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VDSL2是最新也是最先進的xDSL寬帶線纜通信標準。VDSL2支持語音、視頻、數據、HDTV和互動游戲等三重(triple-play)業務的廣泛部署,可以幫助使用者和運營商逐步、靈活和節省成本地升級現有的xDSL基礎架構。業界首個與該標準完全兼容的被命名為VINAX的VDSL2芯片組能夠在短距離范圍內提供高達100Mbps的對稱數據速率,也可以提供類似ADSL的長距離通信性能,因此VINAX不僅能夠滿足當今高速電信網絡的要求,還提供了一種適用于將來的技術,可以幫助運營商為今后越來越多的用戶提供更豐富的業務。

為什么需要VDSL2？

目前的xDSL接入技術仍然是中心局(CO)和用戶之間的通信瓶頸。中心局和遠端DSLAM(數字用戶線接入復用器)可以提供吉比特以太網鏈接甚至更高速度的技術,用戶側只是54Mbps和100Mbps的有線和無線局域網(LAN/WLAN)。但在這二者之間的鏈路不管是用ADSL、ADSL2/2+還是VDSL都有速率限制。另外,在同一媒介上同時傳輸視頻/HDTV、數據和語音這樣的“三重”業務需要比目前VDSL1或ADSL更成熟完善的服務質量(QoS)。最新的三重業務包括了至少3個電視頻道、若干個VoIP連接和足夠快的互聯網訪問,要求的數據速率至少要達到30~40Mbps,這一速度大約是目前ADSL2+解決方案在實際運行狀態下能夠達到的速率的二倍。

為了克服現有接入技術的不足,業界適時開發和標準化了VDSL2技術。VDSL2是消除最后一英里瓶頸和全球大量部署先進的三重業務的理想xDSL技術。

最終用戶采用VDSL2實現寬帶服務的關鍵驅動力是:多通道視頻、HDTV教育和娛樂服務；使用VoIP可以降低電話費用；基礎互聯網數據接入速度的提高；當地有競爭力的定價,有些地區的VDSL服務費用與ADSL差不多,但帶寬增加很多(主要是韓國和日本)。

圖1:VDSL2、VDSL1和ADSL2+下行速率/距離性能比較。

圖2:VDSL2頻率規劃模板—30a類(30MHz帶寬、音調間距)。

圖3:數據包優先占用的例子。

表1列出了專門為包括局端、遠端DSLAM、數字環路載波(DLC)和多住宅單元(MDU/MXU)交換機在內的不同領域市場應用裁剪過的所有標準化VDSL2類。

表2:VDSL1和VDSL2比較。

電信運營商可以從提供捆綁服務中獲益,這些服務能成功地與有線運營商提供的任何服務競爭。另外,隨著向ADSL2+/VDSL2混合網絡的遷移(見下文),可以通過單一網絡提供全部xDSL服務類型,同時還能降低部署、運營和維護成本。

不管怎樣,重要的是VDSL2通過高性價比的混合光纖到戶(FTTH)有效地解決了最后一英里問題:通過鋪設光纜盡可能接近家庭、經現有的鋪設在地基中的管道連到DSLAM或DLC,在最后幾百米再用高速VDSL2連接起來。

VDSL2頻段規劃和類型

制定VDSL2標準的工作在實現三重業務的意向提出不久后就開始了,該標準包括多頻道HDTV和VDSL2標準.2,ITU-T在2005年5月27日批準發布。英飛凌的VINAX就是與VDSL2標準完全兼容的解決方案,可以在1,200英尺(約350米)距離上提供全雙工100Mbps、在4,000~5,000英尺(約1.2~1.5公里)距離上提供全雙工30Mbps的超高數據速率。由于具有增強的長距離通信能力,采用VINAX組建的系統可以在超過16,000英尺(4~5公里)距離提供與ADSL相近的比特速率,基本覆蓋了電信網絡中90%的家庭用戶(一些國家可以達到100%的覆蓋率)。

與前幾種DSL允許選擇離散多音調(DMT)或正交幅度調制(QAM)技術不同,VDSL2只能使用DMT線路編碼。DMT是一種分割DSL信號的方法,有用的頻率范圍被劃分成多個小的頻段或音區。最多可以分成4,096個音,音與音的間距為4kHz或8kHz。其中每個音都可以用作下行或上行傳輸。不過VDSL2標準已經定義好了上行和下行頻段,并定義了8個針對各種應用領域的不同VDSL2類型。

