一种新的VDSL技术

    摘 要：本文针对目前提出的一种新的VDSL（Zipper-VDSL）宽带接入技术，就其核心的Zipper-DMT算法中的关键问题及其技术特点进行了讨论，并就其应用前景提出了自己的看法。

    关键词：宽带接入技术 VDSL Zipper-VDSL

    一、VDSL技术简介

    作为XDSL的新兴成员，VDSL正在以其具有的超高速率吸引着用户。它可以比ADSL在更短的线距内达到更高的数据率（见表1），原因是它采用了比ADSL更宽的双绞线带宽（高达11MHz）。这一技术可以更好的与FTTN、FTTC等技术相结合，成为FTTH到来之前的有效的宽带接入技术。DMT-VDSL技术是由Nortel在1996提出的，之后又提出了以DWMT、SLC为线码的方案。

    在双工通信的实现上，早期的VDSL主要采用FDD（Frequency Division Duplex）或TDD(Time Division Duplex)技术实现上下行道的对称、非对称双工通信。这其中，由于TDD的实现复杂度较低，因而比FDD的应用推广得好。最近提出的Zipper-VDSL技术，对核心的DMT算法进行了改进，实现了对DMT中各个正交子带的频分双工，被称之为‘无滤波器的频分双工方案’；同时还可实现与ADSL在频谱上的兼容，在子带的使用上表现出极大的灵活性，大有将ADSL列为其子集的趋势，可以说，Zipper-VDSL极有可能统一ADSL和VDSL的技术与市场。

  
    二、Zipper概念的提出

    Zipper的概念，最早由Telia Research的研究人员提出。目前，从事Zipper-VDSL研究的主要是瑞典的Telia Research AB公司与ST意法半导体公司。‘Zipper’的意思是指将不同传输方向的带宽象拉链（zip）交错在一起（如图1所示），以使双绞线的上下行速率可以更为灵活的配置。工作的对称与非对称模式也可通过软件灵活的设置。Zipper采用2048个正交子带（5KHz），因而可以实现高达60Mbps的下行速率。以下将就Zipper的 采用核心技术（Zipper-DMT）的特点与实现分别作介绍。

    三、改进的DMT调制算法

    由于Zipper是通过将DMT中不同的正交子载波分配到不同的传输方向上，实现双工通信的。因而在技术上，Zipper对传统的DMT调制技术做了如下功能扩展：

    （1）同步问题
    由于在Zippper-DMT中，各个正交子载波有的用于上行行道，有的用于下行行道以实现双工功能，因此，收发两端的同步问题对于Zipper-VDSL来说显得尤为重要。这就要求网络两端在频域和时域都应保证严格的同步，以保证DMT各个子载波的正交性。

    时间同步（帧同步）：由于在一个DMT数据帧中既有上行信号又有下行信号，这就要求接入网中所有的发送端同时发送数据帧。具体而言就是在中心局（CO端）由同一个时钟提供给各VDSL用户（CPE端）帧时钟，若配线架到用户的距离较远，可以使用GPS全球定位系统以保证正确的系统定时。整个过程可以描述为：在系统训练过程中，先是接收端收到下行的数据信号，而后测时距，就可以保证接收系统能够以与发送端相同的时间发送数据。

    采样频率同步：采样频率的同步可以保证各个子载波之间正确的间隔。不过，由于双绞线信道具有较好的信噪比和稳定性，这一点不难做到。

    （2）循环后缀
我们知道，ADSL中采用的传统的DMT是采用循环前缀来减小块间干扰及保证各子载波间的正交性的。在VDSL中，为了进一步保证子载波中上下行信道间的正交性，还需增加循环后缀以减小NEXT（近端串扰）和近端回波。至于前后缀的长度，若选择较长的前后缀，则可以减少块间干扰，从而减轻对时域均衡器的要求，但却降低了系统的双工通信效率。所以，在长度的选择上，应该折中考虑。

    以下将简明说明循环后缀的最短长度[CS]min/fs(其中fs为采样速率)应为最长的延迟△，从而才能抵消NEXT及近端回音。如图2所示，在时刻0，网络两端在同一时刻（在时间同步的前提下）使用不同的子信道传输数据。此时，线端1在发送数据帧的同时，接收到邻近的信道产生的NEXT，而此时线段2也同时将数据传输给线端1，不过，由于线路延迟，会在延迟△后到达线端1。这样线端1收到的数据就将是NEXT信号与真正需要的数据的叠加。而我们知道，线端1、2在发送数据时使用的是不同的正交子行道，因而，线端2的‘接收的数据’（如图2所示）将是两者的正交叠加，从而可使线端2发送的数据免受NEXT的干扰，正确接收数据。只有满足CS/fs≥△，在解调时，才能保证在整个DMT符号周期内‘传输的数据’与‘NEXT信号’的正交关系。

