G.fast技術(shù)簡介
隨著光纖接入的日漸普及，用戶寬帶接入速率已高達數(shù)十兆，個別地區(qū)已經(jīng)開通了百兆業(yè)務(wù)，千兆入戶也成為海外部分運營商的賣點。伴隨著寬帶大提速，F(xiàn)TTH網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率也有了大幅的增長。但是，接入網(wǎng)應(yīng)用環(huán)境面臨各種復(fù)雜的現(xiàn)實狀況，F(xiàn)TTH的部署遇到很多現(xiàn)實問題。例如：
– 對于非新建區(qū)域，光纖的穿孔入戶和戶內(nèi)布線難以實施；
– 由于戶內(nèi)光纖的成端、安裝需要專業(yè)技能，因此必須派專業(yè)人員上門；
– 光纜較電纜脆弱，機械強度低，特別是戶內(nèi)光纖成為故障的高發(fā)區(qū)；
– 目前技術(shù)末段光纖故障點定位困難，修復(fù)技術(shù)要求較高，為后期維護帶來困難。
而G.fast的出現(xiàn)為這難題提供了方便的解決方案。通過充分挖掘現(xiàn)有銅纜的帶寬潛力，G.fast為用戶門前最后一段距離提供百兆甚至上千兆的接入能力。
這種將光纖和光網(wǎng)絡(luò)終端（ONU）部署到用戶家附近，最后的幾十米距離采用銅纜接入的部署場景稱為FTTDp，其中Dp的含義是分配點，是過去傳統(tǒng)銅纜網(wǎng)絡(luò)配線段和引入線的交接點，也是網(wǎng)絡(luò)中最后一個、離用戶最近的一個交接點。
由于G.fast技術(shù)所需傳輸?shù)木嚯x較短，因此可以利用銅纜中更高的頻段進行傳輸。目前確定采用在第一階段使用2.2MHz-106MHz的頻段，雙向目標速率可達到500Mbit/s；第二階段擴展到使用2.2MHz-212MHz的頻段，雙向目標速率為1Gbit/s。
除了可以提供極高的速率，G.fast為助力FTTH的部署考慮了多種方便使用和維護的特性，例如：
– 靈活的上下行速率比：與ADSL/VDSL等技術(shù)不同，G.fast采用TDD作為上下行雙工方式。在應(yīng)用上，通過動態(tài)調(diào)整上下行時隙的分配，可以靈活的配置上下行帶寬的比例。在實現(xiàn)上，TDD方式可以有效的克服二四線變換引入的近端串音，提高信噪比。
– 客戶自安裝：G.fast收發(fā)器中設(shè)計了如快速速率自適應(yīng)、重傳等機制，對線路和噪聲的適應(yīng)性較強，有利于克服由于戶內(nèi)布線的不確定性帶來的傳輸穩(wěn)定性問題。不需要專業(yè)人員對線路進行調(diào)試，使用戶可以容易的自行安裝。
– 綠色節(jié)能：G.fast提供根據(jù)不同的工作狀態(tài)、流量情況等提供多種節(jié)能的機制，可以在線路處于非激活或待機狀態(tài)進入最小功耗模式，在工作狀態(tài)可以調(diào)整多個功耗等級。
– Dp點設(shè)備容易部署：通常G.fast的分配點設(shè)備服務(wù)1到10戶最終用戶，覆蓋一個小的范圍。Dp點設(shè)備支持反向供電能力，易于安裝和維護，運營商施工人員可以一次安裝調(diào)試完畢。
G.fast部署場景和Vectoring技術(shù)應(yīng)用
根據(jù)應(yīng)用場景的不同，在FTTDp+G.fast的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要有以下兩種情況：
第一種是位于Dp點的光網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備是每個用戶獨享的，光網(wǎng)絡(luò)終端位于用戶門口或路邊抱桿等位置，通過G.fast技術(shù)銅纜入戶。在這種場景下，ONU采用SFU的架構(gòu)。
