ITU-TSGl5接入网标准的进展

ITU-TSGl5接入网标准的进展

摘要：文章对ITU-TSG15在接入网方面的工作进行了综述，回顾了SG15在铜线和光纤接入方面的标准发展历程，并介绍了后续标准化的发展方向。关键词：数字用户线，无源光网络，标准化1ITU-TSG15接入领域概况在ITU-T中，有关宽带接入和家庭网络互联技术的标准化工作主要由第15研究组(SG15)的第1工作组(WP1)负责，其下设三个课题组：Q1/15、Q2/15和Q4/15。Q1/15作为ITU-T在接入网领域的牵头课题组，主要负责在ITU-T内部不同研究组制定涉及接入网方面的标准时进行协调。Q1/15本身较少直接制定标准，在本研究期内，Q1/15直接制定的标准有家庭网络架构方面的两个标准，即G.9970和G.9971。Q2/15在SG15研究组内主要负责光纤接入技术的传送技术标准，主要制定了无源光网络(PON)相关的技术标准以及点到点光接入技术标准。目前应用于光纤到户(FTTH)的GPON系列的技术要求就是Q2/15牵头制定的。Q4/15在SG15研究组内主要负责铜线相关的传送技术标准，包括利用铜线、铜缆提供宽带接入的数字用户线(DSL)系列的标准以及利用铜线进行家庭内部设备互联的技术标准。2Q4/15铜线接入和家庭互联标准基于铜线的DSL宽带接入技术系列标准是ITU-TSG15研究组最成功、影响最大的标准。Q4/SG15成立于1997年，至今已经相继开发了多个DSL领域以及家庭互联的核心标准，其中ADSL/ADSL2+系列技术迅速地在世界范围内获得了广泛的应用。目前世界上有超过6亿的家庭用户在利用DSL技术获得宽带接入服务，仅中国就大约有1亿DSL用户。因此Q4/15也当之无愧地成为铜线接入领域的领导标准组。Q4/15从1997年成立开始，已经历经4个完整的ITU-T研究周期，目前处于第5个研究周期(2009-2012)。2.1DSL基础标准Q4/15成立之初最早开发的两个标准是HDSL技术和ADSL技术的标准。HDSL技术提供双向对称的传输，主要应用于专线业务；而ADSL由于非对称性下行速率可以高达8Mbit/s，广泛用于提供家庭宽带互联网接入，因此ADSL从提出之初就备受关注。在DSL基础的开发初期，关于ADSL/VDSL技术的线路编码技术存在两个相互竞争的技术路线——单载波的QAM编码调制和多载波的DMT编码调制技术。两种编码技术在当时的条件下各有优势，而且两个技术阵营各自都有不同的芯片厂商的支持，经过激烈的斗争，最终DMT被同意作为ADSL/VDSL标准的线路编码技术。事实证明，DMT技术的性能经受住了市场应用的考验，并成为后续一系列DSL标准的技术基础。在1997-2000和2001-2004两个研究期内，Q4/15相继开发了一系列的DSL相关标准，这些标准分别面向不同的线路长度和业务类型，包括ADSL、ADSL2、ADSL2+、VDSL、HDSL、SHDSL等技术，具体的标准主要有：·G.991.1(10/98)：高比特率数字用户线收发器〔Highbitratedigitalsubscriberline(HDSL)transceivers〕；·G.991.2(02/01)：单线对高比特率数字用户线收发器〔Single-pairhigh-speeddigitalsubscriberline(SHDSL)transceivers〕；·G.992.1(07/99)：不对称数字用户线收发器〔Asymmetricdigitalsubscriberline(ADSL)transceivers〕；·G.992.2(07/99)：无分离器的不对称数字用户线收发器〔Splitterlessasymmetricdigitalsubscriberline(ADSL)transceivers〕；·G.992.3(07/02)：第2代不对称数字用户线收发器〔Asymmetricdigitalsubscriberlinetransceivers2(ADSL2)〕；·G.992.5(05/03)：扩展带宽的第2代不对称数字用户线收发器〔AsymmetricDigitalSubscriberLine(ADSL)transceiversExtendedbandwidthADSL2(ADSL2plus)〕；·G.993.1(11/04)：甚高速数字用户线〔Veryhighspeeddigitalsubscriberlinetransceivers(VDSL)〕。2.2DSL增强标准经过前两个研究期8年的努力，系列的DSL技术规范已经基本成型，ADSL技术也成为当时宽带接入的首选技术。随着ADSL的普及应用，一方面用户对接入带宽不断增长，另一方面，大量的现网应用反馈了很多实际的需求，需要进一步标准化。