在VDSL中是采用QAM还是DMT

　　有线与卫星通信服务商为用户和公司提供高速应用和综合服务，这成了电信运营商必须面对的竞争。这类应用通常要求上行和下行两个方向的传输速率为5Mbit/s至6Mbit/s的范围（对称传输）。然而，现在存在几种数字用户线路技术（DSL），没有一种能够满足对频带如此之宽的要求。而VDSL在对称传输时的速率高达26Mbit/s，距离超过1500m，在进行不对称传输和短距离传输时，它的速度则更高，这正好满足了这种新要求。

　　然而，有两件事需要先决定下来，然后才能实施VDSL线路。第一，使用那一种传输协议，是采用以太网还是异步传输模式（ATM）；第二，在VDSL中应当采用那一种线路调制技术，是用正交的幅度调制（QAM）还是用离散的多音调（DMT）调制技术。

　　选择那一种协议与应用的要求关系大一些，所以，在QAM与DMT两者之间选择那一种，这并不是一件简单的事。这与一个地区的频谱是否兼容、容许的噪音、成本、互操作性以及功耗大小，这些因子都必须考虑到。尽管DMT已经用在现有的不对称DSL（ADSL），VDSL是完全不同的模式，再从DMT平稳顺利地转到VDSL并不是一件简单的事。为了在QAM与DMT之间作一个有根有据的选择，设计人员应当充份地对这两种方案作一个比较，了解它们之间的区别。

一、各种DSL方案

　　不对称DSL的性能是，下行速度一般在1Mbit/s至3Mbit/s之间，上行速度接近700kbit/s，不能满足视频应用对高宽带的要求。此外，它不能做到商业界客户所需要的双向对称传输。一对位速率很高的DSL（SHDSL）用户线路极大地改善了ADSL，它的对称传输速度高达2.3Mbit/s。但是，这项技术仍然是面向传送数据的应用。现在还有一些综合性的通信方案，包括声音和视像会议，但是它们的带宽资源不足，不能提供高质量的视频解决方案。而这正是VDSL发挥所长的地方。

　　VDSL并不是简单地将ADSL升级。VDSL的带宽之所以是灵活的，是因为距离和所用的频带。但是，在ADSL中使用DMT的经验表明，把这个方案用到VDSL方案也许不是一件简单的事。为了了解QAM和DMT各自的优缺点，我们必须首先清楚地了解VDSL与ADSL这两种方案之间的区别。

　　● VDSL一般是用于从光纤主干线路接到在路边机柜或者接到住宅和楼宇中的配线机柜。VDSL布置在升降机井中、楼宇内的连接线以及其它对通信极为不利的地方，因而会经受到时间很长的突发噪音（脉冲噪音）。

　　● VDSL服务包括视频及其它增值的服务。它不只是用于快速互联网的上网，它提供的必须是有保证、质量高得多的服务。

　　● 和ADSL比较，VDSL的频带宽得多，伴随着高频率的是衰减较大、串扰较强，需要强有力的均衡措施。

　　● VDSL用在短距离的场合，距离从500m（在使用光缆很多的国家）到1500m（在其它国家）。

　　因为VDSL不是简单地将ADSL升级的技术，所以讨论与现有ADSL系统之间的互操作性，对于决定采用那一种调制技术是否至关重要的事。正如前面讲到的，究竟选择那一种方案，起决定作用的是应用的要求以及线路两头（光纤和客户所在的场地）需要甚么样的连接。因此，在比较这两种方案时，系统的成熟程度、技术要求、预定的应用以及环境条件，这些都要同等地看待。

二、VDSL的运作

　　VDSL作为一种将光纤线路加以扩展的技术，它的作用是把光纤与路边的机柜连接起来或者把光纤与楼宇连接起来。VDSL线路填补了速度很高的主干线路与客户楼宇设备以及/或者接入设备之间的空隙。进一步地讲，电信公司有了通过VDSL提供互联网服务的能力，就可以把商用LAN或者把一个地区全部接到使用10/40Gb以太网技术的广域网上，形成一个完全是按照互联网协议运行的网络设施。

　　在架设新的通信线路和建立新的网络（自从QAM VDSL技术在1998年出现以来，通信线路和网络占了很大一部分）时，设备供货商和服务供货商可以随意地选择传输协议。人们往往选用以太网，它为最终用户提供经济的连接，并且需要一种简单、可靠、即插即用的VDSL解决方案。就每个连接线路而言，在VDSL线路上实现以太网的价钱，与在ADSL线路上实现ATM的价钱是一样的，因此，在架设新网络时，这项技术是非常有吸引力的。换言之，在部署VDSL作为现有DSLAM系统的升级技术时，设备供货商和服务供货商发现，在AMT传输方案中，每一路连接线路的成本虽然较高，然而是可以接受的。因此，选择那一种传输协议是决定于应用的要求，而不是技术本身。

