助力实现千兆家庭网速的创新技术

2015-12-18 10:56:53来源: EEworld作者: 博通 (Broadcom) 宽带与连接部门市场营销高级副总裁 Rich Nelson
消费者需要更为快速可靠的宽带连接,而运营商和网络供应商之间的竞争则日趋激烈,两者的相互结合,将显著推动宽带通信技术的演进与发展。

从 4K 电视内容、互动游戏、流媒体视频和家庭远程监控到小型企业的高带宽云技术应用,千兆宽带技术可大幅提升家庭网络的平均数据速率。带宽的提升不仅可缩小当前需求和实际服务之间的差距,也有望开启全新理念和应用的大门,使其再也不受困于以往的高时延、低数率接入的限制。

各种不同的技术将用于实现千兆宽带的快速部署。本文将深入介绍各种包括光纤DSL的G.fast、PON以及DOCSIS 3.1在内的不同的实施方法。

消费者总想获得更多:更多的设备存储器容量、更高的像素和更快速的网络服务。近期调查显示,半数以上的消费者对他们的宽带速度不满意(2014 年,美国宽带平均速度为 11.5 Mbps)。随着千兆入户(GTTH)时代的到来,消费者和开发人员将首次体验到前所未有的高速度。

对于千兆高速宽带的需求来自于几方面的原因。首先,各方人士预测,到 2020 年普通家庭将平均拥有 10 部互联设备,这些设备将运行各种高带宽应用,包括在线游戏、OTT视频流媒体、云数据传输以及家庭监控等,它们都将从更高的宽带速度中获得获益匪浅。

此外,向千兆网络转型来得正是时候,刚好满足了超高清(Ultra HD)广播和内容的展示需求。有了千兆宽带,不仅将实现可为多个设备无缝传输 4K 视频内容,而且还能提供大量备用带宽。例如,一个家庭为多达 3 台的 4K 电视提供视频流仅需要 100 Mbps 的速率,千兆宽带可轻松胜任。

除了 4K 视频或互动游戏以外,家庭高带宽通道还有很多其它更具想象力的精彩应用。举例而言,皮尤研究中心 2014 年发布的报告《千兆时代的“杀手级”应用》就列出了一些颇具启发性的亮点,包括一体化日常生活日志、节假日远程监控分享、逼真的虚拟会议、持久稳定的双向视频以及与医生和教师的仿真互动等。

实现千兆入户 (GTTH)

成功满足对千兆高速宽带网络日益提升的需求需要从光纤、DSL 的 G.fast、PON 到DOCSIS 3.1 等(见图 1)大量实现技术。根据 Infonetics Research 近期发布的报告显示,包括以太网光纤入户(FTTH)、DSL和PON 在内的全球宽带整合设备市场 2014 年业绩斐然,第 4 季度的营业收入增幅为 7%,达到 22 亿美元。

就DOCSIS3.1而言,其是基于有线电视网络的最新超高速互联网标准,美国和欧洲一些最大规模的运营商纷纷承诺将在明年推出相关部署方案。


 
图 1:当今世界主要通过 DSL 等铜缆方案上网,不过光纤连接正在加速发展。(Infonetics)

为了更好地了解千兆宽带推广的未来发展规划,我们不妨分析一下光纤入户(FTTH)、DSL 的 G.fast、无源光网络(PON)和DOCSIS 3.1等主要实施技术的优缺点。

光纤

没有什么比光的速度还快,对吧?这就是为什么光纤的运行效率和数据容量都显著高于电子系统的原因所在。就远距离传输而言,光纤所提供的速度也远远超过了传统 DSL和有线电视等基于铜缆的技术。

新型光纤网络最大的不足在于其取代现有设备的成本不菲,在DSL和有线电视等老式基础设施仍在为客户提供服务的情况下,难以铺设新的光纤线路。因此,FTTH的推广相对较慢,即便是谷歌的光纤计划也仅限于精心挑选的少数城市,以确保营利。

实现FTTH有两大方法,一是采用点对点(P2P)以太网网络为每个用户提供专用光通道,另一种方法则是采用无源光网络(PON)提供单点对多点的连接,其可显著提高现有光纤基础设施的效率。目前有两种 PON:以太网 PON(EPON)和千兆 PON(GPON)。

铺设新的光纤线路需要成本,同时还要利用现有的铜缆和有线电视基础设施,二者之间的平衡是一大挑战,因此许多ISP在部署千兆宽带时选择了混合解决方案。例如,可以让靠近楼宇的光纤接入一个现有的DSL调制解调器。信号可使用一项较新的 DSL 技术(VDSL2 或 G.Fast)提供给用户。

