有線電視雙向網(wǎng)絡(luò)改造的技術(shù)選擇與應(yīng)用

史志紅

（山東廣電網(wǎng)絡(luò)有限公司招遠(yuǎn)分公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

有線電視雙向網(wǎng)絡(luò)改造的技術(shù)選擇與應(yīng)用

史志紅

（山東廣電網(wǎng)絡(luò)有限公司招遠(yuǎn)分公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

本文首先對(duì)有線電視網(wǎng)絡(luò)改造的思路進(jìn)行了介紹，然后對(duì)目前廣電雙向網(wǎng)改造中所采用的技術(shù)，進(jìn)行了比較、分析，最后對(duì)招遠(yuǎn)廣電網(wǎng)絡(luò)雙向改造的情況進(jìn)行了詳細(xì)論述。

有線電視網(wǎng)；雙向改造；EPON；EoC

1 引言

當(dāng)前，廣電系統(tǒng)正經(jīng)歷著一場(chǎng)深刻的技術(shù)革命，有線廣播電視正處于全國(guó)數(shù)字電視整體轉(zhuǎn)換的歷史時(shí)期。廣電運(yùn)營(yíng)商除了傳統(tǒng)廣播電視業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)外，對(duì)數(shù)字電視、語音通信、寬帶數(shù)據(jù)等雙向多業(yè)務(wù)融合的有效支持，實(shí)現(xiàn)綜合全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)，逐步向綜合業(yè)務(wù)提供商轉(zhuǎn)變已成為世界普遍認(rèn)同的趨勢(shì)。國(guó)家明確提出：要加強(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)施的建設(shè)，推進(jìn)“三網(wǎng)融合”。近年來，下一代網(wǎng)絡(luò)也是業(yè)內(nèi)一直討論的焦點(diǎn)，基于廣電的HFC網(wǎng)絡(luò)，如何進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和改造，實(shí)現(xiàn)雙向傳輸，順利過渡到下一代有線電視網(wǎng)絡(luò)，逐步開展全新的數(shù)字電視業(yè)務(wù)和豐富的增值業(yè)務(wù)，是廣電行業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)和歷史機(jī)遇。

2 網(wǎng)絡(luò)改造的思路

“光進(jìn)銅退”是有線電視網(wǎng)絡(luò)改造的趨勢(shì)，也是網(wǎng)絡(luò)向?qū)拵Щ?、雙向化發(fā)展的要求，有線電視網(wǎng)絡(luò)雙向化改造應(yīng)將光纖進(jìn)一步向用戶端推進(jìn)，最終實(shí)現(xiàn)高可靠、高帶寬、高承載能力、可管理、可運(yùn)營(yíng)的目的。

因此，在有線電視網(wǎng)絡(luò)雙向化的規(guī)劃建設(shè)中，應(yīng)擴(kuò)大光纖的覆蓋范圍，實(shí)現(xiàn)光纖向樓頭延伸、并逐步向光纖到戶發(fā)展。機(jī)房在出纜時(shí)，應(yīng)考慮大芯數(shù)光纜，機(jī)房到各光點(diǎn)有2芯即可，以減少主干光纜的芯數(shù)。

目前，全國(guó)正在大規(guī)模進(jìn)行有線電視數(shù)字化整轉(zhuǎn)，要避免網(wǎng)絡(luò)僅僅滿足有線電視數(shù)字化整轉(zhuǎn)要求，即不能為整轉(zhuǎn)而改網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)向雙向化、數(shù)字化、光纖化方向發(fā)展，這才是有線改網(wǎng)的真正目的。

3 網(wǎng)絡(luò)改造的技術(shù)選擇

3.1 Cable Modem（CM）技術(shù)

Cable Modem技術(shù)系統(tǒng)主要由IP網(wǎng)絡(luò)、DHCP服務(wù)器、CMTS、HFC同軸網(wǎng)絡(luò)及用戶終端的CM組成。CMTS與CM通過HFC同軸網(wǎng)絡(luò)相互連接，進(jìn)行計(jì)算機(jī)通信業(yè)務(wù)。其下行占用一個(gè)頻點(diǎn)與有線電視一同下傳，上行在5～65MHz范圍內(nèi)。

