VDSL技术与应用研究

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随着视频业务、P2P等技术的发展，用户和业务的带宽需求特性正在发生深刻变化。一方面要求提供更高的下行带宽；另一方面要求提供高的上行带宽，如视频监控、P2P业务对上行带宽都有较高要求。ADSL、ADSL2+由于其上行带宽能力有限，很难满足这些业务需求。在ADSL2、第一代VDSL（简称VDSL1）基础上发展的VDSL2标准G.993.2，通过扩展频谱、改善发射功率谱密度等措施，可支持更高的传输速率和更远的传输距离，满足用户和业务的高带宽需求，具有良好的发展前景，受到业界广泛关注。一、VDSL2标准情况
　　VDSL2标准的最先讨论始于2003年10月ITU-TSG15全会。2004年5月，新加坡会议VDSL2标准项目正式启动，经过短短一年时间，在2005年5月ITU-TSG15全会上通过了VDSL2（G.993.2）标准征求意见稿，并于2006年2月ITU-T会议上获得正式通过。
　　在第一代VDSL（G.993.1-2004）和ADSL2(G.992.3)基础上形成的VDSL2标准将调制方式统一为DMT，其最高截止频率从12MHz扩展到30MHz，双向最大速率可达200Mbit/s。G.993.2标准要求VDSL2在0.4mm线径铜缆情况下，可在1829m距离范围内实现双向可靠传输。
二、VDSL2突出特点和主要改进
　　与VDSL1相比，VDSL2技术突出特点和主要改进如下。
　　1.调制方式统一为DMT
　　VDSL2（G.993.2）将线路编码方式强制统一为DMT，彻底摈弃了QAM调制技术，从调制技术上实现了与ADSL、ADSL2+的统一，为VDSL2互联互通和后向兼容奠定了坚实基础。
　　2.传输性能大大增强
　　由于频谱范围从12MHz扩展到12～30MHz，支持Trellis和15比特星座编码，可选支持扩展US0带宽到276kHz，支持时域均衡（TEQ）和回波抵消（EC）机制等措施，VDSL2传送性能大大增强，主要体现在以下几个方面。
　　(1)VDSL2上行速率与ADSL/ADSL2+相比显著提高，最大上行速率可达100Mbit/s。
　　(2)12MHz带宽的双向净速率至少68Mbit/s以上，实际的上行/下行速率可达40Mbit/s～60Mbit/s。
　　(3)30MHz带宽的双向净速率至少200Mbit/s。
　　(4)支持长距传输。VDSL2定义了高输出功率的PSD，其最高输出功率达20.5dBm（Profile8b）。与ADSL2+相同，与VDSL1相比，VDSL2的覆盖范围有所提升，长距离条件下可实现类似ADSL的传输性能。
　　(5)可以通过BandPlan的选择，灵活适应对称、非对称各种应用需求。
　　总之，VDSL以短距离高带宽的特性，将与具备长距离特性的ADSL2+、ADSL形成应用上的互补。
　　3.支持基于IEEE802.3ah64/65B封装的PTM传送模式将成为应用主流
　　G.993.2定义了多种封装协议，包括STM、ATM和基于IEEE802.3ah64/65B（直接引用IEEE的EFM）封装的PTM。STM在ADSL、ADSL2+和VDSL1中极少使用，因此在VDSL2中基本上不会采用。另外，随着整个电信网络的IP化，DSLAM设备正向IP内核演进，因此VDSL2将主要采用效率很高的64/65B的PTM封装格式，以简化协议栈、提高数据传输效率和性能，并大幅度降低终端成本。
　　考虑到兼容ATM封装的ADSL、ADSL2+需求时，对于VDSL2DSLAM局端，连接ADSL、ADSL2+终端时，端口应该能支持ATM封装，否则使用EFM封装格式。因此，VDSL2局端需支持ATM和EFM两种封装格式。
　　4.定义了8种Profile，可灵活满足运营商的多种应用场景需求
　　线路衰减、远端串扰、噪声、业余无线电干扰等因素都将制约VDSL2的大规模应用，而且主要制约因素也因组网环境的不同而发生变化。因此，以前的单一机制很难满足各种复杂应用环境需求。VDSL2通过定义一系列Profile来增强自身对环境的适应能力，其中，功率谱密度控制是主要内容。
　　VDSL2定义了８种Profile（8a,8b,8c,8d, 12a, 12b, 17a and 30a）以满足多种应用场景需求。模板名的数字代表最大截止频率，字母通常代表不同的功率特性，如8a、8b、8c前的数字8代表最大截止频率为8MHz；8a的最大下行发射功率17.5dBm；8b为20.5dBm，主要适用于长距离应用；8c为11.5dBm，主要用于近距室外机柜应用。12a、12b截止频率为12MHz，17a截止频率为17.6MHz，30a截止频率为30MHz，这几种Profile的发射功率均为14.5dBm。
