反向饋電：以低成本實(shí)現快如光纖的DSL

作者/ Daniel Feldman 美高森美渠道和對外營(yíng)銷(xiāo)副總裁

　　 Shahar Feldman　 美高森美PoE和RPF產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)總監

摘要：RPF是一項關(guān)鍵性技術(shù)，使得服務(wù)提供商能夠升級其ADSL用戶(hù)至新的VDSL2和最新的G.FAST標準，使得他們能夠在銅纜上接收Ultra HD TV和其它寬帶服務(wù)所需的最高1Gbps數據速率。本文介紹了RPF標準的應用與優(yōu)勢。

　　2015年6月7日標志著(zhù)首個(gè)8K高清晰度(HD)視頻在YouTube出現。隨著(zhù)消費者日益期望看到更多高清視頻，各大按需(On Demand)視頻內容供應商和分銷(xiāo)商轉向越來(lái)越高的分辨率，服務(wù)供應商必需增加其最后一英里能力，以實(shí)現1Gbit/s及以上速率。

為何選擇G.FAST?

　　有線(xiàn)寬帶服務(wù)提供商通常分為兩類(lèi)：多年來(lái)使用有線(xiàn)電纜數據服務(wù)接口規范(Data Over Cable Service Interface Specification, DOCSIS)技術(shù)額外提供有線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的有線(xiàn)電視服務(wù)提供商(Cable TV provider)和使用數字用戶(hù)線(xiàn)(Digital Subscriber Line, DSL)的電信運營(yíng)商(Telco)。

　　Cable和xDSL基礎架構在其中心和接入網(wǎng)絡(luò )中均使用了光纖電纜，然而，由于光纖部署昂貴，因此，通常盡可能減少其用量，僅僅用于需要DOCSIS或DSL結合的部署。從全面的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看，在2010年，最接近客戶(hù)端的250m的部署成本是1000美元。

　　自2006年以來(lái)，DOCSIS 3.0標準一直支持1Gbit/s共享吞吐量。2013年12月出臺的DOCSIS 3.1標準在最后一英里使用標準同軸電纜，允許最高10Gbit/s分享速度。

　　為了滿(mǎn)足客戶(hù)需求和對抗DOCSIS的競爭，ITU于2014年12月批準了G.FAST標準，將VDSL2支持的最大DSL速度從250Mbit/s提高到1Gbit/s。G.FAST唯一缺點(diǎn)是距離：它在100m及以下距離僅支持500Mbit/s及以上速度。此外，在250m以上的距離，G.FAST數據速率也不比VDSL2占優(yōu)勢。在如此短的距離之下，單一DSL接入復用器(DSLAM)所服務(wù)的用戶(hù)數目大大減少：從數以百計用戶(hù)，減少為1至24。這意味著(zhù)許多的DSLAM，從路邊(也稱(chēng)作Fiber to the Curb或 FTTC)轉移至分布點(diǎn)(DP)，比如，光纖至分布點(diǎn)或FTTdp。因此，它們如何獲得供電呢?

反向饋電：標準和技術(shù)

　　何時(shí)需要RPF?

　　為分布點(diǎn)單元(DPU)供電有三種方法：本地供電、正向供電和反向供電。當G.FAST DPU置于建筑中，或者它替代已經(jīng)部署得足夠靠近用戶(hù)的VDSL2 DPU時(shí)，它應當使用本地供電。然而，如果它是在無(wú)直接電源地點(diǎn)的新DPU，電源必需從中心(從運營(yíng)商的中央辦事處或街道機柜的正向供電)提供或來(lái)自其服務(wù)的家庭(反向供電)。由于正向供電需要昂貴的老化銅纜維護，以及在擁擠的機柜中放置電池，從家庭里取得電源成為首選的經(jīng)濟選擇。

　　反向饋電(RPF)省去了Telco與本地電力公司協(xié)調DPU安裝程序，不僅省去數百美元的智能電力計量裝置，還省去了從家庭業(yè)主協(xié)會(huì )和本地市政獲取此類(lèi)取電安排批準的復雜過(guò)程。

　　RPF標準和考慮事項

　　在本文撰寫(xiě)時(shí)，兩個(gè)標準化團體(寬帶論壇和ETSI)正制訂RPF標準。寬帶論壇的WT-301“光纖到分布點(diǎn)”定義管理接口和RPF模型的使用依靠ETSI TS 101 548來(lái)定義RPF工作方式。