    四、Zipper-VDSL技术特点

    （1） 灵活性与兼容性：
    由于Zipper对于各个正交子带可以动态的分配（这里的动态分配，不仅指对各个子带所分配的比特量，还指其中用于上行还是下行的设置），以适应数据率的变化。从而实现“在任何时间达到任意的上/下行比特率”。也正是它在各子载波分配上的灵活性，使得Zipper-VDSL可以与其他系统灵活的实现频谱兼容。

    以下讨论ADSL与Zipper-VDSL的频谱兼容的实现。若ADSL与Zipper-VDSL之间不存在NEXT，则可以实现ADSL与Zipper的频谱兼容,即可以允许在同一束电缆中两种业务同时传输。这就要求Zipper-VDSL与ADSL在共享的频带内，两者的相应子载波有相同的传输方向，从而消除通信中的NEXT这一关键干扰源的影响。如图3所示。

    从以上有关Zipper-VDSL的技术介绍可以看出，ADSL可以看成是将DMT中各个正交子带的上下行子带分配固定了的Zipper-VDSL。这一点说明，即使在VDSL的市场已经形成，用户端的ADSL、ADSL.Lite设备仍可以使用，同时，Zipper也建议使用VDSL.Lite，即VDSL的简化版本。这样来，可以形成全速率ADSL、ADSL.Lite、全速率VDSL、VDSL.Lite几种不同速率标准的同时存在，以满足用户的不同要求，从而实现VDSL与ADSL市场的统一。

    对于Zipper的用户，可以通过不同软件配置在不改变硬件的前提下将用户端设备设置成以上四种速率的任何一种以适应局端设备的要求或享受不同的服务等级；对于局端设备，同一台Zipper局端设备可以满足四种不同速率用户的接入要求。

    灵活性与频谱兼容性可以说是Zipper-VDSL技术最为吸引人的地方。

    （2） 电路实现的复杂度
    在电路上，Zipper-VDSL比其他几种VDSL都要复杂的多。在模拟部分，主要体现在对混合电路的要求较高，一方面，要求混合电路的损耗率低，另一方面，要求提供更宽的频带，以使A/D变换有更宽的动态范围；在数字部分，Zipper-VDSL的FFT/IFFT及系统编译码的规模都较相应的TDD系统增加一倍。硬件上，需要计算能力更强的DSP芯核和更多的辅助存储器。

    （3） 抗噪性能
    在VDSL使用的频段中，有一部分频段是为业余电台预留的。特别是在使用的子载波数增加时，使用的频段会更宽，这些射频干扰（RFI）也就越发严重。对于这些射频干扰，Zipper-VDSL利用其动态分配比特数和上下行信道的特性可以很好实现抑制，这也正是它频带使用的灵活性的体现。另外，使用循环后缀可以消除来自其他系统（如ADSL）的串扰干扰。

    五、 芯片化进程与发展趋势

    在Zipper-VDSL芯片化的过程中，ST与Telia Research两家公司实现了优势互补。ST公司有着先进的CMOS工艺，而Telia Research可以在Zipper技术上提供强劲支持。目前，采用ST的0.25μm CMOS（40sqmm）技术制造的Zipper-VDSL芯片已于99年第三季度通过测试，而采用更先进的CMOS工艺（30sqmm）的单芯片解决方案也将于2001年年初问世。可以说，随着Zipper-VDSL的单芯片化，其制造成本必将下降，从而启动VDSL的市场，可以预见，Zipper-VDSL必将成为宽带接入的一大技术热点。

    从以上有关Zipper-VDSL的技术介绍可以看出，ADSL可以看成是将DMT中各个正交子带的上下行子带分配固定了的Zipper-VDSL。因此，Zipper-VDSL比ADSL在技术复杂度上有所提高，它更加强调了保证各个正交子带的正交关系。自从VDSL的实现方案中提出了Zipper-VDSL的新方案，使得VDSL无论在芯片的实现上，还是在市场竞争中都极有可能吞并ADSL。及时跟踪这一新的技术动态，对于商家和OEM制造商都有积极的意义。