第二種是光網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備是多用戶共享的，光網(wǎng)絡(luò)終端可以安放在樓道或地下室等位置，采用G.fast技術(shù)通過多對數(shù)銅纜服務(wù)多個用戶。在這種場景下，ONU采用MDU的架構(gòu)。該方式對于歐亞等人口密集區(qū)域具有一定經(jīng)濟優(yōu)勢。
在第二種部署場景下，由于多個用戶的信號共存在一條多對數(shù)銅纜中，用戶信號之間的遠端串擾是影響G.fast系統(tǒng)傳輸性能的重要因素。銅纜中遠端串擾強度是隨信號頻率升高而升高的，G.fast使用了高達106MHz的信號頻譜，比VDSL2所最高使用的30MHz高得多。因此，在多線對環(huán)境下，解決G.fast系統(tǒng)受串音影響的性能損失比VDSL系統(tǒng)更為重要。
目前，在銅纜中不同線對間采用矢量化技術(shù)（Vectoring）可以有效的降低遠端串擾對DSL系統(tǒng)的性能影響。矢量化技術(shù)通過在收發(fā)器的發(fā)送端對發(fā)送信號進行預(yù)編碼，使其到達接收端后抵消串音信號帶來的信噪比損失，因此傳輸速率可以獲得有效的提升。
下圖展示了阿朗實驗室對G.fast引入Vectoring技術(shù)后的性能對比測試的結(jié)果。
上圖中，藍色柱狀表示使用G.fast技術(shù)的單線路在不同長度和類型下的傳輸速率，在這種情況下不存在串擾。紅色柱狀表示當加入第二根線路后，原線路的傳輸速率是如何下降的。綠色柱狀表示當使用矢量化后，線路的傳輸速率如何獲得提升。從圖中可以看出，加入第二跟線路后，線路傳輸速率下降超過50%，而使用Vecoring技術(shù)后，線路速率恢復(fù)到接近原有無串擾下的速率水平。
G.fast標準的出臺消除了銅線的帶寬瓶頸，為實現(xiàn)千兆速率掃清了技術(shù)障礙，優(yōu)化產(chǎn)品成本使其滿足商用要求是今后努力的方向。在“光進銅退”的大趨勢下，部分運營商主張全網(wǎng)光纖化，但面對接入網(wǎng)復(fù)雜的實際情況，這種一刀切的做法是值得商榷的。作為G.fast標準主要貢獻者之一的阿爾卡特朗訊認為：將光纖拉到距離用戶的最經(jīng)濟點，由既有銅線完成最后一段的接入，采取光銅組合的FTTx是當前最高效節(jié)約的部署方式。
G.fast的發(fā)展進程
G.fast仍然是一個在快速發(fā)展中的技術(shù)，ITU-T SG15在2013年對G.fast收發(fā)器的技術(shù)規(guī)范達成了一致，并在2014年12月的SG15全會上獲得批準。預(yù)計標準獲批之后，G.fast技術(shù)將在2015年進行現(xiàn)網(wǎng)實驗。
同時，新的更高速的銅線傳輸技術(shù)仍在不斷突破極限。貝爾實驗室全新原型機（稱為XG-FAST）在30米線路范圍內(nèi)，通過兩對銅線實現(xiàn)創(chuàng)紀錄的10G速率。同時，實驗室通過該原型機，模擬真實FTTdp（光纖到分配箱）部署場景，在70米范圍內(nèi)通過一對銅線實現(xiàn)2Gbps單向速率或1Gbps對稱速率。由此可見銅線技術(shù)仍有很大的發(fā)展空間，可在未來相當長的時間內(nèi)滿足用戶不斷提升的帶寬需求。
隨著寬帶接入速率的不斷提升，G.fast作為解決FTTH部署難點，補充覆蓋FTTH難以到達的位置的高速接入技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景。
作者簡介：
程 強：工業(yè)和信息化部電信研究院通信標準研究所高級工程師，ITU-T SG15中國專家組成員；長期從事寬帶接入網(wǎng)絡(luò)和寬帶IP技術(shù)的研究，DSL、PON方面多項寬帶接入技術(shù)行業(yè)標準主要起草人，發(fā)表科技論文10余篇。
