一、 銅線接入技術(shù)發(fā)展歷史
傳統(tǒng)銅線網(wǎng)絡(luò)以語(yǔ)音業(yè)務(wù)為主，早期的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過(guò)音頻撥號(hào)Modem和ISDN方式提供，其有限的接入速率很難滿足日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)帶寬的需求。8M接入速率的ADSL技術(shù)的出現(xiàn)第一次把人們帶入寬帶接入時(shí)代，其后的ADSL2+技術(shù)通過(guò)把工作頻率從1.1MHz擴(kuò)展到2.2MHz，將下行最高速率提升到24M以上，完全取代了ADSL技術(shù)并得到了廣泛應(yīng)用。VDSL技術(shù)則同時(shí)提高了上下行帶寬，使得對(duì)稱速率接入成為可能，彌補(bǔ)了ADSL2+非對(duì)稱接入的不足。VDSL包含QAM和DMT兩種調(diào)制技術(shù)且不兼容ADSL2+，最終被與ADSL2+后向兼容性能更好的VDSL2技術(shù)所取代，銅線接入技術(shù)正式進(jìn)入“百兆”時(shí)代。VDSL2可以工作到17MHz甚至30MHz頻段，劃分了更多的上下行子通道，在短距離內(nèi)可以提供更高的帶寬，因此ADSL2+技術(shù)通常定位于局端的DSLAM設(shè)備，而VDSL2適合于距離更短的FTTC室外機(jī)柜或者FTTB樓道解決方案。由于存在線路間串?dāng)_，VDSL2在實(shí)際應(yīng)用中的接入速率要達(dá)到百兆還存在非常大的挑戰(zhàn)，而Vectoring技術(shù)的出現(xiàn)無(wú)疑解決了線路間串?dāng)_問(wèn)題，使銅線接入真正達(dá)到百兆。由于Vectoring技術(shù)屬于串?dāng)_抵消技術(shù)，本身仍是VDSL2，所達(dá)到的最佳效果等效于單線對(duì)無(wú)噪聲的VDSL2速率。銅線接入要想突破百兆邁向千兆速率，無(wú)疑需要引入更新的技術(shù)，而G.fast技術(shù)正是肩負(fù)著這個(gè)使命，它將引領(lǐng)銅線接入進(jìn)入千兆時(shí)代。
二、G.fast關(guān)鍵技術(shù)
早在2010年華為就開(kāi)始投入研究在短距離雙絞線上傳輸超高速率帶寬的接入技術(shù)，用于規(guī)避FTTH改造場(chǎng)景下光纖入戶難的問(wèn)題。G.fast技術(shù)的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)還來(lái)自于英國(guó)電信BT（British Telecom）、法國(guó)電信FT（French Telecom）等歐洲運(yùn)營(yíng)商，由于歐洲人工昂貴、居住分散，采用FTTH光纖入戶建設(shè)超寬帶網(wǎng)絡(luò)成本高、家庭光纖改造困難，工程進(jìn)展緩慢。于是他們考慮如何將光纖下移到樓道內(nèi)或者家門口，最后一小段再利用原有的接入介質(zhì)如電話線或者同軸電纜提供超高速寬帶接入。由于接入距離短，他們希望在源物質(zhì)上的接入速率達(dá)到千兆，作為FTTH光纖到戶的替代方案。
G.fast技術(shù)要想獲得成功，首先要能達(dá)到高速接入速率，為此必須擴(kuò)展頻譜資源。只有采用更高的頻譜，才能獲得更高的帶寬。目前VDSL2的工作頻率是17MHz或者30MHz，而G.fast的頻譜將擴(kuò)展到106MHz甚至212MHz。當(dāng)然頻譜不能無(wú)限制向上擴(kuò)展，與無(wú)線頻譜資源類似，有線接入網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源也需要合理規(guī)劃和使用，既要防止與已使用的頻譜發(fā)生沖突，也要為未來(lái)技術(shù)的發(fā)展留有空間。比如英國(guó)電信監(jiān)管機(jī)構(gòu)Ofcom對(duì)頻譜資源的使用就有嚴(yán)格劃分，ADSL2+的頻譜只能在局端DSLAM中使用，VDSL2的頻譜只能在FTTC室外機(jī)柜中使用，而G.fast的頻譜可能需要避開(kāi)已經(jīng)使用的頻段并留有空隙。
G.fast的高頻段初始階段會(huì)采用106MHz，未來(lái)可擴(kuò)展到212MHz，頻率越高G.fast可獲得的帶寬也越高。但信號(hào)頻率越高傳輸距離越短，成本和功耗越大，因此最終的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)在性能、成本和可實(shí)現(xiàn)性之間取得平衡。
同VDSL2一樣，實(shí)際應(yīng)用中G.fast的性能也會(huì)受到線間串?dāng)_的影響。如果沒(méi)有Vectoring技術(shù)配合，G.fast速率將嚴(yán)重下降。圖1是基于100米實(shí)際線纜參數(shù)的G.fast速率仿真結(jié)果，個(gè)別線纜可以達(dá)到1.3G速率。但如果存在串?dāng)_且沒(méi)有Vectoring，速率將急劇下降到200M左右。這是因?yàn)镚.fast工作頻率非常高，線間串?dāng)_的影響比VDSL2更大，因此G.fast必須采用更加先進(jìn)的Vectoring技術(shù)進(jìn)行線間串?dāng)_抵消。
圖1 G.fast線路速率仿真