　　5.抗噪能力更强
　　由于强制支持网格(trellis)编码，支持高达16个symbol的脉冲噪声保护（INP)，支持完善的功率谱密度控制等功能，VDSL2抗噪声干扰能力更强。
　　VDSL2功率谱密度（PSD）控制，主要采用上行功率削减（UPBO）、远端模块PSD控制（CabinetPSD）、频谱开槽消除无线电干扰（Notchingtoeliminate RFI）及通过MIB控制PSD（MIB control PSD）等技术实现功率谱的管理。
　　6.综合业务承载能力更强
　　在QoS方面，VDSL2更多地考虑了对视频、语音等Triple-Play业务的支持，在标准中支持双时延通道和交织深度的动态调整（GCI）。
　　双时延通道主要是考虑到不同业务对丢包、时延的敏感度不同提出的，（如，视频业务要求带宽高，对时延不是很敏感，但对丢包或误码很敏感，其他业务如语音对时延敏感而对丢包不敏感。）因此，VDSL2标准建议在多业务应用环境中，如果不同业务对时延、丢包、INP的要求有显著不同，使用双时延通道以满足多业务的不同需求。双时延通道能够根据业务需求提供区分的服务，减轻了INP对速率的影响，在一定INP情况下，可尽可能地利用线路容量。
　　另外，为了更好地支持视频业务，VDSL2定义了动态调整交织深度的机制，在VDSL2工作状态（SHOWTIME），上层软件可根据视频误码情况调节交织深度，提高或降低脉冲噪声保护长度，减少语音信道开关切换时对视频业务的影响。
　　7.结合了ADSL2和第一代VDSL的特点并进行扩展，功能特性丰富
　　VDSL2充分吸收了ADSL2和第一代VDSL优点。主要体现在：改善了管理功能，采用类似于ADSL2的CO-MIB；增加了线路自适应能力，支持基于ADSL2的比特交换（BS）、无缝速率适配（SRA）等在线重配置（OLR）机制；增强了线路诊断功能，支持基于ADSL2的线路诊断模式、测试参数和功率管理。
　　8.可兼容现有主要DSL技术
　　DMT调制的VDSL2支持与ADSL2+、ADSL、第一代DMT调制VDSL的自适应。VDSL2作为DSL技术的全集，应用上具有很强的灵活性：适合新部署的VDSL2终端；兼容现网部署的ADSL2+、ADSL、VDSL1（DMT）终端；既适应短距离范围内高带宽需求，又可提供长距离接入。
三、VDSL2技术和设备最新进展
　　VDSL2技术由于其高带宽、后向兼容ADSL2+、ADSL等特性，受到众多国内外运营商的广泛关注。在芯片、设备和运营商的共同努力和推动下，基于G.993.2标准的VDSL2技术经过近一年发展已取得较大进展，目前部分设备商已经推出了测试版本的VDSL2DSLAM设备。测试设备主要支持8a、8b、8c、8d、12a几种profile，其中，高下行发射功率的8a、8bprofile由于实现成本高和串扰大，目前相关产品还不完全成熟。支持短距离高上下行速率的17a、30aprofile由于标准对频率定义不完全，相关芯片目前不成熟。
　　国内部分运营商于2006年组织了VDSL2技术的评估测试工作。从测试情况来看，目前VDSL2技术不成熟，设备仍处于研发和实验室测试阶段，无法达到电信商用要求；被测厂家VDSL2设备的研发进度和整体性能存在较大差异，多数VDSL2设备存在以下主要问题。
　　1.设备传输性能不理想或不稳定，未能达到运营商所期待的效果
　　从测试总体情况来看，VDSL2在800m～1km距离范围内传输性能良好，在800m范围内，下行可达30Mbit/s以上、上行可达6Mbit/s以上；在1km范围内，下行在25Mbit/s以上、上行在2Mbit/s以上。但对于传统固网运营商，将电话铜缆距离控制在1km距离范围内的难度相当大，所以VDSL2目前仅在1km距离范围内提供好的传输性能还远远满足不了运营商的需求。
　　多数厂家设备在1.5km距离范围不能激活。少数传输性能好点的厂家，接入距离到1.5km时，传输性能与ADSL2+接近，下行在20Mbit/s左右、上行只有几百kbit/s；部分厂家设备在设置INP参数的情况下，设备传输性能急剧下降。
　　997频谱方案由于比998频谱方案对上行频谱的优化，实际测试时，传输距离在1～1.5km范围内，上行传输性能可提升1～2Mbit/s左右，不过是以牺牲下行速率为代价的。因此，实际使用时应结合业务特点灵活选用；传输距离超过800m以后，12a、8a、8b三种profile的传输性能基本接近。
　　2.多数厂商设备不能后向兼容ADSL2+、ADSL终端
　　测试中只有少数厂商设备能自适应兼容ADSL2+ANNEXA、M和L模式。多数厂商设备不支持对ADSL2+、ADSL的兼容，少数厂商设备可兼容ANNEXA，但需要在局端进行手动配置。
