邁向全方位寬帶的VDSL技術(shù)

摘要　從原理、特點及應(yīng)用方面介紹了甚高速數(shù)字用戶線（VDSL）技術(shù)，突出闡述了它相對于非對稱數(shù)字用戶線（ADSL）技術(shù)的優(yōu)越性，同時指出了VDSL技術(shù)需要解決的問題及未來巨大的發(fā)展?jié)摿Α?

關(guān)鍵詞　寬帶接入技術(shù)　VDSL　ADSL

　　數(shù)字用戶線DSL是一種不斷發(fā)展的寬帶接入技術(shù)，該技術(shù)是采用先進(jìn)的數(shù)字編碼和調(diào)制解調(diào)技術(shù)在常規(guī)的用戶銅質(zhì)電話線上傳送寬帶信號。目前已比較成熟，投入使用的數(shù)字用戶線方案有ADSL、HDSL和SDSL等。其中，應(yīng)用最廣泛的當(dāng)數(shù)ADSL技術(shù)。

　　ADSL（非對稱數(shù)字用戶線）能夠在現(xiàn)有的線路上根據(jù)當(dāng)?shù)鼐�路狀況提供8M/s下行速率和1M/s的上行速率。這種下行速率遠(yuǎn)大于上行速率的非對稱結(jié)構(gòu)，特別適合瀏覽Internet、寬帶視頻點播等下行速率需求大于上行速率需求的應(yīng)用。所以，它是現(xiàn)在寬帶上網(wǎng)的主要方式之一。

　　但ADSL技術(shù)也面臨不少問題，雖然突出的特點能滿足基本的寬帶需求，但卻無法適應(yīng)基于視頻等高帶寬業(yè)務(wù)的需要。而另一種DSL技術(shù)卻能夠輕而易舉地使這一切成為可能，這就是VDSL技術(shù)。

1、VDSL概述及其工作原理

　　簡單地說，VDSL就是ADSL的快速版本。使用VDSL，短距離內(nèi)的最大下傳速率可達(dá)55Mbit/s，上傳速率可達(dá)2.3Mbit/s。上傳和下傳數(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、低價網(wǎng)絡(luò)的佳選。像ADSL一樣，VDSL將主要應(yīng)用于實時視頻傳輸和高速數(shù)據(jù)訪問。

　　VDSL系統(tǒng)與ADSL一樣，可利用普通電話銅纜，在不影響窄帶話音業(yè)務(wù)（POTS、ISDN）的情況下，傳送高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。VDSL的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也與ADSL很相似，如圖1所示。VDSL局端設(shè)備與用戶端設(shè)備之間通過普通電話銅纜（U1C與U1R參考點之間）進(jìn)行點對點傳輸。其中，VTU-O、VTU-R分別是位于局端和用戶端的VDSL收發(fā)器。業(yè)務(wù)分離器（Splitter，包括HPF和LPF）將同一對電話銅纜上傳輸?shù)腣DSL與窄帶業(yè)務(wù)（或ADSL）相分離。


圖1　VDSL系統(tǒng)參考模型

　　VDSL使用頻譜較寬，最高可達(dá)12MHz。該頻譜范圍可被分割為若干下行（DS）和上行（US）頻段，國際上常用的頻段劃分方式主要有Plan 997和Plan 998兩種，如圖2所示。Plan 998根據(jù)北美業(yè)務(wù)需求劃分，主要面向非對稱業(yè)務(wù)；Plan 997根據(jù)歐洲業(yè)務(wù)需求劃分，主要面向?qū)ΨQ業(yè)務(wù)。


圖2　VDSL的常用頻段劃分方式

　　VDSL的線路編碼（調(diào)制技術(shù)）有兩種：QAM（正交幅度調(diào)制）和DMT（離散多音頻）。QAM技術(shù)相對簡單，進(jìn)展較快，芯片已比較成熟，相應(yīng)的設(shè)備在國內(nèi)外進(jìn)行了比較廣泛的試驗和試商用，設(shè)備成本也在不斷降低。DMT技術(shù)理論上性能更好，但實現(xiàn)較復(fù)雜，功耗較高，目前商用化設(shè)備很少。

　　VDSL用頻分復(fù)用（OFDM）分隔信道。以后VDSL將支持對稱數(shù)據(jù)速率，這可能需要轉(zhuǎn)向回饋抑制。通常下傳信道配置在上傳信道之上，但DAVIC的規(guī)范則反之以使VDSL可用于同軸電纜。

　　轉(zhuǎn)發(fā)錯誤控制是VDSL的另一特性，像ADSL一樣，它用一種Reed Solomon編碼和interleaving對線噪糾錯。

2、VDSL的特點

　　VDSL技術(shù)的特點與ADSL不同，后者的干線連接主要是ATM，而VDSL則對ATM和IP同時支持，這主要是源于以太網(wǎng)的成熟和向數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)核心的滲透，Ethernet over VDSL則是在接入網(wǎng)方面延伸了以太網(wǎng)的應(yīng)用范圍，是完美的寬帶接入解決方案。從技術(shù)的角度看，VDSL具有以下特點：

