有線電視網(wǎng)改造方案的探討

蔡鳴峰，張 銘

昆山市信息港網(wǎng)絡(luò)科技有限責(zé)任公司，江蘇 蘇州 215321

1 概述

我國(guó)“十一五”規(guī)劃建議中明確指出：“加強(qiáng)寬帶通信網(wǎng)﹑數(shù)字電視網(wǎng)和下一代互聯(lián)網(wǎng)等信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)‘三網(wǎng)融合’”?，F(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施包括主干傳輸網(wǎng)和入戶同軸線纜，網(wǎng)絡(luò)資源非常豐富，但由于歷史和技術(shù)的原因，我國(guó)大部分的地區(qū)的有線電視網(wǎng)還停留在傳統(tǒng)的CATV單向廣播的網(wǎng)絡(luò)，只能承載模擬電視和廣播。

隨著互聯(lián)網(wǎng)以及相關(guān)應(yīng)用的飛速發(fā)展，給有線電視網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了前所未有的機(jī)遇，但必須對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向傳輸化的改造。雙向化改造的有線電視網(wǎng)絡(luò)可以為廣大有線用戶提供交互式視頻﹑語(yǔ)音﹑Internet接入﹑增值應(yīng)用等豐富的業(yè)務(wù)，真正實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的融合。有線電視網(wǎng)絡(luò)的雙向化改造是廣播電視行業(yè)向數(shù)字化時(shí)代邁進(jìn)的必由之路，但在巨大機(jī)遇面前也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

經(jīng)過(guò)20多年的建設(shè)和發(fā)展，我國(guó)有線電視網(wǎng)絡(luò)作為國(guó)家重要的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，已成為世界上用戶規(guī)模最大的有線電視網(wǎng)絡(luò)。目前，全國(guó)擁有1.39億有線廣播電視用戶﹑農(nóng)村用戶約為4600多萬(wàn)戶，從用戶接入數(shù)和覆蓋率來(lái)看遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電信﹑網(wǎng)通等傳統(tǒng)寬帶運(yùn)營(yíng)商。因此必須實(shí)現(xiàn)廣電網(wǎng)絡(luò)整體雙向改造來(lái)實(shí)現(xiàn)未來(lái)各項(xiàng)增值業(yè)務(wù)的開(kāi)展，并迅速搶占如此龐大的市場(chǎng)。

2 現(xiàn)有解決方案的比較

有線電視網(wǎng)絡(luò)的雙向改造分為核心傳輸網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)改造。由于核心網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)使用SDH等成熟的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，因此非常容易實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，主要需要解決的問(wèn)題是接入網(wǎng)絡(luò)的雙向改造。

國(guó)內(nèi)大多數(shù)廣電公司都已經(jīng)完成了HFC網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，因此從傳輸介質(zhì)來(lái)看，接入網(wǎng)部分改造又可以分為光纖網(wǎng)和同軸網(wǎng)的雙向改造。

對(duì)于廣電網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，入戶的同軸線纜其實(shí)是非常好的網(wǎng)絡(luò)承載介質(zhì)資源。如何有效利用現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向改造，以找出一個(gè)最佳的雙向改造解決方案。

2.1 CMTS＋CM接入方案分析

Cable Modem接入方式的物理基礎(chǔ)是雙向HFC網(wǎng)絡(luò)，雙向HFC網(wǎng)絡(luò)可在單向HFC基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，配加回傳通道形成。主要包括以下幾個(gè)部分：

系統(tǒng)采用上﹑下行非對(duì)稱信道的傳輸方式，在HFC網(wǎng)絡(luò)有效頻寬111MHz～860MHz之間的電視頻道中劃分出一條到多條8MHz帶寬信道，用于以廣播形式的下行數(shù)據(jù)發(fā)送。當(dāng)信號(hào)采用256QAM（正交調(diào)幅）調(diào)制方式時(shí)，每個(gè)8MHz帶寬信道最高速率可達(dá)40Mbps，上行數(shù)據(jù)通過(guò)5MHz～65MHz進(jìn)行回傳。

有線寬帶網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)是基于DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)主要由前端設(shè)備CMTS和Cable Modem組成。CMTS是作為前端路由器﹑交換集線器與CATV網(wǎng)絡(luò)之間的連接設(shè)備，而CM是通過(guò)CMTS與廣域網(wǎng)（Internet）實(shí)現(xiàn)連接。

CMTS技術(shù)是當(dāng)前比較成熟的HFC網(wǎng)絡(luò)雙向解決方案，并在國(guó)外大量應(yīng)用。但在國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況來(lái)看，CMTS在運(yùn)營(yíng)和維護(hù)上所需要的成本比較高，而且對(duì)環(huán)境﹑技術(shù)水平等方面要求更高。

CMTS技術(shù)在國(guó)內(nèi)推廣了一段時(shí)間，從覆蓋范圍﹑開(kāi)通速率尤其在先期廣電迅速搶占客戶群方面看起到了非常好的效果。

但CMTS也有其自身難以改進(jìn)的缺陷，尤其在漏斗噪音處理方面，由于所有用戶覆蓋都噪音上傳到CMTS頭端處理，光工作站不做任何處理，用戶之間的相互影響非常大。

