超高速數(shù)字用戶線 （VDSL） 技術(shù)能夠以高達(dá) 52 Mb/s 的速度傳輸信息。所使用的高頻頻段（高達(dá)20 MHz）提出了許多當(dāng)前DSL中不存在的挑戰(zhàn)，其中包括頻譜分配，F(xiàn)EXT（遠(yuǎn)端串?dāng)_）噪聲環(huán)境中的傳輸，RF干擾源。我們?cè)谶@里討論與VDSL技術(shù)部署相關(guān)的問(wèn)題。

1. 簡(jiǎn)介

VDSL能夠提供與電纜調(diào)制解調(diào)器相當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)速率。光纖用于將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶≌瑓^(qū);從那里數(shù)據(jù)通過(guò)現(xiàn)有的銅纜基礎(chǔ)設(shè)施傳輸。目前正在美國(guó)（ANSI T1E1）、歐洲（ETSI）和國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）努力為這項(xiàng)技術(shù)制定標(biāo)準(zhǔn)。使用的寬頻率帶寬（高達(dá)20 MHz）帶來(lái)了一些技術(shù)挑戰(zhàn)。下面介紹最重要的問(wèn)題，因?yàn)樗鼈儗⒃跇?biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)中進(jìn)行討論。

2. VDSL 部署配置

由于雙絞線上高頻信號(hào)衰減較大，VDSL的部署僅限于距離信號(hào)源小于4500英尺的環(huán)路長(zhǎng)度。圖 1 顯示了兩種可能的配置。對(duì)于靠近中心局 （CO） 的客戶，VDSL 可以通過(guò) CO 的銅纜部署（圖 1a），這種配置稱為光纖到交換 （FTTEx）。對(duì)于更遠(yuǎn)的客戶，光纖運(yùn)行到光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU），使用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施從該單元分發(fā)數(shù)據(jù)（圖1b）。此配置稱為光纖到機(jī)柜 （FTTCab）。

圖 1a. FTTEx 配置

圖 1b. FTTCab 配置

目前的頻譜分配建議也使用VDSL下游的ADSL下行頻段。從ADSL和VDSL之間的串?dāng)_的角度來(lái)看，圖1中的兩種配置之間存在細(xì)微差異。在FTTEx情況下，VDSL的存在不會(huì)影響ADSL性能，因?yàn)閂DSL功率譜密度（PSD）小于ADSL PSD。相反，同一粘合劑中存在ADSL可能會(huì)對(duì)VDSL性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。在FTTCab配置中，情況正好相反。來(lái)自O(shè)NU的VDSL信號(hào)可能會(huì)為ADSL下游信號(hào)產(chǎn)生不可接受的噪聲水平，因?yàn)樗趶腃O到ONU的路徑上會(huì)嚴(yán)重衰減[1]。

3. 數(shù)據(jù)速率和頻譜分配

表1描述了美國(guó)考慮用于標(biāo)準(zhǔn)化的一些數(shù)據(jù)速率。

表 1：VDSL 數(shù)據(jù)速率

預(yù)計(jì)將在美國(guó)市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位的非對(duì)稱服務(wù)包括視頻分發(fā)（包括高清電視）和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。在歐洲，人們對(duì)針對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用程序的對(duì)稱服務(wù)更感興趣。在每個(gè)服務(wù)類別中，數(shù)據(jù)速率取決于從客戶駐地到ONU（CO）的距離。

選擇頻分復(fù)用（FDM）作為分離上行和下游數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩嗦窂?fù)用方法。對(duì)于非對(duì)稱業(yè)務(wù)，下行和上行數(shù)據(jù)速率之間的比率接近10：1，因此大部分帶寬應(yīng)分配給下游。對(duì)于對(duì)稱服務(wù)，帶寬應(yīng)平均分配給兩個(gè)方向。標(biāo)準(zhǔn)的要求是兩種類型的服務(wù)應(yīng)在同一根電纜上共存。在這些條件下，沒(méi)有頻譜分配方法可以同時(shí)優(yōu)化非對(duì)稱和對(duì)稱服務(wù)數(shù)據(jù)速率。

