XDSL

X-Digital Subscriber Line -- X数字用户线路

xDSL

1 前言



  随着xDSL技术的问世,铜线从只能传输语音和56 kbit/s的低速数据接入,发展到已经可以传输高速数据信号了。ADSL、HDSL/SHDSL等基于铜线传输的xDSL接入技术已经使铜线成为宽带用户接入的一个重要手段,并成为宽带接入的主流技术,为广大用户所采用。根据DSL Forum的最新统计,截至到2004年3月31日,全球xDSL用户数已达到7 340万。



  在xDSL技术体系中,目前在中国应用最为广泛的是基于电话双绞线的第一代ADSL技术。但是,随着运营商网络覆盖的逐步扩大以及用户业务量的逐渐增加,第一代ADSL技术逐渐暴露出一些难以克服的弱点,例如:较低的下行传输速率难以满足一些高速业务的开展,如流媒体业务;所支持的线路诊断能力较弱,随着用户的不断增多,在线路开通前如何快速确定线路质量成为运营商十分头疼的问题;难以解决设备的散热问题等。迫于业务发展的需要,为更好地迎合网络运营和信息消费的需求,ADSL2、ADSL2+、VDSL等技术应运而生,这里姑且称它们为新一代xDSL技术。



  新一代xDSL技术的出现在很大程度上为DSL技术的发展提供了新的动力。后续内容将就这些技术的技术特点及如何在运营商网络上部署应用进行介绍和讨论。



2 新一代xDSL技术介绍



  2.1 ADSL2与ADSL2+



  2002年7月,ITU-T公布了ADSL的两个新标准(G.992.3和G.992.4),也就是所谓的ADSL2。到2003年3月,在第一代ADSL标准的基础上,ITU-T又制订了G.992.5,也就是ADSL2plus,又称ADSL2+。下面将详细介绍ADSL2和ADSL2+在技术方面的特性。



2.1.1 ADSL2的主要技术特性



  (1)速率提高、覆盖范围扩大



  ADSL2在速率、覆盖范围上拥有比第一代ADSL更优的性能。ADSL2下行最高速率可达12 Mbit/s,上行最高速率可达1 Mbit/s。ADSL2是通过减少帧的开销,提高初始化状态机的性能,采用了更有效的调制方式、更高的编码增益以及增强性的信号处理算法的来实现的。



  与第一代ADSL相比,在长距离电话线路上,ADSL2将在上行和下行线路上提供比第一代ADSL多50 kbit/s的速率增量。而在相同速率的条件下,ADSL2增加了传输距离约为180 m,相当于增加了覆盖面积6%。



  (2)线路诊断技术



  对于ADSL业务,如何实现故障的快速定位是一个巨大的挑战。为解决这个问题,ADSL2+传送器增强了诊断工具,这些工具提供了安装阶段解决问题的手段、服务阶段的监听手段和工具的更新升级。



  为了能够诊断和定位故障,ADSL2传送器在线路的两端提供了测量线路噪声、环路衰减和SNR(信噪比)的手段,这些测量手段可以通过一种特殊的诊断测试模块来完成数据的采集。这种测试在线路质量很差(甚至在ADSL无法完成连接)的情况下也能够完成。此外,ADSL2提供了实时的性能监测,能够检测线路两端质量和噪声状况的信息,运营商可以利用这些通过软件处理后的信息来诊断ADSL2连接的质量,预防进一步服务的失败,也可以用来确定是否可以提供给用户一个更高速率的服务。



  (3)增强的电源管理技术



  第一代ADSL传送器在没有数据传送时也处于全能量工作模式。如果ADSL Modem能工作于待机/睡眠状态,那么对于数百万台的Modem而言,就能节省很可观的电量。为了达到上述目的,ADSL2提出了两种电源管理模式,低能模式L2和低能模式L3,这样,在保持ADSL“一直在线”的同时,能减少设备总的能量消耗。



  低能模式L2使得中心局调制解调器ATU-C端可以根据Internet上流过ADSL的流量来快速地进入和退出低能模式。当下载大量文件时,ADSL2工作于全能模式,以保证最快的下载速度;当数据流量下降时,ADSL2系统进入L2低能模式,此时数据传输速率大大降低,总的能量消耗就减少了。当系统处于L2模式时,如果用户开始增加数据流量,系统可以立即进入L0模式,以达到最大的下载速率。L2状态的进入和退出的完成,不影响服务,不会造成服务的中断,甚至一个比特的错误。



