新技术助力铜线进入千兆时代
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作者: 曹江海
【摘要】Vectoring以及Giga DSL新技术使传统铜线在FTTX时代焕发了新的生命力，使得基于DSL的高带宽建网模式得以继续延伸，在帮助运营商打造一张超带宽的高速网络的同时，还实现了利用现有资源进行快速的网络建设。
【关键词】新技术；铜线；千兆时代
前言
网络在现实生活中无处不在，宽带接入的业务需求已由网页浏览迅速转换为在线视频业务，高清视频、3D视频等业务的出现和普及，又对接入带宽提出了呈数量级增长的需求。目前20-50Mbps接入带宽正在普及，未来100Mbps及更高接入带宽必将成为主流。但是，现有的DSL接入技术已经无法满足飞速增长的带宽需求；ADSL+2最高能支持25Mbps的接入带宽，VDSL2理论带宽能达到下行100Mbps，但受线路间串扰的影响，实际带宽只有50Mbps左右。
另一方面，MSO利用DOCSIS3.0等技术，能够通过有线电视网络实现宽带接入到户，在同轴电缆介质上提供超过200Mbps的接入带宽，超过了DSL的带宽提供能力，对电信运营商产生了巨大的竞争压力，电信运营商通过光纤入户（FTTH）虽可提供超过100Mbps的接入带宽，但受到入户困难和线路布放成本的限制，难以面向全网提供宽带业务覆盖。
如何最经济、最快速地提供高带宽的网络，成为固网运营商面临的最大挑战。而新铜线建设模式逐渐成为运营商的关注热点。
一、Giga DSL技术使铜线接入进入千兆时代
固网运营商拥有大量的铜线和管线资源，这些是固网运营商的生存之本。在经历了语音时代和ADSL宽带时代之后，迎来了新铜线时代。凭借新的铜线技术如Vectoring以及Giga DSL，铜线带宽从8M迅速提升到100Mbps-1Gbps，Giga DSL使铜线接入进入千兆时代。
在FTTX时代初期，运营商普遍认为FTTH是最佳建设方案，但随着FTTH投资巨大，入户施工困难等问题的凸显，不少运营商开始犹豫和徘徊。对于电信运营商来说，充分利用现有铜线资源和新的DSL技术，是实现超高带宽接入的最高效的解决方案，目前国内华为首台样机实验室实测数据表明，单线对0.5mm线径的铜线在200m距离时，上下行总速率可以达到550Mbps；在100m距离时，甚至可以达到1Gbps。可以说，Giga DSL技术将迅速成为行业热点。
二、Giga DSL关键技术助力铜线实现千兆接入
2.1 频带扩展直接提升接入速率
当铜线距离相同时，更宽的接入频带会直接提升接入速率。VDSL2使用的最高频带是30Mhz，还具备扩展到200Mhz的能力，可提供更高的下行速率。
VDSL2使用频分复用的FDD-DFDM作为调制和双工技术，可用不同频带同时进行上下行数据传输。这种方式的局限是发送信号会作为回波进入接收器，当频带较高时，影响更为明显，会严重损害接收器的性能。
Giga DSL使用比VDSL2更高的接入频带，但采用了时分复用的TDD-OFDM调制和双工方式解决回波干扰。这种方式分配不同的时隙给上下行进行数据传输，收发器在不同时段进行信号发送和接收的切换。TDD-OFDM增强了抗回拨干扰能力，避免了设计复杂的电路抑制回波；降低了数模—模数转换的设计要求；其发送器和接收器共用时频变换模块，减少了实现的复杂度。TDD-OFDM还可调节上下行时隙的比例。能很容易地改变上下行速率比，有利于带宽的分配和管理。
2.2 减少子载波数降低复杂度
