G.fast技術(shù)研究與應(yīng)用

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?shù)膸捫阅堋＜忍嵘私尤霂挘掷昧爽F(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)標準

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標準于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）

當一組銅纜中有多對G.fast線路同時工作時，也存在串擾影響性能，G.fast矢量化技術(shù)的作用是消除線路的遠端串擾（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，線對間遠端串擾導(dǎo)致其性能遠低于單一線對的問題。研究表明G.fast線路間的串擾比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)遠高于標準要求。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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