反向饋電：以低成本實(shí)現(xiàn)快如光纖的DSL

作者/ Daniel Feldman 美高森美渠道和對外營銷副總裁

　　 Shahar Feldman　 美高森美PoE和RPF產(chǎn)品營銷總監(jiān)

摘要：RPF是一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)，使得服務(wù)提供商能夠升級其ADSL用戶至新的VDSL2和最新的G.FAST標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)據(jù)速率。本文介紹了RPF標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用與優(yōu)勢。

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

為何選擇G.FAST?

　　有線寬帶服務(wù)提供商通常分為兩類：多年來使用有線電纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范(Data Over Cable Service Interface Specification, DOCSIS)技術(shù)額外提供有線互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的有線電視服務(wù)提供商(Cable TV provider)和使用數(shù)字用戶線(Digital Subscriber Line, DSL)的電信運(yùn)營商(Telco)。

　　Cable和xDSL基礎(chǔ)架構(gòu)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(jié)合的部署。從全面的觀點(diǎn)來看，在2010年，最接近客戶端的250m的部署成本是1000美元。

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

　　為了滿足客戶需求和對抗DOCSIS的競爭，ITU于2014年12月批準(zhǔn)了G.FAST標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)據(jù)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(fù)用器(DSLAM)所服務(wù)的用戶數(shù)目大大減少：從數(shù)以百計(jì)用戶，減少為1至24。這意味著許多的DSLAM，從路邊(也稱作Fiber to the Curb或 FTTC)轉(zhuǎn)移至分布點(diǎn)(DP)，比如，光纖至分布點(diǎn)或FTTdp。因此，它們?nèi)绾潍@得供電呢?

反向饋電：標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)

　　何時需要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(dāng)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的VDSL2 DPU時，它應(yīng)當(dāng)使用本地供電。然而，如果它是在無直接電源地點(diǎn)的新DPU，電源必需從中心(從運(yùn)營商的中央辦事處或街道機(jī)柜的正向供電)提供或來自其服務(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(hù)，以及在擁擠的機(jī)柜中放置電池，從家庭里取得電源成為首選的經(jīng)濟(jì)選擇。

　　反向饋電(RPF)省去了Telco與本地電力公司協(xié)調(diào)DPU安裝程序，不僅省去數(shù)百美元的智能電力計(jì)量裝置，還省去了從家庭業(yè)主協(xié)會和本地市政獲取此類取電安排批準(zhǔn)的復(fù)雜過程。

　　RPF標(biāo)準(zhǔn)和考慮事項(xiàng)

　　在本文撰寫時，兩個標(biāo)準(zhǔn)化團(tuán)體(寬帶論壇和ETSI)正制訂RPF標(biāo)準(zhǔn)。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來定義RPF工作方式。

　　RPF標(biāo)準(zhǔn)考慮的主要事項(xiàng)有：

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

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

　　? 停電運(yùn)作：高成本效益;

　　? 資本和運(yùn)營支出;

　　? 多供應(yīng)商解決方案互操作性：經(jīng)濟(jì)規(guī)模。

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

　　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，還取決于來自CPE的DPU的最大功耗。表1描述了不同電纜長度的DPU芯片組可用的功率?？梢钥吹?，為了支持最大限度250m距離，DPU芯片組在這個距離的功耗不能超過12.5W(圖3)。

　　可以通過使用更大的PSE電源(比如30W)來增加在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功率超過最佳水平將會使得DPU端可用功率較低的缺點(diǎn)。

　　模擬電話和RPF

　　RPF使用用戶家中現(xiàn)有的普通舊電話系統(tǒng)(Plain Old Telephone System, POTS)布線基礎(chǔ)設(shè)施來向DPU送電。為了讓用戶可以自行安裝端口，這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)考慮了用戶錯誤地直接將POTS電話接入連接至RPF系統(tǒng)的電話插座的場景。RPF供電設(shè)備(PSE)需要檢測RPF網(wǎng)絡(luò)是否存在電話，并且在檢測到電話時警示服務(wù)提供商。在電話摘機(jī)的情況下，RPF PSE控制器立即將電源從線路上移開，以避免安全風(fēng)險(xiǎn)。

　　為用戶提供POTS服務(wù)并且在部署中使用RPF的寬帶服務(wù)提供商，必需使用以下三個選項(xiàng)之一：1)針對RPF和電話使用單獨(dú)的路線;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(zhuǎn)換為緊鄰POTS源和每個電話插座的帶內(nèi)或帶外信號(圖4)。

電源共享：公平嗎?

