VDSL技术在社区宽带接入上的优势

闫毓 魏春城

　　VDSL（甚高速数字用户环路）是一种在普通短距离的电话铜线上传输数据的技术，其带宽设计为下行52Mbit/s，上行6.4Mbit/s，传输速度大大高于ADSL（非对称数字用户环路）和Cable Modem（线缆调制解调器）的传输速度，相当于T3的数据传输速率。ADSL在提高因特网接入速度的同时，可提供本地不同区域网络之间的快速链接，为视频信息服务提供良好的平台。

　　VDSL技术现在还处在研究阶段，本文首先介绍了VDSL的一些基本规范，分析和比较了VDSL双向数据传输的两种方案，最后介绍了VDSL的发展现状并结合北京电信公司的发展状况提出了系统应用模型。

一、概述

　　简单地说，VDSL就是ADSL的快速版本。使用VDSL，短距离内的最大下行速率可达55Mbit/s，上行速率可达2.3Mbit/s（将来可达19.2Mbit/s，甚至更高）。上行和下行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将主要用于实时视频传输和高速数据访问。VDSL复用上行和下行管道以获取更高的传输速率，它也使用了内置纠错功能以弥补噪声等干扰。VDSL适于短距传输，最初主要为支持多媒体应用（如VOD业务），随着宽带业务需求的不断发展，VDSL技术逐渐得到了普及应用。

　　虽然VDSL的国际标准还在制定之中，但美国的ANSI T1.4和欧洲的ETSI TM6标准化小组已确定了VDSL的系统规范，主要包括数据传输速率及下行上行速率比例、辐射抑制、功率话密度等方面。

　　为了防止双绞线上的VDSL信号通过辐射对业余无线电频段产生干扰，ANSI和EISI都规定了在业余无线电频段内VDSL调制解调器的发送功率话务密度不得高于-80dBm。ANSI和ETSI都规定VDSL系统的最大发送功率为11.5dBm。

二、VDSL的噪声环境

　　影响VDSL的噪声主要有串扰、无线电频率干扰和脉冲干扰。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。在VDSL应用中，串扰有两种形式：NEXT（近端串扰）和FEXT（远端串扰）。NEXT是本地接收机检测到了一个或多个本地发送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送机发送的信号。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的应用中由于传输线路较长，所以FEXT是次要的干扰，而在VDSL应用中FEXT则成为主要的干扰。

　　与VDSL频带交迭的无线电信号会耦合到电话线上引起干扰，特别是具有大功率和强频谱密度的调幅广播。调幅广播在VDSL频谱中的干扰表现为一个从525kHz到1.61MHz频带上的尖峰噪声信号。

三、VDSL的双工方式

　　实现双向数据传输有两种方案，一种是频分复用（FDD），另一种是时分复用（TDD）。

　　1．频分复用

　　FDD系统有两个或多个信道，其性能的关键是带宽和上下行信道频带的位置。另一个需要考虑的问题是上下行码流信道的带宽。带宽的选择取决于所需要达到的数据速率和下行与上行数据速率的比例关系，支持非对称8:1比例数据传输的带宽分配与支持对称数据传输的带宽分配完全不同。上下行信道带宽分配还与实际应用中的线路长度、SNR、有效频带的宽度有关。

　　为了支持一个较宽范围的数据速率和双向传输时下行上行数据速率比值，FDD系统必须提供带宽可变的上下行信道，这样一般会增加系统特别是模拟滤波器的复杂度。而采用DMT方案的FDD系统则是例外，它是通过在每个方向上提供一个全带宽系列的子信道集来允许任意的上下行子信道的分配。每个子信道既可以用于上行传输，也可以用于下行传输。尽管这个技术要求在所有的调制解调器中具有两个全长DFT单元，增加了系统的数字部分的复杂度，但这样可以降低对模拟部分的要求，并且在FDD频带分配中可以提供极大的灵活性。

　　2．时分复用

　　与频分复用不同，时分复用系统是在单个频带内不同的时间段实现上下行数据的传送。对时间共享信道带宽的使用是通过使用超帧来协调的，一个超帧包括下行数据传送时隙、静寂时隙、上行数据传送时隙和另一个静寂时隙。下行、上行数据信道的时隙宽度是DMT符号周期的整数倍。超帧可以表示为A－Q－B－Q，A、B分别表示分配给下行和上行数据传送的符号周期的数目，Q则代表静寂时隙，用来消除信道的传播延迟和在发送和接收时隙之间的回声响应。以有20个符号周期的超帧为例，A和B占18个符号周期，Q占两个符号周期。A、B的值可以根据系统要求的下行与上行数据率的比值来确定。

