一、宽带接入技术的发展
　　近年来，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ异军突起，网络规模和用户数迅猛增长。世界各国都在致力于发展信息网络，中国也把网络通信作为优先发展的产业。随着中国对骨干网络进行扩容，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ用户发展十分迅速，视频点播（ＶＯＤ）、实时远程数学等高速业务如雨后春笋般出现，但接入网却成了Ｉｎｔｅｒｎｅｔ发展的瓶颈。
　　目前，５６ＫＭｏｄｅｍ，ＩＳＤＮ技术是最为成熟的接入技术，但它们都属于窄带接入的范畴。宽带接入方面，利用同轴电缆的ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ技术和利用现有电话线的ｘＤＳＬ技术正在快速发展，已经进入实用阶段。由于它们具有窄带接入不可比拟的带宽和对多业务的支持，将成为未来几年里接入技术的首选方案。为了利用已经在铜线上作出的巨大投资，全球各电话公司纷纷选用ｘＤＳＬ作为争夺Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入市场的有力武器与ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ竞争。这使得ｘＤＳＬ成为当前最热门的技术之一，引发了大量的通信设备制造商和芯片供应商争先恐后地生产相关产品参与市场竞争。
　　与ｘＤＳＬ相比，宽带接入系统中的另一关键产品——以太网交换机市场竞争更加剧烈。在包交换技术中，以太网交换由于具有简单易用、发展成熟和成本低廉等优点，再加上快速以太网和千兆以太网等新技术迅速崛起，已取代ＡＴＭ交换技术成为ＬＡＮ领域的赢家。这种基于包交换的通信技术比传统的时分电路交换具有数据连接永远存在、机动灵活的优势，并且可大量节省线路成本，非常适用于宽带接入领域。
二、VDSL的技术特性
　　ｘＤＳＬ是指利用现有铜缆用户线中的一对双绞线来提供双向传输业务的一系列技术。目前市场份额最大的是非对称数字用户线（ＡＤＳＬ）和在ＡＤＳＬ基础上开发的甚高比特率数字用户线（ＶＤＳＬ）。
１．性能
　　ＡＤＳＬ系统在下行方向传送高速数字信号，而上行方向工作在较低速率。ＡＤＳＬ采用１．５Ｍｂｉｔ／ｓ速率时可以在０．４ｍｍ和０．５ｍｍ线径的双绞线上分别传３．６ｋｍ和５．５ｋｍ，若采用６Ｍｂｉｔ／ｓ速率，传输距离也能达到３．６ｋｍ（０．５ｍｍ线径）。在这样的性能下，图像质量最多只能达到盒式录像机的水平。鉴于此，近年来人们又进一步开发了ＶＤＳＬ。按其当前产品的水平，它在双绞线上的单向速率可高达２６Ｍｂｉｔ／ｓ，而且还可配置为对称模式，使上下行速率均为１３Ｍｂｉｔ／ｓ（０．５ｍｍ线径，传输距离１．３ｋｍ）。由于ＶＤＳＬ提供了更大的带宽，所以可以满足更多的业务需求，包括传送高保真音乐和高清晰度电视、多通道纯ＭＰＥＧ２信息流，是真正的全业务接入手段。另外，ＶＤＳＬ的速率与以太网速率（１０Ｍｂｉｔ／ｓ）非常接近，完全可以作为以太网的延伸，构成网络节点之间距离在１ｋｍ以上的“大以太网”。有理由相信，ＶＤＳＬ的应用前景非常光明，会成为ＤＳＬ技术发展的又一亮点。　　
