摘要 本文回顧了高速銅線接入技術的發展歷程，闡述了它的各種應用，并介紹了技術最新進展和動向。
關鍵詞 接入網 HDSL ADSL VDSL
1、前言
——隨著技術的不斷進步，在普通電話（雙絞銅線）上傳輸越來越高速的數字信息成為現有電信接入網升級的一種重要手段。50年代，話帶Modem的傳輸速率是600bit/s，60年代為2400bit/s，70年代為9600bit/s，自從80年代發明了TCM（網格編碼調制）以來，話帶Modem的傳輸速率獲得大幅提高，經過了14.4kbit/s、19.2kbit/s、28.8kbit/s、33.6kbit/s等幾個分階段，直到目前V.90標準的PCMModem，它上行速率是33.6kbit/s，下行速率是56kbit/s，這幾乎接近了香農定律所規定的電話線信道（話帶）的理論容量。
——由于V系列Modem占用的頻帶十分有限，只有3400Hz，因此傳輸速率的進一步提高的潛力不大。為進一步提高傳輸速率，必須充分利用雙絞銅線的頻帶，于是各種DSL（數字用戶線）技術應運而生。最先出現的是N-ISDN，它使用2BIQ的線路碼，在一對絞線上雙工傳送160kbit/s的碼流，占用80kHz的頻帶，傳輸距離達到6km，如果使用更新、功能更強大的DSP，傳輸距離還可進一步增加。在美國，N-ISDN的應用并不廣泛，因此有些人認為N-ISDN在美國是失敗的。但在歐洲某些國家，如德國，N-ISDN是相當成功的。我國的部分地區也已經開通了N-ISDN的服務。
2、HDSL及其變種
——緊隨N-ISDN之后的是HDSL（高速率數字用戶線）技術。ANSI（美國國家標準委員會）和ETSI（歐洲電信標準委員會）標準的HDSL采用2BIQ的線路碼，通常在兩對絞線（DTSI還支持1、3、4對絞線，ANSI還支持3對絞線，來適應不同的傳輸距離）上雙工傳輸T1（1.544kbit/s）或E1（2.048kbit/s）的碼流，每個絞線對的負載是雙工768kbit/s或1168kbit/s。HDSL采用了高效的自適應線路均衡器和全雙工回波抵消器，傳輸距離可達3～5km。HDSL的性能遠好于傳統的T1、E1載波設備，不需要中繼，安裝簡單，維護方便。因此在美國，已不再安裝老式的T1載波設備，全部代以HDSL。HDSL還可作為連接蜂窩電話基站和交換機的鏈路，以及用于線對增容，傳輸多路話音。安徽省郵電管理局已使用了幾十套HDSL設備，效果良好。
——ANSI和ETSI正在致力于制定下一代的HDSL——HDSL2的標準，從而使它支持速率自適應的應用，即支持在更長的線路上傳輸較低速成碼流。由于HDSL的許多應用對等待時間有嚴格的限制，一般要求小于500ms，因而在線路碼的選擇方面，各公司已基本達成一致，如Pairgain.Level1.Globespan等，傾向于采用簡單的單載波調制方式，如64-CAP（無載波調幅調相）或QAM（正交幅度調制），以DMT（離散多音）為代表的多載波線路碼基本上被淘汰出局。 糾錯和編碼技術還未確定，許多方案都展示了良好的性能，都可達到5～6dB的編碼增益，如RS（里德所羅門）編碼和TCM結合的方案。有的公司提出采用目前最熱門的Turbo code，它有著接近信息理論極限的性能，但編譯碼較復雜。
——與以上的標準和準標準化的HDSL不同，一些公司相繼推出了一些HDSL的非標準的變種。例如只采用2BIQ的HDSL系統的一個芯片組，就可以在一個絞線對上傳輸768kbit/s1168kbit/s的碼流，也可以提供更低速接入，如512kbit/s、384kbit/s。雖然它的傳輸速率不如HDSL，但相應地，它的成本十分低廉，而且它提供的速率足以滿足某些線對增容、可視電話、視頻會議及Internet接入的需要。已面世的產品有MDSL（Moderate-DSL）、PCM-n和 Brooktree公司的DSL/384等。它們的一個共同特點是：由局端供電。
