VDSL線路調(diào)制技術(shù)比較

　　為應(yīng)對有線電視和衛(wèi)星服務(wù)所帶來的競爭威脅，電信運(yùn)營商正致力于為住宅和商業(yè)客戶提供更高速的應(yīng)用服務(wù)。這些應(yīng)用通常需要至少5-6 Mbps/s的雙向(上行和下行對稱)位率。盡管目前存在幾種數(shù)字用戶線路(DSL)技術(shù)，但都不能滿足這樣高的帶寬要求。然而，新出現(xiàn)的超高位率DSL(VDSL)提供了可行的技術(shù)，VDSL可以在長達(dá)1500米的距離內(nèi)提供高達(dá)26 Mbps的對稱帶寬。


　　然而，在實(shí)施基于VDSL的連接前，需要做出兩個(gè)重大決策。第一個(gè)是采用何種傳輸協(xié)議，以太網(wǎng)，還是異步傳輸模式(ATM)。第二個(gè)是采用何種VDSL線路調(diào)制技術(shù)，是正交幅度調(diào)制(QAM)呢，還是離散多音復(fù)用(DMT)？


　　協(xié)議的選擇更多地與應(yīng)用需求相關(guān)，而選擇QAM還是DMT就沒有這么簡單了。地區(qū)頻譜兼容性、噪聲容限、成本、互操作性以及相對功耗這些因素都必須考慮進(jìn)去。而且，盡管已經(jīng)存在DMT已被應(yīng)用于現(xiàn)有非對稱DSL(ADSL)方案這一事實(shí)，但由于VDSL模式與之非常不同，因此這并不意味著DMT就可無縫移植，應(yīng)用于VDSL。為在QAM和DMT間做出依據(jù)充分的選擇，需要設(shè)計(jì)人員充分了解兩者之間的差異和利弊。



DSL技術(shù)選擇


　　非對稱DSL(ADSL)的典型性能為下行 1-3Mbps，上行約 700Kbps，因此無法滿足視頻應(yīng)用的大帶寬要求。此外，ADSL也無法提供商業(yè)用戶所需要的對稱雙向傳輸。單線對高位率DSL(SHDSL)比ADSL有了很大的改善，可提供高達(dá)2.3Mbps的對稱傳輸能力。然而，這一技術(shù)仍然主要面對以數(shù)據(jù)為主的應(yīng)用。利用SHDSL可提供一些集成通信解決方案，包括語音和視頻會議，但其帶寬資源仍然達(dá)不到提供高質(zhì)量收費(fèi)視頻解決方案的要求。這也正是VDSL出現(xiàn)的原因。


　　VDSL并不是ADSL的簡單升級，盡管在ADSL實(shí)施過程中獲得了有關(guān)DMT的許多經(jīng)驗(yàn)，但DMT卻并非VDSL解決方案的當(dāng)然之選。要理解QAM和DMT間的不同和優(yōu)缺點(diǎn)，我們必須首先了解VDSL和ADSL應(yīng)用環(huán)境間的差別。


　　● VDSL部署的起點(diǎn)通常是路邊的光纖干線或建筑物內(nèi)的配線室。VDSL要經(jīng)過電梯豎井、建筑物內(nèi)線路以及其它“通信不友好的”地方，因此容易受到長脈沖噪聲(脈沖噪聲)的干擾。


　　● VDSL服務(wù)包括視頻和其它可帶來營收的增值服務(wù)。VDSL并不僅僅用于快速因特網(wǎng)接入，因此需要更高更有保證的服務(wù)質(zhì)量水平。


　　● VDSL利用了比ADSL更寬的頻帶，更高頻率所伴有的更大衰減和串?dāng)_特性需要更強(qiáng)大的均衡能力。


　　● VDSL工作在短距離(500~1500米)。


　　由于VDSL并非ADSL的簡單技術(shù)升級，因此在選擇VDSL調(diào)制技術(shù)時(shí)就不應(yīng)該將與現(xiàn)有ADSL系統(tǒng)的互操作性做為強(qiáng)制性要求。如前所述，決定選擇的因素是應(yīng)用需求以及兩端(光纖端和用戶端)的連接要求。因此，在比較兩種調(diào)制方法時(shí)，必須給予系統(tǒng)成熟度、技術(shù)要求、目標(biāo)應(yīng)用和環(huán)境條件同樣的重視。



