全球拥有7.5亿个电话“入户环路”，是分布最广泛的通信环境。该环路由电话双绞线（TTP）构成，即两根细的绝缘铜线绞合在一起，呈放射状将终端用户连接到分配点（“电话交换机”或“中心局”）。在条件允许的情况下，利用现有的TTP基础设施进行宽带数字传输具有显而易见的优势，即其覆盖范围广。我们将探讨DSL技术如何克服TTP作为宽带介质的局限性，首先简要回顾一下利用电话系统传输数字信号的历史。.
从模拟到数字：从电报到ISDN技术的简史。
早在电话出现之前，铜线上的长距离数字通信就已经存在。电报和电传都使用了一种非常简单的数字编码方式。20世纪50年代末，军队、航空公司和银行使用“标准”电话线，结合电报系统和编码，将终端连接到远程中央计算机。这些系统的传输速度通常很低（通常在100到150 bps之间），并且采用非常简单的“开/关”信号，但它们的传输距离可达约30公里。
到了20世纪60年代，为了提供更高的速度，“调制解调器”（调制器-解调器设备）开始出现，它将简单的数字“开/关”信号转换成可以通过标准电话信道传输的“音频信号”。随着时间的推移，调制解调器的传输速度越来越高（最高可达56 kbps）。然而，在20世纪70年代初，运营商开始在交换机设备内部使用数字交换技术，并逐渐意识到，与用户建立完全数字化的连接可以显著提升系统性能。20世纪80年代初标准化的综合业务数字网（ISDN）为电话用户提供数字接入，可以通过标准的TTP线路传输两个64 kbps的数字“语音”信道和一个16 kbps的数据/信令信道，传输距离可达5公里，借助中继器，传输距离甚至可达20公里。20
世纪80年代末，运营商开发了“T1”（1.544 Mbps）和“E1”（2 Mbps）服务，这些服务需要四线连接，并且中继器大约每隔1.5公里设置一个。这些服务是HDSL的前身，也是众多DSL解决方案中的首批。
高速数字用户线路 (HDSL) 的
速度与 T1 和 E1 服务相当，如果传输主要为单向且距离不超过 6 公里（具体取决于线路质量），速度甚至可以超过它们。HDSL 适用于小型企业的传统应用，例如连接 PBX 和传输数据。对于小型网站而言，HDSL 比 ADSL 更实用，因为它提供的上传速度远高于 ADSL 的 640 kbps。HDSL
之后出现了其他标准。SHDSL 使用与 ADSL 相同的 DMT 技术（见下文），但仅使用一对双绞线。SDSL（对称数字用户线路）是一种与 HDSL 非常相似的协议，它使用单对双绞铜电话线 (TTP) 在最远 6 公里的距离上双向传输，速度可达 784 kbps。 IDSL（综合数字用户线路）的结构与SDSL类似，但它使用ISDN芯片组和基础设施（基本速率），提供128 kbps的单路接入。IDS的最大传输速度为128 kbps，但允许使用ISDN中继器将传输距离扩展至20公里。
非对称数字用户线路 (ADSL)
技术大约在 1990 年开发，用于通过电话线传输电视信号，以应对当时美国有线电视运营商通过同轴电缆提供电话连接的情况。ADSL 协议之所以被称为“非对称”，是因为其下行速度（对用户而言）远高于上行速度，使其非常适合观看电视或浏览网页。因此，尽管 ADSL 技术似乎并未被广泛用于电视观看，但它非常适合在几年后的互联网繁荣时期提供高速连接。标准中规定的最大数据传输速度为下行 6 Mbps 和上行 640 kbps，但实际上，速度会根据连接和合同的不同而有所变化：服务提供商可能会以不同的价格提供 1.5 Mbps、3 Mbps 或 6 Mbps 的服务。
ADSL-Lite 和 RADSL：
在拥有多个电话插座的家庭中，技术人员可以安装无源分离器来将语音和宽带数据分离，但这会增加成本。ADSL-Lite 协议（也称为 G.lite）允许直接连接简单的分布式滤波器，从而节省技术人员和布线成本，但最大传输速度限制为 1.5 Mbps 下载和 512 kbps 上传。RADSL（自适应速率 DSL）使用不同的物理层协议，可以根据可用电路的质量动态调整传输速度。
克服TTP的显著带宽限制：
ADSL和其他DSL协议成功的关键在于“多载波传输”，它弥补了TTP在传输数字信号方面的不足。TTP的最初设计者从未设想过该系统能够传输高带宽数字信号，TTP连接的许多特性虽然完全能够满足模拟电话信号的需求，但却显著限制了高带宽传输的质量。这些特性包括：