为了避免物理层的高复杂度，在接入频带增加的同时，OFDM子载波的间隔需要增加，以减少载波的数目。相对于VDSL2的4096个子载波，Giga DSL采用了2048个子载波，方案更加简单。Giga DSL选择的OFDM子载波间隔为VDSL2子载波间隔4.3125Khz的12倍，这样可确保与传统DSL技术兼容。
2.3 非连续模式降低功耗
Giga DSL发送信号的总功率和线路驱动器功耗是较低的，但由于频带很宽，数字信号处理器和数模—模数转换的功耗将变大。当速率较低时，Giga DSL将采用非连续模式关闭部分时隙，不发送信号。此时发送侧和接收侧不需要进行任何解调处理，数字信号处理器、数模—模数转换器、线路驱动器都可以关闭或进入休眠模式，以实现节能。因此，相比ADSL2+/VDSL2接近100毫瓦的发送信号功率，Giga DSL发送信号功率仅为1毫瓦。
2.4 后向兼容ADSL2+/VDSL2
Giga DSL在技术上兼容ADSL2+/VDSL2。从已经布放ADSL/VDSL2的网络向Giga DSL升级的过程中，部分用户希望保留其原有的DSL业务。Giga DSL的兼容性能支持网络的平滑升级，可满足用户的这个要求，有利于部署。
2.5 Giga DSL的价值及发展前景
Giga DSL技术使用单线对铜线，提供高达1Gbps的超高传输速率，能够帮助运营商满足用户需求，提升收入和盈利，获得比MSO更大的带宽竞争优势。同时，Giga DSL具备抗干扰能力强，发送功率低，后向兼容等特性。为后续铜线持续升级和演进，延长生命周期，提供了有力的支撑。
基于上述特点，适合部署Giga DSL的场景一般应同时具备以下条件：首先是入户段已铺设双绞线，Giga DSL可以避免光纤入户的复杂、高难度施工并大幅降低网络部署成本；其次是接入设备距离最终用户不超过200m。这样一来，Giga DSL能充分发挥其带宽提供能力，具有较大的竞争优势；第三是覆盖用户较少，一般不超过50个用户，设备数量多，而且要求小容量、低成本、环境适应力强、维护简单的场景。
在未来的应用中，很可能存在其它DSL技术和Giga DSL共存的场景，我们需要进一步研究相互之间的线路串扰影响和消除方式。另外，Giga DSL应用场景也对供电和维护提出了更高的要求，需要我们更深入地研究，已获得实用的解决方案。 Giga DSL技术使得电信运营商在未来能充分利用已有的铜线资源，高效率地为用户提供超高带宽接入。
这对于拥有大量铜线资源的运营商来说是个利好消息，以至于部分之前一直开始动摇，考虑在合适的地区采用铜线和光纤混合模式建网，仅2012年全球就有8家运营商从纯光模式转向光铜协同模式建网。
英国电信在2008年已经开始建设FTTH和FTTC的商用试验局。在对工程实施和商业模型进行了仔细分析后，英国电信发现FTTH的建设投资是FTTC的五倍，在现阶段全面建设FTTH的商业模型不成立。而FTTC可以充分利用现网铜线资源，结合交接箱分布，通过光纤到室外站点，再由室外站点经铜线通过VDSL2提供最后1公里的超宽带接入。
目前，英国电信已全面展开FTTC的超宽带建设。英国电信建设FTTH的另一个压力来自于光纤入户，在居住相对稀疏，以别墅场景（House）为主的英国，无论是架空走线还是穿过花园地下走线都涉及巨大的人工投入，英国电信目前在标准组织力推FTTD/Giga DSL，希望最后一段接入仍通过铜线来减少入户工程，并利用Giga DSL新技术达到G比特的高带宽。
三、Vectoring标准已成熟
随着新铜线成为越来越多运营商的主流建设模式，Vectoring也逐步走向商用。Vectoring的主要原理是在同一捆线缆中把影响速率的远端串扰，通过计算在发送信号时就抵消这些串扰。这样，VDSL2就能得到近似无串扰的最高速率。因此，Vectoring技术近年来得到诸多运营商的认可，并逐步走向规模商用。
