利用VDSL2技术建立未来也适用的电信网络

    引言：VDSL2具有先进的性能优势，可以克服现有接入技术的不足，是消除最后一英里瓶颈的理想xDSL技术，将有助于三重业务的全球大规模部署，并提高运营商对有线服务提供商的竞争力。英飞凌科技的VINAX芯片解决方案支持全部八种VDSL2类(profile)，同时保证了与现有安装的ADSL/ADSL2/2+与VDSL的互操作性，可以实现电信网络的平滑、逐步、灵活地无缝升级，促进所有宽带业务向单一网络的汇聚。

    图1：VDSL2、VDSL1和ADSL2+下行速率/距离性能比较。

    图2：VDSL2频率规划模板—30a类(30MHz带宽、8.625kHz音调间距)。

    图3：数据包优先占用的例子。

    表1：列出了专门为包括局端、远端DSLAM、数字环路载波(DLC)和多住宅单元(MDU/MXU)交换机在内的不同领域市场应用裁剪过的所有标准化VDSL2类。

    表2：VDSL1和VDSL2比较。

    VDSL2是最新也是最先进的xDSL宽带线缆通信标准。VDSL2支持语音、视频、数据、HDTV和互动游戏等三重(triple-play)业务的广泛部署，可以帮助使用者和运营商逐步、灵活和节省成本地升级现有的xDSL基础架构。业界首个与该标准完全兼容的被命名为VINAX的VDSL2芯片组能够在短距离范围内提供高达100Mbps的对称数据速率，也可以提供类似ADSL的长距离通信性能，因此VINAX不仅能够满足当今高速电信网络的要求，还提供了一种适用于将来的技术，可以帮助运营商为今后越来越多的用户提供更丰富的业务。

    为什么需要VDSL2？

    目前的xDSL接入技术仍然是中心局(CO)和用户之间的通信瓶颈。中心局和远端DSLAM(数字用户线接入复用器)可以提供吉比特以太网链接甚至更高速度的技术，用户侧只是54Mbps和100Mbps的有线和无线局域网(LAN/WLAN)。但在这二者之间的链路不管是用ADSL、ADSL2/2+还是VDSL都有速率限制。另外，在同一媒介上同时传输视频/HDTV、数据和语音这样的“三重”业务需要比目前VDSL1或ADSL更成熟完善的服务质量(QoS)。最新的三重业务包括了至少3个电视频道、若干个VoIP连接和足够快的互联网访问，要求的数据速率至少要达到30~40Mbps，这一速度大约是目前ADSL2+解决方案在实际运行状态下能够达到的速率的二倍。

    为了克服现有接入技术的不足，业界适时开发和标准化了VDSL2技术。VDSL2是消除最后一英里瓶颈和全球大量部署先进的三重业务的理想xDSL技术。

    最终用户采用VDSL2实现宽带服务的关键驱动力是：多通道视频、HDTV教育和娱乐服务；使用VoIP可以降低电话费用；基础互联网数据接入速度的提高；当地有竞争力的定价，有些地区的VDSL服务费用与ADSL差不多，但带宽增加很多(主要是韩国和日本)。

    电信运营商可以从提供捆绑服务中获益，这些服务能成功地与有线运营商提供的任何服务竞争。另外，随着向ADSL2+/VDSL2混合网络的迁移(见下文)，可以通过单一网络提供全部xDSL服务类型，同时还能降低部署、运营和维护成本。

    不管怎样，重要的是VDSL2通过高性价比的混合光纤到户(FTTH)有效地解决了最后一英里问题：通过铺设光缆尽可能接近家庭、经现有的铺设在地基中的管道连到DSLAM或DLC，在最后几百米再用高速VDSL2连接起来。

    VDSL2频段规划和类型

    制定VDSL2标准的工作在实现三重业务的意向提出不久后就开始了，该标准包括多频道HDTV和VDSL2标准G.993.2，ITU-T在2005年5月27日批准发布。英飞凌的VINAX就是与VDSL2标准完全兼容的解决方案，可以在1,200英尺(约350米)距离上提供全双工100Mbps、在4,000~5,000英尺(约1.2~1.5公里)距离上提供全双工30Mbps的超高数据速率。由于具有增强的长距离通信能力，采用VINAX组建的系统可以在超过16,000英尺(4~5公里)距离提供与ADSL相近的比特速率，基本覆盖了电信网络中90%的家庭用户(一些国家可以达到100%的覆盖率)。

