在VDSL中是采用QAM還是DMT

　　有線與衛(wèi)星通信服務(wù)商為用戶和公司提供高速應(yīng)用和綜合服務(wù)，這成了電信運(yùn)營商必須面對(duì)的競爭。這類應(yīng)用通常要求上行和下行兩個(gè)方向的傳輸速率為5Mbit/s至6Mbit/s的范圍（對(duì)稱傳輸）。然而，現(xiàn)在存在幾種數(shù)字用戶線路技術(shù)（DSL），沒有一種能夠滿足對(duì)頻帶如此之寬的要求。而VDSL在對(duì)稱傳輸時(shí)的速率高達(dá)26Mbit/s，距離超過1500m，在進(jìn)行不對(duì)稱傳輸和短距離傳輸時(shí)，它的速度則更高，這正好滿足了這種新要求。


　　然而，有兩件事需要先決定下來，然后才能實(shí)施VDSL線路。第一，使用那一種傳輸協(xié)議，是采用以太網(wǎng)還是異步傳輸模式（ATM）；第二，在VDSL中應(yīng)當(dāng)采用那一種線路調(diào)制技術(shù)，是用正交的幅度調(diào)制（QAM）還是用離散的多音調(diào)（DMT）調(diào)制技術(shù)。


　　選擇那一種協(xié)議與應(yīng)用的要求關(guān)系大一些，所以，在QAM與DMT兩者之間選擇那一種，這并不是一件簡單的事。這與一個(gè)地區(qū)的頻譜是否兼容、容許的噪音、成本、互操作性以及功耗大小，這些因子都必須考慮到。盡管DMT已經(jīng)用在現(xiàn)有的不對(duì)稱DSL（ADSL），VDSL是完全不同的模式，再從DMT平穩(wěn)順利地轉(zhuǎn)到VDSL并不是一件簡單的事。為了在QAM與DMT之間作一個(gè)有根有據(jù)的選擇，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)充份地對(duì)這兩種方案作一個(gè)比較，了解它們之間的區(qū)別。



一、各種DSL方案


　　不對(duì)稱DSL的性能是，下行速度一般在1Mbit/s至3Mbit/s之間，上行速度接近700kbit/s，不能滿足視頻應(yīng)用對(duì)高寬帶的要求。此外，它不能做到商業(yè)界客戶所需要的雙向?qū)ΨQ傳輸。一對(duì)位速率很高的DSL（SHDSL）用戶線路極大地改善了ADSL，它的對(duì)稱傳輸速度高達(dá)2.3Mbit/s。但是，這項(xiàng)技術(shù)仍然是面向傳送數(shù)據(jù)的應(yīng)用�，F(xiàn)在還有一些綜合性的通信方案，包括聲音和視像會(huì)議，但是它們的帶寬資源不足，不能提供高質(zhì)量的視頻解決方案。而這正是VDSL發(fā)揮所長的地方。


　　VDSL并不是簡單地將ADSL升級(jí)。VDSL的帶寬之所以是靈活的，是因?yàn)榫嚯x和所用的頻帶。但是，在ADSL中使用DMT的經(jīng)驗(yàn)表明，把這個(gè)方案用到VDSL方案也許不是一件簡單的事。為了了解QAM和DMT各自的優(yōu)缺點(diǎn)，我們必須首先清楚地了解VDSL與ADSL這兩種方案之間的區(qū)別。


　　● VDSL一般是用于從光纖主干線路接到在路邊機(jī)柜或者接到住宅和樓宇中的配線機(jī)柜。VDSL布置在升降機(jī)井中、樓宇內(nèi)的連接線以及其它對(duì)通信極為不利的地方，因而會(huì)經(jīng)受到時(shí)間很長的突發(fā)噪音（脈沖噪音）。


　　● VDSL服務(wù)包括視頻及其它增值的服務(wù)。它不只是用于快速互聯(lián)網(wǎng)的上網(wǎng)，它提供的必須是有保證、質(zhì)量高得多的服務(wù)。


