高速数字用户线的发展

2019-11-03 18:56:20

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供稿：网友

张煦中国科学院院士

　　摘要首先说明甚高速数字用户线（VDSL）的由来，其次说明铜线用户线性能的影响，然后解释VDSL的业务分类和VDSL的参考模型。

　　关键词数字用户线甚高速数字用户线业务分类参考模型

1 VDSL的由来

　　近年来，世界各国越来越多的电话用户装置了计算机，需要使用的数字通信速率越来越高，而用户端连接通信网交换局的接入线（即常称的用户线），仍是对绞铜线。虽然城市通信网的交换局间线路已经很多利用了光缆，具有较大的传输容量，能够传输较高数字速率的信号，但广泛散布的用户线却因经济成本原因，很多仍用原有的对绞铜线。为此，怎样在铜线用户线上加装不复杂的设备、借以传输高速率数字信号，是急待解决的重要实际问题。

　　国际上曾经出现铜线用户线上加装调制解调器（MODEM），构成数字用户线（DSL）。近年为进一步要求提高传输数字速率的能力而改进为甚高速数字用户线（VDSL），要求在铜线用户线距离1.5km能够传送数字速率15～25Mbit／s，而在较短距离300m能够传送48～52Mbit/s。有了这样较高的数字速率传输能力，就可能对住家用户和业务单位用户在原有铜线用户线上提供宽带通信业务，包括高速率计算机通信业务。在光纤至大楼（FTTB）的情况，大楼内各业务单位仍可利用铜线，它们也需要VDSL，在住宅密集的地区，也许光纤线路自交换局延伸至路边（FFTC），则光缆未端的接线箱由铜线分接各个用户住家，这些铜线也可能需要加装VDSL。

　　国际通信标准组织曾对VDSL制定2种标准：其一是多载波调制（MCM），即离散多频音（DMT），它们的反向传输与非对称数字用户线（ADSL）相容；其二是单载波调制（SCM），与ADSL不相容。一般所谓上行方向是指用户端至交换局的正向，而下行方向则是指交换局至用户端的反向。

2 用户线性能的影响

　　在一般用户线，所采用的对绞绝缘铜线的线径为0.4-0.9mm，绝缘介质大多是聚乙烯。一根铅包电缆内可能包含几百至几千对对绞铜线。电缆可能是埋在地下管道内，也可能是架空的。每对铜线的衰减依线径、介质性质和对绞方式而定。它总是随频率和长度而加大。对于VDSL，因使用频率较高，故数字速率容量相应也受到限制。

　　在同一电缆内，各线对的电磁辐射对邻近线对发生串扰，频率越高、串扰越严重，这对VDSL必造成损害，各线对中相反方向行进的信号将引起近端串扰（NEXT）；各线对中同一方向行进的信号将引起远端串扰（FEXT）。由于NEXT没有受到线路的衰减，它将比FEXT造成更大的损害。邻近线对上的VDSL信号有可能引起串话，如电缆内有些线对加装VDSL，另一些线对加装其他型式的DSL，也有可能引起近端和远端串话，此外，用户线每一对铜线都各有噪声，主要是热噪声，也有可能受到外界电子或机电器件发出冲击噪声的影响。

3 VDSL的业务分类

　　VDSL可以承担“不对称”型和“对称”型2类业务，所谓不对称型，是指上下行2个方向传输通信的数字速率不相等，一般是用户发往交换局的上行数字速率较低，而交换局传给用户的下行数字速率较高。　　住家用户一般要用非对称业务，如用户希望在家享受数字电视（DTV）、高清晰度电视（HDTV）、多媒体娱乐或者希望在家办公，需要文件转移和网站提供大量信息等，都是上行线路传输数据速率低、下行线路传输数据速率高。一般在1km以上距离的VDSL，上行传输3～4Mbit/s，而下行则传输22～23Mbit/s。如VDSL距离较短，在300m以下，则下行传输数据速率可能高达52 Mbit/s，有可能同时传送几套DTV或HDTV的信号。