　　在ETSI的TS 10127002、ANSI的T1.424以及ITU的G.993.1等所制订的VDSL标准中，规定了两种可能使用的调制技术：单载波调制，也称作QAM以及多载波调制，也称作DMT。QAM调制是采用四频带的频分结构。为了灵活地提供服务，标准化机构已经对频带的分配作了规定。每一个国家对服务的需求是不同的，但是在每一个地区，频谱必须兼容，所用频带必须按照标准执行，以便实现承诺提供的服务。

　　DMT把一个信道或者频带划分成许多子信道，各个子信道的间隔为4.3125kHz，每个子信道仅仅传送整个信号的一部分。在全速的VDSL中，它使用快速富利叶变换（FFT）这种技术把数据调制到4096个副载波上，传送大量的这些副载波信号，这时子信道必须并行地进行处理。

　　所有现在部署的VDSL方案都使用QAM调制，在全世界，差不多已经有了两百万个端口。现在，支持四频带标准的第三代和第四代QAM-VDSL芯片组已经上市。QAM VDSL在现场实际使用己经有四个年头了。现场使用的经验表明，就供电电源及带宽的使用而言，它的性能优异，效益极好。

三、QAM与DMT的比较

　　QAM和DMT的区别不仅在于四频带(four-band)方案的实施方法是不同的，而且关于其它的主要性能，这两种方案所用的解决方法也是不一样的。QAM方案着重在时间域处理VDSL信号，它考虑到在导线上传送的信号是串行的，本质上是仿真的，对系统中的数字部分和仿真部分都作了最优化设计。DMT是在频率域中处理信号，在线路的每一端都需要把时间转换成频率（IFFT/FFT），并且把串行数据转换成为并行数据，然后才能采取各种措施降低仿真噪音，对使用铜线的POTS系统连接线路中的衰减进行补偿。QAM VDSL是成熟的技术，它的功耗低，即插即用，简单，便于大量配置。DMT是适合于ADSL方案的调制技术。对供货商来讲，如果它只是把VDSL看成是升级到很不对称的数据传输服务，或者由于现在已经用了ADSL系统，现在把DMT用于位速率很高的系统也许是顺理成章的。在前面讲过，使用VDSL线路的以太网与使用ADSL线路的ATM在成本上是一样的，因此从经济的角度看，使用VDSL线路的以太网对于所有各种类型系统的实施都极有吸引力。

　　很清楚的一点是，QAM和DMT各有优缺点，究竟应该选择那一种，取决于对实际情况的分析、其它具体应用以及安装环境的实际问题。主要有下面六个方面的问题会影响到性能：噪音，外来的噪音干扰，即插即用功能、功耗、带宽的利用以及互操作性。

四、噪音的处理

　　突发噪音对任何xDSL技术都会产生影响。它会在一段时间内把信号擦除掉。调制技术如何解决这个问题是极为重要的。QAM和DMT两种调制方案都使用数据交替传送并与Reed-Solomon误差校正结合起来的方法。与DMT调制方案相比，QAM方案使用的数据交替传送所引起的传输路径延迟较小（大约是10ms以下），需要使用的存储器也较小。

　　至于使用DMT系统，人们关注的主要是持续时间为几十微秒的脉冲噪音，在接收器这一头，它会在所有使用到的子信道造成错误，并把FFT码元完全擦掉。DMT系统一定要在FFT的整个码元长度上采取保护措施，并不是只在出现脉冲噪音这段时间才进行保护，从而防止网络中出现的脉冲噪音将它擦除。按照VDSL标准的要求，需要500微秒的保护时间，防止脉冲噪音造成错误。所以，即使是一个时间很短的突发噪音也会把一帧DMT中的所有信息都擦掉。在QAM调制方案中，这种突发噪音的影响就小得多，这是因为QAM码元延续的时间很短，通常不到一微秒。

　　噪音灵敏度，更重要的是抗噪音的能力确定了芯片方案或者接入系统的性能。对于所有使用铜线的xDSL技术，这是一个常见的问题，而且它的影响会随着频率的升高而增强。VDSL使用频谱中较高的频率（高达12MHz），因而噪音干扰成为一个问题。从本质上看，DMT信号的波峰因子高于QAM信号的波峰因子，进行仿真/数字转换时通常需要13位以上（QAM信号只需要10位至11位）。于是在电平较高时，仿真/数字转换器会出现削波现象。在接收这一头，削波会造成错误，接收器不得不使用Reed-Solomon算法来修正这种错误。由于Reed-Solomon算法可以使用的编码资源受到限制，用它去修正发射端所造成的错误时，DMT信号用掉了很大一部分的资源。于是Reed-Solomon算法只有很少的资源用于改正噪音产生的错误。

