［摘要］本文首先解釋對(duì)絞銅線用作數(shù)字用戶線的可能性，接著介紹各種不同應(yīng)用的數(shù)字用戶線，最后展望了正在發(fā)展中的甚高速率數(shù)字用戶線。
�。坳P(guān)鍵詞〕數(shù)字用戶線；對(duì)絞銅線；數(shù)據(jù)傳輸
�。壑袌D分類號(hào)］TN811［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］A［文章編號(hào)］1006－1908（1999）05－ 0003－041
數(shù)字用戶線（DSL）的由來 長(zhǎng)期以來通信用戶的電話機(jī)經(jīng)過“對(duì)絞銅線”的用戶線連至市內(nèi)交換局，進(jìn)入公共交換的通信網(wǎng)（PSTN），接至對(duì)方用戶的電話機(jī)，使雙方得以互相會(huì)話。眾所周知，電話在百余年來對(duì)人類通信起了極大的作用。事實(shí)上，載荷電話模擬信號(hào)的對(duì)絞銅線在百余年來默默無聞地同樣對(duì)人類通信作出巨大貢獻(xiàn)，應(yīng)該受到同樣的贊頌。對(duì)絞銅線為傳統(tǒng)的模擬電話提供300～3400Hz的頻帶，用戶對(duì)通話質(zhì)量感到滿意。為了適應(yīng)電話用戶使用低速數(shù)據(jù)通信，曾加裝調(diào)制一解調(diào)器（modem），使速率33kb ／s和最高56kb／s的數(shù)據(jù)信號(hào)能夠通過模擬話音頻帶與對(duì)方實(shí)行數(shù)據(jù)通信。話音modem 只能提供56kb／s的數(shù)據(jù)速率。
為什么對(duì)絞銅線只能傳輸以56kb／s為限度的數(shù)據(jù)呢？應(yīng)該說，這不是對(duì)絞銅線傳輸能力的限度，而是通信網(wǎng)中的交換機(jī)有限制，它對(duì)電話通信只是分配一個(gè)話音頻帶。雖然用戶的數(shù)據(jù)信息經(jīng)過話音modem，交換機(jī)并不認(rèn)出它是話音modem傳來的數(shù)據(jù)信號(hào)，而只是對(duì)它當(dāng)作話音信號(hào)看待。對(duì)絞銅線本身并不限制定帶數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，只要避開窄帶交換機(jī)，用戶就可以把寬帶數(shù)據(jù)信號(hào)送進(jìn)通信網(wǎng)。
因此我們說，用戶線如避開了窄帶的話音交換機(jī)，就可成為“數(shù)字用戶線”（DSL，Digital Subscriber Line）。當(dāng)然，對(duì)絞銅線用作DSL，其傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)速率的容量與其線路長(zhǎng)度有關(guān)。以前的對(duì)絞銅線傳輸寬帶數(shù)據(jù)信號(hào)，只能限于很短的長(zhǎng)度。如參數(shù)結(jié)構(gòu)經(jīng)過改進(jìn)，新的對(duì)絞銅線能夠傳輸較長(zhǎng)距離。這樣的DSL到了交換局內(nèi)，不經(jīng)過原來的話音modem，而是由另一種modem提取數(shù)字信號(hào)，或者DSL連至街上某一接線箱，再連往通信網(wǎng)的交換機(jī)。通信網(wǎng)可能是利用ATM，或是利用IP（ Internet Protocol）。用于DSL，傳輸寬帶數(shù)據(jù)信號(hào)的modem，是需要精心設(shè)計(jì)的，必須利用最新的大規(guī)模集成芯片和信號(hào)處理技術(shù)，這就是為什么DSL到近年才開始應(yīng)用和較快發(fā)展的原因。
各種不同應(yīng)用的數(shù)學(xué)用戶線（XDSL） 根據(jù)國(guó)際上的共同統(tǒng)計(jì)，近年來通信用戶使用業(yè)務(wù)的情況與過去相比有明顯的變化。尤其是Internet向全世界開放，眾多擁有計(jì)算機(jī)的用戶普遍要求上網(wǎng)以獲取大量數(shù)據(jù)信息，給原來的電話通信網(wǎng)帶來巨大的沖擊。而數(shù)字電視技術(shù)日趨成熟，使眾多的住家用戶產(chǎn)生濃厚的興趣。與通信網(wǎng)上各種通信業(yè)務(wù)量相比較，電話的業(yè)務(wù)量?jī)H是緩慢上升，而數(shù)據(jù)信息的業(yè)務(wù)量卻依指數(shù)規(guī)律上升，這意味著，數(shù)字用戶線（DSL）非常需要加快發(fā)展。
