eng
Выпуск #5/2015
Й.Мас, П.Спрайт, С.Ванхастел
Технология G.fast преодолевает гигабитный барьер
Технология G.fast преодолевает гигабитный барьер
Просмотры: 2905
Технология G.fast позволяет передавать данные по обычному телефонному кабелю с медными жилами со скоростью 1 Гбит/с, а ее расширение XG-FAST – до нескольких гигабит в секунду
Теги: g.fast vectorization векторизация
Технология G.fast, разработанная для применения на коротких расстояниях, позволяет еще больше увеличивать скорости, достигаемые благодаря векторизации VDSL2, что дает операторам связи возможность экономически эффективно ускорить развертывание сетей доступа архитектуры FTTH (волокно до дома). Фактически, используя возможности G.fast, провайдер может предоставлять услуги FTTH, не прокладывая оптический кабель непосредственно до квартиры или дома.
Лабораторные испытания, проведенные Alcatel-Lucent, продемонстрировали большие широкополосные возможности обычного медного кабеля. Созданный в Bell Labs – научном подразделении компании – прототип новой технологии, получившей название XG-FAST, позволил поставить рекорд скорости: 10 Гбит/с на 30-метровом участке при использовании двух медных пар. При воспроизведении реальной архитектуры с прокладкой оптического кабеля до точки распределения (fiber-to-the-distribution-point, FTTdp) на отрезке одной медной пары длиной 70 м были достигнуты агрегатная скорость 2 Гбит/с и симметричная скорость 1 Гбит/с. Эти испытания подтвердили главное преимущество применения G.fast: на расстоянии 70 м оператор может обеспечить по существующей домовой медной инфраструктуре скорость передачи до квартиры, сопоставимую с той, которая достигается в оптическом волокне (симметричная скорость 1 Гбит/с).
Для достижения рекордных скоростей в ходе испытаний в Bell Labs использовались частоты до 500 МГц, что значительно выше значений, заложенных изначально в стандарт G.fast. Результаты подтвердили как возможность дальнейшего расширения полосы пропускания медной пары, так и то положение, что в ближайшие десятилетия гибридные медно-оптические линии смогут с успехом дополнять чисто оптические соединения.
G.fast и гигабитные скорости по медной паре
Широкое распространение архитектуры FTTH замедляется из-за высокой стоимости и трудоемкости ее развертывания. Зная о трудностях, возникающих при прокладке коммуникаций в траншеях по улицам и придомовым территориям, а также замене внутридомовой проводки, операторы строят свои оптические сети доступа поэтапно, с учетом требований рынка и экономических ограничений. Тем временем под влиянием новых приложений, усиливающейся конкуренции и амбициозных планов государственных структур в сфере ШПД спрос на сверхширокополосный доступ растет.
Сегодня операторы рассчитывают на гигабитные скорости, ставшие возможными благодаря технологии G.fast, которая является значительным шагом вперед по сравнению с VDSL2. Она позволяет ограничить прокладку оптоволокна, доводя его до небольших мультиплексоров (DSLAM) или микроузлов, устанавливаемых на последней перед помещением абонента точке распределения. Эти компактные распределительные узлы могут располагаться в самых разных местах, как внутри, так и вне помещений. Каждый узел обычно обслуживает от 1 до 16 конечных пользователей и подключается к помещению абонента медными линиями длиной около 100 м.
Короткие медные линии, используемые в архитектуре FTTdp, оказались идеальной средой для обеспечения сверхширокополосного доступа. Так, технология VDSL2 с векторизацией использует полосу частот шириной 17 МГц и позволяет достичь агрегатной скорости до 150 Мбит/с на каждой линии. Но медные кабели могут поддерживать значительно большие скорости! Расширенный спектр G.fast (до 106 МГц в фазе 1 и 212 МГц в фазе 2) увеличивает агрегатные скорости в пределах дальности данного стандарта до 500 Мбит/с и 1 Гбит/с. Как показали испытания в Bell Labs, повышение частоты позволит увеличить скорость еще больше.
Не будем забывать, такая ширина спектра эффективна только на коротких линиях. На расстояниях порядка нескольких сот метров затухание в меди для используемых в технологии G.fast частот слишком велико. Поэтому для таких участков предпочтительной технологией остается VDSL2 с векторизацией.