　　相对而言，QAM不会出现因设计而造成的削波而造成的错误，它防止传输线路上所感应的外来噪音而造成错误的能力很强。QAM采用均衡的方法来保护在传输线路上可能感应的噪音，它的保护作用是很强的。

　　由于现代信号处理技术以及半导体技术的进步，有能力开发十分可靠的均衡电路，QAM VDSL调制解调器可以在很苛刻、很恶劣的环境中工作，包括桥接抽头，内部电平很强的串扰（使用同一电缆的其它VDSL系统所引起的串扰）这样的环境。五年前，当人们接受DMT作为一种调制标准用于ADSL时，赞成的人可以说，在进行类似的均衡算法时，这项技术需要的处理工作量较小，使用的MIPS（每秒一百万条指令）数量较少。如今，可以使用的MIPS已经不再受到限制，因此在实施QAM调制方案时，如果有人提出反对，那实在是太落伍了。

　　QAM使用的是盲目均衡技术，意思是，它不需要一个练习序列或者握手。所以，QAM系统在100ms内就开始工作，与此相反，DMT必须从发射器把一个练习序列送到接收器。接收器把自己调整到所接收到的练习序列，然后把信息送往发射器以便送到众多的子信道。所以，使用DMT的系统需要几秒钟时间才能开始运作。虽然这并没有超出上网的DSL用户所预期的范围，但是对于习惯于立即把电视调到不同频道的客户，他们也许不会感到满意。

　　使用QAM的VDSL包括集成在一起的信道，它们是即插即用的，可以把VDSL线路配置到任何需要的服务业务。QAM很简单，因此用户可以选择一种结构，它满足所需要的服务，并且自动地进行线路连接。在DMT VDSL路线中，必须交换所有4096个音调的参数，在串扰很强的环境中（在VDSL频率的环境中），一条DMT线路会与相邻线路竞用某一些音调。

五、功耗

　　对于架设在电话线杆上、使用安装在路边的机柜以及配线房（在有很多住户的楼宇中）的系统，功耗是极为重要的。在这些地方，所能允许的尺寸和功耗受到限制，这些因子强烈地影响着提供服务的可行性。DMT调制需要一个很大的仿真/数字转换器和数字/仿真转换器（A/D转换器和D/A转换器），通常比QAM使用的仿真/数字转换器或数字/仿真转换器至少是多一位至两位。（在上面讲过，即使是13位的A/D转换器和D/A转换器也会因削波而产生错误。）仿真/数字转换器每增加一位，功耗便增加一倍。

　　DMT也需要更多的数字信号处理，需要一个很大的存储器来存放4096个子信道的数据，这些都要消耗功率。对于四频带QAM VDSL，每个端口的功耗是1.5w。功耗之所以只有1.5w这个数量，是因为在进行信号转换时，使用的是12位的仿真/数字转换器或者数字/仿真转换器，而且不会出现削波现象。

　　使用决定反馈均衡技术的QAM在整个频带上把输入的信号噪音比（SNR）加以平均；而DMT是对每个子信道的位进行平均。一旦最小的SNR低于信号电平，DMT就不能使用这个子信道的信号。然而，由于SNR太低DMT不能使用的频率，QAM调制解调器依然可以使用──因而有效频带比较宽。

　　要把这个市场的潜力变成现实，关键在于系统的互操作性能。VDSL芯片组供货商必须在各个方案之间做到可以互操作。在这方面QAM VDSL是远远走在前头。如今，QAM-VDSL供货商已经实现了各自芯片组解决方案的互操作性。今年在美国乔治亚洲亚特兰大举行的Supercomm博览会上，它们演示了通过VDSL线路实况传送视像节目。

　　在另一方面，DMT VDSL的互操作性还不清楚。因为许多供货商还没有这样的技术。的确，由于DMT是用于ADSL的标准线路调制技术，在用户楼宇那一头现有使用AMT的ADSL调制解调器将能够与其它地方使用ATM的DMT VDSL调制解调器通信。

　　目前看到的VDSL使用情况是，基于VDSL线路的以太网是连接到光纤上，而不连接到基于ATM的SDLAM设备上。设备供货商和服务供货商是根据技术上和商业上的一系列因子做出决定的。就这方面而言，QAM的功能是成熟的，已经进入市场，用户很多，而且在增加，并且已经显示出它是可以互相操作的，所有这些说明了它是适合于在铜缆上实现真正宽带连接的最好方案。

----《通信世界》