在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)據(jù)信息業(yè)務(wù)和數(shù)字圖視業(yè)務(wù)使用有各種不同的情況。有些是用戶發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)信息幾乎具有相等的數(shù)字速率，這就屬于對(duì)稱的雙向通信。雙方用戶使用可視通信或多媒體通信，一般是雙向?qū)ΨQ的。而另一些應(yīng)用，用戶上 Internet網(wǎng)，用戶發(fā)往網(wǎng)的僅是簡(jiǎn)短的數(shù)據(jù)信息，而網(wǎng)向用戶提供的卻往往是大量的、長(zhǎng)時(shí)間傳送的數(shù)據(jù)信息。又如住家用戶需要點(diǎn)播電視節(jié)目（VOD，Video on D- emand）業(yè)務(wù)，用戶發(fā)向網(wǎng)的也僅是簡(jiǎn)短的數(shù)據(jù)，而網(wǎng)向用戶提供的卻是長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)字電視節(jié)目。這兩類典型應(yīng)用表明上行線路僅傳輸簡(jiǎn)短數(shù)據(jù)，而下行線路卻傳輸大量數(shù)據(jù)。這些應(yīng)用屬于不對(duì)稱的雙向通信。針對(duì)這些不同的實(shí)際應(yīng)用情況，數(shù)字用戶線有對(duì)稱的和不對(duì)稱的，分別稱為SD－SL（Symmetrical DSL）和ADSL（Asymmet－ rical DSL），后一種適用于Internet接入和VOD。
話音modem，只能提供低速數(shù)據(jù)33kb／s至56kb／s，后者可說是限度，改用ISDN（窄帶ISDN）的modem,盡管數(shù)據(jù)速率提高至56～128kb／s，但仍不能滿足用戶使用Internet接入的需要�，F(xiàn)在，DSL傳輸數(shù)據(jù)速率提高了。為ADSL設(shè)計(jì)的modem 可使上行線路的數(shù)據(jù)速率達(dá)384kb／s，而下行線路的速率最高達(dá)到1.5Mb／s。另一種更先進(jìn)的ADSL－modem甚至使下行線路的數(shù)據(jù)速率提得更高，達(dá)2.5～8Mb／s。對(duì)于對(duì)稱的SDSL，則對(duì)雙方向同樣提供較高的數(shù)據(jù)速率1.5Mb／s。顯然，DSL技術(shù)解決了寬帶通信網(wǎng)的寬帶接入（broadband access）問題。相當(dāng)于 ADSL的數(shù)據(jù)速率2.5 ～8Mb／S，也稱高速率數(shù)字用戶線，即HDSL（High SpeedDSL）。最近更進(jìn)一步，研究和開發(fā)更高數(shù)據(jù)速率26Mb／s，甚至52Mb／s的數(shù)字用戶線，稱為甚高速率DSL，即 VDSL（Very HighSpeed DSL）。現(xiàn)在已經(jīng)有幾種DSL，即AD－SI、SDSL、HDSL、VDSL，所以籠統(tǒng)地稱xD－SL，x可以是A、S、H或V。
正在發(fā)展中的甚高速率數(shù)字用戶線（VDSL） 據(jù)最新報(bào)道，甚高速率數(shù)字用戶線（ VDSL）可以分為兩類：其一是住家用戶的，其二是企業(yè)／事業(yè)用戶的。提供住家用戶使用的是不對(duì)稱VDSL，而提供企業(yè)／事業(yè)用戶的則是對(duì)稱VDSL。在每一住家用戶的一對(duì)對(duì)絞銅線上，既傳送電話和ISDN信號(hào)，又傳送VDSL信號(hào)，兩類信號(hào)同時(shí)存在。對(duì)絞銅線的長(zhǎng)度不超過1.5km。對(duì)絞銅線的頻譜分配是：OHz～12OkHz給電話和ISDN，300kHz～3OMHz繪VDSL。