VDSL技术介绍.doc

高速数字用户线(VDSL)技术能在1,500米距离内达到26Mbps的对称数据率，在更短距离和非对称应用中可以实现更高的数据率。其高速率特点可以为住宅用户和企业客户提供高速网络连接和汇集业务。 在实现基于VDSL的连接之前，必须作出以下两项选择。首先，必须在以太网络传输模式和异步传输(ATM)模式之间做出选择；其次，还必须确定VDSL采用正交幅度调变(QAM)还是离散多音(DMT)技术。由于协议的选择更多地取决于应用需求，因此并不能简单地作出选择，像区域频谱的兼容性、噪音容限、成本、互通作业性和相对功耗这样的因素都必须加以考虑。 尽管现有的非对称DSL(ADSL)采用了DMT技术，但由于VDSL模型完全不同，因而DMT也不能简单地无缝移植到VDSL应用中。为了在QAM和DMT之间作出明智选择，设计工程师必须充分了解两者之间的特点和差异。 VDSL技术 图1中，VDSL在光纤到路边或光纤到大楼应用中作为一种光纤延伸技术，在速率极高的骨干网与客户端设备和或整合接取设备之间起到了桥梁连接作用。此外，随着在VDSL上提供以太网络应用成为可能，电信厂商在实现全因特网协议架构的同时，还能在商用LAN或整个校园网同10/40Gb以太广域网络路之间实现互联。 自QAM VDSL技术推出以来，在大部份新安装的系统和网络中，设备和业务供货商都可以自由地选择传输协议。在各种协议中以太网络是最常用的一种，能为终端用户提供低成本的互联并实现简单、强韧的即插即用VDSL解决方案。就每条链接而言，基于VDSL上的以太网络的实现成本与基于ADSL上的ATM相当，这使得该技术在新的应用中引起了广泛关注。此外，当VDSL作为现有的基于DSLAM的系统升级进行配置时，设备供货商和厂商将会认为ATM传输中较高的单链路成本是可以接受的。因此，传输协议的选择取决于应用需求，而非技术本身。 正如在ETSI TS 10127002、ANSI T1.424和ITU G.993.1中所定义的一样，VDSL标准定义了两种可行的调变技术：单载波调变(QAM)和多载波调变(DMT)。QAM线编码采用如图2所示的4频段分割结构。出于对业务灵活性的考虑，标准制订组织规定了频段分配计划。虽然各个国家业务需求不尽相同，但在每个地区，频谱兼容性和频带规划一致性必须合理有序，以满足业务需要。 DMT将整个讯息信道或频带分成频宽为4.3125kHz的子讯息信道，并使每个子讯息信道承载总载荷的一部份。DMT采用快速傅立叶变换(FFT)对数据进行调变，在全速率VDSL实现中可得到高达4,096个子载波，在大量的传输中子讯息信道将平行处理。目前在所有的VDSL解决方案中都采用了QAM技术，在全球配置的端口数目已经超过两百万，支持4频段标准的第三代和第四代QAM-VDSL芯片组目前也已问市。 QAM VDSL四年的推广应用充分体现了该技术的优越性能，以及在功耗和频宽利用上的优良性能。 QAM和DMT技术比较 QAM和DMT不仅在4频段方案的实现上存在差异，而且在对其它关键性能的处理上也有所不同。QAM调变技术专注于VDSL讯号的时域处理，考虑了线路上讯号的串行和模拟特性，并对系统中的数字和模拟讯号进行最佳化。在采取措施解决POTS铜线所固有的噪音和衰减之前，在线路的每一端的DMT频域处理需要进行时域-频域(IFFT/FFT)和串并数据流变换。如前所述，基于VDSL的以太网络的链接成本与基于ADSL的ATM相当，因此，这样的成本对于各种系统实现都具有一定的吸引力。 显然，QAM和DMT都各具优缺点，选择何种方案取决于对现实条件以及特定应用和设备环境中实际问题的分析。因此，必须对以下6个影响性能的主要因素进行折衷考虑，包括突发噪音、外部噪音干扰、即插即用功能、功耗、频宽利用率以及互通作业性。 a. 噪音问题 噪音问题对任何xDSL技术都会产生影响。由于噪音可能在一段时间内覆盖有效讯号，因此调变技术对突发噪音的处理极为重要。QAM和DMT均采用了数据交织器和RS纠错技术相结合的方案。与DMT交织器相较，QAM交织器在传输路径上导入的延迟较小(略低于10毫秒)，占用的内存也较少。 