VDSL技術(shù)選擇


　　VDSL線路將超高速主干網(wǎng)與用戶端(CPE)設(shè)備和/或集成接入設(shè)備(IAD)連接起來。進(jìn)一步，由于Ethernet over VDSL技術(shù)的應(yīng)用，電信運(yùn)營商現(xiàn)在還可以將一個(gè)企業(yè)局域網(wǎng)(LAN)或一個(gè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)連接到10/40 Gbit廣域網(wǎng)。


　　自1998年QAM VDSL技術(shù)開始以來，設(shè)備和服務(wù)供應(yīng)商可自由選擇所采用的傳輸協(xié)議。以太網(wǎng)用得最多，它為最終用戶提供了規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。就每一鏈路來說，Ethernet-over-VDSL實(shí)施的價(jià)位已經(jīng)可以與ATM-over-ADSL相比，從而使這一技術(shù)非常具有吸引力。此外，當(dāng)VDSL做為現(xiàn)有基于DSLAM(DSL接入復(fù)用器)系統(tǒng)的升級而部署時(shí)，設(shè)備供應(yīng)商和電信商也覺得ATM傳輸較高的每鏈路成本也是可以接受的。因此，傳輸協(xié)議的選擇主要由應(yīng)用需求決定，而不是技術(shù)本身。


　　VDSL標(biāo)準(zhǔn)包含了兩種可能的調(diào)制技術(shù)：單載波調(diào)制(也稱為QAM)和多載波調(diào)制(也稱為DMT)。QAM線路編碼技術(shù)采用了四頻帶劃分結(jié)構(gòu)。為了保證服務(wù)靈活性，標(biāo)準(zhǔn)團(tuán)體還定義了具體頻帶分配方案。目前所有部署的VDSL解決方案中應(yīng)用的都是QAM，現(xiàn)在全球部署的VDSL端口已接近200萬。支持四頻帶標(biāo)準(zhǔn)的第三代和第四代QAM-VDSL芯片組也已上市。四年來部署QAM VDSL所獲得的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)也表明該技術(shù)在電源和帶寬利用方面有優(yōu)異的性能和經(jīng)濟(jì)的成本。


　　DMT將整個(gè)信道或頻帶劃分為中心間距為4.3125 kHz的子信道。在全速率VDSL實(shí)施中，DMT利用快速傅里葉變換(FFT)等技術(shù)在多達(dá)4096個(gè)子載波上調(diào)制數(shù)據(jù)，從而創(chuàng)建大量的子傳輸過程。而所有這些子信道必須并行處理。



QAM與DMT的比較


　　QAM方法集中于在時(shí)域?qū)�VDSL信號進(jìn)行處理，考慮到線上信號的串行特點(diǎn)和模擬特點(diǎn)，同時(shí)對系統(tǒng)數(shù)字和模擬部件進(jìn)行了優(yōu)化。DMT進(jìn)行的則是頻域信號處理，這需要在線路的每一端進(jìn)行時(shí)域-頻域(IFFT/FFT)和串行-并行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換，在此之前無法采用任何措施對POTS銅線上的模擬噪聲進(jìn)行補(bǔ)償。QAM VDSL技術(shù)更成熟、功耗更低，并且其即插即用特性可提供強(qiáng)大和簡單的鏈路配置能力。DMT還是ADSL解決方案的調(diào)制技術(shù)選擇。對于僅將VDSL視為高速非對稱數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)升級的服務(wù)供應(yīng)商，或者那些存在與現(xiàn)有ADSL安裝兼容性問題的服務(wù)供應(yīng)商，在VDSL部署中采用DMT技術(shù)是符合邏輯的選擇。如前面指出的，Ethernet-over-VDSL鏈路與ATM-over-ADSL的鏈路成本差不多，從而使其對所有類型的系統(tǒng)實(shí)施在經(jīng)濟(jì)上都是有吸引力的。


