［摘要］本文首先解释对绞铜线用作数字用户线的可能性，接着介绍各种不同应用的数字用户线，最后展望了正在发展中的甚高速率数字用户线。

　　［关键词〕数字用户线；对绞铜线；数据传输

　　［中图分类号］TN811［文献标识码］A［文章编号］1006－1908（1999）05－ 0003－041

　　数字用户线（DSL）的由来 长期以来通信用户的电话机经过“对绞铜线”的用户线连至市内交换局，进入公共交换的通信网（PSTN），接至对方用户的电话机，使双方得以互相会话。众所周知，电话在百余年来对人类通信起了极大的作用。事实上，载荷电话模拟信号的对绞铜线在百余年来默默无闻地同样对人类通信作出巨大贡献，应该受到同样的赞颂。对绞铜线为传统的模拟电话提供300～3400Hz的频带，用户对通话质量感到满意。为了适应电话用户使用低速数据通信，曾加装调制一解调器（modem），使速率33kb ／s和最高56kb／s的数据信号能够通过模拟话音频带与对方实行数据通信。话音modem 只能提供56kb／s的数据速率。

　　为什么对绞铜线只能传输以56kb／s为限度的数据呢？应该说，这不是对绞铜线传输能力的限度，而是通信网中的交换机有限制，它对电话通信只是分配一个话音频带。虽然用户的数据信息经过话音modem，交换机并不认出它是话音modem传来的数据信号，而只是对它当作话音信号看待。对绞铜线本身并不限制定带数据信号的传输，只要避开窄带交换机，用户就可以把宽带数据信号送进通信网。

　　因此我们说，用户线如避开了窄带的话音交换机，就可成为“数字用户线”（DSL，Digital Subscriber Line）。当然，对绞铜线用作DSL，其传输数据信号速率的容量与其线路长度有关。以前的对绞铜线传输宽带数据信号，只能限于很短的长度。如参数结构经过改进，新的对绞铜线能够传输较长距离。这样的DSL到了交换局内，不经过原来的话音modem，而是由另一种modem提取数字信号，或者DSL连至街上某一接线箱，再连往通信网的交换机。通信网可能是利用ATM，或是利用IP（ Internet Protocol）。用于DSL，传输宽带数据信号的modem，是需要精心设计的，必须利用最新的大规模集成芯片和信号处理技术，这就是为什么DSL到近年才开始应用和较快发展的原因。

　　各种不同应用的数学用户线（XDSL） 根据国际上的共同统计，近年来通信用户使用业务的情况与过去相比有明显的变化。尤其是Internet向全世界开放，众多拥有计算机的用户普遍要求上网以获取大量数据信息，给原来的电话通信网带来巨大的冲击。而数字电视技术日趋成熟，使众多的住家用户产生浓厚的兴趣。与通信网上各种通信业务量相比较，电话的业务量仅是缓慢上升，而数据信息的业务量却依指数规律上升，这意味着，数字用户线（DSL）非常需要加快发展。

　　在实际应用中，数据信息业务和数字图视业务使用有各种不同的情况。有些是用户发送和接收的数据信息几乎具有相等的数字速率，这就属于对称的双向通信。双方用户使用可视通信或多媒体通信，一般是双向对称的。而另一些应用，用户上 Internet网，用户发往网的仅是简短的数据信息，而网向用户提供的却往往是大量的、长时间传送的数据信息。又如住家用户需要点播电视节目（VOD，Video on D- emand）业务，用户发向网的也仅是简短的数据，而网向用户提供的却是长时间的数字电视节目。这两类典型应用表明上行线路仅传输简短数据，而下行线路却传输大量数据。这些应用属于不对称的双向通信。针对这些不同的实际应用情况，数字用户线有对称的和不对称的，分别称为SD－SL（Symmetrical DSL）和ADSL（Asymmet－ rical DSL），后一种适用于Internet接入和VOD。

