ADSL可以向用戶提供6Mbps以上的數據傳輸帶寬,這一條件已經足以實現Internet接入、視頻點播和訪問局域網。在交互模式下ADSL能夠達到640 kbps的雙向傳輸速率。ADSL技術把現有公共電話網絡的數據傳輸帶寬提高了50倍。語音、文本和低解像度圖象的傳輸不再受到帶寬的限制。
ADSL技術能夠通過個統一的網絡向整個國家提供多媒體(包括全幀視頻節目)服務。ADSL性能參數如表1所示。
表1. ADSL性能參數
傳輸速率(Mbps)線號規格 (AWG)距離(ft)線寬(mm)距離(km)1.5.2.02418,0000.55.51.5.2.02615,0000.44.66.12412,0000.53.76.1269,0000.42.7術語modem(調制解調器)實際上是MOdulation/DEModulation(調制/解調)一詞的縮略詞。調制解調器可以讓兩臺計算機使用公共交換電話網相互通信。公共交換電話網只能傳輸語音信號,因此調制解調器需要把計算機的數字信息轉換成能通過電話線傳輸的一系列高頻語音信號。當語音信號到達目的地時再被解調,也就是再轉變為可以被計算機接收的數字信息(參看圖1)。

P2 圖1 .
所有的調制解調器都會使用某種格式的壓縮算法和錯誤糾正算法。壓縮算法可以把正常情況下的數據傳輸速率提高2到4倍。錯誤糾正算法則負責檢查引入數據的完整性,當它檢測到數據有問題的時候就會請求信源重新發送數據包。
模擬調制解調器市場的發端可追溯到1968年的7月。當時,在具有里程碑意義的Carterfone決議中,美國通訊委員規定:“禁止用戶使用自備的互聯設備是不合理的。”
1969年1月1日,AT&T修訂了它的規程,答應用戶自備設備(例如調制解調器)可以連接公共交換網,但是必須遵守以下三個重要的條件:
用戶自備設備在輸出功率等性能指標上必須有所限制,以便它們不至于干擾或以任何方式損害電話網。
只能通過電話公司提供的保護設備才能和公共交換網絡互聯,有時這種保護設備就是指數據接入裝置(DAA)。
所有的網絡控制信令,比如撥號音、忙信號等等都必須由位于設備互聯點的電話公司的設備處理。
1976年,美國通訊委員會提出了一個建議方案,根據該方案,當前的保護設備應當逐步廢止以便支持所謂的登記方案。登記方案準許使用直接和交換網絡電氣連接的設備,只要這些設備接受了美國通訊委員等獨立機構的檢查和登記即可,這些獨立機構負責對這些設備進行技術測試,檢驗它們能否安全地用于交換網。
二戰之后,對信息科學重要性的強烈關注促使Claude Shannon于1948年發表了一篇劃時代的論文,通過這篇重要論文所闡述的科學原理,使人們對通信信道功率容量和受到高斯噪音局限的信道(也就是我們日常生活中的模擬電話信道)加深了了解:
C = Bw * Log2(1+S/N)
上面這個簡單的公式清楚地說明了決定信道容量的各個因素之間的關系,在這個公式中,C等于可用的信道帶寬,Bw是帶寬信噪比加1然后取以2為底對數之后的倍數。這個公式并沒有解釋如何在工程上實現這個信道的帶寬,它只是說明信道容量可以通過采取恰當的技術措施實現。