　　另一個關(guān)鍵性RPF元素是電源共享，根據(jù)寬帶論壇的規(guī)定，當(dāng)一個給定DPU上有一個以上活躍客戶時，DPU從每個線路吸取大致相等的功率。根據(jù)國家慣例和服務(wù)期望，可以使用兩種電源共享方法：

　　? 相等用戶支持：連接至DPU的用戶平均地分擔(dān)負(fù)載;

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

　　另一個考慮因素是支持MELT：Metallic Line Test協(xié)議是G.FAST安裝的要求，在RPF電源存在時并不運(yùn)作。在PSE和DPU實(shí)施RPF的算法(用于電源共享)必需考慮MELT，因?yàn)楫?dāng)一條線路處于MELT檢查模式時，其它用戶必需支持它。

RPF技術(shù)

　　供電設(shè)備(PSE)

　　供電設(shè)備(PSE)位于客戶場地，它具有如下的子系統(tǒng)：

　　? 隔離(升壓)功率轉(zhuǎn)換器：隔離是為了安全問題。需要使用升壓轉(zhuǎn)換來改進(jìn)效率，在位于CPE內(nèi)的PSE具有12V至48V的內(nèi)部電壓軌的情況下，最理想是輸出電壓應(yīng)當(dāng)盡可能地接近但不超過60V。表1所示為可實(shí)現(xiàn)的示例，假設(shè)內(nèi)部電壓為12V，隔離反激式升壓轉(zhuǎn)換器升壓至57V(如圖2所示);

　　? PSE檢測、分類、供電、錯誤線路情況處理和保護(hù)電路：這個電路執(zhí)行符合ETSI標(biāo)準(zhǔn)所需的全部功能，同時保護(hù)用戶和設(shè)備安全。

　　受電設(shè)備(PD)

　　受電設(shè)備(PD)位于DPU中，具有以下子系統(tǒng)：

　　? 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(jié)省大約0.5W，但是較為昂貴;

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

　　? 分類：獨(dú)特的RPF要求保證PSE僅僅供電達(dá)到DPU分享相同功率級別水平。對于連接至線路并且標(biāo)記與DPU相似的設(shè)備，分類還省去了設(shè)備的故障檢測;

　　? 隔離功率轉(zhuǎn)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線路驅(qū)動器所需的電壓水平);

　　? 平等功率共享：這個系統(tǒng)實(shí)施平等功率共享，測量電壓/電流消耗并標(biāo)明CPE是否為電池供電。主機(jī)可獲知線路狀態(tài)和電壓/電流測量行，用于遠(yuǎn)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(zhí)行MELT，這可以通過通信或推斷來實(shí)現(xiàn);

　　? 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，信息會表明觸發(fā)事件的根本原因(比如掉電、錯誤線路情況等)。

RPF 中跨設(shè)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)提供商并非在每個實(shí)例中也會使用它。由于這些考慮因素，每個服務(wù)提供商都必需選擇部署一種CPE設(shè)備模型(圖5)。

　　選項(xiàng)1：CPE設(shè)備不具備RPF，以及CPE設(shè)備具備RPF：

　　? 線路端口是RPF PSE.;

　　1.高集成度水平;2.最低初始設(shè)備成本。

　　? RPF網(wǎng)關(guān)并不互通;

　　1.由服務(wù)提供商提供;2.無法充分利用現(xiàn)有的設(shè)備。

　　? 每隔18至24個月替換;

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

　　? 在DP推出時難以強(qiáng)迫用戶替代現(xiàn)有的DSL調(diào)制解調(diào)器。

　　選項(xiàng)2：CPE設(shè)備無RPF和單獨(dú)的RPF中跨：

　　? 較低集成度;

　　? RPF中跨是DP基礎(chǔ)設(shè)施部署的一部分;

　　? RPF中跨支持VDSL2、G.hn和G.FAST.;

　　? 允許保持調(diào)制解調(diào)器商品化。

　　RPF是一項(xiàng)關(guān)鍵性技術(shù)，使得服務(wù)提供商能夠升級其ADSL用戶至新的VDSL2和最新的G.FAST標(biāo)準(zhǔn)，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(shù)據(jù)速率。

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