eng
Выпуск #1/2015
П.Спрайт, С.Ванхастел
Векторизация 2.0: G.fast становится еще быстрее
Векторизация 2.0: G.fast становится еще быстрее
Просмотры: 2929
Рассматриваются инновационные разработки в области векторизации, устраняющие перекрестные помехи в технологии доступа G.fast
Теги: g.fast vectorizing векторизация
Международным союзом электросвязи (МСЭ) разработан и принят стандарт технологии абонентского доступа по медным кабелям связи – G.fast. Его внедрение повышает на абонентской линии длиной менее 250 м совокупную скорость в восходящем и нисходящем каналах до 1 Гбит/с, что сравнимо с использованием абонентских оптоволоконных линий. При этом реализация данного стандарта на действующих абонентских линиях дешевле, чем прокладка оптики непосредственно до дома/квартиры (Fiber to the home, FTTH).
Уже в проекте стандарта G.fast были учтены проблемы, связанные с возможностью возникновения очень сильных перекрестных электромагнитных влияний между парами телефонного кабеля, и необходимость применения векторизации. Однако чтобы полностью понять влияние перекрестных помех на производительность G.fast, потребовались дополнительное тестирование и новые разработки. В ходе исследований, проводившихся в Bell Labs (Научно-исследовательский центр Alcatel-Lucent), специалисты выявили ряд факторов, повышающих сложность использования технологии векторизации для G.fast. Стремление устранить эту сложность легло в основу новых разработок, которые и приведут в результате к появлению нового поколения векторизации – векторизации 2.0.
Работоспособность векторизации 2.0 была впервые подтверждена во время проведенных на сети оператора связи Telekom Austria испытаний опытных технологий, созданных в Bell Labs. В ходе тестирования технологии G.fast на кабеле хорошего качества были достигнуты следующие скорости передачи по одной паре:
1,1 Гбит/с на дистанции 70 м;
800 Мбит/с на 100 м.
Во время испытаний на старых неэкранированных кабелях, которые до сих пор сохранились во многих зданиях в Австрии, при одной активной линии была зафиксирована скорость передачи 500 Мбит/с на расстояние 100 м. При этом после подключения второй линии G.fast из-за перекрестных помех скорость снижалась сразу до 60 Мбит/с! Установка прототипа оборудования с векторизацией 2.0 на линиях G.fast позволила вновь достичь скорости 500 Мбит/с на дистанции 100 м.
Зачем нужен G.fast
Сегодняшний спрос на высокоскоростные услуги связи до предела загружает сети доступа, и отрасль ищет способы устранения очередного "бутылочного горлышка" в полосе пропускания. Решить эту проб-лему обещает стандарт G.fast.
Еще недавно единственным решением упомянутой проблемы с полосой пропускания считалась FTTH. Но с появлением векторизации VDSL2 (см. Первая миля. 2014. № 5. С. 64–67) представления поменялись. Эта инновация изменила рынок: операторы связи во многих странах начали использовать имеющиеся медные кабели для ускорения широкополосного доступа, и "медь" снова стала ценным ресурсом.
Как показано на рис.1, технология VDSL2 работает в диапазоне до 17 МГц. Стандарт G.fast позволит задействовать диапазоны частот до 106 МГц и 212 МГц, существенно расширяя полосу пропускания. Чтобы не допустить излишнего усложнения реализации, битовая нагрузка в G.fast ограничена 12 битами на одну несущую, тогда как в VDSL2 на одну несущую приходится 15 бит.
Вследствие затухания в линии, которое увеличивается с ростом частоты, максимальные значения скорости доступны только на очень коротких расстояниях. Именно поэтому G.fast рассматривает-ся в основном как технология, предназначенная для работы на дистанциях менее 250 м (по кабелям с диаметром жил 0,5 мм).
Инновации против перекрестных помех
В технологии VDSL2 помехи, создаваемые несколькими активными линиями, существенно снижают производительность по сравнению с тем, когда активна только одна абонентская линия. Влияние этих помех, известных как перекрестные влияния на дальнем конце линии, непредсказуемо и ведет к тому, что скорость VDSL2 оказывается значительно ниже возможных 100 Мбит/с. Полностью реализовать потенциал VDSL2 позволяет применение векторизации.
