一、寬帶接入技術(shù)的發(fā)展
　　近年來(lái)，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ異軍突起，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和用戶數(shù)迅猛增長(zhǎng)。世界各國(guó)都在致力于發(fā)展信息網(wǎng)絡(luò)，中國(guó)也把網(wǎng)絡(luò)通信作為優(yōu)先發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。隨著中國(guó)對(duì)骨干網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ用戶發(fā)展十分迅速，視頻點(diǎn)播（ＶＯＤ）、實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程數(shù)學(xué)等高速業(yè)務(wù)如雨后春筍般出現(xiàn)，但接入網(wǎng)卻成了Ｉｎｔｅｒｎｅｔ發(fā)展的瓶頸。
　　目前，５６ＫＭｏｄｅｍ，ＩＳＤＮ技術(shù)是最為成熟的接入技術(shù)，但它們都屬于窄帶接入的范疇。寬帶接入方面，利用同軸電纜的ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ技術(shù)和利用現(xiàn)有電話線的ｘＤＳＬ技術(shù)正在快速發(fā)展，已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段。由于它們具有窄帶接入不可比擬的帶寬和對(duì)多業(yè)務(wù)的支持，將成為未來(lái)幾年里接入技術(shù)的首選方案。為了利用已經(jīng)在銅線上作出的巨大投資，全球各電話公司紛紛選用ｘＤＳＬ作為爭(zhēng)奪Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入市場(chǎng)的有力武器與ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ競(jìng)爭(zhēng)。這使得ｘＤＳＬ成為當(dāng)前最熱門的技術(shù)之一，引發(fā)了大量的通信設(shè)備制造商和芯片供應(yīng)商爭(zhēng)先恐后地生產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。
　　與ｘＤＳＬ相比，寬帶接入系統(tǒng)中的另一關(guān)鍵產(chǎn)品——以太網(wǎng)交換機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加劇烈。在包交換技術(shù)中，以太網(wǎng)交換由于具有簡(jiǎn)單易用、發(fā)展成熟和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，再加上快速以太網(wǎng)和千兆以太網(wǎng)等新技術(shù)迅速崛起，已取代ＡＴＭ交換技術(shù)成為ＬＡＮ領(lǐng)域的贏家。這種基于包交換的通信技術(shù)比傳統(tǒng)的時(shí)分電路交換具有數(shù)據(jù)連接永遠(yuǎn)存在、機(jī)動(dòng)靈活的優(yōu)勢(shì)，并且可大量節(jié)省線路成本，非常適用于寬帶接入領(lǐng)域。
二、VDSL的技術(shù)特性
　　ｘＤＳＬ是指利用現(xiàn)有銅纜用戶線中的一對(duì)雙絞線來(lái)提供雙向傳輸業(yè)務(wù)的一系列技術(shù)。目前市場(chǎng)份額最大的是非對(duì)稱數(shù)字用戶線（ＡＤＳＬ）和在ＡＤＳＬ基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的甚高比特率數(shù)字用戶線（ＶＤＳＬ）。
１．性能
