高速铜线接入技术的发展历程回顾与展望
2019-11-04 22:47:57
供稿：网友
1、前言
随着技术的不断进步，在普通电话（双绞铜线）上传输越来越高速的数字信息成为现有电信接入网升级的一种重要手段。50年代，话带Modem的传输速率是600bit/s，60年代为2400bit/s，70年代为9600bit/s，自从80年代发明了TCM（网格编码调制）以来，话带Modem的传输速率获得大幅提高，经过了14.4kbit/s、19.2kbit/s、28.8kbit/s、33.6kbit/s等几个分阶段，直到目前V.90标准的PCMModem，它上行速率是33.6kbit/s，下行速率是56kbit/s，这几乎接近了香农定律所规定的电话线信道（话带）的理论容量。
由于V系列Modem占用的频带十分有限，只有3400Hz，因此传输速率的进一步提高的潜力不大。为进一步提高传输速率，必须充分利用双绞铜线的频带，于是各种DSL（数字用户线）技术应运而生。最先出现的是N-ISDN，它使用2BIQ的线路码，在一对绞线上双工传送160kbit/s的码流，占用80kHz的频带，传输距离达到6km，假如使用更新、功能更强大的DSP，传输距离还可进一步增加。在美国，N-ISDN的应用并不广泛，因此有些人认为N-ISDN在美国是失败的。但在欧洲某些国家，如德国，N-ISDN是相当成功的。我国的部分地区也已经开通了N-ISDN的服务。
2、HDSL及其变种
紧随N-ISDN之后的是HDSL（高速率数字用户线）技术。ANSI（美国国家标准委员会）和ETSI（欧洲电信标准委员会）标准的HDSL采用2BIQ的线路码，通常在两对绞线（DTSI还支持1、3、4对绞线，ANSI还支持3对绞线，来适应不同的传输距离）上双工传输T1（1.544kbit/s）或E1（2.048kbit/s）的码流，每个绞线对的负载是双工768kbit/s或1168kbit/s。HDSL采用了高效的自适应线路均衡器和全双工回波抵消器，传输距离可达3～5km。HDSL的性能远好于传统的T1、E1载波设备，不需要中继，安装简单，维护方便。因此在美国，已不再安装老式的T1载波设备，全部代以HDSL。HDSL还可作为连接蜂窝电话基站和交换机的链路，以及用于线对增容，传输多路话音。安徽省邮电治理局已使用了几十套HDSL设备，效果良好。
ANSI和ETSI正在致力于制定下一代的HDSL——HDSL2的标准，从而使它支持速率自适应的应用，即支持在更长的线路上传输较低速成码流。由于HDSL的许多应用对等待时间有严格的限制，一般要求小于500ms，因而在线路码的选择方面，各公司已基本达成一致，如Pairgain.Level1.Globespan等，倾向于采用简单的单载波调制方式，如64-CAP（无载波调幅调相）或QAM（正交幅度调制），以DMT（离散多音）为代表的多载波线路码基本上被淘汰出局。 纠错和编码技术还未确定，许多方案都展示了良好的性能，都可达到5～6dB的编码增益，如RS（里德所罗门）编码和TCM结合的方案。有的公司提出采用目前最热门的Turbo code，它有着接近信息理论极限的性能，但编译码较复杂。
与以上的标准和准标准化的HDSL不同，一些公司相继推出了一些HDSL的非标准的变种。例如只采用2BIQ的HDSL系统的一个芯片组，就可以在一个绞线对上传输768kbit/s1168kbit/s的码流，也可以提供更低速接入，如512kbit/s、384kbit/s。虽然它的传输速率不如HDSL，但相应地，它的成本十分低廉，而且它提供的速率足以满足某些线对增容、可视电话、视频会议及Internet接入的需要。已面世的产品有MDSL（Moderate-DSL）、PCM-n和 Brooktree公司的DSL/384等。它们的一个共同特点是：由局端供电。
3、ADSL及其新标准
ANSI和ETSI均采用DMT作为ADSL（不对称数字用户线）的线路码。ANSI于1995年底颁布了它的ADSL标准T1，413。该标准详尽规定了ADSL系统采用的线路码、编码方式、帧格式和各种维护、治理操作。它在保留POTS（普通电话服务）的前提下，同时提供640kbit/s的上行速度和6kbit/s的下行速率。
ANSI仍在致力于完善和修订这一标准，新版本标准将于1999年颁布。新标准参照了最近两年ADSL的实际使用经验和市场需求的变化，主要改动了三方面的内容。
（1）针对第一版过于强调VOD的应用，新标准加入了有关数据和Internet接入服务的内容。
（2）增加了有关传输速率自适应（Rate adaptive-ADSL）的内容，提供了标准的练习和治理协议，便于不同的ADSL系统之间实现速率自适应协调。
（3）为了适应未来的ATM应用，新标准分为两部分，分别处理有关PM（物理媒体）子层和TC（传输汇聚）子层的问题。这将为在ADSL传输平台上传送ATM信远（ATMoverADSL）提供了保证。
在ANSI内部，争论最大的问题是：是否采用第二个线路码——CAP，ANSI的态度是暂维持现状，而一些公司和团体已经开始制定基于CAP线路码的ADSL标准，如朗讯科技等。
