迈向全方位宽带的VDSL技术

韩国舞族

　　数字用户线DSL是一种不断发展的宽带接入技术，该技术是采用先进的数字编码和调制解调技术在常规的用户铜质电话线上传送宽带信号。目前已比较成熟，投入使用的数字用户线方案有ADSL、HDSL和SDSL等。其中，应用最广泛的当数ADSL技术。

　　ADSL（非对称数字用户线）能够在现有的线路上根据当地线路状况提供8M/s下行速率和1M/s的上行速率。这种下行速率远大于上行速率的非对称结构，特别适合浏览Internet、宽带视频点播等下行速率需求大于上行速率需求的应用。所以，它是现在宽带上网的主要方式之一。

　　但ADSL技术也面临不少问题，虽然突出的特点能满足基本的宽带需求，但却无法适应基于视频等高带宽业务的需要。而另一种DSL技术却能够轻而易举地使这一切成为可能，这就是VDSL技术。

1、VDSL概述及其工作原理

　　简单地说，VDSL就是ADSL的快速版本。使用VDSL，短距离内的最大下传速率可达55Mbit/s，上传速率可达2.3Mbit/s。上传和下传数据信道都可在现有的POTS或ISDN服务上被频分，使VDSL成为高速、低价网络的佳选。像ADSL一样，VDSL将主要应用于实时视频传输和高速数据访问。

　　VDSL系统与ADSL一样，可利用普通电话铜缆，在不影响窄带话音业务（POTS、ISDN）的情况下，传送高速数据业务。VDSL的系统结构也与ADSL很相似，如图1所示。VDSL局端设备与用户端设备之间通过普通电话铜缆（U1C与U1R参考点之间）进行点对点传输。其中，VTU-O、VTU-R分别是位于局端和用户端的VDSL收发器。业务分离器（Splitter，包括HPF和LPF）将同一对电话铜缆上传输的VDSL与窄带业务（或ADSL）相分离。



图1　VDSL系统参考模型

　　VDSL使用频谱较宽，最高可达12MHz。该频谱范围可被分割为若干下行（DS）和上行（US）频段，国际上常用的频段划分方式主要有Plan 997和Plan 998两种，如图2所示。Plan 998根据北美业务需求划分，主要面向非对称业务；Plan 997根据欧洲业务需求划分，主要面向对称业务。



图2　VDSL的常用频段划分方式

　　VDSL的线路编码（调制技术）有两种：QAM（正交幅度调制）和DMT（离散多音频）。QAM技术相对简单，进展较快，芯片已比较成熟，相应的设备在国内外进行了比较广泛的试验和试商用，设备成本也在不断降低。DMT技术理论上性能更好，但实现较复杂，功耗较高，目前商用化设备很少。

　　VDSL用频分复用（OFDM）分隔信道。以后VDSL将支撑对称数据速率，这可能需要转向回馈抑制。通常下传信道配置在上传信道之上，但DAVIC的规范则反之以使VDSL可用于同轴电缆。

　　转发错误控制是VDSL的另一特性，像ADSL一样，它用一种Reed Solomon编码和interleaving对线噪纠错。

2、VDSL的特点

　　VDSL技术的特点与ADSL不同，后者的干线连接主要是ATM，而VDSL则对ATM和IP同时支撑，这主要是源于以太网的成熟和向数据网络核心的渗透，Ethernet over VDSL则是在接入网方面延伸了以太网的应用范围，是完美的宽带接入解决方案。从技术的角度看，VDSL具有以下特点：

　　1）VDSL的使用频段是1.1～20MHz，正好在ADSL所用频段之上。VDSL采用OFDM方式进行通信，即上行和下行使用不同的频率范围。通常频谱分配如下（以QAM为例）：下行O.9～3.4MHz；上行4.0～7.75MHz。其他常用的低频业务，如ISDN、普通电话和ADSL，完全可以和VDSL同时在一对线上传送。一般情况下，这两个频带的中心频率和带宽都可以调整，会对VDSL系统的数据速率产生影响。

　　2）使用QAM或DMT线路编码技术。QAM属于单载波调制方式，DMT属于多载波编码技术。目前用得较多的是DMT技术，这一技术和ADSL使用的线路编码完全相同。运营商们在现有铜线环路上已经部署了超过1000万线基于DMT编码方式的ADSL线路，DMT-VDSL可无缝地应用于现有DMT基础设施。QAM芯片也有产品，最早的VDSL芯片就是采用QAM技术，因为QAM实现起来较简单，如Broadcom和Infineon的芯片组，这也是业界使用最多的芯片组。目前，以色列的Metalink企业又刚刚推出了面向以太网的QAM-VDSL芯片组。

　　3）可使用的上行线复接技术。为复接多个用户CPE设备，必须采用某种复用技术，并保证用户的业务质量。在用户端提供复用的情况下（称为主动方式），多个CPE设备接入类似于一个集线器的设备，由集线器负责复用/解复用。在被动端接方式下，光网络单元（ONU）负责解决复用，方法可以是频分或时分。频分方式分配不同的频段给各个CPE；在时分情况下，每个CPE则分配得到不同的时隙。两者都存在一些问题：时分方式有浪费时隙的可能性，而频分方式则有两种可能性：ONU给每个CPE分配的带宽有可能过低；每个CPE有可能发送过多的数据而降低整体性能。故在实际应用中，采用主动复用技术更为经济实用。

