俞興明，劉東洋，許助勇((.蘇州市職業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 蘇州 504；.江蘇通鼎寬帶有限公司，江蘇 蘇州 500)

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基于廣電HFC網(wǎng)絡(luò)的“三網(wǎng)融合”技術(shù)方案分析

俞興明1，劉東洋2，許助勇2
((1.蘇州市職業(yè)大學(xué) 電子信息工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215104；2.江蘇通鼎寬帶有限公司，江蘇 蘇州 215200)

摘 要：混合光纖同軸電纜(HFC)廣播電視網(wǎng)絡(luò)是我國(guó)重要的基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)，在全面實(shí)施信息化社會(huì)的進(jìn)程中，應(yīng)發(fā)揮廣電網(wǎng)絡(luò)的作用.闡述在HFC廣電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行的電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)“三網(wǎng)融合”的多種建設(shè)方案，分析各種方案的技術(shù)要點(diǎn)、優(yōu)缺點(diǎn)及未來(lái)的發(fā)展前景，有助于廣電運(yùn)營(yíng)商因地制宜地選擇其建設(shè)方案.

關(guān)鍵詞：廣電網(wǎng)絡(luò)；三網(wǎng)融合；EPON；GPON；RFoG

推進(jìn)“三網(wǎng)融合”是黨中央、國(guó)務(wù)院作出的一項(xiàng)信息化社會(huì)建設(shè)的重大決策.《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于印發(fā)三網(wǎng)融合推廣方案的通知》指出，加快在全國(guó)全面推進(jìn)三網(wǎng)融合，推動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施互聯(lián)互通和資源共享，有利于促進(jìn)消費(fèi)升級(jí)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和民生改善.所謂“三網(wǎng)融合”，是指廣播電視網(wǎng)、電信網(wǎng)與計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的融合，其中計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)是核心.我國(guó)混合光纖同軸電纜(HFC)廣播電視網(wǎng)(以下簡(jiǎn)稱廣電網(wǎng))建設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，用戶廣泛，入戶資源豐富，如何充分利用現(xiàn)有的廣電網(wǎng)絡(luò)資源建設(shè)“三網(wǎng)融合”的網(wǎng)絡(luò)，提升廣電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，是包括廣電員工在內(nèi)的所有信息化工作人員必須思考的問(wèn)題.本文基于HFC廣電網(wǎng)討論各種“三網(wǎng)融合”的建設(shè)方案.

1 “三網(wǎng)融合”寬帶網(wǎng)的各種方案的建設(shè)

1.1 CMTS+CM

CMTS(cable modem terminal systems)是線纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)，是一個(gè)位于有線電視用戶接入網(wǎng)前端的設(shè)備系統(tǒng)，通過(guò)它允許有線電視運(yùn)營(yíng)商向家庭計(jì)算機(jī)提供高速Internet接入；CM(cable modem)是線纜調(diào)制解調(diào)器，位于用戶端.CMTS是通信并管理控制CM的設(shè)備.CMTS+CM成對(duì)設(shè)備主要用于有線電視網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此方案適合已建HFC網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)化雙向改造，可利用原網(wǎng)絡(luò)中預(yù)留的光纖和無(wú)源分配到戶的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)組成雙向傳輸系統(tǒng)；只需要在前端和用戶端分別加裝CMTS和CM就可實(shí)現(xiàn)雙向傳輸.CMTS＋CM遵循DOCSIS(電纜數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn))，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品比較成熟，適合于大面積覆蓋，低開(kāi)通率情況下成本較低，前期投入少，是我國(guó)廣電在2010年前雙向數(shù)據(jù)化改造的主要方案.CMTS+CM方案的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示.

圖1 CMTS+CM方案的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

CMTS+CM方案屬于多業(yè)務(wù)、多頻道共享介質(zhì)系統(tǒng)，是通過(guò)有線電視同軸電纜的某個(gè)傳輸頻帶進(jìn)行調(diào)制解調(diào)傳輸數(shù)據(jù).在光傳輸部分，下行數(shù)據(jù)信號(hào)和CATV的下行信號(hào)采用波分復(fù)用(WDM)方式共纖傳輸，上下行數(shù)據(jù)信號(hào)采用空分(SDM)方式共纜不同光纖傳輸；在電纜部分，數(shù)據(jù)上下行信號(hào)按頻分復(fù)用(FDM)方式同纜傳輸，其他空閑頻段仍然可用于有線模擬和數(shù)字電視信號(hào)的傳輸.每個(gè)光工作站可帶200～500個(gè)CM用戶.

