VDSL2技術(shù)發(fā)展及芯片解決方案分析

通過(guò)傳統(tǒng)電話線路(POTS)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募夹g(shù)，從1996年以前的模擬調(diào)制解調(diào)器(V.32, V.34, 56K)演變成了后來(lái)的非對(duì)稱數(shù)字用戶線路(ADSL)，真正實(shí)現(xiàn)了寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入。ADSL技術(shù)最早是ANSI T1.413，歷經(jīng)了ADSL(G.dmt 和G.Lite)、ADSL2 (G.dmt.bis 和G.Lite.bis)、ADSL2+、VDSL，發(fā)展到今天的終極版本VDSL2。

DSL技術(shù)每次的演進(jìn)涉及頻譜擴(kuò)展、提高傳輸速率和距離、增強(qiáng)穩(wěn)定性和互通性、縮短上線時(shí)間、完善自檢功能等等。擴(kuò)展頻譜是利用更寬的頻譜使得在同一根電話線上能夠傳輸更高的速率，由于在等長(zhǎng)的電話線上高頻部分信號(hào)更加容易被衰減，為了使得擴(kuò)展后的頻段(高頻部分)能夠被有效地使用，傳輸距離 – 即從局端(CO)到客戶端(CPE)的距離就需要縮短，十幾年來(lái)電信基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展?jié)M足了這種需求。

除了上述已被全球運(yùn)營(yíng)商廣泛使用的ADSL技術(shù)外，還有一些特殊應(yīng)用的DSL技術(shù)，例如HDSL、SDSL、HDSL2和HSDSL。

VDSL2技術(shù)

VDSL2的ITU正式編號(hào)為G.993.2，它是在ADSL2和VDSL標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。VDSL2進(jìn)一步擴(kuò)展了VDSL的頻譜，使得在短距離環(huán)路上數(shù)據(jù)傳送速率得到更大提高，300米內(nèi)的雙向速率和可達(dá)到200M；同時(shí)VDSL2延續(xù)了ADSL2的長(zhǎng)距離環(huán)路傳輸?shù)哪芰�，保持了QoS功能，如雙延遲通道、交織與解交織等，滿足寬帶用戶對(duì)無(wú)干擾視頻傳輸和電信級(jí)VoIP服務(wù)的質(zhì)量要求，從而確保“三網(wǎng)合一”業(yè)務(wù)的大規(guī)模開(kāi)展。

ITU-T G.993.2 VDSL2標(biāo)準(zhǔn)在附錄中(Annex A/B/C)定義了四個(gè)頻率分配計(jì)劃，以對(duì)應(yīng)于不同地區(qū)的需求：Annex A – 北美地區(qū)；Annex B – 歐洲地區(qū)(Annex B里面定義了兩個(gè)頻帶計(jì)劃997和998，分別提供上下行對(duì)稱和非對(duì)稱帶寬)；Annex C – 日本。

VDSL2共定義了8個(gè)傳輸模板，分別為8a、8b、8c、8d、12a、12b、17a和30a。每個(gè)傳輸模板定義了一個(gè)參數(shù)集合，包括發(fā)送功率、子通道帶寬、最大頻寬、速率等設(shè)置。支持VDSL2標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品可以依照本地的規(guī)范要求，只支持其中至少一個(gè)傳輸模板，從而簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。支持VDSL2標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品除了支持至少一個(gè)傳輸模板外，VDSL2的收發(fā)器還應(yīng)該符合至少有一個(gè)在附錄中(Annex A/B/C)定義的頻率分配計(jì)劃。

VDSL2芯片解決方案

DSL芯片包括數(shù)據(jù)通道和模擬前后端兩部分。數(shù)據(jù)通道是用來(lái)實(shí)現(xiàn)DSL的標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，如ADSL的G.992.1、ADSL2的G.992.3，傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式都是采用數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)，因此業(yè)內(nèi)通常將DSL芯片的數(shù)據(jù)通道部分稱做DSP。隨著VDSL2的標(biāo)準(zhǔn)將使用頻段由ADSL2+的2.2MHz擴(kuò)展到30MHz，如果還是沿用傳統(tǒng)的DSP方式的話DSP的數(shù)據(jù)處理量就提高了16倍，對(duì)于DSP的處理能力、芯片的功耗等都是一種極限的挑戰(zhàn)。

全球目前主要的VDSL2芯片供應(yīng)商有Broadcom、Infineon和Ikanos，他們都提供VDSL2 CO和CPE的完整芯片解決方案并且已經(jīng)在使用。DSL IP供應(yīng)商Aware擁有各類DSL IP核，向Centillium、PMC-Sierra提供過(guò)VDSL2 IP并已應(yīng)用在他們的VDSL2芯片中。

圖1、TRI-VSP200 CPE 芯片框圖。

圖2 創(chuàng)達(dá)特科技VDSL2 CO套片框圖

創(chuàng)達(dá)特科技開(kāi)發(fā)出的Triathlon系列VDSL2 CO套片和CPE芯片，均采用自有的多功能分享式硬件加速器架構(gòu)和硬件并行光滑處理專利技術(shù)，同時(shí)支持VDSL2標(biāo)準(zhǔn)定義的8種頻譜配置，支持每秒各100M的上下行線速，并支持雙延時(shí)通道。硬件電路密切配合VDSL2物理層PMD和PMS的需求，承擔(dān)了大部分?jǐn)?shù)據(jù)處理，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，降低芯片內(nèi)部的時(shí)鐘主頻率，實(shí)現(xiàn)高集成度和低功耗。