　　ＡＤＳＬ系統(tǒng)在下行方向傳送高速數(shù)字信號(hào)，而上行方向工作在較低速率。ＡＤＳＬ采用１．５Ｍｂｉｔ／ｓ速率時(shí)可以在０．４ｍｍ和０．５ｍｍ線徑的雙絞線上分別傳３．６ｋｍ和５．５ｋｍ，若采用６Ｍｂｉｔ／ｓ速率，傳輸距離也能達(dá)到３．６ｋｍ（０．５ｍｍ線徑）。在這樣的性能下，圖像質(zhì)量最多只能達(dá)到盒式錄像機(jī)的水平。鑒于此，近年來(lái)人們又進(jìn)一步開(kāi)發(fā)了ＶＤＳＬ。按其當(dāng)前產(chǎn)品的水平，它在雙絞線上的單向速率可高達(dá)２６Ｍｂｉｔ／ｓ，而且還可配置為對(duì)稱模式，使上下行速率均為１３Ｍｂｉｔ／ｓ（０．５ｍｍ線徑，傳輸距離１．３ｋｍ）。由于ＶＤＳＬ提供了更大的帶寬，所以可以滿足更多的業(yè)務(wù)需求，包括傳送高保真音樂(lè)和高清晰度電視、多通道純ＭＰＥＧ２信息流，是真正的全業(yè)務(wù)接入手段。另外，ＶＤＳＬ的速率與以太網(wǎng)速率（１０Ｍｂｉｔ／ｓ）非常接近，完全可以作為以太網(wǎng)的延伸，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間距離在１ｋｍ以上的“大以太網(wǎng)”。有理由相信，ＶＤＳＬ的應(yīng)用前景非常光明，會(huì)成為ＤＳＬ技術(shù)發(fā)展的又一亮點(diǎn)。　　
２．調(diào)制技術(shù)
　　ＶＤＳＬ之所以有更高的接入速率和抗干擾能力，主要應(yīng)歸功于采用了先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)。目前，關(guān)于ＶＤＳＬ的標(biāo)準(zhǔn)有兩種，一種支持正交幅度調(diào)制（ＱＡＭ），另一種支持離散多音頻調(diào)制（ＤＭＴ）。下面以前一種為例對(duì)ＶＤＳＬ的調(diào)制技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要的說(shuō)明。
　　正交調(diào)幅是一種應(yīng)用廣泛的技術(shù)，基本方法是將數(shù)據(jù)分解成兩個(gè)半速數(shù)據(jù)流，然后再調(diào)制正交載波進(jìn)行傳輸。接收端則利用正交性解調(diào)出兩個(gè)數(shù)據(jù)流再進(jìn)行檢測(cè)。這種方式頻譜利用率高，設(shè)備也不太復(fù)雜，ＶＤＳＬ收發(fā)信機(jī)通常采用這種調(diào)制方式。它的輸出功率譜密度一般不超過(guò)－６０ｄＢｍ／Ｈｚ。　　
３．頻譜分配
　　ＶＤＳＬ采用頻分復(fù)用方式進(jìn)行通信，即上行和下行使用不同的頻率范圍。通常頻譜分配如下（以ＱＡＭ為例）：下行０．９～３．４ＭＨｚ；上行４．０～７．７５ＭＨｚ。
其它常用的低頻業(yè)務(wù)，如ＩＳＤＮ（１２８，１４４ｋｂｉｔ／ｓ），普通電話ＰＯＴＳ（８ｋｂｉｔ／ｓ），甚至ＡＤＳＬ（１．０１０４Ｍｂｉｔ／ｓ），完全可以和ＶＤＳＬ同時(shí)在一對(duì)線上傳送。一般情況下，這兩個(gè)頻帶的中心頻率和帶寬都可以調(diào)整。這些數(shù)值與ＱＡＭ的星座數(shù)（又稱狀態(tài)數(shù)）及分割因數(shù)（指每碼元所含比特?cái)?shù)）一起，一旦由設(shè)備配置確定，就可以決定ＶＤＳＬ系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率。
三、快速以太網(wǎng)交換機(jī)
　　今天的以太網(wǎng)事實(shí)上幾乎成了企業(yè)規(guī)模局域網(wǎng)絡(luò)中的標(biāo)準(zhǔn)。它源自ＩＥＥＥ８０２．３（１０Ｍ）標(biāo)準(zhǔn)，并發(fā)展出一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括８０２．３Ｕ（１０Ｍ／１００Ｍ自適應(yīng)）、８０２．３Ｘ（全雙工）、８０２．３Ｚ（１０００Ｍ）等。不過(guò)，這些標(biāo)準(zhǔn)的基本工作原理是不變的，它們都采用載波偵聽(tīng)／沖突檢測(cè)（ＣＳＭＡ／ＣＤ）技術(shù)來(lái)避免沖突實(shí)現(xiàn)通信。每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的工作原理可描述如下：
　　①如果線路空閑，則可隨時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)；
　　②如果線路忙，等待一段時(shí)間后再發(fā)送；
　　③如果與別的節(jié)點(diǎn)發(fā)生沖突，暫時(shí)放棄發(fā)送，等待一段時(shí)間后再回到第一步。
