新形勢下有線電視網(wǎng)的改造方案

曾慶珠

（南京信息職業(yè)技術學院 南京 210046）

1 前言

隨著數(shù)字、網(wǎng)絡等高新技術的日新月異，互聯(lián)網(wǎng)等新型媒體的異軍突起，網(wǎng)絡電視、移動電視、手機電視等不斷涌現(xiàn)，與傳統(tǒng)的廣播電視爭奪用戶日趨激烈，傳統(tǒng)廣播電視的地位、作用和影響力已經(jīng)受到影響，有線電視業(yè)受到巨大的沖擊。與此同時，衛(wèi)星直播業(yè)務具有數(shù)字技術和服務價格的優(yōu)勢，可直接從有線電視公司手中搶走用戶，因而有線電視的發(fā)展面臨著巨大的挑戰(zhàn)。為此，有線電視網(wǎng)的數(shù)字化和雙向改造步驟急需加快。

2009年，江蘇省13個省轄市實現(xiàn)了全程全網(wǎng)，縣區(qū)整合61個，公司現(xiàn)有用戶1 511萬，其中數(shù)字電視用戶700多萬，互動電視用戶40多萬。其網(wǎng)內有線電視（CATV）用戶僅次于美國康卡斯（Comcast）公司。就用戶規(guī)模而言，江蘇廣電成為全國第一、世界第二的廣電網(wǎng)絡運營商，其有線電視網(wǎng)的改造具有典型意義。

本文以江蘇廣電為例，介紹有線電視網(wǎng)雙向改造的原則和主要技術，并分析比較了傳輸網(wǎng)絡和用戶接入的典型設計方案。

2 有線電視網(wǎng)改造的目標和原則

“光進銅退”是有線電視網(wǎng)絡數(shù)字化、寬帶化、雙向化的發(fā)展趨勢，有線電視網(wǎng)絡雙向化改造應將光纖進一步向用戶端推進，實現(xiàn)高可靠、高帶寬、高承載力、可管理、可運營的目標。各地有線電視網(wǎng)絡雙向化建設應因地制宜地擴大光纖傳輸覆蓋范圍，基本實現(xiàn)光纖到樓，逐步向光纖到戶發(fā)展。接入分配網(wǎng)的雙向化改造應依據(jù)各自的業(yè)務規(guī)劃，充分利用入戶線路的同軸電纜資源，采用適合當?shù)氐膶拵щp向接入技術，使有線電視網(wǎng)絡具備承載模擬電視、標清數(shù)字電視、高清數(shù)字電視、廣播、視頻點播、寬帶數(shù)據(jù)接入、語音服務等多種業(yè)務的能力。有線電視雙向網(wǎng)絡建設和改造應遵循標準性、可靠性、適用性、可擴展性等原則。

3 PON及EPON技術

無源光網(wǎng)絡（PON）技術是一種點到多點的光纖接入技術，所謂“無源”，是指ODN（光分配網(wǎng)）中不含有任何有源電子器件及電子電源，全部由光分路器（Splitter）等無源器件組成，不需要貴重的有源電子設備，因此其管理維護的成本較低。PON由局側的OLT（光線路終端）、用戶側的ONU/ONT（光網(wǎng)絡單元）以及ODN組成。PON下行采用TDM廣播方式，使用1 490 nm波長，上行采用TDMA（時分多址接入）方式，使用1 310 nm波長，可以靈活地組成樹型、星型、總線型等拓撲結構（典型結構為樹形結構）。

EPON結構在傳輸途中不需要電源，沒有電子部件，因此容易鋪設，基本不用維護，節(jié)省了運營和管理成本；EPON系統(tǒng)對局端資源占用很少，模塊化程度高，系統(tǒng)初期投入低，擴展容易，投資回報率高；EPON系統(tǒng)是面向未來的技術，大多數(shù)EPON系統(tǒng)都是一個多業(yè)務平臺，對于向全IP網(wǎng)絡過渡是一個很好的選擇；EPON目前可以提供上、下行對稱的1.25 Gbit/s的帶寬，并且隨著以太技術的發(fā)展可以升級到10 Gbit/s；EPON作為一種點到多點網(wǎng)絡，帶寬分配靈活，服務有保證；EPON采用標準的以太網(wǎng)接口，可以利用現(xiàn)有的價格低廉的以太網(wǎng)設備。

