Friday, September 22, 2017

分析xDSL技术-ADSL/VDSL/ADSL2+/VDSL2

  一、方便灵活的xDSL技术
  INTERNET的迅速发展已经改变了我们工作和生活。随着计算机技术和通信技术的飞速发展,INTERNET已不仅仅是单纯意义上的网络,它还能向我们提供全面的数据和多媒体服务。目前互联网上许多新的应用已经可以提供大量的视、听应用和全新的交互式三维应用,而这些是不能在传统的低速接入技术上实现的,如今,我们需要的是宽带接入。

  目前有多种方案可以解决宽带接入的问题,比如xDSL技术,HFC技术等等。其中,xDSL技术是一种比较成功和成熟的技术。

  DSL是英文Digital Subscriber Line的缩写。目前存在有HDSL、SDSL 、VDSL 、ADSL与RADSL等多种不同类型的DSL接入技术。为了方便起见,人们常常把这些DSL技术统称为“xDSL”技术。这些DSL接入技术的基础系统架构与原理基本上是相似的,所不同的只是这些技术在信号传输速率与距离、具体实现方式及上、下行速率的对称性等方面有所区别。

   xDSL得到广泛的重视和应用的原因是它利用了全世界最普遍的介质——电话线来达到宽带应用所要求的速度。所以,用户无须更换现有的基本介质就能获得宽带的业务,因此可以极大地保护以前的巨额投资。而且,xDSL技术还可以让网络服务提供者和用户使用现有的技术实现不同的服务,如帧中继、ATM等,而且能够在同一个平台上支持这些服务,所以xDSL技术得到了迅速的发展,在接入网中占有重要的地位。

  二、宽带接入技术VDSL

  在众多xDSL技术中,比较有名的是ADSL技术,但是ADSL技术在提供图像业务方面的带宽十分有限以及经济上成本偏高,所以,这些缺点成为了 ADSL迅速发展的障碍。

  而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技术仍旧在一对铜质双绞线上实现信号传输,无须铺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。其下行速率可达13~55Mbps,上行速率可达 1.5~19Mbps,传输距离约为300米~1500米。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。

  VDSL技术也采用频分复用的方式,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技术通常采用DMT调制方式和离散小波多频调制(DWMT),其中DWMT采用了小波正交变换,所以性能比DMT更好。经过小波变换的DWMT 的子信道功率的99%以上都集中在主瓣,因而信噪比得到了大大的提高。

  和ADSL技术相比较,VDSL技术的特点是网络建设方案简单、使用方便和速率高(VDSL技术的数据传输速率可以达到ADSL技术的10倍),但是它的传输距离则比ADSL技术稍短。

  虽然 VDSL的有效传输距离比ADSL稍短,但是从目前的情况看,光纤到户(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。所以这种技术也可以称作光纤到近邻(FTTN)。

  而且,由于传输距离的缩短,那么传输码元之间的干扰则会大大减小。因此,带来的好处是能够大大地简化对数字信号处理要求,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,对于用户来数,假如采用了质量较好的配线或引入线,那么,将FTTC(光纤到路边)技术,尤其是AP0N技术与VDSL技术相结合,作为ONU(光网络单元)到用户间的配线,通过FTTC为企业用户和家庭提供宽带接入,这样可以实现设备成本和带宽能力方面的平衡,由此看来,这是一种比较现实理想的宽带混合接入方案。

  同时,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。

目前,受到广泛重视的是将VDSL技术和以太网技术相结合。

  以太网技术也是一种具有极其强大优势的技术。性能价格比高、高度灵活、相对简单、易于实现的诸多特点使得以太网技术成为当今最重要的一种局域网建网技术,在数据网络中得到了最为广泛的应用。

  目前,随着以太网技术的迅速发展,10M以太网技术已经成为过去,100M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的用户,并将逐步替代100M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。

  因此,假如将VDSL技术和以太网技术结合,那么,用户可以同时享受到两种技术的优点,同时也可以避免它们各自的一些缺点。

  从安全性和服务质量(QoS)的角度来看,传统的以太网技术采用的是一种尽力而为的网络机制,强调的是用户接入的方便性。实现的是网络资源和信息的共享,而没有提供足够的带宽控制能力和支持实时业务的服务质量(QoS)的保证,也没有提供故障定位以及多用户共享节点行网络的统计计费,而且共享型网络拓补致命的缺陷就是它的安全保密性比较差,虽然目前随着以太网技术的发展,这些都在逐步得到改善,但是目前还没有一种能够灵活、简单解决这个问题的方案。然而,VDSL技术从ADSL技术发展而来,因此该技术在网络拓扑的选择上采用星型拓补结构,为每用户提供固定的、独占的保证带宽,而且完全可以保证用户发送数据的安全性(Qos)。所以,采用VDSL技术和以太网技术相结合的方案,可以完全解决接入用户的数据安全性和服务质量的问题,同时,该方案还能够方便运营商的计费,解决了以往以太网的管理和计费比较复杂的问题。