　　RPF標準考慮的主要事項有：

　　? 遷移到RPF：不中斷服務(wù)，安全性(包括設備和人員的安全)，無(wú)需派遣技術(shù)人員去家庭或DPU進(jìn)行“遠程銅纜重新配置”(RCR);

　　? 語(yǔ)音服務(wù)和RPF共存：安全性(包括設備和人員的安全);

　　? 停電運作：高成本效益;

　　? 資本和運營(yíng)支出;

　　? 多供應商解決方案互操作性：經(jīng)濟規模。

　　由此可見(jiàn)，最新ETSI草稿(截至2015年11月)要求位于客戶(hù)端(CP)的供電設備(PSE)對于所有短距離電源級別輸出不超過(guò)60VDC(不需要注冊的電工或技術(shù)人員即可從事設備安裝)。而后定義三個(gè)最大PSE輸出電源級別：21W、15W和10W。這些級別是保護連接至網(wǎng)絡(luò )的設備所必需的(各個(gè)國家不同)。

　　功率和距離關(guān)系

　　PSE具有有限的功率量以及最大輸出功率為60W的主要實(shí)際影響，是使得從家庭部署DPU的實(shí)際距離決定因素，不僅取決于所要求的速率，還取決于來(lái)自CPE的DPU的最大功耗。表1描述了不同電纜長(cháng)度的DPU芯片組可用的功率?？梢钥吹?，為了支持最大限度250m距離，DPU芯片組在這個(gè)距離的功耗不能超過(guò)12.5W(圖3)。

　　可以通過(guò)使用更大的PSE電源(比如30W)來(lái)增加在DPU端的可用電力，然而，對于給定的電纜距離和輸出電壓，增加PSE功率超過(guò)最佳水平將會(huì )使得DPU端可用功率較低的缺點(diǎn)。

　　模擬電話(huà)和RPF

　　RPF使用用戶(hù)家中現有的普通舊電話(huà)系統(Plain Old Telephone System, POTS)布線(xiàn)基礎設施來(lái)向DPU送電。為了讓用戶(hù)可以自行安裝端口，這項標準考慮了用戶(hù)錯誤地直接將POTS電話(huà)接入連接至RPF系統的電話(huà)插座的場(chǎng)景。RPF供電設備(PSE)需要檢測RPF網(wǎng)絡(luò )是否存在電話(huà)，并且在檢測到電話(huà)時(shí)警示服務(wù)提供商。在電話(huà)摘機的情況下，RPF PSE控制器立即將電源從線(xiàn)路上移開(kāi)，以避免安全風(fēng)險。

　　為用戶(hù)提供POTS服務(wù)并且在部署中使用RPF的寬帶服務(wù)提供商，必需使用以下三個(gè)選項之一：1)針對RPF和電話(huà)使用單獨的路線(xiàn);2)使用繼電器在POTS和xDSL/G.fast服務(wù)之間切換;3)安裝POTS適配器，將上行/下行DC和低頻率POTS信號轉換為緊鄰POTS源和每個(gè)電話(huà)插座的帶內或帶外信號(圖4)。

電源共享：公平嗎?

　　另一個(gè)關(guān)鍵性RPF元素是電源共享，根據寬帶論壇的規定，當一個(gè)給定DPU上有一個(gè)以上活躍客戶(hù)時(shí)，DPU從每個(gè)線(xiàn)路吸取大致相等的功率。根據國家慣例和服務(wù)期望，可以使用兩種電源共享方法：

　　? 相等用戶(hù)支持：連接至DPU的用戶(hù)平均地分擔負載;

　　? 相等電池備份支持：如果用戶(hù)家庭處于斷電情況，用戶(hù)不再為電源共享池做貢獻，其消耗由其它用戶(hù)補貼。這種方法涉及最少供電用戶(hù)數目以維持最低限度功率的限制，并且要考慮所有用戶(hù)出現電源故障時(shí)如何維持供電(使用電池工作)的問(wèn)題。

　　另一個(gè)考慮因素是支持MELT：Metallic Line Test協(xié)議是G.FAST安裝的要求，在RPF電源存在時(shí)并不運作。在PSE和DPU實(shí)施RPF的算法(用于電源共享)必需考慮MELT，因為當一條線(xiàn)路處于MELT檢查模式時(shí)，其它用戶(hù)必需支持它。