EPON系統(tǒng)為單纖雙向系統(tǒng)，上、下行應分別使用不同的波長，其中上行應用1 260～1 360 nm波長，下行應用1 480～1 510 nm波長，1 540～1 560 nm波長則分配給CATV電視節(jié)目信號。EPON也可以用二波長和三波長設計實現(xiàn)。二波長的設計適合于傳輸數(shù)據(jù)、語音和IP交換的數(shù)字電視，二波長的EPON的光布局結構中，1 490 nm的波長可以攜帶視頻點播（VOD）、頻道改變請求以及數(shù)據(jù)和語音上行。在目前雙向網(wǎng)絡改造中，主要選用三波長設計，在這種結構中，1 490 nm的波長和1 310 nm的波長分別用于下行和上行方向，而1 550 nm的波長則保留給下行電視節(jié)目。

廣電雙向化改造采用EPON技術進行，可直接利用已經(jīng)鋪設的光纜中剩余的一根光纖作為EPON寬帶業(yè)務的傳輸通道。在分前端機房部署EPON的OLT設備，可以覆蓋周邊10～20 km的用戶，光信號通過樹形光分配網(wǎng)絡到達小區(qū)光節(jié)點；根據(jù)光節(jié)點的覆蓋范圍，可以選擇在光節(jié)點處放置光分路器，進一步將光纖延伸到樓道放置ONU，也可以選擇在光節(jié)點處放置ONU，最后通過五類線入戶。

4 典型設計方案

傳統(tǒng)的有線電視網(wǎng)絡僅支持單向下行廣播服務，為了提升用戶的ARPU值，運營商亟待改造混合光纖同軸網(wǎng)絡（HFC），以提供雙向、互動服務。目前典型的有線電視網(wǎng)雙向改造方案有以下4種。

4.1 EPON+BIoC

廣播交互同軸（broadcasting and interactivity over cable，BIoC）網(wǎng)絡接入技術，是針對HFC網(wǎng)絡光節(jié)點后最后1公里的雙向接入解決方案，是基于Wi-Fi降頻的一種技術。

BIoC利用了原有的分配網(wǎng)資源承載廣播電視信號（模擬/數(shù)字電視）與數(shù)據(jù)信號，根據(jù)實際的線路質量自適應采用QPSK到64QAM的調制方式，根據(jù)數(shù)據(jù)接入點位置的不同采用前向糾錯編碼等技術將以太數(shù)據(jù)信號經(jīng)數(shù)字調制到射頻頻段（900～1 100 MHz），與電視信號（111～860 MHz）混合輸出到電纜分配網(wǎng)上，實現(xiàn)基于有線電視網(wǎng)絡同軸電纜的IP包傳輸（IP over cable），混合信號經(jīng)同軸電纜傳輸?shù)接脩?，通過用戶家中有線電視接口上連接的用戶終端設備，將有線電視信號與數(shù)據(jù)信號分離，并采用對應的解調技術，把調制數(shù)據(jù)信號還原為基帶數(shù)據(jù)信號，用戶通過該終端設備實現(xiàn)廣播電視、交互電視以及寬帶等業(yè)務。

BIoC技術為有線電視網(wǎng)絡承載廣播電視、互聯(lián)網(wǎng)接入和其他增值業(yè)務提供了高性價比的解決方案。BIoC技術可以利用有線電視電纜分配網(wǎng)，解決雙向業(yè)務傳輸問題，適合于多種網(wǎng)絡拓撲的改造，其應用特點是用戶接入網(wǎng)絡中的有源設備需要跨接設備。使用BIoC技術具有成本較低的優(yōu)點，不需要對現(xiàn)有的網(wǎng)絡進行改動。EPON+BIoC雙向網(wǎng)改系統(tǒng)框圖如圖1所示。

