全業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)及終端系統(tǒng)的研究

劉 佳

（91033 部隊，山東 青島 266000）

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，用戶對互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求不斷增長，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)等多媒體業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，對帶寬及網(wǎng)絡(luò)可靠性的要求越來越高，光纖接入網(wǎng)在滿足用戶需求方面發(fā)揮著越來越重要的作用。因此，研究和開發(fā)適用于城域網(wǎng)中的全業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)及終端系統(tǒng)具有十分重要的意義。從全業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)及其終端系統(tǒng)出發(fā)，結(jié)合我國寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀、城域網(wǎng)發(fā)展趨勢及電信運營企業(yè)現(xiàn)狀和未來發(fā)展戰(zhàn)略，研究開發(fā)一套適用于城域網(wǎng)的全業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)及終端系統(tǒng)，旨在為相關(guān)人員提供借鑒。

1 綜合接入終端系統(tǒng)的構(gòu)成

1.1 綜合接入終端系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

隨著有線電視（Cable Television，CATV）網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化發(fā)展，面向同軸電纜接入的終端產(chǎn)品隨之誕生。同軸電纜接入終端系統(tǒng)用于接收網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字電視信號，將數(shù)字電視信號轉(zhuǎn)換成模擬電視機能夠處理識別的模擬電視信號，在模擬電視機上收看數(shù)字電視節(jié)目[1]。

同軸電纜接入終端的硬件構(gòu)成包括中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、存儲器、外圍電路以及輸入輸出端口等在內(nèi)的單片計算機系統(tǒng)，如圖1所示[2-4]。

圖1 接入終端系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

1.2 同軸電纜接入終端系統(tǒng)的軟件構(gòu)成

同軸電纜接入終端系統(tǒng)的軟件由應(yīng)用軟件和管理軟件組成，應(yīng)用軟件用來實現(xiàn)用戶對同軸電纜接入終端系統(tǒng)進行操作控制和信息采集；管理軟件用來實現(xiàn)對同軸電纜接入終端系統(tǒng)的配置、管理以及維護。

軟件系統(tǒng)是同軸電纜接入終端的核心，通過軟件驅(qū)動硬件，從而實現(xiàn)各種功能。除了驅(qū)動程序和主芯片自帶的實時操作系統(tǒng)外，主要軟件為Booter、Loader、Application，其特點如表1 所示。

表1 同軸電纜接入終端系統(tǒng)的軟件類型

2 全業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)及終端系統(tǒng)設(shè)計

全業(yè)務(wù)光纖接入網(wǎng)及終端系統(tǒng)設(shè)計是為了提供高速、穩(wěn)定且可靠的網(wǎng)絡(luò)連接，滿足用戶對各種服務(wù)的需求，包括寬帶互聯(lián)網(wǎng)、互連網(wǎng)協(xié)議（Internet Protocol，IP）電話、高清視頻以及智能家居等。目前，光接入網(wǎng)技術(shù)已成為接入網(wǎng)的主要技術(shù)。在有線電視數(shù)字化加快的背景下，依托有線電視網(wǎng)的高清數(shù)字電視和光纖寬帶網(wǎng)已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚牟糠帧?/p>

2.1 綜合接入終端系統(tǒng)設(shè)計

通過使用綜合接入終端設(shè)計，用戶可借助一個綜合接入平臺，將有線電視網(wǎng)、光纖寬帶網(wǎng)等各種業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)集中連接并綜合接入終端，采用有線或無線的方式進行接入。綜合接入終端系統(tǒng)如圖2 所示[5,6]。

圖2 綜合接入終端系統(tǒng)

2.2 全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)設(shè)計

如圖3 所示，各種業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)如電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)的各類業(yè)務(wù)經(jīng)過協(xié)議的轉(zhuǎn)換接往光纖網(wǎng)絡(luò)的光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）。對于各類業(yè)務(wù)上行和下行承載，在一根光纖采用波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技術(shù)，由3 個波長完成。OLT 通過以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（Ethernet Passive Optical Network，EPON）結(jié)構(gòu)與用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）相連接，ONU完成光電轉(zhuǎn)換及處理，將IP 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和數(shù)字電視業(yè)務(wù)通過同軸電纜送至電纜網(wǎng)關(guān)。電纜網(wǎng)關(guān)將來自O(shè)NU 的Internet、互聯(lián)網(wǎng)電話協(xié)議（Voice over Internet Protocol，VoIP）、交互式網(wǎng)絡(luò)電視（Internet Protocol TV，IPTV）等數(shù)據(jù)進行封裝和變頻，與數(shù)字電視信號復用，通過同軸電纜對用戶實現(xiàn)接入。用戶的終端設(shè)備對信號進行分離，電視信號送往機頂盒，數(shù)據(jù)信號送至計算機、IP 機頂盒或電話等，數(shù)據(jù)信號也可以利用無線設(shè)備實現(xiàn)基于Wi-Fi 的WLAN 無線接入。此方案實現(xiàn)了基于光纖和同軸電纜的數(shù)據(jù)、語音以及視頻等全業(yè)務(wù)接入，同時實現(xiàn)了有線接入和無線接入的融合。

