以小C融合IPQAM作為廣電FTTH演進中一種補充的探討

孫 捷，史長超，徐 軍，黃 俊

（江蘇有線南京分公司，江蘇 南京 210001）

1 FTTH

1.1 FTTH在電信運營商的發(fā)展歷程

FTTH技術(shù)發(fā)端于電信運營商通信網(wǎng)的應用?？v觀20年來寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展歷程，家庭寬帶接入方式從電話撥號到 ADSL寬帶再到光纖接入，用戶帶寬速率從最初的 56 kb/s以下，提升到 100 Mb/s乃至1，000 Mb/s的帶寬速率。 20世紀90年代末期的電信業(yè)務(wù)主要聚焦于傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)，圍繞銅線網(wǎng)絡(luò)和同軸技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是最為經(jīng)濟實用的選擇。進入2000年后頭十年里，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)開始穩(wěn)步增長，國內(nèi)電信運營商開始探索基于 PON技術(shù)新建 FTTB、 FTTC補充原有銅線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸能力的不足。自 2006年起，國內(nèi)三大運營商已經(jīng)部署了幾千萬線的 FTTB，盡管有效提升了用戶帶寬，但隨著高帶寬業(yè)務(wù)的不斷涌現(xiàn)，F(xiàn)TTB等技術(shù)的短板效應開始顯現(xiàn)。而另一方面，經(jīng)過近 10年發(fā)展，F(xiàn)TTH的建設(shè)成本進一步下降，三大運營商開始傾向于選擇基于 FTTH的解決方案[1]。

1.2 廣電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展訴求

互聯(lián)網(wǎng)誕生之前，廣播電視網(wǎng)絡(luò)一直是人們獲取信息的最主要渠道。在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展初期，由于帶寬的限制，互聯(lián)網(wǎng)視頻服務(wù)質(zhì)量還遠不能與有線電視網(wǎng)絡(luò)相提并論。然而在 2006年以后，隨著網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)的迅猛發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量不斷提升，業(yè)務(wù)形態(tài)趨于多樣性，手機、平板電腦等智能化終端的興起，擠占了電視屏幕的生存空間，呈現(xiàn)出顛覆傳統(tǒng)電視功能與服務(wù)方式的趨勢，越來越多的終端用戶趨向于選擇網(wǎng)絡(luò)視頻、自媒體等新興數(shù)據(jù)服務(wù)內(nèi)容。所以面向互聯(lián)網(wǎng)，以具備高速傳輸、海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)能力的廣電網(wǎng)絡(luò)為支撐，實現(xiàn)廣電業(yè)務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的融合發(fā)展，才是未來廣電網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。面對井噴式發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新需求，只有高帶寬、低能耗的 FTTH通信網(wǎng)絡(luò)能夠承擔起大數(shù)據(jù)時代媒體融合發(fā)展信息傳輸?shù)闹負?/p>

無論是電信網(wǎng)建設(shè)還是廣電網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)雙向改造建設(shè)，全光網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必然趨勢和終 極目標。面對電信運營商日益激烈的競爭壓力，廣電運營商必須有效解決融合網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)，改變長期以來廣播電視產(chǎn)品單一的劣勢，通過互動電視、智能家居、物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)、寬帶及其他增值業(yè)務(wù)的融合，來迎合客戶日益多樣化的需求。隨著光產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，PON光網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及相關(guān)全光元件成本的大幅下降和施工效率的提升，F(xiàn)TTH已成為具有廣電網(wǎng)絡(luò)全業(yè)務(wù)承載能力的接入網(wǎng)解決方案之一[2]。