　　● 和ADSL比較，VDSL的頻帶寬得多，伴隨著高頻率的是衰減較大、串?dāng)_較強(qiáng)，需要強(qiáng)有力的均衡措施。


　　● VDSL用在短距離的場合，距離從500m（在使用光纜很多的國家）到1500m（在其它國家）。


　　因?yàn)閂DSL不是簡單地將ADSL升級(jí)的技術(shù)，所以討論與現(xiàn)有ADSL系統(tǒng)之間的互操作性，對(duì)于決定采用那一種調(diào)制技術(shù)是否至關(guān)重要的事。正如前面講到的，究竟選擇那一種方案，起決定作用的是應(yīng)用的要求以及線路兩頭（光纖和客戶所在的場地）需要甚么樣的連接。因此，在比較這兩種方案時(shí)，系統(tǒng)的成熟程度、技術(shù)要求、預(yù)定的應(yīng)用以及環(huán)境條件，這些都要同等地看待。



二、VDSL的運(yùn)作


　　VDSL作為一種將光纖線路加以擴(kuò)展的技術(shù)，它的作用是把光纖與路邊的機(jī)柜連接起來或者把光纖與樓宇連接起來。VDSL線路填補(bǔ)了速度很高的主干線路與客戶樓宇設(shè)備以及/或者接入設(shè)備之間的空隙。進(jìn)一步地講，電信公司有了通過VDSL提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的能力，就可以把商用LAN或者把一個(gè)地區(qū)全部接到使用10/40Gb以太網(wǎng)技術(shù)的廣域網(wǎng)上，形成一個(gè)完全是按照互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。


　　在架設(shè)新的通信線路和建立新的網(wǎng)絡(luò)（自從QAM VDSL技術(shù)在1998年出現(xiàn)以來，通信線路和網(wǎng)絡(luò)占了很大一部分）時(shí)，設(shè)備供貨商和服務(wù)供貨商可以隨意地選擇傳輸協(xié)議。人們往往選用以太網(wǎng)，它為最終用戶提供經(jīng)濟(jì)的連接，并且需要一種簡單、可靠、即插即用的VDSL解決方案。就每個(gè)連接線路而言，在VDSL線路上實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的價(jià)錢，與在ADSL線路上實(shí)現(xiàn)ATM的價(jià)錢是一樣的，因此，在架設(shè)新網(wǎng)絡(luò)時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)是非常有吸引力的。換言之，在部署VDSL作為現(xiàn)有DSLAM系統(tǒng)的升級(jí)技術(shù)時(shí)，設(shè)備供貨商和服務(wù)供貨商發(fā)現(xiàn)，在AMT傳輸方案中，每一路連接線路的成本雖然較高，然而是可以接受的。因此，選擇那一種傳輸協(xié)議是決定于應(yīng)用的要求，而不是技術(shù)本身。


　　在ETSI的TS 10127002、ANSI的T1.424以及ITU的G.993.1等所制訂的VDSL標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了兩種可能使用的調(diào)制技術(shù)：單載波調(diào)制，也稱作QAM以及多載波調(diào)制，也稱作DMT。QAM調(diào)制是采用四頻帶的頻分結(jié)構(gòu)。為了靈活地提供服務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)已經(jīng)對(duì)頻帶的分配作了規(guī)定。每一個(gè)國家對(duì)服務(wù)的需求是不同的，但是在每一個(gè)地區(qū)，頻譜必須兼容，所用頻帶必須按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，以便實(shí)現(xiàn)承諾提供的服務(wù)。


　　DMT把一個(gè)信道或者頻帶劃分成許多子信道，各個(gè)子信道的間隔為4.3125kHz，每個(gè)子信道僅僅傳送整個(gè)信號(hào)的一部分。在全速的VDSL中，它使用快速富利葉變換（FFT）這種技術(shù)把數(shù)據(jù)調(diào)制到4096個(gè)副載波上，傳送大量的這些副載波信號(hào)，這時(shí)子信道必須并行地進(jìn)行處理。