圖3 全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)設(shè)計

3 系統(tǒng)測試及業(yè)務(wù)承載能力分析

3.1 系統(tǒng)測試

本研究對綜合接入終端的同軸電纜接入部分、光纖接入部分以及整機性能進行了測試，發(fā)現(xiàn)參數(shù)滿足同軸電纜接入和光纖接入，整機性能穩(wěn)定，功耗低。整機性能參數(shù)如表2 所示。

表2 整機性能參數(shù)

3.2 業(yè)務(wù)承載能力分析研究

高清數(shù)字電視、視頻點播業(yè)務(wù)逐步被大眾認可并使用，用戶的多業(yè)務(wù)需求使得接入網(wǎng)絡(luò)要具有更高的帶寬。無源光網(wǎng)絡(luò)具有成本低、技術(shù)成熟、兼容性和可控性好、可維護性強以及業(yè)務(wù)接入類型多等優(yōu)點，是一種有效提高帶寬的技術(shù)，能夠有效提高用戶的帶寬。

3.2.1 基于無源光纖網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的通信視頻點播業(yè)務(wù)承載

基于無源光纖網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）結(jié)構(gòu)的通信視頻點播（Video On Demand，VOD）業(yè)務(wù)承載系統(tǒng)由以下幾部分構(gòu)成：（1）點播服務(wù)器，將數(shù)字視頻廣播（Digital Video Broadcasting，DVB）和IPTV 的輪播、點播節(jié)目流發(fā)至OLT 單元；（2）光鏈路單元，根據(jù)用戶的點播命令，與點播服務(wù)器進行通信，將節(jié)目流發(fā)往光分配網(wǎng)（Optical Distribution Network，ODN）；（3）光路分配單元，將下行方向的信號分路，發(fā)至ONU 設(shè)備，對用戶上行方向的信號進行復用，傳回至OLT 單元，由無源器件組成；（4）光網(wǎng)絡(luò)單元，接收下行方向的光信號，根據(jù)相應(yīng)的協(xié)議解封裝IPTV 信號，并將DVB 光信號轉(zhuǎn)換成電信號，對用戶上行方向的電信號轉(zhuǎn)換成光信號后，使用OLT分配的時隙發(fā)送上行信號；（5）綜合接入終端，響應(yīng)用戶點播命令，對下行輪播、點播的節(jié)目流進行解碼。

3.2.2 綜合接入終端的業(yè)務(wù)承載

廣播式數(shù)字電視的業(yè)務(wù)承載如圖4 所示。經(jīng)過調(diào)制的數(shù)字電視節(jié)目由混合光纖同軸（Hybrid Fiber Coaxial，HFC）網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)骄C合接入終端，在其面向同軸接入部分對電視節(jié)目進行調(diào)諧選臺、接收放大、信號解調(diào)、解復用以及解碼，再轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出，接至普通電視機終端，完成收看DVB 廣播節(jié)目。

圖4 廣播式數(shù)字電視的業(yè)務(wù)承載

光纖接入網(wǎng)通過光纖連接到綜合接入終端的面向光纖接入部分，綜合接入終端通過RJ-45 口或無線路由與終端進行連接，有線或無線方式完成Web 業(yè)務(wù)的承載。

3.2.3 基于EPON 的DVB 業(yè)務(wù)承載

DVB 是一套國際認可的、完整的、公開的、適用于不同媒介的傳輸視頻電視信號的數(shù)字電視標準。系統(tǒng)復用以及信源編碼都遵循了MPEG-2 國際標準，DVB 對DVB-S 數(shù)字衛(wèi)星直播系統(tǒng)、DVB-C 數(shù)字有線廣播系統(tǒng)、DVB-T 數(shù)字地面廣播系統(tǒng)等的信道編碼方式、調(diào)制方式、互聯(lián)網(wǎng)以及其他網(wǎng)絡(luò)的接口協(xié)議等標準進行了規(guī)范，使采用MPEG-2 的數(shù)據(jù)廣播在系統(tǒng)內(nèi)的轉(zhuǎn)換變得簡單，增加了與其他網(wǎng)絡(luò)的通用性。

4 結(jié) 論

主要介紹了2 種基于PON 結(jié)構(gòu)的VOD 業(yè)務(wù)承載和基于EPON 的DVB 業(yè)務(wù)承載系統(tǒng)。其中，VOD 業(yè)務(wù)承載系統(tǒng)采用點播式數(shù)字電視節(jié)目的調(diào)制方式，將節(jié)目流發(fā)至綜合接入終端OLT 單元，完成收看DVB廣播節(jié)目。而基于EPON 的DVB 業(yè)務(wù)承載系統(tǒng)采用DVB 標準，規(guī)定了信道編碼方式、調(diào)制方式、互聯(lián)網(wǎng)以及其他網(wǎng)絡(luò)的接口協(xié)議等，使采用MPEG-2 的數(shù)據(jù)廣播在系統(tǒng)內(nèi)的轉(zhuǎn)換變得簡單，增加了與其他網(wǎng)絡(luò)的通用性。研究結(jié)果表明，在視頻方面，既可以接收DVB 廣播式的節(jié)目，又可以完成節(jié)目的點播，還可以使用普通電視播放MPEG-2 以及H.264 節(jié)目。在數(shù)據(jù)方面，個人計算機等終端可以實現(xiàn)全光纖的接入。