衰减，衰减会随着频率的增加而急剧增加；
噪声和串扰。来自同一电缆上其他线对或其他环境源（例如无线电发射器）的耦合效应会产生噪声，线对之间的串扰，以及更常见的电缆两端发射器和接收器之间的串扰也会产生噪声；
分接桥接。当电话线断开时，双绞线不会被物理移除，而是保持未端接状态。当新用户连接到电路时，这些未端接的线对也会传输部分信号，导致信号反射回发射器。在某些运营商网络中，高达 30% 的用户连接至少包含一个桥接插孔，这虽然不会阻止模拟连接，但会严重影响 DSL 连接。
DMT技术：ADSL高速传输的关键。ADSL
和VDSL中使用的特定多载波系统，称为“DMT”（离散多音），已被证明能有效克服这些限制。DMT的原理是，频谱的不同部分受到的限制方式各不相同。噪声只会影响少数几个频率；衰减随频率变化，反射和串扰的影响也取决于频率。如果频段的一小部分受到限制，则会影响整个信号。因此，DMT并非发送单个高速宽带信号，而是使用大量低速窄带信号（或信道）。一个子信道中发生的噪声和失真不会影响其他子信道。DMT
可以采用多种形式。这里介绍的是其“标准”ADSL版本，该版本使用249个独立信道。所有信道都通过数字信号处理在同一操作中同时发送和接收（发送使用逆快速傅里叶变换，接收使用快速傅里叶变换）。尽管这需要强大的计算能力，但目前这些功能已由经过改造的超大规模集成电路（VLSI）芯片以相对较低的成本实现。
在ADSL中，每个子信道都被视为一个独立的实体，每个信号周期（波特）承载0到15比特的信息。从技术上讲，它采用网格编码的正交幅度调制（QAM）。“波特”是指线路状态每秒（信号周期或符号）的一次变化。由于每秒只有4000个数据符号，因此DMT的波特率自然非常低。在初始化期间，ADSL收发器会分析每个子信道以确定其质量和特性。然后，它会根据每个子信道的质量为其分配一定数量的比特（0到15之间）。
在ADSL中，上述信道速率可实现以下最大数据传输速度：
- 上传：25 通道 * 15 比特/符号/
通道 * 4 千波特 = 1.5 Mbps
- 下载：249 通道 * 15 比特/符号/
通道 * 4 千波特 = 14.9 Mbps
可行的 ADSL 系统可提供的最大下载速度在 6 到 9 Mbps 之间。.
超高速DSL (VDSL)：
如前文所述，在现有电缆线路上设置装有DSL设备的机柜，可以显著缩短前端与用户之间的距离，从而大幅提升速度。上行链路的铜缆（多对）被光纤取代，用户原有的铜线连接得以保留。更短的电缆能够支持更高的频率，并且不易受到干扰。
与ADSL相比，VDSL拥有更高的频率带宽，这意味着它可以使用更多的子信道，并通过提高符号速率（VDSL-2使用8kbaud）来提升速度。如今，这种更快的信号处理速度以相对较低的成本即可实现。VDSL-2是目前最先进的技术，其传输距离相对较短，介于350米至3公里之间，双向传输速度最高可达100Mbps。此外，VDSL-2与用户现有的ADSL和ADSL-2设备兼容（这是一项基本要求）。这使得运营商能够在无需用户进行任何更改的情况下，将ADSL设备升级到VDSL-2。当然，用户只有升级设备才能享受到新的网速。
下一步：VDSL 还是 PON？
大多数发达国家都面临着家庭和企业对超高速互联网接入日益增长的需求，满足这一需求对其经济发展至关重要。随着电视分发的引入，消费者需求可能会在变革时期迎来爆发式增长。与此同时，不出所料，对可靠传统电话服务的需求依然强劲。尽管 ADSL 网络和其他铜线连接的速度已经大幅提升，但它们已不足以支持这些服务的演进。以某种形式使用光纤是解决这一问题的另一个有效技术方案，但必须考虑光纤的成本。在仍然存在铜线 TTP 连接的地区，采用 VDSL 技术连接最后 350-1000 米的 FTTN（光纤到节点）方案通常是最经济的选择。在需要安装新基础设施的情况下，PON（无源光网络）系统，尤其是 GPON，提供了一种即时、完整且经济高效的解决方案，并预留了未来发展的扩展空间。本系列下一篇文章将重点介绍PON系统。
作者：Patrick Gahwiller，R&M公司合作伙伴客户经理。.