兩種頻段可以由分隔器（split）分開。用戶地點(diǎn)和交換局各設(shè)置一個(gè)這樣的分隔器。在用戶地點(diǎn)，普通電話機(jī)與ISDN－modem和計(jì)算機(jī)與電視機(jī)經(jīng)過xD－SL－modem分別連接分隔器，一同在對(duì)絞銅線上傳輸。而在交換局的分隔器，一方面把電話與ISDN信號(hào)連往窄帶通信網(wǎng)，連往對(duì)方用戶電話機(jī)，另一方面把對(duì)絞銅線傳來的用戶xDSL－modem的信號(hào)連往交換局的xD－SL－modem，于是連往寬帶通信核心網(wǎng)經(jīng)過SDH連至Internet業(yè)務(wù)提供者（IS），也可以連至數(shù)字電視臺(tái)。這樣，每一住家用戶可以按需要得到Internet接入，也可以得到VOD業(yè)務(wù)，VDSL的下行線路足夠傳輸大量數(shù)據(jù)或電視節(jié)目、甚至高清晰電視（HDTV）。
為了適應(yīng)離交換局較遠(yuǎn)的住家用戶，交換局可以利用光纖光纜連至幾百家電話用戶集中的適當(dāng)適點(diǎn)，設(shè)置光端機(jī)分配點(diǎn)（ONU，OpticalNetwork Unit），然后由幾百對(duì)對(duì)絞銅線分別連至距ONU 1km以內(nèi)的每一用戶。這樣的不對(duì)稱VDSL可以容許下行傳輸數(shù)據(jù)速率13～26Mb／S，上行傳輸2～3Mb／S。如用戶的對(duì)絞銅線短于300m，則下行傳輸數(shù)據(jù)速率可能高達(dá)52Mb／S，足夠同時(shí)播送幾個(gè)數(shù)字電視或HDTV頻道。 對(duì)于企業(yè)／事業(yè)單位辦理業(yè)務(wù)，更多地需要使用對(duì)稱的VDSL。如對(duì)絞銅線長(zhǎng)度，短于1km，傳輸數(shù)據(jù)速率可以是13Mb／s，如長(zhǎng)度短于300m，則數(shù)據(jù)速率可達(dá)26Mb／s。這些單位如在各自地區(qū)內(nèi)建立專用的局域網(wǎng)（LAN），各座房屋如相距不超過O.5～1.5 km，則它們之間可以利用對(duì)絞銅線，如為ATM，數(shù)據(jù)速率可達(dá)25.6Mb／s，如為Ether－ net ／IP，則數(shù)據(jù)速率可以是10Mb／s，利用VDSL－modem實(shí)現(xiàn)高速率傳輸是經(jīng)濟(jì)合算的。
這些單位的主樓可以利用光纖光纜連至市內(nèi)公用通信網(wǎng)的交換局。如果企業(yè)／事業(yè)單位規(guī)模不大，而且靠近市內(nèi)交換局，則對(duì)絞銅線使用1.5～2Mb／S或45Mb／S，稱為CO為基的VDSL，這種對(duì)絞銅線往往是向交換局租用的專線。在一對(duì)對(duì)經(jīng)銅線上裝了 VDSL，由于提供較高的數(shù)據(jù)速率，有可能同時(shí)傳送幾種不同的通信業(yè)務(wù)，包括數(shù)字圖視和分組數(shù)據(jù)IP的應(yīng)用，對(duì)于ATM網(wǎng)很合適。 VDSL的線路傳輸是利用離散多音調(diào)（DMT， Discretemultitone）的調(diào)制，即很多個(gè)不同的正交調(diào)幅（QAM）信號(hào)，例如256個(gè)信號(hào)，各自對(duì)不同的中心頻率調(diào)制，有相同的帶寬，依次緊靠排列。VDSL的下行與上行數(shù)據(jù)傳輸，不論是不對(duì)稱的或是對(duì)稱的，都采用時(shí)分雙 工（TDD，time division duplex），俗稱乒（ping－pong）傳輸，下行為乒、上行為乓。DMT與 TDD兩種技術(shù)合并，成為同步的離散多有調(diào)（SDMT，Sy- nchronized DMT）。VDSL將以 SDMT技術(shù)為標(biāo)準(zhǔn)，在傳輸性能上將得到很多有利的優(yōu)點(diǎn)。