　　4）CPE全双工传输技术。为保证上下行传输的全双工，VDSL采用时分或频分技术，时分情况下，上行和下行数据不能同时进行，必须轮流进行，因此又称为“乒乓”传输。

　　5）VDSL速率大小通常取决于传输线的长度，最大下行速率目前考虑为51Mbit/s～55Mbit/s，长度不超过300米，13Mbit/s以下的速率可传输距离为1.5公里以上。这样的传输速率可扩大现有铜线传输容量达400倍以上。一般下行速率从13Mbit/s～55Mbit/s，传输距离不超过1.5公里。

3、VDSL的技术标准

　　VDSL目前有两大互不兼容的技术标准：一种是DMT（离散多音频调制），一种是CAP和QAM（无载波调幅/调相和正交调幅）。

　　DMT把信号分成247个独立的信道，每个信道的带宽是4K，可以同时获得并联的247个4K线路所带来的带宽。每个通道是被随时监控的，整个系统不断地把信号切换到性能最好的信道之中。另外，那些从8K开始的被视作低位通道的通道将被用来做双向通道，及时监控和挑出在双向通道中的信息，以确保可以和所有247个通道速率同步，这使DMT方式相对于其他承载技术更加复杂，但同时提供了对线路质量不同的更佳的适应性。另一个VDSL技术CAP通过把电话线上的信号分为三个不同的频带。语音通话占O～4K带宽的频带，上行通道占25-160K带宽的频带，下行通道占240K～1.5M带宽的频带。最大限度地减小了通道之间在一条电路上和不同线路上的干扰。QAM是一种调制技术可以高效地把三到四倍的信息在一条线路中传送出去。

　　在QAM、CAP和DMT三种调制方式中，就技术性能和应用灵活性来说，DMT技术更具吸引力，但是它的灵活性和高性能是靠设备复杂性换取的。就成本而言，DMT技术目前还是比较昂贵的。

4、VDSL应用前景分析

　　国内宽带市场正在起飞的阶段，主要的接入方式是ADSL和Ethernet（以太网）技术为主。虽然中国电信去年已决定将市场发展的重心转移至ADSL，不过以太网接入用户仍然占有很大的市场份额。

　　从技术发展的角度来看，Ethernet已是应用得相当成熟的网络技术，更重要的是每个接口的成本大约只占ADSL的三分之一，十分符合我国的国情。但是由于在用户和住宅中铺设得最广的仍然是电话线路，Ethernet线路仍不普及。而要重新建设以太网线路又需要时间，若能利用现有的电话线路传输以太网数据将节省运营商的时间和经费。因此，基于电话线传输的Ethernet Over VDSL就有了发展契机。Ethernet Over VDSL有下面的发展上的优点：

　　1）延长Ethernet传输距离。Ethernet在发展上遇到的困难在于距离收到限制，一般只能传50-100米。而当利用VDSL时，其距离将可达到300～1000米。因此这样的技术方案可以地延长了Ethernet的传输距离。

　　2）降低成本。由于Ethernet不像电话线一样普及，因此对运营商来说，发展Ethernet的最大的问题就是需要从零做起，重新布线。Ethernet Over VDSL因为架构在电话线上，而家中的电话线几乎都是现成的，因此可以省下大笔的经费，具备成本发展效益。国内市场目前采用以太网接入的方式开通率仍很低，使得服务提供商投资及运营风险提高，采用Ethernet Over VDSL所带来的成本效益对运营商来说将是不错的解决方案。

　　目前，国内整体网络环境对于Ethernet Over VDSL也提供了发展的条件。首先，原来VDSL因价格昂贵，许多厂商多半青睐ADSL。不过现在VDSL的价格已经降到约几百人民币以下，和ADSL价格相当，因此很多集成商也开始考虑采用VDSL的解决方案。其次，作为光网络构架的后端必须要以考虑VDSL这样的高速度。整体看来国内目前正在架构的光网络环境足以让Ethernet Over VDSL能够稳步发展。未来Ethernet Over VDSL需求将大幅提高，必将有一个非常美好的前景。

5、VDSL技术面临的问题

　　虽然VDSL技术标准尚未最终制定，但其良好的可施用性、技术兼容性和具竞争力的价格已吸引设备厂商和运营商共同看好这片市场，标准反而不是主要问题。但从实际应用看，VDSL业务的提供还需要解决以下三个问题：

　　●VDSL工作的频率受干扰的因素多，如串接电话、天线辐射等；此外，VDSL频段接近业余无线电的频率范围，隐含着相互干扰的可能性，这些都是与信号强度或传输距离相关的问题。

　　●QoS保证，如果采用以太网而非ATM的核心网技术，如何保证用户预期的带宽?

　　●为解决传输距离的问题，需要架设ONU，并且费用需由用户负担，这个问题在ADSL方面则不存在。

6、结束语

　　从技术和市场两方面来说，VDSL都有着巨大的发展潜力。在技术方面，VDSL以其高带宽和配置灵活性成为全方位宽带接入技术的首选，且能够与以太网技术相结合。VDSL代表了宽带接入技术的“全IP”的发展方向；在市场方面，亚洲国家尤其是中国、日本和韩国正在大规模地开通DSL业务，VDSL作为最先进而低价的DSL技术当然占有重要地位。可以说，VDSL成为宽带接入市场的生力军只是个时间问题。随着中国人的生活水平的不断提高，它所带来的多项普及的宽带业务将会使人们的生活质量得到质的飞跃。