Векторизация остается необходимой
Векторизация 2.0 будет играть ключевую роль в получении операторами всех преимуществ технологии G.fast. Дело в том, что перекрестные помехи между парами, возникающие на высоких частотах, используемых в данной технологии, значительно сильнее, чем в технологии VDSL2. И они практически сводят на нет увеличение емкости, ставшее возможным благодаря G.fast. Для борьбы с этими помехами и реализации потенциала каждой линии и необходима векторизация.
Векторизация позволяет существенно улучшить производительность: если на линиях VDSL2 ее можно увеличить в два раза, то на G.fast – десятикратно.
Преимущества векторизации для технологии G.fast проиллюстрированы на рис.1. Синим цветом показаны скорости G.fast на одиночных линиях, то есть при отсутствии перекрестных помех, при различной длине и физических параметрах (разное сечение, скрутка, изоляция). Красным – падение скорости при добавлении второй линии (обычно на 50–90%). Зеленым – восстановление скорости передачи (практически до уровня одной линии) при включении механизма векторизации.
В большинстве случаев средняя скорость передачи в технологии G.fast с векторизацией немного меньше, чем на одиночной линии. Небольшая разница может объясняться масштабным коэффициентом (gain scaling), который применяется в G.fast для обеспечения совместимости с ограничениями по спектральной плотности мощности. В некоторых случаях (см., например, 100-метровый шлейф на рис.1) скорость при векторизации выше, чем в одиночной линии. Это происходит благодаря тому, что векторизация преобразует энергию перекрестных помех в полезную энергию, тем самым увеличивая отношение сигнал-шум.
Векторизация нужна не для всех вариантов применения G.fast. Если каждое оконечное устройство обслуживается отдельным кабелем, то полная скорость технологии может достигаться и без векторизации. В большинстве же случаев технология G.fast применяется в условиях наличия большого количества линий от разных абонентов, проложенных в непосредственной близости друг от друга. В этом случае для достижения максимально возможной производительности векторизация необходима.
Применение G.fast: индивидуальные и многоквартирные дома и другое
В жилом секторе операторы будут использовать G.fast на участке от точек распределения, расположенных поблизости от конечных пользователей. Такой подход способствует более глубокому проникновению волокна в сеть доступа и сохранению малой длины медных шлейфов, что требуется при внедрении рассматриваемой технологии.
Близость к абоненту также позволяет провайдерам использовать такое преимущество распределительных точек G.fast, как обратная подача питания. В этом случае распределительный узел получает питание от абонентского оборудования по той же телефонной линии, по которой передается сигнал G.fast. Такая конфигурация позволяет оператору избежать необходимости взаимодействия с инженерными службами и прокладки уличных кабельных траншей.
В многоквартирных домах узлы G.fast будут устанавливаться внутри зданий и подключаться к отдельным квартирам при помощи существующей медной проводки. За счет этого вероятность перекрестных помех весьма велика и для их устранения необходимо использовать векторизацию.
Повышение скорости передачи данных в жилых домах позволит операторам улучшить качество своих услуг платного IP-телевидения и более эффективно передавать ОТТ-видео. G.fast улучшает параметры FTTH благодаря поддержке одновременно большего количества видеопотоков и передачи сигнала на такие устройства, как смартфоны и планшеты.
Кроме того, благодаря высокой скорости G.fast эту технологию можно использовать при транспортировке сигналов Wi-Fi и LTE. В сочетании с поддержкой протоколов Network timing reference и Time of day технология G.fast является разумным решением для транспортировки мобильного трафика (бэкхола).
Что, кроме скорости
Кроме высокой производительности и различных вариантов применения, технология G.fast обладает рядом существенных преимуществ. Перечислим некоторые из них.
Гибкое соотношение скорости в восходящем и нисходящем каналах. Использование в G.fast дуплексирования с временным разделением позволяет оператору выбрать любой коэффициент асимметрии нисходящего/восходящего каналов от 90/10 до 30/70.
Поддержка коаксиального кабеля. G.fast эффективно работает с однопользовательским коаксиальным кабелем в конфигурации P2P.
Самостоятельная установка абонентом. Благодаря ускоренной адаптации скорости и эффективной схеме повторной передачи G.fast облегчает абонентам самостоятельную установку. Эти механизмы обеспечивают возможность использования G.fast в любой домашней сети.
Режимы пониженного энергопотребления и методы уменьшения потребляемой мощности. G.fast предусматривает механизмы минимизации потребляемой мощности при неактивности линии, в дежурном режиме, а также при эксплуатации в сложных температурных условиях. Также имеется возможность масштабирования потребляемой мощности в зависимости от реальной пропускной способности.