2 廣電FTTH演進過程中存量網(wǎng)絡(luò)的問題

FTTH也就是代表著全 IP化，電信運營商網(wǎng)絡(luò)在有線業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)端除去天然 IP化的寬帶業(yè)務(wù)，發(fā)展起來的IPTV沒有任何歷史負擔，從機頂盒終端到網(wǎng)絡(luò)側(cè)、播出側(cè)都是基于 IP化的，則 FTTH網(wǎng)絡(luò)對于電信運營商是水到渠成。區(qū)別于電信運營商，雖然廣電網(wǎng)絡(luò)個人業(yè)務(wù)也可劃分為寬帶業(yè)務(wù)和機頂盒電視類業(yè)務(wù)，由于廣電的電視類業(yè)務(wù)本質(zhì)上就不是一個基于 IP化的業(yè)務(wù)，前端播出側(cè)、城域網(wǎng)絡(luò)側(cè)以及大量的用戶機頂盒終端側(cè)都有一個存量的問題[3]，所以當前廣電的 FTTH更多集中在寬帶業(yè)務(wù)光纖入戶。站在一個長遠的角度，廣電網(wǎng)絡(luò)電視類業(yè)務(wù)的入戶必將也是光纖化，實現(xiàn)全業(yè)務(wù)的 FTTH，但是這也將是一個時間窗口的問題。下面進行一些具體的分析。

圖1 廣電現(xiàn)網(wǎng)的FTTH+同軸入戶

表1 廣電FTTH網(wǎng)絡(luò)對于當前業(yè)務(wù)的適配性

由上述可見，當 FTTH網(wǎng)絡(luò)部署后，對于廣電網(wǎng)絡(luò)的全業(yè)務(wù)來說，若是要形成端到端的 FTTH能力，則對于現(xiàn)網(wǎng)大量存在的機頂盒終端以及直播、點播平臺將同步帶來一個演進的過程。另外在施工上，純新建網(wǎng)絡(luò)及配套沒有光纖入戶困難，但是存量網(wǎng)絡(luò)讓光纖進入用戶家也是一個棘手的問題。

3 以小C融合IPQAM作為廣電FTTH演進過程中的一種補充

3.1 小C技術(shù)簡介

在傳統(tǒng) HFC網(wǎng)絡(luò)上，利用 CMTS和CM設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)基于 HFC網(wǎng)絡(luò)的寬帶數(shù)據(jù)傳輸。為了滿足有線電視接入網(wǎng)絡(luò)大帶寬業(yè)務(wù)承載、多業(yè)務(wù) QoS保障、可運營、可管理的運營要求，中國廣電提出了基于ETSI EN302878系列標準的一種同軸寬帶接入技術(shù)，兼容了DOCSIS標準，也稱為 C-DOCSIS技術(shù)、小 C。此外，《NGB寬帶接入系統(tǒng) C-DOCSIS技術(shù)規(guī)范》已于 2012年8月成為廣電行業(yè)標準。

小C接入技術(shù)將 EN302878系列標準規(guī)定的物理層與數(shù)據(jù)鏈路層的接口，從分中心機房下移至有線電視光節(jié)點處，向下通過射頻接口與同軸電纜分配網(wǎng)絡(luò)相接，向上通過 PON或以太網(wǎng)與匯聚網(wǎng)絡(luò)相連。針對接口下移后的組網(wǎng)模式，小 C接入技術(shù)規(guī)范了系統(tǒng)的功能模塊及模塊之間的數(shù)據(jù)和控制接口，擴展了 TSI EN302878系列標準規(guī)定的上下行射頻調(diào)制技術(shù)，簡化了部分信道技術(shù)，在保障與符合ETSI ES202488、ETSI EN302878系列標準的終端設(shè)備兼容的同時能夠?qū)崿F(xiàn)大帶寬入戶，承載視頻、語音和數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)。具有大帶寬業(yè)務(wù)承載、多業(yè)務(wù) QoS保障、可運營、可管理的能力，是有線電視網(wǎng)絡(luò)承載三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)的下一代寬帶接入技術(shù)[4]。