　　话音modem，只能提供低速数据33kb／s至56kb／s，后者可说是限度，改用ISDN（窄带ISDN）的modem,尽管数据速率提高至56～128kb／s，但仍不能满足用户使用Internet接入的需要。现在，DSL传输数据速率提高了。为ADSL设计的modem 可使上行线路的数据速率达384kb／s，而下行线路的速率最高达到1.5Mb／s。另一种更先进的ADSL－modem甚至使下行线路的数据速率提得更高，达2.5～8Mb／s。对于对称的SDSL，则对双方向同样提供较高的数据速率1.5Mb／s。显然，DSL技术解决了宽带通信网的宽带接入（broadband access）问题。相当于 ADSL的数据速率2.5 ～8Mb／S，也称高速率数字用户线，即HDSL（High SpeedDSL）。最近更进一步，研究和开发更高数据速率26Mb／s，甚至52Mb／s的数字用户线，称为甚高速率DSL，即 VDSL（Very HighSpeed DSL）。现在已经有几种DSL，即AD－SI、SDSL、HDSL、VDSL，所以笼统地称xD－SL，x可以是A、S、H或V。

　　正在发展中的甚高速率数字用户线（VDSL） 据最新报道，甚高速率数字用户线（ VDSL）可以分为两类：其一是住家用户的，其二是企业／事业用户的。提供住家用户使用的是不对称VDSL，而提供企业／事业用户的则是对称VDSL。在每一住家用户的一对对绞铜线上，既传送电话和ISDN信号，又传送VDSL信号，两类信号同时存在。对绞铜线的长度不超过1.5km。对绞铜线的频谱分配是：OHz～12OkHz给电话和ISDN，300kHz～3OMHz绘VDSL。两种频段可以由分隔器（split）分开。用户地点和交换局各设置一个这样的分隔器。在用户地点，普通电话机与ISDN－modem和计算机与电视机经过xD－SL－modem分别连接分隔器，一同在对绞铜线上传输。而在交换局的分隔器，一方面把电话与ISDN信号连往窄带通信网，连往对方用户电话机，另一方面把对绞铜线传来的用户xDSL－modem的信号连往交换局的xD－SL－modem，于是连往宽带通信核心网经过SDH连至Internet业务提供者（IS），也可以连至数字电视台。这样，每一住家用户可以按需要得到Internet接入，也可以得到VOD业务，VDSL的下行线路足够传输大量数据或电视节目、甚至高清晰电视（HDTV）。

　　为了适应离交换局较远的住家用户，交换局可以利用光纤光缆连至几百家电话用户集中的适当适点，设置光端机分配点（ONU，OpticalNetwork Unit），然后由几百对对绞铜线分别连至距ONU 1km以内的每一用户。这样的不对称VDSL可以容许下行传输数据速率13～26Mb／S，上行传输2～3Mb／S。如用户的对绞铜线短于300m，则下行传输数据速率可能高达52Mb／S，足够同时播送几个数字电视或HDTV频道。 对于企业／事业单位办理业务，更多地需要使用对称的VDSL。如对绞铜线长度，短于1km，传输数据速率可以是13Mb／s，如长度短于300m，则数据速率可达26Mb／s。这些单位如在各自地区内建立专用的局域网（LAN），各座房屋如相距不超过O.5～1.5 km，则它们之间可以利用对绞铜线，如为ATM，数据速率可达25.6Mb／s，如为Ether－ net ／IP，则数据速率可以是10Mb／s，利用VDSL－modem实现高速率传输是经济合算的。