表1列出了專門為包括局端、遠端DSLAM、數字環路載波(DLC)和多住宅單元(MDU/MXU)交換機在內的不同領域市場應用裁剪過的所有標準化VDSL2類。

只匹配這八個標準化VDSL2類中的一個類的芯片解決方案也允許聲稱兼容全部標準,不過很顯然會限制系統制造商和服務提供商的VDSL2部署計劃。為了向系統供應商提供真正的附加值,幫助他們設計出能夠符合所有部署環境的單一通用VDSL2系統,VDSL2芯片解決方案必須支持所有的類型。例如,歐洲和美國運營商要求20dBm或的發送功率(類型8a和8b)。而只能提供2,048個音、17MHz帶寬和發送功率(類型8c和8d)的芯片解決方案就像許多準標準芯片組那樣不能滿足這些市場的要求。此外,確定確切的區域性要求仍然顯得為時過早,因為許多運營商還在評估他們未來的網絡和部署計劃。

簡而言之,只有能夠提供30MHz帶寬、20dBm發送功率以及4,095個音調的VDSL2芯片解決方案才能具備所要求的靈活性,也才能幫助系統制造商和服務提供商用單一硬件平臺滿足所有地區市場需求。

VDSL1與VDSL2的比較

與VDSL1相比,新的VDSL2標準具有多個新的特性。下文所述的新增功能將提高數據傳輸的比特率和服務覆蓋范圍,同時為語音和視頻傳輸提供高級的QoS,從而促進所有寬帶業務向單一網絡的匯聚。

1. 更高比特速率:VDSL1的頻譜是12MHz,非標準解決方案是17MHz,而VDSL2的頻譜高達30MHz,因此能實現100Mbps的對稱數據速率傳輸,比早期的VDSL1解決方案最大70/30Mbps的速率要高出許多。除此之外,將二個獨立通道用于同一連接的片上綁定(也被稱為通道捆綁)將提高環路到達性能,支持更長環路上實現VDSL2比特速率(哪個距離？)。與有效比特速率取決于在線用戶數量的共享媒Cable Modem不同,VDSL2提供點到點的連接,能夠確保用戶所支付的數據速率。

2. 類似ADSL的長距離(LR)性能:與ADSL類似的長距離性能是VDSL2的一個關鍵優勢。具有LR-VDSL2功能的系統能夠在4到5公里范圍支持1~4Mbps的(下行)數據傳輸,而且隨著環路長度的縮短,比特率將提高到對稱的100Mbps。這意味著采用VDSL2的系統與VDSL1系統有本質區別,它不局限于短距離環路應用,還能用于中等距離的應用。

   LR-VDSL2使用低至25kHz的頻率,并通過ADSL PSD(功率譜密度,定義了在使用頻譜上的發送功率分配)模板提供20dBm的發送功率。這種情況下的上行頻段最高分配到138kHz/276kHz,也被稱為“上行頻段0”或“擴展上行頻帶0”)。VDSL2下行頻段DS0可以看作是擴展的ADSL頻段,最高可達,而ADSL和ADSL2+只能分別達到和。圖2就是VDSL2頻段規劃的一個例子。

   LR-VDSL功能是由回波消除和時域量化保證的,這是經過ADSL驗證了的技術,可以避免發送路徑上的回波。VDSL1系統一般使用數字復用方法補償較長用戶環路時的延遲效應。但這種技術受環路距離的限制,在3,000英尺(約1公里)以上距離時就會失效,還會導致連接丟失。因此兼容VDSL2標準的系統必須實現回波消除和時域量化功能,才能滿足3,000-4,000英尺(1~1.2公里)以上中等和遠距離環路應用性能要求。

3. 為對時延敏感的應用提供高級的QoS:對于連續的視頻和語音傳輸,QOS需要特別關注。因此VDSL2標準定義了內在的優先占用機制,為對時延敏感的語音和視頻包設置的優先級比電子郵件信息、網頁內容等數據包優先級要高。

4. 優先占用是指高優先級的數據包(如語音)一般要比低優先級的數據包優先通過。優先占用可以用圖3所示的例子加以說明:具有不同優先級的數據包(語音、數據、視頻、游戲)必須經過VDSL2芯片傳輸,為了提供理想的質量(例如沒有回音和延遲的在線游戲),這些數據包必須滿足一定的時延要求。在例A中,假定是100Mbps的連接,在紅色高優先級語音包和黃色低優先級數據包之間沒有時延干擾。然而在例B中,假定是1Mbps的低速鏈路,由于速度低,包的傳送時間增加了,因此出現了時延問題。2號包的傳送時間不能滿足語音包的時序要求,會在語音包發送中產生抖動,也即語音鏈路中會出現回音。對于采用先進先出(FIFO)技術的常規系統來說這種情況是相當常見的。