  低能模式L3是一个休眠模式,当用户不在线及ADSL线路上没有流量时,进入此模式。当用户回到在线状态时,ADSL收发器大约需要3 s的时间重新初始化,然后进入稳定的通信模式。通过这种方式,L3模式使得在收发两端的总功率得到节省。



  总之,根据线路连接的实际数据流量,发送功率可在L0、L2、L3之间灵活切换,其切换时间可在3 s之内完成,以保证业务不受影响。



  (4)速率自适应技术



  电话线之间串话会严重影响ADSL的数据速率,且串话电平的变化会导致ADSL掉线。AM无线电干扰、温度变化、潮湿等因素也会导致ADSL掉线。ADSL2通过采用SRA(Seamless Rate Adaptation)技术来解决这些问题,使ADSL2系统可以在工作时在没有任何服务中断和比特错误的情况下改变连接的速率。ADSL2通过检测信道条件的变化来改变连接的数据速率,以符合新的信道条件,改变对用户是透明的。



  (5)多线对捆绑技术



  运营商通常需要为不同的用户提供不同的服务等级。通过把多路电话线捆绑在一起,可以提高用户的接入速率。为了达到捆绑的目的,ADSL2支持ATM论坛的IMA标准,通过IMA、ADSL2芯片集可以把两根或更多的电话线捆绑到一条ADSL链路上,这样使线路的下行数据速率具有更大的灵活性。



  (6)信道化技术



  ADSL2可以将带宽划分到具有不同链路特性的信道中,从而为不同的应用提供服务。这一能力使它可以支持CVoDSL(Channelized Voice over DSL),并可以在DSL链路内透明地传输TDM语音。CVoDSL技术为从DSL modem传输TDM到远端局或中心局保留了64 kbit/s的信道,局端接入设备通过PCM直接把语音64 kbit/s信号发送到电路交换网中。



  (7)其它优点



  改进的互操作性:简化了初始化的状态机,在连接不同芯片供应商提供的ADSL收发器时,可以互操作并且提高了性能;



  快速启动:ADSL2提供了快速启动模式,初始化时间从ADSL的10 s减少到3 s;



  全数字化模式:ADSL2提供一个可选模式,它使得ADSL2能够利用语音频段进行数据传输,可以增加256 kbit/s的数据速率。



  支持基于包的服务:ADSL2提供一个包传输模式的传输汇聚层,可以用来传输基于包的服务。



  2.1.2 ADSL2+的技术特点



  ADSL2+除了具备ADSL2的技术特点外,还有一个重要的特点是扩展了ADSL2的下行频段,从而提高了短距离内线路上的下行速率。ADSL2的两个标准中各指定了1.1 MHz和552 kHz下行频段,而ADSL2+指定了一个2.2 MHz的下行频段。这使得ADSL2+在短距离(1.5 km内)的下行速率有非常大的提高,可以达到20 Mbit/s以上。而ADSL2+的上行速率大约是1 Mbit/s,这要取决于线路的状况。



  使用ADSL2+可以有效地减少串话干扰。当ADSL2+与ADSL混用时,为避免线对间的串话干扰,可以将其下行工作频段设置在1.1~ 2.2 MHz之间,避免与ADSL的1.1 MHz下行频段产生干扰,从而达到降低串扰、提高服务质量的目的。



  2.2 VDSL技术



  VDSL(Very-high-speed Digital Subscriber Line,甚高速数字用户线)是目前传输带宽最高的一种xDSL接入技术,被看作是向住宅用户传送高端宽带业务的最终铜缆技术。VDSL技术具有下列特点。



  (1)传输速率高,提供上下行对称和不对称两种传输模式。在不对称模式下,VDSL最高下行速率能够达到52 Mbit/s(在300 m范围内),在对称模式下最高速率可以达到34 Mbit/s(在300 m范围内)。VDSL克服了ADSL在上行方向提供的带宽不足的缺陷;



  (2)传输距离受限。带宽和传输距离呈反比关系是DSL技术的普遍规律,VDSL是利用高至12 MHz的信道频带(远远超过了ADSL的1MHz的信道频带)来换取高的传输速率的。由于高频信号在市话线上的大幅衰减,因此其传输距离是非常有限的,而且随着距离的增加其速率也将大幅降低,目前VDSL线路收发器一般能支持最远不超过1.5 km的信号传输。