    与前几种DSL允许选择离散多音调(DMT)或正交幅度调制(QAM)技术不同，VDSL2只能使用DMT线路编码。DMT是一种分割DSL信号的方法，有用的频率范围被划分成多个小的频段或音区。最多可以分成4,096个音，音与音的间距为4kHz或8kHz。其中每个音都可以用作下行或上行传输。不过VDSL2标准已经定义好了上行和下行频段，并定义了8个针对各种应用领域的不同VDSL2类型。

    表1列出了专门为包括局端、远端DSLAM、数字环路载波(DLC)和多住宅单元(MDU/MXU)交换机在内的不同领域市场应用裁剪过的所有标准化VDSL2类。

    只匹配这八个标准化VDSL2类中的一个类的芯片解决方案也允许声称兼容全部标准，不过很显然会限制系统制造商和服务提供商的VDSL2部署计划。为了向系统供应商提供真正的附加值，帮助他们设计出能够符合所有部署环境的单一通用VDSL2系统，VDSL2芯片解决方案必须支持所有的类型。例如，欧洲和美国运营商要求20dBm或17.5dBm的发送功率(类型8a和8b)。而只能提供2,048个音、17MHz带宽和14.5dBm发送功率(类型8c和8d)的芯片解决方案就像许多准标准芯片组那样不能满足这些市场的要求。此外，确定确切的区域性要求仍然显得为时过早，因为许多运营商还在评估他们未来的网络和部署计划。

    简而言之，只有能够提供30MHz带宽、20dBm发送功率以及4,095个音调的VDSL2芯片解决方案才能具备所要求的灵活性，也才能帮助系统制造商和服务提供商用单一硬件平台满足所有地区市场需求。

    VDSL1与VDSL2的比较

    与VDSL1相比，新的VDSL2标准具有多个新的特性。下文所述的新增功能将提高数据传输的比特率和服务覆盖范围，同时为语音和视频传输提供高级的QoS，从而促进所有宽带业务向单一网络的汇聚。

    更高比特速率：VDSL1的频谱是12MHz，非标准解决方案是17MHz，而VDSL2的频谱高达30MHz，因此能实现100Mbps的对称数据速率传输，比早期的VDSL1解决方案最大70/30Mbps的速率要高出许多。除此之外，将二个独立通道用于同一连接的片上绑定(也被称为通道捆绑)将提高环路到达性能，支持更长环路上实现VDSL2比特速率(哪个距离？)。与有效比特速率取决于在线用户数量的共享媒CableModem不同，VDSL2提供点到点的连接，能够确保用户所支付的数据速率。

    类似ADSL的长距离(LR)性能：与ADSL类似的长距离性能是VDSL2的一个关键优势。具有LR-VDSL2功能的系统能够在4到5公里范围支持1~4Mbps的(下行)数据传输，而且随着环路长度的缩短，比特率将提高到对称的100Mbps。这意味着采用VDSL2的系统与VDSL1系统有本质区别，它不局限于短距离环路应用，还能用于中等距离的应用。

    LR-VDSL2使用低至25kHz的频率，并通过ADSLPSD(功率谱密度，定义了在使用频谱上的发送功率分配)模板提供20dBm的发送功率。这种情况下的上行频段最高分配到138kHz/276kHz，也被称为“上行频段0”或“扩展上行频带0”)。VDSL2下行频段DS0可以看作是扩展的ADSL频段，最高可达3.75MHz，而ADSL和ADSL2+只能分别达到1.1MHz和2.2MHz。图2就是VDSL2频段规划的一个例子。

    LR-VDSL功能是由回波消除和时域量化保证的，这是经过ADSL验证了的技术，可以避免发送路径上的回波。VDSL1系统一般使用数字复用方法补偿较长用户环路时的延迟效应。但这种技术受环路距离的限制，在3,000英尺(约1公里)以上距离时就会失效，还会导致连接丢失。因此兼容VDSL2标准的系统必须实现回波消除和时域量化功能，才能满足3,000-4,000英尺(1~1.2公里)以上中等和远距离环路应用性能要求。

    为对时延敏感的应用提供高级的QoS：对于连续的视频和语音传输，QOS需要特别关注。因此VDSL2标准定义了内在的优先占用机制，为对时延敏感的语音和视频包设置的优先级比电子邮件信息、网页内容等数据包优先级要高。

    优先占用是指高优先级的数据包(如语音)一般要比低优先级的数据包优先通过。优先占用可以用图3所示的例子加以说明：具有不同优先级的数据包(语音、数据、视频、游戏)必须经过VDSL2芯片传输，为了提供理想的质量(例如没有回音和延迟的在线游戏)，这些数据包必须满足一定的时延要求。在例A中，假定是100Mbps的连接，在红色高优先级语音包和黄色低优先级数据包之间没有时延干扰。然而在例B中，假定是1Mbps的低速链路，由于速度低，包的传送时间增加了，因此出现了时延问题。2号包的传送时间不能满足语音包的时序要求，会在语音包发送中产生抖动，也即语音链路中会出现回音。对于采用先进先出(FIFO)技术的常规系统来说这种情况是相当常见的。

