G.fast技术研究与应用

鲍志平

摘 要 G.fast是一种基于现有电话网络铜线的千兆宽带接入技术，具有高频带、时分双工、矢量化等关键技术，主要应用于FTTdp（光纤到分配点）与FTTB（光纤到建筑物）的使用场景，为电信运营商升级现有VDSL网络提供了一种可选的低成本解决方案。

关键词 快速接入用户终端 时分双工 矢量化

中图分类号：TN913.8 文献标识码：A

0引言

随着4K高清网络视频业务的发展，人们对于宽带接入的带宽要求越来越高。在中国FTTH或FTTB已经替代基于电话线的DSL宽带接入为家庭用户提供100M或更高的带宽。而在欧洲的一些发达国家，由于人工昂贵、居住分散，光纤入户改造困难、建设成本高等原因，运营商无法通过全网光纤改造来替换现有的DSL网络进行宽带提速。

G.fast技术的出现，为运营商提供了一个替代方案：运营商将光纤网络前移到靠近用户的街边分配点或楼道内，再通过G.fast技术利用原有的电话线为用户提供宽带入户，在较短距离为用户提供与光纤接入相当的带宽性能。既提升了接入带宽，又利用了现有的铜线资源，且改造施工作少，相比FTTH改造成本较少。

1 G.fast技术及相关标准

G.fast是一种利用电话线传输的千兆宽带接入技术，可以在250米以下的短距离上提供高达2Gbps的上下行总带宽。部署应用于靠近用户端的光纤分配点（光纤到分配点，FTTdp）或楼道地下室（光纤到建筑物，FTTB）的场景。

G.fast标准于2011年由ITU-T开始研究制定，于2014年4月和12月先后发布了G.fast功率谱密度规范（ITU-T G.9700）与G.fast物理层规范（ITU-T G.9701）的正式版本，这是G.fast的两个核心规范文件。除了G.9700与G.9701规范外，还有其它一些G.fast相关的规范。如，ITU-T G.997.2为G.fast传输系统的物理层管理规范。DSL链路握手规范ITU-T G.994.1也增加了对G.fast的支持。

2 G.fast關键技术点

2.1频带（Bandwidth）

G.fast使用106MHz和212MHz的频谱，相比VDSL2所常用的17MHz频谱配置，显著增加了带宽。由于信号频率提高，长距离传输信号衰减加大，G.fast能够传输的距离要比VDSL2短，一般应用于250米以下的场景。

G.fast可以配置频带的起始频率与终止频率，起始频率最低为2.2MHz，能够与ADSL2+和VDSL2系统共存。

2.2调制（Modulation）

与ADSL2+与VDSL2一样，G.fast使用离散多音调（DMT）调制来调制数据，G.fast的106MHz与 212MHz频带分别划分出2048与4096个DMT子载波，每个DMT子载波的频宽51.75kHz，每个DMT频率子载波可以调制至多12比特数据。相比VDSL2每个子载波可以调制15比特数据，G.fast每个子载波可调制的数据降低，降低了系统复杂性。

2.3时分双工（Time Division Duplex）

G.fast使用时分双工（TDD）技术来实现上下行信道的划分及报文传输，而传统ADSL2+或VDSL2使用频分双工（FDD）技术，通过划定不同的上下行频带来区分上下行传输。

G.fast的每个TDD帧中包括上行与下行两部分，上下行传输通过保护间隔隔开。TDD帧的总时长固定，由上行传输时间与下行传输时间，再加上固定的保护间隔组成。通过调整TDD帧中上行与下行的发送时间比例，可以改变上下行的带宽。G.fast下行与上行带宽比例可调范围：从9：1至1：9。

2.4矢量化（Vectoring）

当一组铜缆中有多对G.fast线路同时工作时，也存在串扰影响性能，G.fast矢量化技术的作用是消除线路的远端串扰（FEXT），提高线路性能。

矢量化最初由ITU-T G.993.5规范定义，也称为G.Vector，是为了解决VDSL2多线对同时工作时，线对间远端串扰导致其性能远低于单一线对的问题。研究表明G.fast线路间的串扰比VDSL2更大，原因是G.fast使用了比VDSL2更高的频率与更宽的频带，6至12倍于VDSL2 17a。这意味着G.fast的矢量化引擎每秒需要完成更多的计算，需要更强的系统处理能力与更先进的算法。