其中，VDSL2 CPE單芯片TRI-VSP200結(jié)合了G.993.2的數(shù)據(jù)通路和模擬前后端(AFE)，簡(jiǎn)化了設(shè)備廠商的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。TRI-VSP200完全實(shí)現(xiàn)了VDSL2的標(biāo)準(zhǔn)和功能，支持8個(gè)傳輸模板，與主流VDSL2 CO廠家如Broadcom、Infineon、Ikanos的CO芯片實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通。TRI-VSP200的應(yīng)用軟件支持TR-069、DHCP、PPPoE、Telnet以及Web Server和Web Client。TRI-VSP200主要應(yīng)用在VDSL2 CPE設(shè)備，可以直接工作在VDSL2橋接模式(Bridge Mode)，也可以和第三方家庭網(wǎng)關(guān)方案組合成VDSL2家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備。

8端口VDSL2 CO套片由一顆8端口數(shù)字芯片TRI-VMPD1600和兩顆各4端口的模擬前后端芯片TRI-VMPA800構(gòu)成，它們可以同時(shí)支持包括30a在內(nèi)的VDSL2所有8個(gè)傳輸模板，并且和主流VDSL2 CPE芯片以及ADSL2、ADSL2+芯片實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通和反向兼容。

TRI-VMPD1600物理層實(shí)現(xiàn)了TPS-TC PTM和TPS-TC ATM工作模式，支持雙延遲通道和可編程深度的交織解交織，并提供UTOPIA L2、POS-PHY L2或S/S3MII網(wǎng)絡(luò)接口；它的CPU配備有內(nèi)置I-RAM和D-RAM，完全不需要外部存儲(chǔ)器；系統(tǒng)設(shè)計(jì)可利用TRI-VMPD1600的同步/異步模式8/16位主控CPU接口對(duì)它進(jìn)行配置和控制，還可以選用外部串口FLASH實(shí)現(xiàn)無(wú)主控CPU的工作模式。

TRI-VMPA800高性能4端口VDSL2模擬前后端芯片的30MHz頻率范圍，支持VDSL2所有頻段和所有ADSL頻段。在芯片的發(fā)送和接收端分別實(shí)現(xiàn)了高精度的數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換，并且集成了支持所有8個(gè)傳輸模板的發(fā)送和接收濾波器；芯片內(nèi)置的數(shù)控晶體振蕩器支持多種時(shí)鐘源，并且可以提供整組CO套片的時(shí)鐘，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)；每個(gè)VDSL2端口可以獨(dú)立被設(shè)置成低功耗的睡眠模式。

圖3 Triathlon系列VDSL2芯片的專線應(yīng)用。

TRI-VMPD1600和TRI-VMPA800都支持JTAG(IEEE 1149.1)邊界掃描，支持工業(yè)級(jí)溫度范圍(-40?C ~ +85?C)。

Triathlon系列VDSL2 CO套片主要應(yīng)用在數(shù)字用戶線路接入復(fù)用器(DSLAM)、遠(yuǎn)程終端(RT)和復(fù)合式建筑多用戶接入設(shè)備(MDU)中。

Triathlon系列VDSL2芯片的另一類應(yīng)用是解決IP數(shù)據(jù)在各類銅線上的傳輸。TRI-VSP200 VDSL2用戶端單芯片可應(yīng)用在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)專線設(shè)備。采用TRI-VSP200設(shè)計(jì)的VDSL2專線設(shè)備將兩端產(chǎn)品定義為“A端設(shè)備”(局端)和“B端設(shè)備”(用戶端)，僅通過(guò)一個(gè)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)就能選擇設(shè)備的工作模式，從而簡(jiǎn)化了產(chǎn)品類型并且便于設(shè)備的安裝使用。

我們也可以采用VDSL2 MDU集中接入和管理多個(gè)B端設(shè)備，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)專線。VDSL2 MDU的設(shè)計(jì)可以采用Triathlon系列VDSL2局端套片解決方案，可支持8路B端設(shè)備。套片和上行千兆網(wǎng)口之間可選用8xS3MII或POS-PHY加千兆網(wǎng)口類型的網(wǎng)絡(luò)處理芯片。

本文小結(jié)

VDSL2專線的應(yīng)用場(chǎng)景很多，涉及面也很廣，運(yùn)用這項(xiàng)技術(shù)我們可以把任何銅線資源變成百兆以太網(wǎng)線用來(lái)承載各種IP業(yè)務(wù)，例如視頻(IPTV)、電話(VoIP)和數(shù)據(jù)(IP Data)，提供影視娛樂(lè)、語(yǔ)音通話、數(shù)據(jù)傳送等服務(wù)。VDSL2專線可以廣泛應(yīng)用在大眾傳媒、鐵路及城市交通、冶金礦山、安防監(jiān)控、野戰(zhàn)通信等眾多領(lǐng)域。

雖然現(xiàn)有的大部分銅線資源是符合電信規(guī)格的電話線，但還是有些銅線在線徑、雙絞程度、絕緣層上和標(biāo)準(zhǔn)電話線有差別，這會(huì)造成在某些VDSL2傳送頻段內(nèi)信號(hào)對(duì)頻率響應(yīng)的異變，直接影響傳輸速率甚至?xí)��?dǎo)致兩端設(shè)備不能正常連接。還有些線路在使用過(guò)程中會(huì)經(jīng)常移動(dòng)并且容易受到外部環(huán)境的干擾，如礦井里的電話線，這同樣會(huì)對(duì)VDSL2的信道產(chǎn)生影響。Triathlon系列VDSL2芯片具有信道重估以及雙延遲、交織與解交織等功能，能夠很好地應(yīng)對(duì)上述這些專線實(shí)際應(yīng)用中可能面臨到的實(shí)際情況。