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支持FTTN部署的超高速DSL技术推动全球宽带增长 |
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作者：德州仪器 Peter S. Chow |
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全球宽带增长
在过去的三至五年中，宽带在全球范围内经历了爆炸式的增长，各主要地区的渗透程度越来越高。韩国率先于 2002 年末拥有了超过 800 万宽带用户。日本于 2003 年奋起直追，宽带用户数量在 2003 年末突破了 1000 万大关。去年，以用户数量作为衡量标准，中国占据了宽带大国的头把交椅，据估计，中国联通与中国网通的用户数量接近 1700 万。2004 年末，全球宽带用户总数接近 1 亿 5 千万（参见图 1）。预计到 2008 年末，宽带的总体普及率将翻一翻，用户数量将超过 3 亿。在地区增长方面，行业分析师预测，随着诸如视频及 VoIP 等具有较高 ARPU 值的服务在宽带用户中得到普及，欧洲、北美及中国地区的宽带将保持强劲增长势头。此外，宽带在人口众多的发展中国家（例如印度）尚有巨大的未被开发的潜力，这在目前大多数预测中都没有得到反映。
图 1 全球宽带用户预测（按地区）
在众多宽带传输技术中，"数字用户线路" (DSL) 是当今世界上的主流技术，其能够为各个家庭提供高速因特网接入。根据 DSL 论坛提供的统计数据，2004 年第三季度末，全球有超过 8500 万的 DSL 用户，其中中国以总数 1370 万胜出，而韩国在普及率上以每 100 条电话线路有将近 29 个 DSL 连接处于领先地位。展望未来，我们预计所有的宽带技术都将持续增长（参见图 2）。但是这种增长将继续由 DSL 技术引领，截至 2008 年末，DSL 技术将在全球宽带部署中占据 70% 的份额。除了 DSL 以外，缆线及 WiMax 技术也将继续为全球用户提供宽带服务，预计在今后三至五年内光纤的部署将加快速度。预计光纤部署的增强在 2008 年乃至其后将成为宽带增长的重要推动因素。
图 2 全球宽带用户预测（按技术）
虽然高速因特网接入在传统上是宽带发展的主要驱动因素，但是新的应用与服务--例如因特网协议语音传输 (VoIP)、在线点播 (VOD)、在线游戏与视频会议--在开发更大容量的传输选项上也正发挥着越来越大的作用。本文接下来的内容将描述新的高带宽 DSL 技术，即 VDSL2 与 Uni-DSL (UDSL)，并结合"光纤到节点" (FTTN) 网络架构讨论其好处。这些超高速 DSL 技术能向后与运营商现有的 DSL 部署兼容，并能够在现有数据及语音业务收入中增加有竞争力的视频业务收入。.
传输架构
现有的不对称数字用户线路 (ADSL) 连接所具有的下行传输速率一般处于 1.5 到 6Mbp之间。随着更好的编码选项与新的 ADSL2+ 标准中额外传输带宽的出现，长度为 3-9 kft 的一般环路最高可以达到 8-20+ Mbp的下行数据传输速度，具体速度取决于确切的传输与噪声环境。额外的传输能力为通过现有铜缆架构实时传送高质量的数字视频流提供了可能。但是，随着对视频业务的要求不断增加（就对并行信道数与对高精度格式所需的视频质量的要求而言均是如此），目前全世界的电话运营商正在考虑及部署更高速度的传输架构。例如，韩国 KT 集团目前正在其高端宽带产品组合中提供VDSL，为需要频繁访问因特网多媒体内容的用户及在线游戏玩家提供高速服务。类似地，日本 NTT 已采用以下战略：结合具有 VDSL 的数据速率高达 40+ Mbp 的 DSL，部署速度为 100 Mbp 的光纤到家庭 (FTTH)。