一種解決方案是定義兩個(gè)頻譜分配：一個(gè)針對(duì)非對(duì)稱服務(wù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)將某些對(duì)稱數(shù)據(jù)速率作為次要目標(biāo);另一個(gè)更傾向于對(duì)稱服務(wù)。此外，由于短環(huán)配置文件需要相當(dāng)大的帶寬，因此認(rèn)識(shí)到很難將它們與其他服務(wù)容納在同一活頁(yè)夾中。這就是為什么標(biāo)準(zhǔn)化工作目前集中在中環(huán)配置文件上的原因;這種光譜分配也適用于長(zhǎng)環(huán)路情況。國(guó)際電聯(lián)內(nèi)部原則上就頻譜分配達(dá)成了協(xié)議，該頻譜分配包含4 kHz至138 MHz頻率范圍內(nèi)的12個(gè)頻段（兩個(gè)下行和兩個(gè)上游）。圖2顯示了北美[2]的這種頻譜分配示例。2500/22 Mb/s 非對(duì)稱服務(wù)的范圍為 3 英尺，1700/13 Mb/s 對(duì)稱服務(wù)的覆蓋范圍為 13 英尺。為了在較長(zhǎng)的環(huán)路上降低數(shù)據(jù)速率，可以使用第一個(gè)上游/下游頻段。未來(lái)分配12 MHz以上的頻譜將允許在短環(huán)路上傳輸更高的數(shù)據(jù)速率。

圖2.VDSL北美頻率規(guī)劃

4. 橋接水龍頭

圖3顯示了具有橋接抽頭的環(huán)路及其在不同抽頭長(zhǎng)度下的衰減，L = 0， λ/4， 5λ/4， 101λ/4，其中λ是波長(zhǎng)。最短橋接抽頭在通道特性中產(chǎn)生深度零點(diǎn)。對(duì)于VDSL頻譜計(jì)劃，如圖2所示，這種橋接抽頭將顯著降低下游2通道中的數(shù)據(jù)速率。下行和上行數(shù)據(jù)速率之間的比率將受到短橋抽頭的顯著影響。較長(zhǎng)的橋接抽頭的影響較小，因?yàn)榉瓷洳ū痪€路中的損耗衰減。仍然存在SNR損耗，因?yàn)榘l(fā)射的信號(hào)功率在插入點(diǎn)的線路和橋接抽頭之間分配。不同之處在于，在長(zhǎng)橋抽頭上，SNR損耗在兩個(gè)方向之間均勻分布。這就是為什么ETSI標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有橋接抽頭規(guī)定的原因;但是，它們?nèi)匀皇敲绹?guó)標(biāo)準(zhǔn)要求的一部分。

圖3.橋接抽頭環(huán)路的幅度響應(yīng)。

5. 串?dāng)_噪聲源

圖4顯示了雙絞線上的串?dāng)_噪聲源。近端串?dāng)_（NEXT）噪聲是在相反方向傳播的信號(hào)之間產(chǎn)生的。NEXT與功率為1.5時(shí)的頻率成正比。由于輸入信號(hào)在接收器輸入端衰減，因此只有一個(gè)這樣的干擾源會(huì)顯著降低VDSL性能。該噪聲源可以通過(guò)為上行和下游方向分配不同的頻段來(lái)控制（圖 2）。

圖4.雙絞線串?dāng)_噪聲源。

遠(yuǎn)端串?dāng)_（FEXT）噪聲是在電纜中沿同一方向傳播的信號(hào)之間產(chǎn)生的。FEXT是VDSL中主要的串?dāng)_噪聲源。其功率譜密度：

PSDFEXT = kL?2 |Hch(?)|2 ? kL f e–(2 Lα(f))

取決于頻率f，兩個(gè)信號(hào)并行運(yùn)行的電纜段長(zhǎng)度L，以及通道傳遞函數(shù)Hch（f）。由于通道傳遞函數(shù)是L的指數(shù)函數(shù)，因此對(duì)于較大的L值，F(xiàn)EXT噪聲的功率譜密度較小，對(duì)于低L值，F(xiàn)EXT噪聲的功率譜密度相對(duì)較高。在上游方向（圖4），發(fā)射器Tx4US比Tx2US和Tx3US更接近ONU。Tx4US 將在對(duì) 2 和 3 中注入相對(duì)高水平的 FEXT 噪聲。來(lái)自這些對(duì)的上行信號(hào)在注入FEXT噪聲的點(diǎn)處嚴(yán)重衰減。結(jié)果是，在上游方向，來(lái)自靠近ONU（CO）的源的FEXT噪聲將顯著降低遠(yuǎn)離ONU的源的SNR，并置在同一粘合劑中。解決方案包括根據(jù)發(fā)射器位置到ONU（CO）的距離來(lái)降低發(fā)射功率。此問(wèn)題在下游方向不存在（所有發(fā)射器都位于 ONU/CO）。

6. 射頻干擾

歐洲和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)都允許在VDSL頻譜內(nèi)使用六個(gè)相對(duì)較窄（100-200-kHz）的業(yè)余無(wú)線電頻段。VDSL 信號(hào)與業(yè)余無(wú)線電臺(tái)的信號(hào)之間可能存在重大干擾。原因包括屏蔽不當(dāng)（缺乏），高頻時(shí)電話線平衡減少（可低至10-30dB）以及使用未扭曲的引入線。這些干擾源存在三個(gè)問(wèn)題：

