- 易迪拓培训,专注于微波、射频、天线设计工程师的培养
VDSL线路调制技术比较
录入：edatop.com 点击：
为应对有线电视和卫星服务所带来的竞争威胁，电信运营商正致力于为住宅和商业客户提供更高速的应用服务。这些应用通常需要至少5-6 Mbps/s的双向(上行和下行对称)位率。尽管目前存在几种数字用户线路(DSL)技术，但都不能满足这样高的带宽要求。然而，新出现的超高位率DSL(VDSL)提供了可行的技术，VDSL可以在长达1500米的距离内提供高达26 Mbps的对称带宽。
然而，在实施基于VDSL的连接前，需要做出两个重大决策。第一个是采用何种传输协议，以太网，还是异步传输模式(ATM)。第二个是采用何种VDSL线路调制技术，是正交幅度调制(QAM)呢，还是离散多音复用(DMT)？
协议的选择更多地与应用需求相关，而选择QAM还是DMT就没有这么简单了。地区频谱兼容性、噪声容限、成本、互操作性以及相对功耗这些因素都必须考虑进去。而且，尽管已经存在DMT已被应用于现有非对称DSL(ADSL)方案这一事实，但由于VDSL模式与之非常不同，因此这并不意味着DMT就可无缝移植，应用于VDSL。为在QAM和DMT间做出依据充分的选择，需要设计人员充分了解两者之间的差异和利弊。
DSL技术选择
非对称DSL(ADSL)的典型性能为下行 1-3Mbps，上行约 700Kbps，因此无法满足视频应用的大带宽要求。此外，ADSL也无法提供商业用户所需要的对称双向传输。单线对高位率DSL(SHDSL)比ADSL有了很大的改善，可提供高达2.3Mbps的对称传输能力。然而，这一技术仍然主要面对以数据为主的应用。利用SHDSL可提供一些集成通信解决方案，包括语音和视频会议，但其带宽资源仍然达不到提供高质量收费视频解决方案的要求。这也正是VDSL出现的原因。
VDSL并不是ADSL的简单升级，尽管在ADSL实施过程中获得了有关DMT的许多经验，但DMT却并非VDSL解决方案的当然之选。要理解QAM和DMT间的不同和优缺点，我们必须首先了解VDSL和ADSL应用环境间的差别。
● VDSL部署的起点通常是路边的光纤干线或建筑物内的配线室。VDSL要经过电梯竖井、建筑物内线路以及其它“通信不友好的”地方，因此容易受到长脉冲噪声(脉冲噪声)的干扰。
● VDSL服务包括视频和其它可带来营收的增值服务。VDSL并不仅仅用于快速因特网接入，因此需要更高更有保证的服务质量水平。
● VDSL利用了比ADSL更宽的频带，更高频率所伴有的更大衰减和串扰特性需要更强大的均衡能力。
● VDSL工作在短距离(500~1500米)。
由于VDSL并非ADSL的简单技术升级，因此在选择VDSL调制技术时就不应该将与现有ADSL系统的互操作性做为强制性要求。如前所述，决定选择的因素是应用需求以及两端(光纤端和用户端)的连接要求。因此，在比较两种调制方法时，必须给予系统成熟度、技术要求、目标应用和环境条件同样的重视。
VDSL技术选择
VDSL线路将超高速主干网与用户端(CPE)设备和/或集成接入设备(IAD)连接起来。进一步，由于Ethernet over VDSL技术的应用，电信运营商现在还可以将一个企业局域网(LAN)或一个园区网络连接到10/40 Gbit广域网。
