[科普中国]-甚高比特率数字用户线

简介

ADSL(非对称数字用户线路)以不对称的方式在双绞线用户环路上提供最高可达6～8Mbit/s的数据传送业务，更高速率的需求和追求直接导致了VDSL(Very-high-speedDSL，甚高速数字用户线路)的产生。根据传输线路的长短，VDSL可以在下行方向提供最高到52Mbit/s的传输速率，在上行方向上提供最高到26Mbit/s的传输速率。VDSL既支持不对称传输，也支持对称应用，这与ADSL是不同的。VDSL的速度大大高于ADSL和CableModem(线缆调制解调器)，相当于T3的数据传输速率。它可以大大提高因特网的接入速度，提供本地不同区域网络之间的快速链接，并可用来开展视频信息服务。1

与ADSL相比，VDSL具有以下的技术优势2：

VDSL技术是xDSL技术中速率最高的一种，在一对铜质双绞电话线上，速率可以为13～52Mbit/s；

出线率也较高，一般ADSL出线率为15%～30%左右，而VDSL发送功率谱密度低，出线率更高；

基于以太网的VDSL系统相对成本较低，因此价格便宜。

与以太网相比，VDSL的优势如下：

传输距离比较远，覆盖范围广，最长达1.5km;；

可以充分利用电信网的双绞线资源，无需重新布线，降低成本；

可以同时支持话音和数据业务；

端口利用率高。综合而言，VDSL技术有巨大的技术优势，下文将重点探讨它的调制技术和国际/国内的标准状况。

VDSL标准组织ANSI、ETSI和ITUANSI、ETSI和ITU都在VDSL标准的推进方面发挥着重要作用。ANSI中的T1E1.4研究组，于1995年3月开始VDSL的研究计划，目前已完成。其结果得到了VDSL系统需求文档。该文档包括了参照配置的介绍、数据速率、互联与业务需求、传输与损耗，以及运营、监督、管理与供给(OAM&P)。ETSI则于1996年开始研究VDSL的需求，并以高速金属像接入系统(HSAS:High-Speed metallic Access Systems)为名开展VDSL标准的计划项目，所发表的报告名为功能需求文档。

ANSI和ETSI的相应研究小组，经ITU的第15研究组组织，制定工作计算，围绕G.vdsl以趋于实现VDSL标准的国际化。这些研究机构已标定出的VDSL的重要需求，包括：

在常见损伤(比如桥接抽头、串扰、脉冲噪声和射频介入)下的健壮性；

与现有DSL系统在频谱上兼容；

每个调制解调器小于1.5W的低功耗要求；

在业余无线电频带对功率密度(PSD)具有限制能力，使其小于-80dBm/Hz。

ADSL论坛1997年底，ADSL论坛成立了一个VDSL研究组，专门审查有关标准化实体的进展，并编撰有关上层问题的报告，包括:第2层和第3层协议传送(比如基于ATM的PPP)；用户接口(比如ATM25)；用户线路和用户驻地配置；网络接口；OAM&P。

ADSL论坛的重点是VDSL的应用，而在线路编码等低层问题交有ANSI、ETSI和ITU研究，更高层的问题则交给ATM论坛和DAVIC等。

ATM论坛ATM论坛主要关心的问题之一是用户网络接口(UNI)，由于已经定义了51.84Mbit/s的接口，因此，它在VDSL和ADSL的方面主要是审查体系结构、分布和ATM传送。

DAVIC成立于1994年的非盈利组织DAVIC(DigitalAudio-VisualCouncil，数字视听委员会)也是最早开展VDSL工作的组织之一。VDSL在视频传输方面的能力，DAVIC对其相当重视。DAVIC为端到端的广播、交互式视听信息和多媒体通信，在操作能力方面制定了工业标准的规范。这个规范包含很多方面内容，其中也定义了包括VDSL的传送系统的体系结构。

VDSL同盟和VDSL联盟VDSL同盟(Alliance)和VDSL联盟(Coalition)是两个具有特定目标的工业组织，以促进两个关键的VDSL编码技术为己任。VDSL同盟由那些着力于开发基于DMT规范的公司组成，VDSL联盟则主要针对CAP/QAM。这两个组织都已开发出规范草案，交由相关的标准制定组织审核1。

VDSL体系结构VDSL与ADSL一样，采用频分方式，在同一双绞线上同时支持传统电话业务(POTS)，甚至支持像ISDN这样的其它业务，因此需要在VDSL线路的两端安置分离器来分开和合并VDSL以及POTS等信号。位于用户端用来终结VDSL信号的调制解调器称为VTU-R。VTU-R的对端，由于VDSL的高速率特性，一般采用某种类型的高速光网络来连接那些集中起来的VDSL调制解调器，而集中点则可能分布在光网络的远端节点上。因此，VTU-R的对端调制解调器，不是称为VTU-C，而是称为VTU-O，用以表示光纤馈线，如图所示。光网络单元(ONU，Optical Network Unit)通常应用在用户集中的小区、工业园区和其它具有大通信业务量的区域。ONU有时也用到不同的光纤技术，如FTTC(Fiber to the Curb，光纤到路边)、FTTN(Fiber to the Neighborhood，光纤到邻区)、FITL Fiber in the Loop，光纤环路)等。连接ONU与用户的媒质，一般可以采用同轴电缆或双绞线。ONU的服务区域较小，连接ONU的链路又具有高容量，而连接用户和服务节点的双绞线数量较大，故应用VDSL技术来构造网络的最后一段是非常合适的。1