在2005-2008和2009-2012研究期内，VDSL2技术以及各种DSL增强型技术成为DSL标准化的主要内容。VDSL2吸取了VDSL1线路码型之争的教训，从一开始就确定使用DMT作为线路码型，因此标准的进展比较快，在重大技术特性上没有遇到大的分歧。在这期间，还有两个重要的技术特性被加入到DSL标准系列中——脉冲噪声保护(INP)和自串音消除，这进一步提升了DSL技术的质量和速率。脉冲噪声是DSL提供IP视频业务时影响业务感受的主要原因之一，传统DSL技术通过交织等方法所能达到的误码率水平只能到1E-7，无法满足高清视频流的要求。INP技术通过在DSL收发器中引入ARQ机制，大大提高了DSL的抗脉冲噪声干扰的能力。对于出线率较高的电缆，自串音是接收端噪声的主要来源之一。自串音消除技术通过在DSLAM端对相邻多条线路的发送信号进行预编码，使得到达接收端的串音功率减小，提升了接收端的信噪比，因此可以提升电缆中每对线路的下行速率。另外，为了提升对外线故障的处理能力，Q4/15还开发了单端线路测试(SELT)规范，用于快速测量线路上的DSL相关参数的值。在2005-2008和2009-2012研究期内获得颁布的DSL相关标准主要有：·G.993.2(02/06)：第2代甚高速数字用户线收发器〔Veryhighspeeddigitalsubscriberlinetransceivers2(VDSL2)〕；·G.993.5(04/10)：用于VDSL2收发器的自串音消除〔Self-FEXTcancellation(vectoring)forusewithVDSL2transceivers〕；·G.996.2(05/09)：数字用户线单端线路测试〔Single-endedlinetestingfordigitalsubscriberlines(DSL)〕；·G.998.4(06/10)：DSL收发器的脉冲噪声增强保护〔ImprovedimpulsenoiseprotectionforDSLtransceivers〕；·G.999.1(10/09)：DSL收发器链路层和物理层接口〔Interfacebetweenthelinklayerandthephysicallayerfordigitalsubscriberline(DSL)transceivers〕。2.3家庭联网标准除了DSL技术以外，家庭联网是Q4/15的另一个重要技术领域。早在2001年，Q4/15开发了基于HomePNA技术的电话线家庭联网收发器规范。但由于家庭网络的市场一直发展势头较弱，因此几个标准也基本无人知晓。随着互联网和消费电子类产品的发展，在2009-2012研究期内，家庭联网技术重新成为标准研究的热点问题。最近备受关注的联网技术标准就是被称之为G.hn的系列标准。G.hn技术采用OFDM调制作为基础，目标是可以应用在电力线、电话线、同轴电缆等各种铜导体的家庭网络媒质上，连接速率超过100Mbit/s，因此G.hn标准被寄予厚望，希望可以一统目前各个组织开发的繁杂的家庭联网技术标准。虽然在关于纠错编码技术的选择上遇到了比较大的分歧，G.hn标准的基础标准G.9960和G.9961顺利在2009到2010年获得通过。之后，Q4/15又延伸了G.hn的技术体系，开发了G.hnem项目。该项目采用G.hn标准的技术体系，通过降低频带宽度等参数的改变，形成用于服务于智能电网的社区电力线低速通信技术。G.hnem项目的标准文本G.9955和G.9956也已经于2011年2月的SG15全会上获得一致同意。到目前为止，Q4/15开发的家庭联网方面的标准主要有：·G.9951(02/01)：电话线网络收发器-基础(Phonelinenetworkingtransceivers-Foundation)；·G.9952(11/01)：电话线网络收发器-静荷格式和链路层要求(PhonelinenetworkingtransceiversPayloadformatandlinklayerrequirements)；·G.9953(03/03)：电话线网络收发器-隔离功能(Phonelinenetworkingtransceivers-Isolationfunction)；·G.9954(02/05)：电话线网络收发器-增强物理层、媒质访问和链路层规范(Homenetworkingtransceivers-Enhancedphysical，mediaaccess，andlinklayerspecifications)；·G.9960(10/09)：通用高速有线家庭联网收发器-系统架构和物理层规范(Unifiedhigh-speedwire-linebasedhomenetworkingtransceivers-Systemarchitectureandphysicallayerspecification)；·G.9961(06/10)：通用高速有线家庭联网收发器-数据链路层规范(Unifiedhigh-speedwire-linebasedhomenetworkingtransceivers-Datalinklayerspecification)；·G.9972(06/10)：有线家庭联网收发器的共存机制(Coexistencemechanismforwirelinehomenetworkingtransceivers)。