超宽带接入技术的演进

吴忠胜+余钢

摘要：在过去的二十年里，科学技术得到飞速发展，对人类的生活产生了极大的影响，其中宽带接入技术的突飞猛进带给我们的变化尤为明显。如今我们可以“宅”在家里完成诸如购物、娱乐、教育、工作、医疗和交友等几乎所有以往覆盖室内和室外进行的社会活动，这是二十年前普通民众无法想象的，而这一切与我们家中“给力”的宽带接入网络密不可分。

【关键词】超宽带 接入演进

1 宽带接入速率之演进

在二十世纪九十年代，第一代宽带接入业务可提供速率范围从几百Kbps到几Mbps，多年来，基于双绞线的DSL技术的不断发展使接入能力有了指数级的增长。新技术的发展促进了新业务的不断提供：ADSL适用于早期的网上浏览业务，随后出现的VDSL技术适用于视频业务。当许多人认为DSL技术至此已经到达发展终点的时候，Vectoring技术的出现又使VDSL技术所提供的信号质量获得极大的改善，使接入速率提升到了lOOMbps，可为家庭用户提供多路高清视频业务。Vectoring即矢量化技术可以消除在同一捆双绞线线对之问的串扰（该技术受启发于无线通讯使用过的干扰抵消技术）。最新的DSL标准，Vplus和G.fast，即将进行部署，Vplus使双绞线单线对上的速率达到300Mbps，基于矢量化技术架构，使其能够兼容现有的VDSL2。结合优化的vectoring矢量技术，G.fast提供了超宽带传输速率，使速率能够到达Gbps。而这还未达到铜线的上限，实验证明在铜线上也能把接入速率再提升一个数量级，达到lOGbps，这就是XG-Fast技术。

同样地，高带宽和高清视频业务驱动着有线电缆网络的不断创新。图1显示的是每一代基于有线同轴线业务集成规范（DOCSISTM）标准的数据承载接入技术的下行带宽能力。图中所示的接入带宽是用户的瞬时峰值速率（一个用户可以使用所有的带宽），而每用户可持续使用的速率远低于最大速率（例如，当10个用户同时使用网络时，每个用户只能使用最大速率的10%）。在1997年，DOC，SISl.0定义了第一个非专用高速率数据业务网络基础设施，可提供网络浏览业务，最新的DOCSIS

3.1标准能将下行带宽提高到lOGbps，将上行带宽提高到lGbps，其原因是采用更宽的下行频谱（1GHz或者更高）和上行频谱（高达200MHz），同时引入了已经广泛应用于DSL和无线中的正交频分复用技术（OFDM），一种改进了频谱利用率的信号格式。

BPON技术以APON技术为基础，BPON技术在1998年进行了标准化，它在波长上为视频通道叠加了一个射频（RF）。随后的技术标准以太网无源光纤技术EPON和吉比特无源光纤技术GPON分别提供了下行IGbps和2.5Gbps的可共享带宽。这些技术目前得到了广泛的部署和应用。随着“千兆入户”口号的提出，10GPON的规模部署己进入快车道。出于保护原有投资及平滑过渡的考虑，原则上原EPON网络升级为10GEPON，GPON网络向XG-PON演进。国际电信联盟ITU-T顺应形势又于2016年推出了lOGbps/lOGbps上下行对称的XGS标准。这些技术可以允许更多的用户共享PON网络（例如分光比可以到达1：128），也可以同时为家庭用户、企业用户和回程业务提供业务支持，它们将会成为未来五年内逐步替换現网GPON和EPON的主流技术。与此同时，下一代PON技术也进入了试点阶段，NG-PON2采用四个lOGbps波长的堆叠和波分复用（TWDM）的技术方案，使带宽能够达到40Gbps如果能找到经济有效的方法，采用纯TDM系列比特率，支持40Gbps带宽的PON技术（XLG-PON）其应用是可以期待的。

2 宽带接入构架的演进

持续增长的数据速率极大地影响了接入网络的架构的发展。DSL速率越高，所需要占用传输频带就越高。（比如ADSL需要1MHz的频带；VDSL需要8-17MHz的频带，Vplus需要34MHz频带，G.fast需要106MHz乃至212MHz的频带，XG-fast需要500MHz频带）。Vplus是最近除了DSL家族以外的通过将频带加倍来提供更高速率且其机柜离用户侧更近的一项技术，而G.fast则采用了更高频段（分两个阶段实现，第一阶段扩展到106MHz，第二阶段扩展到212MHz），需要在街边或者地下室放置分配单元。最新一代的XG-fast由于把频段扩展到了500MHz，要达到lOGbps的接入速率，双绞线距离当控制在30米之内，也就是说交接箱或分线盒需安装在用户家门口。由此看来，光纤的远端节点越来越靠近用户的趋势愈发明显。

由于高带宽有效覆盖距离的减少，超带宽铜线技术必须结合光纤共同为终端用户提供接入，如今形形色色的FTTx方案正是两者相辅相成灵活适配部署场景的体现。常见的名词有FTTB（光纤到大楼）、FTTC（光纤到交接箱）、FTTDp<光纤到分配点，通常为楼道或门口）和FTTN（光纤到节点，通常为中高容量的xDSL插卡式设备），其区别在于光纤和铜线交接点的位置距离最终用户的远近不同。

同样的演进也正发生在无线网络中，宏站（大概1公里的覆盖半径）正在转向小站（大于500米的小区半径）。因此，超带宽的铜线接入（不论是DSL还是同轴线网络）和超带宽无线接入都在向着非常相似的网络架构和用户的覆盖距离演进，未来相融合的趋势已经很明显，两者将相互依存，提升用户的接入体验。

最终，在未来的超宽带接入网络将是一个融合各种接入技术，将更高的带宽采用最经济的模式提供给最终用户，不断打破固网和移动网的屏障并且融入SDN/NFV等技术，快速高效的为最终用户提供各种新型业务，迎接5G和云时代的到来。endprint