摘? 要: 描述了一種新興寬帶接入技術。這種寬帶接入技術利用VDSL在現(xiàn)有電話線上實現(xiàn)10M以太網(wǎng)(Ethernet)功能,從而以盡可能低的成本,在不需要重新布線的情況下實現(xiàn)寬帶接入。?

　　關鍵詞: 寬帶接入? 數(shù)字用戶環(huán)路(xDSL)? 甚高比特率數(shù)字用戶環(huán)路(VDSL)? Ethernet?

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　　Internet的發(fā)展正快速進入寬帶時代。目前在處理“信息高速公路最后1公里”的寬帶接入問題方面已經(jīng)有了很多解決方案,例如:FTTH(光纖到戶)接入網(wǎng)、HFC(混合光纖同軸電纜)接入網(wǎng)、光纖+雙絞線以太網(wǎng)、高速無線接入網(wǎng)、xDSL等。?

　　除xDSL寬帶接入方式外,其它幾類接入網(wǎng)的建設需要重新布線或建立無線基站。在寬帶建設中,布線工程或無線基站建設工程的成本占總成本的比重非常大,這些方案無疑增加了網(wǎng)絡運營商的運營成本,影響了其競爭力。?

　　xDSL是幾類DSL(數(shù)字用戶環(huán)路)的總稱,包括ADSL(非對稱數(shù)字用戶環(huán)路)、VDSL(甚高比特率數(shù)字用戶環(huán)路)、SHDSL(對稱型高比特率數(shù)字用戶環(huán)路)和IDSL( ISDN 數(shù)字用戶環(huán)路)等。xDSL是為了避免重新布線的弊端,充分利用已有的銅質(zhì)電話線路開發(fā)的寬帶接入技術,其中ADSL已有多年的發(fā)展,已成為一種較成熟的DSL技術。根據(jù)用戶到電話中心局的距離和電話線質(zhì)量,ADSL可提供1.5Mbps～8Mbps的下行速率和64kbps～2Mbps的上行速率,現(xiàn)已成為各國電信公司主推的寬帶接入技術之一。?

　　VDSL是一種速度最快的非對稱數(shù)字用戶環(huán)路,由于其高速率特性,VDSL應用前途非常廣泛,如:視頻及電視節(jié)目、高速數(shù)據(jù)、視頻會議、廉價的T1和少量的T3業(yè)務,大型住宅區(qū)和校園內(nèi)的多媒體業(yè)務等。現(xiàn)在一些有先見的國內(nèi)外公司正加大投入,拓展VDSL技術,并將其它先進、成熟的技術與VDSL相結合開發(fā)出了更為實用的新技術,基于VDSL的以太網(wǎng)(Ethernet)技術就是一種典型代表。這種寬帶接入新技術的出現(xiàn)已經(jīng)對國內(nèi)一些網(wǎng)絡運營商正在建設的“光纖到小區(qū)、雙絞線到家庭”的以太網(wǎng)寬帶接入運營模式構成了強有力的挑戰(zhàn)。?

1 基于VDSL的以太網(wǎng)(Ethernet)?

　　基于VDSL的以太網(wǎng)的構思是由Savan公司提出的,Infineon、BroadCom和國內(nèi)一家科技公司實現(xiàn)了這一構思。該技術采用VDSL作為物理層,在芯片組內(nèi)置媒體訪問控制器,集成了VDSL,實現(xiàn)了長距離傳輸,速度可達10Mbps以上的全雙工標準以太網(wǎng)功能。?

1.1 VDSL技術?

　　VDSL技術將電話線上數(shù)據(jù)傳輸速率推到極限,其初衷是通過數(shù)字信號處理(DSP)技術的最新進展提供最快的速率。VDSL的ETSI(歐洲電信標準組織)和ANSI(美國國家標準協(xié)會)標準已經(jīng)制訂完畢,ITU(國際電信聯(lián)盟)標準正在加緊制訂中。VDSL采用了成熟的QAM、CAP和DMT調(diào)制技術與自適應均衡技術,它占用電話線的頻段為1.1MHz～12MHz。在非對稱模式下,下行速率可達13Mbps～52Mbps,上行速率可達2Mbps～19.2Mbps;在對稱模式下,可實現(xiàn)全雙工10Mbps、13Mbps的通信速率,其傳輸速率與電話線質(zhì)量和傳輸距離有關。?