自1998年QAM VDSL技术开始以来，设备和服务供应商可自由选择所采用的传输协议。以太网用得最多，它为最终用户提供了规模经济效应。就每一链路来说，Ethernet-over-VDSL实施的价位已经可以与ATM-over-ADSL相比，从而使这一技术非常具有吸引力。此外，当VDSL做为现有基于DSLAM(DSL接入复用器)系统的升级而部署时，设备供应商和电信商也觉得ATM传输较高的每链路成本也是可以接受的。因此，传输协议的选择主要由应用需求决定，而不是技术本身。
VDSL标准包含了两种可能的调制技术：单载波调制(也称为QAM)和多载波调制(也称为DMT)。QAM线路编码技术采用了四频带划分结构。为了保证服务灵活性，标准团体还定义了具体频带分配方案。目前所有部署的VDSL解决方案中应用的都是QAM，现在全球部署的VDSL端口已接近200万。支持四频带标准的第三代和第四代QAM-VDSL芯片组也已上市。四年来部署QAM VDSL所获得的现场经验也表明该技术在电源和带宽利用方面有优异的性能和经济的成本。
DMT将整个信道或频带划分为中心间距为4.3125 kHz的子信道。在全速率VDSL实施中，DMT利用快速傅里叶变换(FFT)等技术在多达4096个子载波上调制数据，从而创建大量的子传输过程。而所有这些子信道必须并行处理。
QAM与DMT的比较
QAM方法集中于在时域对VDSL信号进行处理，考虑到线上信号的串行特点和模拟特点，同时对系统数字和模拟部件进行了优化。DMT进行的则是频域信号处理，这需要在线路的每一端进行时域-频域(IFFT/FFT)和串行-并行数据流转换，在此之前无法采用任何措施对POTS铜线上的模拟噪声进行补偿。QAM VDSL技术更成熟、功耗更低，并且其即插即用特性可提供强大和简单的链路配置能力。DMT还是ADSL解决方案的调制技术选择。对于仅将VDSL视为高速非对称数据传输业务升级的服务供应商，或者那些存在与现有ADSL安装兼容性问题的服务供应商，在VDSL部署中采用DMT技术是符合逻辑的选择。如前面指出的，Ethernet-over-VDSL链路与ATM-over-ADSL的链路成本差不多，从而使其对所有类型的系统实施在经济上都是有吸引力的。
很明显，QAM和DMT各有其优缺点，选择哪种方案需要对现实状况以及与特定应用和安装环境相关的其它实际因素进行分析。利弊权衡主要在影响性能的六个主要方面：脉冲噪声、外界噪声干扰、即插即用功能、功耗、带宽利用和互操作性。
噪声处理
任何DSL技术都会受到脉冲噪声的影响。脉冲噪声在一段时间内将信号抹除，因此调制方案如何处理脉冲噪声至关重要。QAM和DMT技术都使用了一个数据交织器，采用里德-所罗门码纠错。QAM所使用的交织器在传输路径中引入的延迟较小(小于10毫秒)、并且需要的存储器比DMT交织器少。
基于DMT的系统中一个重要问题是持续时间达数十微秒的脉冲噪声可导致接收器端所有使用的子信道中出现错误，从而抹除一个完整的FFT数据帧。DMT系统中的脉冲噪声保护必须始终编程设置为FFT帧长度的整数倍，而不仅仅是网络中脉冲噪声的持续时间。已定义的VDSL标准要求500ms的脉冲噪声保护。例如，一个250 ms长的DMT帧需要三个DMT帧长(或750ms)的脉冲噪声保护才能满足标准要求。这引入了额外的延迟(约10 ms)和额外的交织存储器空间需求。因此，即使一个短的脉冲噪声也可能抹除一个DMT帧中的所有信息，但此类脉冲噪声在QAM调制解调器中的影响则要小得多，这是由于QAM数据帧的持续时间短，通常不到1微秒。