２．调制技术
　　ＶＤＳＬ之所以有更高的接入速率和抗干扰能力，主要应归功于采用了先进的调制技术。目前，关于ＶＤＳＬ的标准有两种，一种支持正交幅度调制（ＱＡＭ），另一种支持离散多音频调制（ＤＭＴ）。下面以前一种为例对ＶＤＳＬ的调制技术进行简要的说明。
　　正交调幅是一种应用广泛的技术，基本方法是将数据分解成两个半速数据流，然后再调制正交载波进行传输。接收端则利用正交性解调出两个数据流再进行检测。这种方式频谱利用率高，设备也不太复杂，ＶＤＳＬ收发信机通常采用这种调制方式。它的输出功率谱密度一般不超过－６０ｄＢｍ／Ｈｚ。　　
３．频谱分配
　　ＶＤＳＬ采用频分复用方式进行通信，即上行和下行使用不同的频率范围。通常频谱分配如下（以ＱＡＭ为例）：下行０．９～３．４ＭＨｚ；上行４．０～７．７５ＭＨｚ。
其它常用的低频业务，如ＩＳＤＮ（１２８，１４４ｋｂｉｔ／ｓ），普通电话ＰＯＴＳ（８ｋｂｉｔ／ｓ），甚至ＡＤＳＬ（１．０１０４Ｍｂｉｔ／ｓ），完全可以和ＶＤＳＬ同时在一对线上传送。一般情况下，这两个频带的中心频率和带宽都可以调整。这些数值与ＱＡＭ的星座数（又称状态数）及分割因数（指每码元所含比特数）一起，一旦由设备配置确定，就可以决定ＶＤＳＬ系统的数据速率。
三、快速以太网交换机
　　今天的以太网事实上几乎成了企业规模局域网络中的标准。它源自ＩＥＥＥ８０２．３（１０Ｍ）标准，并发展出一系列相关标准，包括８０２．３Ｕ（１０Ｍ／１００Ｍ自适应）、８０２．３Ｘ（全双工）、８０２．３Ｚ（１０００Ｍ）等。不过，这些标准的基本工作原理是不变的，它们都采用载波侦听／冲突检测（ＣＳＭＡ／ＣＤ）技术来避免冲突实现通信。每个通信节点的工作原理可描述如下：
　　①如果线路空闲，则可随时发送数据；
　　②如果线路忙，等待一段时间后再发送；
　　③如果与别的节点发生冲突，暂时放弃发送，等待一段时间后再回到第一步。
　　早期的以太网设备主要使用集线器，每个节点发送的通信包都需要在集线器的所有端口上广播，所以带宽指标并非独占而是共享。而以太网交换机是一种在第二层，即数据链路层上工作的交换设备，它和集线器最大的不同在于能够自学习每个包的源地址和目的地址，并能动态建立一张转发路径表，由此使各个节点发送的数据包只在相对应的端口中发出而无须每次都广播，带宽指标是独占而非共享，这样就极大地提高了通信效率和安全性。
　　以太网交换机的核心技术是交换芯片，但网管软件同样重要。在目前的宽带接入系统中，对交换机管理的要求越来越高，这些要求主要包括：对虚拟专用局域网（ＶＬＡＮ）、端口禁用／启用、业务优先级区分（ＣｏＳ）、端口分组管理、流量控制以及简单网络管理协议（ＳＮＭＰ）和远程网络监控协议（ＲＭＯＮ）等管理软件给予支持。交换芯片对这些管理功能的支持固然是前提，但开发一个针对特定管理要求的管理软件仍然是一项艰巨的工程，往往需要使用一个成熟的实时网络操作系统作为平台。
四、VDSL和以太网交换技术的实施方案
　　德国半导体公司亿恒科技（ＩｎｆｉｎｅｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）是在欧洲排名前三位的集成电路供应商，擅长研发有线通信方面的芯片。随着宽带市场的蓬勃兴起，亿恒适时地推出了１０ＢａｓｅＳＶＤＳＬ套片和ＡＲ２２２４以太网交换芯片以满足制造宽带通信设备的需要。　　