　　CAP和DMT是ADSL和VDSL等數(shù)字用戶環(huán)路中采用的兩大相互競爭的調(diào)制技術。CAP(無載波調(diào)幅和調(diào)相)基于QAM,而QAM(正交調(diào)幅調(diào)制)是一個久經(jīng)考驗的MODEM調(diào)制技術,它采用振幅和相位的變化來代表數(shù)據(jù)符號。產(chǎn)生一個QAM波是非常復雜的過程。DSL通常采用的方法是以數(shù)字形式存儲波形的一部分,然后把這些存儲的部分組成適當?shù)牟ㄐ巫兂勺罱K的調(diào)制波,不帶任何信息的載波,在傳輸前立即壓縮以提高效率。為了獲得最佳的信號質(zhì)量,CAP調(diào)制在選擇相應條件下的QAM方法前,有一個啟動過程以測試線路質(zhì)量。DMT(離散多頻)把數(shù)據(jù)帶寬分為4kHz的頻帶,給下行方向載波數(shù)百個,上行方向載波幾十個。DMT還包括一個先進的測試算法,它連續(xù)測試每個頻帶的SNR,適當調(diào)整數(shù)據(jù)負載,使DMT能夠連續(xù)檢測和調(diào)整傳輸特性,以適應電話線路狀況的變化。由于DMT的復雜性,只有采用先進的DSP技術才能實現(xiàn)這一調(diào)制方式;相比之下,CAP技術較為簡單成熟、成本低廉,已為很多著名廠商采用。由于不同廠商對采用哪一種調(diào)制技術存在著分歧,ADSL論壇組織(也是國際上協(xié)調(diào)VDSL的論壇組織)在選擇調(diào)制技術上采取了中立態(tài)度,將調(diào)制技術的決策留給每個廠商自己。表1對CAP和DMT進行了對比。

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　　在電話線上,VDSL采用的頻段范圍為1.1MHz～12MHz,而電話話音占用的頻段為300Hz～3400Hz,因此VDSL和話音傳輸可以同時進行。話音、ISDN、VDSL和其它DSL的頻段分布如圖1所示。?

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1.2 以太網(wǎng)(Ethernet)技術?

　　以太網(wǎng)是目前使用最廣泛的局域網(wǎng)技術,它具有擴展性強、可靠性好、成本低廉等特色,并擁有大量的網(wǎng)絡管理工具。Ethernet標準IEEE 802.3經(jīng)歷了10Mbps、100Mbps、1000Mbps的發(fā)展歷程,其中10Mbps和100Mbps Ethernet技術非常成熟,成本已經(jīng)很低廉。10Mbps交換式Ethernet網(wǎng)絡足以滿足Internet寬帶接入(≥2Mbps)的要求。?

　　構成Ethernet網(wǎng)有四個要素:1、幀(frame),這是一系列標準化的數(shù)據(jù)位,用在系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù);2、介質(zhì)訪問控制協(xié)議(media access control protocol),它由一整套內(nèi)嵌于各個Ethernet接口中的規(guī)則組成;3、信號部件(signal component),即用在Ethernet信道中發(fā)送和接收信號的部件,如:網(wǎng)卡、收發(fā)器等;4、物理介質(zhì)(physical mdedium),由電纜和其它用來聯(lián)網(wǎng)的計算機之間傳輸數(shù)字式Ethernet信號的硬件部件組成。?

　　Ethernet的核心技術是CSMA/CD(載波偵聽多路訪問/沖突檢測)協(xié)議。IEEE 802.3標準中將Ethernet分為四層:LLC邏輯鏈路控制子層次;MAC介質(zhì)訪問控制子層次;物理信號子層次和介質(zhì)規(guī)范。其中前兩者位于OSI網(wǎng)絡參考模型的第二層(數(shù)據(jù)鏈路層),后兩者位于OSI網(wǎng)絡參考模型的第一層(物理層)。?

2 設計與實現(xiàn)?

2.1 設計方案概述?

　　10BaseS是infineon公司提出的一種基于VDSL的以太網(wǎng)解決方案,該方案可以在現(xiàn)有銅質(zhì)電話線上實現(xiàn)10Mbps全雙工Ethernet通信,距離可達1.6公里?？梢栽诓幌嗷ジ蓴_的情況下,同時支持高速數(shù)據(jù)通信與POTS、ISDN或PBX電話話音信號傳輸?；赩DSL的Ethernet系統(tǒng)的設計分為用戶端設備(CPE)和局端設備(Ethernet交換機或DSLAM)。目前推出的10BaseS套片由三片構成:PEF 22810(VDSL線驅(qū)動芯片)、PEB 22811(VDSL模擬芯片)、PEF 22822(數(shù)字芯片)。?

2.2 10BaseS套片的特性?

　　Infineon公司的10BaseS套片具有如下重要特性:?

　　·對稱10/100Mbps Ethernet速度,全雙工模式;?

