反向饋電：以低成本實現快如光纖的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產品營銷總監

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

　　2015年6月7日標志著首個8K高清晰度(HD)視頻在YouTube出現。隨著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商轉向越來越高的分辨率，服務供應商必需增加其最后一英里能力，以實現1Gbit/s及以上速率。

為何選擇G.FAST?

　　有線寬帶服務提供商通常分為兩類：多年來使用有線電纜數據服務接口規范(Data Over Cable Service Interface Specification, DOCSIS)技術額外提供有線互聯網服務的有線電視服務提供商(Cable TV provider)和使用數字用戶線(Digital Subscriber Line, DSL)的電信運營商(Telco)。

　　Cable和xDSL基礎架構在其中心和接入網絡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。從全面的觀點來看，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。

　　為了滿足客戶需求和對抗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占優勢。在如此短的距離之下，單一DSL接入復用器(DSLAM)所服務的用戶數目大大減少：從數以百計用戶，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)轉移至分布點(DP)，比如，光纖至分布點或FTTdp。因此，它們如何獲得供電呢?

反向饋電：標準和技術

　　何時需要RPF?

　　為分布點單元(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，或者它替代已經部署得足夠靠近用戶的VDSL2 DPU時，它應當使用本地供電。然而，如果它是在無直接電源地點的新DPU，電源必需從中心(從運營商的中央辦事處或街道機柜的正向供電)提供或來自其服務的家庭(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濟選擇。

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

　　RPF標準和考慮事項

　　在本文撰寫時，兩個標準化團體(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”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標準考慮的主要事項有：

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

　　? 語音服務和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;

　　? 資本和運營支出;

　　? 多供應商解決方案互操作性：經濟規模。

　　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人員即可從事設備安裝)。而后定義三個最大PSE輸出電源級別：21W、15W和10W。這些級別是保護連接至網絡的設備所必需的(各個國家不同)。

　　功率和距離關系

　　PSE具有有限的功率量以及最大輸出功率為60W的主要實際影響，是使得從家庭部署DPU的實際距離決定因素，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。可以看到，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。

　　模擬電話和RPF

　　RPF使用用戶家中現有的普通舊電話系統(Plain Old Telephone System, POTS)布線基礎設施來向DPU送電。為了讓用戶可以自行安裝端口，這項標準考慮了用戶錯誤地直接將POTS電話接入連接至RPF系統的電話插座的場景。RPF供電設備(PSE)需要檢測RPF網絡是否存在電話，并且在檢測到電話時警示服務提供商。在電話摘機的情況下，RPF PSE控制器立即將電源從線路上移開，以避免安全風險。

　　為用戶提供POTS服務并且在部署中使用RPF的寬帶服務提供商，必需使用以下三個選項之一：1)針對RPF和電話使用單獨的路線;2)使用繼電器在POTS和xDSL/G.fast服務之間切換;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源和每個電話插座的帶內或帶外信號(圖4)。

電源共享：公平嗎?

　　另一個關鍵性RPF元素是電源共享，根據寬帶論壇的規定，當一個給定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。根據國家慣例和服務期望，可以使用兩種電源共享方法：

　　? 相等用戶支持：連接至DPU的用戶平均地分擔負載;

　　? 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，其消耗由其它用戶補貼。這種方法涉及最少供電用戶數目以維持最低限度功率的限制，并且要考慮所有用戶出現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協議是G.FAST安裝的要求，在RPF電源存在時并不運作。在PSE和DPU實施RPF的算法(用于電源共享)必需考慮MELT，因為當一條線路處于MELT檢查模式時，其它用戶必需支持它。

RPF技術

　　供電設備(PSE)

　　供電設備(PSE)位于客戶場地，它具有如下的子系統：

　　? 隔離(升壓)功率轉換器：隔離是為了安全問題。需要使用升壓轉換來改進效率，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60V。表1所示為可實現的示例，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、供電、錯誤線路情況處理和保護電路：這個電路執行符合ETSI標準所需的全部功能，同時保護用戶和設備安全。

　　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題，使之成為難以實際使用的解決方案;

　　? 分類：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。對于連接至線路并且標記與DPU相似的設備，分類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線路驅動器所需的電壓水平);

　　? 平等功率共享：這個系統實施平等功率共享，測量電壓/電流消耗并標明CPE是否為電池供電。主機可獲知線路狀態和電壓/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，這可以通過通信或推斷來實現;

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

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的寬帶服務提供商并非在每個實例中也會使用它。由于這些考慮因素，每個服務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：

　　? 線路端口是RPF PSE.;

　　1.高集成度水平;2.最低初始設備成本。

　　? RPF網關并不互通;

　　1.由服務提供商提供;2.無法充分利用現有的設備。

　　? 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。

　　? 在DP推出時難以強迫用戶替代現有的DSL調制解調器。

　　選項2：CPE設備無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是一項關鍵性技術，使得服務提供商能夠升級其ADSL用戶至新的VDSL2和最新的G.FAST標準，使得他們能夠在銅纜上接收Ultra HD TV和其它寬帶服務所需的最高1Gbps數據速率。

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