FAST: la nuova tecnologia trasmissiva che dà 1 Gigabit su doppino in rame

Innovazione

Le principali caratteristiche del FAST (ex G.fast), la nuova tecnologica trasmissiva su doppino di rame che abilita velocità fino al Gbit/s aggregate (download ed upload) per linea. Sarà presto disponibile

di Giovanni Picciano, Manager Fixed Access Innovation and Engineering di Telecom Italia

Le tecnologie trasmissive sulla coppia in rame si sono evolute negli anni, grazie alla crescente capacità elaborativa e velocità dei componenti elettronici, passando dai sistemi ADSL/ADSL2/ADSL2+ ai sistemi VDSL2.
L’ultimo passaggio evolutivo sta ora consolidando il FAST (Fast Access to Subscriber Terminals), la nuova tecnologia che in questi mesi è in fase di standardizzazione con la definizione delle raccomandazioni ITU-T G.9700 e G.9701, originate dal draft iniziale denominato G.fast. Queste tecnologie offrono velocità sempre maggiori, grazie all’utilizzo di uno spettro sempre più esteso in frequenza. Poiché però al crescere della frequenza diventano più evidenti gli effetti dell’attenuazione e del rumore di diafonia, questi sistemi più evoluti, che sfruttano frequenze più elevate, offrono velocità sempre maggiori, ma su distanze man mano più ridotte.

Per questa ragione, mentre i sistemi come ADSL, ADSL2 e ADSL2+ sono ottimizzati per il dispiegamento da centrale (Fiber To The Exchange - FTTE) e possono offrire al massimo velocità dell’ordine dei 20Mbit/s download, il VDSL2 trova la sua collocazione ottimale su linee nel range 200-1000m (Fiber To The Cabinet - FTTCab), con velocità massime dell’ordine dei 100Mbit/s downstream mentre il FAST è stato specificato con l’obiettivo di avere le prestazioni massime per distanze fino a circa 100m con velocità aggregate (download ed upload) comprese tra 500Mbit/s e 1Gbit/s.
Il FAST trova quindi la sua collocazione ottimale in architetture FTTdP (Fiber To The distribution Point), cioè sull’ultima tratta in rame, dal box di distribuzione di edificio (Distribution Box) fino a casa del cliente. Queste architetture, sfruttando i cablaggi in rame esistenti, possono consentire in diversi casi di ridurre tempi e costi di deployment rispetto ad un’architettura FTTH (Fiber To The Home) completamente in fibra ottica, pur mantenendo le prestazioni a livelli confrontabili.
Nonostante la fase di standardizzazione del FAST si concluda il prossimo dicembre, sono già disponibili i primi prototipi, che sembrano confermare le promettenti prestazioni previste dall’industria.


Standard internazionali
Gli aspetti normativi legati ai transceiver FAST sono specificati in ambito ITU-T (International Telecommunication Union) nelle Raccomandazioni G.9700 e G.9701.
Nella prima, approvata ad aprile 2014 sono riportati i limiti di spettro che il segnale FAST deve rispettare per la sua immissione sul doppino in rame e una serie di meccanismi che permettono di adattare tale segnale secondo i requisiti di uno specifico operatore. La seconda Raccomandazione, la cui approvazione definitiva è prevista per dicembre 2014, include le specifiche di livello fisico dei transceiver FAST al fine di garantire l’interoperabilità tra apparati DPU (Distribution Point Unit - ossia l’apparato di rete che in genere serve più clienti) e modem presso le sedi cliente e inoltre contempla gli aspetti per permettere la coesistenza in una stessa DPU di più linee FAST (ad esempio le funzionalità di vectoring).
Gli aspetti della tecnologia FAST relativi all’apparato DPU nel suo insieme, quali architettura e gestione sono standardizzati in ambito Broadband Forum (WT-301 e WT-318). Sempre il Broadband Forum ha avviato i lavori per la definizione dei test plan dei sistemi FAST (ID-337), in cui saranno specificati i test funzionali e le prestazionali della tecnologia.