　　早期的以太網(wǎng)設(shè)備主要使用集線器，每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的通信包都需要在集線器的所有端口上廣播，所以帶寬指標(biāo)并非獨(dú)占而是共享。而以太網(wǎng)交換機(jī)是一種在第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層上工作的交換設(shè)備，它和集線器最大的不同在于能夠自學(xué)習(xí)每個(gè)包的源地址和目的地址，并能動(dòng)態(tài)建立一張轉(zhuǎn)發(fā)路徑表，由此使各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)包只在相對(duì)應(yīng)的端口中發(fā)出而無(wú)須每次都廣播，帶寬指標(biāo)是獨(dú)占而非共享，這樣就極大地提高了通信效率和安全性。
　　以太網(wǎng)交換機(jī)的核心技術(shù)是交換芯片，但網(wǎng)管軟件同樣重要。在目前的寬帶接入系統(tǒng)中，對(duì)交換機(jī)管理的要求越來(lái)越高，這些要求主要包括：對(duì)虛擬專用局域網(wǎng)（ＶＬＡＮ）、端口禁用／啟用、業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)區(qū)分（ＣｏＳ）、端口分組管理、流量控制以及簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（ＳＮＭＰ）和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控協(xié)議（ＲＭＯＮ）等管理軟件給予支持。交換芯片對(duì)這些管理功能的支持固然是前提，但開(kāi)發(fā)一個(gè)針對(duì)特定管理要求的管理軟件仍然是一項(xiàng)艱巨的工程，往往需要使用一個(gè)成熟的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)作為平臺(tái)。
四、VDSL和以太網(wǎng)交換技術(shù)的實(shí)施方案
　　德國(guó)半導(dǎo)體公司億恒科技（ＩｎｆｉｎｅｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）是在歐洲排名前三位的集成電路供應(yīng)商，擅長(zhǎng)研發(fā)有線通信方面的芯片。隨著寬帶市場(chǎng)的蓬勃興起，億恒適時(shí)地推出了１０ＢａｓｅＳＶＤＳＬ套片和ＡＲ２２２４以太網(wǎng)交換芯片以滿足制造寬帶通信設(shè)備的需要。　　
１．１０ＢａｓｅＳ結(jié)構(gòu)框圖
　　１０ＢａｓｅＳ是一種用ＶＤＳＬ技術(shù)在雙絞線上傳輸以太網(wǎng)幀的芯片組解決方案。
　　圖１是一個(gè)１０ＢａｓｅＳ調(diào)制解調(diào)器的功能框圖，簡(jiǎn)稱為１０ＢａｓｅＳ物理層（１０ＢａｓｅＳＰＨＹ）。它由數(shù)據(jù)芯片ＰＥＢ２２８２２、模擬芯片ＰＥＢ２２８１１、放大芯片ＰＥＢ２２８１０和混合線圈無(wú)源模塊四部分組成。

圖110BaseS物理層

　　ＰＥＢ２２８２２是１０ＢａｓｅＳ芯片組中最主要的，它可以產(chǎn)生基于ＱＡＭ的ＶＤＳＬ數(shù)字信號(hào)。該芯片本身支持以太網(wǎng)通用接口——傳輸媒體無(wú)關(guān)接口（ＭＩＩ）和其派生接口——簡(jiǎn)化的ＭＩＩ（ＲＭＩＩ）與串行的ＭＩＩ（ＳＭＩＩ），可以與一般的以太網(wǎng)物理層芯片或支持標(biāo)準(zhǔn)接口的以太網(wǎng)交換芯片連接。它可以被分別配置為局端和用戶端模式：按局端工作時(shí)，ＰＥＢ２２８２２的以太網(wǎng)接口工作在物理層模式，與工作在媒體訪問(wèn)控制層（ＭＡＣ）的交換芯片的ＭＩＩ接口相互通信；按用戶端工作時(shí)，ＰＥＢ２２８２２以太網(wǎng)接口工作在ＭＡＣ模式，與工作在物理層的以太網(wǎng)物理層芯片的ＭＩＩ接口相互通信。芯片內(nèi)部實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)與ＶＤＳＬ數(shù)據(jù)幀格式的相互轉(zhuǎn)換，這樣就能使以太網(wǎng)通過(guò)ＶＤＳＬ技術(shù)在雙絞線上延伸。在控制方面，ＰＥＢ２２８２２內(nèi)部集成了一個(gè)單片機(jī)以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的操作和監(jiān)控，而標(biāo)準(zhǔn)軟件由集成電路供應(yīng)商提供，無(wú)須自己編寫。另外也可以通過(guò)芯片內(nèi)部的串行接口由ＰＣ進(jìn)行控制。