目前大部分高速传输架构都包含一定量的光纤。在最极端的情况即 FTTH 或"光纤到户" (FTTP) 的情况下下，光纤被全程部署直到家庭或驻地。在这种情况下（参见图 3），光纤一般铺设到一个位于网络接口设备（NID，在房屋的外部）或光网络单元 (ONU) 的无源光网络 (PON) 终端，光信号被转换回电信号，以向个人电脑、机顶盒 (STB) 或其他消费类端设备 (consumer premise device) 进行室内分配。 
图 3 基于 PON 的 FTTH 架构
这类架构的优点在于能够向客户提供非常快的数据传输速率，一般超过 40 Mbp，最高可达到 100 Mbp。但是其缺点在于在设备及安装上部署成本很高。虽然一些运营商已就 FTTH 宣布了大规模的部署计划，大部分运营商仍然偏爱仅在新部署中采用 FTTH 战略。这些运营商计划充分利用现有的"最后一英里"铜缆架构为现有客户提供服务。
图4展示了两种典型的基于DSL的传输网络架构。当从局端(CO)直接部署时，正如目前大部分 ADSL 部署所完成的那样，可达到的数据传输速率一般受限于双绞线的环路长度。这个架构的优点在于能够全面再利用现有的铜缆架构，因此可将前期的设备及部署成本压至最低。但是，为了给高级的视频应用提供更高带宽，最好安装光纤从局端连接至附近交叉连接箱或节点，然后再利用现有的双绞铜线从交叉连接节点连接至各个客户的驻地。此 FTTN 架构有效地缩短了 DSL 收发器所需双绞铜线的长度。其结果是：交叉连接节点与多数用户之间的点对点连接上能够稳定地达到 20Mbp 以上的下行数据传输速率。 
图 4 基于 DSL 的 FTTN 架构与直接从局端部署的 DSL
FTTN 网络架构在全光纤 FTTH 网络与从局端部署的全铜缆 DSL 网络两者之间实现了良好的折衷。对现有用户来说，这个架构不用像部署 FTTH 那样需要投入高昂的初始成本，但却能显著地提高数据传输速率。FTTN 网络架构的关键问题是与局端所服务的现有 DSL 用户实现兼容及互操作性。
VDSL1/2 与 UDSL 概览
FTTN 架构提供了更短的环路长度，从而使可用带宽增大，能够利用这些优点的 DSL 技术是 VDSL 及 UDSL。VDSL1 标准使用频谱最高为 12MHz 的频带计划，而 VDSL2标准预期将把频带计划及频谱使用最高值提到 30 MHz （参见图 5）。这个特大的带宽使得 VDSL2 理论上能够在一个非常短的环路中提供超过总计 200 Mbp（包括下行及上行的）的数据传输速度。VDSL2 是 UDSL 的基础标准。因此，除了在下行及上行之间的配置上具有高度的灵活性以外，UDSL至少还能提供这些极快的数据传输速度。虽然 VDSL2 标准仍在开发当中，目标是在 2005 年后期完成开发，但可以预期的是其性能将超越 VDSL1，因为其频带计划具有更高的带宽及特性，如更强大的传输能力、trellis 编码的使用、更广泛的线路诊断功能以及改善的脉冲噪声保护性能。如图 6 所示，VDSL2 在可最长达 5-6 kft 的环路上实现最高的数据速率。在北美地区，从交叉连接开始的大部分环路长度都小于这个范围。对于那些长度在 3-6 kft 范围的环路来说，考虑到 VDSL2 频带计划中第一个上行频带宽度可能具有的额外灵活性，采用 VDSL2 很可能会获得更高的数据速率。
图 5 DSL 频带计划
图 6 各种 DSL 标准性能比较
UDSL 的优点
作为 VDSL2 的超集 (super-set)，UDSL 在三个方面与前者有着明显的区别：通用服务、超高速以及用以提高性能、配置及管理的特殊功能。
通用服务是指 UDSL 具有支持单个芯片组上主要离散多频音 (DMT) 标准的能力。这些标准包括 ADSL、ADSL2、ADSL2+、 VDSL1 与 VDSL2。这就允许预配置交叉连接箱并连接现有的 ADSL2 及 ADSL2+ 用户。这些用户之后可以通过软件配置升级到 VDSL2。从客户端看，通用服务使得运营商能够提供一个简化存货、分销及运营成本的客户端，并且使得让客户先在更高的服务水平上试用一段时期、然后按照需求选用带宽、最终升级服务的营销策略成为可能。