3.2 FTTH演進過程中存量網(wǎng)絡(luò)采用小C迭代的特點

在廣電 FTTH演進過程中，大量的存量 CMTS網(wǎng)絡(luò)通過小 C的迭代可以達到很好的效果。小 C也是通過 PON網(wǎng)絡(luò)到達光節(jié)點處，相比于 FTTH網(wǎng)絡(luò)，只是FTTH網(wǎng)絡(luò)的 ONU入戶了，而小 C網(wǎng)絡(luò)的 ONU在光節(jié)點處，再通過射頻調(diào)制的同軸入戶，一定程度上等同于FTTB，那么待到用戶終端等周邊條件都成熟后，小 C網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上對于可光纖入戶的用戶直接跨過 CMTS單元直接 ONU入戶，光纖入戶有困難的用戶還可以暫時保留同軸入戶，通過演進最終達到全部 FTTH。另外，當小 C融合了 IPQAM功能后，對于當前廣電暫未 IP化的VoD點播系統(tǒng)直接節(jié)約了 IPQAM設(shè)備投入，待到 VoD前端系統(tǒng) IP化后小 C中IPQAM的頻點資源全部轉(zhuǎn)化為CMTS頻點資源即可，即 VoD視頻全部轉(zhuǎn)化為 IP數(shù)據(jù)資源[5]。再者，小 C下沉至光節(jié)點處可以充分利用既有的CMTS頻點資源，增加總體接入帶寬，滿足用戶高帶寬接入需求。

表2 以小C進行存量網(wǎng)絡(luò)迭代的特點

4 南京地區(qū)小C網(wǎng)絡(luò)融合IPQAM應用實踐

南京地區(qū)自 2013年試點上線小 C以來，全網(wǎng)約有2，000多臺小 C運行，涵蓋華為和鼎點各時期型號，經(jīng)測試新型號的鼎點 CC8800C-P2和華為 MA5633-H822CCKRC均能支持 IPQAM的VoD點播。南京大網(wǎng)目前已經(jīng)啟動了小 C融合IPQAM功能工作，并已在具備轉(zhuǎn)換條件的區(qū)域逐步進行用戶覆蓋。

4.1 小C啟用IPQAM后網(wǎng)絡(luò)拓撲的調(diào)整

當小C中啟用了 IPQAM功能后，網(wǎng)絡(luò)側(cè)需做對應調(diào)整，整體來說簡化了網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。一是需要將VoD后臺的 IPQAM推流數(shù)據(jù)在 OLT處直接對接并通過小C下發(fā)；二是直播信號 1550光信號直接在小C處混合，省去機房光電、電光轉(zhuǎn)換。圖2為網(wǎng)絡(luò)調(diào)整前后的對比圖，紅線部分為改纖位置，在實現(xiàn)同樣功能的情況下大大精簡了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

圖2 機房雙向、單向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整

4.2 小C中IPQAM功能與VoD平臺對接

VoD系統(tǒng)是通過推流分組號+某個IPQAM頻點+某個節(jié)目號來作為推流目標的，根據(jù)小 C網(wǎng)絡(luò)的特點采用每臺小 C一個推流分組，UDP端口號重復使用。UDP端口號從 257開始，每信道 UDP port間隔256，每節(jié)目對應 UDP端口步進為 1。另外，現(xiàn)網(wǎng)中每臺 OLT為32個PON口，每個 PON口帶4臺小C，合計不超過128臺，所以每臺 OLT上規(guī)劃 1個C的推流IP地址及分組號。

需要注意，OLT下掛的小 C可以共用一個推流 IP地址，通過 65，535個UDP端口號也可以做到區(qū)分不同的小 C，即 IP地址+UDP端口號做推流目標的區(qū)分，但是這樣不利于后續(xù)直觀的運維，需要通過 UDP端口號翻譯出來對應的小 C設(shè)備?，F(xiàn)網(wǎng)里采用每一個小 C一個推流 IP地址，UDP端口號只在一個 IP地址下使用，小 C之間可以重復使用，靠 IP地址做到區(qū)分，這種一一對應的關(guān)系方便日后運維。

表3 每小C/IPQAM推流分組EQAM配置mapping表每個分組/小C信道范圍內(nèi)QAM參數(shù)設(shè)置（鼎點外掛服務(wù)器下發(fā)配置方式&華為olt直接下發(fā)配置方式）