　　ＰＥＢ２２８１１是基于ＱＡＭ的ＶＤＳＬ模擬前端，ＶＤＳＬ系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)主要由它來(lái)完成。芯片內(nèi)部不同的工作模式以及可調(diào)的濾波器可以支持對(duì)頻帶參數(shù)、ＱＡＭ的星座數(shù)與分割因數(shù)的靈活配置，從而可以根據(jù)各種寬帶接入的要求來(lái)選擇不同的上下行數(shù)據(jù)速率。
　　放大芯片ＰＥＢ２２８１０起線路驅(qū)動(dòng)作用，是在雙絞線上實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳送所需要的放大電路。
　　以上這三顆芯片相互配合，構(gòu)成１０ＢａｓｅＳ芯片組。
　　１０ＢａｓｅＳＰＨＹ的另一部分是混合線圈無(wú)源模塊。模塊中分離濾波器的作用是抑制電話等低頻業(yè)務(wù)中的高頻諧波，混合線圈實(shí)現(xiàn)２線和４線的轉(zhuǎn)換。混合線圈和傳輸線之間一般還有用于抑制上下行頻帶相互間諧波干擾的高通和低通濾波器。從用戶端來(lái)看，因?yàn)樯闲袛?shù)據(jù)使用高頻頻帶而下行數(shù)據(jù)使用低頻頻帶，所以發(fā)送上行數(shù)據(jù)加高通濾波器，接收下行數(shù)據(jù)則加低通濾波器。而局端則正相反，發(fā)送接口加低通濾波器，接收接口加高通濾波器。
　　１０ＢａｓｅＳＰＨＹ是通信設(shè)備的核心，它既可以用于局端，為以太網(wǎng)交換芯片增加ＶＤＳＬ接口從而擴(kuò)展以太網(wǎng)范圍，也可以用于用戶端，設(shè)計(jì)以以太網(wǎng)接口作為終端接口的ＶＤＳＬ調(diào)制解調(diào)器，使用非常靈活。　　
２．基于ＡＲ２２２４的以太網(wǎng)交換機(jī)
　　ＡＲ２２２４的全稱是Ａｒｄｅｎｔ２２２４，是支持網(wǎng)絡(luò)管理功能的高端交換芯片。它共有２４個(gè)１０Ｍ／１００Ｍ自適應(yīng)以太網(wǎng)端口，可以和各種多通道以太網(wǎng)物理層芯片或ＰＥＢ２２８２２這樣支持以太網(wǎng)終端接口的芯片通過(guò)ＭＩＩ相連接。此外另有２個(gè)１０００Ｍ端口，可用于連接上級(jí)高速數(shù)據(jù)通道，也可連接其它的交換芯片以實(shí)現(xiàn)交換機(jī)的堆疊。芯片帶有一個(gè)３２位的通用ＣＰＵ接口和一個(gè)串行接口，分別用來(lái)連接作為管理平臺(tái)的３２位嵌入式精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（ＲＩＳＣ）ＣＰＵ或普通的８０５１單片機(jī)，在它們之上運(yùn)行或復(fù)雜或簡(jiǎn)單的軟件，從而實(shí)現(xiàn)特定的管理要求。ＡＲ２２２４還帶有符合ＰＣ１００規(guī)范的同步ＤＲＡＭ接口和同步ＳＲＡＭ接口，通過(guò)這兩個(gè)接口擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器可以緩存信息包和ＭＡＣ地址表。另外對(duì)于第三節(jié)中所提及的管理功能，ＡＲ２２２４基本上都給予支持。　　
３．整體系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)
　　在智能小區(qū)中設(shè)計(jì)一個(gè)采用以太網(wǎng)和ＶＤＳＬ技術(shù)的寬帶接入系統(tǒng)是很復(fù)雜的，往往要根據(jù)不同的業(yè)務(wù)和環(huán)境在技術(shù)上做不同的處理。圖２是一個(gè)整體系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)方案，實(shí)際設(shè)計(jì)中還需對(duì)它進(jìn)行裁減。