在SDMT系統(tǒng)，上行和下行傳輸是在一個(gè)頻帶，但在不同的時(shí)間。不對(duì)稱的和對(duì)稱的傳輸有同樣的超幀（superframe）。例如一個(gè)SDMT超幀，包含20個(gè)DMT符號(hào)，每一符號(hào)占時(shí)間25ps，一個(gè)超幀的時(shí)間就是500ps。每一方向傳輸完畢就有一個(gè)停歇符號(hào)。例如在不對(duì)稱的情形，先是下行傳輸16個(gè)符號(hào)、停歇1個(gè)符號(hào)，接著就是上行傳輸2個(gè)符號(hào)、停歇1個(gè)符號(hào)，總共20個(gè)DMT符號(hào)，占時(shí)間500ps。在對(duì)稱的情形，下行傳輸9個(gè)符號(hào)。停歇1個(gè)符號(hào)，上行傳輸9個(gè)符號(hào)、停歇1個(gè)符號(hào)，總共20個(gè)DMT符號(hào)，占時(shí)間500ps。這樣20個(gè)符號(hào)占時(shí)間500ps的幀·相當(dāng)于256個(gè)音調(diào)，每個(gè)音調(diào)的寬度約為40kHz。
在上述例子，不對(duì)稱傳輸下行與上行之比為8：1，對(duì)稱傳輸則必為1：1。這樣的TDD對(duì)于不對(duì)稱傳輸下行與上行數(shù)據(jù)速率之比可以靈活安排的，而且數(shù)字信號(hào)處理和模擬器件都不復(fù)雜。由于超幀結(jié)構(gòu)是用軟件排程序，SDMT－modem既可以用于不對(duì)稱，又適用于對(duì)稱的情形。硬件可供發(fā)送機(jī)和接收機(jī)共用。這是因?yàn)镈MT－modem對(duì)發(fā)送和接收所需逆向快速傅利葉變換和正向變換（IFFT-FFT）是相當(dāng)?shù)�。用了TDD方式， modem可以在任何時(shí)間用于發(fā)送或接收，因此，每一modem只需一套離散傅利葉變換（DFT），它覆蓋整個(gè)系統(tǒng)的頻帶寬度。在整個(gè)超幀，除了停歇時(shí)間外都可適用。而且，由于發(fā)送和接收使用相同頻帶，模擬器件可以簡(jiǎn)化。總之，VDSL使對(duì)絞銅線上傳輸很高的數(shù)據(jù)速率，但其所需的modem并不太復(fù)雜。所以說，VDSL值得繼續(xù)研究和開發(fā)，對(duì)充分發(fā)揮對(duì)絞銅線的潛力是有利的。
在國(guó)際上，目前已有多家從事VDSL的研究工作，也報(bào)道了他們采用的不同技術(shù)和制式。例如有些研究對(duì)DMT系統(tǒng)采用頻分多路（FDM），調(diào)制方式采用無載波調(diào)幅與調(diào)相（CAP，Carrierless amplitude&phasemodelation），下行與上行的雙工采用頻分（FDD），還有接收機(jī)內(nèi)采用判決反饋均衡器（DFE，Decision feedback equalizer）等等，各有一定的作用和優(yōu)點(diǎn)，值得深入研究和試驗(yàn)。
附記：感謝顧玉華博士從瑞典大學(xué)陸續(xù)寄來IEEE Communications Magazine雜志。從1999年4月號(hào)第72～79頁看到一篇由美國(guó)斯坦福大學(xué)Cioffi、貝爾研究院Oksman和 Werner、阿爾卡特爾研究中心Pollet和Spruyt、德克薩斯儀器公司Chow和Jacob－sen 等七位專家合寫的文章：“Verg－High Speed Digital Subscriber Lines”，覺得內(nèi)容很好，有必要摘錄其要點(diǎn)介紹給國(guó)內(nèi)通信領(lǐng)域的廣大讀者參考。原文作者表明：貝爾（AG.Bell）于1876年發(fā)明電話，固然是為人類作出巨大的貢獻(xiàn)，而1881年發(fā)明對(duì)絞銅線，也應(yīng)該說是巨大貢獻(xiàn)，通信科技工作者應(yīng)該繼續(xù)努力研究，使對(duì)絞銅線能持久地發(fā)揮作用。 另外，IEEE CommunicationsMagazine 1999年1月號(hào)第130～141頁登載一篇由諾基亞研究中心Dixit撰寫的文章：“Data Rides High on High－speed Remote Access” 也詳細(xì)地說明各種數(shù)字用戶線xDSL，值得向讀者推薦，可以多一種參考。