2.2 下一代的廣電光接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——EPON接入方案分析

EPON技術(shù)目前被認(rèn)為是FTTH網(wǎng)絡(luò)的最佳技術(shù)，EPON是英文Ethernet over Passive Optical Networks即以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)的縮寫，是IEEE于2004年6月，頒布文號(hào)為IEEE 802.3ah的基于以太網(wǎng)技術(shù)的EPON標(biāo)準(zhǔn)。

EPON是一項(xiàng)采用點(diǎn)到多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)﹑利用光纖和光無(wú)源器件進(jìn)行物理層傳輸﹑通過(guò)以太網(wǎng)協(xié)議提供多種業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)充分結(jié)合了無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，為在局端中心機(jī)房（CO）和終端客戶現(xiàn)場(chǎng)之間配置寬帶接入光纖線路提供了一種低成本的方法。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具備點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)﹑無(wú)源器件﹑后期維護(hù)成本低等特點(diǎn)。

但是目前實(shí)現(xiàn)FTTH，在設(shè)備成本上還比較高，于是出現(xiàn)了利用EPON的ONU設(shè)備覆蓋更多的用戶30-50戶實(shí)現(xiàn)EPON＋有源/無(wú)源同軸雙向技術(shù)，使得HFC的雙向改造得以實(shí)現(xiàn)。

2.2.1 EPON＋LAN接入方案分析

目前在廣電應(yīng)用較多的另一種方式是基于EPON技術(shù)的FTTB＋LAN方式。EPON部分充分利用了現(xiàn)有光纖資源，其網(wǎng)絡(luò)組成符合原有HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，EPON系統(tǒng)下聯(lián)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)或電視回傳業(yè)務(wù)；有線電視網(wǎng)部分，設(shè)備采用光收發(fā)機(jī)的機(jī)制，通過(guò)重新布設(shè)五類線方式，實(shí)現(xiàn)雙向改造。將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電視業(yè)務(wù)分網(wǎng)建設(shè)，也就是業(yè)界常說(shuō)的A﹑B網(wǎng)結(jié)構(gòu)，此種類型模式實(shí)現(xiàn)起來(lái)優(yōu)勢(shì)在于整體結(jié)構(gòu)比較清晰，另外以太網(wǎng)技術(shù)也已比較成熟，但問(wèn)題在于工程施工造價(jià)偏昂貴，需要在已有住戶小區(qū)重新布線，對(duì)居民的影響比較大，同時(shí)帶來(lái)的后果是用戶開(kāi)通業(yè)務(wù)比較慢。與傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商的寬帶業(yè)務(wù)無(wú)法進(jìn)行有效的競(jìng)爭(zhēng)。

2.2.2 Cablengine纜擎技術(shù)對(duì)HFC全網(wǎng)改造接入解決方案分析

Cablengine纜擎技術(shù)與現(xiàn)有廣電的HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完全一致，在實(shí)施過(guò)程中只需要將傳統(tǒng)光工作站替換安裝成Cablengine纜擎Master局端設(shè)備，其它光纜和同軸網(wǎng)絡(luò)都不需要改變。在用戶端，只需要簡(jiǎn)單的安裝Cablengine纜擎Slave用戶端設(shè)備，通過(guò)統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)管理就可以迅速的開(kāi)展寬帶業(yè)務(wù)。

目前可提供85Mbps～200Mbps帶寬接入，Cablengine纜擎技術(shù)主要有以下特點(diǎn)：

1）充分利用現(xiàn)有廣電光網(wǎng)絡(luò)部分

Cablengine纜擎技術(shù)方案的光路部分充分利用了EPON技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，單纖雙向數(shù)據(jù)傳輸﹑點(diǎn)到多點(diǎn)﹑1G帶寬﹑20km傳輸距離﹑良好的QoS控制﹑IP多業(yè)務(wù)承載等。采用雙窗口無(wú)源分光器與現(xiàn)有CATV光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一致， 不僅可以滿足密集用戶區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入，同時(shí)以高性價(jià)比滿足偏遠(yuǎn)山區(qū)的接入。

2）工作于低頻段﹑抗干擾能力強(qiáng)﹑抗線路衰減能力強(qiáng)

Cablengine纜擎技術(shù)方案的同軸部分工作于5M～30M的低頻段，因此有較強(qiáng)的抗衰減能力，在同軸介質(zhì)上50dB的損耗可以有效傳輸500m。由于采用的先進(jìn)的OFDM技術(shù)，具有極強(qiáng)的抗干擾能力。如果某個(gè)載波在受到干擾后，系統(tǒng)會(huì)自行屏蔽掉該載波，避開(kāi)干擾源，并實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)。同時(shí)通過(guò)簡(jiǎn)單器件低通濾波就可以輕易橋接數(shù)據(jù)信號(hào)通過(guò)CATV電放大器。