隨著越來越多的用戶開始購買和使用調制解調器,調制解調器的速度和可靠性等問題也變得更為重要了。產品供給商們都在盡力讓自己的產品能達到Shannon定律所確定的帶寬上限。直到V.32建議出臺之前,所有的調制解調器標準似乎都達不到9到10分貝信噪比的帶寬容量。信道容量的估計建立在以下假設的基礎之上:帶寬2400到2800Hz,信噪比從24分貝到30分貝,通常傳輸速率大約是24,000bps。很清楚,在這一差距減少以前,必須開發出實用的糾錯技術。
20世紀50年代的調制解調器都采用了專有的FSK(300到600bps)和殘留邊帶(1200到2400 bps)技術。這些設備或者采用或者直接建立在二戰期間開發的無線頻率技術之上,然后把無線頻率技術應用到有線通訊領域。
調制解調器的國際標準化開始于20世紀60年代。1964首先通過了第一個CCITT調制解調器建議V.21(1964),這是一種速率為200 bps的FSK調制解調器(現在是300 bps),直到今天都還在V.34/V.8握手協議中采用。1984年,性能更好的4相(或者2X2 QAM)調制方式以及4X4 QAM V.22bis出現了。另外,同年還推出了新一代調制解調器建議V.32和回聲抑制、trellis編碼技術。最早由GottfredUngerboeck博士確立的Trellis編碼是一項具有重大意義的技術突破,它可以使得調制解調器獲得前向糾錯能力,同時還實現了3.5分貝編碼增益,幾乎接近實現Shannon信道容量上限的3分之1。V.32bis建議就建立在以上技術之上并對一般連接信噪比進行了提升,傳輸速率則增加到了14,400bps。
人們熟悉到世界上許多地區的電話網絡還需要進一步地改進,于是1989/90年V.34標準的制定工作開始了。隨后,新標準最初的19,200bps設計目標很快被修改為24,000bps,隨后又更正為28,800bps。更新的V.34(1996)調制解調器則支持33,600bps速率。這樣的調制解調器的帶寬達到了每赫茲10比特,幾乎達到了理論極限。最近,很多公司又引入了連接標準電話線的56.6kbps模擬調制解調器。然而,這種調制解調器的工作模式是不對稱的(它以正常調制解調器的速度工作在上行端),需要專門的T1/E1線路連接到ISP才能達到其理論上限。據報道,對那些沒有這類線路的用戶來說,這種調制解調器所提供的性能表現不一。然而,語音頻帶的帶寬限制并不是用戶線本身固有的,而是受到了核心網絡的功能限制。核心網絡邊緣的過濾器把語音級帶寬限制為近似3.3kHz。假如不是因為這種過濾器的限制,銅質電話線可通過的頻率可以達到MHz數量級。首先是信號的的衰減決定了雙絞線上的傳輸速率,而這又是由電線的長度和頻率所決定的。表1就顯示了不同線長情況下單向數據傳輸率的實際限制。
DSL本身的真正含義并不是指物理的線纜而是指的調制解調器或者一對調制解調器。一對DSL調制解調器可以創建一根數字用戶線,但是當對網絡部署ADSL的時候并不需要再鋪設任何電話線——電話網早就擁有這些線纜了——它僅僅需要增加調制解調器即可。
DSL調制解調器在一根銅線上的雙工(即同時在兩個方向上傳輸)傳輸速率可以達到160 kbps,傳輸距離則最高可達18,000英尺。DSL調制解調器采用的雙絞線帶寬范圍是從0到近似80kHz,這樣在大多數情況下不會影響模擬電話服務的同時進行(參看圖2)。

P5 圖2.
