超寬帶接入技術的演進

吳忠勝+余鋼

摘要：在過去的二十年里，科學技術得到飛速發展，對人類的生活產生了極大的影響，其中寬帶接入技術的突飛猛進帶給我們的變化尤為明顯。如今我們可以“宅”在家里完成諸如購物、娛樂、教育、工作、醫療和交友等幾乎所有以往覆蓋室內和室外進行的社會活動，這是二十年前普通民眾無法想象的，而這一切與我們家中“給力”的寬帶接入網絡密不可分。

【關鍵詞】超寬帶 接入演進

1 寬帶接入速率之演進

在二十世紀九十年代，第一代寬帶接入業務可提供速率范圍從幾百Kbps到幾Mbps，多年來，基于雙絞線的DSL技術的不斷發展使接入能力有了指數級的增長。新技術的發展促進了新業務的不斷提供：ADSL適用于早期的網上瀏覽業務，隨后出現的VDSL技術適用于視頻業務。當許多人認為DSL技術至此已經到達發展終點的時候，Vectoring技術的出現又使VDSL技術所提供的信號質量獲得極大的改善，使接入速率提升到了lOOMbps，可為家庭用戶提供多路高清視頻業務。Vectoring即矢量化技術可以消除在同一捆雙絞線線對之問的串擾（該技術受啟發于無線通訊使用過的干擾抵消技術）。最新的DSL標準，Vplus和G.fast，即將進行部署，Vplus使雙絞線單線對上的速率達到300Mbps，基于矢量化技術架構，使其能夠兼容現有的VDSL2。結合優化的vectoring矢量技術，G.fast提供了超寬帶傳輸速率，使速率能夠到達Gbps。而這還未達到銅線的上限，實驗證明在銅線上也能把接入速率再提升一個數量級，達到lOGbps，這就是XG-Fast技術。

同樣地，高帶寬和高清視頻業務驅動著有線電纜網絡的不斷創新。圖1顯示的是每一代基于有線同軸線業務集成規范（DOCSISTM）標準的數據承載接入技術的下行帶寬能力。圖中所示的接入帶寬是用戶的瞬時峰值速率（一個用戶可以使用所有的帶寬），而每用戶可持續使用的速率遠低于最大速率（例如，當10個用戶同時使用網絡時，每個用戶只能使用最大速率的10%）。在1997年，DOC，SISl.0定義了第一個非專用高速率數據業務網絡基礎設施，可提供網絡瀏覽業務，最新的DOCSIS

3.1標準能將下行帶寬提高到lOGbps，將上行帶寬提高到lGbps，其原因是采用更寬的下行頻譜（1GHz或者更高）和上行頻譜（高達200MHz），同時引入了已經廣泛應用于DSL和無線中的正交頻分復用技術（OFDM），一種改進了頻譜利用率的信號格式。

BPON技術以APON技術為基礎，BPON技術在1998年進行了標準化，它在波長上為視頻通道疊加了一個射頻（RF）。隨后的技術標準以太網無源光纖技術EPON和吉比特無源光纖技術GPON分別提供了下行IGbps和2.5Gbps的可共享帶寬。這些技術目前得到了廣泛的部署和應用。隨著“千兆入戶”口號的提出，10GPON的規模部署己進入快車道。出于保護原有投資及平滑過渡的考慮，原則上原EPON網絡升級為10GEPON，GPON網絡向XG-PON演進。國際電信聯盟ITU-T順應形勢又于2016年推出了lOGbps/lOGbps上下行對稱的XGS標準。這些技術可以允許更多的用戶共享PON網絡（例如分光比可以到達1：128），也可以同時為家庭用戶、企業用戶和回程業務提供業務支持，它們將會成為未來五年內逐步替換現網GPON和EPON的主流技術。與此同時，下一代PON技術也進入了試點階段，NG-PON2采用四個lOGbps波長的堆疊和波分復用（TWDM）的技術方案，使帶寬能夠達到40Gbps如果能找到經濟有效的方法，采用純TDM系列比特率，支持40Gbps帶寬的PON技術（XLG-PON）其應用是可以期待的。

2 寬帶接入構架的演進

持續增長的數據速率極大地影響了接入網絡的架構的發展。DSL速率越高，所需要占用傳輸頻帶就越高。（比如ADSL需要1MHz的頻帶；VDSL需要8-17MHz的頻帶，Vplus需要34MHz頻帶，G.fast需要106MHz乃至212MHz的頻帶，XG-fast需要500MHz頻帶）。Vplus是最近除了DSL家族以外的通過將頻帶加倍來提供更高速率且其機柜離用戶側更近的一項技術，而G.fast則采用了更高頻段（分兩個階段實現，第一階段擴展到106MHz，第二階段擴展到212MHz），需要在街邊或者地下室放置分配單元。最新一代的XG-fast由于把頻段擴展到了500MHz，要達到lOGbps的接入速率，雙絞線距離當控制在30米之內，也就是說交接箱或分線盒需安裝在用戶家門口。由此看來，光纖的遠端節點越來越靠近用戶的趨勢愈發明顯。

由于高帶寬有效覆蓋距離的減少，超帶寬銅線技術必須結合光纖共同為終端用戶提供接入，如今形形色色的FTTx方案正是兩者相輔相成靈活適配部署場景的體現。常見的名詞有FTTB（光纖到大樓）、FTTC（光纖到交接箱）、FTTDp<光纖到分配點，通常為樓道或門口）和FTTN（光纖到節點，通常為中高容量的xDSL插卡式設備），其區別在于光纖和銅線交接點的位置距離最終用戶的遠近不同。

同樣的演進也正發生在無線網絡中，宏站（大概1公里的覆蓋半徑）正在轉向小站（大于500米的小區半徑）。因此，超帶寬的銅線接入（不論是DSL還是同軸線網絡）和超帶寬無線接入都在向著非常相似的網絡架構和用戶的覆蓋距離演進，未來相融合的趨勢已經很明顯，兩者將相互依存，提升用戶的接入體驗。

最終，在未來的超寬帶接入網絡將是一個融合各種接入技術，將更高的帶寬采用最經濟的模式提供給最終用戶，不斷打破固網和移動網的屏障并且融入SDN/NFV等技術，快速高效的為最終用戶提供各種新型業務，迎接5G和云時代的到來。endprint