為了解決最後一哩的光纖建設困境，電信運營商積極發展G.fast技術，發揮銅纜的最高價值，藉此有效降低建置成本，並提升建設時效性。
為滿足用戶對高速上網速率需求增加，並與有線電視業者、4G無線業者競爭，電信運營商積極部署光纖網路以維持網路優勢，但實際上接近客戶端的光纖布放工程面臨不易建置問題，因此在兼顧服務提供時程與建設成本下，利用既有銅纜延伸光纖網路對於電信運營商是項重要課題。G.fast技術在這種需求下快速發展，除了可以利用銅纜傳送超過100Mbit/s速率外，也讓銅線的剩餘價值更加提升。以下將介紹G.fast技術特性與運營商發展現況，以及實際使用時所面臨時的挑戰與議題。
解決最後一哩困境 FTTdp應運而生
依據市調機構Point-Topic統計資料顯示，截至2015年3月底，全球寬頻用戶數約為七億兩千萬用戶，光纖到家(Fiber-to-the-Home, FTTH)用戶數至少佔9%，FTTH用戶季成長率至少為16%，因此顯示全球電信業者受到客戶高速頻寬需求，已全力擴大FTTH寬頻網路的建設。
然而，實際上在最後一哩的光纖建設上面臨了成本議題、道路開挖不易、大樓管道壅塞以及入戶困難及影響屋內裝潢等議題，為了更具經濟效益提供高速寬頻上網服務，充分利用既存銅線之價值，因此衍生FTTdp(Fiber-to-the-Distribution Point)架構的應用概念(圖1)。
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| 圖1 FTTdp架構介紹 |
FTTdp主要是將FTTEx(Fiber-to-the-Exchange)、FTTC(Fiber-to-the-Curb)光纖再更往用戶端推進，光纖終點與銅纜起點的DPU(Distribution Point Unit)設備已非常接近用戶住家，例如放置樓層電信箱或大樓電信室，大幅縮短銅線距離以提升連線速率，DPU上行光纖介面可採PON(Passive Optical Network)或是GE(Gigabit Ethernet)技術，DPU下行銅纜介面初期主要仍為VDSL2(Very-High-Bit-Rate Digital Subscriber Line 2)，並採用向量(Vectoring)技術及綑綁(Bonding)技術來提高接取頻寬與距離。
G.fast關鍵技術特性
為了滿足電信業者提供高速服務之需求，ITU-T組織近來發展下一代的銅纜接取技術，以提供Gbit/s等級的頻寬，技術命名為「FAST(Fast Access to Subscriber Terminals)」，並於2014年完成G.9700與G.9701標準制定，後續ITU-T將協同寬頻論壇(BBF)增修網路維運與管理相關功能內容。以下為G.fast關鍵技術特性：
標準規範小於100公尺時須提供500Mbit/s到1Gbit/s的下、上行總和速率，以及100公尺提供500Mbit/s、200公尺提供200Mbit/s作為基本需求。
標準已完成106MHz的制定，至於212MHz只提出框架，尚未有明確內容。標準建議可依據應用需求設定起始及截止頻率、調整頻帶功率強度(Power Spectral Density)，以及利用Notching或Masking方式避開特定干擾之頻帶通道。
採用STDD(Synchronous Time-Division Duplexing)機制，下、上行訊號傳輸時使用相同頻帶，可避免線路間NEXT (Near-End Crosstalk)的干擾。在TDD模式下，可依需求彈性調整下、上行速率所使用之時槽比例，下行與上行比例可從9:1到3:7，並同時支援低功率模式及不連續運作模式，以降低設備所需功耗。
與VDSL2相同採用DMT (Discrete Multi-Tone)機制，通道寬度(Sub-Carrier Spacing)為VDSL2的十二倍(51.75kHz)，訊號取樣頻率也提升十二倍(48kHz)，同時限制每個通道只能承載十二個位元。
提高抵禦突波雜訊的能力(可達10ms以上)，避免影響傳輸速率，以及維持低延遲(Delay)需求。