圖1 Cable Modem網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

由圖1可見，要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)通信，HFC網(wǎng)必須是雙向的，即雙向光工作站、雙向干線放大器、雙向用戶放大器及用戶面板都需更換，同時(shí)要調(diào)測(cè)光工作站上下兩根光纖。還要通過計(jì)算，調(diào)整干線放大器、用戶放大器的反向增益，使各支路的反向衰減電平差在允許的范圍內(nèi)。

Cable Modem方式的優(yōu)點(diǎn)是下行帶寬寬（85～860MHz），通過頻分復(fù)用的方式，可開展多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在五個(gè)方面：

（1）必須基于雙向HFC網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)質(zhì)量要求較高。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的性能質(zhì)量受施工能力和工程管理影響較大，對(duì)工程技術(shù)人員素質(zhì)要求較高。

（2）噪聲匯聚影響系統(tǒng)的帶寬和性能，后續(xù)維護(hù)工作量巨大。

（3）CMTS的帶寬成本較高，制約了業(yè)務(wù)的發(fā)展。

（4）帶寬低，占用光纖；一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)頻道下行最大只有51Mb/s。

（5）產(chǎn)業(yè)化程度不高，可供選擇的設(shè)備及系統(tǒng)數(shù)量較少。

3.2 EPON技術(shù)

EPON的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。EPON系統(tǒng)主要由光線路終端（OLT）、無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）組成。在EPON系統(tǒng)中，有源設(shè)備包括放在分前端的設(shè)備OLT和放在單元或用戶家的設(shè)備ONU；無源部分包括分前端到用戶端的光纖和光分路器。

圖2 EPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)浼肮ぷ髟?/p>

EPON采用以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)、點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸方式，極大地簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。目前，EPON技術(shù)在雙向網(wǎng)的改造中被廣泛應(yīng)用，是因?yàn)榇思夹g(shù)的組網(wǎng)方式非常適合有線電視的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，只需在原來的光纖網(wǎng)絡(luò)上做簡(jiǎn)單的配置，即可在較短的時(shí)間里完成網(wǎng)絡(luò)的組建。

EPON系統(tǒng)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)：

⊙ 節(jié)省光纖資源，上下行通道只占用一根光纖；

⊙ 系統(tǒng)可提供非常高的帶寬；

⊙ 系統(tǒng)相對(duì)成本低，建設(shè)期較短；

⊙ 由于中間鏈路為無源光網(wǎng)絡(luò)，有電信級(jí)的高可靠性；

⊙ 可接入業(yè)務(wù)多，傳輸距離遠(yuǎn)，組網(wǎng)靈活；

⊙ 維護(hù)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低；

⊙ 不存在反向噪聲問題。

4 有線電視網(wǎng)絡(luò)用戶接入技術(shù)

4.1 基于CMTS系統(tǒng)的接入技術(shù)

從圖1可以看出，采用CMTS方式進(jìn)行雙向網(wǎng)絡(luò)改造，從目前開展的業(yè)務(wù)來看，寬帶接入可順利實(shí)現(xiàn)，但從今后開展其他業(yè)務(wù)，尤其是需要高帶寬的業(yè)務(wù)時(shí)，就會(huì)明顯表現(xiàn)出處理能力的不足。

4.2 基于EPON系統(tǒng)的接入技術(shù)

4.2.1 EoC接入方式

EoC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(shù)，是目前有線電視雙向網(wǎng)絡(luò)改造中最熱門的技術(shù)之一。

