数字用户线的应用和发展

发布: 2010-10-20 14:27 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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数字用户线的应用和发展
    ［摘要］本文首先解释对绞铜线用作数字用户线的可能性，接着介绍各种不同
应用的数字用户线，最后展望了正在发展中的甚高速率数字用户线。
    ［关键词〕数字用户线；对绞铜线；数据传输
    ［中图分类号］TN811［文献标识码］A［文章编号］1006－1908（1999）05－
0003－041数字用户线（DSL）的由来
    长期以来通信用户的电话机经过“对绞铜线”的用户线连至市内交换局，进入
公共交换的通信网（PSTN），接至对方用户的电话机，使双方得以互相会话。众所
周知，电话在百余年来对人类通信起了极大的作用。事实上，载荷电话模拟信号的
对绞铜线在百余年来默默无闻地同样对人类通信作出巨大贡献，应该受到同样的赞
颂。对绞铜线为传统的模拟电话提供300～3400Hz的频带，用户对通话质量感到满意。
为了适应电话用户使用低速数据通信，曾加装调制一解调器（modem），使速率33kb
／s和最高56kb／s的数据信号能够通过模拟话音频带与对方实行数据通信。话音modem
只能提供56kb／s的数据速率。为什么对绞铜线只能传输以56kb／s为限度的数据呢？
应该说，这不是对绞铜线传输能力的限度，而是通信网中的交换机有限制，它对电
话通信只是分配一个话音频带。虽然用户的数据信息经过话音modem，交换机并不认
出它是话音modem传来的数据信号，而只是对它当作话音信号看待。对绞铜线本身并
不限制定带数据信号的传输，只要避开窄带交换机，用户就可以把宽带数据信号送
进通信网。因此我们说，用户线如避开了窄带的话音交换机，就可成为“数字用户
线”（DSL，Digital Subscriber Line）。当然，对绞铜线用作DSL，其传输数据信
号速率的容量与其线路长度有关。以前的对绞铜线传输宽带数据信号，只能限于很
短的长度。如参数结构经过改进，新的对绞铜线能够传输较长距离。这样的DSL到了
交换局内，不经过原来的话音modem，而是由另一种modem提取数字信号，或者DSL连
至街上某一接线箱，再连往通信网的交换机。通信网可能是利用ATM，或是利用IP（
Internet Protocol）。用于DSL，传输宽带数据信号的modem，是需要精心设计的，
必须利用最新的大规模集成芯片和信号处理技术，这就是为什么DSL到近年才开始应
用和较快发展的原因。
2  各种不同应用的数学用户线（XDSL）
    根据国际上的共同统计，近年来通信用户使用业务的情况与过去相比有明显的
变化。尤其是Internet向全世界开放，众多拥有计算机的用户普遍要求上网以获取
大量数据信息，给原来的电话通信网带来巨大的冲击。而数字电视技术日趋成熟，
使众多的住家用户产生浓厚的兴趣。与通信网上各种通信业务量相比较，电话的业
务量仅是缓慢上升，而数据信息的业务量却依指数规律上升，这意味着，数字用户
线（DSL）非常需要加快发展。
    在实际应用中，数据信息业务和数字图视业务使用有各种不同的情况。有些是
用户发送和接收的数据信息几乎具有相等的数字速率，这就属于对称的双向通信。
双方用户使用可视通信或多媒体通信，一般是双向对称的。而另一些应用，用户上
Internet网，用户发往网的仅是简短的数据信息，而网向用户提供的却往往是大量
的、长时间传送的数据信息。又如住家用户需要点播电视节目（VOD，Video on D-
emand）业务，用户发向网的也仅是简短的数据，而网向用户提供的却是长时间的数
字电视节目。这两类典型应用表明上行线路仅传输简短数据，而下行线路却传输大
量数据。这些应用属于不对称的双向通信。针对这些不同的实际应用情况，数字用
户线有对称的和不对称的，分别称为SD－SL（Symmetrical DSL）和ADSL（Asymmet－