Vectoring技術應用在長距離電路來說效果較佳，主要原因為電路衰減的影響比重將超過串音干擾，然而G.fast應用距離較短，且使用頻帶也較高，因此G.fast的Vectoring技術相較VDSL2會更加複雜。標準初版僅先制定線性的預編碼並應用於106MHz上，未來在212MHz的高頻帶上，僅採用線性的預編碼恐不足以將干擾的影響抑制下來，因此G.fast下一版標準也將發展非線性的預編碼，用以克服在更高頻帶的串音干擾。
在G.fast制定的OLR(On-line Reconfiguration)功能中，延用VDSL2的Bit swap、SRA(Seamless Rate Adaptation)，並新增三項功能，分別為TIGA(Transmitter Initiated Gain Adjustment)、RPA(RMC Parameter Adjustment)及FRA(Fast Rate Adaptation)。TIGA是使VCE(Vectoring Control Entity)可調整下行Pre-coding中的通道增益，以因應欲消除之串音干擾；FRA類似於VDSL2中制定的SOS機制，用以處理雜訊過強時，可緊急調低速率，提升線路保護能力；FRA則可用於調整RMC(Robust Management Channel)控制通道的Tone Set以及Bit-loading等相關參數。
G.fast主要實作有IEEE 802.3af/802.3at與ETSI 101548兩類技術標準，其中IEEE標準較早完成制訂的標準，因此相關產品較成熟，主要應用在家庭用戶端設備，例如網路電話或是功耗較低的戶外設備，例如影像監視器。
ETSI標準於2014年9月才完成標準制訂，因此相關產品尚未成熟，主要是由用戶端提供電力給遠端設備，例如DPU或者xDSL DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer)設備等。
為了因應未來寬頻網路需求，ITU-T已規劃G.fast結合Bonding技術提供高速服務與延伸距離，另外依此頻寬需求趨勢，設備商阿爾卡特朗訊(Alcatel-Lucent)已於實驗室階段展示其技術--XG-FAST。其功用可將頻帶提升至350MHz以一對線提供下、上行總和速率2Gbit/s的頻寬，二是將頻帶一舉提升至500MHz並結合兩對線Bonding技術，目標是提供下、上行總和速率10Gbit/s的連線頻寬。
地理/文化差異 營運商布局G.fast大不同
全球因為不同的地理環境與文化背景，因此對寬頻網路建置方向也不相同。亞洲電信運營商例如韓國、日本、中國以光纖建設為主軸，可有效一步到位提供用戶高速寬頻服務；而北美建置同軸電纜(Cable)時程較早及成熟，有線電信運營商使用同軸電纜建設佔盡天時地利優勢，電信運營商則在光纖與銅纜配合建設下快速提供客戶高速服務，以加強市場競爭力；歐洲電信運營商住宅散居、寬頻網路建設較晚、人工費用較高等因素，大都以銅纜為布建要角。
而從2012年以來，G.fast銅纜發展主要以歐洲電信運營商最為積極。根據資訊顯示，歐美電信運營商多年前已在G.fast研究著墨許多，2012年結合華為與ALU系統廠商展示G.fast雛型設備能力，2013年提供實際網路電纜線測試，2014年提供少量實際客戶試用。
綜合上述可知，G.fast技術不再侷限於理論研究和實驗室展示，而是開始走向真正的實用化和布建。現階段，領先歐美電信業者如瑞士電信(Swisscom)、英國電信(British Telecom)預計將於2015年第3季啟動G.fast網路試運行，2016年至2017年將開始進行商用，以下為領先電信運營商之推展過程。
英國電信目標制定二階段標準
2013年6月英國電信啟動基於G.fast 1Gbit/s接入的FTTC實驗局，接著帶領歐洲電信業者與Vendor組成GOLD(Gigabits Over Legacy Drop)組織，極力研究G.fast潛在應用與標準技術，期能再提高銅纜頻寬與距離。