Перекрестные искажения ухудшают производительность и тогда, когда в одном кабеле задействуется несколько линий G.fast. Исследования Bell Labs показывают, что перекрестные искажения значительно сильнее влияют на G.fast по сравнению с VDSL2.
Проблема перекрестных искажений в G.fast кроет-ся в используемых этой технологией очень высоких частотах. В этом частотном диапазоне можно наблюдать в линии помехи, уровень которых сравним с уровнем полезного сигнала. Одна из задач оборудования доступа заключается в том, чтобы сгенерировать компенсационный сигнал, который бы устранял помеху, не выходя при этом за пределы маски спектральной плотности мощности. Для компенсации таких высоких уровней перекрестных искажений нужны более продвинутые алгоритмы.
Используемый в G.fast частотный диапазон в 6–12 раз больше, чем в стандарте VDSL2 17a. И чем шире частотный диапазон, тем больше вычислений в секунду должен выполнять механизм векторизации.
На рис.2 показан пример эффекта векторизации на линиях G.fast в кабеле с высоким уровнем перекрестных помех. Реальные преимущества будут зависеть от длины и качества линии. На рисунке синим цветом показана производительность одной активной линии в кабеле. При активации дополнительных линий G.fast скорость существенно падает (красная линия). Синяя и красная линии представляют собой границы, по которым определяется производительность векторизации.
Векторизация G.fast существенно увеличивает производительность (зеленая линия). Из рис.2 видно, что на дистанции 50 м векторизация увеличивает общую скорость с 250 до 650 Мбит/с. Какой скорости передачи можно достичь в каждой конкретной сети, будет зависеть от состояния ее кабельного хозяйства.
VDSL2 и G.fast
Так как технология G.fast разработана для сверхвысоких скоростей и очень коротких дистанций, она прекрасно подходит для дальнейшего развития подхода, при котором оптоволокно близко доводится до абонента. При этом малые активные узлы устанавливаются максимально близко к абонентам, в любом месте, где оператор сможет подключиться к медному распределительному кабелю. Это может быть у уличного распредшкафа, в здании, на наружной стене дома или в любой промежуточной точке.
Различные модели внедрения рассматриваемых технологий в терминологии FTTx обозначаются как FTTCurb (оптика до распредшкафа), FTTBuilding (до здания), FTTWall (до стены) или же общим названием "оптика до точки распределения" (Fiber to the Distribution Point, FTTdp). Все эти модели объединяют общие характеристики: узлы небольшого размера, очень короткие абонентские медные линии, небольшое число абонентов (несколько десятков), очень высокие скорости передачи. Можно сказать, что они представляют собой эквивалент маломощных беспроводных базовых станций для фиксированной сети.
Типичные варианты выбора между технология-ми векторизации VDSL2 и G.fast будут зависеть от длины линии и количества абонентов:
>200 м. На длинных линиях предпочтительной технологией останется векторизация VDSL2. Технология G.fast для таких дистанций просто не оптимизирована. Стандарт G.fast дает совокупную скорость 150 Мбит/с на расстоянии 250 м при диаметре жилы 0,5 мм. При векторизации VDSL2 можно получить совокупную скорость от 140 до 150 Мбит/с на расстояниях до 400м.
<200 м, несколько абонентов. В варианте с короткими линиями и малым числом абонентов сегодня может использоваться VDSL2 или VDSL2 с векторизацией. В перспективе возможно использование G.fast, но для достижения преду-смотренных этим стандартом высоких скоростей необходима векторизация.
200 м, один абонент. Благодаря высокой скорости передачи и простоте установки вариант с одним абонентом очень хорошо подходит для "обычной" технологии G.fast. До появления коммерчески доступных решений G.fast в таких случаях будет применяться технология VDSL2.
Какую модель FTTx выбрать?
