�。壅荼疚氖紫冉忉寣g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；對絞銅線；數(shù)據(jù)傳輸
�。壑袌D分類號］TN811［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］1006－1908（1999）05－ 0003－041
數(shù)字用戶線（DSL）的由來 長期以來通信用戶的電話機(jī)經(jīng)過“對絞銅線”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），接至對方用戶的電話機(jī)，使雙方得以互相會話。眾所周知，電話在百余年來對人類通信起了極大的作用。事實上，載荷電話模擬信號的對絞銅線在百余年來默默無聞地同樣對人類通信作出巨大貢獻(xiàn)，應(yīng)該受到同樣的贊頌。對絞銅線為傳統(tǒng)的模擬電話提供300～3400Hz的頻帶，用戶對通話質(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)信號能夠通過模擬話音頻帶與對方實行數(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，它對電話通信只是分配一個話音頻帶。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，而只是對它當(dāng)作話音信號看待。對絞銅線本身并不限制定帶數(shù)據(jù)信號的傳輸，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，對絞銅線用作DSL，其傳輸數(shù)據(jù)信號速率的容量與其線路長度有關(guān)。以前的對絞銅線傳輸寬帶數(shù)據(jù)信號，只能限于很短的長度。如參數(shù)結(jié)構(gòu)經(jīng)過改進(jìn)，新的對絞銅線能夠傳輸較長距離。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，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)信號的modem，是需要精心設(shè)計的，必須利用最新的大規(guī)模集成芯片和信號處理技術(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)國際上的共同統(tǒng)計，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)量僅是緩慢上升，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、長時間傳送的數(shù)據(jù)信息。又如住家用戶需要點播電視節(jié)目（VOD，Video on D- emand）業(yè)務(wù)，用戶發(fā)向網(wǎng)的也僅是簡短的數(shù)據(jù)，而網(wǎng)向用戶提供的卻是長時間的數(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)用屬于不對稱的雙向通信。針對這些不同的實際應(yīng)用情況，數(shù)字用戶線有對稱的和不對稱的，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。對于對稱的SDSL，則對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）�，F(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稱VDSL，而提供企業(yè)／事業(yè)用戶的則是對稱VDSL。在每一住家用戶的一對對絞銅線上，既傳送電話和ISDN信號，又傳送VDSL信號，兩類信號同時存在。對絞銅線的長度不超過1.5km。對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。用戶地點和交換局各設(shè)置一個這樣的分隔器。在用戶地點，普通電話機(jī)與ISDN－modem和計算機(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信號連往窄帶通信網(wǎng)，連往對方用戶電話機(jī)，另一方面把對絞銅線傳來的用戶xDSL－modem的信號連往交換局的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。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，設(shè)置光端機(jī)分配點（ONU，OpticalNetwork Unit），然后由幾百對對絞銅線分別連至距ONU 1km以內(nèi)的每一用戶。這樣的不對稱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，足夠同時播送幾個數(shù)字電視或HDTV頻道。 對于企業(yè)／事業(yè)單位辦理業(yè)務(wù)，更多地需要使用對稱的VDSL。如對絞銅線長度，短于1km，傳輸數(shù)據(jù)速率可以是13Mb／s，如長度短于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，則對絞銅線使用1.5～2Mb／S或45Mb／S，稱為CO為基的VDSL，這種對絞銅線往往是向交換局租用的專線。在一對對經(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，即很多個不同的正交調(diào)幅（QAM）信號，例如256個信號，各自對不同的中心頻率調(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，不論是不對稱的或是對稱的，都采用時分雙 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。
在SDMT系統(tǒng)，上行和下行傳輸是在一個頻帶，但在不同的時間。不對稱的和對稱的傳輸有同樣的超幀（superframe）。例如一個SDMT超幀，包含20個DMT符號，每一符號占時間25ps，一個超幀的時間就是500ps。每一方向傳輸完畢就有一個停歇符號。例如在不對稱的情形，先是下行傳輸16個符號、停歇1個符號，接著就是上行傳輸2個符號、停歇1個符號，總共20個DMT符號，占時間500ps。在對稱的情形，下行傳輸9個符號。停歇1個符號，上行傳輸9個符號、停歇1個符號，總共20個DMT符號，占時間500ps。這樣20個符號占時間500ps的幀·相當(dāng)于256個音調(diào)，每個音調(diào)的寬度約為40kHz。
在上述例子，不對稱傳輸下行與上行之比為8：1，對稱傳輸則必為1：1。這樣的TDD對于不對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既可以用于不對稱，又適用于對稱的情形。硬件可供發(fā)送機(jī)和接收機(jī)共用。這是因為DMT－modem對發(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），它覆蓋整個系統(tǒng)的頻帶寬度。在整個超幀，除了停歇時間外都可適用。而且，由于發(fā)送和接收使用相同頻帶，模擬器件可以簡化�？傊�，VDSL使對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)，對充分發(fā)揮對絞銅線的潛力是有利的。
在國際上，目前已有多家從事VDSL的研究工作，也報道了他們采用的不同技術(shù)和制式。例如有些研究對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，值得深入研究和試驗。
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月號第72～79頁看到一篇由美國斯坦福大學(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，有必要摘錄其要點介紹給國內(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，使對絞銅線能持久地發(fā)揮作用。 另外，IEEE CommunicationsMagazine 1999年1月號第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。