Caratteristiche tecnologiche
La tecnologia FAST rappresenta la quarta generazione di transceiver DSL ed è stata definita sulla base dei requisiti dei principali operatori internazionali
. Come ricordato in precedenza, Il FAST è specificato per lavorare in maniera ottimale fino a circa 100m (su doppino da 0.5mm di diametro) per raggiungere target prestazionali compresi tra i 500Mbit/s e il 1Gbit/s aggregati (download + upload).
Pur ereditando molte funzionalità dalle precedenti generazioni DSL, il FAST introduce sostanziali novità nelle caratteristiche del livello fisico.

A differenza delle altre tipologie di sistemi DSL, che utilizzano tecniche di duplexing FDD (Frequency Division Duplexing) per separare le trasmissioni upstream da quelle downstream, il FAST è un sistema a divisione di tempo (TDD - Time Division Duplexing). Questa scelta ha permesso di semplificare il design e la complessità del transceiver, soprattutto per le componenti analogiche, e di contenerne i consumi. Inoltre attraverso l’uso del TDD, gli operatori possono ottenere una ripartizione tra banda downstream e upstream più fine e maggiormente flessibile, in modo da poter definire un portafoglio servizi broadband più ampio. Per non creare rumore di paradiafonia (NEXT – Near End CrossTalk), linee FAST sviluppate dallo stesso sito devono tuttavia utilizzare la stessa suddivisione tra tempo dedicato alle trasmissioni downstream e quelle upstream. Lo standard prevede che tale suddivisione possa essere adattata dinamicamente nel tempo, in funzione delle effettive esigenze di banda da parte delle linee FAST afferenti ad una stessa DPU (funzionalità di Dynamic Resource Allocation).

A livello spettrale, il FAST può utilizzare frequenze comprese tra 2MHz e 106MHz, ma sono già previste, in future evoluzioni dello standard, ulteriori estensioni che permetteranno l’utilizzo di frequenze fino a 212MHz. Per garantire la coesistenza nello stesso ambiente cavo con sistemi DSL legacy, quali il VDSL2 dispiegato da cabinet, la frequenza da cui il FAST è abilitato a trasmettere può essere opportunamente configurata.  Inoltre, poiché le frequenze al di sopra degli 80 MHz sono utilizzate anche da sistemi radio, sono stati introdotti opportuni meccanismi in grado di limitare il segnale emesso dal FAST, ad esempio per non arrecare impatti alle frequenze utilizzate per la modulazione di frequenza.

Poiché a frequenze elevate i doppini in rame attenuano significativamente e risultano altrettanto elevati i livelli di telediafonia (FEXT - Far End CrossTalk)[1], il FAST è particolarmente sensibile al crosstalk di linee omologhe sviluppate dallo stesso sito: in presenza di rumore le prestazioni del FAST possono risultare particolarmente ridotte, simili a quelle che si otterrebbero con un sistema VDSL2. Risulta quindi necessario l’utilizzo di tecniche di vectoring in grado di cancellare il rumore di FEXT presente sulle linee. La complessità dell’implementazione del vectoring in questi contesti ha portato a limitare, nella prima versione dello standard, a 106MHz lo spettro utilizzabile dal FAST: a frequenze superiori, per ottenere incrementi significativi di banda, sono necessarie tecniche avanzate di vectoring quali tipologie di precoding non lineare, che richiedono ancora una serie di sviluppi da parte dell’industria.

A livello di modulazione, il FAST si basa sulla nota tecnica Discrete Multi-Tone modulation (DMT), con passo di canalizzazione pari a 51.75kHz e densità massima delle costellazioni QAM su ogni singola portante pari a 12 bit. Inoltre sono state introdotte e migliorate le principali tecniche, definite nel corso degli anni, per rendere stabili le connessioni DSL: sono necessarie funzionalità di ritrasmissione a livello fisico, in grado di limitare gli errori di trasmissione in presenza di rumore impulsivo, e di on-line reconfiguration quali il Fast Rate Adaptation per evitare la caduta del link fisico in seguito a improvvisi e repentini incrementi del livello di rumore sulle linee.