  同时,可以预见的是,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以分组交换特别是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技术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。

  不过,VDSL技术目前尚处于发展初期,由于方案的不同也导致了不同的支持者。不过2000年5月成立的全业务VDSL业务组包括了多家世界级别的通信巨头,它们负责制定国际标准,目前正在积极的完善当中。可以断言,VDSL技术的前途肯定是非常光明。

ADSL2+简介

  2003年1月举行的ITU会议上通过新一代ADSL标准,在ADSL2 (G.992.3)和无分离器的ADSL2 (G.992.4),基础上进一步扩展的ADSL标准。ADSL2+(G.992.5)标准在ADSL2(G.992.3)的基础上进一步扩展,主要是将频谱范围从1.1MHz扩展至2.2MHz,相应地,最大子载波数目也由256增加至512。它支持的净数据速率最小下行速率可达16Mbit/s,上行速率可达800kbit/s,且16Mbit/s以上的下行速率、800kbit/s以上的上行速率也可选支持(下行最大传输速率可达25Mbit /s)。ADSL2+打破了ADSL接入方式带宽限制的瓶颈,使其应用范围更加广阔。

ADSL2+主要有以下改变:
① 速度更快
  ADSL提供的实际带宽和速度在如今各种宽带中已是较快的,而ADSL2+速度更快。ADSL2+标准在8Mbps(最大12Mbps)的ADSL2的基础上进一步扩展,主要是将频谱范围从1.1MHz扩展至2.2MHz,相应地,最大子载波数目也由256增加至512。它支持的净数据速率最小下行速率可达 16Mbps(下行最大传输速率可达24-25Mbps)。ADSL2+打破了ADSL接入方式带宽限制的瓶颈,使其应用范围更加广阔。
  高达24Mbps的下行速率,可以支持多达3个视频流的同时传输,大型网络游戏,海量文件下载等都成为可能。
② 传输距离更远
  和第一代ADSL相比,ADSL2所达到的速率,在较长距离的电话线上,ADSL2将在上行和下行线路上提供50kbit/s的速率增量。这使得增加了传输的距离600英尺,也就是增加了覆盖面积的6%,大约 2.5平方公里。
  ADSL2+解决方案传输距离可达6公里,完全能满足宽带智能化小区的需要,突破了以前 ADSL技术接入距离只有3公里的缺陷,可覆盖更多的用户实现更高的接入速度。
  在下行方面,ADSL2+在1.5公里的距离上可达到20Mbps的速率,是同样距离上 ADSL下行8Mbps的2.5倍。在1公里到3公里,ADSL2+提供比VDSL及传统ADSL更高的接入速率;到了三公里以外,ADSL2+提供的速率和传统ADSL差不多。
③ 其它改进
  ADSL2+和ADSL2也保证了向下兼容,运营商只需要简单变革便能实现从ADSL的平滑升级。
  ADSL2+可以用来减少串话。大家知道,从ADSL服务和从RT到线路的串话(信号串扰)能够大大削弱从CO到线路的数据率。而ADSL2+可以通过使用从中心局到远端的使用频率在1.1MHz以下,从远端到中心局传输使用的频率在1.1MHz 和2.2MHz之间来解决这个问题。这会消除在服务和从中心局到线路上的保护数据率中的绝大部分串话。
  启动速度更快,ADSL2提供了一种快速启动模式,初始化时间从ADSL的10s减少到3s。

VDSL2:集xDSL技术之大成者

VDSL2(G.993.2)即第二代VDSL,其标准制定工作始于2004年6月,在运营商的大力推动下,于2005年5月在ITU-T会议上获得通过,前后仅用了短短不到1年的时间。

尽管标准还有很多有待完善之处,但是,VDSL2展现出的特性令人激动,将成为新一代短距离高速率应用主流技术的有力竞争者。

VDSL2主要技术特点

第一,更高的传输速率。IPTV、网络互动游戏等新兴宽带应用,对接入网的上行带宽提出了要求。VDSL2充分考虑到这些双向高速宽带应用的需求,规定了 6波段高达30MHz的频带,在300m的短距离内,可以实现双向的100Mbit/s数据传送速率。在300~1500m中等距离内,通过采用栅格编码技术和交织技术,传输速率也比第一代VDSL高。