　　很明顯，QAM和DMT各有其優(yōu)缺點(diǎn)，選擇哪種方案需要對現(xiàn)實(shí)狀況以及與特定應(yīng)用和安裝環(huán)境相關(guān)的其它實(shí)際因素進(jìn)行分析。利弊權(quán)衡主要在影響性能的六個(gè)主要方面：脈沖噪聲、外界噪聲干擾、即插即用功能、功耗、帶寬利用和互操作性。



噪聲處理


　　任何DSL技術(shù)都會受到脈沖噪聲的影響。脈沖噪聲在一段時(shí)間內(nèi)將信號抹除，因此調(diào)制方案如何處理脈沖噪聲至關(guān)重要。QAM和DMT技術(shù)都使用了一個(gè)數(shù)據(jù)交織器，采用里德-所羅門碼糾錯(cuò)。QAM所使用的交織器在傳輸路徑中引入的延遲較小(小于10毫秒)、并且需要的存儲器比DMT交織器少。


　　基于DMT的系統(tǒng)中一個(gè)重要問題是持續(xù)時(shí)間達(dá)數(shù)十微秒的脈沖噪聲可導(dǎo)致接收器端所有使用的子信道中出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而抹除一個(gè)完整的FFT數(shù)據(jù)幀。DMT系統(tǒng)中的脈沖噪聲保護(hù)必須始終編程設(shè)置為FFT幀長度的整數(shù)倍，而不僅僅是網(wǎng)絡(luò)中脈沖噪聲的持續(xù)時(shí)間。已定義的VDSL標(biāo)準(zhǔn)要求500ms的脈沖噪聲保護(hù)。例如，一個(gè)250 ms長的DMT幀需要三個(gè)DMT幀長(或750ms)的脈沖噪聲保護(hù)才能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。這引入了額外的延遲(約10 ms)和額外的交織存儲器空間需求。因此，即使一個(gè)短的脈沖噪聲也可能抹除一個(gè)DMT幀中的所有信息，但此類脈沖噪聲在QAM調(diào)制解調(diào)器中的影響則要小得多，這是由于QAM數(shù)據(jù)幀的持續(xù)時(shí)間短，通常不到1微秒。


　　噪聲敏感度，以及更重要的噪聲阻抗決定了一個(gè)芯片解決方案或一個(gè)接入系統(tǒng)的性能。對于所有基于銅導(dǎo)線的xDSL技術(shù)，這是一個(gè)共同的問題。而且其影響隨著頻率的上升而增強(qiáng)。VDSL利用了頻譜的高端(高達(dá)12 MHz)，因此使得噪聲干擾成為一個(gè)問題。本質(zhì)上，DMT信號的波峰系數(shù)比QAM信號要大，通常至少需要13位的模數(shù)轉(zhuǎn)換(與此相比，QAM信號只要10至11位)。這導(dǎo)致模數(shù)轉(zhuǎn)換過程在接收端產(chǎn)生錯(cuò)誤，迫使接收器利用里德-所羅門算法嘗試糾錯(cuò)。由于里德-所羅門碼的糾錯(cuò)能力有限，在DMT信號傳輸過程中，僅僅利用其糾正發(fā)送端帶來的錯(cuò)誤就消耗了這一資源的相當(dāng)一部分。這樣在里德-所羅門碼中用于糾正噪聲錯(cuò)誤的糾錯(cuò)資源就較少了。


　　與此相比，QAM不會由于設(shè)計(jì)中內(nèi)在的量化過程而引入錯(cuò)誤，因此對于在傳輸鏈路中引入的潛在外部噪聲有更強(qiáng)的抵抗能力。QAM利用均衡技術(shù)做為抵抗傳輸鏈路噪聲的強(qiáng)有力手段。


　　依靠目前的信號處理技術(shù)以及硅制造工藝，可開發(fā)出性能優(yōu)異的均衡器，允許QAM-VDSL調(diào)制解調(diào)器在嚴(yán)酷的環(huán)境中(包括來自同一電纜束中其它VDSL系統(tǒng)的橋接抽頭和強(qiáng)烈的自串?dāng)_干擾)工作。五年前，當(dāng)DMT被接受做為ADSL的標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制方式時(shí)，支持者展示了這一技術(shù)可利用更少的MIPS數(shù)完成同樣的均衡處理操作。今天，處理器的MIPS預(yù)算已不再那么緊張，從而使得這一點(diǎn)已不能再成為反對QAM調(diào)制方法的理由。