   然而采用優先占用技術的系統在高優先級的語音包發送沒有完成之前將停止發送低優先級的數據包。通過這一功能可以有效地避免語音通話中出現煩人的回音問題。

5. 高質量的三重業務支持:雙時延(二個獨立的時延路徑)、雙重交織(更好的噪聲保護和更高的安全性)和二個承載通道(用于傳輸用戶信息)改善了對不同速率數據的高效和可靠處理,這是高質量的三重業務應用的關鍵。

   數據交織和里德-所羅門編碼可以保護信號免受突發噪聲的干擾,即通常由電源線干擾引起的時長約500us的突發噪聲干擾。然而這種突發噪聲保護會導致更長的反應時間或時延。雖然視頻業務不受長時延的影響,但語音受到的影響比較大。因此通過實現二個獨立的時延通道,可以獨立地選擇交織和里德-所羅門編碼,以便為每個業務等級提供最佳的突發噪聲保護和時延性能。

6. 最佳的網絡利用率:VDSL2采用了VDSL1中未曾用過的網格/維特比編碼技術以及類似ADSL的靈活幀結構,因此可以高效地利用線路速率,特別是在下行中等和長距離通信時效果更為明顯。網格/維特比編碼可以增加2dB的編碼增益,因此在同樣的信噪比條件下,VDSL2可以比VDSL1提供更高的比特速率。

7. ADSL后向兼容和互操作性:由于具有上文所述包括幀結構、交織和網格/維特比編碼在內的DMT特性和類似ADSL的功能,包含了所有必要技術條件的VDSL2是解決ADSL后向兼容問題的理想方案。完全兼容VDSL2標準的芯片解決方案既可以滿足VDSL2、也可以滿足ADSL/2/2+設備的要求。因此使用者只需使用一種技術就能平滑、逐步和高效地將現有網絡升級到VDSL2,并允許他們用單個網絡覆蓋所有xDSL業務應用。同時用戶只要愿意仍可以繼續使用ADSL MODEM,想接收先進的三重業務時只需簡單地升級他們的用戶端設備(CPE)就可以了。這實現了更低的設施和維護成本以及到VDSL2的無縫升級

不過,技術功能性只是其中的一部分因素,另外一個重要且困難的因素是與已有ADSL架構的互操作性。標準沒有提供這部分內容,需要靠專用芯片供應商的ADSL專業技術和現場經驗決定。主要的ADSL供應商已在互操作性方面投入多年的努力,只有對互操作性的持續參與和研究,并建立與業界領先者間的合作伙伴關系,才能確保最終用戶使用任何設備而不必擔心技術兼容性問題。因此只有同時保證VDSL2技術的后向兼容性以及與ADSL、ADSL2和ADSL2+的互操作性才能讓服務提供商放心的安裝作為最終的DSL技術的VDSL2,并通過較低的運營和維護成本充分發揮經濟方面的優勢。

VINAX:業界首個兼容VDSL2的芯片組

ITU-T在2005年5月27日批準并發布了VDSL2標準.2。同一天英飛凌技術公司推出業界首個完全兼容最新VDSL2標準的芯片組VINAX。

VINAX可以在距離超過1,150英尺(350米)的銅線上利用高達30MHz的完整VDSL2頻譜提供100Mbps的對稱數據速率,這一性能是現有VDSL解決方案(VDSL1或非標準芯片組)長距離性能的二倍。

VINAX具有20dBm發送功率和回波消除、時域量化和網格/維特比編碼等功能,可以提供優秀的長距離VDSL2性能,也即在16,000英尺(4~5公里)距離上可以達到1~4Mbps的下行數據速率。英飛凌公司在語音IC的設計與制造方面擁有多年的經驗和專業知識,因此新的包含了預先占用、二個時延通道和雙重交織功能的VDSL2芯片組將提供很強的產品性能。

能夠支持所有八種不同VDSL2類是VINAX的最大優勢,因此它能滿足世界不同地區的不同要求,可以允許系統制造商利用單一硬件平臺為全球市場提供產品。最后強調的一點,作為ADSL市場上的主要供應商確保了最佳的ADSL后向兼容性能,并能實現靈活的VDSL2/ADSL2+架構。

作為一個端到端的方案,VINAX包含了一個多通道中心局芯片組VINAX-CO、用于用戶室內設備的單芯片器件VINAX-CPE。

供稿:英飛凌科技