第二,更远的传输距离。受到双绞线高频衰减物理特性的限制,第一代VDSL的传输距离一般小于1.5km。VDSL2通过增强发射功率(20.5dBm),并配合U0频段和回波抑制的使用,传输距离最远可达3km左右。

第三,兼容ADSL2+技术。VDSL2摒弃了QAM调制方式,采用与ADSL2+同样的DMT作为惟一的调制方式。同时规定,在12MHz以下,仍然采用4kHz的子载波宽度,在12MHz以上,频段采用可变子载波宽度。此外,VDSL2支持PTM、STM以及ADSL2+所采用的ATM等多种封装的传送模式。VDSL2由于融合了ADSL2+和第一代VDSL技术的优点,因此在短距离内,可以达到100Mbit/s传输速率,超过一定距离后,直接切换到ADSL2+模式,继续提供中远距离的数据传输。这为ADSL2+向VDSL2过渡提供了良好的解决方案,运营商可以根据需要逐步更新设备,既保护了原有的投资,又减少了技术选择风险。

第四,更为完善的PSD控制。VDSL2频率范围由于覆盖了中波、短波广播及业余无线电的频谱,因此,将受到这些无线信号的射频干扰(RFI)。另外,承载VDSL2传输线对的电气信号会耦合到同一捆电缆的其他线对上,产生线间串扰。这些干扰是制约VDSL2应用的主要障碍。VDSL2采用频谱开槽、上行功率削减(UPBO)、MIB控制PSD等技术来完成功率谱的管理,消除或减小这些干扰对传输性能的影响,提高对接入环境的适应能力。

第五,更好的视频业务支持。视频业务的特点是,带宽要求高,对时延不敏感,但对丢包或误码敏感。VDSL2充分考虑了视频业务的这些特点,在脉冲噪声保护、动态改变交织深度以及双延迟通道等方面做了大量的工作,以降低脉冲噪声造成的误码、丢包的概率。

第六,多种模版(Profile)配置。在不同组网环境下,VDSL2受到的干扰因素是不一样的。为了支持各种应用,VDSL2标准定义了8种 Profile(8a、8b、8c、8d、12a、12b、17a、30a),支持CO、FTTC以及大楼内等多种应用,减少了产品开发的复杂性和成本。

第七,环路诊断。VDSL2继承了ADSL2的环路诊断功能,提供的测试参数能够用于物理铜线环路条件、串扰和线路衰减(由湿度和温度变化等引起)等的分析,解决串扰源识别、线路桥接抽头等线路问题,这在实际应用中具有非常重要的意义。但是,这种测试是基于CPE进行的,覆盖范围以及测试精度与专用测试设备相比有较大的差距,因此应用范围有限。在实际应用中,可结合VDSL网管系统、窄带112测试系统等支撑手段,提高故障定位准确率和维修效率,降低维修上门率。

第八,在线重配置(OLR)。OLR功能可以增强VDSL2适应线路变化的能力。当线路或环境条件发生缓慢变化时,OLR功能可以使VTU在控制参数所设置的限度内,不中断业务而自动维持操作,且不会出现传输错误和时延变化。在初始化过程中,特别是短初始化过程中,由于训练时间短,因此对线路状况的评估较为粗糙。OLR功能可在短初始化之后,用于优化VTU的设置。

VDSL2较其他DSL的优势

各种DSL技术在最初的应用定位上有所不同,主要体现在传送模式、传输速率以及传输距离等方面。ADSL/ADSL2+兼顾了距离与速率之间的平衡;SHDSL强调上下行传输速率的对称性;VDSL解决的重点问题则在于短距离范围内的高带宽应用。

可以看出,VDSL2集各种DSL技术优势于一身,是xDSL技术的“集大成者”。VDSL2在支持传送模式方面更为灵活,适用于多种应用场合,不但支持上下行传输速率对称的应用,而且还支持传输速率不对称的应用。在短距离内,VDSL2的上下行速率优势明显,特别是上行带宽能力是其他DSL不能比拟的,适合视频、流媒体等带宽需求很高的业务应用;在中长距离内,可以覆盖大部分ADSL/ADSL2+接入范围。

VDSL2是xDSL技术的发展方向。虽然目前标准还不完善,技术发展存在诸多变数,但有理由相信,兼容ADSL/ADSL2+以及第一代VDSL的 VDSL2将全面替代VDSL,并将部分替代ADSL2+和SHDSL。在电信运营商和DSLAM设备厂商的大力推动下,随着技术和设备的成熟和完善,甚至有可能出现“VDSL2一统xDSL天下”的局面。

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