3）高帶寬

Cablengine纜擎技術(shù)在同軸上物理層5M～30M低頻段使用OFDM調(diào)制方式，具有非常高的頻譜利用率，使用917個(gè)子載波，每個(gè)子載波可以單獨(dú)進(jìn)行BPSK﹑QPSK﹑8QAM﹑16QAM﹑64QAM﹑256QAM和1024QAM調(diào)制；采用Turbo FEC錯(cuò)誤校驗(yàn)；物理層線路速率達(dá)到200Mbps。

4）QoS保證

Cablengine纜擎技術(shù)提供了TDMA的多址訪問(wèn)以支持QoS的要求，保證了帶寬，延遲和抖動(dòng)的參數(shù)要求。同時(shí)也可以采用CSMA/CA技術(shù)支持傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

5）安全性

傳輸采用AES 128數(shù)據(jù)加密，有效保證數(shù)據(jù)的安全性。同時(shí)在MAC層提供端口隔離功能，同時(shí)提供了用戶方端口帶寬控制能力，實(shí)現(xiàn)真正的﹑可運(yùn)營(yíng)的﹑安全的HFC雙向網(wǎng)絡(luò)。

6）樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

Cablengine纜擎技術(shù)是適合點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)，正好符合廣電HFC網(wǎng)絡(luò)的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。

3 HFC雙向改造方案及設(shè)計(jì)思路

通過(guò)以上簡(jiǎn)單分析與比較，在技術(shù)選擇上需要從帶寬﹑業(yè)務(wù)承載能力﹑工程成本﹑工程開(kāi)通速率等方面進(jìn)行綜合考慮。因此，HFC網(wǎng)絡(luò)雙向改造方案及設(shè)計(jì)思路可以從以下幾個(gè)方面考慮：

1）最大程度減少工程成本和時(shí)間

用戶的快速覆蓋是運(yùn)營(yíng)商發(fā)展思路的重點(diǎn)，尤其對(duì)于廣電運(yùn)營(yíng)商在實(shí)現(xiàn)雙向改造的過(guò)程中面臨傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商的壓力，需要更快搶占客戶。因此在技術(shù)選擇上需要考慮實(shí)現(xiàn)最少工程成本的技術(shù)模式。

2）適應(yīng)各類型光纖﹑同軸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從目前HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)看，有線電視網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在光纖和同軸部分都是采用樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即使部分網(wǎng)絡(luò)為集中式結(jié)構(gòu)，其實(shí)也只是樹(shù)型結(jié)構(gòu)的一種特例。如果一種技術(shù)不能適應(yīng)樹(shù)型結(jié)構(gòu)的話，則在實(shí)際的應(yīng)用時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的局限性。同軸改造技術(shù)需要充分考慮抗噪聲干擾問(wèn)題。有線電視網(wǎng)絡(luò)中87MHz～862MHz是用于正向的有線電視信號(hào)及正向數(shù)據(jù)傳輸，5 MHz～65MHz用于反向數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)采用Cablengine纜擎技術(shù)時(shí)5 MHz～65MHz成為空閑頻段，由于Cablengine纜擎技術(shù)使用的2 MHz～30MHz頻段恰好落在該頻段中，而其它的一些技術(shù)使用的是超過(guò)870MHz的頻率，甚至是2.5GHz的高頻，由于頻率越高衰減越大，因此過(guò)大的鏈路損耗預(yù)算成為組網(wǎng)的障礙。

有線電視網(wǎng)絡(luò)中的低頻段是噪聲集中的頻段，存在著由于環(huán)境干擾造成的各種侵入噪聲以及由于樹(shù)型結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的匯聚漏斗噪聲。CMTS技術(shù)之所以在國(guó)內(nèi)沒(méi)有廣泛應(yīng)用就在于難以克服噪聲。有線電視分配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)正向傳輸（87 MHz～870MHz）損耗一般小于35dB，而Cablengine纜擎技術(shù)工作在更低的頻段，因此損耗更小。即使損耗達(dá)到60dB時(shí)仍可以以MB級(jí)的速率傳輸，因此采用Cablengine纜擎技術(shù)無(wú)需擔(dān)心網(wǎng)絡(luò)鏈路損耗是否太大。

4 發(fā)展方向

根據(jù)以上分析，無(wú)論從技術(shù)成熟度﹑快速投資回報(bào)還是性價(jià)比來(lái)說(shuō)，Cablengine纜擎技術(shù)整合了EPON技術(shù)和有源同軸以太網(wǎng)技術(shù)，是HFC雙向改造方案可選的接入技術(shù)中最具競(jìng)爭(zhēng)力的方案。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向?qū)⑹怯懈鼜?qiáng)的全網(wǎng)QoS保證和多業(yè)務(wù)的靈活承載。從業(yè)務(wù)層面上看，市場(chǎng)需求更加靈活的業(yè)務(wù)承載軟件平臺(tái)以實(shí)現(xiàn)豐富的增值業(yè)務(wù)。隨著光器件和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，將來(lái)利用EPON的FTTH進(jìn)行光纖到戶的“三網(wǎng)合一”，多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)是廣電接入網(wǎng)的發(fā)展方向，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)“光進(jìn)銅退”總的指導(dǎo)方針。