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        G.fast技術(shù)研究與應(yīng)用

        2018-11-24 10:40:22鮑志平
        科教導(dǎo)刊·電子版 2018年32期

        鮑志平

        摘 要 G.fast是一種基于現(xiàn)有電話網(wǎng)絡(luò)銅線的千兆寬帶接入技術(shù),具有高頻帶、時分雙工、矢量化等關(guān)鍵技術(shù),主要應(yīng)用于FTTdp(光纖到分配點)與FTTB(光纖到建筑物)的使用場景,為電信運營商升級現(xiàn)有VDSL網(wǎng)絡(luò)提供了一種可選的低成本解決方案。

        關(guān)鍵詞 快速接入用戶終端 時分雙工 矢量化

        中圖分類號:TN913.8 文獻標(biāo)識碼:A

        0引言

        隨著4K高清網(wǎng)絡(luò)視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展,人們對于寬帶接入的帶寬要求越來越高。在中國FTTH或FTTB已經(jīng)替代基于電話線的DSL寬帶接入為家庭用戶提供100M或更高的帶寬。而在歐洲的一些發(fā)達國家,由于人工昂貴、居住分散,光纖入戶改造困難、建設(shè)成本高等原因,運營商無法通過全網(wǎng)光纖改造來替換現(xiàn)有的DSL網(wǎng)絡(luò)進行寬帶提速。

        G.fast技術(shù)的出現(xiàn),為運營商提供了一個替代方案:運營商將光纖網(wǎng)絡(luò)前移到靠近用戶的街邊分配點或樓道內(nèi),再通過G.fast技術(shù)利用原有的電話線為用戶提供寬帶入戶,在較短距離為用戶提供與光纖接入相當(dāng)?shù)膸捫阅堋<忍嵘私尤霂?,又利用了現(xiàn)有的銅線資源,且改造施工作少,相比FTTH改造成本較少。

        1 G.fast技術(shù)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

        G.fast是一種利用電話線傳輸?shù)那д讓拵Ы尤爰夹g(shù),可以在250米以下的短距離上提供高達2Gbps的上下行總帶寬。部署應(yīng)用于靠近用戶端的光纖分配點(光纖到分配點,F(xiàn)TTdp)或樓道地下室(光纖到建筑物,F(xiàn)TTB)的場景。

        G.fast標(biāo)準(zhǔn)于2011年由ITU-T開始研究制定,于2014年4月和12月先后發(fā)布了G.fast功率譜密度規(guī)范(ITU-T G.9700)與G.fast物理層規(guī)范(ITU-T G.9701)的正式版本,這是G.fast的兩個核心規(guī)范文件。除了G.9700與G.9701規(guī)范外,還有其它一些G.fast相關(guān)的規(guī)范。如,ITU-T G.997.2為G.fast傳輸系統(tǒng)的物理層管理規(guī)范。DSL鏈路握手規(guī)范ITU-T G.994.1也增加了對G.fast的支持。

        2 G.fast關(guān)鍵技術(shù)點

        2.1頻帶(Bandwidth)

        G.fast使用106MHz和212MHz的頻譜,相比VDSL2所常用的17MHz頻譜配置,顯著增加了帶寬。由于信號頻率提高,長距離傳輸信號衰減加大,G.fast能夠傳輸?shù)木嚯x要比VDSL2短,一般應(yīng)用于250米以下的場景。

        G.fast可以配置頻帶的起始頻率與終止頻率,起始頻率最低為2.2MHz,能夠與ADSL2+和VDSL2系統(tǒng)共存。

        2.2調(diào)制(Modulation)

        與ADSL2+與VDSL2一樣,G.fast使用離散多音調(diào)(DMT)調(diào)制來調(diào)制數(shù)據(jù),G.fast的106MHz與 212MHz頻帶分別劃分出2048與4096個DMT子載波,每個DMT子載波的頻寬51.75kHz,每個DMT頻率子載波可以調(diào)制至多12比特數(shù)據(jù)。相比VDSL2每個子載波可以調(diào)制15比特數(shù)據(jù),G.fast每個子載波可調(diào)制的數(shù)據(jù)降低,降低了系統(tǒng)復(fù)雜性。

        2.3時分雙工(Time Division Duplex)

        G.fast使用時分雙工(TDD)技術(shù)來實現(xiàn)上下行信道的劃分及報文傳輸,而傳統(tǒng)ADSL2+或VDSL2使用頻分雙工(FDD)技術(shù),通過劃定不同的上下行頻帶來區(qū)分上下行傳輸。

        G.fast的每個TDD幀中包括上行與下行兩部分,上下行傳輸通過保護間隔隔開。TDD幀的總時長固定,由上行傳輸時間與下行傳輸時間,再加上固定的保護間隔組成。通過調(diào)整TDD幀中上行與下行的發(fā)送時間比例,可以改變上下行的帶寬。G.fast下行與上行帶寬比例可調(diào)范圍:從9:1至1:9。

        2.4矢量化(Vectoring)

        當(dāng)一組銅纜中有多對G.fast線路同時工作時,也存在串?dāng)_影響性能,G.fast矢量化技術(shù)的作用是消除線路的遠端串?dāng)_(FEXT),提高線路性能。