3 G.fast技术应用

3.1 G.fast技术应用距离

G.fast技术使用最高212MHz的频带来承载数据传输，达到更高的传输速率。ITU-T G.9701规范的目标是：使用0.5 mm直径的线对与106 MHz配置文件时，不同距离的上下行总速率见表1。

在G.fast产品实测中，使用0.5mm直径的双绞线与106MHz配置时，G.fast实测速率数据远高于标准要求。在400米距离时上下行总速率仍可达200Mbps，可以满足目前大多数业务应用的带宽要求。

3.2 G.fast技术应用方案

G.fast技术应用的基本网络单元包括：G.fast接入侧设备（DPU）与G.fast用户侧设备（CPE）。DPU通过光纤接入CO机房，通过电话线连接CPE，实现光网络到铜线网络的转换。DPU可以支持单个或多个铜线线路接入，一般不超过16路。DPU部署在靠近用户的光纤分配点，或楼道、地下室等位置，一般采用微型化、节能低功耗设计，能够支持反向供电与电池备份供电，当DPU无法直接供电或供电中断时，能够保证DPU正常工作。DPU能够支持远程状态监控与配置管理，而不需要现场维护处理。

3.3 G.fast技术现网部署

G.fast技术主要应用于FTTdp与FTTB场景，替代现有的VDSL2技术，实现对VDSL2的升级。为了实现VDSL2平滑升级到G.fast，DPU需要同时支持VDSL2与G.fast接入。运营商可以灵活地安排网络迁移方案，或整体迁移，或分批迁移。

迁移过程：

（1）在靠近用户的分配点或建筑内部署G.fast DPU，将接入网络前移；

（2）将现有的VDSL2 用户线路逐步从VDSL MDU迁移到G.fast DPU下；

（3）当所有用户都从VDSL MDU下迁移到G.fast DPU时，迁移完成。

3.4 G.fast技術应用的优点与不足

G.fast是一种新的DSL技术，与VDSL2相比，G.fast：（1）建链速率最大可达上下行2G，能够为用户提供更高的带宽；（2）G.fast采用TDD技术，上下行带宽可活配置，可适应更多业务场景；（3）G.fast可与VDSL2共存，能够从VDSL2平滑演进到G.fast；（4）G.fast在功耗与复杂度方面也有降低。

G.fast在铜线上实现了1Gbps以上的接入速率，应用于FTTdp与FTTB，与FTTH相比，（1）G.fast可以利用现有用户铜线资源，实现从VDSL2到G.fast的平滑升级，而不需要对用户建筑重新开孔布线，降低了升级施工成本；（2）G.fast与VDSL2接入方法相同，用户可主安装，降低了装维成本。

G.fast也存在一些不足：（1）传输距离比较短；（2）相比光纤网络，铜线传输容易受到外部干扰。

4总结

G.fast作为一种新的DSL宽带接入技术，在铜线实现了1Gbps以上的接入速率，为运营商提供了FTTH的一个低成本替代解决方案FTTdp，实现对现有的VDSL网路的平滑升级。在英国、瑞士、日本等国已经开始商用部署，并且全世界VDSL的应用非常广泛，未来会有很多国家和地区的大量VDSL网络需要进行提速升级，G.fast技术应用前景可期。

参考文献

[1] ITU-T G.9701，Fast access to subscriber terminals – Physical layer specification[S].

[2] ITU-T G.9700，快速接入用户终端–功率频谱密度规范[S].

[3] ITU-T G.997.2，Physical layer management for G.fast transceivers[S].

[4] ITU-T G.998.4，Improved impulse noise protection for digital subscriber line （DSL） transceivers[S].

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

[6] ITU-T G.993.5，Self-FEXT cancellation （vectoring） for use with VDSL2 transceivers[S].