甚高比特率數字用戶線

甚高比特率數字用戶線（very high-bit-rate digital subscriber line ，VDSL）是一種用於雙絞銅線的用戶環路，在長達約300m～1.3km服務範圍內有效傳送寬頻業務信息的傳輸技術或設備。上行和下行信道的傳輸速率可以對稱，也可以非對稱。

中文名稱	甚高比特率數字用戶線
英文名稱	very high-bit-rate digital subscriber line;VDSL
定　　義	一種用於雙絞銅線的用戶環路，在長達約300m～1.3km服務範圍內有效傳送寬頻業務信息的傳輸技術或設備。上行和下行信道的傳輸速率可以對稱，也可以非對稱。
套用學科	通信科技（一級學科），線纜傳輸與接入（二級學科）

基本介紹

• 中文名：甚高比特率數字用戶線
• 外文名：very high-bit-rate digital subscriber line;VDSL

簡介

ADSL(非對稱數字用戶線路)以不對稱的方式在雙絞線用戶環路上提供最高可達6～8Mbit/s的數據傳送業務，更高速率的需求和追求直接導致了VDSL(Very-high-speedDSL，甚高速數字用戶線路)的產生。根據傳輸線路的長短，VDSL可以在下行方向提供最高到52Mbit/s的傳輸速率，在上行方向上提供最高到26Mbit/s的傳輸速率。VDSL既支持不對稱傳輸，也支持對稱套用，這與ADSL是不同的。VDSL的速度大大高於ADSL和CableModem(線纜數據機)，相當於T3的數據傳輸速率。它可以大大提高網際網路的接入速度，提供本地不同區域網路之間的快速連結，並可用來開展視頻信息服務。

與ADSL相比，VDSL具有以下的技術優勢：

1. VDSL技術是xDSL技術中速率最高的一種，在一對銅質雙絞電話線上，速率可以為13～52Mbit/s；
2. 出線率也較高，一般ADSL出線率為15%～30%左右，而VDSL傳送功率譜密度低，出線率更高；
3. 基於乙太網的VDSL系統相對成本較低，因此價格便宜。

與乙太網相比，VDSL的優勢如下：

1. 傳輸距離比較遠，覆蓋範圍廣，最長達1.5km;；
2. 可以充分利用電信網的雙絞線資源，無需重新布線，降低成本；
3. 可以同時支持話音和數據業務；
4. 連線埠利用率高。綜合而言，VDSL技術有巨大的技術優勢，下文將重點探討它的調製技術和國際/國內的標準狀況。

VDSL標準組織

ANSI、ETSI和ITU

ANSI、ETSI和ITU都在VDSL標準的推進方面發揮著重要作用。ANSI中的T1E1.4研究組，於1995年3月開始VDSL的研究計畫，目前已完成。其結果得到了VDSL系統需求文檔。該文檔包括了參照配置的介紹、數據速率、互聯與業務需求、傳輸與損耗，以及運營、監督、管理與供給(OAM&P)。ETSI則於1996年開始研究VDSL的需求，並以高速金屬像接入系統(HSAS:High-Speed metallic Access Systems)為名開展VDSL標準的計畫項目，所發表的報告名為功能需求文檔。

ANSI和ETSI的相應研究小組，經ITU的第15研究組組織，制定工作計算，圍繞G.vdsl以趨於實現VDSL標準的國際化。這些研究機構已標定出的VDSL的重要需求，包括：

1. 在常見損傷(比如橋接抽頭、串擾、脈衝噪聲和射頻介入)下的健壯性；
2. 與現有DSL系統在頻譜上兼容；
3. 每個數據機小於1.5W的低功耗要求；
4. 在業餘無線電頻帶對功率密度(PSD)具有限制能力，使其小於-80dBm/Hz。

ADSL論壇

1997年底，ADSL論壇成立了一個VDSL研究組，專門審查有關標準化實體的進展，並編撰有關上層問題的報告，包括:第2層和第3層協定傳送(比如基於ATM的PPP)；用戶接口(比如ATM25)；用戶線路和用戶駐地配置；網路接口；OAM&P。