　　所有現(xiàn)在部署的VDSL方案都使用QAM調(diào)制，在全世界，差不多已經(jīng)有了兩百萬個(gè)端口。現(xiàn)在，支持四頻帶標(biāo)準(zhǔn)的第三代和第四代QAM-VDSL芯片組已經(jīng)上市。QAM VDSL在現(xiàn)場實(shí)際使用己經(jīng)有四個(gè)年頭了�，F(xiàn)場使用的經(jīng)驗(yàn)表明，就供電電源及帶寬的使用而言，它的性能優(yōu)異，效益極好。



三、QAM與DMT的比較


　　QAM和DMT的區(qū)別不僅在于四頻帶(four-band)方案的實(shí)施方法是不同的，而且關(guān)于其它的主要性能，這兩種方案所用的解決方法也是不一樣的。QAM方案著重在時(shí)間域處理VDSL信號(hào)，它考慮到在導(dǎo)線上傳送的信號(hào)是串行的，本質(zhì)上是仿真的，對(duì)系統(tǒng)中的數(shù)字部分和仿真部分都作了最優(yōu)化設(shè)計(jì)。DMT是在頻率域中處理信號(hào)，在線路的每一端都需要把時(shí)間轉(zhuǎn)換成頻率（IFFT/FFT），并且把串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為并行數(shù)據(jù)，然后才能采取各種措施降低仿真噪音，對(duì)使用銅線的POTS系統(tǒng)連接線路中的衰減進(jìn)行補(bǔ)償。QAM VDSL是成熟的技術(shù)，它的功耗低，即插即用，簡單，便于大量配置。DMT是適合于ADSL方案的調(diào)制技術(shù)。對(duì)供貨商來講，如果它只是把VDSL看成是升級(jí)到很不對(duì)稱的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，或者由于現(xiàn)在已經(jīng)用了ADSL系統(tǒng)，現(xiàn)在把DMT用于位速率很高的系統(tǒng)也許是順理成章的。在前面講過，使用VDSL線路的以太網(wǎng)與使用ADSL線路的ATM在成本上是一樣的，因此從經(jīng)濟(jì)的角度看，使用VDSL線路的以太網(wǎng)對(duì)于所有各種類型系統(tǒng)的實(shí)施都極有吸引力。


　　很清楚的一點(diǎn)是，QAM和DMT各有優(yōu)缺點(diǎn)，究竟應(yīng)該選擇那一種，取決于對(duì)實(shí)際情況的分析、其它具體應(yīng)用以及安裝環(huán)境的實(shí)際問題。主要有下面六個(gè)方面的問題會(huì)影響到性能：噪音，外來的噪音干擾，即插即用功能、功耗、帶寬的利用以及互操作性。



四、噪音的處理


　　突發(fā)噪音對(duì)任何xDSL技術(shù)都會(huì)產(chǎn)生影響。它會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)把信號(hào)擦除掉。調(diào)制技術(shù)如何解決這個(gè)問題是極為重要的。QAM和DMT兩種調(diào)制方案都使用數(shù)據(jù)交替?zhèn)魉筒⑴cReed-Solomon誤差校正結(jié)合起來的方法。與DMT調(diào)制方案相比，QAM方案使用的數(shù)據(jù)交替?zhèn)魉退�引起的傳輸路徑延遲較�。ù蠹s是10ms以下），需要使用的存儲(chǔ)器也較小。


