G.fast技術研究與應用

鮑志平

摘 要 G.fast是一種基于現有電話網絡銅線的千兆寬帶接入技術，具有高頻帶、時分雙工、矢量化等關鍵技術，主要應用于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有VDSL網絡提供了一種可選的低成本解決方案。

關鍵詞 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高清網絡視頻業務的發展，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。而在歐洲的一些發達國家，由于人工昂貴、居住分散，光纖入戶改造困難、建設成本高等原因，運營商無法通過全網光纖改造來替換現有的DSL網絡進行寬帶提速。

G.fast技術的出現，為運營商提供了一個替代方案：運營商將光纖網絡前移到靠近用戶的街邊分配點或樓道內，再通過G.fast技術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的帶寬性能。既提升了接入帶寬，又利用了現有的銅線資源，且改造施工作少，相比FTTH改造成本較少。

1 G.fast技術及相關標準

G.fast是一種利用電話線傳輸的千兆寬帶接入技術，可以在250米以下的短距離上提供高達2Gbps的上下行總帶寬。部署應用于靠近用戶端的光纖分配點（光纖到分配點，FTTdp）或樓道地下室（光纖到建筑物，FTTB）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月先后發布了G.fast功率譜密度規范（ITU-T G.9700）與G.fast物理層規范（ITU-T G.9701）的正式版本，這是G.fast的兩個核心規范文件。除了G.9700與G.9701規范外，還有其它一些G.fast相關的規范。如，ITU-T G.997.2為G.fast傳輸系統的物理層管理規范。DSL鏈路握手規范ITU-T G.994.1也增加了對G.fast的支持。

2 G.fast關鍵技術點

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能夠傳輸的距離要比VDSL2短，一般應用于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系統共存。

2.2調制（Modulation）

與ADSL2+與VDSL2一樣，G.fast使用離散多音調（DMT）調制來調制數據，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頻率子載波可以調制至多12比特數據。相比VDSL2每個子載波可以調制15比特數據，G.fast每個子載波可調制的數據降低，降低了系統復雜性。

2.3時分雙工（Time Division Duplex）

G.fast使用時分雙工（TDD）技術來實現上下行信道的劃分及報文傳輸，而傳統ADSL2+或VDSL2使用頻分雙工（FDD）技術，通過劃定不同的上下行頻帶來區分上下行傳輸。

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。通過調整TDD幀中上行與下行的發送時間比例，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，需要更強的系統處理能力與更先進的算法。

3 G.fast技術應用

3.1 G.fast技術應用距離

G.fast技術使用最高212MHz的頻帶來承載數據傳輸，達到更高的傳輸速率。ITU-T G.9701規范的目標是：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實測速率數據遠高于標準要求。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業務應用的帶寬要求。

3.2 G.fast技術應用方案

G.fast技術應用的基本網絡單元包括：G.fast接入側設備（DPU）與G.fast用戶側設備（CPE）。DPU通過光纖接入CO機房，通過電話線連接CPE，實現光網絡到銅線網絡的轉換。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、節能低功耗設計，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能夠支持遠程狀態監控與配置管理，而不需要現場維護處理。

3.3 G.fast技術現網部署

G.fast技術主要應用于FTTdp與FTTB場景，替代現有的VDSL2技術，實現對VDSL2的升級。為了實現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絡遷移方案，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部署G.fast DPU，將接入網絡前移；

（2）將現有的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技術應用的優點與不足

G.fast是一種新的DSL技術，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，上下行帶寬可活配置，可適應更多業務場景；（3）G.fast可與VDSL2共存，能夠從VDSL2平滑演進到G.fast；（4）G.fast在功耗與復雜度方面也有降低。

G.fast在銅線上實現了1Gbps以上的接入速率，應用于FTTdp與FTTB，與FTTH相比，（1）G.fast可以利用現有用戶銅線資源，實現從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）相比光纖網絡，銅線傳輸容易受到外部干擾。

4總結

G.fast作為一種新的DSL寬帶接入技術，在銅線實現了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，實現對現有的VDSL網路的平滑升級。在英國、瑞士、日本等國已經開始商用部署，并且全世界VDSL的應用非常廣泛，未來會有很多國家和地區的大量VDSL網絡需要進行提速升級，G.fast技術應用前景可期。

參考文獻

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[5] ITU-T G.994.1，Handshake procedures for digital subscriber line transceivers[S].

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