一些公司和团体提出了“逆ADSL（R-ADSL）”的概念，即将ADSL的上下行速率颠倒过来，从用户到局端采用高速率，从局端到用户采用低速率。但实际上适合这种应用的场合很少。而且，在ADSL与R-ADSL混合使用的场合，给频谱兼容性带来了破坏，增加了近端串扰。
还有一些人提出“对称ADSL（S-ADSL）”的概念，即通过重新给ADSL系统收发信机分配信道，来实现对称速率的传输。目前还没有任何标准化组织来制定关于这应用的标准，但已有这样的产品面世。
4、VDSL及其FTTC应用
在国外，尤其在美国，FTTC（光纤到路边）或FTTB（光纤到大楼）的最后一段——ONU（光纤网络单元）到用户端的接入方案，即VDSL的实现方案有许多种，这些方案的支持者各持己见，都希望自己的方案能成为正式的标准。ANSI、ETSI和DAVIC争相制定自己的标准，这一标准之争还将会继续下去。目前，线路速率已经比较明确，线路速率分两个等级：51Mbit/s（线路长度300m）和25Mbit/s（线路长度100m）。虽然线路速率较ADSL高许多，但是线路长度较短，且应用环境较单纯，不必像ADSL那样面对复杂的应用环境，因此实现起来较ADSL要简单一些，成本也相应会低一些。但以下几点尚未确定：
上下行的速率之比尚待确定。大多数公司支持不对称的速率，认为1：10的速率比较合适，少数公司偏爱对称的速率。
采用何种线路码成为争执的焦点之一。
其它的技术细节，如纠错和编码技术。某些公司提出采用目前最热门的Turbo code。
目前的主要技术方案有以下几种。
4.1 AMATI的“乒乓DMT”方案
此方案由Amati公司提出。上下行方向均采用DMT线路码，发信机和接收机轮流工作，以时分的“乒乓法”实现双工传输。
它的优点是：
改变上下行的速率较灵活方便，只需高速发送和接收的时间之比即可。
不必使用滤波器来分隔上下行信号，降低了复杂性。
缺点是：
DMT功耗较大，对于纯FTTC系统的ONU来说，这是一个较大的缺陷。不过在SDV中，ONU由HFC（混合光纤同轴电缆）的同轴电缆来供电，似乎影响不大。
由于是时分双工，所以收发双方在时间上的同步配合很重要，对定时抖动较敏感，这可能会影响它在较苛刻的环境下的应用。
收发信机的帧速率是2kHz，即收发信机轮流工作的交替频率是2kHz，这会在邻近两年线路中引入2kHz的音频干扰（假如邻近线路接收终端没有用于滤除低频干扰的滤波器）。这样的干扰在TDMA的蜂窝电话系统中已被检测到。
4.2 频分复用CAP方案
某些制造商支持频分复用CAP的方案，上行信道使用的频段低于下行信道，一致采用CAP作为下行信道的线路码，如Analog Devices.Aware.Orckit.BBT.Globespan 和Broadcomm等公司都支持此方案，它们正在拟定基于CAP的标准草案。值得注重的是，前三者都已研制了基于DMT的ADSL，由此可见CAP线路码确实有它的独到之处。但在上行方向上还存在争论。有的公司主张采用CAP或QPSK，而有的公司提出反对意见，认为上行数码流的起点在用户家中，供电不成问题，CAP的低功耗的特点无从发挥。
CAP线路码的特点是功耗较低，实现简单，抗RF干扰性能较好，但对脉冲干扰较敏感。
4.3 DAVIC1.0‘sFTTC标准方案
在低频段，噪声的功率谱较大，尤其是尖峰脉冲噪声，对系统的性能影响很大。为改善系统的抗噪声性能，DAVIC1.0’SFTTC标准将上行信道放在下行信道的频带之上，下行信道占用的频带是5～26MHz，传输速率是51.84Mbit/s，上行信道占用1.6MHz（28.4～30MHz）的带宽，传输1.62Mbit/s的码流。这样就避免了低频段的宽带噪声的影响。且由于高频段的分隔滤波器过渡带轻易做得很窄，上下行信道之间不必保留很宽的保护带，因此节省了频带，提高了频谱利用率。DAVIC的上行速率只有1.62Mbit/s，能否达到众望所归的3Mbit/s，还很成问题。另外，窄带的高频段上行信号对信道传输谱的陷落点很敏感。
郎讯科技已推出了基于DAVIC1.0’sFTTC标准的芯组，由7块芯片组成，传输距离是200m双绞线+80m室外同轴电缆+40m室内同轴电缆。该系统主要用于SDV中铜线/缆接入段。
4.4 CAP-DWMT混合解决方案
为了统筹兼顾，在上下行方向都取得最佳的传输性能，Analog Devices.Aware、BBT提出了一种混合解决方案。该方案将下行通道置于高频段，上行通道置于低频段。
在纯FTTC中，由于对下行通道的要求是：高速、宽带、低功耗（在SDV的ONU中，这一点要求可放松），且在高频段存在业余无电线电台的RF干扰，因而采用简单、低功耗和抗RF干扰性能好的CAP线路码。在低频段的上行信道，存在较大的脉冲干扰，因而采用有卓越的抗脉冲噪声性能的多载波的DWMT（离散小波多音）线路码，它比DMT线路码有更好的性能。而且，在用户端采用多载波线路码的一个突出的优越性是可以轻易地支持多个用户终端的同时接入。上行码流的起点是在用户家中，多载波线路三所需的较高的功率很轻易得到满足。