目前，EoC可以分為無源EoC和有源EoC。無源EoC的設(shè)備無需供電，該技術(shù)直接把以太網(wǎng)的基帶信號(hào)耦合到同軸電纜中傳輸，其設(shè)備成本很低。從改造情況來看，無源EoC改造必須具備兩個(gè)條件：首先，局端數(shù)據(jù)信號(hào)必須到樓道；其次，EoC下行不能有分支分配器，且不能有額外干擾源。這兩個(gè)條件，導(dǎo)致EoC技術(shù)的改造成本非常大，無法適用于廣電的樹型和星型網(wǎng)絡(luò)。有源EoC則利用OFDM等技術(shù)把以太網(wǎng)信號(hào)調(diào)制到某個(gè)頻段上，然后再耦合到同軸電纜上傳輸，由于采取了一些適應(yīng)CATV網(wǎng)絡(luò)特性的處理技術(shù)，所以能克服無源EoC的缺點(diǎn)，具有傳輸距離遠(yuǎn)、能跨越分支分配器、高帶寬、支持QoS、支持集中網(wǎng)管等優(yōu)點(diǎn)。

EoC的基本原理：有線電視信號(hào)在111～860MHz頻率傳輸，基帶數(shù)據(jù)信號(hào)在0～20MHz頻率傳輸，使兩者在同一根電纜中傳輸且互不影響。把有線電視信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)通過合波器，利用樓道內(nèi)的同軸電纜送入用戶家。在用戶家再通過分波器將有線電視信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)分開，送入相應(yīng)的終端設(shè)備。由于采用基帶傳輸，無需調(diào)制解調(diào)技術(shù)，無論樓道端、用戶端均為無源設(shè)備。

EPON+EoC方案適合小區(qū)大樓已經(jīng)交付使用，新建大樓管徑較細(xì)、同軸已經(jīng)入戶、不方便或不允許入戶進(jìn)行重新布線的情況。

EoC接入方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)量小。入戶需采用集中分配方式，目前無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，商用化規(guī)模不大。

4.2.2 LAN接入方式

EPON+LAN方案符合HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，光纖到樓后，在ONU后下掛交換機(jī)，通過五類線入戶。LAN接入方式組網(wǎng)簡(jiǎn)單、設(shè)備成熟、在用戶接入率高時(shí)，戶均成本低。但需在樓道內(nèi)重新布線，施工難度大、周期長(zhǎng)、小區(qū)協(xié)調(diào)及入戶困難。

4.2.3 其他接入方式

MoCA技術(shù)是在860～1 500MHz范圍內(nèi)，利用同軸電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。需對(duì)頻帶進(jìn)行調(diào)制，有樓棟和用戶終端設(shè)備。此技術(shù)支持網(wǎng)絡(luò)的樹型結(jié)構(gòu)，無須對(duì)電纜網(wǎng)進(jìn)行改造，上下行帶寬高。但該技術(shù)無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，無國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品，而且價(jià)格偏高。此外還有Wi-Fi（無線接入）、PLC（電力線接入）、同軸交換機(jī)等一些接入方式。

5 雙向網(wǎng)絡(luò)改造實(shí)踐

5.1 雙向網(wǎng)絡(luò)改造結(jié)構(gòu)

基于EPON+EPCN的雙向改造方案，即EoC技術(shù)，招遠(yuǎn)廣電以總前端機(jī)房為核心節(jié)點(diǎn)，以12個(gè)下屬鄉(xiāng)鎮(zhèn)站加城區(qū)2個(gè)分前端為匯聚節(jié)點(diǎn)的承載網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)步推進(jìn)全市HFC網(wǎng)絡(luò)雙向改造。招遠(yuǎn)廣電雙向網(wǎng)絡(luò)改造原理圖如圖3所示。

EPON和EoC系統(tǒng)采用相關(guān)公司的設(shè)備。OLT設(shè)備（帶EPON業(yè)務(wù)板）放置于廣電小區(qū)中心機(jī)房，OLT上行連接城區(qū)網(wǎng)設(shè)備。ONU設(shè)備放置于小區(qū)或者樓道，OLT與ONU之間通過無源分光器以點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)方式連接。