噪声敏感度，以及更重要的噪声阻抗决定了一个芯片解决方案或一个接入系统的性能。对于所有基于铜导线的xDSL技术，这是一个共同的问题。而且其影响随着频率的上升而增强。VDSL利用了频谱的高端(高达12 MHz)，因此使得噪声干扰成为一个问题。本质上，DMT信号的波峰系数比QAM信号要大，通常至少需要13位的模数转换(与此相比，QAM信号只要10至11位)。这导致模数转换过程在接收端产生错误，迫使接收器利用里德-所罗门算法尝试纠错。由于里德-所罗门码的纠错能力有限，在DMT信号传输过程中，仅仅利用其纠正发送端带来的错误就消耗了这一资源的相当一部分。这样在里德-所罗门码中用于纠正噪声错误的纠错资源就较少了。
与此相比，QAM不会由于设计中内在的量化过程而引入错误，因此对于在传输链路中引入的潜在外部噪声有更强的抵抗能力。QAM利用均衡技术做为抵抗传输链路噪声的强有力手段。
依靠目前的信号处理技术以及硅制造工艺，可开发出性能优异的均衡器，允许QAM-VDSL调制解调器在严酷的环境中(包括来自同一电缆束中其它VDSL系统的桥接抽头和强烈的自串扰干扰)工作。五年前，当DMT被接受做为ADSL的标准调制方式时，支持者展示了这一技术可利用更少的MIPS数完成同样的均衡处理操作。今天，处理器的MIPS预算已不再那么紧张，从而使得这一点已不能再成为反对QAM调制方法的理由。
QAM采用的是盲均衡(blind equalization)，这意味着不需要训练序列(training sequence)或握手过程。因此，基于QAM的系统只用100 ms就可开始工作。与此相比，DMT必须通过线路发送训练序列。接收器根据接收到的序列调整自己，然后再将信息发送到发射器以将信息分配到所有子信道中。因此基于DMT的系统可能需要数秒时间才能开始工作。虽然对于冲浪的DSL用户来说这通常都在其期望范围之内，但对于那些习惯于电视调谐器式的“即开即用”方式的消费者来说，也许就不会感到满意了。
基于QAM的VDSL包含了集成的通信信道，可根据所需要的服务对链路进行简单的即插即用配置。QAM允许用户简单地选择一个与所需要服务相匹配的配置文件，然后链路能够自动进行配置。DMT VDSL则必须交换所使用的所有4096个子信道的参数，而在存在强串扰的环境(VDSL频率)中，一条DMT线路可能会与其相邻线路竞争使用同一子信道。
功耗
对于部署在电话杆上、街头配线箱内或智能大厦配线室内的系统来说，功耗非常关键。在这些部署中，设备大小和功耗预算都非常有限，而且对于VDSL服务提供的可行性有强烈的影响。DMT调制需要更高精度的A/D和D/A，通常至少比QAM要多1-2位。转换中精度每多一位都会使功耗加倍。
为了处理4096个子信道，DMT还需要更多的数字信号处理、存储器和数据缓冲资源，所有这些都消耗更多的功率。四频带QAM VDSL的每端口功耗仅为1.5W。QAM仅利用12位 A/D、D/A，在没有量化限幅的情况下完成信号转换，从而达到低功耗水平。
有效带宽
QAM利用决策反馈均衡方法，将输入信噪比(S/N)在整个频带内平均。而DMT则是按每个子信道平均。对于最小信噪比小于信号电平的频段，DMT就无法利用。另一方面，QAM调制解调器则可利用这一频段。
结语
有效开发市场并获得成功的一个关键因素是系统互操作性。在这方面，QAM VDSL也走得更远一些。供应商们各自的芯片组解决方案已经实现了互操作。另一方面，由于到目前还没有多家供应商提供DMT VDSL技术，因此DMT VDSL的互操作性仍是未知数。当然，由于DMT是ADSL的标准线路编码方案，因此，现有客户端的基于ATM的ADSL调制解调器将可以与另一端的基于ATM的DMT VDSL调制解调器通信。然而，今天的部署环境主要是连接到光纤的Ethernet-over-VDSL链路，而不是支持ATM的DSLAM设备。设备供应商和服务供应商在做出决定时需要考虑多种技术和商业因素。在这方面，QAM的成熟技术、市场增长趋势以及所展示的互操作性，都使其成为通过铜线提供真正宽带连接的明智技术选择。■