該方案也具有一些缺點。首先占用大量光纜資源，運營維護成本高；其次放置在光節(jié)點的二層交換機和光纖收發(fā)器極易受雷擊、高溫等因素影響而頻繁死機；另外因為光纜資源不夠豐富，網(wǎng)絡中存在網(wǎng)絡設備多級級聯(lián)的問題，增加了故障點，且方案不易擴容；最后BIoC是非標準技術，產(chǎn)品應用時間不長，由于Wi-Fi技術傳輸?shù)木嚯x有限，需要專有的放大器、延長器等設備。

4.2 EPON+LAN

如圖2所示，該方案主要應用在新建小區(qū)。OLT利用廣電原有HFC網(wǎng)絡的分前端光纖到園區(qū)機房分光器。在樓棟分為兩種場景：第一種場景是光纖到每個單元，用戶帶寬需求大，業(yè)務品質要求高，網(wǎng)管效果要求高，可以在單元內部署ONU，直接通過ONU上密集的以太端口進行用戶接入；第二種場景是光纖只到樓宇，ONU再通過五類線方式接入單元的樓道交換機，然后入戶，這種方式可以降低成本，同時滿足多業(yè)務開展以及基本網(wǎng)管的需求。

根據(jù)多業(yè)務開展的需要，可在用戶側增加家庭網(wǎng)關設備，完成對多業(yè)務終端的接入。下行的CATV業(yè)務通過原有的HFC線路承載，EPON+LAN承載數(shù)字電視點播信令回傳和寬帶上網(wǎng)等多業(yè)務，雙線入戶，一勞永逸地解決廣電數(shù)字網(wǎng)絡雙向問題。

本方案的優(yōu)點是：開展點播業(yè)務不需要新增用戶的終端投入，有效節(jié)省成本；高帶寬接入1 000 Mbit/s到小區(qū)，100 Mbit/s到樓道，10 Mbit/s到戶，用戶接入帶寬高；無干擾，單位用戶獨占線路資源，不存在相互干擾的問題；承載能力強，技術成熟，能充分滿足未來多業(yè)務接入的需要。

對已經(jīng)鋪設好五類線或方便鋪設五類線的建筑，宜采用EPON+LAN方案。但由于LAN需要重新鋪設線路解決入戶問題，對已經(jīng)預埋了同軸電纜的建筑，其應用將受到很大限制。

4.3 EPON+EoC

EoC（ethernet over cable）是基于有線電視同軸電纜網(wǎng)使用以太網(wǎng)協(xié)議的接入技術。在用戶樓道附近，采用特定的介質轉換技術 (主要包括阻抗變換、平衡/不平衡變換等)，將符合802.3系列標準的數(shù)據(jù)信號通過同軸電纜傳輸，接入用戶家中。

利用有線電視信號在111～860 MHz頻率傳輸，基帶數(shù)據(jù)信號在0～20 MHz頻率傳輸?shù)奶匦?，可以將兩者放在一根同軸電纜中傳輸而互不影響。把電視信號與數(shù)據(jù)信號通過合路器，利用有線電視網(wǎng)絡送至用戶。在用戶端，通過分離器將電視信號與數(shù)據(jù)信號分離開來，接入相應的終端設備。

在下一代廣播網(wǎng)絡（NGB）中，基于 EPON+EoC的下一代廣播網(wǎng)絡架構提供了簡單的端對端且基于以太網(wǎng)的分組網(wǎng)絡，可與現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡共同運行，其結構如圖3所示。

前端EPON OLT設備可支持最多8個上聯(lián)，每個上聯(lián)可提供1 Gbit/s的帶寬。ONU支持100 Mbit/s帶寬接入，采用的QoS機制和TDMA下行機制可以保證用戶增加和業(yè)務增加情況下的負載均衡，可以支持多種業(yè)務同時開展。可將ONU設備放置于小區(qū)光節(jié)點，下聯(lián)EoC頭端設備，上網(wǎng)業(yè)務和有線電視業(yè)務通過一根同軸電纜入戶，無需對現(xiàn)有同軸分配網(wǎng)進行復雜改動。