4.3 鼎點小C啟用跨OLT的Control管理模式

現(xiàn)網(wǎng)頻譜資源 IPQAM為482 MHz開始，CMTS為714 MHz開始，目前，鼎點 CC8800C-P2版本若通過OLT下發(fā)配置管理則無法跨越 192 MHz頻點限制，故配置專用的小 C網(wǎng)管Control服務(wù)器解決此問題。此套體系中需要為鼎點每臺小 C下發(fā)管理 IP地址，并且在 DHCP中配置 Control服務(wù)器的 IP地址給小C，需要BCC系統(tǒng)支持 DHCP option43。在整個過程中：

（1）OLT做DHCP relay時為不同的設(shè)備做不同的giadd，BCC系統(tǒng)依靠DHCP中帶上去的不同的giadd對應到不同的地址池，達到BCC系統(tǒng)識別是小C的DHCP請求的目的。

（2）BCC系統(tǒng)為小 C進行DHCP分配IP地址。

（3）BCC系統(tǒng)在為小 C分配地址的過程中啟用option43字段將 Control服務(wù)器地址下發(fā)至小 C。

圖3 鼎點小C的Control模式拓撲圖

4.4 利用通信理論進行實踐創(chuàng)新，提升小C上行信道抗噪聲能力

依據(jù)香農(nóng)公式C=W*log2（1+S/N）（bps），研究小C上行保持總體帶寬不變的前提下，通過增大信道帶寬 W為2倍情況下，即log2（1+C/N）=2*log2（1+C1/N），信噪比變化。

搭建實驗室模擬環(huán)境，在 CM上行通道引入可調(diào)白噪聲，通過 CMTS上行信道調(diào)制方式的改變，測量不同的調(diào)制方式下，上行對應的抗噪聲能力。通過PC機在小 C處向CM長ping 1500的大包，調(diào)整 CM上行引入的噪聲，直至 ping包出現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)而 CM并沒有下線，則認為此時噪聲為臨界值。

圖4 上行噪聲測試方法

表4 上行噪聲極限測試

表5 上行帶寬測試

由以上的測試研究可以看出，對于小C的上行信道，通過降階調(diào)制方式，可以提升抗干擾能力，同時再輔以增大調(diào)制帶寬，可以保障整體帶寬不變。通過這樣的組合，不回避上行信道容易受到噪聲干擾，在保障總體帶寬不變的情況下提升了抗干擾能力，為上行信道開 4個頻點打下了理論基礎(chǔ)，從而也為小C現(xiàn)網(wǎng)部署環(huán)境下，用戶CM更健壯的網(wǎng)絡(luò)適應性、更好的用戶體驗打下基礎(chǔ)。目前南京局部覆蓋區(qū)域已經(jīng)開始按照3個6.4 MHz帶寬QAM16上行信道外加1個兜底的6.4 MHz帶寬QPSK上行信道配置使用。

5 結(jié)束語

當前，廣電網(wǎng)絡(luò)大存量的大 C網(wǎng)絡(luò)都將到達使用周期，繼續(xù)維?；蛘咧匦沦徺I也將是一筆不小的費用，而在覆蓋大量在線用戶前提下，全部使用FTTH入戶也不太現(xiàn)實，只要有用戶不使用光纖入戶，則理論上大C系統(tǒng)就不能下線，除非丟棄這些用戶。此時使用小C進行網(wǎng)絡(luò)迭代，無論在網(wǎng)絡(luò)演進方向還是提升用戶性能上都是一個很好的選擇，也可以和在使用期限內(nèi)的大C混合使用。另外，現(xiàn)階段需要結(jié)合廣電自身的特點，可以充分挖掘同軸潛力，穩(wěn)步推進FTTH光纖到戶，形成同軸對光纖進行補點的一個良性發(fā)展局面，避免一刀切從而造成入戶困難、用戶流失的問題。通過小C網(wǎng)絡(luò)疊加FTTH，通過時間窗口內(nèi)不斷進行網(wǎng)絡(luò)演進從而在未來的某個時間點全部實現(xiàn)FTTH光纖入戶，支撐廣電網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)發(fā)展。