Простая установка распределительных устройств. Распределительные устройства сконструированы с учетом простоты установки и обслуживания, они не требуют постоянного наблюдения со стороны эксплуатационного персонала.
Непростые вопросы
При внедрении G.fast операторам придется столкнуться с рядом проблем. Так, понадобится обеспечить сосуществование G.fast с радиовещанием в FM-диапазоне, сервисами VDSL2 и цифровым аудиовещанием. Для этого в стандарте G.fast предусмотрена настраиваемая маска спектральной плотности мощности, используемая для вырезания частот, которые могут вызвать помехи в параллельно работающих сервисах. При одновременном использовании новой технологии с VDSL2 оператор может настроить начальную частоту таким образом, чтобы спектрально разделить обе технологии и избежать появления перекрестных искажений.
Обратное питание точек распределения также является непростой задачей. Точки распределения должны извлекать достаточную мощность независимо от того, сколько к ним подключено пользователей и какова нагрузка на них. При этом в условиях постоянной высокой активности при размещении в местах с высоким уровнем инсоляции или при недостаточной естественной вентиляции необходимо позаботиться о теплоотводе.
Хотя перекрестные помехи нельзя назвать новым явлением, для G.fast это весьма существенная проблема, и широкое внедрение этой технологии потребует новых методов борьбы с ними. В нисходящем канале прекодер с линейным усилением обеспечивает баланс между предкомпенсацией сигнала и уровнем мощности передачи в каждой линии. В некоторых случаях мощность передачи снижается в одной линии, чтобы обеспечить соответствие ограничениям по PSD в других линиях. При этом подавление перекрестных искажений должно быть реализовано так, чтобы оно выполнялось для всех линий одновременно.
Готовимся к внедрению
Технология G.fast развивается очень быстро. Серийное оборудование G.fast, готовое к развертыванию, должно появиться уже к концу 2015 года, и в 2016 году ожидается коммерческое развертывание технологии.
Еще раз обратим внимание, что при планировании сетей архитектуры FTTH операторам стоит обратить внимание на G.fast. Она позволит ускорить переход к FTTH и не потребует переподключать каждый индивидуальный дом и каждую квартиру. Подготовку к G.fast провайдеры могут начать с обдумывания того, как обеспечить совместимость с VDSL2. Серьезные шаги на пути к G.fast можно сделать, развернув VDSL2 в варианте FTTdp. Когда технология G.fast будет готова к внедрению, провайдеру останется только заменить микроблоки VDSL2 и начать поставлять абонентам модемы G.fast. ■
Лабораторные испытания, проведенные Alcatel-Lucent, продемонстрировали большие широкополосные возможности обычного медного кабеля. Созданный в Bell Labs – научном подразделении компании – прототип новой технологии, получившей название XG-FAST, позволил поставить рекорд скорости: 10 Гбит/с на 30-метровом участке при использовании двух медных пар. При воспроизведении реальной архитектуры с прокладкой оптического кабеля до точки распределения (fiber-to-the-distribution-point, FTTdp) на отрезке одной медной пары длиной 70 м были достигнуты агрегатная скорость 2 Гбит/с и симметричная скорость 1 Гбит/с. Эти испытания подтвердили главное преимущество применения G.fast: на расстоянии 70 м оператор может обеспечить по существующей домовой медной инфраструктуре скорость передачи до квартиры, сопоставимую с той, которая достигается в оптическом волокне (симметричная скорость 1 Гбит/с).
Для достижения рекордных скоростей в ходе испытаний в Bell Labs использовались частоты до 500 МГц, что значительно выше значений, заложенных изначально в стандарт G.fast. Результаты подтвердили как возможность дальнейшего расширения полосы пропускания медной пары, так и то положение, что в ближайшие десятилетия гибридные медно-оптические линии смогут с успехом дополнять чисто оптические соединения.
G.fast и гигабитные скорости по медной паре
Широкое распространение архитектуры FTTH замедляется из-за высокой стоимости и трудоемкости ее развертывания. Зная о трудностях, возникающих при прокладке коммуникаций в траншеях по улицам и придомовым территориям, а также замене внутридомовой проводки, операторы строят свои оптические сети доступа поэтапно, с учетом требований рынка и экономических ограничений. Тем временем под влиянием новых приложений, усиливающейся конкуренции и амбициозных планов государственных структур в сфере ШПД спрос на сверхширокополосный доступ растет.