ADSL論壇的重點是VDSL的套用，而線上路編碼等低層問題交有ANSI、ETSI和ITU研究，更高層的問題則交給ATM論壇和DAVIC等。

ATM論壇

ATM論壇主要關心的問題之一是用戶網路接口(UNI)，由於已經定義了51.84Mbit/s的接口，因此，它在VDSL和ADSL的方面主要是審查體系結構、分布和ATM傳送。

DAVIC

成立於1994年的非盈利組織DAVIC(DigitalAudio-VisualCouncil，數字視聽委員會)也是最早開展VDSL工作的組織之一。VDSL在視頻傳輸方面的能力，DAVIC對其相當重視。DAVIC為端到端的廣播、互動式視聽信息和多媒體通信，在操作能力方面制定了工業標準的規範。這個規範包含很多方面內容，其中也定義了包括VDSL的傳送系統的體系結構。

VDSL同盟和VDSL聯盟

VDSL同盟(Alliance)和VDSL聯盟(Coalition)是兩個具有特定目標的工業組織，以促進兩個關鍵的VDSL編碼技術為己任。VDSL同盟由那些著力於開發基於DMT規範的公司組成，VDSL聯盟則主要針對CAP/QAM。這兩個組織都已開發出規範草案，交由相關的標準制定組織審核。

VDSL體系結構

VDSL與ADSL一樣，採用頻分方式，在同一雙絞線上同時支持傳統電話業務(POTS)，甚至支持像ISDN這樣的其它業務，因此需要在VDSL線路的兩端安置分離器來分開和合併VDSL以及POTS等信號。位於用戶端用來終結VDSL信號的數據機稱為VTU-R。VTU-R的對端，由於VDSL的高速率特性，一般採用某種類型的高速光網路來連線那些集中起來的VDSL數據機，而集中點則可能分布在光網路的遠端節點上。因此，VTU-R的對端數據機，不是稱為VTU-C，而是稱為VTU-O，用以表示光纖饋線，如圖所示。光網路單元(ONU，Optical Network Unit)通常套用在用戶集中的小區、工業園區和其它具有大通信業務量的區域。ONU有時也用到不同的光纖技術，如FTTC(Fiber to the Curb，光纖到路邊)、FTTN(Fiber to the Neighborhood，光纖到鄰區)、FITL Fiber in the Loop，光纖環路)等。連線ONU與用戶的媒質，一般可以採用同軸電纜或雙絞線。ONU的服務區域較小，連線ONU的鏈路又具有高容量，而連線用戶和服務節點的雙絞線數量較大，故套用VDSL技術來構造網路的最後一段是非常合適的。

VDSL體系結構圖

VDSL噪聲環境

影響VDSL的噪聲主要有串擾、射頻干擾和脈衝干擾。

串擾(Crosstalk)

線纜的線束中有很多對雙絞線，由於無法實現完全的互相禁止，所以它們會相互耦合形成串擾。串擾在xDSL中始終是一個核心問題，ADSL中採用頻分復用方法避開最主要的串擾，即NEXT(Near End Cross Talk，近端串擾)，或者說，限制了NEXT的影響程度。VDSL採用類似的調製方法來減小自NEXT(即VDSL到VDSL的NEXT)，並有利於減少技術實現時的複雜度。顯然，FEXT(Far End CrossTalk，遠端串擾)在VDSL中也是存在的，但是實際問題要複雜得多。NEXT是本地接收機檢測到了一個或多個本地發信機在其他線路上傳送的信號;FEXT是本地接收機檢測到在其它頻帶中傳輸的一個或多個遠端發信機傳送的信號。NEXT與線路長度無關，FEXT由於是耦合信號經過線路傳輸，所以隨著線路長度的增加而減小。在ADSL的套用中由於線路較長，所以FEXT是次要的干擾，而在VDSL套用中FEXT則要嚴重的多。除了自FEXT(即VDSL到VDSL的FEXT)之外，其它類型的xDSL也會產生串擾影響。

射頻干擾

在VDSL技術套用中，根據環路的長度以及雙絞線電纜的類型，可用的頻寬在4MHz到30MHz之間。在如此寬的頻寬範圍內，最直接的不利因素就是在VDSL發信機與無線電收發信機之間存在相互干擾，即射頻干擾(RFI:RadioFrequencyInterference)。在550kHz到1700kHz之間，存在有大量的調幅中波(AMMW)電台，而在1.7MHz到30MHz之間，又存在大量調幅短波(AMSW)電台。此外，在同頻率範圍內，還存在一定數量的短波業餘無線電頻段(AmateurHamRadioBand)，見表。

