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(shí)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(diǎn)）與FTTB（光纖到建筑物）的使用場景，為電信運(yùn)營商升級(jí)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(shí)分雙工 矢量化

中圖分類號(hào)：TN913.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(duì)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(dá)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(yùn)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(jìn)行寬帶提速。

G.fast技術(shù)的出現(xiàn)，為運(yùn)營商提供了一個(gè)替代方案：運(yùn)營商將光纖網(wǎng)絡(luò)前移到靠近用戶的街邊分配點(diǎn)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(dá)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(diǎn)（光纖到分配點(diǎn)，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(gè)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(duì)G.fast的支持。

2 G.fast關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)

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(hào)頻率提高，長距離傳輸信號(hào)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(gè)DMT子載波，每個(gè)DMT子載波的頻寬51.75kHz，每個(gè)DMT頻率子載波可以調(diào)制至多12比特?cái)?shù)據(jù)。相比VDSL2每個(gè)子載波可以調(diào)制15比特?cái)?shù)據(jù)，G.fast每個(gè)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(shí)分雙工（Time Division Duplex）

G.fast使用時(shí)分雙工（TDD）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)上下行信道的劃分及報(bào)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(gè)TDD幀中包括上行與下行兩部分，上下行傳輸通過保護(hù)間隔隔開。TDD幀的總時(shí)長固定，由上行傳輸時(shí)間與下行傳輸時(shí)間，再加上固定的保護(hù)間隔組成。通過調(diào)整TDD幀中上行與下行的發(fā)送時(shí)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(duì)G.fast線路同時(shí)工作時(shí)，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(yuǎn)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(duì)同時(shí)工作時(shí)，線對(duì)間遠(yuǎn)端串?dāng)_導(dǎo)致其性能遠(yuǎn)低于單一線對(duì)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(jì)算，需要更強(qiáng)的系統(tǒng)處理能力與更先進(jìn)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(dá)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(duì)與106 MHz配置文件時(shí)，不同距離的上下行總速率見表1。

在G.fast產(chǎn)品實(shí)測中，使用0.5mm直徑的雙絞線與106MHz配置時(shí)，G.fast實(shí)測速率數(shù)據(jù)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求。在400米距離時(shí)上下行總速率仍可達(dá)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(jī)房，通過電話線連接CPE，實(shí)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(gè)或多個(gè)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(diǎn)，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(jì)，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(shí)，能夠保證DPU正常工作。DPU能夠支持遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控與配置管理，而不需要現(xiàn)場維護(hù)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(shí)現(xiàn)對(duì)VDSL2的升級(jí)。為了實(shí)現(xiàn)VDSL2平滑升級(jí)到G.fast，DPU需要同時(shí)支持VDSL2與G.fast接入。運(yùn)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(diǎn)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(shí)，遷移完成。

3.4 G.fast技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)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(dá)上下行2G，能夠?yàn)橛脩籼峁└叩膸?；?）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(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)從VDSL2到G.fast的平滑升級(jí)，而不需要對(duì)用戶建筑重新開孔布線，降低了升級(jí)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(shí)現(xiàn)了1Gbps以上的接入速率，為運(yùn)營商提供了FTTH的一個(gè)低成本替代解決方案FTTdp，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有的VDSL網(wǎng)路的平滑升級(jí)。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(huì)有很多國家和地區(qū)的大量VDSL網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)行提速升級(jí)，G.fast技術(shù)應(yīng)用前景可期。

參考文獻(xiàn)

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