基于DMT的系统存在的主要问题是，持续时间为数十微秒的脉冲噪音将使接收器中所有正被使用的子讯息信道出现错误，并完全清除FFT字符，DMT系统必须能在整个FFT字符长度(而不仅仅是网络中的脉冲长度)内防止噪音的影响。VDSL标准规定噪音保护的时间长度为500s。在图3中，250s的DMT字符要求噪音保护必须为3个DMT字符(即750s)，以满足标准的要求。 这无疑将导入约10ms的额外延迟和额外的交织器储存空间。因此，即使很短的突发噪音也可能清除一个DMT讯框中的所有信息。但在QAM调制解调器中，这些突发噪音的影响则很小，因为QAM字符的持续时间较短，通常低于1s。噪音感应度以及更关键的噪音阻抗将决定芯片解决方案或接取系统的性能，这是所有铜线xDSL技术共同存在的问题，并将随频率的增加而更为明显。 VDSL采用了高达12MHz的频率，因而其噪音问题更突出。就其本身的特性而言，DMT讯号具有比QAM讯号更高的峰值，因此通常至少需要13位模拟数字转换，而QAM讯号则只需要10或11位。这样，模拟数字转换器需要截断讯号的峰值部份，这样将在接收端产生错误，因此接收器必须采用RS算法检验并校正这些错误。由于RS程序代码实现纠错的能力有限，因此DMT讯号在校正由传输侧产生的错误时将占用大量资源，这使得RS码校正噪音错误的裕量很小。相反，采用QAM技术不存在这种问题，透过采用均衡处理，对于传输链路外部可能导入的噪音具有较强的抗干扰性能。 目前讯号处理技术和硅技术的快速发展有助于开发出具有较强强韧性的均衡器，使QAM-VDSL调制解调器能工作于更苛刻的条件下，包括桥接抽头以及来自同一电缆束中其它ADSL系统的自串扰干扰。 早在五年前当DMT成为ADSL标准调变技术时，支持者就已经显示该技术需要较少的MIPS(每秒百万条指令)处理能力即可实现类似的均衡处理。但是，随着半导体技术的发展，MIPS预算不再受限，采用QAM技术需要更多的处理能力的问题不再存在。QAM技术采用隐含均衡(blind equalization)处理，这意味着无需训练讯号序列或握手讯号。因此，基于QAM的系统大约需要100ms启动作业。相反，DMT必须在线路上发送训练序列，接收器根据接收的序列自行调整，然后返回信息至发送器并在所有的子讯息信道中发布。因此，基于DMT的系统可能需要数秒时间才能启动作业。 基于QAM的VDSL具有可在任何要求的业务中进行简单即插即用链路配置的整合通讯讯息信道。采用QAM调变技术，用户可以简单地选择与所需业务匹配的规格类型，并且链路可以自动配置。而DMT VDSL必须对用到的全部4,096个子讯息信道进行参数交换，在VDSL频率的高串扰环境下，单条DMT线路可能与其相邻线路对某子讯息信道的使用产生竞争。 b. 功耗问题 对于VDSL应用来说，功耗问题十分重要，通常要求系统设备具有较小的尺寸和功耗，较大的功耗将影响业务提供的可行性。DMT调变需要比QAM调变的模拟数字模拟数字转换器多1至2位，而AD/DA转换器中每增加一位都将使功耗增大一倍。 同样，DMT还需要更多的数字讯号处理、内存和数据缓冲存储器资源来处理4,096个子讯息信道，而所有的子讯息信道都将产生一定的功耗。由于采用12位AD和DA转换，4频段QAM VDSL每埠的功耗为1.5瓦，而且不存在讯号削峰的问题。QAM技术采用判定反馈均衡技术，在整个频带上对输入讯息噪音比(S/N)进行平均，而DMT只在每个子讯息信道上对数据位进行平均。如图4所示，子讯息信道中讯号最小的SNR值在虚线以下时，DMT将不能使用该子讯息信道上讯号。但对于QAM调制解调器，即使频率的SNR值远低于DMT设备实现正常性能所需的水平时，系统仍能正常地工作。 c. 互通作业性 系统的互通作业性也是影响其市场的一个关键因素，在这方面QAM VDSL技术具有优势，半导体供货商已经在各自的芯片组解决方案中实现了互通作业性。 相反，DMT VDSL的互通作业性则前景不明，因为很多的供货商尚未提供该技术方案。由于DMT是ADSL的标准线编码技术，因此客户端的现