　　值得指出的是，对ADSL2+、ADSL的后向兼容特性，在VDSL2技术开始引入阶段是极为有用的。从以往DSL技术的发展经验来看，一般DSL局端都会比DSL终端早成熟半年以上，为了满足未来业务的高带宽需求，运营商往往可能先引进VDSL2局端设备，利用其与ADSL2+/ADSL终端的兼容特性，与ADSL2+/ADSL终端配合使用，待VDSL2终端成熟、规模商用后，实现网络平滑升级，从而降低整个网络投资、维系网络持续发展能力。
　　3.不同厂商芯片的局端和终端设备不能互通
　　测试结果表明，目前不同芯片的VDSL2局端与终端之间不能实现业务上的互通。虽然基于Broadcom芯片的VDSL2局端与基于Infineon芯片的VDSL2终端能够激活进入工作（Showtime）状态，但一段时间后由于信元定界丢失，终端离开Showtime状态，业务层面无法实现互通。
　　VDSL2的互通能力是其规模商用的关键，只有不同厂商局端和终端实现良好的互通，运营商才可能对其大规模采购，旨在保证设备选购的灵活性。
　　4.VDSL2维护管理功能尚不成熟
　　测试阶段只有少数厂商能提供VDSL2网管功能，所有厂商设备均不能支持对VDSL2终端的远程管理功能。对设备和终端的可管可控也是其规模商用的重要前提。
四、VDSL2技术应用分析
　　1.VDSL2商用进程
　　根据VDSL2现阶段测试情况，从ADSL、ADSL2+的商用进程推算，预计2007年下半年或2008年初，VDSL2技术将会达到规模商用要求。
　　VDSL2发展成熟后，将与ADSL2+一起成为未来几年内的主流宽带接入技术，VDSL2和ADSL2+将面对不同的细分客户群（价格，成本，带宽需求，带宽特点）。VDSL2接入将是替代现有的商业用户LAN接入的首选，以节约光纤，扩大覆盖范围。
　　2.VDSL2后向兼容特性应用分析
　　VDSL2可后向兼容ADSL、ADSL2+终端，前面已经分析到该特性在VDSL2技术引入初期是极为有用的。此时，为了兼容ADSL、ADSL2+，VDSL2局端需要同时支持ATM、PTM（EFM）两种模式。
　　虽然VDSL2具有后向兼容性和长距类似ADSL的传输性能，但由于VDSL2需处理比ADSL2+、ADSL高得多的频谱，长距传输时功耗和成本都会高出ADSL2+、ADSL很多，采用VDSL2单一设备替代ADSL2+、ADSL提供全范围DSL接入并不是最佳方案。随着VDSL2局端和终端发展成熟，互联互通问题得到充分解决，VDSL2仍将主要用于1.5km短距范围内提供双向高速接入，ADSL2+与VDSL2互补，以较低成本解决更远范围用户接入问题。
　　3.传输模式的选择
　　前面已分析过，VDSL2局端在开始应用的一段时间，将需要支持ATM、PTM（EFM）两种传输模式，以兼容ADSL、ADSL2+。但由于电信网络IP化的趋势，DSLAM设备向IP内核的演进，随着VDSL2的规模应用，VDSL2将主要采用EFM的PTM封装模式直接承载Ethernet业务，其ATM封装不会被广泛使用。
　　4.Profile的发展
　　虽然VDSL2定义了8种Profile,，但由于线路的衰减特性以及桥接头等室内布线的影响，17.6MHz、30MHz高频带只有在很短的距离范围内（从实验模拟测试来看，在300m距离范围内可获得高达50Mbit/s的双向对称速率）才能提供高的双向对称速率，实际使用受到很大限制。综合考虑网络实际情况、业务需求和成本等因素，真正能在大多数情况下实用的仍是12MHz甚至是8.8MHz以下频段的Profile，其中，支持长距传输的8a、8bprofile由于实现成本高和串扰大，加上VDSL2用于长距传输并不经济等原因，这两种Profile也不会大规模采用。
　　5.VDSL2与EPON、GPON的关系
　　FTTH是宽带接入的最终发展方向。但由于技术成熟度、成本、业务需求等原因，FTTH的大规模实现还需要经历较长的时间。以铜缆为传输媒质的VDSL2由于其高带宽特性，将与EPON、GPON互为补充。在未来相当长一段时间满足用户和业务的高带宽需求；短期内，相比较EPON、GPON接入，VDSL2的成本优势明显，将是商业和高端用户接入首选“EPON/GPON＋VDSL2将是VDSL2的主要应用模式；VDSL2的发展将带动光纤尽量接近用户，提供面向FTTH的平滑升级。
五、结语
　　随着用户和业务带宽需求的不断提高，VDSL2以其高带宽、后向兼容和应用灵活等特性，决定了其是DSL技术的重要发展方向，受到业界的广泛关注，在各方共同努力下，VDSL2技术已取得较大进展，但它目前还不具有规模商用能力。随着VDSL2技术逐步发展成熟，它将与ADSL2+一起成为未来几年内的主流宽带接入技术，并与PON技术互补，提供高的网络带宽，最终实现向FTTH的平滑演进。