VDSL与ADSL技术的比较

2019-11-03 18:58:02

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供稿：网友

卢桦1，罗娟2，管健3

1武汉烽火网络公司

2武汉大学电信学院

3武汉大学计算机学院

　　摘要：文章介绍了非对称数字用户线(ADSL)与甚高速数字用户线(VDSL)的关键技术，并对这两种数字用户线技术从调制技术、拓扑结构和应用环境等方面做了全方位的比较。

　　关键词：甚高速数字用户线；非对称数字用户线；正交调制；无载波调幅调相；离散多音

　　为了实现用户接入网的数字化、宽带化，提高用户上网速度，光纤到家庭（FTTH）是用户接入网今后发展的必然方向，但由于光纤用户网的成本过高，在今后的一段时间内大多数用户网仍将继续使用现有的铜线环路。于是，近年来人们提出了多项宽带接入网技术，包括高速数字用户线(HDSL)、对称数字用户线(SDSL)、光缆调制解调器(Cable Modem)、非对称数字用户线(ADSL)和甚高速数字用户线(VDSL)等。其中ADSL与VDSL是两种比较有前途的DSL技术。

1ADSL的主要特点

1.1技术性能分析

　　现存的用户环路主要由非屏蔽双绞线(UTP)组成。UTP对信号的衰减主要与传输距离和信号的频率有关。如果信号传输超过一定距离，信号的传输质量将难以保证。因此，线路衰减是影响ADSL性能的主要因素。ADSL通过不对称传输，利用频分双工使上、下行信道分开，在信道重合的地方使用回声对消技术，以此来减小串扰的影响，从而实现信号的高速传送。

　　衰减和串扰是影响ADSL性能的两个重要因素，传输速率越高，它们对信号的影响也越大，因此ADSL的有效传输距离随着传输速率的提高而缩短。实际应用中，ADSL存在“出线率”的问题，一般在端局“出现率”为30%左右。

1.2调制技术

　　目前被广泛采用的ADSL调制技术有3种：正交调制(QAM)、无载波调幅/调相(CAP) 和离散多音(DMT)，其中DMT调制技术被ANSI标准化小组T1E1。4制订的国家标准所采用。

1.2.1QAM技术

　　在QAM中，发送数据在比特/符号编码器内被分成速率各为原来1/2的两路信号，分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。接收端完成相反过程，正交解调出两个相反码流，均衡器补偿由信道引起的失真，判决器识别复数信号并映射回二进制信号。采用QAM技术，信道带宽至少要等于码元速率，为了定时恢复，还需要另外的带宽，一般要增加15%左右。与其它调制技术相比，QAM技术具有能充分利用带宽、抗噪声强等特点。但QAM技术用于ADSL的主要问题是如何适应不同电话线路之间较大的性能差异。要取得较为理想的工作特性，QAM接收器需要一个具有和发送端相同的频谱和相应特性的输入信号用于解码，QAM接收器利用自适应均衡器来补偿传输过程中产生的信号失真，因此采用QAM的ADSL系统的复杂性来自于它的自适应均衡器。

1.2.2CAP调制技术

　　CAP调制技术是以QAM技术为基础发展而来的，简单地说，就是将数据送入编码器进行编码，然后经过正交和同相数字整形滤波器、数据模块DA转换器的处理，经低通滤波器发送出去。CAP技术的先天不足是近端串音对信号的干扰过大。

1.2.3DMT调制技术

　　DMT调制技术将铜缆线路的0～1 104 kHz频带进行了划分，其中0～4 kHz为话音频段，用于普通电话业务的传输，其他的频带被分成255个子载波，子载波之间的频率间隔为4。312 5 kHz。在每个子载波上分别进行QAM形成一个子信道，其中低频部分的一部分子载波用于上行数据的传输，其余子载波用于下行信号传输，上下行载波的分离点由具体设备设定。

　　DMT调制能力的范围是0～15 bit/s。DMT调制系统根据情况使用这255个子信道，可以根据各子信道的瞬时衰减特性、群时延特性和噪声特性决定子信道的传输速率。在性能优良的中间频率子信道一般调制能力均大于10 bit/s/Hz，而在低频率或高频率的子信道，DMT技术可根据信道性能自适应地将调制能力降为4 bit/s/Hz。不能传输数据的信道将被关闭。

　　目前采用的标准有G。DMT全速标准上行640 K/下行6 M和G。Lite标准上行512 K/下行1。2 M。

前者传输速度高，但是对线路要求较高，而且必须使用信号分离器，设备费用昂贵，安装和调试也比较复杂。后者虽然传输速度一般，但是也比Modem和ISDN有很大的提高，对于一般上网已是绰绰有余，费用较低，对线路的适应能力也比较强，不需要额外的信号分离器，安装调试简单。

