VDSL， ADSL和xDSL

VDSL

一、概述

简单地说，VDSL就是ADSL的快速版本。使用VDSL，短距离内的最大下传速率可达55Mbps，上传速率可达2.3Mbps（将来可达19.2Mbps，甚至更高）。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。将来的升级可能需要转向回馈抑制(Echo Cancellation)或其它技术以管理线路。象ADSL一样，VDSL将主要用于实时视频传输和高速数据访问。

二、原理

VDSL的体系结构就象高速的ADSL。VDSL复用上传和下传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。

目前，建议使用的VDSL编码有四种：CAP、DMT（这两种请参阅ADSL）、DWMT和SLC。DWMT(Discrete Wavelet Multitone)是使用单一载体的子波变换的多重载体调制系统。SLC(Simple Line Code)是一种基带信令版本，它过滤基带并在收发器处还原。

VDSL用频分复用(FDM)分隔信道。以后VDSL将支持对称数据速率，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，象ADSL(T1.413)一样，它用一种Reed Solomon编码和interleaving对线噪纠错。

三、目前情况

VDSL技术仍处于初期，长距应用仍需测试。其许多线路特性的数据仅是推测，这可能会损害其整体性能。其端点设备的普及也需要时间。ADSL具有较好的产品基础，将VDSL与ADSL合用是个好的策略，将ADSL用于远距而VDSL用于近距，它们可以为未来的数据需要提供更好的服务。

ADSL

一、概述

ADSL是DSL的一种非对称版本，它利用数字编码技术从现有铜质电话线上获取最大数据传输容量,同时又不干扰在同一条线上进行的常规话音服务。其原因是它用电话话音传输以外的频率传输数据。也就是说,用户可以在上网"冲浪"的同时打电话或发送传真,而这将不会影响通话质量或降低下载Internet内容的速度。

ADSL能够向终端用户提供8Mbps的下行传输速率和1Mbps的上行传输速率,比传统的28.8K模拟调制解调器快将近200倍。这也是传输速率达128Kbps的ISDN(综合业务数据网)所无法比拟的。与电缆调制解调器相比, ADSL具有独特优势:它提供针对单一电话线路用户的专线服务,而电缆调制解调器则要求一个系统内的众多用户分享同一带宽。尽管电缆调制解调器的下行速率比ADSL高,但考虑到将来会有越来越多的用户在同一时间上网,电缆调制解调器的性能将大大下降。另外,电缆调制解调器的上行速率通常低于ADSL。不容忽视的是,目前,全世界有将近7.5亿铜质电话线用户,而享有电缆调制解调器服务的家庭只有1200万。

ADSL设计目的有两个功能：高速数据通信和交互视频。数据通信功能可为因特网访问、公司远程计算或专用的网络应用。交互视频包括需要高速网络视频通信的视频点播(VoD)、电影、游戏等。目前，ADSL只支持与T1/E1的接口，在未来可以到桌面。

下传速率由距离、线缆尺寸、干扰等多种因素所影响，从10Kbps到640Kbps，下表为一定距离内标准的下传速率：

二、ADSL的标准

一直以来,ADSL有CAP和DMT两种标准,CAP由AT&T Paradyne设计，而DMT由Amati通信公司发明，其区别在于发送数据的方式。ANSI标准T1.413是基于DMT的，DMT已经成为国际标准,而CAP则大有没落之势。近来谈论很多的G.Lite标准很被看好,不过DMT和G.Lite两种标准各有所长,分别适用于不同的领域。DMT是全速率的ADSL标准,支持8Mbps/1.5Mbps的高速下行/上行速率,但是,DMT要求用户端安装POTS分离器,比较复杂;而G.Lite标准虽然速率较低,下行/上行速率为1.5Mbps/512Kbps,但由于省去了复杂的POTS分离器,因此用户可以像使用普通Modem一样,直接从商店购买CPE,然后自己就可以简单安装。就适用领域而言,DMT可能更适用于小型或家庭办公室(SOHO);G.Lite则更适用于普通家庭用户。

1、CAP（Carrierless Amplitude/Phase Modulation）

CAP是AT&T Paradyne的专有调制方式，数据被调制到单一载体信道，然后沿电话线发送。信号在发送前被压缩，在接收端重组。

2、DMT（Discrete Multi-Tone）

将数据分成多个子载体信道，测试每个信道的质量，然后赋予其一定的比特数。DMT用离散快速傅立叶变换创建这些信道。

DMT使用了我们熟悉的机制来创建调制解调器间的连接。当两个DMT调制解调器连接时，它们尝试可能的最高速率。根据线路的噪声和衰减，两个调制解调器可能成功地以最高速率连接或逐步降低速率直到双方都满意。