Разные модели внедрения FTTx предлагают разные преимущества. Большинство операторов связи в качестве долгосрочной стратегии выбирают архитектуру FTTH, но для ее внедрения требуются значительные инвестиции и длительные сроки развертывания.
Мы считаем, что операторам следует выбирать модели внедрения, исходя из баланса требующихся инвестиций, сроков выхода на рынок и предполагаемых скоростей передачи.
Расчеты показывают, что модель FTTH примерно в 15 раз дороже, чем предоставление доступа по технологии ADSL из здания АТС. Большая часть этих затрат приходится на строительные работы по созданию новой оптической инфраструктуры и прокладку оптического кабеля в домах. Затраты на строительные работы существенно снижаются при использовании на последней миле унаследованной медной инфраструктуры.
Стоимость различных моделей внедрения зависит от расстояния до конечного пользователя. Чем ближе к абоненту прокладывается оптика, тем ближе стоимость подходит к стоимости FTTH. Так, модель FTTB приблизительно на 30% дешевле, чем FTTH.
Но нельзя забывать, что цена – лишь один их критериев принятия решений. Не менее важен такой параметр, как время выхода на рынок. Сроки развертывания FTTH в национальном масштабе могут легко перешагнуть 10–20 лет, а многие правительства, операторы и абоненты просто не могут себе позволить так долго ждать. Модели FTTx помогут сократить сроки внедрения, так как при этом операторы не перестраивают последнюю милю.
На выбор модели доступа влияют и другие факторы. Так, сделать строительство FTTH значительно дешевле можно, проложив воздушную оптическую линию, что стоит меньше и выполняется быстрее, чем прокладка подземного кабеля. С другой стороны, камнем преткновения, который поднимает цену и удлиняет сроки внедрения FTTH, может стать этап ввода кабеля в дом. Избежать этого и сэкономить время и деньги операторам поможет в краткосрочной перспективе модель FTTWall плюс VDSL2, а в недалеком будущем – G.fast.
Большинство операторов сегодня используют комбинацию архитектур FTTx и FTTH. Это позволяет им в каждом конкретном случае выбрать оптимальный вариант для быстрого и дешевого подключения большего числа абонентов.
Сегодня VDSL2, завтра – G.fast
Ожидается, что первые коммерческие продукты G.fast появятся на рынке в конце 2015 года. Несмотря на то, что технология G.fast пока не доступна операторам, она является естественным продолжением VDSL2. Пока же для максимально рентабельного обслуживания своих абонентов им можно посоветовать использовать векторизацию VDSL2.
Уже в проекте стандарта G.fast были учтены проблемы, связанные с возможностью возникновения очень сильных перекрестных электромагнитных влияний между парами телефонного кабеля, и необходимость применения векторизации. Однако чтобы полностью понять влияние перекрестных помех на производительность G.fast, потребовались дополнительное тестирование и новые разработки. В ходе исследований, проводившихся в Bell Labs (Научно-исследовательский центр Alcatel-Lucent), специалисты выявили ряд факторов, повышающих сложность использования технологии векторизации для G.fast. Стремление устранить эту сложность легло в основу новых разработок, которые и приведут в результате к появлению нового поколения векторизации – векторизации 2.0.
Работоспособность векторизации 2.0 была впервые подтверждена во время проведенных на сети оператора связи Telekom Austria испытаний опытных технологий, созданных в Bell Labs. В ходе тестирования технологии G.fast на кабеле хорошего качества были достигнуты следующие скорости передачи по одной паре:
1,1 Гбит/с на дистанции 70 м;
800 Мбит/с на 100 м.
Во время испытаний на старых неэкранированных кабелях, которые до сих пор сохранились во многих зданиях в Австрии, при одной активной линии была зафиксирована скорость передачи 500 Мбит/с на расстояние 100 м. При этом после подключения второй линии G.fast из-за перекрестных помех скорость снижалась сразу до 60 Мбит/с! Установка прототипа оборудования с векторизацией 2.0 на линиях G.fast позволила вновь достичь скорости 500 Мбит/с на дистанции 100 м.