    然而采用优先占用技术的系统在高优先级的语音包发送没有完成之前将停止发送低优先级的数据包。通过这一功能可以有效地避免语音通话中出现烦人的回音问题。

    高质量的三重业务支持：双时延(二个独立的时延路径)、双重交织(更好的噪声保护和更高的安全性)和二个承载通道(用于传输用户信息)改善了对不同速率数据的高效和可靠处理，这是高质量的三重业务应用的关键。

    数据交织和里德-所罗门编码可以保护信号免受突发噪声的干扰，即通常由电源线干扰引起的时长约500us的突发噪声干扰。然而这种突发噪声保护会导致更长的反应时间或时延。虽然视频业务不受长时延的影响，但语音受到的影响比较大。因此通过实现二个独立的时延通道，可以独立地选择交织和里德-所罗门编码，以便为每个业务等级提供最佳的突发噪声保护和时延性能。

    最佳的网络利用率：VDSL2采用了VDSL1中未曾用过的网格/维特比编码技术以及类似ADSL的灵活帧结构，因此可以高效地利用线路速率，特别是在下行中等和长距离通信时效果更为明显。网格/维特比编码可以增加2dB的编码增益，因此在同样的信噪比条件下，VDSL2可以比VDSL1提供更高的比特速率。

    ADSL后向兼容和互操作性：由于具有上文所述包括帧结构、交织和网格/维特比编码在内的DMT特性和类似ADSL的功能，包含了所有必要技术条件的VDSL2是解决ADSL后向兼容问题的理想方案。完全兼容VDSL2标准的芯片解决方案既可以满足VDSL2、也可以满足ADSL/2/2+设备的要求。因此使用者只需使用一种技术就能平滑、逐步和高效地将现有网络升级到VDSL2，并允许他们用单个网络覆盖所有xDSL业务应用。同时用户只要愿意仍可以继续使用ADSLMODEM，想接收先进的三重业务时只需简单地升级他们的用户端设备(CPE)就可以了。这实现了更低的设施和维护成本以及到VDSL2的无缝升级

    不过，技术功能性只是其中的一部分因素，另外一个重要且困难的因素是与已有ADSL架构的互操作性。标准没有提供这部分内容，需要靠专用芯片供应商的ADSL专业技术和现场经验决定。主要的ADSL供应商已在互操作性方面投入多年的努力，只有对互操作性的持续参与和研究，并建立与业界领先者间的合作伙伴关系，才能确保最终用户使用任何设备而不必担心技术兼容性问题。因此只有同时保证VDSL2技术的后向兼容性以及与ADSL、ADSL2和ADSL2+的互操作性才能让服务提供商放心的安装作为最终的DSL技术的VDSL2，并通过较低的运营和维护成本充分发挥经济方面的优势。

    VINAX：业界首个兼容VDSL2的芯片组

    ITU-T在2005年5月27日批准并发布了VDSL2标准G.993.2。同一天英飞凌技术公司推出业界首个完全兼容最新VDSL2标准的芯片组VINAX。

    VINAX可以在距离超过1,150英尺(350米)的铜线上利用高达30MHz的完整VDSL2频谱提供100Mbps的对称数据速率，这一性能是现有VDSL解决方案(VDSL1或非标准芯片组)长距离性能的二倍。

    VINAX具有20dBm发送功率和回波消除、时域量化和网格/维特比编码等功能，可以提供优秀的长距离VDSL2性能，也即在16,000英尺(4~5公里)距离上可以达到1~4Mbps的下行数据速率。英飞凌公司在语音IC的设计与制造方面拥有多年的经验和专业知识，因此新的包含了预先占用、二个时延通道和双重交织功能的VDSL2芯片组将提供很强的产品性能。

    能够支持所有八种不同VDSL2类是VINAX的最大优势，因此它能满足世界不同地区的不同要求，可以允许系统制造商利用单一硬件平台为全球市场提供产品。最后强调的一点，作为ADSL市场上的主要供应商确保了最佳的ADSL后向兼容性能，并能实现灵活的VDSL2/ADSL2+架构。

    作为一个端到端的方案，VINAX包含了一个多通道中心局芯片组VINAX-CO、用于用户室内设备的单芯片器件VINAX-CPE。

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