3、ADSL及其新標準
——ANSI和ETSI均采用DMT作為ADSL（不對稱數字用戶線）的線路碼。ANSI于1995年底頒布了它的ADSL標準T1，413。該標準詳盡規定了ADSL系統采用的線路碼、編碼方式、幀格式和各種維護、管理操作。它在保留POTS（普通電話服務）的前提下，同時提供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訂這一標準，新版本標準將于1999年頒布。新標準參照了最近兩年ADSL的實際使用經驗和市場需求的變化，主要改動了三方面的內容。
——（1）針對第一版過于強調VOD的應用，新標準加入了有關數據和Internet接入服務的內容。
——（2）增加了有關傳輸速率自適應（Rate adaptive-ADSL）的內容，提供了標準的訓練和管理協議，便于不同的ADSL系統之間實現速率自適應協調。
——（3）為了適應未來的ATM應用，新標準分為兩部分，分別處理有關PM（物理媒體）子層和TC（傳輸匯聚）子層的問題。這將為在ADSL傳輸平臺上傳送ATM信遠（ATMoverADSL）提供了保證。
——在ANSI內部，爭論最大的問題是：是否采用第二個線路碼——CAP，ANSI的態度是暫維持現狀，而一些公司和團體已經開始制定基于CAP線路碼的ADSL標準，如朗訊科技等。
——一些公司和團體提出了“逆ADSL（R-ADSL）”的概念，即將ADSL的上下行速率顛倒過來，從用戶到局端采用高速率，從局端到用戶采用低速率。但實際上適合這種應用的場合很少。而且，在ADSL與R-ADSL混合使用的場合，給頻譜兼容性帶來了破壞，增加了近端串擾。
——還有一些人提出“對稱ADSL（S-ADSL）”的概念，即通過重新給ADSL系統收發信機分配信道，來實現對稱速率的傳輸。目前還沒有任何標準化組織來制定關于這應用的標準，但已有這樣的產品面世。
4、VDSL及其FTTC應用
——在國外，尤其在美國，FTTC（光纖到路邊）或FTTB（光纖到大樓）的最后一段——ONU（光纖網絡單元）到用戶端的接入方案，即VDSL的實現方案有許多種，這些方案的支持者各持己見，都希望自己的方案能成為正式的標準。ANSI、ETSI和DAVIC爭相制定自己的標準，這一標準之爭還將會繼續下去。目前，線路速率已經比較明確，線路速率分兩個等級：51Mbit/s（線路長度300m）和25Mbit/s（線路長度100m）。雖然線路速率較ADSL高許多，但是線路長度較短，且應用環境較單純，不必像ADSL那樣面對復雜的應用環境，因此實現起來較ADSL要簡單一些，成本也相應會低一些。但以下幾點尚未確定：
——上下行的速率之比尚待確定。大多數公司支持不對稱的速率，認為1：10的速率比較合適，少數公司偏愛對稱的速率。
——采用何種線路碼成為爭執的焦點之一。
——其它的技術細節，如糾錯和編碼技術。某些公司提出采用目前最熱門的Turbo code。
——目前的主要技術方案有以下幾種。
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線路碼，發信機和接收機輪流工作，以時分的“乒乓法”實現雙工傳輸。
——它的優點是：
——改變上下行的速率較靈活方便，只需高速發送和接收的時間之比即可。
——不必使用濾波器來分隔上下行信號，降低了復雜性。
——缺點是：
——DMT功耗較大，對于純FTTC系統的ONU來說，這是一個較大的缺陷。不過在SDV中，ONU由HFC（混合光纖同軸電纜）的同軸電纜來供電，似乎影響不大。
