VDSL2技術發展及芯片解決方案分析

通過傳統電話線路(POTS)實現數據傳輸的技術，從1996年以前的模擬調制解調器(V.32, V.34, 56K)演變成了后來的非對稱數字用戶線路(ADSL)，真正實現了寬帶互聯網接入。ADSL技術最早是ANSI T1.413，歷經了ADSL(G.dmt 和G.Lite)、ADSL2 (G.dmt.bis 和G.Lite.bis)、ADSL2+、VDSL，發展到今天的終極版本VDSL2。

DSL技術每次的演進涉及頻譜擴展、提高傳輸速率和距離、增強穩定性和互通性、縮短上線時間、完[page_break] 善自檢功能等等。擴展頻譜是利用更寬的頻譜使得在同一根電話線上能夠傳輸更高的速率，由于在等長的電話線上高頻部分信號更加容易被衰減，為了使得擴展后的頻段(高頻部分)能夠被有效地使用，傳輸距離 – 即從局端(CO)到客戶端(CPE)的距離就需要縮短，十幾年來電信基礎設施的發展滿足了這種需求。

除了上述已被全球運營商廣泛使用的ADSL技術外，還有一些特殊應用的DSL技術，例如HDSL、SDSL、HDSL2和HSDSL。

VDSL2技術

VDSL2的ITU正式編號為G.993.2，它是在ADSL2和VDSL標準的基礎上發展而來的。VDSL2進一步擴展了VDSL的頻譜，使得在短距離環路上數據傳送速率得到更大提高，300米內的雙向速率和可達到200M；同時VDSL2延續了ADSL2的長距離環路傳輸的能力，保持了QoS功能，如雙延遲通道、交織與解交織等，滿足寬帶用戶對無干擾視頻傳輸和電信級VoIP服務的質量要求，從而確保“三網合一”業務的大規模開展。

ITU-T G.993.2 VDSL2標準在附錄中(Annex A/B/C)定義了四個頻率分配計劃，以對應于不同地區的需求：Annex A – 北美地區；Annex B – 歐洲地區(Annex B里面定義了兩個頻帶計劃997和998，分別提供上下行對稱和非對稱帶寬)；Annex C – 日本。

VDSL2共定義了8個傳輸模板，分別為8a、8b、8c、8d、12a、12b、17a和30a。每個傳輸模板定義了一個參數集合，包括發送功率、子通道帶寬、最大頻寬、速率等設置。支持VDSL2標準的產品可以依照本地的規范要求，只支持其中至少一個傳輸模板，從而簡化設計實現的復雜性。支持VDSL2標準的產品除了支持至少一個傳輸模板外，VDSL2的收發器還應該符合至少有一個在附錄中(Annex A/B/C)定義的頻率分配計劃。

VDSL2芯片解決方案

DSL芯片包括數據通道和模擬前后端兩部分。數據通道是用來實現DSL的標準和協議，如ADSL的G.992.1、ADSL2的G.992.3，傳統的實現方式都是采用數字信號處理器(DSP)，因此業內通常將DSL芯片的數據通道部分稱做DSP。隨著VDSL2的標準將使用頻段由ADSL2+的2.2MHz擴展到30MHz，如果還是沿用傳統的DSP方式的話DSP的數據處理量就提高了16倍，對于DSP的處理能力、芯片的功耗等都是一種極限的挑戰。

全球目前主要的VDSL2芯片供應商有Broadcom、Infineon和Ikanos，他們都提供VDSL2 CO和CPE的完整芯片解決方案并且已經在使用。DSL IP供應商Aware擁有各類DSL IP核，向Centillium、PMC-Sierra提供過VDSL2 IP并已應用在他們的VDSL2芯片中。

圖1、TRI-VSP200 CPE 芯片框圖。

圖2 創達特科技VDSL2 CO套片框圖

創達特科技開發出的Triathlon系列VDSL2 CO套片和CPE芯片，均采用自有的多功能分享式硬件加速器架構和硬件并行光滑處理專利技術，同時支持VDSL2標準定義的8種頻譜配置，支持每秒各100M的上下行線速，并支持雙延時通道。硬件電路密切配合VDSL2物理層PMD和PMS的需求，承擔了大部分數據處理，減輕CPU的負擔，降低芯片內部的時鐘主頻率，實現高集成度和低功耗。