CMTS+CM方案的優(yōu)點(diǎn)是能利用現(xiàn)有的CATV網(wǎng)絡(luò)提供雙向通信，缺點(diǎn)是CMTS+CM的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使上行噪聲漏斗匯聚效應(yīng)影響系統(tǒng)的帶寬和性能，同軸電纜及接頭質(zhì)量要求較高，后續(xù)維護(hù)工作量較大；CMTS上下行通道帶寬有限(下行6 MHz，上行有200～3 200 kHz等不同等級(jí))，數(shù)據(jù)傳輸速率不高(下行最高38 Mbps共享，上行最高10 Mbps共享)，無(wú)法滿足大帶寬業(yè)務(wù)，可承載業(yè)務(wù)有限[1]，可開(kāi)通用戶數(shù)少，后續(xù)系統(tǒng)擴(kuò)容成本巨大.該技術(shù)方案在我國(guó)只有少數(shù)城市成功應(yīng)用.

1.2 EPON＋EoC

EPON(ethernet passive opitcal network)是以太無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，是以太網(wǎng)與無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的一種數(shù)據(jù)接入網(wǎng).EoC(ethernet over coax)是以太網(wǎng)信號(hào)在同軸電纜上的一種傳輸技術(shù)，原有以太網(wǎng)信號(hào)的幀格式?jīng)]有改變.EPON+EoC方案把目前的以單向分配為主的廣電HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向具有雙向?qū)拵畔⒍鄻I(yè)務(wù)承載能力的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，助力廣電運(yùn)營(yíng)商成功實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，所以EPON+EoC方案可以最大地保留現(xiàn)有有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)投資，是最適合當(dāng)前廣電HFC雙向改造的方案之一.

EoC由EoC局端及用戶端組成.局端設(shè)備一般放在樓道，或小區(qū)空地箱體中，局端將EPON網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信號(hào)(一般頻率在2～28 MHz)和CATV信號(hào)(一般頻率為88～870 MHz，含F(xiàn)M廣播)進(jìn)行頻分復(fù)用，通過(guò)原有同軸電纜傳送到用戶家里，一個(gè)EoC局端設(shè)備可支持多達(dá)64個(gè)用戶設(shè)備接入，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以為星形或樹形，最終通過(guò)用戶端CNU(customser network unit)分離出數(shù)據(jù)信號(hào)(最高可達(dá)30 Mbps)和CATV信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)的承載及點(diǎn)播信號(hào)回傳[2].EPON＋EoC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示.

EPON＋EoC系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)是遵循以太網(wǎng)協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)化程度高；系統(tǒng)支持每個(gè)客戶獨(dú)享10 Mbit/s的速率；客戶端為無(wú)源終端，減少了運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；工程安裝利用原有有線同軸電纜入戶，有效地解決了樓內(nèi)重新敷設(shè)線纜和重新穿墻打孔的難題，建設(shè)成本較低.EPON＋EoC方案的缺點(diǎn)是EoC局端需要供電，多個(gè)EoC局端取電和防雷是兩個(gè)大問(wèn)題，另外受同軸電纜低頻段射頻調(diào)制技術(shù)的限制，用戶數(shù)據(jù)帶寬不高的劣勢(shì)也逐步顯現(xiàn).另外，對(duì)于廣電已建CMTS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的小區(qū)，新建EPON架構(gòu)投資偏大，只能針對(duì)新建小區(qū)時(shí)實(shí)施.所以EPON＋EoC只是三網(wǎng)融合過(guò)程的一種過(guò)渡技術(shù).