摘自 电子产品世界
然而，在实施基于VDSL的连接前，需要做出两个重大决策。第一个是采用何种传输协议，以太网，还是异步传输模式(ATM)。第二个是采用何种VDSL线路调制技术，是正交幅度调制(QAM)呢，还是离散多音复用(DMT)？
协议的选择更多地与应用需求相关，而选择QAM还是DMT就没有这么简单了。地区频谱兼容性、噪声容限、成本、互操作性以及相对功耗这些因素都必须考虑进去。而且，尽管已经存在DMT已被应用于现有非对称DSL(ADSL)方案这一事实，但由于VDSL模式与之非常不同，因此这并不意味着DMT就可无缝移植，应用于VDSL。为在QAM和DMT间做出依据充分的选择，需要设计人员充分了解两者之间的差异和利弊。
DSL技术选择
非对称DSL(ADSL)的典型性能为下行 1-3Mbps，上行约 700Kbps，因此无法满足视频应用的大带宽要求。此外，ADSL也无法提供商业用户所需要的对称双向传输。单线对高位率DSL(SHDSL)比ADSL有了很大的改善，可提供高达2.3Mbps的对称传输能力。然而，这一技术仍然主要面对以数据为主的应用。利用SHDSL可提供一些集成通信解决方案，包括语音和视频会议，但其带宽资源仍然达不到提供高质量收费视频解决方案的要求。这也正是VDSL出现的原因。
VDSL并不是ADSL的简单升级，尽管在ADSL实施过程中获得了有关DMT的许多经验，但DMT却并非VDSL解决方案的当然之选。要理解QAM和DMT间的不同和优缺点，我们必须首先了解VDSL和ADSL应用环境间的差别。
● VDSL部署的起点通常是路边的光纤干线或建筑物内的配线室。VDSL要经过电梯竖井、建筑物内线路以及其它“通信不友好的”地方，因此容易受到长脉冲噪声(脉冲噪声)的干扰。
● VDSL服务包括视频和其它可带来营收的增值服务。VDSL并不仅仅用于快速因特网接入，因此需要更高更有保证的服务质量水平。
● VDSL利用了比ADSL更宽的频带，更高频率所伴有的更大衰减和串扰特性需要更强大的均衡能力。
● VDSL工作在短距离(500~1500米)。
由于VDSL并非ADSL的简单技术升级，因此在选择VDSL调制技术时就不应该将与现有ADSL系统的互操作性做为强制性要求。如前所述，决定选择的因素是应用需求以及两端(光纤端和用户端)的连接要求。因此，在比较两种调制方法时，必须给予系统成熟度、技术要求、目标应用和环境条件同样的重视。
VDSL技术选择
VDSL线路将超高速主干网与用户端(CPE)设备和/或集成接入设备(IAD)连接起来。进一步，由于Ethernet over VDSL技术的应用，电信运营商现在还可以将一个企业局域网(LAN)或一个园区网络连接到10/40 Gbit广域网。
自1998年QAM VDSL技术开始以来，设备和服务供应商可自由选择所采用的传输协议。以太网用得最多，它为最终用户提供了规模经济效应。就每一链路来说，Ethernet-over-VDSL实施的价位已经可以与ATM-over-ADSL相比，从而使这一技术非常具有吸引力。此外，当VDSL做为现有基于DSLAM(DSL接入复用器)系统的升级而部署时，设备供应商和电信商也觉得ATM传输较高的每链路成本也是可以接受的。因此，传输协议的选择主要由应用需求决定，而不是技术本身。