尽管 VDSL2 能够支持最高 100Mbp 的上行及 100Mbp 的下行传输速度，但并不一定要同时获得它们。UDSL 允许将 200 Mbp 的总能力配置到对称服务（100Mbp 上行数据传输速率，100Mbp 下行数据传输速率）或不对称服务上（大部分数据速率都分配给下行）。这样的超高速在光纤扩展市场上非常有用，访问设备能够被部署在基座、建筑物或者是多住户单元 (MDU)。
UDSL 的关键特性在于它能够支持 ATM 与以太网链路层的联结以及动态频谱管理 (DSM)。DSM 技术可用于改善配置与网络管理，以及提高网络容量的利用率。绑定（或者说是将多条铜缆双绞线集合在一个 DSL 信道中）拓展了所能提供的数据传输速率的范围。一个绑定的 DSL 信道的总数据传输速率大约是每一条双绞线 DSL 数据传输速率的总和（前者稍小于后者，因为存在绑定损耗）。
依附于先进网络管理的 DSM 技术包括对物理层 DSL 参数的监控。控制传输功率谱密度 (PSD) 掩码以提高与其它 DSL 服务的兼容性，最小化多余的容限以将串扰减到最小，调整脉冲噪声保护水平以将时变干扰造成的影响减到最小，这些都是监控的实例。
DSM 还能够通过一种名为"矢量性" (vectoring) 的技术提高总体速度及范围。利用多条绑定的双绞线来为单个客户提供服务，这意味着每一个终端上的收发器都能够访问其他终端的信号流。这就允许矢量（也称作多入多出或 MIMO）信号处理技术消除串扰，并进一步提高数据速率。UDSL 集成了有助于实现矢量性的定向 (training) 与初始化特性，以及物理层架构特性。根据串扰环境与环路长度，矢量性可实现与绑定相关的显著的数据速率提高。这使得运营商在数据速率、范围以及抗干扰性方面都可提供更为稳健的视频服务，例如高精度在线点播。作为一个实例，图 7 展示了在存在 T1 干扰的情况下，利用ADSL2+ 矢量能够达到的速度及范围。
图 7 存在 T1 干扰时（26 AWG、2个相邻绑定的
T1 干扰信号与 -140 dBm/Hz 背景噪声），绑定及矢量性的下行 ADSL2+ 性能
我们可以发现，相对于绑定，ADSL2+ 系统能将数据速率提高 30%－100%（取决于环路长度），能将范围扩大 20%－30%。
当绑定与矢量性应用于 VDSL2时，我们可以观察到性能上的类似改进。图 8比较了在嘈杂的传输环境下（其中既有 -130 dBm/Hz 的高水平背景噪声，又有来自其他 VDSL2 服务的中等程度的远端串扰），交叉连接箱中的单条双绞线 VDSL2 系统、两条双绞线绑定的 VDSL2 系统与两条双绞线引导的 VDSL2 系统的性能曲线。对一个数据速率固定在 80Mbp 的服务而言，两条双绞线引导的 VDSL2 系统能够在高噪声情况下将范围从 500 英尺扩大到超过 3000 英尺，远超过单条双绞线 VDSL2 系统的范围。矢量性技术的优势在高串扰、低背景噪声环境中尤为突出，例如当背景噪声水平处于 -140 dBm/Hz 时。
图8 在高 AWGN 噪声情况（26 AWG、4 VDSL FEXT、
-130 dBm/Hz AWGN）下，采用绑定技术与矢量性的 VDSL2 总体性能（下行+上行）
总结
为了支持DSL在全球宽带蓬勃发展的背景下持续而快速地增长，需要在数据传输速度、覆盖范围以及网络管理方面进行改进。FTTN 网络架构能够获得显著提高的数据速率，该架构将铜环路缩短至拥有更多有用带宽的范围。VDSL2 和 UDSL这些新的 DSL 技术充分利用了这些额外的带宽，为新的视频服务提供了较高的数据速速。UDSL还可进一步支持单个芯片组中 DMT 的主要 DSL 标准，并提供链路层绑定以及先进 DSM 特性。绑定进一步提高了覆盖范围，并且先进的 DSM 特性也支持尖端的网络管理技术。FTTN网络架构中的VDSL2和UDSL将确保 DSL 在未来很长一段时间内保持其宽带接入主流技术的地位。(end)
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(7/19/2005) |
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