VDSL噪声环境影响VDSL的噪声主要有串扰、射频干扰和脉冲干扰1。

串扰(Crosstalk)线缆的线束中有很多对双绞线，由于无法实现完全的互相屏蔽，所以它们会相互耦合形成串扰。串扰在xDSL中始终是一个核心问题，ADSL中采用频分复用方法避开最主要的串扰，即NEXT(Near End Cross Talk，近端串扰)，或者说，限制了NEXT的影响程度。VDSL采用类似的调制方法来减小自NEXT(即VDSL到VDSL的NEXT)，并有利于减少技术实现时的复杂度。显然，FEXT(Far End CrossTalk，远端串扰)在VDSL中也是存在的，但是实际问题要复杂得多。NEXT是本地接收机检测到了一个或多个本地发信机在其他线路上发送的信号;FEXT是本地接收机检测到在其它频带中传输的一个或多个远端发信机发送的信号。NEXT与线路长度无关，FEXT由于是耦合信号经过线路传输，所以随着线路长度的增加而减小。在ADSL的应用中由于线路较长，所以FEXT是次要的干扰，而在VDSL应用中FEXT则要严重的多。除了自FEXT(即VDSL到VDSL的FEXT)之外，其它类型的xDSL也会产生串扰影响。

射频干扰在VDSL技术应用中，根据环路的长度以及双绞线电缆的类型，可用的带宽在4MHz到30MHz之间。在如此宽的带宽范围内，最直接的不利因素就是在VDSL发信机与无线电收发信机之间存在相互干扰，即射频干扰(RFI:RadioFrequencyInterference)。在550kHz到1700kHz之间，存在有大量的调幅中波(AMMW)电台，而在1.7MHz到30MHz之间，又存在大量调幅短波(AMSW)电台。此外，在同频率范围内，还存在一定数量的短波业余无线电频段(AmateurHamRadioBand)，见表。

|| ||

脉冲噪声脉冲噪声是一个瞬间能量脉冲，可以淹没传送的数据信号。由于在频域其功率谱密度具有宽带的平坦特性，对系统损耗十分严重。为了消除脉冲噪声，可以使用FEC(前向纠错)编码和数据交织相结合的方法。

VDSL特点xDSL技术是一种比较成功和成熟的技术。DSL是英文Digital Subscriber Line的缩写，即数据用户线。目前已经出现了HDSL、SDSL、VDSL、ADSL与RADSL等多种不同类型的DSL接入技术。XDSL技术得到广泛的重视和应用的最根本原因在于它利用了全世界最普遍的传输介质——电话线来达到宽带应用所要求的速度。用户无须更换现有的基本传输介质就能获得宽带的业务，因此可以在最大限度上保护以往的巨额投资。

在众多xDSL技术中，比较成熟的是ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户线)技术，但是ADSL技术在提供图像业务方面的带宽十分有限以及经济上成本偏高。所以，这些缺点成了ADSL迅速发展和应用的障碍。而VDSL技术作为xDSL技术的发展方向之一，是目前最先进的数字用户线技术，采用该技术可以进一步提高xDSL系统的下行带宽，而且完全可以提供传统的xDSL的所有通用业务。

从技术角度看，甚高速数字用户线(VDSL)可被视为不对称数字用户线(ADSL)的下一代。VDSL，也就是甚高比特率数字用户线可以使用的频谱最高为30MHz，但目前只将频率方案最高规定为12MHz，由于受到物理特性的限制(主要是双绞线的高频衰减)，这么高的速度，传输距离是有限的。一般来说，VDSL可在短于1.5km的环路上运行，VDSL和ADSL一样，也是非对称的传输技术，仍利用双绞线上更高的频带来传输数据。在传输速率方面，ADSL在下行方向(从网络到用户)提供每秒几个兆比特的数据传输;而在上行方向，则传输速率接近1Mbps。VDSL和ADSL相比，VDSL在性能上得到了很大的提高，在一对铜质双绞线上，VDSL比ADSL传输速率更高，传输更稳定。不管单方向或双方向，VDSL可以在铜双绞线上提供扩展至25~52Mbps的数据传输，从而可容纳6~12个4Mbps的MPEG-2信号，同时，其传输距离为300~1000米左右;同时由于距离短，VDSL技术还能够克服ADSL技术的选线率低、速率不稳定等问题。另外，根据市场的不同需求，它的建立可以是对称的(两个方向比特率相同)，也可以是不对称的(下行传输速率大于上行)。

由于VDSL是利用的电话双绞线中高频率的电磁波作为载频，与电话通信使用的频率并不冲突，所以使用VDSL进行数据通信时并不影响用户的语音通信。VDSL收发器采用频分复用(FDD)的频带划分方式，以分隔上下行数据。VDSL系统采用的频段划分方案，起始频率为25kHz，终止频率为12MHz。标示为DS1，US1，DS2，US2的四个频段，分别表示第一个下行频段，第一个上行频段，第二个下行频段，第二个上行频段。此四个频段由频率点fg0，fg1，fg2，fg3，fg4和fg5所划分。

四个载波分别定义为1D(载波1，下行)，2D(载波2，下行)，1U(载波1，上行)，2U(载波2，上行)，通常分别采用相应的频段DS1、DS2、US1和US2传送。载波2D和2U可以分别采用除DS2和US2外的可选频段(fg0和fg1之间)，或不使用3。