EPCN系統(tǒng)由頭端CLT、終端CNU、同軸分配網(wǎng)等部分組成。頭端與ONU放置在一起，將以太網(wǎng)調(diào)制，并與CATV信號(hào)混合，在樓道同軸分配網(wǎng)中傳送。終端實(shí)現(xiàn)解調(diào)功能，將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)信號(hào)與CATV信號(hào)分離，數(shù)據(jù)信號(hào)通過網(wǎng)口鏈接PC，實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)功能。利用EPON+EPCN提供的IP通道，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播信號(hào)回傳，提供VoD增值服務(wù)，利用聯(lián)通NGN平臺(tái)提供VoIP業(yè)務(wù)。

圖3 招遠(yuǎn)廣電基于EPON+EPCN雙向改造原理圖

5.2 EPCN光節(jié)點(diǎn)覆蓋入戶方式

（1）光節(jié)點(diǎn)覆蓋方式。業(yè)務(wù)開通初期開通率比較低，為了降低成本，把EPCN頭端和ONU放置在光節(jié)點(diǎn)位置，完成對(duì)小區(qū)的廣覆蓋，從而快速完成雙向改造。隨著業(yè)務(wù)開展，可以在光節(jié)點(diǎn)位置增加EPCN頭端，為用戶提供高帶寬。

（2）樓道覆蓋方式。隨著業(yè)務(wù)推廣深入，業(yè)務(wù)開通率逐步提高，終端接入越來越密集，頭端放置在光節(jié)點(diǎn)位置已不能滿足用戶帶寬接入需求，可把EPCN頭端和ONU放置在樓頭，完成對(duì)樓道的密集覆蓋，為用戶提供高帶寬。

5.3 實(shí)際應(yīng)用中的干擾問題解決

用戶家中一般1～3臺(tái)電視機(jī)，用分支分配器分配信號(hào)，家中的寬帶電纜調(diào)制解調(diào)器CNU輸出的寬帶數(shù)據(jù)信號(hào)比較高，如果CNU離家中的電視機(jī)較近，有可能影響電視信號(hào)的正常收看。

一般寬帶數(shù)據(jù)采用衰減10～15dB的分支器分支輸出或另加10～15dB的衰減器來解決，同時(shí)要求家中所用的分支分配器各輸出口有較高的隔離度。家中的CNU到頭端CLT的寬帶鏈路衰減一般在40dB左右，通過分支器或衰減器可衰減10～15dB，使總鏈路衰減在50～55dB左右，可較好地滿足寬帶數(shù)據(jù)鏈路的要求，又可解決對(duì)有線電視信號(hào)的干擾問題。

5.4 網(wǎng)絡(luò)改造運(yùn)用的關(guān)鍵技術(shù)

5.4.1 EPON技術(shù)

目前，EPON技術(shù)在雙向網(wǎng)絡(luò)改造中被廣泛應(yīng)用，是因?yàn)榇思夹g(shù)的組網(wǎng)方式非常適合有線電視網(wǎng)絡(luò)的星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在雙向改造中，招遠(yuǎn)廣電EPON系統(tǒng)采用了具有三層交換功能的OLT設(shè)備。主要有以下特點(diǎn)：

（1）符合中國(guó)電信EPON互能標(biāo)準(zhǔn)。采用兼容中國(guó)電信互通標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，支持與友商OLT，ONU對(duì)接，保護(hù)已有投資。

（2）集成OLT、有源無源一體化。業(yè)界最大容量的EPON接入，單臺(tái)最大接入10 240個(gè)FTTH用戶；增強(qiáng)的PON功能，支持1∶64分光比，支持主干光路保護(hù)；減少網(wǎng)絡(luò)層次、節(jié)省成本、降低配置維護(hù)工作量。

（3）電信級(jí)高可靠性。所有主件支持熱插拔、雙主控模塊冗余備份；交換網(wǎng)冗余、無源背板設(shè)計(jì)；因此故障率大大降低，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

（4）豐富的業(yè)務(wù)、端口類型。支持豐富的2/3層協(xié)議；支持EPON、百兆、千兆、萬兆等各種類型的以太網(wǎng)接口；提供多種組合接口板，全面滿足客戶需求。