2.4Q4/15下一步的研究方向经历了10余年的标准化历程，基于铜线的接入和联网技术已经发展到巅峰状态，随着光纤在接入网中的应用，铜线铜缆的用武之地将逐步变小。因此，后续Q4/15如何开拓新的标准研究领域也是值得关注的问题。在2011年2月的SG15全会上，Q4/15负责的两个新的标准立项建议被提出：一个是研究在更短的铜缆线路上传送比VDSL2更高速率的技术，目标是在100m的铜线上可以达到至少500Mbit/s的传输速率，因此该项目被命名为G.fast；另一个项目是研究在1GHz以下频段通过无线技术进行低速区域数据通信的技术标准。3光接入技术领域标准3.1ITU-TPON技术发展历程Q2/15课题组主要负责光纤接入技术标准化的工作。回顾Q2/15的历程，几乎就是一个PON技术的发展历程。PON技术由于其点到多点的树形拓扑结构和无源的光纤分配网络等特征，正符合接入网点多面广的应用场景。ITU-T的PON技术标注的发展，主要经历了窄带PON、BPON、GPON和XGPON四个发展阶段。早在1996年，Q2/15就制定了窄带PON的标准G.982，之所以俗称窄带PON，是因为仅用于提供基于ISDNBRI速率(64kit/s)的业务。而且，在当时的技术条件下，光器件的成本十分高，每用户64kbit/s的业务能力也没有什么技术优势，所以窄带PON的应用极少。1998年，Q2/15完成制定了新一代的PON技术标准G.983系列，称为BPON，也就是宽带PON。BPON伴随的是20世纪末ITU-T轰轰烈烈的宽带综合业务数字网(B-ISDN)标准化大潮，也就是ATM技术的应用产生的。BPON在链路层采用ATM信元技术承载，最大下行速率可以达到622Mbit/s，因此命名为宽带PON。然而，随着互联网的兴起，ATM逐渐被以太网和IP技术替代，因此BPON在全球的应用也不是很多，主要应用在北美某些地区。真正让Q2/15受到广泛关注的是GPON标准G.984系列的制定。随着互联网的兴起，公众对宽带接入的带宽需求越来越大，而BPON的ATM内核由于和互联网的架构不能很好地结合，在2003到2004年间，Q2/15开发了真正具有影响力的GPON标准。GPON提供2.488Gbit/s下行和1.244Gbit/s上行的传输能力，并采用新的封装格式以适应传送互联网业务。同时期IEEE也看到这个机会开发了基于以太网技术的EPON标准。目前GPON和EPON技术仅在中国用户就接近4000万，是目前首选的光纤接入技术。着眼于未来提供更高的接入带宽，在2009到2010年间，Q2/15开发出了10G速率的PON技术标准G.987系列，称为XGPON。XGPON目前可提供下行10.3125Gbit/s，上行2.488Gbit/s的传输速率，并在传输距离和分路比等参数上得到了进一步的增强。到目前为止，Q2/15开发的光纤接入技术方面的标准主要有：·G.982：支持ISDNPRI业务或相同比特率的光接入网(OpticalaccessnetworkstosupportservicesuptotheISDNprimaryrateorequivalentbitrates)；·G.983.1：基于无源光网络的宽带接入系统〔BroadbandopticalaccesssystemsbasedonPassiveOpticalNetworks(PON)〕；·G.983.2：BPON管理和控制接口规范(ONTmanagementandcontrolinterfacespecificationforBPON)；·G.984.1-G.984.7：吉比特无源光网络〔Gigabit-capablepassiveopticalnetworks(GPON)〕；·G.985：100Mbit/s点到点基于以太网的光接入系统(100Mbit/spoint-to-pointEthernetbasedopticalaccesssystem)；·G.986：1000Mbit/s点到点基于以太网的光接入系统(1Gbit/spoint-to-pointEthernet-basedopticalaccesssyste