圖2 EPON＋EoC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1.3 普通HFC＋EPON+LAN

普通HFC＋EPON+LAN方案是在原來(lái)普通HFC單向網(wǎng)的基礎(chǔ)上，重新架構(gòu)EPON網(wǎng)絡(luò)作為視頻點(diǎn)播(VOD)回傳信道，在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)最后100 m采用LAN技術(shù)并用五類雙絞線入戶，原有的模擬電視和數(shù)字電視信號(hào)通過(guò)HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，而寬帶數(shù)據(jù)信號(hào)、VOD交互信號(hào)等通過(guò)EPON系統(tǒng)傳輸.

普通HFC＋EPON+LAN組網(wǎng)方案將原有普通HFC網(wǎng)絡(luò)使用CATV同軸電纜進(jìn)戶，再在樓道內(nèi)放置EPON網(wǎng)絡(luò)的ONU、交換機(jī)等，五類線進(jìn)家庭.一個(gè)普通HFC光工作站可服務(wù)200～500個(gè)家庭，而EPON中的一個(gè)ONU所帶用戶不超過(guò)50戶，每戶五類線長(zhǎng)度不超過(guò)90 m[3].所以從廣電總局端的機(jī)房出來(lái)，在干線上的HFC光纖可以和EPON的光纖共纜，而配線光纖由于覆蓋用戶不同不能共纜.普通HFC＋EPON+LAN 組網(wǎng)方案的缺點(diǎn)是需要同軸電纜和五類線兩種電纜進(jìn)家庭，布線成本稍高.該方案本質(zhì)上廣電網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)還是兩張網(wǎng)，但兩者不會(huì)互相干擾，各自的QoS也有保障.由于是兩個(gè)網(wǎng)需要同時(shí)配合建設(shè)，該方案對(duì)于新建小區(qū)比較合適，進(jìn)戶時(shí)一起管道預(yù)埋同軸電纜和五類線.普通HFC＋EPON +LAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖3所示.

圖3 普通HFC+EPON +LAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1.4 雙纖三波EPON/GPON＋VB

由于廣電CATV的光傳輸與無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON)具有相似的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因此可以利用同一根光纜中的兩根光纖將兩種業(yè)務(wù)同時(shí)接入用戶端，即一根光纖利用WDM技術(shù)的單纖雙波長(zhǎng)(1 310 nm/ 1 550 nm)進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳輸；另一根光纖用于CATV模擬和64QAM調(diào)制后的數(shù)字視頻傳輸(videobroadcasting，VB)，波長(zhǎng)為1 550 nm.該方案中傳輸有線電視信號(hào)的光纖和傳輸PON網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信號(hào)的光纖在主干光纜中共纜，分別經(jīng)各自1∶32的光分路器后，用雙芯皮線光纜(蝶形光纜)中的兩根光纖分別接入用戶的有線電視光端機(jī)和數(shù)據(jù)ONU[4].由于數(shù)據(jù)與廣播電視分纖傳輸互不干擾，數(shù)據(jù)和視頻的QoS都能得到保障.該方案本質(zhì)上及光層面上還是兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，只不過(guò)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的光纖在光纜中共纜，節(jié)省光纜的投資而已.該類型是目前國(guó)內(nèi)廣電網(wǎng)絡(luò)公司“三網(wǎng)融合”改造采用的主要類型之一.雙纖三波EPON/GPON＋VB的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖4所示.

圖4 雙纖三波EPON/GPON＋VB的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1.5 單纖三波EPON/GPON＋VB

將有線電視圖像傳輸通過(guò)波分復(fù)用(WDM)的方式與傳輸數(shù)據(jù)的EPON/GPON的OLT共三路信號(hào)合路于一根光纖，下行數(shù)據(jù)信號(hào)用波長(zhǎng)1 490 nm窗口，上行數(shù)據(jù)用1 310 nm窗口；下行的CATV模擬及數(shù)字視頻信號(hào)采用1 550 nm窗口，三波信號(hào)經(jīng)過(guò)分路器分路后，分支光纖用單芯皮線光纜(蝶形光纜)傳輸?shù)接脩艏?，解波分?fù)用還原出1 550 nm信號(hào)接CATV光接收機(jī)，其他信號(hào)接到ONU，完成寬帶數(shù)據(jù)信號(hào)及語(yǔ)音的傳輸，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖5所示.單纖三波方式要解決1 550 nm的CATV信號(hào)過(guò)強(qiáng)導(dǎo)致光纖的非線性效應(yīng)對(duì)1 490 nm、1 310 nm信號(hào)的干擾及接收端光接收機(jī)的靈敏度問(wèn)題[5]，且目前WDM光分合波器成本較高，所以實(shí)際應(yīng)用案例不多，但預(yù)期隨著光分合波器等光器件成本的下降，未來(lái)新建小區(qū)將大規(guī)模采用這種方式.