　　至于使用DMT系統(tǒng)，人們關(guān)注的主要是持續(xù)時(shí)間為幾十微秒的脈沖噪音，在接收器這一頭，它會(huì)在所有使用到的子信道造成錯(cuò)誤，并把FFT碼元完全擦掉。DMT系統(tǒng)一定要在FFT的整個(gè)碼元長度上采取保護(hù)措施，并不是只在出現(xiàn)脈沖噪音這段時(shí)間才進(jìn)行保護(hù)，從而防止網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的脈沖噪音將它擦除。按照VDSL標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要500微秒的保護(hù)時(shí)間，防止脈沖噪音造成錯(cuò)誤。所以，即使是一個(gè)時(shí)間很短的突發(fā)噪音也會(huì)把一幀DMT中的所有信息都擦掉。在QAM調(diào)制方案中，這種突發(fā)噪音的影響就小得多，這是因?yàn)镼AM碼元延續(xù)的時(shí)間很短，通常不到一微秒。


　　噪音靈敏度，更重要的是抗噪音的能力確定了芯片方案或者接入系統(tǒng)的性能。對(duì)于所有使用銅線的xDSL技術(shù)，這是一個(gè)常見的問題，而且它的影響會(huì)隨著頻率的升高而增強(qiáng)。VDSL使用頻譜中較高的頻率（高達(dá)12MHz），因而噪音干擾成為一個(gè)問題。從本質(zhì)上看，DMT信號(hào)的波峰因子高于QAM信號(hào)的波峰因子，進(jìn)行仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換時(shí)通常需要13位以上（QAM信號(hào)只需要10位至11位）。于是在電平較高時(shí)，仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換器會(huì)出現(xiàn)削波現(xiàn)象。在接收這一頭，削波會(huì)造成錯(cuò)誤，接收器不得不使用Reed-Solomon算法來修正這種錯(cuò)誤。由于Reed-Solomon算法可以使用的編碼資源受到限制，用它去修正發(fā)射端所造成的錯(cuò)誤時(shí)，DMT信號(hào)用掉了很大一部分的資源。于是Reed-Solomon算法只有很少的資源用于改正噪音產(chǎn)生的錯(cuò)誤。


　　相對(duì)而言，QAM不會(huì)出現(xiàn)因設(shè)計(jì)而造成的削波而造成的錯(cuò)誤，它防止傳輸線路上所感應(yīng)的外來噪音而造成錯(cuò)誤的能力很強(qiáng)。QAM采用均衡的方法來保護(hù)在傳輸線路上可能感應(yīng)的噪音，它的保護(hù)作用是很強(qiáng)的。


　　由于現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)以及半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，有能力開發(fā)十分可靠的均衡電路，QAM VDSL調(diào)制解調(diào)器可以在很苛刻、很惡劣的環(huán)境中工作，包括橋接抽頭，內(nèi)部電平很強(qiáng)的串?dāng)_（使用同一電纜的其它VDSL系統(tǒng)所引起的串?dāng)_）這樣的環(huán)境。五年前，當(dāng)人們接受DMT作為一種調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)用于ADSL時(shí)，贊成的人可以說，在進(jìn)行類似的均衡算法時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)需要的處理工作量較小，使用的MIPS（每秒一百萬條指令）數(shù)量較少。如今，可以使用的MIPS已經(jīng)不再受到限制，因此在實(shí)施QAM調(diào)制方案時(shí)，如果有人提出反對(duì)，那實(shí)在是太落伍了。


　　QAM使用的是盲目均衡技術(shù)，意思是，它不需要一個(gè)練習(xí)序列或者握手。所以，QAM系統(tǒng)在100ms內(nèi)就開始工作，與此相反，DMT必須從發(fā)射器把一個(gè)練習(xí)序列送到接收器。接收器把自己調(diào)整到所接收到的練習(xí)序列，然后把信息送往發(fā)射器以便送到眾多的子信道。所以，使用DMT的系統(tǒng)需要幾秒鐘時(shí)間才能開始運(yùn)作。雖然這并沒有超出上網(wǎng)的DSL用戶所預(yù)期的范圍，但是對(duì)于習(xí)慣于立即把電視調(diào)到不同頻道的客戶，他們也許不會(huì)感到滿意。