　　1）VDSL的使用頻段是1.1～20MHz，正好在ADSL所用頻段之上。VDSL采用OFDM方式進(jìn)行通信，即上行和下行使用不同的頻率范圍。通常頻譜分配如下（以QAM為例）：下行O.9～3.4MHz；上行4.0～7.75MHz。其他常用的低頻業(yè)務(wù)，如ISDN、普通電話和ADSL，完全可以和VDSL同時在一對線上傳送。一般情況下，這兩個頻帶的中心頻率和帶寬都可以調(diào)整，會對VDSL系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率產(chǎn)生影響。

　　2）使用QAM或DMT線路編碼技術(shù)。QAM屬于單載波調(diào)制方式，DMT屬于多載波編碼技術(shù)。目前用得較多的是DMT技術(shù)，這一技術(shù)和ADSL使用的線路編碼完全相同。運營商們在現(xiàn)有銅線環(huán)路上已經(jīng)部署了超過1000萬線基于DMT編碼方式的ADSL線路，DMT-VDSL可無縫地應(yīng)用于現(xiàn)有DMT基礎(chǔ)設(shè)施。QAM芯片也有產(chǎn)品，最早的VDSL芯片就是采用QAM技術(shù)，因為QAM實現(xiàn)起來較簡單，如Broadcom和Infineon的芯片組，這也是業(yè)界使用最多的芯片組。目前，以色列的Metalink公司又剛剛推出了面向以太網(wǎng)的QAM-VDSL芯片組。

　　3）可使用的上行線復(fù)接技術(shù)。為復(fù)接多個用戶CPE設(shè)備，必須采用某種復(fù)用技術(shù)，并保證用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量。在用戶端提供復(fù)用的情況下（稱為主動方式），多個CPE設(shè)備接入類似于一個集線器的設(shè)備，由集線器負(fù)責(zé)復(fù)用/解復(fù)用。在被動端接方式下，光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）負(fù)責(zé)解決復(fù)用，方法可以是頻分或時分。頻分方式分配不同的頻段給各個CPE；在時分情況下，每個CPE則分配得到不同的時隙。兩者都存在一些問題：時分方式有浪費時隙的可能性，而頻分方式則有兩種可能性：ONU給每個CPE分配的帶寬有可能過低；每個CPE有可能發(fā)送過多的數(shù)據(jù)而降低整體性能。故在實際應(yīng)用中，采用主動復(fù)用技術(shù)更為經(jīng)濟(jì)實用。

　　4）CPE全雙工傳輸技術(shù)。為保證上下行傳輸?shù)娜�雙工，VDSL采用時分或頻分技術(shù)，時分情況下，上行和下行數(shù)據(jù)不能同時進(jìn)行，必須輪流進(jìn)行，因此又稱為“乒乓”傳輸。

　　5）VDSL速率大小通常取決于傳輸線的長度，最大下行速率目前考慮為51Mbit/s～55Mbit/s，長度不超過300米，13Mbit/s以下的速率可傳輸距離為1.5公里以上。這樣的傳輸速率可擴(kuò)大現(xiàn)有銅線傳輸容量達(dá)400倍以上。一般下行速率從13Mbit/s～55Mbit/s，傳輸距離不超過1.5公里。

3、VDSL的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

　　VDSL目前有兩大互不兼容的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：一種是DMT（離散多音頻調(diào)制），一種是CAP和QAM（無載波調(diào)幅/調(diào)相和正交調(diào)幅）。

　　DMT把信號分成247個獨立的信道，每個信道的帶寬是4K，可以同時獲得并聯(lián)的247個4K線路所帶來的帶寬。每個通道是被隨時監(jiān)控的，整個系統(tǒng)不斷地把信號切換到性能最好的信道之中。另外，那些從8K開始的被視作低位通道的通道將被用來做雙向通道，及時監(jiān)控和挑出在雙向通道中的信息，以確保可以和所有247個通道速率同步，這使DMT方式相對于其他承載技術(shù)更加復(fù)雜，但同時提供了對線路質(zhì)量不同的更佳的適應(yīng)性。另一個VDSL技術(shù)CAP通過把電話線上的信號分為三個不同的頻帶。語音通話占O～4K帶寬的頻帶，上行通道占25-160K帶寬的頻帶，下行通道占240K～1.5M帶寬的頻帶。最大限度地減小了通道之間在一條電路上和不同線路上的干擾。QAM是一種調(diào)制技術(shù)可以高效地把三到四倍的信息在一條線路中傳送出去。