GOLD組織將繼續研究Multiple Giga銅纜接入技術，目標制定G.fast第二階段標準(212MHz)，預計可提升G.fast在密集城市區域實用性，如交接箱、集合式住宅等應用。依據公布的實驗數據：在十六對電纜條件下，100公尺可達1Gbit/s、480公尺可達170Mbit/s。近來英國電信已成功實現在劍橋Huntingdon的G.fast試用，此次試用為開放性，預計連接兩千戶家庭和企業，並支援330Mbit/s的連線速率，預計在未來10年內支援至500Mbit/s速率。
瑞士電信加強G.fast穩定性
瑞士電信在2014年6月開啟G.fast商用實驗局，主要關注在長距離銅線情境下以及老舊電纜、強干擾環境下G.fast技術的表現，允許客戶在FTTS(Fiber-to-the-Street)或是FTTB(Fiber-to-The-Building)場域光纖鋪設到距離建築物大約200公尺處。瑞士電信2015年4月啟動在索洛圖恩(Solothurn)的Bibern村莊為第一個試用地區，支援高達500Mbit/s上網速率。
圖2為G.fast技術之FTTdp應用規劃情境，光纖網路連接機房端之設備，再從最接近用戶的光纖出線口連接至G.fast DPU的光介面，後續改採銅線以G.fast技術提供用戶超高速寬頻網路。
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| 圖2 G.fast技術之應用情境 |
G.fast布建情境與挑戰
電信運營商以G.fast技術發揮最大可供裝距離在200公尺內作為考量，估計可能供裝之G.fast DPU位置有大樓樓層、用戶屋外(非大樓)、大樓電信室；而針對戶外之電信箱，因連接到用戶之線路數量較多，若使用G.fast技術之用戶無法收納在同一部G.fast設備時，將存在串音干擾議題，效能將嚴重受到影響。
情境一為光纖布建到大樓的電信室，大樓內因故，如管道壅塞，無法布建光纖到用戶宅內，因此於電信室建置多埠的G.fast DPU設備，並透過大樓內的垂直及水平銅纜與用戶端設備相接。由於一般大樓電信室已可提供設備電力，因此G.fast DPU不需要具備遠端供電能力。但仍須考量下列議題：
目前G.fast多埠設備研發的埠數以16、24埠居多，未來應有更高埠數的需求。
考量初期採用G.fast技術供裝僅有少數用戶，倘若大樓內總寬頻用戶數低於G.fast DPU的埠數，則可考慮將既有VDSL2的用戶全數改接收納至G.fast DPU設備，避免VDSL2與G.fast相互干擾影響效能。未來若G.fast使用用戶增加時，則可更換埠數較高的設備使用，或者以降低干擾方式來解決。
多埠設備會發生G.fast自我干擾的問題，須採用Vectoring串音消除技術解決，但設備Vectoring效益優劣將影響G.fast連線速率，因此Vectoring實作上必須要做到接近單一電路連線性能為最佳目標。
情境二為光纖布建到大樓的樓層處，因此可於樓層建置G.fast DPU再經水平銅纜到用戶宅內，通常此種應用情境以單埠的G.fast DPU設備為主，但須考量G.fast DPU設備的電力須由用戶端設備採遠端供電技術來提供。
情境三則是光纖布建到建築物外，採用壁掛式屋外型的G.fast DPU設備，經由用戶電話線接至用戶端設備。與情境二相同，採用單埠的G.fast DPU設備與用戶端遠端供電技術供裝。因G.fast建置於戶外，為避免屋外溫濕度環境使設備受損或加速老化，G.fast DPU設備須能承受更嚴苛的溫濕度要求，並且須具備防水與防塵的能力。
加速標準制定 推動G.fast布建
寬頻網路建設雖然從銅纜技術加速走向光纖技術，但全球電信運營商礙於建設成本及管道障礙考量，光纖到家網路仍需要時間方能逐步實現。以銅纜網路接取到用戶家中，爭取成本效益及建設時效性有其優勢。近期可採用VDSL2技術，並搭配Vectoring技術、Bonding技術來提供200∼300bit/s之頻寬；或採用G.fast技術，在100公尺內提供500Mbit/s之頻寬。G.fast技術目前正進入產品開發階段，許多進階功能尚未完備，仍有待標準完成制定後相關廠商之開發。
(本文作者皆任職於中華電信研究院寬頻網路研究所)