　　使用QAM的VDSL包括集成在一起的信道，它們是即插即用的，可以把VDSL線路配置到任何需要的服務(wù)業(yè)務(wù)。QAM很簡單，因此用戶可以選擇一種結(jié)構(gòu)，它滿足所需要的服務(wù)，并且自動(dòng)地進(jìn)行線路連接。在DMT VDSL路線中，必須交換所有4096個(gè)音調(diào)的參數(shù)，在串?dāng)_很強(qiáng)的環(huán)境中（在VDSL頻率的環(huán)境中），一條DMT線路會(huì)與相鄰線路競用某一些音調(diào)。



五、功耗


　　對(duì)于架設(shè)在電話線桿上、使用安裝在路邊的機(jī)柜以及配線房（在有很多住戶的樓宇中）的系統(tǒng)，功耗是極為重要的。在這些地方，所能允許的尺寸和功耗受到限制，這些因子強(qiáng)烈地影響著提供服務(wù)的可行性。DMT調(diào)制需要一個(gè)很大的仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換器和數(shù)字/仿真轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器），通常比QAM使用的仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換器或數(shù)字/仿真轉(zhuǎn)換器至少是多一位至兩位。（在上面講過，即使是13位的A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器也會(huì)因削波而產(chǎn)生錯(cuò)誤。）仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換器每增加一位，功耗便增加一倍。


　　DMT也需要更多的數(shù)字信號(hào)處理，需要一個(gè)很大的存儲(chǔ)器來存放4096個(gè)子信道的數(shù)據(jù)，這些都要消耗功率。對(duì)于四頻帶QAM VDSL，每個(gè)端口的功耗是1.5w。功耗之所以只有1.5w這個(gè)數(shù)量，是因?yàn)樵谶M(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，使用的是12位的仿真/數(shù)字轉(zhuǎn)換器或者數(shù)字/仿真轉(zhuǎn)換器，而且不會(huì)出現(xiàn)削波現(xiàn)象。


　　使用決定反饋均衡技術(shù)的QAM在整個(gè)頻帶上把輸入的信號(hào)噪音比（SNR）加以平均；而DMT是對(duì)每個(gè)子信道的位進(jìn)行平均。一旦最小的SNR低于信號(hào)電平，DMT就不能使用這個(gè)子信道的信號(hào)。然而，由于SNR太低DMT不能使用的頻率，QAM調(diào)制解調(diào)器依然可以使用──因而有效頻帶比較寬。


　　要把這個(gè)市場的潛力變成現(xiàn)實(shí)，關(guān)鍵在于系統(tǒng)的互操作性能。VDSL芯片組供貨商必須在各個(gè)方案之間做到可以互操作。在這方面QAM VDSL是遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在前頭。如今，QAM-VDSL供貨商已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了各自芯片組解決方案的互操作性。今年在美國喬治亞洲亞特蘭大舉行的Supercomm博覽會(huì)上，它們演示了通過VDSL線路實(shí)況傳送視像節(jié)目。


　　在另一方面，DMT VDSL的互操作性還不清楚。因?yàn)樵S多供貨商還沒有這樣的技術(shù)。的確，由于DMT是用于ADSL的標(biāo)準(zhǔn)線路調(diào)制技術(shù)，在用戶樓宇那一頭現(xiàn)有使用AMT的ADSL調(diào)制解調(diào)器將能夠與其它地方使用ATM的DMT VDSL調(diào)制解調(diào)器通信。


　　目前看到的VDSL使用情況是，基于VDSL線路的以太網(wǎng)是連接到光纖上，而不連接到基于ATM的SDLAM設(shè)備上。設(shè)備供貨商和服務(wù)供貨商是根據(jù)技術(shù)上和商業(yè)上的一系列因子做出決定的。就這方面而言，QAM的功能是成熟的，已經(jīng)進(jìn)入市場，用戶很多，而且在增加，并且已經(jīng)顯示出它是可以互相操作的，所有這些說明了它是適合于在銅纜上實(shí)現(xiàn)真正寬帶連接的最好方案。



----《通信世界》