上海贝尔：G.fast打破铜线速率瓶颈，实现千兆到户

摘要

最新“XG-FAST”原型机在传统电话铜线上创纪录地实现10G和1G对称速率。

通过XG-FAST实现1Gbps 速率，分配箱的双绞线接入即可提供光纤接入般的宽带业务体验。

G.fast技术避免用户更换家中电话线，有效加速FTTH的部署。

G.fast作为一个全新技术，可以在传统电话铜线上实现吉比特（千兆）速率，同时通过“XG-FAST”可进一步挖掘其潜力，实现数个吉比特的速率。G.fast技术是基于短距离线路使用所设计，相比于VDSL2 矢量化技术可进一步提升线路速率。从而帮助业务运营商经济有效的加快光纤到户的部署。借助G.fast所提供的极速宽带能力，运营商可以摆脱原先必须将光纤部署到用户家中的枷锁，轻松实现光纤到户业务。

贝尔实验室G.fast实验创造新的速率纪录

最近阿尔卡特朗讯的贝尔实验室通过实验展示了铜线实现极速宽带的能力。贝尔实验室全新原型机（称为XG-FAST）在30米线路范围内，通过两对铜线实现创纪录的10G速率。同时，实验室通过该原型机，模拟真实FTTdp（光纤到分配箱）部署场景，在70米范围内通过一对铜线实现2Gbps速率或1Gbps对称速率。该真实环境下的实验验证了G.fast技术在最后入户段的价值所在：在70米距离内，业务运营商可以通过现有铜线架构为用户实现光纤接入般的速率（1G对称）。

贝尔实验室本次实验实现这些铜线速率纪录，是通过使用最高达到500MHz的频率，远高于目前为G.fast标准所预留的频率。实验的结果证明，铜线的带宽仍然有很大的提升空间，光纤与铜线混合组网的方式将在未来几十年成为全光网络部署的有效补充。

G.fast使铜线实现吉比特速率

高昂的网络建设成本严重阻碍了运营商全面部署FTTH网络。这些投入包括街道挖沟排管、为每个家庭重设室内布线等等。近几年运营商在部署光纤接入网络的同时，始终制约于均衡市场需求和预算限制两者之间的矛盾。但同时，随着许多新业务的产生、竞争的加剧、政府宽带战略和计划的出台等各种因素，都在刺激着宽带市场的发展和用户对极速宽带接入的需求。

业务运营商目前已经将注意力关注在这种由G.fast技术所实现的吉比特速率能力，从而实现对VDSL2技术的跨越。通过G.fast技术，业务提供商可将其光纤延伸到安装在用户住宅前的最后一个分配点，如一个小型DSLAM或微小节点。运营商可以在室内或室外的各种不同位置部署这些紧凑型单元。每个单元一般为1至16个终端用户服务，通过铜线连接到用户家庭中，铜线长度一般在100米左右。

FTTdp部署模式下采用短距离线路为实现极速带宽速率提供了理想的环境。矢量化VDSL2采用17MHz频谱可以在单线对实现最高150Mbps的总速率,而G.fast采用更宽频谱（第一阶段最高到106MHz，第二阶段最高到212MHz），可以在同样距离实现500Mbps到1Gbps的速率。正如贝尔实验室的实验证实，采用更高频率将实现更快速率。

这种宽频只有在短距离线路上是有效的。在几百米的长距线路上，如果采用G.fast所使用的高频段，铜线的信号衰减是非常严重的。因此，VDSL2矢量化技术更适合于长距线路的使用。

矢量化技术仍然至关重要

矢量化2.0仍然会扮演非常重要的角色，帮助业务运营商充分发挥G.fast技术的优势，并从中获得最大收益。由于G.fast采用了高频率，相邻线对之间会产生强烈的串扰，这种串扰远比VDSL2技术中的强烈，这会严重影响G.fast技术所带来的带宽提升。业务运营商必须使用矢量化技术来消除这些串扰，从而真正发挥每根线路的潜力。

矢量化将会极大提升线路的增益。当应用在VDSL2线路上时，矢量化将会提升两倍线路传送能力，而应用到G.fast时，则会提升10倍。

图1显示了矢量化应用到G.fast对线路速率传输能力的提升帮助。蓝色柱状表示使用G.fast技术的单线路在不同长度和类型（不同物理性能如规格、隔绝材料等）下的传输速率，在这种情况下不存在串扰。红色柱状表示当加入第二根线路后，原线路的传输速率是如何下降的（一般下降50%-90%）。绿色柱状表示当使用矢量化后，线路的传输速率如何获得提升（一般接近原单线路的速率）。