        矢量化最初由ITU-T G.993.5規(guī)范定義,也稱為G.Vector,是為了解決VDSL2多線對同時工作時,線對間遠端串?dāng)_導(dǎo)致其性能遠低于單一線對的問題。研究表明G.fast線路間的串?dāng)_比VDSL2更大,原因是G.fast使用了比VDSL2更高的頻率與更寬的頻帶,6至12倍于VDSL2 17a。這意味著G.fast的矢量化引擎每秒需要完成更多的計算,需要更強的系統(tǒng)處理能力與更先進的算法。

        3 G.fast技術(shù)應(yīng)用

        3.1 G.fast技術(shù)應(yīng)用距離

        G.fast技術(shù)使用最高212MHz的頻帶來承載數(shù)據(jù)傳輸,達到更高的傳輸速率。ITU-T G.9701規(guī)范的目標(biāo)是:使用0.5 mm直徑的線對與106 MHz配置文件時,不同距離的上下行總速率見表1。

        在G.fast產(chǎn)品實測中,使用0.5mm直徑的雙絞線與106MHz配置時,G.fast實測速率數(shù)據(jù)遠高于標(biāo)準(zhǔn)要求。在400米距離時上下行總速率仍可達200Mbps,可以滿足目前大多數(shù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的帶寬要求。

        3.2 G.fast技術(shù)應(yīng)用方案

        G.fast技術(shù)應(yīng)用的基本網(wǎng)絡(luò)單元包括:G.fast接入側(cè)設(shè)備(DPU)與G.fast用戶側(cè)設(shè)備(CPE)。DPU通過光纖接入CO機房,通過電話線連接CPE,實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)到銅線網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)換。DPU可以支持單個或多個銅線線路接入,一般不超過16路。DPU部署在靠近用戶的光纖分配點,或樓道、地下室等位置,一般采用微型化、節(jié)能低功耗設(shè)計,能夠支持反向供電與電池備份供電,當(dāng)DPU無法直接供電或供電中斷時,能夠保證DPU正常工作。DPU能夠支持遠程狀態(tài)監(jiān)控與配置管理,而不需要現(xiàn)場維護處理。

        3.3 G.fast技術(shù)現(xiàn)網(wǎng)部署

        G.fast技術(shù)主要應(yīng)用于FTTdp與FTTB場景,替代現(xiàn)有的VDSL2技術(shù),實現(xiàn)對VDSL2的升級。為了實現(xiàn)VDSL2平滑升級到G.fast,DPU需要同時支持VDSL2與G.fast接入。運營商可以靈活地安排網(wǎng)絡(luò)遷移方案,或整體遷移,或分批遷移。

        遷移過程:

        (1)在靠近用戶的分配點或建筑內(nèi)部署G.fast DPU,將接入網(wǎng)絡(luò)前移;

        (2)將現(xiàn)有的VDSL2 用戶線路逐步從VDSL MDU遷移到G.fast DPU下;

        (3)當(dāng)所有用戶都從VDSL MDU下遷移到G.fast DPU時,遷移完成。

        3.4 G.fast技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點與不足

        G.fast是一種新的DSL技術(shù),與VDSL2相比,G.fast:(1)建鏈速率最大可達上下行2G,能夠為用戶提供更高的帶寬;(2)G.fast采用TDD技術(shù),上下行帶寬可活配置,可適應(yīng)更多業(yè)務(wù)場景;(3)G.fast可與VDSL2共存,能夠從VDSL2平滑演進到G.fast;(4)G.fast在功耗與復(fù)雜度方面也有降低。

        G.fast在銅線上實現(xiàn)了1Gbps以上的接入速率,應(yīng)用于FTTdp與FTTB,與FTTH相比,(1)G.fast可以利用現(xiàn)有用戶銅線資源,實現(xiàn)從VDSL2到G.fast的平滑升級,而不需要對用戶建筑重新開孔布線,降低了升級施工成本;(2)G.fast與VDSL2接入方法相同,用戶可主安裝,降低了裝維成本。

        G.fast也存在一些不足:(1)傳輸距離比較短;(2)相比光纖網(wǎng)絡(luò),銅線傳輸容易受到外部干擾。

        4總結(jié)

        G.fast作為一種新的DSL寬帶接入技術(shù),在銅線實現(xiàn)了1Gbps以上的接入速率,為運營商提供了FTTH的一個低成本替代解決方案FTTdp,實現(xiàn)對現(xiàn)有的VDSL網(wǎng)路的平滑升級。在英國、瑞士、日本等國已經(jīng)開始商用部署,并且全世界VDSL的應(yīng)用非常廣泛,未來會有很多國家和地區(qū)的大量VDSL網(wǎng)絡(luò)需要進行提速升級,G.fast技術(shù)應(yīng)用前景可期。

        參考文獻

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        [4] ITU-T G.998.4,Improved impulse noise protection for digital subscriber line (DSL) transceivers[S].

        [5] ITU-T G.994.1,Handshake procedures for digital subscriber line transceivers[S].

        [6] ITU-T G.993.5,Self-FEXT cancellation (vectoring) for use with VDSL2 transceivers[S].

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