2VDSL的主要特点

　　ADSL技术在提供图像业务方面带宽十分有限，而且成本偏高，这些缺点成了ADSL迅速发展的障碍。VDSL技术作为ADSL技术的发展方向之一，是目前最先进的数字用户线技术，采用该技术可以进一步提高xDSL系统的下行带宽。VDSL技术能满足广大用户高速上网的需要，充分利用现有的电话线网络，保护运营商既有的投资，很好地解决“最后一公里”的网络瓶颈。

　　VDSL技术仍旧在一对铜质双绞线上实现信号传输，无须敷设新线路或对现有网络进行改造。用户一侧的安装也比较简单，只要用分离器将VDSL信号和话音信号分开，或者在电话前加装滤波器就能够使用。非对称下行数据的速率为6。5～52 Mbit/s，上行数据的速率为0。8～6。4 Mbit/s，对称数据的速率为6。5～26 Mbit/s，传输距离为300～1 500 m。不过，值得注意的是，VDSL技术的传输速率依赖于传输线的长度，所以，上述的数据是相对而言的。

　　虽然VDSL的有效传输距离比ADSL稍短，但是从目前的情况看，FTTH因为价格的原因不能够很快得到普遍的使用，所以当前的目标是先实现光纤到路边(FTTC)或者光纤到大楼(FTTB)，所以一旦这两个方案得到广泛的应用，VDSL就可以大量用于大楼内部办公室或者小区家庭间的连接。　　由于传输距离的缩短，传输码元之间的干扰也会大大减小，由此带来的好处是能够大大地简化对数字信号处理的要求，而且更加重要的是收发机成本与ADSL系统相比可以大大地降低。因此，对于用户来说，假如采用了质量较好的配线或引入线，那么，将FTTC技术作为光网络单元(ONU)到用户间的配线，通过FTTC为企业用户和家庭提供宽带接入，可以实现设备成本和带宽能力方面的平衡。由此看来，VDSL是一种比较理想的宽带接入方案。VDSL和ADSL拓扑结构比较如图1所示。

　　同时，由于距离短，VDSL技术还能够克服ADSL技术的出线率低、速率不稳定等问题。

　　VDSL技术也采用频分双工的方式，将电话和VDSL的上、下行信号放在不同的频带内传输。低频段可以用来传输普通电话、窄带ISDN业务，中间频段可以用来传输上行数字信道的控制信息，而高频段则可以用来传输下行信道的图像或者高速数据信息。在发送端，各类不同的业务信号被调制到不同的频段，经过双绞线传输到接收端，再通过解调和滤波，各个原始信号可以重生。因此，只需在局端和用户端配置VDSL Modem，电话业务通过POTS分离器和耦合器加入信道，HDTV数字图像或多路MPEG压缩编码后的图像利用VDSL下行信道送至用户端。VDSL的工作流程如图2所示。

　　VDSL技术通常采用QAM、DMT调制方式。从性能上看，DMT方案比CAP／QAM方案有一定的优势。但DMT方案由于要实现DFT，所以复杂度要高于CAP／QAM方案，并且由于在ONU处的调制解调器工作的特定环境，需要低功耗的系统，所以 QAM方案也有其长处。

　　目前，受到广泛重视的是将VDSL技术和以太网技术相结合。

　　所谓最适宜的网络支撑技术就是从网络技术三大驱动因素：成本、可扩展性和易用性来评价，应该说以太网比较好地具备了这些特性。首先，以太网价格低廉，而且每年以30%的速率下降; 其次，以太网具有良好的扩展性，速率能从10 Mbit/s到10 Gbit/s平滑升级，在地域上能支持120 km的距离; 再者，以太网能兼容目前流行的操作系统和应用，安装维护容易，标准化程度高，具有良好的互通性，这些使得以太网的易用性很高。

　　目前，随着以太网技术的迅速发展，10 Mbit/s以太网技术已经成为过去，100 Mbit/s以太网则是市场的主流，然而随着宽带网络的飞速发展，千兆以太网在最近两年中也已经开始走向广大用户，并将逐步替代100 Mbit/s以太网。

　　同时，将以太网技术应用于接入网中已经不再是一种设想。由于以太网的帧格式和ip数据格式是一致的，用以太网传输IP数据业务，中间没有任何格式转换问题，因此以太网接入能够与IP网实现无缝结合，而且还具有优良的可扩展性，这种方案使用户具有高速接入、平滑升级的能力，网络运营商也可以降低施工建设和运行维护的成本。这使得以太网接入技术具有很多天然优势。目前该技术已经受到商业用户的普遍欢迎，随着服务质量的提高和计费、管理技术的发展与成熟，它会逐步走进家庭用户。我们可以肯定，基于以太网技术的宽带接入网将在以后的宽带IP接入中发挥重要作用。