T1和E1
早在20世紀60年代,貝爾實驗室的工程師創造出了一種語音復用系統,通過它可以把語音采樣數字化為64 kbps的數據流(每秒8000次電壓采樣),然后根據傳到接收方的8位時隙的準確位置規范把這些數字流再組織為一個24元素的幀數據流。這種數據幀長193位,數據傳輸速率為1.544Mbps。工程師把這種數據流稱為DS.1,不過后來也被稱作T1,從技術上說,T1應該指的是未處理數據的速率,而DS.1則指的是幀速率。
歐洲的公共電話網修改了貝爾實驗室的方案而創造出E1復用系統,該系統有30個語音信道,速度為2.048Mbps。
可是,T1/E1對家庭或者小單位建立上網連接就不太合適了。這兩種通信系統使用的傳輸協議是AMI(信號交替反轉碼),距離中心局3,000英尺就需要一部收發器,其后每6,000英尺就要安裝一部收發器。AMI要求的帶寬如此之多而且浪費了大量的線纜頻帶,結果電話公司只能在50對電纜線中使用一條電路。在這種情形下,通過以上方式提供到家庭的服務簡直就等價于安裝新電話線。
高位率數字用戶線(HDSL)
HDSL是一種通過銅纜實現T1/E1傳輸的更好方式,它采用更少的帶寬卻無需中繼器。它使用了更先進的調制技術達到線路傳輸速率1.544 Mbps,傳輸距離可達到12,000英尺。
單線路(對稱)數字用戶線(SDSL)
SDSL是HDSL的單線路版本,它通過一對雙絞線傳輸T1/E1信號,能夠運行在普通舊式電話服務(POTS)之上,所以單一線路可以同時支持POTS和T1/E1。對那些必須經常利用一根電話線上網的住所來說,這是一個很不錯的市場賣點。不過,SDSL的傳輸距離不能超過10,000 英尺,而在同等距離下,ADSL可以實現6Mbps的傳輸速率。
非對稱數字用戶線(ADSL)
ADSL主要是和用戶設備建立連接。它傳輸兩個分隔的數據流,向顧客端發送數據的下行信道比用戶上傳信息的上行信道擁有更大的帶寬。這是因為,一根線纜(發端于中心局)內多條電線上的對稱信號會顯著地限制數據傳輸速率和線纜的有效通信長度。
ADSL的這種不對稱通訊方式獲得了成功,因為大多數的一般應用程序(視頻點播、網絡購物、因特網接入、遠程訪問LAN、多媒體以及PC服務等)在相對比較低的上行數據速率情況下照樣工作得很好。而ADSL則充分利用了這一事實。MPEG電影需要1.5或3.0 Mbps的下行速率,但同時僅僅需要16kbps到64kbps范圍之內的上行速率。控制因特網或LAN訪問的協議要求更高一點的上行速率,但在大多數情況下,其下行和上行帶寬之比可達到10:1的比率。
直到PC開始進入普通人的日常生活,調制解調器的銷售才隨之緩慢地啟動。同樣地,直到大量調制解調器產品上市其價格才降到了普通人可承受的程度。當14.4kbps調制解調器首次出現在市場上的時候其價格高達14,400美元,或者說或每bps一美元。今天,速度更快、功能更多的普通調制解調器的價格不過100到300美元,有PC的家庭幾乎很少不配置一部調制解調器。
多年以來,調制解調器供給商在標準的基礎上不斷推出最新的產品。所采用的技術,盡管有點耗費開發和部署時間但卻非常重要,而且使得產品的特性得到了顯著的改進。最初可供產品供給商選用的調制方案有若干種,但是等到V.34調制解調器出現之后,主要的調制解調器技術方案都和這一標準緊密結合了起來,使得顧客僅用同一個調制解調器就能在許多應用軟件下使用。隨著調制解調器市場日益成熟,顧客不再關心標準本身而更多地關注產品的特性、大小以及靈活性等。由于模擬調制解調器的技術進步以及消費者層次PC市場的來臨,今天在世界范圍內已經有超過5億部調制解調器。
xDSL調制解調器市場也會重演和以上類似的市場模式。今天,調制方案、支持家用或小型商業機構的協議類型以及設備單元成本成為了這一市場的主要話題。一旦xDSL市場成熟,很可能出現類似模擬調制解調器市場曾演義的那種局面,顧客將對調制技術和協議漠不關心。在另一方面,只有那些能夠在數據設備中提供即插即用互操作性、簡易的安裝、最佳的操作特性、最小巧的體形和功率需求這些功能的供給商才能獲得顧客的青睞。