Infine per garantire la possibilità di alimentare da sede cliente gli apparati FAST della DPU, attraverso sistemi di Reverse Power Feeding (RPF), particolare attenzione è stata posta nella definizione di tutti gli aspetti legati ai consumi di una porta FAST. La potenza che un transceiver FAST può immettere in linea deve risultare inferiore a 4dBm e sono stati previsti opportuni meccanismi in grado di adattare la potenza in linea in funzione della quantità di traffico che la linea deve trasmettere. A tendere, si prevede che i consumi di una porta FAST risulteranno inferiori a 1W.


Disponibilità commerciale
I primi prototipi FAST, con modularità da 4 a 16 porte a seconda dei casi, sono già disponibili e sono basati sulla prima generazione di chipset FAST.
I principali operatori di telecomunicazioni sono particolarmente interessati a questa tecnologia e hanno già coinvolto i fornitori in attività di demo, test di laboratorio e field trial degli apparati. Telecom Italia ha effettuato recentemente test su prototipi FAST, che hanno dimostrato velocità aggregate superiori a 800Mbit/s su collegamenti in rame inferiori a 100m (tipici di un dispiegamento con architettura FTTdP). Le prime evidenze sembrano dunque confermare quanto previsto dalle specifiche definite nello standard, anche se naturalmente le implementazioni non sono ancora del tutto ottimizzate. Inoltre si è constatato come le prestazioni possano essere gravemente degradate in assenza di vectoring e in presenza di impianti telefonici in sede cliente particolarmente complessi.

Entro la fine del 2015 è prevista la disponibilità commerciale della nuova generazione di apparati, basati su chipset FAST ottimizzati. Il numero di porte dei primi apparati disponibili sarà presumibilmente fino a 16, poiché i requisiti espressi dalla maggior parte degli operatori, prevedono applicazioni dalla base degli edifici, in architettura FTTdP (Fiber To The  Distribution Box), con modularità di 8/16 porte. Al momento non sono invece ancora disponibili soluzioni per il Reverse Power Feeding per DPU FAST, nonostante anche questa sia una richiesta praticamente unanime degli operatori. È tuttavia probabile che questo genere di soluzioni sarà disponibile nel corso del 2015 a corredo della prossima generazione di apparati.


Servizi abilitati
Le connessioni a banda ultralarga (ovvero con velocità di almeno 30 Mbit/s) continuano a crescere nel mondo.  La tecnologia FAST raggiunge velocità, sia in download che in upload, decisamente superiori a quelle del VDSL2 in architettura FTTCab che sono oggetto delle attuali offerte ultra broadband.
Tali velocità permettono di migliorare i servizi e le applicazioni attualmente fruiti dai clienti, sia residenziali che business, e di abilitarne di nuovi come:

  • Servizi bandwidth-intensive come streaming e servizi di TV diffusiva con video Ultra-HD ‘4K’ e ’8K’
  • Servizi avanzati di cloud storage
  • Connettività ad altissima velocità (diverse centinaia di Mbit/s) per piccole e medie imprese
  • Raccolta di celle di rete mobile (pico, femto celle) a supporto delle cosiddette Heterogeneous Network (HetNet)
  • Raccolta di hot spot WiFi

È oramai noto che la presenza di infrastrutture avanzate di telecomunicazioni è un fattore molto importante per abilitare lo sviluppo di un paese. La disponibilità di connessioni ad alta velocità in modo capillare è uno degli elementi imprescindibili per permettere lo sviluppo di nuovi servizi e applicazioni. Per questo la diffusione delle fibre ottiche sempre più in prossimità alle sedi clienti è sempre stato considerato un obiettivo infrastrutturale verso cui tendere. La tecnologia FAST consente di rendere in molti casi più veloce questo processo di diffusione delle connessioni ad altissima velocità consentendo di sfruttare la rete in rame esistente nell’ultimo tratto verso casa cliente.

 

[1] A frequenze superiori a 70/80 MHz, al ricevitore è lecito aspettarsi in alcune situazioni livelli di rumore comparabili con quelli del segnale utile ricevuto.

21 Novembre 2014

TAG: fast, telecom italia, banda larga, fibra