EoC技術主要承載包括高速上網(wǎng)、高清/標清、廣播、IPTV、VOD、VoIP等多種業(yè)務應用。EoC的主要特點如下：具有即插即用功能，無需在客戶端進行復雜的調試；用戶端設備為無源設備；運營維護簡單，費用低；可以為每個用戶提供10 Mbit/s全雙工帶寬。EoC接入技術可以利用同軸電纜替代五類線，但交換機端口速率需配置。由于用戶終端為無源設備，系統(tǒng)傳輸損耗容限約為12 dB，故樓棟內的入戶分配網(wǎng)需采用星型集中分配方式，從樓棟以太同軸網(wǎng)橋到用戶終端之間不能有任何分支器和損耗較大的分配器，樓內的同軸電纜分配網(wǎng)改造較小。

EPON+EoC方案易受干擾，線路氧化或其他原因引起的接觸不良等，都有可能造成網(wǎng)絡的不穩(wěn)定，隨著時間和用戶的增加，會帶來不小的穩(wěn)定性問題。

4.4 EPON+EPCN

EPON+EPCN（有源EoC）雙向網(wǎng)改系統(tǒng)框圖如圖4所示。EPCN頭端設備把以太網(wǎng)數(shù)據(jù)調制后，通過信號混合器把數(shù)據(jù)信號和CATV信號混合，混合信號通過同軸分配網(wǎng)傳送到用戶家里。用戶家里的EPCN終端設備再把以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號和CATV信號分離，數(shù)據(jù)信號通過以太口向下傳遞給PC，CATV信號通過同軸電纜傳遞給電視。

該方案具有帶寬足夠，支持業(yè)務豐富，物理層速率可達200 Mbit/s，MAC層帶寬可以達到100 Mbit/s的特點。而且采用的QoS機制和TDMA下行機制可以保證用戶增加情況下的負載均衡，可以支持點播和上網(wǎng)業(yè)務。設備部署靈活，放置于小區(qū)光節(jié)點，可完成廣覆蓋；放置于樓道交接箱，可完成密集覆蓋。其缺點是非標準技術，產(chǎn)品應用時間不長。

4.5 方案比較

表1對上方案進行了比較。通過對比可看出，EPON+EoC方案具有靈活、方便、經(jīng)濟等特點，是雙向改造較為突出、實用的組網(wǎng)方案。

表1 4種方案的比較

1 宋阿芳，奚展越，王穎.光進銅退用戶端設備部署中存在的問題研究.電信科學，2009，24（10）

2 左建，任艷，歐月華.PON中無源光分路器的分析.電信技術，2009（6）

3 吳健學.低成本多業(yè)務綜合接入EPON系統(tǒng)設計方案研究.電信科學，2009，25（4）

4 劉冊.EPON系統(tǒng)多業(yè)務承載調度機制的研究.電信科學，2009，25（9）

5 張晉豫，楊維，劉犁.優(yōu)化的EPON多播QoS DBA實現(xiàn)研究.通信學報，2009（2）

6 陳文.“光進銅退”下寬帶業(yè)務發(fā)展策略的探討.電信科學，2008，24（9）

7 蔣銘，沈成彬，王成巍等.基于EPON的FTTx接入網(wǎng)建設關鍵問題探討.電信科學，2008，24（9）

8 王成巍，沈成彬，蔣銘等.PON系統(tǒng)中的光鏈路檢測技術研究.電信科學，2008，24（9）

9 杜喆，沈成彬，陳文等.無源光網(wǎng)絡的光線路相關技術研究.電信科學，2008，24（9）

10 沈成彬，曹敏，蔣銘等.“光進銅退”熱潮中二層匯聚網(wǎng)與光接入網(wǎng)的融合.電信科學，2008，24（9）

11 唐雄燕.全業(yè)務運營環(huán)境下的光接入發(fā)展.電信技術，2009（2）