　　·兼容IEEE802.3 Ethernet MII、RMII、SMII和七線接口;?

　　·可配置為標準以太網(wǎng)物理層(Ethernet PHY)芯片,這種配置應用于Ethernet交換機或DSL接入復用器(DSLAM);?

　　·可配置為以太網(wǎng)媒體訪問控制層(Ethernet MAC)芯片,直接與用戶設備上標準Ethernet PHY芯片接口,這種配置應用于用戶端;?

　　·MII串口管理接口支持對所有內(nèi)部寄存器訪問;?

　　·具有地址濾波、自學習的功能;?

　　·支持Ethernet SNMP MIB計數(shù)器功能;?

　　·支持QAM(正交調(diào)幅調(diào)制)調(diào)制技術:QAM4～QAM256;?

　　·對稱/非對稱線速可從低于1Mbps升至25Mbps(根據(jù)距離和線路狀況);在遠至1.6公里距離的情況下,可實現(xiàn)10Mbps的對稱速率;?

　　·支持Reed-Solomon前向糾錯功能(RS FEC)。?

2.3 用戶端設備(CPE)的設計與實現(xiàn)?

　　用戶端設備(CPE)的功能框圖如圖2所示。設計用戶端設備時,應將10BaseS套片配置為Ethernet MAC模式。從功能框圖中可以看出,在PEF22822一端要加入以太網(wǎng)物理層(Ethernet PHY)芯片和變壓器(Transformer)。在設計中選擇了NS公司的10/100Mbps的DP83846AVHG 以太網(wǎng)物理層芯片,NETCOM公司的單端口10Base-T隔離變壓器。將變壓器輸出線直接引到RJ45插座上,這樣通過三類或五類雙絞線即可將CPE聯(lián)到PC機的以太網(wǎng)卡或其它具有以太網(wǎng)接口功能的設備上。在PEF 22810一端設計有濾波器(Fliters)以便盡可能消去電話線上的干擾。為同時支持VDSL數(shù)據(jù)通信和電話話音通信,在CPE的輸出端設計有分離器(Splitter),這樣用戶可以在使用VDSL數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r不妨礙打電話。設計分離器(Splitter)時,應注意當CPE掉電時,電話仍能打通,這個功能可以采用繼電器來實現(xiàn)。?

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2.4 局端設備的設計與實現(xiàn)?

　　在局端設備(Ethernet交換機或DSLAM)中,應將10BaseS套片配置為標準Ethernet PHY模式。?

　　本文以基于VDSL的十二端口Ethernet交換機為例來說明,其功能框圖見圖3。該交換機的端口分為一個上連端口和11個下連端口,圖3中只畫出了1個下連端口,其它10個下連端口與該端口是一樣的。上連端口設計為標準Ethernet方式,速率設置為100Mbps,接口采用RJ45,通過五類雙絞線與服務器相聯(lián);下連端口設計為基于VDSL的方式,用來接電話線,為了避免個別用戶占用過多的帶寬,下連端口通信速率設置為10Mbps。在設計這款交換機過程中,筆者對多款Ethernet MAC交換控制芯片作了詳細的分析和對比,最后選擇了Advanced Communication Devices公司的ACD82112。該芯片支持十二端口10/100Mbps Ethernet 交換功能,它與PEF22822之間通過IEEE 802.3 Ethernet MII接口相連。由于10BaseS套片只支持一個端口的通信通道,因此在一塊交換機電路板上需設計有十一組10BaseS套片。上連端口的物理層芯片選用用戶端設備中采用的DP83846AVHG,變壓器采用NETCOM公司的單端口10/100 Base-T隔離變壓器,以支持100Mbps的通信速率。10BaseS套片與電話線之間的電路設計思路與CPE相應部分的設計思路是一致的,可以直接借用。?

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　　VDSL的特色在于其高速性,這使它在很多其它DSL無法滿足要求的寬帶應用領域中極具吸引力;而VDSL與成熟、穩(wěn)定的Ethernet技術的結合無疑是一大創(chuàng)舉。關于VDSL的ITU標準正在加緊制訂,預計近期將會形成決議,屆時會有更多的知名公司提供種類更豐富、成本更低廉、互操作性更好的基于VDSL的Ethernet產(chǎn)品。一旦基于VDSL的Ethernet的傳輸距離突破5公里(即ITU標準規(guī)定的用戶端到電話中心局的最遠距離),那些以“光纖到小區(qū)、雙絞線到家庭”的以太網(wǎng)寬帶接入為運營模式的網(wǎng)絡運營商將不得不調(diào)整其經(jīng)營策略,以應付這一新技術帶來的挑戰(zhàn)。?

參考文獻?

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