3、G.Lite

正如N1标准和互用性测试曾推动了ISDN市场一样,如今客户和厂商也急切地等待着一项DSL设备互用性标准的到来。该标准被称为G.lite,也被另称为Consumer Asymmetrical DSL (消费者ADSL),它正在由一个几乎包括所有主要的DSL设备制造商的集团--Universal ADSL Working Group进行开发。不过不要将这个标准与Rockwell公司1997年夏天展示的已不再使用的基于QAM的Consumer DSL芯片集或者与Universal ADSL相混淆。G.lite的第一版工作文档是1998年6月在亚特兰大举行的Supercomm贸易博览会上公布的。这项初步的G.lite标准首先由UAWG交付表决,然后作为一项建议转交给国际电信联盟ITU。ITU当时预计在1998年底之前签署认可一项正式的G.lite标准。

未来的G.lite标准的某些细节已经明了,基于该标准的CPE也许很快就会出现。G.lite标准(即ADSL)将基于ANSI标准"T1.413 Issue 2 DMT Line Code"之上,并且将1.5Mbps的下行速度和384Kbps的上行速度预定为其最大速度。小于那些最大速度的"速度自适应(Rate-Adaptive)"也是该标准的一部分,所以,Internet服务提供商(ISP)可以提供256Kbps的对称速度作为一个G.lite连接速度。不过,为了简化设备和供应要求,多数设备将被限制在那些最大速度上。

1.5Mbps的速度限制虽然与DSL的一般被公布的7Mbps的最大下行速度相比似乎具有限制性,但它是基于典型客户布线方案的经验测试之上,也是基于可通过ISP获得的实际骨干带宽之上。

DSL线路需要优质铜环--这意味着没有加感线圈,桥接抽头之间不超过2500英尺,而一般与中心局之间的距离不超过18000英尺。如果速度更高,距离要求就变得更加关键,而且线路也更容易被"扰乱者"--和DSL线路处于同样线捆中的ISDN和T1线路--破坏。

虽然G.lite正被宣传为一项"不分离(splitterless)"的标准,但新的标准所面临的工程现实意味着,在一开始可能仍然对分离器、过滤器,甚至新的客户场所布线有所需要。随着G.lite的标准走向成熟,人们更好地理解这些问题,更好地实施厂商芯片,它也许才会更接近于成为一项真正的不分离的标准。

当然,即使处于G.lite速度,常规的PC串行端口上的UARTs(通用异步接收机/发送器)也已不能跟上。因此,使用串行技术的单个用户的外置PC调制解调器将会在PC上采用通用串行总线端口(Universal Serial Bus),也有可能采用增强的并行端口;路由器和桥接单位则使用以太网;更新一点的芯片集,如Rockwell最近宣传的V.90/ADSL配对芯片集,将会把G.lite和V.90标准结合在一个调制解调器上,为客户提供一项连接配置选择。

带宽是另一项考虑因素。当Bellcore于1989年首次公布其DSL工作时,其目的是为了将DSL用于视频点播服务,而不是纯粹的数据通信。

但是,现在没有几家ISP能够真正满足1000个用户的7Mbps Internet访问需求。G.lite的1.5Mbps/384Kbps限制是一个合理的最大速度,无论如何,许多用户很可能会选择更慢的对称速度。..

4、目前的标准

ANSI提出了速率可达6.1Mbps的ADSL标准T1.413，ETSI(European Technical Standard Institute)增加了附件以适应欧洲的需要，称为T1E1.4，将扩展标准以包含用户端的复用接口、网络配置和管理协议及其它改进。

三、原理

ADSL用其特有的调制解调硬件来连接现有双绞线连接的各端，它创建具有三个信道的管道，见下图。

该管道具有一个高速下传信道(到用户端)，一个中速双工信道和一个POTS信道(4KHz)，POTS信道用以保证即使ADSL连接失败了，语音通信仍能正常运转。高速和中速信道均可以复用以创建多个低速通道。

此表为简单的参考，实际线速要受物理线缆长度、尺寸和干扰等因素的影响。

在过去数年中，电话系统的硬件技术有了很大进步，然而ADSL使用了非常简单的方法来获取取惊人的速率：压缩。它使用很先进的DSP和算法在电话线（双绞线）中压缩尽可能多的信息。

ADSL用频分复用(FDM)或回馈抑制(Echo Cancellation)在电话线中创建多个信道。FDM使用一条下传数据管道和一条上传数据管道，并用时分复用(TDM)将下传管道分割，上传管道也被分成多个低速信道。回馈抑制将下传管道和上传管道重叠，并用本地回馈抑制（如V.34规范）将二者区分。回馈抑制虽然更加有效，但增加了复杂性和成本。