　　在QAM、CAP和DMT三種調(diào)制方式中，就技術(shù)性能和應(yīng)用靈活性來說，DMT技術(shù)更具吸引力，但是它的靈活性和高性能是靠設(shè)備復(fù)雜性換取的。就成本而言，DMT技術(shù)目前還是比較昂貴的。

4、VDSL應(yīng)用前景分析

　　國內(nèi)寬帶市場正在起飛的階段，主要的接入方式是ADSL和Ethernet（以太網(wǎng)）技術(shù)為主。雖然中國電信去年已決定將市場發(fā)展的重心轉(zhuǎn)移至ADSL，不過以太網(wǎng)接入用戶仍然占有很大的市場份額。

　　從技術(shù)發(fā)展的角度來看，Ethernet已是應(yīng)用得相當(dāng)成熟的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，更重要的是每個接口的成本大約只占ADSL的三分之一，十分符合我國的國情。但是由于在用戶和住宅中鋪設(shè)得最廣的仍然是電話線路，Ethernet線路仍不普及。而要重新建設(shè)以太網(wǎng)線路又需要時間，若能利用現(xiàn)有的電話線路傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)將大大節(jié)省運營商的時間和經(jīng)費。因此，基于電話線傳輸?shù)腅thernet Over VDSL就有了發(fā)展契機(jī)。Ethernet Over VDSL有下面的發(fā)展上的優(yōu)點：

　　1）延長Ethernet傳輸距離。Ethernet在發(fā)展上遇到的困難在于距離收到限制，一般只能傳50-100米。而當(dāng)利用VDSL時，其距離將可達(dá)到300～1000米。因此這樣的技術(shù)方案可以大大地延長了Ethernet的傳輸距離。

　　2）降低成本。由于Ethernet不像電話線一樣普及，因此對運營商來說，發(fā)展Ethernet的最大的問題就是需要從零做起，重新布線。Ethernet Over VDSL因為架構(gòu)在電話線上，而家中的電話線幾乎都是現(xiàn)成的，因此可以省下大筆的經(jīng)費，具備成本發(fā)展效益。國內(nèi)市場目前采用以太網(wǎng)接入的方式開通率仍很低，使得服務(wù)提供商投資及運營風(fēng)險提高，采用Ethernet Over VDSL所帶來的成本效益對運營商來說將是不錯的解決方案。

　　目前，國內(nèi)整體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境對于Ethernet Over VDSL也提供了發(fā)展的條件。首先，原來VDSL因價格昂貴，許多廠商多半青睞ADSL。不過現(xiàn)在VDSL的價格已經(jīng)降到約幾百人民幣以下，和ADSL價格相當(dāng)，因此很多集成商也開始考慮采用VDSL的解決方案。其次，作為光網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的后端必須要以考慮VDSL這樣的高速度。整體看來國內(nèi)目前正在架構(gòu)的光網(wǎng)絡(luò)環(huán)境足以讓Ethernet Over VDSL能夠穩(wěn)步發(fā)展。未來Ethernet Over VDSL需求將大幅提高，必將有一個非常美好的前景。

5、VDSL技術(shù)面臨的問題

　　雖然VDSL技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未最終制定，但其良好的可施用性、技術(shù)兼容性和具競爭力的價格已吸引設(shè)備廠商和運營商共同看好這片市場，標(biāo)準(zhǔn)反而不是主要問題。但從實際應(yīng)用看，VDSL業(yè)務(wù)的提供還需要解決以下三個問題：

　　●VDSL工作的頻率受干擾的因素多，如串接電話、天線輻射等；此外，VDSL頻段接近業(yè)余無線電的頻率范圍，隱含著相互干擾的可能性，這些都是與信號強(qiáng)度或傳輸距離相關(guān)的問題。

　　●QoS保證，如果采用以太網(wǎng)而非ATM的核心網(wǎng)技術(shù)，如何保證用戶預(yù)期的帶寬?

　　●為解決傳輸距離的問題，需要架設(shè)ONU，并且費用需由用戶負(fù)擔(dān)，這個問題在ADSL方面則不存在。

6、結(jié)束語

　　從技術(shù)和市場兩方面來說，VDSL都有著巨大的發(fā)展?jié)摿�。在技術(shù)方面，VDSL以其高帶寬和配置靈活性成為全方位寬帶接入技術(shù)的首選，且能夠與以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合。VDSL代表了寬帶接入技術(shù)的“全I(xiàn)P”的發(fā)展方向；在市場方面，亞洲國家尤其是中國、日本和韓國正在大規(guī)模地開通DSL業(yè)務(wù)，VDSL作為最先進(jìn)而廉價的DSL技術(shù)當(dāng)然占有重要地位。可以說，VDSL成為寬帶接入市場的生力軍只是個時間問題。隨著中國人的生活水平的不斷提高，它所帶來的多項普及的寬帶業(yè)務(wù)將會使人們的生活質(zhì)量得到質(zhì)的飛躍。