低頻段（Mhz）	高頻段（Mhz）
1.81~2.0	18.068~18.168
3.5~4.0	21.0~21.45
7.0~7.3	24.89~24.99
10.1~10.15	28.0~29.7
14.0~14.35

脈衝噪聲

脈衝噪聲是一個瞬間能量脈衝，可以淹沒傳送的數據信號。由於在頻域其功率譜密度具有寬頻的平坦特性，對系統損耗十分嚴重。為了消除脈衝噪聲，可以使用FEC(前向糾錯)編碼和數據交織相結合的方法。

VDSL特點

xDSL技術是一種比較成功和成熟的技術。DSL是英文Digital Subscriber Line的縮寫，即數據用戶線。目前已經出現了HDSL、SDSL、VDSL、ADSL與RADSL等多種不同類型的DSL接入技術。XDSL技術得到廣泛的重視和套用的最根本原因在於它利用了全世界最普遍的傳輸介質——電話線來達到寬頻套用所要求的速度。用戶無須更換現有的基本傳輸介質就能獲得寬頻的業務，因此可以在最大限度上保護以往的巨額投資。

在眾多xDSL技術中，比較成熟的是ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非對稱數字用戶線)技術，但是ADSL技術在提供圖像業務方面的頻寬十分有限以及經濟上成本偏高。所以，這些缺點成了ADSL迅速發展和套用的障礙。而VDSL技術作為xDSL技術的發展方向之一，是目前最先進的數字用戶線技術，採用該技術可以進一步提高xDSL系統的下行頻寬，而且完全可以提供傳統的xDSL的所有通用業務。

從技術角度看，甚高速數字用戶線(VDSL)可被視為不對稱數字用戶線(ADSL)的下一代。VDSL，也就是甚高比特率數字用戶線可以使用的頻譜最高為30MHz，但目前只將頻率方案最高規定為12MHz，由於受到物理特性的限制(主要是雙絞線的高頻衰減)，這么高的速度，傳輸距離是有限的。一般來說，VDSL可在短於1.5km的環路上運行，VDSL和ADSL一樣，也是非對稱的傳輸技術，仍利用雙絞線上更高的頻帶來傳輸數據。在傳輸速率方面，ADSL在下行方向(從網路到用戶)提供每秒幾個兆比特的數據傳輸;而在上行方向，則傳輸速率接近1Mbps。VDSL和ADSL相比，VDSL在性能上得到了很大的提高，在一對銅質雙絞線上，VDSL比ADSL傳輸速率更高，傳輸更穩定。不管單方向或雙方向，VDSL可以在銅雙絞線上提供擴展至25~52Mbps的數據傳輸，從而可容納6~12個4Mbps的MPEG-2信號，同時，其傳輸距離為300~1000米左右;同時由於距離短，VDSL技術還能夠克服ADSL技術的選線率低、速率不穩定等問題。另外，根據市場的不同需求，它的建立可以是對稱的(兩個方向比特率相同)，也可以是不對稱的(下行傳輸速率大於上行)。

由於VDSL是利用的電話雙絞線中高頻率的電磁波作為載頻，與電話通信使用的頻率並不衝突，所以使用VDSL進行數據通信時並不影響用戶的語音通信。VDSL收發器採用頻分復用(FDD)的頻帶劃分方式，以分隔上下行數據。VDSL系統採用的頻段劃分方案，起始頻率為25kHz，終止頻率為12MHz。標示為DS1，US1，DS2，US2的四個頻段，分別表示第一個下行頻段，第一個上行頻段，第二個下行頻段，第二個上行頻段。此四個頻段由頻率點fg0，fg1，fg2，fg3，fg4和fg5所劃分。

四個載波分別定義為1D(載波1，下行)，2D(載波2，下行)，1U(載波1，上行)，2U(載波2，上行)，通常分別採用相應的頻段DS1、DS2、US1和US2傳送。載波2D和2U可以分別採用除DS2和US2外的可選頻段(fg0和fg1之間)，或不使用。