Сегодня операторы рассчитывают на гигабитные скорости, ставшие возможными благодаря технологии G.fast, которая является значительным шагом вперед по сравнению с VDSL2. Она позволяет ограничить прокладку оптоволокна, доводя его до небольших мультиплексоров (DSLAM) или микроузлов, устанавливаемых на последней перед помещением абонента точке распределения. Эти компактные распределительные узлы могут располагаться в самых разных местах, как внутри, так и вне помещений. Каждый узел обычно обслуживает от 1 до 16 конечных пользователей и подключается к помещению абонента медными линиями длиной около 100 м.
Короткие медные линии, используемые в архитектуре FTTdp, оказались идеальной средой для обеспечения сверхширокополосного доступа. Так, технология VDSL2 с векторизацией использует полосу частот шириной 17 МГц и позволяет достичь агрегатной скорости до 150 Мбит/с на каждой линии. Но медные кабели могут поддерживать значительно большие скорости! Расширенный спектр G.fast (до 106 МГц в фазе 1 и 212 МГц в фазе 2) увеличивает агрегатные скорости в пределах дальности данного стандарта до 500 Мбит/с и 1 Гбит/с. Как показали испытания в Bell Labs, повышение частоты позволит увеличить скорость еще больше.
Не будем забывать, такая ширина спектра эффективна только на коротких линиях. На расстояниях порядка нескольких сот метров затухание в меди для используемых в технологии G.fast частот слишком велико. Поэтому для таких участков предпочтительной технологией остается VDSL2 с векторизацией.
Векторизация остается необходимой
Векторизация 2.0 будет играть ключевую роль в получении операторами всех преимуществ технологии G.fast. Дело в том, что перекрестные помехи между парами, возникающие на высоких частотах, используемых в данной технологии, значительно сильнее, чем в технологии VDSL2. И они практически сводят на нет увеличение емкости, ставшее возможным благодаря G.fast. Для борьбы с этими помехами и реализации потенциала каждой линии и необходима векторизация.
Векторизация позволяет существенно улучшить производительность: если на линиях VDSL2 ее можно увеличить в два раза, то на G.fast – десятикратно.
Преимущества векторизации для технологии G.fast проиллюстрированы на рис.1. Синим цветом показаны скорости G.fast на одиночных линиях, то есть при отсутствии перекрестных помех, при различной длине и физических параметрах (разное сечение, скрутка, изоляция). Красным – падение скорости при добавлении второй линии (обычно на 50–90%). Зеленым – восстановление скорости передачи (практически до уровня одной линии) при включении механизма векторизации.
В большинстве случаев средняя скорость передачи в технологии G.fast с векторизацией немного меньше, чем на одиночной линии. Небольшая разница может объясняться масштабным коэффициентом (gain scaling), который применяется в G.fast для обеспечения совместимости с ограничениями по спектральной плотности мощности. В некоторых случаях (см., например, 100-метровый шлейф на рис.1) скорость при векторизации выше, чем в одиночной линии. Это происходит благодаря тому, что векторизация преобразует энергию перекрестных помех в полезную энергию, тем самым увеличивая отношение сигнал-шум.
Векторизация нужна не для всех вариантов применения G.fast. Если каждое оконечное устройство обслуживается отдельным кабелем, то полная скорость технологии может достигаться и без векторизации. В большинстве же случаев технология G.fast применяется в условиях наличия большого количества линий от разных абонентов, проложенных в непосредственной близости друг от друга. В этом случае для достижения максимально возможной производительности векторизация необходима.
Применение G.fast: индивидуальные и многоквартирные дома и другое
В жилом секторе операторы будут использовать G.fast на участке от точек распределения, расположенных поблизости от конечных пользователей. Такой подход способствует более глубокому проникновению волокна в сеть доступа и сохранению малой длины медных шлейфов, что требуется при внедрении рассматриваемой технологии.
Близость к абоненту также позволяет провайдерам использовать такое преимущество распределительных точек G.fast, как обратная подача питания. В этом случае распределительный узел получает питание от абонентского оборудования по той же телефонной линии, по которой передается сигнал G.fast. Такая конфигурация позволяет оператору избежать необходимости взаимодействия с инженерными службами и прокладки уличных кабельных траншей.
