什么是甚高速數(shù)字用戶線(VDSL)

1 VDSL的由來

近年來，世界各國越來越多的電話用戶裝置了計(jì)算機(jī)，需要使用的數(shù)字通信速率越來越高，而用戶端連接通信網(wǎng)交換局的接入線（即常稱的用戶線），仍是對絞銅線。雖然城市通信網(wǎng)的交換局間線路已經(jīng)很多利用了光纜，具有較大的傳輸容量，能夠傳輸較高數(shù)字速率的信號，但廣泛散布的用戶線卻因經(jīng)濟(jì)成本原因，很多仍用原有的對絞銅線。為此，怎樣在銅線用戶線上加裝不復(fù)雜的設(shè)備、借以傳輸高速率數(shù)字信號，是急待解決的重要實(shí)際問題。

國際上曾經(jīng)出現(xiàn)銅線用戶線上加裝調(diào)制解調(diào)器（MODEM），構(gòu)成數(shù)字用戶線（DSL）。近年為進(jìn)一步要求提高傳輸數(shù)字速率的能力而改進(jìn)為甚高速數(shù)字用戶線（VDSL），要求在銅線用戶線距離1.5km能夠傳送數(shù)字速率15～25Mbit／s，而在較短距離300m能夠傳送48～52Mbit/s。有了這樣較高的數(shù)字速率傳輸能力，就可能對住家用戶和業(yè)務(wù)單位用戶在原有銅線用戶線上提供寬帶通信業(yè)務(wù)，包括高速率計(jì)算機(jī)通信業(yè)務(wù)。在光纖至大樓（FTTB）的情況，大樓內(nèi)各業(yè)務(wù)單位仍可利用銅線，它們也需要VDSL，在住宅密集的地區(qū)，也許光纖線路自交換局延伸至路邊（FFTC），則光纜未端的接線箱由銅線分接各個(gè)用戶住家，這些銅線也可能需要加裝VDSL。

國際通信標(biāo)準(zhǔn)組織曾對VDSL制定2種標(biāo)準(zhǔn)：其一是多載波調(diào)制（MCM），即離散多頻音（DMT），它們的反向傳輸與非對稱數(shù)字用戶線（ADSL）相容；其二是單載波調(diào)制（SCM），與ADSL不相容。一般所謂上行方向是指用戶端至交換局的正向，而下行方向則是指交換局至用戶端的反向。

2 用戶線性能的影響

在一般用戶線，所采用的對絞絕緣銅線的線徑為0.4-0.9mm，絕緣介質(zhì)大多是聚乙烯。一根鉛包電纜內(nèi)可能包含幾百至幾千對對絞銅線。電纜可能是埋在地下管道內(nèi)，也可能是架空的。每對銅線的衰減依線徑、介質(zhì)性質(zhì)和對絞方式而定。它總是隨頻率和長度而加大。對于VDSL，因使用頻率較高，故數(shù)字速率容量相應(yīng)也受到限制。

在同一電纜內(nèi)，各線對的電磁輻射對鄰近線對發(fā)生串?dāng)_，頻率越高、串?dāng)_越嚴(yán)重，這對VDSL必造成損害，各線對中相反方向行進(jìn)的信號將引起近端串?dāng)_（NEXT）；各線對中同一方向行進(jìn)的信號將引起遠(yuǎn)端串?dāng)_（FEXT）。由于NEXT沒有受到線路的衰減，它將比FEXT造成更大的損害。鄰近線對上的VDSL信號有可能引起串話，如電纜內(nèi)有些線對加裝VDSL，另一些線對加裝其他型式的DSL，也有可能引起近端和遠(yuǎn)端串話，此外，用戶線每一對銅線都各有噪聲，主要是熱噪聲，也有可能受到外界電子或機(jī)電器件發(fā)出沖擊噪聲的影響。

3 VDSL的業(yè)務(wù)分類

VDSL可以承擔(dān)“不對稱”型和“對稱”型2類業(yè)務(wù)，所謂不對稱型，是指上下行2個(gè)方向傳輸通信的數(shù)字速率不相等，一般是用戶發(fā)往交換局的上行數(shù)字速率較低，而交換局傳給用戶的下行數(shù)字速率較高。

住家用戶一般要用非對稱業(yè)務(wù)，如用戶希望在家享受數(shù)字電視（DTV）、高清晰度電視（HDTV）、多媒體娛樂或者希望在家辦公，需要文件轉(zhuǎn)移和網(wǎng)站提供大量信息等，都是上行線路傳輸數(shù)據(jù)速率低、下行線路傳輸數(shù)據(jù)速率高。一般在1km以上距離的VDSL，上行傳輸3～4Mbit/s，而下行則傳輸22～23Mbit/s。如VDSL距離較短，在300m以下，則下行傳輸數(shù)據(jù)速率可能高達(dá)52 Mbit/s，有可能同時(shí)傳送幾套DTV或HDTV的信號。

在企業(yè)單位，則大多使用對稱型的VDSL。對于較長距離如1km，則上下行之方向都傳輸數(shù)據(jù)速率13Mbit／s，而對于300m以下的較短距離，則之方向都能傳輸26Mbit／s的較高速率。如在ATM或IP的局域網(wǎng)（LAN），數(shù)據(jù)速率可能分別為25.6Mbit/s或10 Mbit/s。對此，國際組織曾作出規(guī)定，但沒有統(tǒng)一。

