準(zhǔn)的HDSL采用2BIQ的線路碼，通常在兩對絞線（DTSI還支持1、3、4對絞線，ANSI還支持3對絞線，來適應(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，每個絞線對的負(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，安裝簡單，維護(hù)方便。因此在美國，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的鏈路，以及用于線對增容，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，即支持在更長的線路上傳輸較低速成碼流。由于HDSL的許多應(yīng)用對等待時間有嚴(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，傾向于采用簡單的單載波調(diào)制方式，如64-CAP（無載波調(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)的一個芯片組，就可以在一個絞線對上傳輸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增容、可視電話、視頻會議及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。它們的一個共同特點是：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的實際使用經(jīng)驗和市場需求的變化，主要改動了三方面的內(nèi)容。
�。�1）針對第一版過于強調(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)之間實現(xiàn)速率自適應(yīng)協(xié)調(diào)。
�。�3）為了適應(yīng)未來的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）子層的問題。這將為在ADSL傳輸平臺上傳送ATM信遠(yuǎn)（ATMoverADSL）提供了保證。
在ANSI內(nèi)部，爭論最大的問題是：是否采用第二個線路碼——CAP，ANSI的態(tài)度是暫維持現(xiàn)狀，而一些公司和團體已經(jīng)開始制定基于CAP線路碼的ADSL標(biāo)準(zhǔn)，如朗訊科技等。
一些公司和團體提出了“逆ADSL（R-ADSL）”的概念，即將ADSL的上下行速率顛倒過來，從用戶到局端采用高速率，從局端到用戶采用低速率。但實際上適合這種應(yīng)用的場合很少。而且，在ADSL與R-ADSL混合使用的場合，給頻譜兼容性帶來了破壞，增加了近端串?dāng)_。
還有一些人提出“對稱ADSL（S-ADSL）”的概念，即通過重新給ADSL系統(tǒng)收發(fā)信機分配信道，來實現(xiàn)對稱速率的傳輸。目前還沒有任何標(biāo)準(zhǔn)化組織來制定關(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
在國外，尤其在美國，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的實現(xiàn)方案有許多種，這些方案的支持者各持己見，都希望自己的方案能成為正式的標(biāo)準(zhǔn)。ANSI、ETSI和DAVIC爭相制定自己的標(biāo)準(zhǔn)，這一標(biāo)準(zhǔn)之爭還將會繼續(xù)下去。目前，線路速率已經(jīng)比較明確，線路速率分兩個等級：51Mbit/s（線路長度300m）和25Mbit/s（線路長度100m）。雖然線路速率較ADSL高許多，但是線路長度較短，且應(yīng)用環(huán)境較單純，不必像ADSL那樣面對復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，因此實現(xiàn)起來較ADSL要簡單一些，成本也相應(yīng)會低一些。但以下幾點尚未確定：
上下行的速率之比尚待確定。大多數(shù)公司支持不對稱的速率，認(rèn)為1：10的速率比較合適，少數(shù)公司偏愛對稱的速率。
采用何種線路碼成為爭執(zhí)的焦點之一。
其它的技術(shù)細(xì)節(jié)，如糾錯和編碼技術(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)信機和接收機輪流工作，以時分的“乒乓法”實現(xiàn)雙工傳輸。
它的優(yōu)點是：
改變上下行的速率較靈活方便，只需高速發(fā)送和接收的時間之比即可。
不必使用濾波器來分隔上下行信號，降低了復(fù)雜性。
缺點是：
DMT功耗較大，對于純FTTC系統(tǒng)的ONU來說，這是一個較大的缺陷。不過在SDV中，ONU由HFC（混合光纖同軸電纜）的同軸電纜來供電，似乎影響不大。
由于是時分雙工，所以收發(fā)雙方在時間上的同步配合很重要，對定時抖動較敏感，這可能會影響它在較苛刻的環(huán)境下的應(yīng)用。
收發(fā)信機的幀速率是2kHz，即收發(fā)信機輪流工作的交替頻率是2kHz，這會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CAP線路碼確實有它的獨到之處。但在上行方向上還存在爭論。有的公司主張采用CAP或QPSK，而有的公司提出反對意見，認(rèn)為上行數(shù)碼流的起點在用戶家中，供電不成問題，CAP的低功耗的特點無從發(fā)揮。
CAP線路碼的特點是功耗較低，實現(xiàn)簡單，抗RF干擾性能較好，但對脈沖干擾較敏感。
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，還很成問題。另外，窄帶的高頻段上行信號對信道傳輸譜的陷落點很敏感。
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，由于對下行通道的要求是：高速、寬帶、低功耗（在SDV的ONU中，這一點要求可放松），且在高頻段存在業(yè)余無電線電臺的RF干擾，因而采用簡單、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突出的優(yōu)越性是可以輕易地支持多個用戶終端的同時接入。上行碼流的起點是在用戶家中，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
高速銅線/纜接入將是未來研究的一個熱點。它以其優(yōu)良的性能/價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：標(biāo)準(zhǔn)的制定、高速的DSP、各種高速接入方式的市場需求。這三個因素將直接影響它的價格。
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，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接入及語音集成在一起，其增長潛力非常強。
摘自《中國通訊》