ADSL复用下传信道，双工化，将信道分块，给每块加上错误码，然后发送数据，接收端根据误码和块长纠错。测试表明ADSL调制解调器的纠错足以应付MPEG2和多种其他的数字视频方案。

四、ADSL的未来

ADSL的未来可能不会与现在有太大的差异。目前ADSL的实现有两种方式：CAP和DMT，后者已成为标准。虽然CAP不是标准，但它由AT&T Paradyne发明，已经在通信中广为应用。G.Lite也很有发展前途。很难说将来会是什么样子，但有一点可以肯定：厂商和电话公司有一个需要克服以发展网络的瓶颈，解决方法必须在目前很快可用，并在未来仍然有用武之地。

xDSL

一、概述

当前的铜电话线以28.8Kbps（在软件的帮助下可达到56Kbps）的速率承载话音通信，这些线路使用现有的电话网，不需要任何附加的硬件或软件，其优点是可以立刻访问到任何电话网可达的地方，但这也恰是其缺点所在：整个网络是以过去的速率要求来布线的。

在理想的环境下，铜线的速率仅受线缆衰减的限制，但在现有的电话网中，带宽很大程序上被过滤器和网络本身所制约。现有铜双绞线的升级固然可以极大地提升整个网络性能，但其代价不菲，因此需要一种既能使用现有线缆又能明显提高性能的方法。Bellcore发明了第一代数字用户技术并创造了术语DSL。其目的是高性能、低成本：在现有铜线网络上达到至少2Mbps的带宽。DSL用软件和电子技术结合，弥补了铜线的一些缺陷。

DSL给予我们：几乎立刻的网络升级；比光纤和同轴电缆更便宜的选择；更可靠的数据传输。

xDSL是DSL(Digital Subscriber Line)的统称,意即数字用户线路,是以铜电话线为传输介质的点对点传输技术。DSL技术在传统的电话网络(POTS)的用户环路上支持对称和非对称传输模式,解决了经常发生在网络服务供应商和最终用户间的"最后一公里"的传输瓶颈问题。由于电话用户环路已经被大量铺设,如何充分利用现有的铜缆资源,通过铜质双绞线实现高速接入就成为业界的研究重点,因此DSL技术很快就得到重视,并在一些国家和地区得到大量应用。

二、实现

xDSL系统主要由局端设备(DSLAM--Digital Subscriber Line Access Multiplexer)和用户端设备(CPE)组成,其实现原理如下图所示。

局端由DSLAM接入平台、DSL局端卡、语音分离器、IPC(数据汇聚设备)等组成,其中IPC为可选的设备。语音分离器将线路上的音频信号和高频数字调制信号分离,并将音频信号送入电话交换机,高频数字调制信号送入DSL接入系统;DSLAM接入平台可以同时插入不同的DSL接入卡和网管卡等;局端卡将线路上的信号调制为数字信号,并提供数据传输接口;IPC为DSL接入系统提供不同的广域网接口,如ATM、帧中继、T1/E1等。这些设备都设在电话系统的交换机房中。

用户设备由DSL Modem和语音分离器组成,DSL Modem对用户的数据包进行调制和解调,并提供数据传输接口。

三、原理

1. 其他传输技术

传统电话系统在用户环路上利用0～3KHz的频率传送语音,电话交换机将模拟语音信号转成64Kbps(零次群)的数字信号,通过多路复用技术,将多路语音信号合并为T1/E1或更高,通过光纤或铜缆传输到其他交换机。因此,由于电话系统的限制,利用电话连接进行数字传输的速率不是很高(33.6/56Kbps)。

ISDN 基本速率综合数字业务网可向用户提供2B+D=160Kbps的传输速率,用户利用数字终端可分别或组合利用这个带宽。ISDN利用线路的80～100KHz频率传输信号。

通过用户环路的T1/E1基带专线技术,传统的T1/E1专线技术利用非常简单的基带调制方法AMI(T1)或HDB3(E1)传输信号,由于调制技术的限制,传输距离很短,需要在线路中安装放大器,信号功率大,干扰大。

2. DSL技术

DSL技术是利用在电话系统中没有被利用的高频信号传输数据。DSL利用了更加先进的调制技术:

• 2B1Q--由AMI技术发展出来的基带调制技术,能够利用AMI的一半频带达到AMI一样的传输速率,由于降低了频带要求,提高了传输距离,主要应用于H/SDSL技术中。
• QAM--传统的拨号Modem所用的技术,MVL将其扩展到高频段,并综合了复用技术,以支持多Modem共享同一线路。
• CAP--载波频率可变,在一个频率周期或波特内传输2到9位二进制数据,因此在相同的传输速率下,占用更少的带宽,传输距离更远,主要应用于H/SDSL,RADSL中。
• DMT--将高频段划分为多个频率窗口,每个频率窗口分别调制一路信道,由于频段间的干扰,传输距离相对短,应用于ADSL中。DMT已成为ANSI制订的ADSL应用的调制标准--T1.413。

下表比较了各种编码技术在不同DSL技术中的应用。

四、分类

xDSL中,"x"代表着不同种类的数字用户线路技术。各种数字用户线路技术的不同之处,主要表现在信号的传输速率和距离,还有对称和非对称的区别上。

DSL技术主要分为对称和非对称两大类。

1、 对称DSL技术

对称DSL技术主要有以下几种:

1) HDSL--High-bit-rate DSL(高比特率DSL)

HDSL是xDSL技术中最成熟的一种,已经得到了较为广泛的应用。这种技术可以通过现有的铜双绞线以全双工T1或E1方式传输。(一个将要出现的称之为HDSL2的版本将可以使用单根双绞线完成同样的任务)。其特点是:

• 利用两对双绞线传输
• 支持N×64kbps各种速率,最高可达E1速率
• HDSL是T1/E1的一种替代技术,主要用于数字交换机的连接、高带宽视频会议、远程教学、蜂窝电话基站连接、专用网络建立等。

与传统的T1/E1技术相比,HDSL具有以下优点:

• 价格便宜
• 容易安装,T1/E1要求每隔0.9～1.8公里就安装一个放大器,而HDSL可在3.6公里的距离上传输而不用放大器。

2） SDSL--Single-line DSL，这是HDSL的单线版本，它可以提供双向高速可变比特率连接,速率范围从160Kbps到2.084Mbps。

• 利用单对双绞线
• 支持多种速率到T1/E1
• 用户可根据数据流量,选择最经济合适的速率,最高可达E1速率,比用HDSL节省一对铜线
• 在0.4mm双绞线上的最大传输距离为3公里以上。

3） MVL--Multiple Virtual Line(多虚拟数字用户线)

MVL是Paradyne公司开发的低成本DSL传输技术。

• 利用一对双绞线
• 安装简便,价格低廉
• 功耗低,可以进行高密度安装
• 利用与ISDN技术相同的频率段,对同一电缆中的其他信号干扰非常小
• 支持语音传输,在用户端无需语音分离器
• 支持同一条线路上同时连接多至8个MVL用户设备,动态分配带宽
• 上/下行共享速率可达768Kbps
• 传输距离可达7公里。

4） IDSL(ISDN数字用户线) 通过在用户端使用ISDN终端适配器和在双绞线的另一端使用与ISDN兼容的接口卡,这种技术可以提供128Kbps的服务。

2、 非对称DSL技术

非对称DSL技术主要有以下几种:

1） ADSL--Asymmetric DSL(非对称DSL)，ADSL为网络提供速率从32Kbps到8.192Mbps的上行流量和从32Kbps到1.088Mbps的下行流量,同时在同一根线上可以仿真提供语音电话服务。

• 利用一对双绞线传输
• 上/下行速率从1.5Mbps/64Kbps到6Mbps/640Kbps
• 支持同时传输数据和语音。

2） RADSL--Rate Adaptive DSL(速率自适应DSL)，这种技术允许服务提供者调整xDSL连接的带宽以适应实际需要并且解决线长和质量问题。

• 利用一对双绞线传输
• 支持同步和非同步传输方式
• 速率自适应,下行速率从640Kbps到12Mbps,上行速率从128Kbps到1Mbps
• 支持同时传输数据和语音。

3） VDSL--Very High Data Rate DSL(甚高速数字用户线) 在用户回路长度小于5000英尺的情况下,可以提供的速率高达13Mbps甚至还可能更高,这种技术可作为光纤到路边网络结构的一部分。此技术可在较短的距离上提供极高的传输速率,但应用还不是很多。

此外还有一些公司所提出的建议，如UDSL(Unidirectional DSL)、x2/DSL，应用很少。

五、xDSL技术的应用范围

1. 对称DSL技术

对称DSL技术主要用于替代传统的T1/E1接入技术。与传统的T1/E1接入相比,DSL技术具有对线路质量要求低、安装调试简单等特点。广泛地应用于通信、校园网互连等领域,通过复用技术,可以同时传送多路语音、视频和数据。

2. 非对称DSL技术

非对称DSL技术非常适用于对双向带宽要求不一样的应用,如Web浏览、多媒体点播、信息发布等,因此适用于Internet接入、VOD系统等。