　　QAM采用的是盲均衡(blind equalization)，這意味著不需要訓(xùn)練序列(training sequence)或握手過程。因此，基于QAM的系統(tǒng)只用100 ms就可開始工作。與此相比，DMT必須通過線路發(fā)送訓(xùn)練序列。接收器根據(jù)接收到的序列調(diào)整自己，然后再將信息發(fā)送到發(fā)射器以將信息分配到所有子信道中。因此基于DMT的系統(tǒng)可能需要數(shù)秒時(shí)間才能開始工作。雖然對于沖浪的DSL用戶來說這通常都在其期望范圍之內(nèi)，但對于那些習(xí)慣于電視調(diào)諧器式的“即開即用”方式的消費(fèi)者來說，也許就不會感到滿意了。


　　基于QAM的VDSL包含了集成的通信信道，可根據(jù)所需要的服務(wù)對鏈路進(jìn)行簡單的即插即用配置。QAM允許用戶簡單地選擇一個(gè)與所需要服務(wù)相匹配的配置文件，然后鏈路能夠自動進(jìn)行配置。DMT VDSL則必須交換所使用的所有4096個(gè)子信道的參數(shù)，而在存在強(qiáng)串?dāng)_的環(huán)境(VDSL頻率)中，一條DMT線路可能會與其相鄰線路競爭使用同一子信道。



功耗


　　對于部署在電話桿上、街頭配線箱內(nèi)或智能大廈配線室內(nèi)的系統(tǒng)來說，功耗非常關(guān)鍵。在這些部署中，設(shè)備大小和功耗預(yù)算都非常有限，而且對于VDSL服務(wù)提供的可行性有強(qiáng)烈的影響。DMT調(diào)制需要更高精度的A/D和D/A，通常至少比QAM要多1-2位。轉(zhuǎn)換中精度每多一位都會使功耗加倍。


　　為了處理4096個(gè)子信道，DMT還需要更多的數(shù)字信號處理、存儲器和數(shù)據(jù)緩沖資源，所有這些都消耗更多的功率。四頻帶QAM VDSL的每端口功耗僅為1.5W。QAM僅利用12位 A/D、D/A，在沒有量化限幅的情況下完成信號轉(zhuǎn)換，從而達(dá)到低功耗水平。



有效帶寬


　　QAM利用決策反饋均衡方法，將輸入信噪比(S/N)在整個(gè)頻帶內(nèi)平均。而DMT則是按每個(gè)子信道平均。對于最小信噪比小于信號電平的頻段，DMT就無法利用。另一方面，QAM調(diào)制解調(diào)器則可利用這一頻段。



結(jié)語


　　有效開發(fā)市場并獲得成功的一個(gè)關(guān)鍵因素是系統(tǒng)互操作性。在這方面，QAM VDSL也走得更遠(yuǎn)一些。供應(yīng)商們各自的芯片組解決方案已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了互操作。另一方面，由于到目前還沒有多家供應(yīng)商提供DMT VDSL技術(shù)，因此DMT VDSL的互操作性仍是未知數(shù)。當(dāng)然，由于DMT是ADSL的標(biāo)準(zhǔn)線路編碼方案，因此，現(xiàn)有客戶端的基于ATM的ADSL調(diào)制解調(diào)器將可以與另一端的基于ATM的DMT VDSL調(diào)制解調(diào)器通信。然而，今天的部署環(huán)境主要是連接到光纖的Ethernet-over-VDSL鏈路，而不是支持ATM的DSLAM設(shè)備。設(shè)備供應(yīng)商和服務(wù)供應(yīng)商在做出決定時(shí)需要考慮多種技術(shù)和商業(yè)因素。在這方面，QAM的成熟技術(shù)、市場增長趨勢以及所展示的互操作性，都使其成為通過銅線提供真正寬帶連接的明智技術(shù)選擇�！�



摘自　電子產(chǎn)品世界