目前G.fast用到的Vectoring技術(shù)方案有兩種，一種是改進(jìn)的線性預(yù)編碼算法，另一種是非線性預(yù)編碼算法。非線性算法在高頻部分的增益比線性算法有較大提高，但在低頻部分的增益與線性算法性能接近。從圖1的仿真結(jié)果可以看出，多數(shù)線纜非線性算法的帶寬比線性算法高，但也有個(gè)別線纜相差不大甚至不如線性算法。由于非線性算法對(duì)處理器的性能要求大大超過(guò)線性算法，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)難度、功耗和成本大大提高。標(biāo)準(zhǔn)組織發(fā)布的第一版標(biāo)準(zhǔn)會(huì)采用線性預(yù)編碼算法。
G.fast技術(shù)采用了與VDSL2相同的DMT線路調(diào)制技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)要求能后向兼容VDSL2的終端，這是因?yàn)樵趶腣DSL2升級(jí)到G.fast時(shí)，很難保證設(shè)備和終端能同步操作。因此運(yùn)營(yíng)商希望先升級(jí)設(shè)備，讓未升級(jí)終端的用戶繼續(xù)工作在VDSL2速率，等用戶拿到G.fast終端后再獲得更高的帶寬。
G.fast在上、下行速率劃分上沒(méi)有采用類似VDSL2的FDD頻分方式，即分不同的頻段分別給上、下行工作，而是采用TDD時(shí)分復(fù)用方式，采用不同的時(shí)間窗分給上、下行流量。這樣做的好處一方面是便于技術(shù)實(shí)現(xiàn)，另一方面可以靈活定義上、下行速率比例，方便實(shí)現(xiàn)對(duì)稱速率接入。目前在描述G.fast的帶寬超過(guò)1G比特通常是指上、下行帶寬總和。
由于G.fast技術(shù)工作頻率高，適用的距離短，設(shè)備將更加靠近用戶，因此設(shè)備安裝位置的取電可能會(huì)存在困難，為此G.fast設(shè)備將會(huì)采用反向供電的方式，通過(guò)用戶終端和接入介質(zhì)反向給G.fast設(shè)備端口供電。G.fast技術(shù)將更加節(jié)電，線路功耗比VDSL2更低，使得反向供電的實(shí)現(xiàn)也更加容易。
三、 G.fast進(jìn)展
華為2010年開(kāi)始研究G.fast技術(shù)，并于2011年底率先在業(yè)界發(fā)布了G.fast樣機(jī)。在一對(duì)100m的雙絞線上實(shí)現(xiàn)1Gbps超高速率接入，引起行業(yè)轟動(dòng)。G.fast標(biāo)準(zhǔn)自從2011年ITU-T立項(xiàng)以來(lái)，吸引了眾多運(yùn)營(yíng)商、芯片商和設(shè)備商的參與。華為積極參與G.fast標(biāo)準(zhǔn)，貢獻(xiàn)的文稿覆蓋了大多數(shù)G.fast關(guān)鍵技術(shù)，包括TDD全雙工模式、TDD基本幀結(jié)構(gòu)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)架構(gòu)、前向糾錯(cuò)傳輸機(jī)制、省電工作模式及在線重配置等。目前G.fast標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成核心技術(shù)方案的選擇，進(jìn)入到實(shí)現(xiàn)流程和具體參數(shù)定義過(guò)程中，預(yù)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)將于2013年底發(fā)布征求意見(jiàn)稿。
在參加標(biāo)準(zhǔn)制定的同時(shí)，華為還大力推動(dòng)G.fast技術(shù)商用。目前已啟動(dòng)G.fast局端和終端產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。華為將憑借其在標(biāo)準(zhǔn)中較多的提案貢獻(xiàn)和技術(shù)實(shí)力有信心在業(yè)界推出第一款符合標(biāo)準(zhǔn)的G.fast產(chǎn)品，并預(yù)留軟件可編程能力支持未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)可能的變化。目前已有多家歐洲運(yùn)營(yíng)商對(duì)G.fast超高速寬帶接入技術(shù)感興趣，有的運(yùn)營(yíng)商最近已向媒體透露有計(jì)劃開(kāi)通G.fast試驗(yàn)局。作為G.fast技術(shù)的領(lǐng)先供應(yīng)商，華為將積極與這些運(yùn)營(yíng)商配合確保試驗(yàn)局成功。
G.fast技術(shù)在現(xiàn)有銅線上能實(shí)現(xiàn)千兆速率接入，無(wú)疑堅(jiān)定了運(yùn)營(yíng)商投資銅線建設(shè)超寬帶網(wǎng)絡(luò)的信心。銅線網(wǎng)絡(luò)是固網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的重要基礎(chǔ)設(shè)施，利用原有銅線資源結(jié)合新銅線技術(shù)建設(shè)超寬帶網(wǎng)絡(luò)有著接入速率高、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)快、投資回報(bào)快的特點(diǎn)，正在被越來(lái)越多的運(yùn)營(yíng)商所青睞。