圖2一個(gè)整體系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)方案

　　可以看出，交換芯片的２４個(gè)１０Ｍ／１００Ｍ自適應(yīng)以太網(wǎng)端口有８?jìng)€(gè)和８路１０ＢａｓｅＳＰＨＹ芯片組相連，每個(gè)端口都可通過(guò)ＶＤＳＬ技術(shù)在雙絞線上與遠(yuǎn)程用戶終端通信。另外１６個(gè)與２個(gè)８通道物理層芯片相連，支持１６個(gè)１０Ｍ／１００Ｍ自適應(yīng)以太網(wǎng)端口。這樣就形成了包括１６個(gè)本地以太網(wǎng)終端和８?jìng)€(gè)遠(yuǎn)程用戶終端的交換式以太網(wǎng)絡(luò)。
五、系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的幾點(diǎn)說(shuō)明　　
１．前端混合線圈與濾波器
　　雙絞電話線在一個(gè)頻段上只能傳送一個(gè)方向的信號(hào)。為了雙向通信，上下行信號(hào)只能在雙絞線上分處不同的頻段。但調(diào)制解調(diào)器內(nèi)部通常只用１個(gè)頻率源來(lái)提供載波，這使得上下行信號(hào)工作在一個(gè)頻段，從而必須要２對(duì)線（即４線）才行。２／４線轉(zhuǎn)換的功能要依靠前端混合線圈實(shí)現(xiàn)，它和分離器、濾波器一樣都是無(wú)源器件，理論上它們都可以由繞制電感線圈或用電容電阻的相應(yīng)電路來(lái)完成。不過(guò)，由于ＶＤＳＬ的頻率較高，設(shè)計(jì)性能理想的電路不是一件容易的事。一般建議使用第三方廠商專為特定的ＶＤＳＬ芯片組設(shè)計(jì)的專用模塊，比如英國(guó)ＡＰＣ公司為１０ＢａｓｅＳ定做的ＡＰＣ７７１０１（分離器）和ＡＰＣ７７１１２，ＡＰＣ７７１１０（高通低通濾波器＋混合線圈）。這種方法集成度比較高，性能也有保障，但成本稍高。　　
２．交換機(jī)管理軟件平臺(tái)及其結(jié)構(gòu)
　　全功能以太網(wǎng)交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)管理軟件需要在３２位嵌入式ＲＩＳＣＣＰＵ上運(yùn)行，這種ＣＰＵ目前有很多種選擇，比如摩托羅拉的ＭＰＣ８６０或ＡＲＭ系列，都是很成熟的產(chǎn)品。比較麻煩的是操作系統(tǒng)，以太網(wǎng)交換機(jī)的操作系統(tǒng)不僅要求支持ＴＣＰ／ＩＰ協(xié)議棧和各種網(wǎng)管功能，而且還要有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，并且嵌入式的硬件平臺(tái)決定了它不能占用太大的空間，所以自己從零開(kāi)始研制開(kāi)發(fā)是不現(xiàn)實(shí)的。盡管有人提出使用自由軟件Ｌｉｎｕｘ的實(shí)時(shí)版，但這種方法的可靠性和安全性都得不到保證，市場(chǎng)上幾乎看不到真正用它做的商業(yè)產(chǎn)品。可行的辦法是選用一個(gè)商業(yè)化的成熟產(chǎn)品，圖３以Ｗｉｎｄｒｉｖｅｒ公司的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)ＶｘＷｏｒｋｓ和網(wǎng)管平臺(tái)ＴＭＳ為例介紹用這種辦法開(kāi)發(fā)管理軟件的流程。

圖3利用商用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)管理軟件的流程

　　網(wǎng)管平臺(tái)ＴＭＳ是利用ＶｘＷｏｒｋｓ提供的操作系統(tǒng)編程接口開(kāi)發(fā)的，圖３給出的在ＴＣＰ／ＩＰ上的管理功能只是ＴＭＳ軟件包的一部分，實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)需要增加或減少。用戶也可根據(jù)ＴＭＳ提供的應(yīng)用程序接口（ＡＰＩ）來(lái)編寫自己的管理程序。ＶｘＷｏｒｋｓ下的交換機(jī)支持軟件包（ＳＳＰ）是專為各種主流的交換芯片組開(kāi)發(fā)的驅(qū)動(dòng)程序，它把低層功能抽象出來(lái)，使用戶無(wú)須考慮硬件細(xì)節(jié)。這種方法使軟件工作大大簡(jiǎn)化，保證設(shè)計(jì)得以順利完成。