rical DSL），后一种适用于Internet接入和VOD。
    上节讲到话音modem，只能提供低速数据33kb／s至56kb／s，后者可说是限度，
改用ISDN（窄带ISDN）的modem,尽管数据速率提高至56～128kb／s，但仍不能满足
用户使用Internet接入的需要。现在，DSL传输数据速率提高了。为ADSL设计的modem
可使上行线路的数据速率达384kb／s，而下行线路的速率最高达到1.5Mb／s。另一
种更先进的ADSL－modem甚至使下行线路的数据速率提得更高，达2.5～8Mb／s。对
于对称的SDSL，则对双方向同样提供较高的数据速率1.5Mb／s。显然，DSL技术解决
了宽带通信网的宽带接入（broadband  access）问题。相当于 ADSL的数据速率2.5
～8Mb／S，也称高速率数字用户线，即HDSL（High SpeedDSL）。最近更进一步，研
究和开发更高数据速率26Mb／s，甚至52Mb／s的数字用户线，称为甚高速率DSL，即
VDSL（Very HighSpeed DSL）。现在已经有几种DSL，即AD－SI、SDSL、HDSL、VDSL，
所以笼统地称xD－SL，x可以是A、S、H或V。
3  正在发展中的甚高速率数字用户线（VDSL）
    据最新报道，甚高速率数字用户线（ VDSL）可以分为两类：其一是住家用户的，
其二是企业／事业用户的。提供住家用户使用的是不对称VDSL，而提供企业／事业
用户的则是对称VDSL。在每一住家用户的一对对绞铜线上，既传送电话和ISDN信号，
又传送VDSL信号，两类信号同时存在。对绞铜线的长度不超过1.5km。对绞铜线的频
谱分配是：OHz～12OkHz给电话和ISDN，300kHz～3OMHz绘VDSL。两种频段可以由分隔
器（split）分开。用户地点和交换局各设置一个这样的分隔器。在用户地点，普通
电话机与ISDN－modem和计算机与电视机经过xD－SL－modem分别连接分隔器，一同在
对绞铜线上传输。而在交换局的分隔器，一方面把电话与ISDN信号连往窄带通信网，
连往对方用户电话机，另一方面把对绞铜线传来的用户xDSL－modem的信号连往交换
局的xD－SL－modem，于是连往宽带通信核心网经过SDH连至Internet业务提供者（IS），
也可以连至数字电视台。这样，每一住家用户可以按需要得到Internet接入，也可以
得到VOD业务，VDSL的下行线路足够传输大量数据或电视节目、甚至高清晰电视（HDTV）。
为了适应离交换局较远的住家用户，交换局可以利用光纤光缆连至几百家电话用户集
中的适当适点，设置光端机分配点（ONU，OpticalNetwork Unit），然后由几百对对
绞铜线分别连至距ONU 1km以内的每一用户。这样的不对称VDSL可以容许下行传输数据
速率13～26Mb／S，上行传输2～3Mb／S。如用户的对绞铜线短于300m，则下行传输数
据速率可能高达52Mb／S，足够同时播送几个数字电视或HDTV频道。
    对于企业／事业单位办理业务，更多地需要使用对称的VDSL。如对绞铜线长度，
短于1km，传输数据速率可以是13Mb／s，如长度短于300m，则数据速率可达26Mb／s。
这些单位如在各自地区内建立专用的局域网（LAN），各座房屋如相距不超过O.5～1.5
km，则它们之间可以利用对绞铜线，如为ATM，数据速率可达25.6Mb／s，如为Ether－
net ／IP，则数据速率可以是10Mb／s，利用VDSL－modem实现高速率传输是经济合算
的。这些单位的主楼可以利用光纤光缆连至市内公用通信网的交换局。如果企业／事
业单位规模不大，而且靠近市内交换局，则对绞铜线使用1.5～2Mb／S或45Mb／S，称
为CO为基的VDSL，这种对绞铜线往往是向交换局租用的专线。在一对对经铜线上装了
VDSL，由于提供较高的数据速率，有可能同时传送几种不同的通信业务，包括数字图