出口抑制。通過(guò)將無(wú)線電業(yè)余頻段中VDSL信號(hào)的功率譜密度限制為80 dBm/Hz，可以限制這些頻段中的VDSL干擾。

入口抑制。VDSL 接收器輸入端的業(yè)余無(wú)線電信號(hào)干擾可高達(dá) 0 dBm。在轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)之前，最好衰減這種干擾，否則需要能夠處理信號(hào)和干擾信號(hào)的高分辨率ADC。

業(yè)余無(wú)線電信號(hào)是一種非平穩(wěn)信號(hào)，其特征是開(kāi)/關(guān)周期。消除該信號(hào)在數(shù)字域中的影響（甚至衰減）并非易事。

7. 行代碼

向標(biāo)準(zhǔn)組織提交了三項(xiàng)關(guān)于線代碼的提案：

單載波調(diào)制（QAM），將輸入數(shù)據(jù)分成兩個(gè)流，其調(diào)制同相正弦波和正交正弦波，這種方法目前在大多數(shù)調(diào)制解調(diào)器中使用。必須注意的是，對(duì)于如圖2所示的頻段分配，每個(gè)上游和下游方向都需要兩個(gè)這樣的系統(tǒng)。

離散多音調(diào)制（DMT），將頻段分成大量通道;每個(gè)單獨(dú)的通道都使用 QAM 調(diào)制。一種有效的編碼/解碼方法是在發(fā)射器上使用IFFT和在接收器上使用FFT;它還確保了載體之間的正交性。這種調(diào)制方法用于ADSL。

濾波多音（FMT）調(diào)制[3]可以看作是其他兩種方法的組合。調(diào)制是通過(guò)將數(shù)據(jù)分成幾個(gè)流來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)流都應(yīng)用于濾波器組的一個(gè)輸入。由于實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，通道的數(shù)量比DMT少得多。尖銳的濾波器可以消除QAM中使用的保護(hù)帶。線性或決策反饋均衡器對(duì)于消除碼間干擾（ISI）是必要的。

下面根據(jù)VDSL的具體問(wèn)題對(duì)QAM和DMT調(diào)制進(jìn)行了比較。在大多數(shù)情況下，讀者將能夠推斷FMT的結(jié)果。

DMT 信號(hào)具有高斯幅度分布。15 dB的峰均比（PAR）是將削波降低到可接受的水平所必需的。適應(yīng)如此高的信號(hào)峰值需要擴(kuò)展發(fā)射器緩沖器的范圍，并增加模擬前端的功耗。單載波調(diào)制的一些優(yōu)勢(shì)已經(jīng)喪失，因?yàn)榫€路信號(hào)是兩個(gè)QAM通道的總和（見(jiàn)圖2）。

每個(gè)方向需要兩個(gè)QAM發(fā)射器/接收器用于單載波調(diào)制;DMT 需要幀同步和監(jiān)督;并且定時(shí)恢復(fù)更加困難。因此，這兩種方法的復(fù)雜性大致相同。

循環(huán)前綴/后綴（DMT調(diào)制）和保護(hù)帶（QAM）引起的數(shù)據(jù)速率損耗相似。

射頻出口。為了將落在發(fā)射頻帶內(nèi)的每個(gè)無(wú)線電業(yè)余頻段的發(fā)射PSD降低到-80 dBm/Hz，單調(diào)制系統(tǒng)需要陷波濾波器。這些濾波器使均衡更加困難。在DMT系統(tǒng)中，不使用落在業(yè)余無(wú)線電頻段內(nèi)的箱子。作為一般觀察，DMT調(diào)制在控制整個(gè)VDSL頻譜的PSD方面具有更大的靈活性，可能會(huì)轉(zhuǎn)化為更高的性能。

8. 結(jié)論

VDSL 允許使用現(xiàn)有的雙絞線傳輸高達(dá) 52 Mb/s 的高數(shù)據(jù)速率。標(biāo)準(zhǔn)組織就使用138 kHz至12 MHz頻率范圍內(nèi)的四個(gè)頻段（兩個(gè)用于上游，兩個(gè)用于下游）的頻分復(fù)用達(dá)成協(xié)議。頻譜分配的細(xì)節(jié)尚未確定。FEXT噪聲是主要的串?dāng)_損傷。它需要在上游方向斷電。短橋抽頭可以顯著改變上行和下游數(shù)據(jù)速率之間的比率，這就是ETSI標(biāo)準(zhǔn)中未指定它們的原因;但是，它們?nèi)匀皇敲绹?guó)標(biāo)準(zhǔn)的一部分。最后，T1E1和ETSI同意在現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中包括所有三個(gè)線路代碼。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，這些標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)演變?yōu)樽钣心芰γ鎸?duì)VDSL帶來(lái)的困難技術(shù)問(wèn)題的行代碼。