图1. 矢量化2.0助力G.fast

在大多数情况下，G.fast矢量化方案所实现的平均传输速率会比单用户情况下略低一点。这种细微的差别主要是为了保证G.fast遵循功率频谱密度限制而产生的增益缩放。在某些场景下（如图1中100米线路距离），矢量化速率甚至能超过单线路速率，这种情况的发生主要是因为矢量化将串扰转换为有用的能量，从而提升线路的信噪比。

矢量化技术并非在每个G.fast应用中都是必须的。如果每个头端的线缆与其他线缆很好地分割开，则业务运营商可以在不适用矢量化的情况下充分发挥G.fast效率。在大多数情况下，G.fast应用主要涉及多用户相邻部署的场景下。这就要求运营商使用矢量化技术实现线路最佳性能。

家庭、多用户等将是G.fast应用的主要市场

业务运营商将在靠近终端用户的分配箱部署G.fast技术满足驻地网的需求。这种方式将帮助他们将光纤部署得更靠近用户，同时还能保留一小段铜线。

同时这种方式还可以帮助业务运营商通过电话线实现从用户家对G.fast分配单元进行反向供电，运营商无需再为供电的问题向市政方面寻求类似挖沟排线等要求。

对于多用户住宅，业务运营商可以在楼内部署G.fast节点，然后通过铜线连接到不同单元内。在这种多线对、多用户应用中将存在串扰，运营商需要使用矢量化去消除这些串扰。

向终端用户提供高速率带宽的能力将帮助业务运营商提高其IPTV业务品质，同时更有效地支撑来自OTT的视频业务。G.fast技术将成为FTTH的很好补充，并加速FTTH的部署，更高的并发流量和速率将实现对智能手机和平板电脑的更好支持。

G.fast技术同时也将为Wi-Fi和LTE基站回程提供高速率支持。当时间、时钟同步等机制完善后，G.fast技术将成为移动回程的明智选择。

G.fast不止是速度快

除了前面提到的速率性能等优势，G.fast技术还能提供其它吸引运营商的技术优势，这些优势包括：

灵活的上行/下行容量比：G.fast采用TDD机制，运营商可以在90%（下行）-10%（上行）到30%（下行）-70%（上行）范围内随意设置上下行容量。

支持同轴电缆部署：G.fast技术可以在点到点单根同轴电缆上应用。

用户自安装：通过快速自适应（FRA）和强大的重发机制，G.fast可实现用户家中自安装。

低功率模式和功耗降低技术：当线路在未激活、待机或处于温度不佳工作的状态下，G.fast技术提供功耗最小化机制，同时还提供根据实际数据吞吐量灵活调整功耗的机制。

分配单元安装简便：G.fast分配点部署1-10个机柜，分配单元设计得便于安装、方便维护，运营商可以轻松管理这些单元。

适应新的挑战

业务运营商未来部署G.fast会面临许多新的挑战。比如，G.fast的部署能否与FM频率、数字语音广播和VDSL2业务兼容。G.fast提供了高可配置性的功率谱密度模板，用于对兼容性的提升。业务运营商通过该模板可辨识出对共存业务有潜在危害的频段，比如，运营商可以设置一个与VDSL2不冲突的起始频段用于G.fast，从而保证两种技术的共存，并避免串扰的产生。

分配单元的反向供电同样会带来挑战。无论承载多少用户、工作负荷多少，分配单元都需要被供给足够的电源以保持高效运作。同时当这些单元在高日晒或没有足够气流散热的情况下进行高强度工作时，必须进行有效的散热管理。

串扰虽然不是一个新的挑战，但对于G.fast来说却是一个极大难题。运营商部署使用G.fast技术必须要寻求新的方法来消除串扰。在下行测，线性增益扩展预编码器将为每条线路提供预先补偿的信号和发射功率之间正确的平衡。在某些情况下，一条线路上的发送功率将被降低，以保证能遵守其它线路上功率谱密度的限制。这种消除串扰信号的方法必须同时满足所有线路的需求。

G.fast准备就绪

G.fast技术正在迅速演进与发展。在2013年12月国际电联（ITU）完成了对G.fast标准的表决通过。第一块G.fast芯片预计将随着今年12月相关后续标准的确认，而于今年晚些时间诞生。G.fast的试点将于2015年展开，可规模部署的产品将于2016年出现。

业务运营商在建设其FTTH网络时应该考虑G.fast技术的使用。G.fast技术可以帮助运营商避免更换用户家中已有的电话线路，或多用户单元内的线路，从而更快的部署FTTH网络。由于与VDSL2网络的共存性，运营商可以考虑将网络从VDSL2向G.fast平滑演进的策略，目前先在FTTdp场景下部署VDSL2网络，一旦G.fast技术成熟，则可将已部署的VDSL2小节点更换为G.fast技术，并在用户家中部署G.fast的调制解调器。