  (3)能较好地支持各种应用。VDSL是一个基于传输媒介的物理层技术,但VDSL从标准化工作一开始,就在协议栈、帧映射等方面进行了详细的规定,从而为基于STM、ATM和PTM(Packet Transfer Mode,即Ethernet和IP应用)各种数据流的VDSL应用奠定了基础,避免了ADSL因标准化的相对滞后而导致的目前主要支持Ethernet和IP应用但却需要和ATM绑定的尴尬局面。



  (4)具有较好的频谱兼容性。频谱兼容性是DSL技术中一个非常重要的问题,因为电缆中不同线路之间的信号串扰是不可避免的,通过频谱的安排,VDSL所占用的频带可以在900 kHz之上,其产生的串音不在HDSL/SHDSL /ADSL信号的频带之内,这样,VDSL不仅可以在同一根用户线上与POTS/ISDN共存互不影响,而且也不会影响同一电缆中其它线对上的HDSL/SHDSL/ADSL业务,这也是其它DSL技术无法比拟的。



  3 新一代xDSL应用策略



  新一代xDSL技术在原有基础上作了很大的改进,但是技术的应用发展是渐进性的,应该结合用户需求的变化,充分发挥现有网络的能力,有张有弛地部署新技术。由于ADSL2、ADSL2+与VDSL在技术上差异较大,因此下文将分别进行讨论。



  3.1 ADSL2、ADSL2+应用策略



  不管是在覆盖距离、出线率、下行带宽方面还是在电源管理、故障检测等方面,ADSL2、ADSL2+相对ADSL技术都有了很大的改善,拥有许多新的特性与功能。这些新的特性和功能将进一步提高网络的性能和协同工作能力,这样运营商可以通过对现有设备的升级来实现新技术应用部署,而不是淘汰现有设备,同时更好地支持新的应用和服务。因此,在有条件的地方可以逐步应用ADSL/ADSL2+技术,通过对现有ADSL设备的升级,使其具有ADSL/ADSL2+的能力。例如:在一些用户线距离较远的地区可以利用ADSL2/ADSL2+对用户进行覆盖;而对部分带宽需求高于ADSL提供能力的地方,也可以部署ADSL2+;对于出线率较低的地区,ADSL2+也可以作为一种解决方法进行部署,以减少线束之间的干扰,提高出线率。



  新一代ADSL技术固然好,但毕竟标准推出时间不长,且目前芯片和设备都不成熟,所以目前还不宜大规模应用。另外,由于ADSL2、ADSL2+对第一代ADSL技术进行了较大改变,尤其是帧结构,因此在大规模部署前,运营商应密切关注这些技术之间的互通问题。作为ADSL的发展方向,ADSL2/ADSL2+应作为ADSL技术的有益补充,先重点研究,充分进行网络试验,然后逐步部署到网络中去,为ADSL网络的升级换代打好基础。



  3.2 VDSL应用策略



  VDSL是目前传输带宽最高的一种DSL接入技术,具有支持双向速率对称、传输速率高的特点,但传输距离短。在部署VDSL时要充分考虑到它的技术特点。对于相对密集、中等距离(在1~1.5 km内)及带宽需求较高的住宅小区用户可考虑采用VDSL方式,取代LAN接入技术,避免在综合布线上的大量投资;对于酒店、商业楼宇等无法进行综合布线或综合布线成本太高的特殊商业区域以及被竞争对手通过综合布线先行占领的区域,也可考虑采用VDSL技术,以快速抢占用户市场。总之,VDSL技术的引入,应重点考虑那些对速率要求高、线路质量好且线路距离较短的地区,这样才能充分发挥VDSL的优点。当然,结合光接入技术将VDSL推向距离较远的用户也是需要重点考虑的问题,就目前来看,已经具备了进行网络试验的条件。



  4 小结



  新一代xDSL技术针对第一代xDSL技术存在的问题,提供了比较有效的解决办法,为xDSL接入技术的发展提供了强有力的支持。新一代xDSL技术必然会取代现有的xDSL技术,但这是一个渐进的过程,运营商应该综合考虑到用户需求的变化和引入新技术带来的成本和风险,逐步部署新一代xDSL技术。



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