從以上簡單說明可知：VDSL線路的上下行傳輸可能是對稱的或是非對稱的，但可以實(shí)現(xiàn)雙工通信。顯然，VDSL是利用頻分雙工（FDD），即下行一個(gè)頻段、上行另一個(gè)頻段，它們在頻譜上是緊接的。國際上對VDSL在0.138-2.0MHz范圍內(nèi)有3種建議的頻率安排，它們各有2個(gè)下行（D）和2個(gè)上行（U），頻率規(guī)定如表1所示，單位為MHz。

表1中的Fx是可改變的：如選用6MHz，就對對稱業(yè)務(wù)有利，而如選用10 MHz，就對非對稱業(yè)務(wù)有利。在以上3種頻率安排，目前美國和日本選用997；歐洲則非對稱業(yè)務(wù)用998，對稱業(yè)務(wù)用997；只有瑞典準(zhǔn)備用Fx。

4 VDSL的參考模型

為了在公共電話交換網(wǎng)（PSTN）或綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）的對絞銅線用戶線上實(shí)現(xiàn)VDSL，必須在通信網(wǎng)交換局端和每一用戶端分別加VTU-O和VTU-R。這就是VDSL傳輸單元（VTU），O代表交換局、R代表用戶端。實(shí)際上，VDSL的參考模型主要由VTU-0、VTU-R和對絞銅線3者組成。

交換局的VTU-0包含LT，用戶端的VTU-R包含RT（或NT），都用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與連續(xù)時(shí)間VDSL信號的相互變換作用。當(dāng)然交換局的VTU-O與用戶線連接，以及用戶端的VTUR與用戶線連接的地方都要設(shè)置分隔器，把通常沿用戶線傳送的通信信號與VDSL信號分開。

在VDSL的傳輸單元，不論是交換機(jī)端的VTU-O或是用戶終端的VTU-R，各有“傳送規(guī)約特有”（TPS）的傳輸聚合（TC）和“物理媒質(zhì)特有”（PMS）的TC。由此參考模型中VTU-O和VTU-R各有TPS-TC和PMS-TC及PMD，于是，經(jīng)由分隔器連接用戶線。

TC層有TPS-TC和PMS-TC部分。TPS-TC適合各種不同的ATM、STM、IP等傳送規(guī)約，把它們?nèi)诤弦黄穑M(jìn)入PMS-TC。較新的TPS-TC可能采用分組轉(zhuǎn)移模式（PTM）。TPS-TC的信號可能利用此種不同的時(shí)分復(fù)接器，其一是把快的、對時(shí)延敏感的信號由MUX-F復(fù)接一起，其二是把慢的、對時(shí)延不敏感的信號由MUX-5復(fù)接一起。而在PMS-TC，快的和慢的通路混合一起，用前向糾錯(cuò)碼（FEC），每一傳輸幀各有其特殊的標(biāo)頭。

VDSL收發(fā)信機(jī)有些采用MCM或DMT，DMT調(diào)制采用反向快速傅氏變換（IFFT）。VDSL也可采用SCM，可能有兩種數(shù)據(jù)速率，相應(yīng)地，線路上使用4個(gè)頻帶，即上行和下行各兩個(gè)頻帶。

表1中的Fx是可改變的：如選用6MHz，就對對稱業(yè)務(wù)有利，而如選用10 MHz，就對非對稱業(yè)務(wù)有利。在以上3種頻率安排，目前美國和日本選用997；歐洲則非對稱業(yè)務(wù)用998，對稱業(yè)務(wù)用997；只有瑞典準(zhǔn)備用Fx。

4 VDSL的參考模型

為了在公共電話交換網(wǎng)（PSTN）或綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）的對絞銅線用戶線上實(shí)現(xiàn)VDSL，必須在通信網(wǎng)交換局端和每一用戶端分別加VTU-O和VTU-R。這就是VDSL傳輸單元（VTU），O代表交換局、R代表用戶端。實(shí)際上，VDSL的參考模型主要由VTU-0、VTU-R和對絞銅線3者組成。

交換局的VTU-0包含LT，用戶端的VTU-R包含RT（或NT），都用于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)與連續(xù)時(shí)間VDSL信號的相互變換作用。當(dāng)然交換局的VTU-O與用戶線連接，以及用戶端的VTUR與用戶線連接的地方都要設(shè)置分隔器，把通常沿用戶線傳送的通信信號與VDSL信號分開。

在VDSL的傳輸單元，不論是交換機(jī)端的VTU-O或是用戶終端的VTU-R，各有“傳送規(guī)約特有”（TPS）的傳輸聚合（TC）和“物理媒質(zhì)特有”（PMS）的TC。由此參考模型中VTU-O和VTU-R各有TPS-TC和PMS-TC及PMD，于是，經(jīng)由分隔器連接用戶線。

TC層有TPS-TC和PMS-TC部分。TPS-TC適合各種不同的ATM、STM、IP等傳送規(guī)約，把它們?nèi)诤弦黄?，進(jìn)入PMS-TC。較新的TPS-TC可能采用分組轉(zhuǎn)移模式（PTM）。TPS-TC的信號可能利用此種不同的時(shí)分復(fù)接器，其一是把快的、對時(shí)延敏感的信號由MUX-F復(fù)接一起，其二是把慢的、對時(shí)延不敏感的信號由MUX-5復(fù)接一起。而在PMS-TC，快的和慢的通路混合一起，用前向糾錯(cuò)碼（FEC），每一傳輸幀各有其特殊的標(biāo)頭。

VDSL收發(fā)信機(jī)有些采用MCM或DMT，DMT調(diào)制采用反向快速傅氏變換（IFFT）。VDSL也可采用SCM，可能有兩種數(shù)據(jù)速率，相應(yīng)地，線路上使用4個(gè)頻帶，即上行和下行各兩個(gè)頻帶。