RPF技術(shù)

　　供電設備(PSE)

　　供電設備(PSE)位于客戶(hù)場(chǎng)地，它具有如下的子系統：

　　? 隔離(升壓)功率轉換器：隔離是為了安全問(wèn)題。需要使用升壓轉換來(lái)改進(jìn)效率，在位于CPE內的PSE具有12V至48V的內部電壓軌的情況下，最理想是輸出電壓應當盡可能地接近但不超過(guò)60V。表1所示為可實(shí)現的示例，假設內部電壓為12V，隔離反激式升壓轉換器升壓至57V(如圖2所示);

　　? PSE檢測、分類(lèi)、供電、錯誤線(xiàn)路情況處理和保護電路：這個(gè)電路執行符合ETSI標準所需的全部功能，同時(shí)保護用戶(hù)和設備安全。

　　受電設備(PD)

　　受電設備(PD)位于DPU中，具有以下子系統：

　　? 電壓極性校正：使用二極管橋(耗散P=Vfwd x I)或理想的二極管橋(耗散 P=I2xRdson)。通常，理想的二極管橋每端口節省大約0.5W，但是較為昂貴;

　　? 檢測標記：電路標示自身為 RPF相容設備，它可以是金屬化標記或基于通信的標記。在從用戶(hù)獲取全部功率之前，基于通信的標記具有在極低功率下運作的重大問(wèn)題，使之成為難以實(shí)際使用的解決方案;

　　? 分類(lèi)：獨特的RPF要求保證PSE僅僅供電達到DPU分享相同功率級別水平。對于連接至線(xiàn)路并且標記與DPU相似的設備，分類(lèi)還省去了設備的故障檢測;

　　? 隔離功率轉換：采用隔離(安全的)方式，將37V至57V電壓范圍降低至5V或12V (或者G.FAST或 VDSL2線(xiàn)路驅動(dòng)器所需的電壓水平);

　　? 平等功率共享：這個(gè)系統實(shí)施平等功率共享，測量電壓/電流消耗并標明CPE是否為電池供電。主機可獲知線(xiàn)路狀態(tài)和電壓/電流測量行，用于遠程測量用途;

　　? MELT支持：PD必需向PSE表明它不需要電源，因此可以執行MELT，這可以通過(guò)通信或推斷來(lái)實(shí)現;

　　? 斷電告警：在電源掉電前，DPU向中央辦公室提供關(guān)斷警示。在可能的情況下，信息會(huì )表明觸發(fā)事件的根本原因(比如掉電、錯誤線(xiàn)路情況等)。

RPF 中跨設備對比嵌入式RPF(集成RPF在CPE主板)

　　由于RPF比本地電源昂貴，因而部署RPF的寬帶服務(wù)提供商并非在每個(gè)實(shí)例中也會(huì )使用它。由于這些考慮因素，每個(gè)服務(wù)提供商都必需選擇部署一種CPE設備模型(圖5)。

　　選項1：CPE設備不具備RPF，以及CPE設備具備RPF：

　　? 線(xiàn)路端口是RPF PSE.;

　　1.高集成度水平;2.最低初始設備成本。

　　? RPF網(wǎng)關(guān)并不互通;

　　1.由服務(wù)提供商提供;2.無(wú)法充分利用現有的設備。

　　? 每隔18至24個(gè)月替換;

　　1.在需要更好的WiFi時(shí);2.在客戶(hù)從電纜方案歸來(lái)時(shí);3.每次為RPF付費。

　　? 在DP推出時(shí)難以強迫用戶(hù)替代現有的DSL調制解調器。

　　選項2：CPE設備無(wú)RPF和單獨的RPF中跨：

　　? 較低集成度;

　　? RPF中跨是DP基礎設施部署的一部分;

　　? RPF中跨支持VDSL2、G.hn和G.FAST.;

　　? 允許保持調制解調器商品化。

　　RPF是一項關(guān)鍵性技術(shù)，使得服務(wù)提供商能夠升級其ADSL用戶(hù)至新的VDSL2和最新的G.FAST標準，使得他們能夠在銅纜上接收Ultra HD TV和其它寬帶服務(wù)所需的最高1Gbps數據速率。

　　本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第10期第27頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。