为促进Vectoring的进一步成熟和应用，ITU-T在2010年推出了G.993.5技术标准。并对G.993.2、G.994.1、G.997.1等已有标准进行了相应的修订或增补。BBF（Broadband Forum）则比较关心Vectoring在性能、测试、互通、运维管理等相关领域的发展。此外，中国、北美等地可能也会制定类似的地区性Vectoring标准或规范。
四、新技术为铜线焕发新的生命力
随着VDSL2、Vectoring、Giga DSL等新兴技术的迅猛发展，传统的双绞线又一次焕发了生机，这无疑给苦苦纠结于FTTH建设的运营商提供了另外一种选择—FTTB/C。
对于传统的铜线接入运营商而言，采用FTTB/FTTC/FTTH混合建网模式，有几点好处：第一、现网大量的双绞线可以继续使用，避免投资浪费；第二、无需重新铺设光纤，解决入户难题，上市快、回报快；第三、给现有的基于铜线的网管系统及维护人员带来的冲击小，节省大量开发、集成及培训成本。
五、FTTB/C站点建设新模式
室外站点作为新铜线解决方案的核心点，继承了运营商的铜线资源，承载了运营商宽带提速的诉求，寄托着运营商百兆接入的梦想，在新的形势下被赋予了更多的内容。
新铜线解决方案的核心就是将接入设备由中心机房搬迁到离用户更近的室外站点，将介入距离缩短到800m以内，利用现有的双绞线，为用户提供20M-100M的接入带宽。
FTTB/C站点位置稀缺、获取困难、投资较大、同时它处于光纤、铜缆、电力线的交汇点，上可提供10G/40G超带宽，下可提供VDSL2、LAN、xPON、Wi-Fi等各种接入方式。因此，在泛接入时代，站点作为新铜线解决方案的核心必将成为运营商的核心资产和最宝贵的资源。未来FTTB/C站点建设的模式将向智能化区域综合集成微机房演进，成为区域覆盖的提速中心、供电中心、回传中心、管理中心，成为全业务承载的核心控制点。
5.1 提速中心
提速是FTTB/C站点建设的最核心诉求。由于站点位置下移，接入设备越来越靠近用户，使得信号在双绞线上的衰耗减小，为实现高速率的宽带接入提供了条件。因此，FTTB/C站点在建设过程中必须考虑带宽的可持续延展性，至少要满足未来几年业务增长对带宽的需求；同时具备平滑演进能力通过软件升级、硬件扩容就可以提供下一代宽带接入、实现一次建站、长期受益，真正帮助运营商将FTTB/C站点打造成为提速中心。具体来讲，在用户侧，可通过现有的ADSL2技术提供20M以下的带宽；通过更换单板，采用VDSL2提供50M以上的带宽；通过软件升级实现Bonding、Vectoring技术，为用户提供100M-1G的带宽。在网络侧，只需要更换接口板或者光模块，即可实现从GE到10GE、从2.5G PON到 10G PON、40G PON的演进。
5.2 供电中心
在FTTB/C站点建设过程中，取电将成为运营商的一个重要课题。一般FTTB/C站点会布放在电力线人井或者电线杆附近，交流市电可以就近获取。即使对于无法取电的站点，也可以利用现网大量的双绞线，采用远供的方式对站点进行供电，这种情况下站点需要集成远端供电设备。有时在站点的区域覆盖范围内，会布放一些视频监控、Wi-Fi覆盖等设备，这些设备，由于物业、城市管理规章等制约，无法取电或者取电成本非常高，这种情况下从站点取电将不可避免。另外，从站点取点有两个优势，首先可以实现统一管理、集中抄表；其次，FTTC站点统一提供备电解决方案，底层设备则无需考虑备电问题。集中供电、备电将能节省大量建设和维护成本。