В многоквартирных домах узлы G.fast будут устанавливаться внутри зданий и подключаться к отдельным квартирам при помощи существующей медной проводки. За счет этого вероятность перекрестных помех весьма велика и для их устранения необходимо использовать векторизацию.
Повышение скорости передачи данных в жилых домах позволит операторам улучшить качество своих услуг платного IP-телевидения и более эффективно передавать ОТТ-видео. G.fast улучшает параметры FTTH благодаря поддержке одновременно большего количества видеопотоков и передачи сигнала на такие устройства, как смартфоны и планшеты.
Кроме того, благодаря высокой скорости G.fast эту технологию можно использовать при транспортировке сигналов Wi-Fi и LTE. В сочетании с поддержкой протоколов Network timing reference и Time of day технология G.fast является разумным решением для транспортировки мобильного трафика (бэкхола).
Что, кроме скорости
Кроме высокой производительности и различных вариантов применения, технология G.fast обладает рядом существенных преимуществ. Перечислим некоторые из них.
Гибкое соотношение скорости в восходящем и нисходящем каналах. Использование в G.fast дуплексирования с временным разделением позволяет оператору выбрать любой коэффициент асимметрии нисходящего/восходящего каналов от 90/10 до 30/70.
Поддержка коаксиального кабеля. G.fast эффективно работает с однопользовательским коаксиальным кабелем в конфигурации P2P.
Самостоятельная установка абонентом. Благодаря ускоренной адаптации скорости и эффективной схеме повторной передачи G.fast облегчает абонентам самостоятельную установку. Эти механизмы обеспечивают возможность использования G.fast в любой домашней сети.
Режимы пониженного энергопотребления и методы уменьшения потребляемой мощности. G.fast предусматривает механизмы минимизации потребляемой мощности при неактивности линии, в дежурном режиме, а также при эксплуатации в сложных температурных условиях. Также имеется возможность масштабирования потребляемой мощности в зависимости от реальной пропускной способности.
Простая установка распределительных устройств. Распределительные устройства сконструированы с учетом простоты установки и обслуживания, они не требуют постоянного наблюдения со стороны эксплуатационного персонала.
Непростые вопросы
При внедрении G.fast операторам придется столкнуться с рядом проблем. Так, понадобится обеспечить сосуществование G.fast с радиовещанием в FM-диапазоне, сервисами VDSL2 и цифровым аудиовещанием. Для этого в стандарте G.fast предусмотрена настраиваемая маска спектральной плотности мощности, используемая для вырезания частот, которые могут вызвать помехи в параллельно работающих сервисах. При одновременном использовании новой технологии с VDSL2 оператор может настроить начальную частоту таким образом, чтобы спектрально разделить обе технологии и избежать появления перекрестных искажений.
Обратное питание точек распределения также является непростой задачей. Точки распределения должны извлекать достаточную мощность независимо от того, сколько к ним подключено пользователей и какова нагрузка на них. При этом в условиях постоянной высокой активности при размещении в местах с высоким уровнем инсоляции или при недостаточной естественной вентиляции необходимо позаботиться о теплоотводе.
Хотя перекрестные помехи нельзя назвать новым явлением, для G.fast это весьма существенная проблема, и широкое внедрение этой технологии потребует новых методов борьбы с ними. В нисходящем канале прекодер с линейным усилением обеспечивает баланс между предкомпенсацией сигнала и уровнем мощности передачи в каждой линии. В некоторых случаях мощность передачи снижается в одной линии, чтобы обеспечить соответствие ограничениям по PSD в других линиях. При этом подавление перекрестных искажений должно быть реализовано так, чтобы оно выполнялось для всех линий одновременно.
Готовимся к внедрению
Технология G.fast развивается очень быстро. Серийное оборудование G.fast, готовое к развертыванию, должно появиться уже к концу 2015 года, и в 2016 году ожидается коммерческое развертывание технологии.
Еще раз обратим внимание, что при планировании сетей архитектуры FTTH операторам стоит обратить внимание на G.fast. Она позволит ускорить переход к FTTH и не потребует переподключать каждый индивидуальный дом и каждую квартиру. Подготовку к G.fast провайдеры могут начать с обдумывания того, как обеспечить совместимость с VDSL2. Серьезные шаги на пути к G.fast можно сделать, развернув VDSL2 в варианте FTTdp. Когда технология G.fast будет готова к внедрению, провайдеру останется только заменить микроблоки VDSL2 и начать поставлять абонентам модемы G.fast. ■
Отзывы читателей