１．１０ＢａｓｅＳ结构框图
　　１０ＢａｓｅＳ是一种用ＶＤＳＬ技术在双绞线上传输以太网帧的芯片组解决方案。
　　图１是一个１０ＢａｓｅＳ调制解调器的功能框图，简称为１０ＢａｓｅＳ物理层（１０ＢａｓｅＳＰＨＹ）。它由数据芯片ＰＥＢ２２８２２、模拟芯片ＰＥＢ２２８１１、放大芯片ＰＥＢ２２８１０和混合线圈无源模块四部分组成。

图110BaseS物理层

　　ＰＥＢ２２８２２是１０ＢａｓｅＳ芯片组中最主要的，它可以产生基于ＱＡＭ的ＶＤＳＬ数字信号。该芯片本身支持以太网通用接口——传输媒体无关接口（ＭＩＩ）和其派生接口——简化的ＭＩＩ（ＲＭＩＩ）与串行的ＭＩＩ（ＳＭＩＩ），可以与一般的以太网物理层芯片或支持标准接口的以太网交换芯片连接。它可以被分别配置为局端和用户端模式：按局端工作时，ＰＥＢ２２８２２的以太网接口工作在物理层模式，与工作在媒体访问控制层（ＭＡＣ）的交换芯片的ＭＩＩ接口相互通信；按用户端工作时，ＰＥＢ２２８２２以太网接口工作在ＭＡＣ模式，与工作在物理层的以太网物理层芯片的ＭＩＩ接口相互通信。芯片内部实现以太网与ＶＤＳＬ数据帧格式的相互转换，这样就能使以太网通过ＶＤＳＬ技术在双绞线上延伸。在控制方面，ＰＥＢ２２８２２内部集成了一个单片机以实现独立的操作和监控，而标准软件由集成电路供应商提供，无须自己编写。另外也可以通过芯片内部的串行接口由ＰＣ进行控制。
　　ＰＥＢ２２８１１是基于ＱＡＭ的ＶＤＳＬ模拟前端，ＶＤＳＬ系统的调制和解调主要由它来完成。芯片内部不同的工作模式以及可调的滤波器可以支持对频带参数、ＱＡＭ的星座数与分割因数的灵活配置，从而可以根据各种宽带接入的要求来选择不同的上下行数据速率。
　　放大芯片ＰＥＢ２２８１０起线路驱动作用，是在双绞线上实现高速数据传送所需要的放大电路。
　　以上这三颗芯片相互配合，构成１０ＢａｓｅＳ芯片组。
　　１０ＢａｓｅＳＰＨＹ的另一部分是混合线圈无源模块。模块中分离滤波器的作用是抑制电话等低频业务中的高频谐波，混合线圈实现２线和４线的转换。混合线圈和传输线之间一般还有用于抑制上下行频带相互间谐波干扰的高通和低通滤波器。从用户端来看，因为上行数据使用高频频带而下行数据使用低频频带，所以发送上行数据加高通滤波器，接收下行数据则加低通滤波器。而局端则正相反，发送接口加低通滤波器，接收接口加高通滤波器。
　　１０ＢａｓｅＳＰＨＹ是通信设备的核心，它既可以用于局端，为以太网交换芯片增加ＶＤＳＬ接口从而扩展以太网范围，也可以用于用户端，设计以以太网接口作为终端接口的ＶＤＳＬ调制解调器，使用非常灵活。　　
２．基于ＡＲ２２２４的以太网交换机
　　ＡＲ２２２４的全称是Ａｒｄｅｎｔ２２２４，是支持网络管理功能的高端交换芯片。它共有２４个１０Ｍ／１００Ｍ自适应以太网端口，可以和各种多通道以太网物理层芯片或ＰＥＢ２２８２２这样支持以太网终端接口的芯片通过ＭＩＩ相连接。此外另有２个１０００Ｍ端口，可用于连接上级高速数据通道，也可连接其它的交换芯片以实现交换机的堆叠。芯片带有一个３２位的通用ＣＰＵ接口和一个串行接口，分别用来连接作为管理平台的３２位嵌入式精简指令集计算机（ＲＩＳＣ）ＣＰＵ或普通的８０５１单片机，在它们之上运行或复杂或简单的软件，从而实现特定的管理要求。ＡＲ２２２４还带有符合ＰＣ１００规范的同步ＤＲＡＭ接口和同步ＳＲＡＭ接口，通过这两个接口扩展外部存储器可以缓存信息包和ＭＡＣ地址表。另外对于第三节中所提及的管理功能，ＡＲ２２２４基本上都给予支持。　　