VDSL标准包含了两种可能的调制技术：单载波调制(也称为QAM)和多载波调制(也称为DMT)。QAM线路编码技术采用了四频带划分结构。为了保证服务灵活性，标准团体还定义了具体频带分配方案。目前所有部署的VDSL解决方案中应用的都是QAM，现在全球部署的VDSL端口已接近200万。支持四频带标准的第三代和第四代QAM-VDSL芯片组也已上市。四年来部署QAM VDSL所获得的现场经验也表明该技术在电源和带宽利用方面有优异的性能和经济的成本。
DMT将整个信道或频带划分为中心间距为4.3125 kHz的子信道。在全速率VDSL实施中，DMT利用快速傅里叶变换(FFT)等技术在多达4096个子载波上调制数据，从而创建大量的子传输过程。而所有这些子信道必须并行处理。
QAM与DMT的比较
QAM方法集中于在时域对VDSL信号进行处理，考虑到线上信号的串行特点和模拟特点，同时对系统数字和模拟部件进行了优化。DMT进行的则是频域信号处理，这需要在线路的每一端进行时域-频域(IFFT/FFT)和串行-并行数据流转换，在此之前无法采用任何措施对POTS铜线上的模拟噪声进行补偿。QAM VDSL技术更成熟、功耗更低，并且其即插即用特性可提供强大和简单的链路配置能力。DMT还是ADSL解决方案的调制技术选择。对于仅将VDSL视为高速非对称数据传输业务升级的服务供应商，或者那些存在与现有ADSL安装兼容性问题的服务供应商，在VDSL部署中采用DMT技术是符合逻辑的选择。如前面指出的，Ethernet-over-VDSL链路与ATM-over-ADSL的链路成本差不多，从而使其对所有类型的系统实施在经济上都是有吸引力的。
很明显，QAM和DMT各有其优缺点，选择哪种方案需要对现实状况以及与特定应用和安装环境相关的其它实际因素进行分析。利弊权衡主要在影响性能的六个主要方面：脉冲噪声、外界噪声干扰、即插即用功能、功耗、带宽利用和互操作性。
噪声处理
任何DSL技术都会受到脉冲噪声的影响。脉冲噪声在一段时间内将信号抹除，因此调制方案如何处理脉冲噪声至关重要。QAM和DMT技术都使用了一个数据交织器，采用里德-所罗门码纠错。QAM所使用的交织器在传输路径中引入的延迟较小(小于10毫秒)、并且需要的存储器比DMT交织器少。
基于DMT的系统中一个重要问题是持续时间达数十微秒的脉冲噪声可导致接收器端所有使用的子信道中出现错误，从而抹除一个完整的FFT数据帧。DMT系统中的脉冲噪声保护必须始终编程设置为FFT帧长度的整数倍，而不仅仅是网络中脉冲噪声的持续时间。已定义的VDSL标准要求500ms的脉冲噪声保护。例如，一个250 ms长的DMT帧需要三个DMT帧长(或750ms)的脉冲噪声保护才能满足标准要求。这引入了额外的延迟(约10 ms)和额外的交织存储器空间需求。因此，即使一个短的脉冲噪声也可能抹除一个DMT帧中的所有信息，但此类脉冲噪声在QAM调制解调器中的影响则要小得多，这是由于QAM数据帧的持续时间短，通常不到1微秒。
噪声敏感度，以及更重要的噪声阻抗决定了一个芯片解决方案或一个接入系统的性能。对于所有基于铜导线的xDSL技术，这是一个共同的问题。而且其影响随着频率的上升而增强。VDSL利用了频谱的高端(高达12 MHz)，因此使得噪声干扰成为一个问题。本质上，DMT信号的波峰系数比QAM信号要大，通常至少需要13位的模数转换(与此相比，QAM信号只要10至11位)。这导致模数转换过程在接收端产生错误，迫使接收器利用里德-所罗门算法尝试纠错。由于里德-所罗门码的纠错能力有限，在DMT信号传输过程中，仅仅利用其纠正发送端带来的错误就消耗了这一资源的相当一部分。这样在里德-所罗门码中用于纠正噪声错误的纠错资源就较少了。