　　使用TDD要求在一个线束组中的所有线路的调制解调器都同步到一个共同的标准超帧时钟上，使所有线路上的下行数据流与上行数据流都同时出现。如果没有共用的超帧结构，支持TDD的线束中的线路会相互产生NEXT串扰，降低数据传输率。超帧时钟的产生可以有多种办法。例如可以从8kHz的网络时钟导出，也可以由其中的某一个TDD调制解调器产生，或使用GPS技术来实现。

　　3．TDD与FDD的比较

　　VDSL与其它DSL不同，它既支持对称传输，又支持非对称传输。FDD分别为对称和非对称传输分配不同带宽，TDD则在超帧中分配不同的时隙。而当对称和非对称服务位于同一线束中时，两种双工方式都会产生NEXT。

　　TDD系统具有较低的复杂度，特别是以DMT为基础的TDD调制解调器，其发送和接收功能在本质上是相同的，都需要使用FFT来实现DFT运算，可以共享发送器和接收器的部份硬件来降低复杂度。由于使用TDD，解调器可以在任何时间段进行发送或接收，因此，每一个调制解调器只需要一个可计算FFT的硬件结构，这个FFT横跨整个系统带宽并且在超帧内除静寂时隙之外的时间段一直处于工作状态。同样的频带可以既发送又接收，这样就省去了附加的模拟硬件，使没有使用的路径被关闭，以降低功耗；而在FDD方式下，发送和接收路径需要不间断电源的提供。
　　TDD系统提供了一个灵活的、低功率的解决方案，但TDD系统在中心局测和ONU处的调制解调器必须通过标准超帧时钟严格遵守同步规则以使系统避免NEXT的影响。在考虑不同供应商产品之间兼容性时，标准超帧时钟的分配将十分困难，网络服务商们不愿承担这个责任，所以他们推荐FDD为VDSL的双工解决方案。

四、VDSL发展现状

　　VDSL的不同实现方案有各自的支持者，在线路编码方案的选择上分为两大阵营：一个是支持QAM／CAP方案的组织，包括Analog Devices、 Aware、Broadcom、Rockwell等公司；另一个是支持DMT方案的联盟，其中包括Alcatel、TI、Nortel、Cadence等公司，它们纷纷推出了支持各自方案的VDSL芯片组和系统，其中典型的有Bmdcom公司采用QAM和FDD方案的BCM6010、BCM6020芯片组，TI公司则推出了以可编程 TMS320C5400 DSP为内核的基于DMT和TDD技术的芯片组TNET8000，并且现在正致力于开发采用DMT和FDD方案的芯片组。

五、VDSL技术在北京电信社区宽带建设中的应用

　　目前北京地区宽带接入主要采用ADSL和“FTTB+LAN”两种技术，这两种技术都有非常鲜明的特点：局域网接入速度快，服务质量高；受环境影响小，但无法利用现有资源，需重新布线或改造，前期投资大。另外由于LAN传输距离比较短（低于150m），有时设备需要放置在距离用户很近的地方，这对设备维护产生一定的影响。ADSL传输距离较远，用户覆盖范围大，但传送带宽有限（最大速度上行800kbit/s，下行6Mbit/s），但在实际应用中，受种种因素限制，下行带宽经常低于2Mbit/s。

　　与以上两种接入技术相比，VDSL同样具有鲜明的特点：VDSL传输距离在1km左右，基本上可以覆盖一处小区或大型楼宇，同时可以提供双向对称10Mbit/s的接入带宽，恰好弥补了ADSL和LAN技术的不足。VDSL技术不仅可以让用户独享传输带宽，而且由于传输距离缩短，数字信号处理技术简化，成本将显著降低。像其他xDSL技术一样，VDSL技术充分利用现有线路及用户资源，不需要重新布线，非常有利于推广。
　　尽管VDSL技术还存在着传输速率不稳定的因素（困扰VDSL应用的主要是各种噪声的影响，有串扰、无线电频率干扰和脉冲干扰），并且没有完全统一的国际标准，但这些问题已经基本上得到了解决。

　　根据我们的具体实验情况并结合北京电信公司二层交换机、三层交换机选型情况，我们认为VDSL设备在未来应用模型如1图所示。
　　未来小区接入将由VDSL或LAN设备完成，VDSL设备相当于二层交换机的功能，它完成了用户在MAC层的接入，然后将用户接入统一的BAS进行统一认证。
　　

　　VDSL技术是一项非常有商业价值和推广前景的接入技术。北京市电信公司正在进行VDSL产品的应用实验，并在金典花园等住宅小区安装了VDSL试验系统，试验内容包括VDSL的数据和视频业务，并已取得良好效果。相信不远的将来，VDSL接入技术一定可以在广泛的商业应用中体现出其巨大的优势。

----《通信世界》