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铜线接入技术的进化史
爱皮皮的大叔 2015-06-08
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OFweek光通讯网讯 纵观铜线接入技术发展的历史,就是通过不断的技术创新、因地制宜的网络架构革新以持续满足人们对带宽的需求。

2000年前后出现的以ADSL2/2+为核心的第一次宽带建设热潮,让人们首次尝到了宽带接入的甜头。2008年前后,人们的目光开始从铜线介质转向更为优质的光纤介质,掀起了FTTH(光纤到户)建设热潮。固网运营商们逐渐发现:对于新建小区,采用FTTH是比较合适的建网方式;但对于已建小区的超宽带网络提速改造,特别是像欧洲那样用户普遍居住分散、建筑设施陈旧的地区,采用FTTH建设超宽带网络将面临光纤改造工程复杂、光纤入户难、工程周期长、建网投资大,以及资金回报慢等一系列问题,这使得FTTH的建设热潮逐渐冷却下来。

而在FTTH建设进程放缓的同时,固网运营商们还面临着Coax接入和无线接入的激烈竞争压力。此时,固网运营商普遍使用的宽带接入技术是VDSL2 17a,其理论上可提供最大150Mb/s的下行带宽。但在实际应用中,由于线路间串扰,速率要大打折扣,简单地扩宽频带而不解决串扰问题,实际上提升不了速率。VDSL2 30a就是这样的例子,这也是没有人使用VDSL2 30a的原因。

就在固网运营商们进退维谷之际,解决串扰问题的Vectoring技术成熟了,且一出现就引起了固网运营商们的青睐。Vectoring技术使VDSL2的实际速率提高了1~2倍,真正达到了百兆;同时,其还具备部署简单、成本低廉、建设快速的优点,运营商只要升级原来FTTC街边柜中的DSLAM和用户家中的CPE即可,不需要布放线路和重新建设站址,这使固网运营商在宽带接入市场可以快速重获领先优势。华为快速洞悉了运营商的这一痛点,为此大力推动ITU快速制定了Vectoring标准,并推出业界领先的384路大规模Vectoring产品。Vectoring技术解决了串扰这个使用高频段的后顾之忧,开启了铜线持续提速之门。

G.fast技术:类光纤的接入速度

在利用Vectoring技术解决了燃眉之急后,固网运营商的目光投向了下一步——铜线能否提供1Gb/s类光纤一样的接入速度呢?这个问题包含两个方面:第一,能不能把DSLAM搬到更靠近用户的分配点(即FTTdp场景)?在审视接入网络拓扑时,运营商们发现很多地方的光纤已经拉到了比街边柜更靠近用户的分配点,即使分配点没有光纤,将光纤拉到分配点也远比拉到用户家(FTTH)更简单,而且投入小、建设周期短,分配点也有足够的空间部署微小型DSLAM。显然FTTdp场景不是问题。

第二,在FTTdp场景,铜线能否提供1Gb/s的接入速率?为了开拓FTTdp市场,华为于2011年底推出了业界首个G.fast技术样机,在一对100米左右长度的电话线上,实现了千兆速率超高速接入。这证明,利用现有的电话线也能提供光纤一样的接入速度。2013年10月,华为与英国电信成功开通了业界首个G.fast试验局;2014年8月,华为与瑞士电信签署了全球第一个G.fast商用合同,在2015年开始商用。可以预期,G.fast必将兴起一股超宽带建设热潮。

那么,G.fast技术是如何实现1Gb/s接入的?首先,利用现有或潜在的光纤来缩短铜线的长度;其次,利用铜线的潜能,G.fast把频带扩宽到106MHz左右;第三,改进了Vectoring的抵消串扰功能并继承了DMT调制;此外,G.fast为了简化部署,还引入了反向供电的特性和灵活可配上下行速率比的TDD机制。

SuperVectoring技术:因地制宜,量体裁衣

一直以来,固网运营商对其铜线网络都有着较好的规划,按照一定的模式进行建设和维护;但是其模式存在着很大的弹性,而且越靠近用户差异性越大。因此,要因地制宜、量体裁衣,发展不同的技术,SuperVectoring技术就是其中的代表。