FTTB/C站点解决方案支持POE、低压直流供电、高压直流供电等远供技术，运营商可以根据不同场景选取相应的远供技术，因地制宜地解决下层设备的供电问题，使站点成为名副其实的供电中心。
5.3 回传中心
随着公众对移动互联业务需求的急剧增长，以及智能终端的日新月异，移动固定多业务承载将成为未来综合运营商的必然选择。而站点作为无所不在的固定网络末梢节点，将成为移动回传的最佳接入点。首先，作为区域覆盖的中心，站点跟小基站覆盖区域高度重合，地理位置上也有部分重合，可以直接利用站点资源，无需另外选址；其次，站点作为接入汇聚点可利用现有资源，为小基站提供高可靠的PON、P2P、xDSL等接口，无需重新铺设光纤。 FTTB/C站点解决方案可提供多种接入方式，支持各种时钟接口及Type B/C保护能力，具备承载企业、WLAN、基站等专线业务的能力，可帮助运营商实现快速、低成本、高可靠的回转。
5.4 管理中心
传统的大容量MSAN站点解决方案，由于站点容量大、分布集中、数量较少，基本上是粗放式管理，靠专人负责各类维护。但FTTC站点更靠近用户，容量小、分布广、数量大，站点的资产、维护、备件管理都给运营商带来极大的挑战。这就需要站点的管理更加智能化，站点不但具备自管理能力，还需要管理区域覆盖内的所有节点，要成为区域覆盖内的管理中心。
FTTB/C站点解决方案可以协助三部分内容的管理：首先，通过电子标签技术，对区域覆盖内所有设备资产进行精细化管理，尤其是对一些易耗部件，可以做到部件可追溯、损耗预告警。其次，通过智能蓄电池管理、绿色能耗管理、自适应供电管理等智能化手段，保障区域覆盖内所有设备健康、稳定、低成本、低能耗地运转。最后，对区域覆盖内的所有线路进行管理，配合线路管理系统，保障线路带宽，提升线路稳定性，优化线路质量，以及实现线路故障定位和处理。通过管理中心功能，FTTB/C站点将进入智能管理时代，帮助运营商大幅降低OPEX.
六、新铜线战略面临的挑战
新铜线解决方案虽然具有快速部署，施工难度低等优点，但仍有一些需要解决的问题。首先是如何获得站点和取点；其次，由于站点部件较多，安装地点分散，交付速度需要得到一定保障；另外，如何快速发展业务，如何进行远程管理和维护，也成为运营商的重要关注点。
目前，业界已有应对的解决方案。比如：针对站点获取难的问题，运营商可以通过在交接箱位置采用新的Reshell原址替换机柜进行部署，这一方面，节省了申请站点的时间，和站点租用费用，另一方面可以将原来比较老旧的交接箱外壳更换一新，增加交接箱的使用年限。同时，利用交接箱内部线缆连接，方便新业务开通的跳接工作，维护工程师也可以继续在原有站址进行维护。
针对取电难的问题，目前业界比较成熟的做法是采用铜线进行高压远程供电，对于容量较小的站点这是比较适用的解决方案；但对于容量较大的站点，由于电压在铜线上传送时的损耗较大，如果远端站点的功耗较高，在局端需要的功率就非常高，因此成本也非常高，从技术角度来看效率不是很高。
针对交付速度，已经有成熟的一站式解决方案，可以端到端一站式交付到站点，无需复杂的工程管理，和现场集成。这大大减少了进站次数和工程实施的时间，同时还避免了不同设备提供商之间数据偏差导致的现场安装困难及部件匹配问题。
在业务发放和远程管理方面，方案逐渐向站点智能化方向发展，在批量业务发放，铜线质量评估方案已逐渐完善起来，后续将有站点能效管理等更多的站点智能化的解决方案出台，帮助运营商进一步提升运维效率，减少进站次数，减轻运维工作量。
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