圖5 單纖三波EPON/GPON＋VB的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

1.6 EPON/GPON單芯光纖FTTH

該方案是電信、聯(lián)通、移動(dòng)三大運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行FTTH寬帶建設(shè)的模式，國(guó)內(nèi)已達(dá)數(shù)千萬(wàn)用戶.主要采用GPON技術(shù)方式，以1∶64一級(jí)分光為主，用戶終端以“數(shù)據(jù)口+語(yǔ)音口+WiFi”為主，完全以數(shù)據(jù)方式傳輸數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、IP電視等業(yè)務(wù).為滿足智能電視(ITV)業(yè)務(wù)需求，為了緩解匯聚層網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力，在各處匯聚交換機(jī)處與BRAS 設(shè)備一起配置VDN 節(jié)點(diǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)節(jié)目點(diǎn)播數(shù)據(jù)流的傳輸分流，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖6所示.本方案以純IP形式傳送視頻，除了點(diǎn)播，如要進(jìn)行視頻組播，則“核心機(jī)房端—用戶端”各傳輸設(shè)備必須支持組播能力，同時(shí)帶寬要留有50%左右的余量保證QoS，以提高用戶體驗(yàn)[6].這種方案如采用上述GPON加64一級(jí)分光，每用戶速率可達(dá)百兆以上，完全能滿足高清視頻的播放.該方案將電視、語(yǔ)音和數(shù)據(jù)全I(xiàn)P化，是未來(lái)三網(wǎng)融合的終極目標(biāo).

圖6 EPON/GPON單芯光纖FTTH的網(wǎng)絡(luò)示意圖

1.7 光纖射頻傳輸(RFoG)

RFoG(radio frequency on glass)是美國(guó)有線通信工業(yè)協(xié)會(huì)(SCTE)制定的新標(biāo)準(zhǔn).光纖射頻傳輸允許有線電視運(yùn)營(yíng)商充分利用現(xiàn)有CMTS HFC網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，相對(duì)于HFC而言將光網(wǎng)絡(luò)終端(光站)從小區(qū)移至用戶大樓或樓道(微型光站ONU)，而同軸射頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)備保持不動(dòng).同時(shí)有線電視運(yùn)營(yíng)商可以繼續(xù)使用現(xiàn)有的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)和設(shè)備(如前端設(shè)備、CMTS平臺(tái)、電纜調(diào)制解調(diào)器、機(jī)頂盒等).

RFoG網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖7所示，視頻RF信號(hào)在前端執(zhí)行必要的轉(zhuǎn)換后，通過(guò)光信號(hào)將下行業(yè)務(wù)發(fā)送至安裝在用戶住所附近的RFoG微型光站.數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和視頻控制信息輸送通過(guò)一臺(tái)CMTS邊緣路由器下發(fā)，然后由光發(fā)射平臺(tái)執(zhí)行電/光轉(zhuǎn)換，通過(guò)波分復(fù)用(WDM)平臺(tái)和光分路器(一般1∶32分路)，在1 550 nm波長(zhǎng)上將下行數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務(wù)傳輸至位于用戶住所的微型光站，微型光站將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成RF電信號(hào)，由同軸電纜端口通過(guò)同軸電纜傳輸?shù)接脩艚K端，一般一個(gè)兩同軸端口的RFoG微型光站最多覆蓋60個(gè)家庭用戶，四端口微型光站最多覆蓋100個(gè)家庭用戶.用戶微型光站需要將反向信號(hào)重新發(fā)送至CMTS分前端，反向信號(hào)以內(nèi)置突發(fā)方式以各光站時(shí)分復(fù)用發(fā)送，該激光發(fā)送機(jī)與CM或者機(jī)頂盒STB的回傳RF發(fā)射信號(hào)同步工作，由CMTS或數(shù)字電視前端設(shè)備準(zhǔn)確控制，這樣RFoG 技術(shù)抑制了反向漏斗匯聚噪聲，使之限定在單個(gè)光機(jī)覆蓋范圍內(nèi)[7-8].由于RFoG技術(shù)在對(duì)傳統(tǒng)HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)改造中的特殊優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已得到廣大設(shè)備供應(yīng)商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的高度關(guān)注，國(guó)內(nèi)已有多個(gè)城市(如蘇州、無(wú)錫、南京等)的廣電運(yùn)營(yíng)商采用RFoG技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用戶寬帶數(shù)據(jù)和電視的接入.

