一、 銅線接入技術發展歷史
傳統銅線網絡以語音業務為主，早期的數據業務通過音頻撥號Modem和ISDN方式提供，其有限的接入速率很難滿足日益增長的數據業務帶寬的需求。8M接入速率的ADSL技術的出現第一次把人們帶入寬帶接入時代，其后的ADSL2+技術通過把工作頻率從1.1MHz擴展到2.2MHz，將下行最高速率提升到24M以上，完全取代了ADSL技術并得到了廣泛應用。VDSL技術則同時提高了上下行帶寬，使得對稱速率接入成為可能，彌補了ADSL2+非對稱接入的不足。VDSL包含QAM和DMT兩種調制技術且不兼容ADSL2+，最終被與ADSL2+后向兼容性能更好的VDSL2技術所取代，銅線接入技術正式進入“百兆”時代。VDSL2可以工作到17MHz甚至30MHz頻段，劃分了更多的上下行子通道，在短距離內可以提供更高的帶寬，因此ADSL2+技術通常定位于局端的DSLAM設備，而VDSL2適合于距離更短的FTTC室外機柜或者FTTB樓道解決方案。由于存在線路間串擾，VDSL2在實際應用中的接入速率要達到百兆還存在非常大的挑戰，而Vectoring技術的出現無疑解決了線路間串擾問題，使銅線接入真正達到百兆。由于Vectoring技術屬于串擾抵消技術，本身仍是VDSL2，所達到的最佳效果等效于單線對無噪聲的VDSL2速率。銅線接入要想突破百兆邁向千兆速率，無疑需要引入更新的技術，而G.fast技術正是肩負著這個使命，它將引領銅線接入進入千兆時代。
二、G.fast關鍵技術
早在2010年華為就開始投入研究在短距離雙絞線上傳輸超高速率帶寬的接入技術，用于規避FTTH改造場景下光纖入戶難的問題。G.fast技術的市場驅動還來自于英國電信BT（British Telecom）、法國電信FT（French Telecom）等歐洲運營商，由于歐洲人工昂貴、居住分散，采用FTTH光纖入戶建設超寬帶網絡成本高、家庭光纖改造困難，工程進展緩慢。于是他們考慮如何將光纖下移到樓道內或者家門口，最后一小段再利用原有的接入介質如電話線或者同軸電纜提供超高速寬帶接入。由于接入距離短，他們希望在源物質上的接入速率達到千兆，作為FTTH光纖到戶的替代方案。
G.fast技術要想獲得成功，首先要能達到高速接入速率，為此必須擴展頻譜資源。只有采用更高的頻譜，才能獲得更高的帶寬。目前VDSL2的工作頻率是17MHz或者30MHz，而G.fast的頻譜將擴展到106MHz甚至212MHz。當然頻譜不能無限制向上擴展，與無線頻譜資源類似，有線接入網絡的頻譜資源也需要合理規劃和使用，既要防止與已使用的頻譜發生沖突，也要為未來技術的發展留有空間。比如英國電信監管機構Ofcom對頻譜資源的使用就有嚴格劃分，ADSL2+的頻譜只能在局端DSLAM中使用，VDSL2的頻譜只能在FTTC室外機柜中使用，而G.fast的頻譜可能需要避開已經使用的頻段并留有空隙。
G.fast的高頻段初始階段會采用106MHz，未來可擴展到212MHz，頻率越高G.fast可獲得的帶寬也越高。但信號頻率越高傳輸距離越短，成本和功耗越大，因此最終的標準會在性能、成本和可實現性之間取得平衡。
同VDSL2一樣，實際應用中G.fast的性能也會受到線間串擾的影響。如果沒有Vectoring技術配合，G.fast速率將嚴重下降。圖1是基于100米實際線纜參數的G.fast速率仿真結果，個別線纜可以達到1.3G速率。但如果存在串擾且沒有Vectoring，速率將急劇下降到200M左右。這是因為G.fast工作頻率非常高，線間串擾的影響比VDSL2更大，因此G.fast必須采用更加先進的Vectoring技術進行線間串擾抵消。
圖1 G.fast線路速率仿真
目前G.fast用到的Vectoring技術方案有兩種，一種是改進的線性預編碼算法，另一種是非線性預編碼算法。非線性算法在高頻部分的增益比線性算法有較大提高，但在低頻部分的增益與線性算法性能接近。從圖1的仿真結果可以看出，多數線纜非線性算法的帶寬比線性算法高，但也有個別線纜相差不大甚至不如線性算法。由于非線性算法對處理器的性能要求大大超過線性算法，導致實現難度、功耗和成本大大提高。標準組織發布的第一版標準會采用線性預編碼算法。
G.fast技術采用了與VDSL2相同的DMT線路調制技術，標準要求能后向兼容VDSL2的終端，這是因為在從VDSL2升級到G.fast時，很難保證設備和終端能同步操作。因此運營商希望先升級設備，讓未升級終端的用戶繼續工作在VDSL2速率，等用戶拿到G.fast終端后再獲得更高的帶寬。
G.fast在上、下行速率劃分上沒有采用類似VDSL2的FDD頻分方式，即分不同的頻段分別給上、下行工作，而是采用TDD時分復用方式，采用不同的時間窗分給上、下行流量。這樣做的好處一方面是便于技術實現，另一方面可以靈活定義上、下行速率比例，方便實現對稱速率接入。目前在描述G.fast的帶寬超過1G比特通常是指上、下行帶寬總和。
由于G.fast技術工作頻率高，適用的距離短，設備將更加靠近用戶，因此設備安裝位置的取電可能會存在困難，為此G.fast設備將會采用反向供電的方式，通過用戶終端和接入介質反向給G.fast設備端口供電。G.fast技術將更加節電，線路功耗比VDSL2更低，使得反向供電的實現也更加容易。
三、 G.fast進展
華為2010年開始研究G.fast技術，并于2011年底率先在業界發布了G.fast樣機。在一對100m的雙絞線上實現1Gbps超高速率接入，引起行業轟動。G.fast標準自從2011年ITU-T立項以來，吸引了眾多運營商、芯片商和設備商的參與。華為積極參與G.fast標準，貢獻的文稿覆蓋了大多數G.fast關鍵技術，包括TDD全雙工模式、TDD基本幀結構、點對點架構、前向糾錯傳輸機制、省電工作模式及在線重配置等。目前G.fast標準已經完成核心技術方案的選擇，進入到實現流程和具體參數定義過程中，預計標準將于2013年底發布征求意見稿。
在參加標準制定的同時，華為還大力推動G.fast技術商用。目前已啟動G.fast局端和終端產品的開發。華為將憑借其在標準中較多的提案貢獻和技術實力有信心在業界推出第一款符合標準的G.fast產品，并預留軟件可編程能力支持未來標準可能的變化。目前已有多家歐洲運營商對G.fast超高速寬帶接入技術感興趣，有的運營商最近已向媒體透露有計劃開通G.fast試驗局。作為G.fast技術的領先供應商，華為將積極與這些運營商配合確保試驗局成功。
G.fast技術在現有銅線上能實現千兆速率接入，無疑堅定了運營商投資銅線建設超寬帶網絡的信心。銅線網絡是固網運營商的重要基礎設施，利用原有銅線資源結合新銅線技術建設超寬帶網絡有著接入速率高、網絡建設快、投資回報快的特點，正在被越來越多的運營商所青睞。
（英文鏈接：G.fast: Moving Copper Access into the Gigabit Era） 