比如在欧洲某运营商部署G.fast时,经研究发现,其网络与大多数运营商网络不同,没有明显的分配点。如果要部署G.fast,要么大规模改造该运营商的网络,要么G.fast覆盖距离需达到500~800米,这两条路都将面临很大问题。为此,华为专门为该运营商的应用场景推出了SuperVector技术,其基于VDSL2技术,将工作频段从17MHz扩展到了35MHz,增加了发送信号的功率,并继承和优化了Vectoring的串扰抵消技术。SuperVector技术在重用现有FTTC站点和设备、只更换业务单板的条件下,实现了将FTTC用户提速到Vectoring技术的2~3倍,解决了没有分配点的大幅提速问题;同时,其还兼容Vectoring技术,并与Vectoring一样具有易于部署、建设周期短和投入小的优点。

NG-Fast技术:继往开来

在G.fast技术趋于成熟的2014年,华为启动了G.fast下一代技术——NG-Fast项目的研究。NG-Fast将面临超高带宽、低时延、低成本和易于部署等需求,那么,NG-Fast采用了哪些新技术和架构来满足这些需求呢?

按照DSL的发展规律,下一代技术的速度通常是前一代的5~10倍,才能满足用户不断增长的带宽需求,比如满足未来8K等视频流的超大带宽需求,即NG-Fast的速率要求高达5~10Gb/s,如何实现如此大的带宽呢?对于单对线接入的场景,频带将要扩宽到500MHz,同时采用更先进的编码和调制技术以提高频谱效率;对于多对线入户的场景,比如两对线入户和4对线入户(Cat5),为了充分利用现有的铜线资源,将采用Phantom模式和MIMO串扰消除技术。Phantom模式可以把两对线路虚拟成3对线路、4对线路虚拟成7对线路,这可以大幅提高速率,或在固定速率的情况下传输得更远。

对DSL承载4K视频的研究结果表明:降低传输时延才能充分发挥大带宽的作用。根据单会话TCP/IP吞吐量的计算公式,TCP/IP吞吐量不仅取决于物理带宽,还取决于TCP/IP报文应答的Roundtrip时间。DSL的时延主要产生于两个方面,第一是存在大规模的交织,第二是DSL的符号长度。NG-Fast要承载比4K视频对时延要求更严格的8K视频等业务,就必须大幅度降低自身传输的时延。因此,NG-Fast不能使用大规模交织且一定要缩短符号长度,以降低时延,满足超低时延的业务。

 

此外,NG-Fast还必须保证相对于FTTH更低的成本,否则人们就会直接使用FTTH了。如何保证相对于FTTH更低的成本呢?NG-Fast的成本由两部分组成:第一是建设成本,第二是运营成本。建设成本又分为设备成本和部署成本,经过多年的努力,FTTH的设备成本已经降低了很多,但依然比DSL高不少;而更让人头痛的不是FTTH的设备成本,而是FTTH的部署成本,其比DSL高出数倍,且仍有上涨的趋势。另一方面,NG-Fast由于线路长度大大缩短,必须很靠近用户,这使得其潜在的部署成本也大幅上涨。因此,必须通过技术架构的革新来降低NG-Fast的部署成本。

华为非常重视NG-Fast部署问题,在NG-Fast项目启动伊始就站在运营商的角度考虑未来的部署问题。前文提到铜线越靠近用户其差异性也越大,如何克服这些差异将是部署NG-Fast的关键。为此,华为专门针对NG-Fast部署的经济性和方便性成立了课题进行研究,提出了虚拟DSLAM的概念。虚拟DSLAM通过将数字信号处理模块上移可以极大地减少体积,从而可以部署在任何不起眼的地方,不需要部署在电话线网络事先预留的地方,预期其将可以较好地解决部署问题。

如何降低NG-Fast的运营成本呢?首先,为了降低运营的电费开支,NG-Fast将改变DSL传统的连续模式,而采用有数据业务需要传输时才发送信号,否则处于休眠状态。另外,由于将数字信号处理的模块上移,NG-Fast的DSLAM非常简单,不需要到现场进行日常维护,甚至不需要日常维护。

纵观铜线发展的历史,铜线通过不断的技术创新、因地制宜的网络架构革新,以及发展新的技术以持续满足人们对带宽的需求。未来,NG-Fast将接过G.fast的接力棒,成为超高速接入技术的重要成员,为铜线宽带接入再造辉煌。

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