圖7 RFoG的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2 結(jié)論

包含電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)和廣電網(wǎng)的“三網(wǎng)融合”是國(guó)家鼓勵(lì)的基本政策.廣電運(yùn)營(yíng)商作為信息傳輸?shù)钠髽I(yè)之一，正面臨著電信、移動(dòng)、聯(lián)通及越來(lái)越多的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的市場(chǎng)挑戰(zhàn).對(duì)于本文所述的各種“三網(wǎng)融合”方案，廣電運(yùn)營(yíng)商也要因地制宜地加以選擇.CMTS+CM方式和EPON+EOC都充分利用了廣電原有的入戶同軸電纜資源，但由于國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量參差不齊，而且在鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村地區(qū)由于電纜過(guò)長(zhǎng)要加入雙向放大器、野外光站和局端導(dǎo)致的供電、防雷等因素，使得很多網(wǎng)絡(luò)公司在采用CMTS+CM模式進(jìn)行雙向網(wǎng)改造時(shí)，不是很成功.對(duì)于鄉(xiāng)村地區(qū)，建議采用RFoG方式，直接將光纖接入用戶樓道甚至住宅內(nèi).但RFoG技術(shù)當(dāng)前設(shè)備生產(chǎn)廠商較少，導(dǎo)致戶均建設(shè)成本偏高.目前性價(jià)比最好的方案是雙纖三波(EPON/ GPON＋VB)入戶，既能提供高速數(shù)據(jù)，視頻的QoS也能得到保障，相對(duì)新建小區(qū)來(lái)說(shuō)成本不高.隨著技術(shù)的進(jìn)步，EPON/GPON在不久的將來(lái)采用帶寬更高的10 GEPON/10 GGPON，以及波分復(fù)用解復(fù)用器的成本降低，家庭寬帶接入將采用10 GEPON/10 GGPON單芯光纖FTTH方式，數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻將全I(xiàn)P化傳輸，從而實(shí)現(xiàn)真正的“三網(wǎng)融合”.

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(責(zé)任編輯：沈鳳英)

引文格式： 俞興明，劉東洋，許助勇.基于廣電HFC網(wǎng)絡(luò)的“三網(wǎng)融合”技術(shù)方案分析[J].蘇州市職業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，27(2)：14-19.

中圖分類號(hào)：TN929.18

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1008-5475(2016)02-0014-06

DOI：10.16219/j.cnki.szxbzk.2016.02.004

收稿日期：2016-02-24；修回日期：2016-03-20

作者簡(jiǎn)介：俞興明(1965-)，江蘇蘇州人，教授，高級(jí)工程師，碩士，主要從事光通信和無(wú)線通信研究.

Analysis of the “Three Network Integration” Technic Schemes Based on HFC Cable Television Network

YU Xing-ming1，LIU Dong-yang2，XU Zhu-yong2
(1.School of Electronic Information Engineering，Suzhou Vocational University，Suzhou 215104，China；
2.Jiangsu Tongding Broadband Co.，LTD，Suzhou 215200，China)

Abstract：Hybrid fiber coaxial (HFC) cable television network is an important information network in our country， playing an important role in building information society. Discussed are some construction schemes of the “Three Network Integration” including telecommunication network， computer network and broadcasting network based on cable television network， and their relative merits & shortcomings are pointed out， and their prospects are also demonstrated.

Key words：cable television network；Three Networks Integration；EPON；GPON；RFoG