反向馈电：以低成本实现快如光纤的DSL

作者/ Daniel Feldman 美高森美渠道和对外营销副总裁

　　 Shahar Feldman　 美高森美PoE和RPF产品营销总监

摘要：RPF是一项关键性技术，使得服务提供商能够升级其ADSL用户至新的VDSL2和最新的G.FAST标准，使得他们能够在铜缆上接收Ultra HD TV和其它宽带服务所需的最高1Gbps数据速率。本文介绍了RPF标准的应用与优势。

　　2015年6月7日标志着首个8K高清晰度(HD)视频在YouTube出现。随着消费者日益期望看到更多高清视频，各大按需(On Demand)视频内容供应商和分销商转向越来越高的分辨率，服务供应商必需增加其最后一英里能力，以实现1Gbit/s及以上速率。

为何选择G.FAST?

　　有线宽带服务提供商通常分为两类：多年来使用有线电缆数据服务接口规范(Data Over Cable Service Interface Specification, DOCSIS)技术额外提供有线互联网服务的有线电视服务提供商(Cable TV provider)和使用数字用户线(Digital Subscriber Line, DSL)的电信运营商(Telco)。

　　Cable和xDSL基础架构在其中心和接入网络中均使用了光纤电缆，然而，由于光纤部署昂贵，因此，通常尽可能减少其用量，仅仅用于需要DOCSIS或DSL结合的部署。从全面的观点来看，在2010年，最接近客户端的250m的部署成本是1000美元。

　　自2006年以来，DOCSIS 3.0标准一直支持1Gbit/s共享吞吐量。2013年12月出台的DOCSIS 3.1标准在最后一英里使用标准同轴电缆，允许最高10Gbit/s分享速度。

　　为了满足客户需求和对抗DOCSIS的竞争，ITU于2014年12月批准了G.FAST标准，将VDSL2支持的最大DSL速度从250Mbit/s提高到1Gbit/s。G.FAST唯一缺点是距离：它在100m及以下距离仅支持500Mbit/s及以上速度。此外，在250m以上的距离，G.FAST数据速率也不比VDSL2占优势。在如此短的距离之下，单一DSL接入复用器(DSLAM)所服务的用户数目大大减少：从数以百计用户，减少为1至24。这意味着许多的DSLAM，从路边(也称作Fiber to the Curb或 FTTC)转移至分布点(DP)，比如，光纤至分布点或FTTdp。因此，它们如何获得供电呢?

反向馈电：标准和技术

　　何时需要RPF?

　　为分布点单元(DPU)供电有三种方法：本地供电、正向供电和反向供电。当G.FAST DPU置于建筑中，或者它替代已经部署得足够靠近用户的VDSL2 DPU时，它应当使用本地供电。然而，如果它是在无直接电源地点的新DPU，电源必需从中心(从运营商的中央办事处或街道机柜的正向供电)提供或来自其服务的家庭(反向供电)。由于正向供电需要昂贵的老化铜缆维护，以及在拥挤的机柜中放置电池，从家庭里取得电源成为首选的经济选择。

　　反向馈电(RPF)省去了Telco与本地电力公司协调DPU安装程序，不仅省去数百美元的智能电力计量装置，还省去了从家庭业主协会和本地市政获取此类取电安排批准的复杂过程。

　　RPF标准和考虑事项

　　在本文撰写时，两个标准化团体(宽带论坛和ETSI)正制订RPF标准。宽带论坛的WT-301“光纤到分布点”定义管理接口和RPF模型的使用依靠ETSI TS 101 548来定义RPF工作方式。

　　RPF标准考虑的主要事项有：

　　• 迁移到RPF：不中断服务，安全性(包括设备和人员的安全)，无需派遣技术人员去家庭或DPU进行“远程铜缆重新配置”(RCR);

　　• 语音服务和RPF共存：安全性(包括设备和人员的安全);

　　• 停电运作：高成本效益;

　　• 资本和运营支出;

　　• 多供应商解决方案互操作性：经济规模。

　　由此可见，最新ETSI草稿(截至2015年11月)要求位于客户端(CP)的供电设备(PSE)对于所有短距离电源级别输出不超过60VDC(不需要注册的电工或技术人员即可从事设备安装)。而后定义三个最大PSE输出电源级别：21W、15W和10W。这些级别是保护连接至网络的设备所必需的(各个国家不同)。

　　功率和距离关系

　　PSE具有有限的功率量以及最大输出功率为60W的主要实际影响，是使得从家庭部署DPU的实际距离决定因素，不仅取决于所要求的速率，还取决于来自CPE的DPU的最大功耗。表1描述了不同电缆长度的DPU芯片组可用的功率。可以看到，为了支持最大限度250m距离，DPU芯片组在这个距离的功耗不能超过12.5W(图3)。

　　可以通过使用更大的PSE电源(比如30W)来增加在DPU端的可用电力，然而，对于给定的电缆距离和输出电压，增加PSE功率超过最佳水平将会使得DPU端可用功率较低的缺点。