３．整体系统参考设计
　　在智能小区中设计一个采用以太网和ＶＤＳＬ技术的宽带接入系统是很复杂的，往往要根据不同的业务和环境在技术上做不同的处理。图２是一个整体系统参考设计方案，实际设计中还需对它进行裁减。

图2一个整体系统参考设计方案

　　可以看出，交换芯片的２４个１０Ｍ／１００Ｍ自适应以太网端口有８个和８路１０ＢａｓｅＳＰＨＹ芯片组相连，每个端口都可通过ＶＤＳＬ技术在双绞线上与远程用户终端通信。另外１６个与２个８通道物理层芯片相连，支持１６个１０Ｍ／１００Ｍ自适应以太网端口。这样就形成了包括１６个本地以太网终端和８个远程用户终端的交换式以太网络。
五、系统设计中的几点说明　　
１．前端混合线圈与滤波器
　　双绞电话线在一个频段上只能传送一个方向的信号。为了双向通信，上下行信号只能在双绞线上分处不同的频段。但调制解调器内部通常只用１个频率源来提供载波，这使得上下行信号工作在一个频段，从而必须要２对线（即４线）才行。２／４线转换的功能要依靠前端混合线圈实现，它和分离器、滤波器一样都是无源器件，理论上它们都可以由绕制电感线圈或用电容电阻的相应电路来完成。不过，由于ＶＤＳＬ的频率较高，设计性能理想的电路不是一件容易的事。一般建议使用第三方厂商专为特定的ＶＤＳＬ芯片组设计的专用模块，比如英国ＡＰＣ公司为１０ＢａｓｅＳ定做的ＡＰＣ７７１０１（分离器）和ＡＰＣ７７１１２，ＡＰＣ７７１１０（高通低通滤波器＋混合线圈）。这种方法集成度比较高，性能也有保障，但成本稍高。　　
２．交换机管理软件平台及其结构
　　全功能以太网交换机的网络管理软件需要在３２位嵌入式ＲＩＳＣＣＰＵ上运行，这种ＣＰＵ目前有很多种选择，比如摩托罗拉的ＭＰＣ８６０或ＡＲＭ系列，都是很成熟的产品。比较麻烦的是操作系统，以太网交换机的操作系统不仅要求支持ＴＣＰ／ＩＰ协议栈和各种网管功能，而且还要有很强的实时性，并且嵌入式的硬件平台决定了它不能占用太大的空间，所以自己从零开始研制开发是不现实的。尽管有人提出使用自由软件Ｌｉｎｕｘ的实时版，但这种方法的可靠性和安全性都得不到保证，市场上几乎看不到真正用它做的商业产品。可行的办法是选用一个商业化的成熟产品，图３以Ｗｉｎｄｒｉｖｅｒ公司的实时网络操作系统ＶｘＷｏｒｋｓ和网管平台ＴＭＳ为例介绍用这种办法开发管理软件的流程。

图3利用商用产品开发管理软件的流程

　　网管平台ＴＭＳ是利用ＶｘＷｏｒｋｓ提供的操作系统编程接口开发的，图３给出的在ＴＣＰ／ＩＰ上的管理功能只是ＴＭＳ软件包的一部分，实际设计时可根据需要增加或减少。用户也可根据ＴＭＳ提供的应用程序接口（ＡＰＩ）来编写自己的管理程序。ＶｘＷｏｒｋｓ下的交换机支持软件包（ＳＳＰ）是专为各种主流的交换芯片组开发的驱动程序，它把低层功能抽象出来，使用户无须考虑硬件细节。这种方法使软件工作大大简化，保证设计得以顺利完成。