一些有线电视运营商倾向于使用光纤同轴混合网(HFC)架构,也就是让光纤与为家庭或企业提供服务的同轴线连接。这种混合网络通常采用同轴电缆数据服务接口规范(DOCSIS)技术实现因特网接入。该技术的新版 DOCSIS 3.1 能让 DOCSIS 进一步靠近终端用户。

DSL 的 G.Fast

G.fast是国际电信联盟(ITU)推出的新标准,通过现有的铜缆实现千兆速度。数字用户线路(DSL)是目前铜线宽带市场中最大的一块,远远超过了FTTH和有线电视的部署。全球还有相当一部分地区连有线电视基础设施都没有,有光纤连接的更少。相反,分析公司HIS的数据显示,电话网络得到了广泛使用,2015 年全球 DSL 用户约为 5 亿。

高速DSL网络的不利一面在于千兆速度通常只适用于相对较短的距离,而且供应商光纤节点和客户之间的线路要相对没有干扰才行。较长的距离和干扰会影响信号质量。此外,电信行业仍然在安装 G.fast 的前身技术 VDSL。G.fast 提供的1 Gbps速率可支持远远超过VDSL的速度,但仅限于较短距离的环路。尽管VDSL的安装周期才正要结束,但其下一个过渡的第一阶段——G.fast——已随着主要供应商开始提供相关芯片而迈开步伐。

宽带论坛产业联盟近期召开了G.fast插拔测试大会,这是其持续推动G.fast广泛认证计划中的一部分。G.fast插拔测试大会为开发远程分配点单元(DPU)和用户端设备(CPE)的厂商提供了在全面认证测试前对这些产品的互操作性进行基准测试的机会。

PON

无源光网络(PON)是另一种宽带接入技术,这是一种仅使用光纤和无源组件的光纤网络,通常比传统有源电子组件网络的成本低很多。PON有助于单条光纤服务于多个地方,与点对点光纤架构相比,可减少所需的光纤及设备数量。

全球范围内那些不断推出光纤网络的电信运营商正在将 PON用作主要部署技术。欧洲倾向于使用基于光纤的点对点以太网(P2P)网络,GPON则是北美地区的主要技术选择。在亚洲,日本和韩国的 EPON部署很常见,而中国这个世界最大的FTTH市场则在近期才开始采用EPON和GPON组合技术实施大规模部署。

全业务接入网联盟力推的NG-PON2技术有望提供 40Gbps的共享下行容量,相比之下目前的 GPON系统只支持2.5 Gbps。这种光纤宽带技术正处于国际电联电信标准化部门的最后标准化阶段,并得到了TWDM-PON(TDM/WDM-PON)混合系统(一条光纤上堆叠 4 个10 GPON)的支持。

DOCSIS 3.1

DOCSIS 3.1规范不仅有助于运营商在现有的有线电视网络上提供超过千兆的速度,同时还能提高运营效率。使用这种标准的技术将使家庭网络的平均数据速率提升近100倍。

该标准是在有线电视公司开始考虑自行推出千兆速度服务时,以创纪录的速度制定的。DOCSIS 3.1将通过现有的有线电视网络实现10Gbps的下行速度和 1Gbps的上行速度。就无线连接而言,结合4x4 多用户 5G WiFi (802.11ac)设备,能在任何房间里实现高达 2 Gb的速度,而且覆盖范围更大,连接距离更远。这对家庭网关和机顶盒(STB)中使用的无线流媒体视频技术来说,将是一个巨大的优势。

AT&T、Comcast、CoxCommunications和Liberty Global 等运营商已经开始采用 DOCSIS 3.1,并计划将在 2016 年大规模部署该技术。

无论采用哪种技术,千兆(宽带)入户都将很快推广开来,这不仅将从根本上改变消费者应用技术以及与技术互动的方式,而且还为通往从未触及的创新和应用提供了一条捷径。千兆速度有望改善教育和远程学习,通过为所有人提供同等的访问速度,来弥合数字鸿沟,并有望将在线医疗服务延伸至偏远地区,而所有这一切都将加速经济的发展。

作者简历

Rich Nelson 现任博通宽带与连接部门市场营销高级副总裁,负责向终端市场提供系统单芯片(SoC)解决方案,推动公司全球机顶盒(STB)、数字电视(DTV)和有线调制解调器的战略发展。Nelson先生拥有伦斯勒理工学院(Rennselaer Polytechnic Institute)电子工程学士学位和佩珀代因大学(Pepperdine University)工商管理硕士学位。

关键字:光纤  DSL  GTTH

编辑:刘燚 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/article_13117.html
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