在對選擇接入技術舉棋不定的服務供給商里一直存在激烈的爭論:顧客的桌面PC到底應建立標準的IP.10BT連接還是ATM連接。這兩種標準在有些地方是相同的,不同點在于設備的細節而不在于所需要的設備數量。這兩種網絡接入方式都各有其優點:
IP的優點
10BT以太網具有基本的自學習功能。
LAN PC網卡相當便宜。
10BT是工業標準。
LAN是一種久經考驗的網絡。
該技術領域內的專家很多。
PC軟件和操作系統驅動程序已經同基于IP的LAN接口。
ATM的優點
流式視頻傳輸能力強大。
實現綜合服務(比如視頻、電話和數據)相當簡單。
傳輸速率匹配標準的電話傳輸速率(比如DS–3、STS–1等)。
新型PC軟件和驅動程序可以工作在ATM下。
其實很有意思,這兩種體系結構通常都和ATM骨干網接口實現廣域范圍內的高速連接。因此,真正的問題是建設網絡的代價、網絡所承載的服務以及實現網絡的時間。假如顧客的需要是為了獲得數據服務,比如因特網連接、在家工作等等,IP網絡是當然的選擇。實現這種網絡的硬件和軟件不僅可輕易獲得而且價格相當便宜。
ATM在不久的將來將成為多重混合QoS服務要求的解決方案。確實,IP技術也在擴展,現在的IP正預備逐步提供采用RSVP的QoS,而且IP電話的操作也在變得更為高效。但是過來,這些標準在今天究竟還沒有投入實用。而ATM標準卻已經相當完善了。不過,實現起來也不輕易。盡管如此,目前已經存在許多ATM網絡或者正在建設之中。
還有就是建設網絡的成本問題。創建并且運營一個大規模的數據接入網絡的成本是很難估計的。真實情況下,有些地方可能好叫人看得比較清楚,但其他許多方面則僅僅只能依靠合理的規劃了。所以,具體哪一種技術的成本更低也存在比較大的爭論。確實了解成本狀況的唯一方法就是建造適度大小的網絡。假如某一種技術是明顯的獲勝者——當然這是假設——那就使用這種比較確定的技術。假如沒有明確的成本優勢,那就建造具有能夠滿足潛在顧客需要的服務的網絡。真正的問題還在開始實施的階段,只有實踐才能知道結果,也只有這樣才能隨后結束漫無止境的爭論。
XDSL有兩個主要的標準,采用哪個標準也存在爭議。盡管爭論還在繼續,但是市場可是動真格了。CAP目前在市場上占據領先地位。支持CAP 的芯片在數量可以滿足用戶的需要,而且工作性能也不錯。采用這類芯片的眾多產品已經在很多地方被服務供給商安裝。供給商和產品實現之間的標準和互操作性問題現在也正在逐步解決。
另一方面,DMT投身于標準競技場也有些時候了而且還在繼續發展。有些服務供給商現在已把它采納為標準。該技術具有一些CAP最初并不具備的特性,例如速率適配等。另一方面,支持DMT的芯片才剛剛出現。試驗部署也才開始不久,而且滿足CAP特性的高級芯片組已市場所接納。
誰將最后贏得市場呢?正在建造xDSL網絡的服務供給商們將選擇那些能夠滿足他們需要的技術。許多產品供給商也在提供能采用兩種技術的產品。某些新型芯片可以在兩種技術之間適配。這里的要害是xDSL芯片技術并不是推廣xDSL的障礙。這兩種標準的工作性能都很好,而且真正的互操作性問題將來才會出現,目前的狀況具體來看倒象是滿足SONET設備要求的中間產品。
回顧模擬調制解調器的過去可供我們參考xDSL的未來。曾經困擾調制解調器的標準問題今后也將是xDSL產品所面臨的一個問題。然而,對技術人員來說什么技術最終勝出并不明顯。不妨回想一下錄象機市場的教訓,Betamax的圖像質量更好,但是VHS最后贏得了勝利。在任何情況下,只有市場才能在某個時候對這些問題作出回答。
術語表
ADSL
非對稱數字用戶線
AMI
信號交替反轉碼
ATM
異步傳輸模式
CAP
蜂窩陣列處理器
DAA
數據接入裝置
DMT
離散多音頻
DSL
數字用戶線
FCC
美國通信委員會
HDSL
高數位用戶線
IP
網際協議
LAN
局域網
modem
調制解調器
MPEG
移動圖像專家組
QoS
服務質量
SDSL
單線路用戶線
SONET
同步光網絡
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