与此相比，QAM不会由于设计中内在的量化过程而引入错误，因此对于在传输链路中引入的潜在外部噪声有更强的抵抗能力。QAM利用均衡技术做为抵抗传输链路噪声的强有力手段。
依靠目前的信号处理技术以及硅制造工艺，可开发出性能优异的均衡器，允许QAM-VDSL调制解调器在严酷的环境中(包括来自同一电缆束中其它VDSL系统的桥接抽头和强烈的自串扰干扰)工作。五年前，当DMT被接受做为ADSL的标准调制方式时，支持者展示了这一技术可利用更少的MIPS数完成同样的均衡处理操作。今天，处理器的MIPS预算已不再那么紧张，从而使得这一点已不能再成为反对QAM调制方法的理由。
QAM采用的是盲均衡(blind equalization)，这意味着不需要训练序列(training sequence)或握手过程。因此，基于QAM的系统只用100 ms就可开始工作。与此相比，DMT必须通过线路发送训练序列。接收器根据接收到的序列调整自己，然后再将信息发送到发射器以将信息分配到所有子信道中。因此基于DMT的系统可能需要数秒时间才能开始工作。虽然对于冲浪的DSL用户来说这通常都在其期望范围之内，但对于那些习惯于电视调谐器式的“即开即用”方式的消费者来说，也许就不会感到满意了。
基于QAM的VDSL包含了集成的通信信道，可根据所需要的服务对链路进行简单的即插即用配置。QAM允许用户简单地选择一个与所需要服务相匹配的配置文件，然后链路能够自动进行配置。DMT VDSL则必须交换所使用的所有4096个子信道的参数，而在存在强串扰的环境(VDSL频率)中，一条DMT线路可能会与其相邻线路竞争使用同一子信道。
功耗
对于部署在电话杆上、街头配线箱内或智能大厦配线室内的系统来说，功耗非常关键。在这些部署中，设备大小和功耗预算都非常有限，而且对于VDSL服务提供的可行性有强烈的影响。DMT调制需要更高精度的A/D和D/A，通常至少比QAM要多1-2位。转换中精度每多一位都会使功耗加倍。
为了处理4096个子信道，DMT还需要更多的数字信号处理、存储器和数据缓冲资源，所有这些都消耗更多的功率。四频带QAM VDSL的每端口功耗仅为1.5W。QAM仅利用12位 A/D、D/A，在没有量化限幅的情况下完成信号转换，从而达到低功耗水平。
有效带宽
QAM利用决策反馈均衡方法，将输入信噪比(S/N)在整个频带内平均。而DMT则是按每个子信道平均。对于最小信噪比小于信号电平的频段，DMT就无法利用。另一方面，QAM调制解调器则可利用这一频段。
结语
有效开发市场并获得成功的一个关键因素是系统互操作性。在这方面，QAM VDSL也走得更远一些。供应商们各自的芯片组解决方案已经实现了互操作。另一方面，由于到目前还没有多家供应商提供DMT VDSL技术，因此DMT VDSL的互操作性仍是未知数。当然，由于DMT是ADSL的标准线路编码方案，因此，现有客户端的基于ATM的ADSL调制解调器将可以与另一端的基于ATM的DMT VDSL调制解调器通信。然而，今天的部署环境主要是连接到光纤的Ethernet-over-VDSL链路，而不是支持ATM的DSLAM设备。设备供应商和服务供应商在做出决定时需要考虑多种技术和商业因素。在这方面，QAM的成熟技术、市场增长趋势以及所展示的互操作性，都使其成为通过铜线提供真正宽带连接的明智技术选择。■
摘自 电子产品世界
上一篇：详解无线接入技术
下一篇：无线接入宽带网的设计与实现