　　在企业单位，则大多使用对称型的VDSL。对于较长距离如1km，则上下行之方向都传输数据速率13Mbit／s，而对于300m以下的较短距离，则之方向都能传输26Mbit／s的较高速率。如在ATM或ip的局域网（LAN），数据速率可能分别为25.6Mbit/s或10 Mbit/s。对此，国际组织曾作出规定，但没有统一。

　　从以上简单说明可知：VDSL线路的上下行传输可能是对称的或是非对称的，但可以实现双工通信。显然，VDSL是利用频分双工（FDD），即下行一个频段、上行另一个频段，它们在频谱上是紧接的。国际上对VDSL在0.138-2.0MHz范围内有3种建议的频率安排，它们各有2个下行（D）和2个上行（U），频率规定如表1所示，单位为MHz。

表1 频率规定

代号	1D	1U	2D	2U
997	0.138-3.00	3.00-5.10	5.10-7.05	7.05-12.00
998	0.138-3.75	3.75-5.20	5.20-8.50	8.50-12.00
Fx	0.138-2.50	2.50-3.75	3.75-Fx	Fx-12.00

　　表1中的Fx是可改变的：如选用6MHz，就对对称业务有利，而如选用10 MHz，就对非对称业务有利。在以上3种频率安排，目前美国和日本选用997；欧洲则非对称业务用998，对称业务用997；只有瑞典准备用Fx。

4 VDSL的参考模型

　　为了在公共电话交换网（PSTN）或综合业务数字网（ISDN）的对绞铜线用户线上实现VDSL，必须在通信网交换局端和每一用户端分别加VTU-O和VTU-R。这就是VDSL传输单元（VTU），O代表交换局、R代表用户端。实际上，VDSL的参考模型主要由VTU-0、VTU-R和对绞铜线3者组成。

　　交换局的VTU-0包含LT，用户端的VTU-R包含RT（或NT），都用于数字数据与连续时间VDSL信号的相互变换作用。当然交换局的VTU-O与用户线连接，以及用户端的VTUR与用户线连接的地方都要设置分隔器，把通常沿用户线传送的通信信号与VDSL信号分开。

　　在VDSL的传输单元，不论是交换机端的VTU-O或是用户终端的VTU-R，各有“传送规约特有”（TPS）的传输聚合（TC）和“物理媒质特有”（PMS）的TC。由此参考模型中VTU-O和VTU-R各有TPS-TC和PMS-TC及PMD，于是，经由分隔器连接用户线。

　　TC层有TPS-TC和PMS-TC部分。TPS-TC适合各种不同的ATM、STM、IP等传送规约，把它们融合一起，进入PMS-TC。较新的TPS-TC可能采用分组转移模式（PTM）。TPS-TC的信号可能利用此种不同的时分复接器，其一是把快的、对时延敏感的信号由MUX-F复接一起，其二是把慢的、对时延不敏感的信号由MUX-5复接一起。而在PMS-TC，快的和慢的通路混合一起，用前向纠错码（FEC），每一传输帧各有其特殊的标头。

　　VDSL收发信机有些采用MCM或DMT，DMT调制采用反向快速傅氏变换（IFFT）。VDSL也可采用SCM，可能有两种数据速率，相应地，线路上使用4个频带，即上行和下行各两个频带。

　　附记：本文仅根据参考文献提出通信网铜线用户线上加装VDSL的概况，读者如有需要，可参阅更多的关于这一问题的国际参考文献。

　　张煦 1934年上海交通大学毕业。1936年国家公费留学美国，在哈佛大学和MIT研究生院学习，1940年获科学博士学位。曾任重庆交通大学、上海交通大学、成都电讯工程学院教授。历年编写出版书籍多种。1991-2000年编写出版《现代通信技术和大学教育》、《信息高速公路》、《谱写科学人士》等书共8本，约250万字。1980年当选中国科学院院士。

摘自《邮电设计技术》

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