　　模拟电话和RPF

　　RPF使用用户家中现有的普通旧电话系统(Plain Old Telephone System, POTS)布线基础设施来向DPU送电。为了让用户可以自行安装端口，这项标准考虑了用户错误地直接将POTS电话接入连接至RPF系统的电话插座的场景。RPF供电设备(PSE)需要检测RPF网络是否存在电话，并且在检测到电话时警示服务提供商。在电话摘机的情况下，RPF PSE控制器立即将电源从线路上移开，以避免安全风险。

　　为用户提供POTS服务并且在部署中使用RPF的宽带服务提供商，必需使用以下三个选项之一：1)针对RPF和电话使用单独的路线;2)使用继电器在POTS和xDSL/G.fast服务之间切换;3)安装POTS适配器，将上行/下行DC和低频率POTS信号转换为紧邻POTS源和每个电话插座的带内或带外信号(图4)。

电源共享：公平吗?

　　另一个关键性RPF元素是电源共享，根据宽带论坛的规定，当一个给定DPU上有一个以上活跃客户时，DPU从每个线路吸取大致相等的功率。根据国家惯例和服务期望，可以使用两种电源共享方法：

　　• 相等用户支持：连接至DPU的用户平均地分担负载;

　　• 相等电池备份支持：如果用户家庭处于断电情况，用户不再为电源共享池做贡献，其消耗由其它用户补贴。这种方法涉及最少供电用户数目以维持最低限度功率的限制，并且要考虑所有用户出现电源故障时如何维持供电(使用电池工作)的问题。

　　另一个考虑因素是支持MELT：Metallic Line Test协议是G.FAST安装的要求，在RPF电源存在时并不运作。在PSE和DPU实施RPF的算法(用于电源共享)必需考虑MELT，因为当一条线路处于MELT检查模式时，其它用户必需支持它。

RPF技术

　　供电设备(PSE)

　　供电设备(PSE)位于客户场地，它具有如下的子系统：

　　• 隔离(升压)功率转换器：隔离是为了安全问题。需要使用升压转换来改进效率，在位于CPE内的PSE具有12V至48V的内部电压轨的情况下，最理想是输出电压应当尽可能地接近但不超过60V。表1所示为可实现的示例，假设内部电压为12V，隔离反激式升压转换器升压至57V(如图2所示);

　　• PSE检测、分类、供电、错误线路情况处理和保护电路：这个电路执行符合ETSI标准所需的全部功能，同时保护用户和设备安全。

　　受电设备(PD)

　　受电设备(PD)位于DPU中，具有以下子系统：

　　• 电压极性校正：使用二极管桥(耗散P=Vfwd x I)或理想的二极管桥(耗散 P=I2xRdson)。通常，理想的二极管桥每端口节省大约0.5W，但是较为昂贵;

　　• 检测标记：电路标示自身为 RPF相容设备，它可以是金属化标记或基于通信的标记。在从用户获取全部功率之前，基于通信的标记具有在极低功率下运作的重大问题，使之成为难以实际使用的解决方案;

　　• 分类：独特的RPF要求保证PSE仅仅供电达到DPU分享相同功率级别水平。对于连接至线路并且标记与DPU相似的设备，分类还省去了设备的故障检测;

　　• 隔离功率转换：采用隔离(安全的)方式，将37V至57V电压范围降低至5V或12V (或者G.FAST或 VDSL2线路驱动器所需的电压水平);

　　• 平等功率共享：这个系统实施平等功率共享，测量电压/电流消耗并标明CPE是否为电池供电。主机可获知线路状态和电压/电流测量行，用于远程测量用途;

　　• MELT支持：PD必需向PSE表明它不需要电源，因此可以执行MELT，这可以通过通信或推断来实现;

　　• 断电告警：在电源掉电前，DPU向中央办公室提供关断警示。在可能的情况下，信息会表明触发事件的根本原因(比如掉电、错误线路情况等)。

RPF 中跨设备对比嵌入式RPF(集成RPF在CPE主板)

　　由于RPF比本地电源昂贵，因而部署RPF的宽带服务提供商并非在每个实例中也会使用它。由于这些考虑因素，每个服务提供商都必需选择部署一种CPE设备模型(图5)。

　　选项1：CPE设备不具备RPF，以及CPE设备具备RPF：

　　• 线路端口是RPF PSE.;

　　1.高集成度水平;2.最低初始设备成本。

　　• RPF网关并不互通;

　　1.由服务提供商提供;2.无法充分利用现有的设备。

　　• 每隔18至24个月替换;

　　1.在需要更好的WiFi时;2.在客户从电缆方案归来时;3.每次为RPF付费。

　　• 在DP推出时难以强迫用户替代现有的DSL调制解调器。

　　选项2：CPE设备无RPF和单独的RPF中跨：

　　• 较低集成度;

　　• RPF中跨是DP基础设施部署的一部分;

　　• RPF中跨支持VDSL2、G.hn和G.FAST.;

　　• 允许保持调制解调器商品化。

　　RPF是一项关键性技术，使得服务提供商能够升级其ADSL用户至新的VDSL2和最新的G.FAST标准，使得他们能够在铜缆上接收Ultra HD TV和其它宽带服务所需的最高1Gbps数据速率。

　　本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第10期第27页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。