其中，VDSL2 CPE單芯片TRI-VSP200結合了G.993.2的數據通路和模擬前后端(AFE)，簡化了設備廠商的系統設計。TRI-VSP200完全實現了VDSL2的標準和功能，支持8個傳輸模板，與主流VDSL2 CO廠家如Broadcom、Infineon、Ikanos的CO芯片實現了互聯互通。TRI-VSP200的應用軟件支持TR-069、DHCP、PPPoE、Telnet以及Web Server和Web Client。TRI-VSP200主要應用在VDSL2 CPE設備，可以直接工作在VDSL2橋接模式(Bridge Mode)，也可以和第三方家庭網關方案組合成VDSL2家庭網關設備。

8端口VDSL2 CO套片由一顆8端口數字芯片TRI-VMPD1600和兩顆各4端口的模擬前后端芯片TRI-VMPA800構成，它們可以同時支持包括30a在內的VDSL2所有8個傳輸模板，并且和主流VDSL2 CPE芯片以及ADSL2、ADSL2+芯片實現了互聯互通和反向兼容。

TRI-VMPD1600物理層實現了TPS-TC PTM和TPS-TC ATM工作模式，支持雙延遲通道和可編程深度的交織解交織，并提供UTOPIA L2、POS-PHY L2或S/S3MII網絡接口；它的CPU配備有內置I-RAM和D-RAM，完全不需要外部存儲器；系統設計可利用TRI-VMPD1600的同步/異步模式8/16位主控CPU接口對它進行配置和控制，還可以選用外部串口FLASH實現無主控CPU的工作模式。

TRI-VMPA800高性能4端口VDSL2模擬前后端芯片的30MHz頻率范圍，支持VDSL2所有頻段和所有ADSL頻段。在芯片的發送和接收端分別實現了高精度的數模和模數轉換，并且集成了支持所有8個傳輸模板的發送和接收濾波器；芯片內置的數控晶體振蕩器支持多種時鐘源，并且可以提供整組CO套片的時鐘，從而簡化了系統設計；每個VDSL2端口可以獨立被設置成低功耗的睡眠模式。

圖3 Triathlon系列VDSL2芯片的專線應用。

TRI-VMPD1600和TRI-VMPA800都支持JTAG(IEEE 1149.1)邊界掃描，支持工業級溫度范圍(-40?C ~ +85?C)。

Triathlon系列VDSL2 CO套片主要應用在數字用戶線路接入復用器(DSLAM)、遠程終端(RT)和復合式建筑多用戶接入設備(MDU)中。

Triathlon系列VDSL2芯片的另一類應用是解決IP數據在各類銅線上的傳輸。TRI-VSP200 VDSL2用戶端單芯片可應用在點對點專線設備。采用TRI-VSP200設計的VDSL2專線設備將兩端產品定義為“A端設備”(局端)和“B端設備”(用戶端)，僅通過一個轉換開關就能選擇設備的工作模式，從而簡化了產品類型并且便于設備的安裝使用。

我們也可以采用VDSL2 MDU集中接入和管理多個B端設備，實現點對多點專線。VDSL2 MDU的設計可以采用Triathlon系列VDSL2局端套片解決方案，可支持8路B端設備。套片和上行千兆網口之間可選用8xS3MII或POS-PHY加千兆網口類型的網絡處理芯片。

本文小結

VDSL2專線的應用場景很多，涉及面也很廣，運用這項技術我們可以把任何銅線資源變成百兆以太網線用來承載各種IP業務，例如視頻(IPTV)、電話(VoIP)和數據(IP Data)，提供影視娛樂、語音通話、數據傳送等服務。VDSL2專線可以廣泛應用在大眾傳媒、鐵路及城市交通、冶金礦山、安防監控、野戰通信等眾多領域。

雖然現有的大部分銅線資源是符合電信規格的電話線，但還是有些銅線在線徑、雙絞程度、絕緣層上和標準電話線有差別，這會造成在某些VDSL2傳送頻段內信號對頻率響應的異變，直接影響傳輸速率甚至會導致兩端設備不能正常連接。還有些線路在使用過程中會經常移動并且容易受到外部環境的干擾，如礦井里的電話線，這同樣會對VDSL2的信道產生影響。Triathlon系列VDSL2芯片具有信道重估以及雙延遲、交織與解交織等功能，能夠很好地應對上述這些專線實際應用中可能面臨到的實際情況。