——由于是時分雙工，所以收發雙方在時間上的同步配合很重要，對定時抖動較敏感，這可能會影響它在較苛刻的環境下的應用。
——收發信機的幀速率是2kHz，即收發信機輪流工作的交替頻率是2kHz，這會在鄰近兩年線路中引入2kHz的音頻干擾（如果鄰近線路接收終端沒有用于濾除低頻干擾的濾波器）。這樣的干擾在TDMA的蜂窩電話系統中已被檢測到。
4.2 頻分復用CAP方案
——某些制造商支持頻分復用CAP的方案，上行信道使用的頻段低于下行信道，一致采用CAP作為下行信道的線路碼，如Analog Devices.Aware.Orckit.BBT.Globespan 和Broadcomm等公司都支持此方案，它們正在擬定基于CAP的標準草案。值得注意的是，前三者都已研制了基于DMT的ADSL，由此可見CAP線路碼確實有它的獨到之處。但在上行方向上還存在爭論。有的公司主張采用CAP或QPSK，而有的公司提出反對意見，認為上行數碼流的起點在用戶家中，供電不成問題，CAP的低功耗的特點無從發揮。
——CAP線路碼的特點是功耗較低，實現簡單，抗RF干擾性能較好，但對脈沖干擾較敏感。
4.3 DAVIC1.0‘sFTTC標準方案
——在低頻段，噪聲的功率譜較大，尤其是尖峰脈沖噪聲，對系統的性能影響很大。為改善系統的抗噪聲性能，DAVIC1.0’SFTTC標準將上行信道放在下行信道的頻帶之上，下行信道占用的頻帶是5～26MHz，傳輸速率是51.84Mbit/s，上行信道占用1.6MHz（28.4～30MHz）的帶寬，傳輸1.62Mbit/s的碼流。這樣就避免了低頻段的寬帶噪聲的影響。且由于高頻段的分隔濾波器過渡帶容易做得很窄，上下行信道之間不必保留很寬的保護帶，因此節省了頻帶，提高了頻譜利用率。DAVIC的上行速率只有1.62Mbit/s，能否達到眾望所歸的3Mbit/s，還很成問題。另外，窄帶的高頻段上行信號對信道傳輸譜的陷落點很敏感。
——郎訊科技已推出了基于DAVIC1.0’sFTTC標準的芯組，由7塊芯片組成，傳輸距離是200m雙絞線+80m室外同軸電纜+40m室內同軸電纜。該系統主要用于SDV中銅線/纜接入段。
4.4 CAP-DWMT混合解決方案
——為了統籌兼顧，在上下行方向都取得最佳的傳輸性能，Analog Devices.Aware、BBT提出了一種混合解決方案。該方案將下行通道置于高頻段，上行通道置于低頻段。
——在純FTTC中，由于對下行通道的要求是：高速、寬帶、低功耗（在SDV的ONU中，這一點要求可放松），且在高頻段存在業余無電線電臺的RF干擾，因而采用簡單、低功耗和抗RF干擾性能好的CAP線路碼。在低頻段的上行信道，存在較大的脈沖干擾，因而采用有卓越的抗脈沖噪聲性能的多載波的DWMT（離散小波多音）線路碼，它比DMT線路碼有更好的性能。而且，在用戶端采用多載波線路碼的一個突出的優越性是可以輕易地支持多個用戶終端的同時接入。上行碼流的起點是在用戶家中，多載波線路三所需的較高的功率很容易得到滿足。
5、結束語
——高速銅線/纜接入將是未來研究的一個熱點。它以其優良的性能/價格比必將獲得廣泛的應用。決定它在以后發展的主要因素有三個：標準的制定、高速的DSP、各種高速接入方式的市場需求。這三個因素將直接影響它的價格。
——尤其是基于VDSL的SDV系統以其卓越的容量、性能、支持多種業務的能力和易于升級成全光網的特性成為今后寬帶接入網發展的一大方向。分析家認為SDV具有比HFC更多的優點，將成為傳輸交互式多媒體業務的最佳選擇、盡管現有業務不多，但由于SDV能將視像節目、高速Internet接入及語音集成在一起，其增長潛力非常強。
