G.fast：利用铜缆帮助实现Gbit接入

1/10/2014，    随着光纤接入的日渐普及，用户宽带接入速率已高达数十兆，个别地区已经开通了百兆业务，千兆入户也成为海外部分运营商的卖点。伴随着宽带大提速，FTTH网络的覆盖率也有了大幅的增长。但是，接入网应用环境面临各种复杂的现实状况，FTTH的部署遇到很多现实问题。例如：

    --对于非新建区域，光纤的穿孔入户和户内布线难以实施；

    --由于户内光纤的成端、安装需要专业技能，因此必须派专业人员上门；

    --光缆较电缆脆弱，机械强度低，特别是户内光纤成为故障的高发区；

    --目前技术末段光纤故障点定位困难，修复技术要求较高，为后期维护带来困难。

    而G.fast的出现为这难题提供了方便的解决方案。通过充分挖掘现有铜缆的带宽潜力，G.fast为用户门前最后一段距离提供百兆甚至上千兆的接入能力。

    这种将光纤和光网络终端（ONU）部署到用户家附近，最后的几十米距离采用铜缆接入的部署场景称为FTTDp，其中Dp的含义是分配点，是过去传统铜缆网络配线段和引入线的交接点，也是网络中最后一个、离用户最近的一个交接点。

    由于G.fast技术所需传输的距离较短，因此可以利用铜缆中更高的频段进行传输。目前确定采用在第一阶段使用2.2MHz-106MHz的频段，双向目标速率可达到500Mbit/s；第二阶段扩展到使用2.2MHz-212MHz的频段，双向目标速率为1Gbit/s。

    除了可以提供极高的速率，G.fast为助力FTTH的部署考虑了多种方便使用和维护的特性，例如：

    --灵活的上下行速率比：与ADSL/VDSL等技术不同，G.fast采用TDD作为上下行双工方式。在应用上，通过动态调整上下行时隙的分配，可以灵活的配置上下行带宽的比例。在实现上，TDD方式可以有效的克服二四线变换引入的近端串音，提高信噪比。

    --客户自安装：G.fast收发器中设计了如快速速率自适应、重传等机制，对线路和噪声的适应性较强，有利于克服由于户内布线的不确定性带来的传输稳定性问题。不需要专业人员对线路进行调试，使用户可以容易的自行安装。

    --绿色节能：G.fast提供根据不同的工作状态、流量情况等提供多种节能的机制，可以在线路处于非激活或待机状态进入最小功耗模式，在工作状态可以调整多个功耗等级。

    --Dp点设备容易部署：通常G.fast的分配点设备服务1到10户最终用户，覆盖一个小的范围。Dp点设备支持反向供电能力，易于安装和维护，运营商施工人员可以一次安装调试完毕。

    G.fast部署场景和Vectoring技术应用

    根据应用场景的不同，在FTTDp+G.fast的网络架构主要有以下两种情况：

    第一种是位于Dp点的光网络终端设备是每个用户独享的，光网络终端位于用户门口或路边抱杆等位置，通过G.fast技术铜缆入户。在这种场景下，ONU采用SFU的架构。

    第二种是光网络终端设备是多用户共享的，光网络终端可以安放在楼道或地下室等位置，采用G.fast技术通过多对数铜缆服务多个用户。在这种场景下，ONU采用MDU的架构。该方式对于欧亚等人口密集区域具有一定经济优势。

    在第二种部署场景下，由于多个用户的信号共存在一条多对数铜缆中，用户信号之间的远端串扰是影响G.fast系统传输性能的重要因素。铜缆中远端串扰强度是随信号频率升高而升高的，G.fast使用了高达106MHz的信号频谱，比VDSL2所最高使用的30MHz高得多。因此，在多线对环境下，解决G.fast系统受串音影响的性能损失比VDSL系统更为重要。

目前，在铜缆中不同线对间采用矢量化技术（Vectoring）可以有效的降低远端串扰对DSL系统的性能影响。矢量化技术通过在收发器的发送端对发送信号进行预编码，使其到达接收端后抵消串音信号带来的信噪比损失，因此传输速率可以获得有效的提升。

    下图展示了阿朗实验室对G.fast引入Vectoring技术后的性能对比测试的结果。



    上图中，蓝色柱状表示使用G.fast技术的单线路在不同长度和类型下的传输速率，在这种情况下不存在串扰。红色柱状表示当加入第二根线路后，原线路的传输速率是如何下降的。绿色柱状表示当使用矢量化后，线路的传输速率如何获得提升。从图中可以看出，加入第二跟线路后，线路传输速率下降超过50%，而使用Vecoring技术后，线路速率恢复到接近原有无串扰下的速率水平。

    G.fast标准的出台消除了铜线的带宽瓶颈，为实现千兆速率扫清了技术障碍，优化产品成本使其满足商用要求是今后努力的方向。在“光进铜退”的大趋势下，部分运营商主张全网光纤化，但面对接入网复杂的实际情况，这种一刀切的做法是值得商榷的。作为G.fast标准主要贡献者之一的阿尔卡特朗讯认为：将光纤拉到距离用户的最经济点，由既有铜线完成最后一段的接入，采取光铜组合的FTTx是当前最高效节约的部署方式。

    G.fast的发展进程

    G.fast仍然是一个在快速发展中的技术，ITU-TSG15在2013年对G.fast收发器的技术规范达成了一致，并在2014年12月的SG15全会上获得批准。预计标准获批之后，G.fast技术将在2015年进行现网实验。

    同时，新的更高速的铜线传输技术仍在不断突破极限。贝尔实验室全新原型机（称为XG-FAST）在30米线路范围内，通过两对铜线实现创纪录的10G速率。同时，实验室通过该原型机，模拟真实FTTdp（光纤到分配箱）部署场景，在70米范围内通过一对铜线实现2Gbps单向速率或1Gbps对称速率。由此可见铜线技术仍有很大的发展空间，可在未来相当长的时间内满足用户不断提升的带宽需求。

    随着宽带接入速率的不断提升，G.fast作为解决FTTH部署难点，补充覆盖FTTH难以到达的位置的高速接入技术，具有广泛的应用前景。

    作者简介：

    程强：工业和信息化部电信研究院通信标准研究所高级工程师，ITU-TSG15中国专家组成员；长期从事宽带接入网络和宽带IP技术的研究，DSL、PON方面多项宽带接入技术行业标准主要起草人，发表科技论文10余篇。


来源泰尔网