　　从运营商发布的技术要求来看，VDSL的局端设备要完全抛弃ATM技术，所有的上联口不能是ATM接口，或者是ATM到以太网口的转换。目前大部分ADSL和早期的VDSL主要是基于ATM技术，其成本较高。同时伴随着ATM带来的技术复杂性导致早期VDSL并没有很好发展起来。所以，基于以太网技术的VDSL（又称EoVDSL）技术结合了二层以太网和VDSL物理层的特点，避免了ATM的复杂性和传统以太网的传输距离限制，获得了较好的性价比。VDSL技术和以太网技术的优越性在Ethernet over VDSL上得到了完美结合，使得这种技术既能提供全方位服务，又能仅仅利用一条网络线路向客户端传递多种服务。

　　IP接入是未来的发展趋势，从电信业本身来看，现有的电信网的框架将从电路交换及其组网技术逐步转向分组交换,特别是IP为基础的新框架，电信网承载的业务将从以电话为主转向以数据业务为主。宽带化和IP化是核心网发展的趋势，同时又是接入网发展的方向。以太网技术本身的优势加上宽带IP接入网发展的需求促进了以太网技术在IP接入网中的应用。所以，采用VDSL和以太网技术相结合的方案，完全可以解决IP接入方案的问题，用户也不必重新布放高成本的5类双绞线，仅仅通过VDSL终端适配器，用户就可以接上Internet，通过普通电话线就可以传输高速以太网信号，而且也不用担心转向IP化接入会带来的问题。VDSL技术与以太网技术联合打造新型接入方案如图3所示。

　　VDSL技术目前尚处于发展阶段，由于方案的不同也导致支持者不同，尚未形成完全成形的国际标准。目前的标准有美国的ANSI T1。4和欧洲的ETSI TM6。VDSL制造厂商及各电信运营商组成了VDSL技术联盟，比较活跃的技术联盟有3个。VDSL Alliance推荐的线路编码技术为多载波DMT；VDSL Coalition 推荐的线路编码技术为单载波的QAM方案，它认为QAM方式实现简单，芯片功耗低，价格相当便宜，而且芯片已可用；鉴于在线路编码上单载波（如QAM）和多载波技术支持方争执不下，FSAN VDSL WORK GROUP建议ITU同时采用这两种技术，但未获通过。目前相关标准正在积极的完善当中，预计不久将问世。可以断言，VDSL技术的前途肯定是非常光明的。

3VDSL的应用和市场

　　VDSL技术完全可以提供传统的xDSL的所有通用业务：

　　· 高速数据接入、互动游戏。

　　· 视频点播、股评、网络电视。

　　· 家庭办公（SOHO）。

　　· 远程教学、远程医疗。

　　它还可以在以下几个方面挖掘市场潜力：

　　(1) 高档次小区（包括高级酒店）由于有内部VoD需求，要求至少1。5 Mbit/s的带宽，这时采用VDSL，可以充分利用小区自身的双绞线资源，又可[CM(22]提供10 Mbit/s以上带宽满足业务需求。同时[CM)][LL]VDSL的组播特性可满足用户的特别需求。

　　(2) 各种企业（如网吧）需要对称高带宽的专线接入。现在全国各地的网吧发展特别迅速，网吧成了宽带收入的主要来源之一。网吧的一些应用软件，如OICQ等，对上行带宽要求也较高，ADSL的速率不对称性就形成了瓶颈。另外一些大中型企业也需要高带宽的专线接入或互连业务。　　(3) ADSL出线率偏低，而VDSL出线率非常高，几乎可以达到100%。由于ADSL对线路的挑剔导致运营商损失很多潜在的客户，通过ADSL和VDSL的优势互补，可以最大限度地利用现有网络资源，获得最大限度的客户群。

4VDSL与ADSL技术参数的比较

　　· 数据传输速率。VDSL非对称下行数据的速率为6。5～52 Mbit/s，上行数据的速率为0。8～6。4 Mbit/s，对称数据的速率为6。5～26 Mbit/s。

　　ADSL上行速率为100～800 kbit/s，下行速率为1 kbit/s到8 Mbit/s。

　　· 出线率。由于距离短，VDSL技术还能够克服ADSL技术的选线率低、速率不稳定等问题，几乎达到100%。

　　· 传输方式。VDSL支持对称传输和非对称传输，ADSL仅支持非对称传输。

　　· 二层数据封装。初期VDSL数据适配也是采用ATM方式，现在倾向于链路层直接采用以太网的帧格式；而ADSL采用ATM信元封装方式。

　　· 工作频带。ADSL使用3 kHz～1。1 MHz的频带传输数字信号，VDSL在双绞线上使用更高的频带(0。138～12 MHz)。

　　· 兼容业务。与ADSL相比，VDSL不仅可以兼容现有的传统话音业务，还可以兼容ISDN业务。

摘自　光通信研究

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