（5）大容量、高密度端口。最大支持768Gb/s交換量、128K MAC地址表項(xiàng)；整機(jī)支持160個(gè)EPON端口，每條EPON線路可以支持1.25Gb/s的對(duì)稱帶寬。分布式的體系架構(gòu)和硬件AISC處理保證IPv4/ IPv6業(yè)務(wù)線速轉(zhuǎn)發(fā)，不存在集中處理的瓶頸，滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)不斷發(fā)展的要求。

（6）完善的安全保護(hù)機(jī)制。內(nèi)置安全機(jī)制，可從控制、管理、轉(zhuǎn)發(fā)三方面全方位保障網(wǎng)絡(luò)的安全。

5.4.2 EPCN技術(shù)

EPCN技術(shù)是針對(duì)廣電網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀開發(fā)的有源EoC技術(shù)。把點(diǎn)到多點(diǎn)的同軸分配網(wǎng)絡(luò)作為物理層傳輸介質(zhì)，適用于星型、樹型等任意拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。EPCN的技術(shù)特點(diǎn)主要有：

（1）采用低頻傳輸技術(shù)，具有較小的Cable線路衰減特性，傳輸距離遠(yuǎn)，在理想環(huán)境下可傳輸1 000米，可實(shí)現(xiàn)從光節(jié)點(diǎn)到用戶家的覆蓋而無須任何有源中繼設(shè)備，改造十分簡(jiǎn)單。

（2）EPCN技術(shù)使用OFDM調(diào)制方式，在2～30MHz頻段使用近千個(gè)子載波，在接收端通過相關(guān)解調(diào)技術(shù)分離出各載波，同時(shí)消除碼間干擾的影響。大大的提升了EPCN的抗干擾能力。

（3）針對(duì)主-從（Master-Slave）這種點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)組網(wǎng)特點(diǎn)，進(jìn)行鏈路層改造，引入EPON MPCP多點(diǎn)控制以太網(wǎng)通信技術(shù)，利用以太網(wǎng)技術(shù)在點(diǎn)到多點(diǎn)的同軸接入網(wǎng)中進(jìn)行承載數(shù)據(jù)信號(hào)，適合廣電最后1 000米網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)。

（4）EPCN是和電力線通信排名第一的廠家合作開發(fā)，物理層采用基于Homeplug的技術(shù)，MAC層采用類似EPON的技術(shù)，借助某公司在以太網(wǎng)、EPON、ADSL等接入網(wǎng)技術(shù)的積累，在QoS、帶寬管理、多用戶多業(yè)務(wù)共享、Cable線路質(zhì)量評(píng)估、線路診斷等方面都做了詳細(xì)的更改和定義，是符合Cable網(wǎng)絡(luò)的一種MAC技術(shù)。

（5）廣電雙向網(wǎng)絡(luò)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合，能在一張網(wǎng)上承載多業(yè)務(wù)，滿足語音、視頻、數(shù)據(jù)等不同種類業(yè)務(wù)的承載需求。合作方某公司的EPCN技術(shù)從組網(wǎng)能力、業(yè)務(wù)承載、用戶識(shí)別、QoS保障、網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維等方面提供了全方位的技術(shù)支持。

6 結(jié)束語

面對(duì)三網(wǎng)融合的大趨勢(shì)以及日趨激烈的競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì)，有線電視網(wǎng)絡(luò)作為參與三網(wǎng)融合的市場(chǎng)主體，對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造己成為廣電運(yùn)營(yíng)商當(dāng)前急切解決的問題。在沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一模式的情況下，各地網(wǎng)絡(luò)公司應(yīng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)、資金、人員狀況，因地制宜選擇雙向改造的方案。在加快、加大雙向網(wǎng)改造的步伐和規(guī)模的同時(shí)，一定要擴(kuò)大光纖的覆蓋范圍，逐步將光纖向樓推進(jìn)、向家庭推進(jìn)，為今后實(shí)現(xiàn)高帶寬、多業(yè)務(wù)、交互等方面的網(wǎng)絡(luò)承載力，打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.01.007

TN510.60

B

1672-7274（2014）01-0032-04