　　这些单位的主楼可以利用光纤光缆连至市内公用通信网的交换局。如果企业／事业单位规模不大，而且靠近市内交换局，则对绞铜线使用1.5～2Mb／S或45Mb／S，称为CO为基的VDSL，这种对绞铜线往往是向交换局租用的专线。在一对对经铜线上装了 VDSL，由于提供较高的数据速率，有可能同时传送几种不同的通信业务，包括数字图视和分组数据IP的应用，对于ATM网很合适。 VDSL的线路传输是利用离散多音调（DMT， Discretemultitone）的调制，即很多个不同的正交调幅（QAM）信号，例如256个信号，各自对不同的中心频率调制，有相同的带宽，依次紧靠排列。VDSL的下行与上行数据传输，不论是不对称的或是对称的，都采用时分双 工（TDD，time division duplex），俗称乒（ping－pong）传输，下行为乒、上行为乓。DMT与 TDD两种技术合并，成为同步的离散多有调（SDMT，Sy- nchronized DMT）。VDSL将以 SDMT技术为标准，在传输性能上将得到很多有利的优点。

　　在SDMT系统，上行和下行传输是在一个频带，但在不同的时间。不对称的和对称的传输有同样的超帧（superframe）。例如一个SDMT超帧，包含20个DMT符号，每一符号占时间25ps，一个超帧的时间就是500ps。每一方向传输完毕就有一个停歇符号。例如在不对称的情形，先是下行传输16个符号、停歇1个符号，接着就是上行传输2个符号、停歇1个符号，总共20个DMT符号，占时间500ps。在对称的情形，下行传输9个符号。停歇1个符号，上行传输9个符号、停歇1个符号，总共20个DMT符号，占时间500ps。这样20个符号占时间500ps的帧·相当于256个音调，每个音调的宽度约为40kHz。

　　在上述例子，不对称传输下行与上行之比为8：1，对称传输则必为1：1。这样的TDD对于不对称传输下行与上行数据速率之比可以灵活安排的，而且数字信号处理和模拟器件都不复杂。由于超帧结构是用软件排程序，SDMT－modem既可以用于不对称，又适用于对称的情形。硬件可供发送机和接收机共用。这是因为DMT－modem对发送和接收所需逆向快速傅利叶变换和正向变换（IFFT-FFT）是相当的。用了TDD方式， modem可以在任何时间用于发送或接收，因此，每一modem只需一套离散傅利叶变换（DFT），它覆盖整个系统的频带宽度。在整个超帧，除了停歇时间外都可适用。而且，由于发送和接收使用相同频带，模拟器件可以简化。总之，VDSL使对绞铜线上传输很高的数据速率，但其所需的modem并不太复杂。所以说，VDSL值得继续研究和开发，对充分发挥对绞铜线的潜力是有利的。

　　在国际上，目前已有多家从事VDSL的研究工作，也报道了他们采用的不同技术和制式。例如有些研究对DMT系统采用频分多路（FDM），调制方式采用无载波调幅与调相（CAP，Carrierless amplitude&phasemodelation），下行与上行的双工采用频分（FDD），还有接收机内采用判决反馈均衡器（DFE，Decision feedback equalizer）等等，各有一定的作用和优点，值得深入研究和试验。 

　　附记：感谢顾玉华博士从瑞典大学陆续寄来IEEE Communications Magazine杂志。从1999年4月号第72～79页看到一篇由美国斯坦福大学Cioffi、贝尔研究院Oksman和 Werner、阿尔卡特尔研究中心Pollet和Spruyt、德克萨斯仪器公司Chow和Jacob－sen 等七位专家合写的文章：“Verg－High Speed Digital Subscriber Lines”，觉得内容很好，有必要摘录其要点介绍给国内通信领域的广大读者参考。原文作者表明：贝尔（AG.Bell）于1876年发明电话，固然是为人类作出巨大的贡献，而1881年发明对绞铜线，也应该说是巨大贡献，通信科技工作者应该继续努力研究，使对绞铜线能持久地发挥作用。 另外，IEEE CommunicationsMagazine 1999年1月号第130～141页登载一篇由诺基亚研究中心Dixit撰写的文章：“Data Rides High on High－speed Remote Access” 也详细地说明各种数字用户线xDSL，值得向读者推荐，可以多一种参考。