Зачем нужен G.fast
Сегодняшний спрос на высокоскоростные услуги связи до предела загружает сети доступа, и отрасль ищет способы устранения очередного "бутылочного горлышка" в полосе пропускания. Решить эту проб-лему обещает стандарт G.fast.
Еще недавно единственным решением упомянутой проблемы с полосой пропускания считалась FTTH. Но с появлением векторизации VDSL2 (см. Первая миля. 2014. № 5. С. 64–67) представления поменялись. Эта инновация изменила рынок: операторы связи во многих странах начали использовать имеющиеся медные кабели для ускорения широкополосного доступа, и "медь" снова стала ценным ресурсом.
Как показано на рис.1, технология VDSL2 работает в диапазоне до 17 МГц. Стандарт G.fast позволит задействовать диапазоны частот до 106 МГц и 212 МГц, существенно расширяя полосу пропускания. Чтобы не допустить излишнего усложнения реализации, битовая нагрузка в G.fast ограничена 12 битами на одну несущую, тогда как в VDSL2 на одну несущую приходится 15 бит.
Вследствие затухания в линии, которое увеличивается с ростом частоты, максимальные значения скорости доступны только на очень коротких расстояниях. Именно поэтому G.fast рассматривает-ся в основном как технология, предназначенная для работы на дистанциях менее 250 м (по кабелям с диаметром жил 0,5 мм).
Инновации против перекрестных помех
В технологии VDSL2 помехи, создаваемые несколькими активными линиями, существенно снижают производительность по сравнению с тем, когда активна только одна абонентская линия. Влияние этих помех, известных как перекрестные влияния на дальнем конце линии, непредсказуемо и ведет к тому, что скорость VDSL2 оказывается значительно ниже возможных 100 Мбит/с. Полностью реализовать потенциал VDSL2 позволяет применение векторизации.
Перекрестные искажения ухудшают производительность и тогда, когда в одном кабеле задействуется несколько линий G.fast. Исследования Bell Labs показывают, что перекрестные искажения значительно сильнее влияют на G.fast по сравнению с VDSL2.
Проблема перекрестных искажений в G.fast кроет-ся в используемых этой технологией очень высоких частотах. В этом частотном диапазоне можно наблюдать в линии помехи, уровень которых сравним с уровнем полезного сигнала. Одна из задач оборудования доступа заключается в том, чтобы сгенерировать компенсационный сигнал, который бы устранял помеху, не выходя при этом за пределы маски спектральной плотности мощности. Для компенсации таких высоких уровней перекрестных искажений нужны более продвинутые алгоритмы.
Используемый в G.fast частотный диапазон в 6–12 раз больше, чем в стандарте VDSL2 17a. И чем шире частотный диапазон, тем больше вычислений в секунду должен выполнять механизм векторизации.
На рис.2 показан пример эффекта векторизации на линиях G.fast в кабеле с высоким уровнем перекрестных помех. Реальные преимущества будут зависеть от длины и качества линии. На рисунке синим цветом показана производительность одной активной линии в кабеле. При активации дополнительных линий G.fast скорость существенно падает (красная линия). Синяя и красная линии представляют собой границы, по которым определяется производительность векторизации.
Векторизация G.fast существенно увеличивает производительность (зеленая линия). Из рис.2 видно, что на дистанции 50 м векторизация увеличивает общую скорость с 250 до 650 Мбит/с. Какой скорости передачи можно достичь в каждой конкретной сети, будет зависеть от состояния ее кабельного хозяйства.
VDSL2 и G.fast
Так как технология G.fast разработана для сверхвысоких скоростей и очень коротких дистанций, она прекрасно подходит для дальнейшего развития подхода, при котором оптоволокно близко доводится до абонента. При этом малые активные узлы устанавливаются максимально близко к абонентам, в любом месте, где оператор сможет подключиться к медному распределительному кабелю. Это может быть у уличного распредшкафа, в здании, на наружной стене дома или в любой промежуточной точке.