视和分组数据IP的应用，对于ATM网很合适。
    VDSL的线路传输是利用离散多音调（DMT， Discretemultitone）的调制，即很多
个不同的正交调幅（QAM）信号，例如256个信号，各自对不同的中心频率调制，有相
同的带宽，依次紧靠排列。VDSL的下行与上行数据传输，不论是不对称的或是对称的，
都采用时分双 工（TDD，time division duplex），俗称乒乓（ping－pong）传输，
下行为乒、上行为乓。DMT与 TDD两种技术合并，成为同步的离散多有调（SDMT，Sy-
nchronized DMT）。VDSL将以 SDMT技术为标准，在传输性能上将得到很多有利的优点。
    在SDMT系统，上行和下行传输是在一个频带，但在不同的时间。不对称的和对称
的传输有同样的超帧（superframe）。例如一个SDMT超帧，包含20个DMT符号，每一符
号占时间25ps，一个超帧的时间就是500ps。每一方向传输完毕就有一个停歇符号。例
如在不对称的情形，先是下行传输16个符号、停歇1个符号，接着就是上行传输2个符
号、停歇1个符号，总共20个DMT符号，占时间500ps。在对称的情形，下行传输9个符
号。停歇1个符号，上行传输9个符号、停歇1个符号，总共20个DMT符号，占时间500ps。
这样20个符号占时间500ps的帧·相当于256个音调，每个音调的宽度约为40kHz。在上
述例子，不对称传输下行与上行之比为8：1，对称传输则必为1：1。这样的TDD对于不
对称传输下行与上行数据速率之比可以灵活安排的，而且数字信号处理和模拟器件都
不复杂。由于超帧结构是用软件排程序，SDMT－modem既可以用于不对称，又适用于对
称的情形。硬件可供发送机和接收机共用。这是因为DMT－modem对发送和接收所需逆
向快速傅利叶变换和正向变换（IFFT-FFT）是相当的。用了TDD方式， modem可以在任
何时间用于发送或接收，因此，每一modem只需一套离散傅利叶变换（DFT），它覆盖
整个系统的频带宽度。在整个超帧，除了停歇时间外都可适用。而且，由于发送和接
收使用相同频带，模拟器件可以简化。总之，VDSL使对绞铜线上传输很高的数据速率，
但其所需的modem并不太复杂。所以说，VDSL值得继续研究和开发，对充分发挥对绞铜
线的潜力是有利的。
    在国际上，目前已有多家从事VDSL的研究工作，也报道了他们采用的不同技术和
制式。例如有些研究对DMT系统采用频分多路（FDM），调制方式采用无载波调幅与调
相（CAP，Carrierless amplitude&phasemodelation），下行与上行的双工采用频分
（FDD），还有接收机内采用判决反馈均衡器（DFE，Decision feedback equalizer）
等等，各有一定的作用和优点，值得深入研究和试验。
    附记感谢顾玉华博士从瑞典大学陆续寄来IEEE Communications Magazine杂志。
从1999年4月号第72～79页看到一篇由美国斯坦福大学Cioffi、贝尔研究院Oksman和
Werner、阿尔卡特尔研究中心Pollet和Spruyt、德克萨斯仪器公司Chow和Jacob－sen
等七位专家合写的文章：“Verg－High Speed Digital Subscriber Lines”，觉得内
容很好，有必要摘录其要点介绍给国内通信领域的广大读者参考。原文作者表明：贝
尔（AG.Bell）于1876年发明电话，固然是为人类作出巨大的贡献，而1881年发明对绞
铜线，也应该说是巨大贡献，通信科技工作者应该继续努力研究，使对绞铜线能持久
地发挥作用。
    另外，IEEE CommunicationsMagazine 1999年1月号第130～141页登载一篇由诺基
亚研究中心Dixit撰写的文章：“Data Rides High on High－speed Remote Access”
也详细地说明各种数字用户线xDSL，值得向读者推荐，可以多一种参考。