Различные модели внедрения рассматриваемых технологий в терминологии FTTx обозначаются как FTTCurb (оптика до распредшкафа), FTTBuilding (до здания), FTTWall (до стены) или же общим названием "оптика до точки распределения" (Fiber to the Distribution Point, FTTdp). Все эти модели объединяют общие характеристики: узлы небольшого размера, очень короткие абонентские медные линии, небольшое число абонентов (несколько десятков), очень высокие скорости передачи. Можно сказать, что они представляют собой эквивалент маломощных беспроводных базовых станций для фиксированной сети.
Типичные варианты выбора между технология-ми векторизации VDSL2 и G.fast будут зависеть от длины линии и количества абонентов:
>200 м. На длинных линиях предпочтительной технологией останется векторизация VDSL2. Технология G.fast для таких дистанций просто не оптимизирована. Стандарт G.fast дает совокупную скорость 150 Мбит/с на расстоянии 250 м при диаметре жилы 0,5 мм. При векторизации VDSL2 можно получить совокупную скорость от 140 до 150 Мбит/с на расстояниях до 400м.
<200 м, несколько абонентов. В варианте с короткими линиями и малым числом абонентов сегодня может использоваться VDSL2 или VDSL2 с векторизацией. В перспективе возможно использование G.fast, но для достижения преду-смотренных этим стандартом высоких скоростей необходима векторизация.
200 м, один абонент. Благодаря высокой скорости передачи и простоте установки вариант с одним абонентом очень хорошо подходит для "обычной" технологии G.fast. До появления коммерчески доступных решений G.fast в таких случаях будет применяться технология VDSL2.
Какую модель FTTx выбрать?
Разные модели внедрения FTTx предлагают разные преимущества. Большинство операторов связи в качестве долгосрочной стратегии выбирают архитектуру FTTH, но для ее внедрения требуются значительные инвестиции и длительные сроки развертывания.
Мы считаем, что операторам следует выбирать модели внедрения, исходя из баланса требующихся инвестиций, сроков выхода на рынок и предполагаемых скоростей передачи.
Расчеты показывают, что модель FTTH примерно в 15 раз дороже, чем предоставление доступа по технологии ADSL из здания АТС. Большая часть этих затрат приходится на строительные работы по созданию новой оптической инфраструктуры и прокладку оптического кабеля в домах. Затраты на строительные работы существенно снижаются при использовании на последней миле унаследованной медной инфраструктуры.
Стоимость различных моделей внедрения зависит от расстояния до конечного пользователя. Чем ближе к абоненту прокладывается оптика, тем ближе стоимость подходит к стоимости FTTH. Так, модель FTTB приблизительно на 30% дешевле, чем FTTH.
Но нельзя забывать, что цена – лишь один их критериев принятия решений. Не менее важен такой параметр, как время выхода на рынок. Сроки развертывания FTTH в национальном масштабе могут легко перешагнуть 10–20 лет, а многие правительства, операторы и абоненты просто не могут себе позволить так долго ждать. Модели FTTx помогут сократить сроки внедрения, так как при этом операторы не перестраивают последнюю милю.
На выбор модели доступа влияют и другие факторы. Так, сделать строительство FTTH значительно дешевле можно, проложив воздушную оптическую линию, что стоит меньше и выполняется быстрее, чем прокладка подземного кабеля. С другой стороны, камнем преткновения, который поднимает цену и удлиняет сроки внедрения FTTH, может стать этап ввода кабеля в дом. Избежать этого и сэкономить время и деньги операторам поможет в краткосрочной перспективе модель FTTWall плюс VDSL2, а в недалеком будущем – G.fast.
Большинство операторов сегодня используют комбинацию архитектур FTTx и FTTH. Это позволяет им в каждом конкретном случае выбрать оптимальный вариант для быстрого и дешевого подключения большего числа абонентов.
Сегодня VDSL2, завтра – G.fast
Ожидается, что первые коммерческие продукты G.fast появятся на рынке в конце 2015 года. Несмотря на то, что технология G.fast пока не доступна операторам, она является естественным продолжением VDSL2. Пока же для максимально рентабельного обслуживания своих абонентов им можно посоветовать использовать векторизацию VDSL2.
Отзывы читателей
