基于EPON的三網(wǎng)融合接入網(wǎng)技術(shù)分析
宋世崑 2011/03/30
1.引言
信息社會(huì)的發(fā)展使人們?cè)絹碓诫x不開網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供的便利，經(jīng)過最近20年的快速發(fā)展，我國(guó)電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)都已經(jīng)成為世界第一。目前，我國(guó)有線廣播電視網(wǎng)已有333萬(wàn)km光纜線路，1000萬(wàn)km同軸電纜線路，有線電視用戶數(shù)達(dá)到1.75億戶，其中數(shù)字信號(hào)電視用戶6500萬(wàn)，模擬信號(hào)電視用戶超過1億戶，有線電視網(wǎng)絡(luò)提供的寬帶接入用戶數(shù)300多萬(wàn)戶。2009年，基礎(chǔ)電信企業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入用戶凈增2034.7萬(wàn)戶，達(dá)到10322.6萬(wàn)戶，寬帶網(wǎng)民數(shù)達(dá)到3.46億。通過對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，最大程度地利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，用較小的投資進(jìn)行雙向改造，迅速發(fā)展寬帶用戶，是廣電行業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)和歷史機(jī)遇。
隨著國(guó)務(wù)院對(duì)三網(wǎng)融合政策的批復(fù)，有線電視網(wǎng)向前演進(jìn)為下一代廣播電視網(wǎng)（NGB）的浪潮已經(jīng)不可阻擋，NGB的骨干網(wǎng)和內(nèi)容平臺(tái)都已經(jīng)有相對(duì)成熟的解決方案，接入網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)由于解決方案的復(fù)雜性和占總體投資比例的重要性而成為當(dāng)前NGB建設(shè)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。
2.接入網(wǎng)技術(shù)方案
EPON技術(shù)由于高帶寬、易維護(hù)、遠(yuǎn)距離覆蓋的特點(diǎn)成為當(dāng)前FTTx的主流承載技術(shù)，目前產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展完善，是電信運(yùn)營(yíng)商接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首選技術(shù)。但是由于在駐地網(wǎng)層面采用光纖直接到戶的成本較高，傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商基本上采用了FTTB+LAN或FTTB＋DSL的方案，這樣在盡量節(jié)約駐地網(wǎng)投資的前提下，獲得了最佳的網(wǎng)絡(luò)性能。
廣電運(yùn)營(yíng)商長(zhǎng)期專注于HFC網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，擁有著龐大的HFC接入網(wǎng)絡(luò)，利用HFC作為入戶媒介可實(shí)現(xiàn)最大的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。廣電HFC網(wǎng)絡(luò)中的同軸電纜網(wǎng)是一種理想的數(shù)據(jù)傳輸媒介，尤其在最后100m的帶寬支持能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于五類線或電話線資源。因此，在廣電網(wǎng)絡(luò)雙向改造中如何融合光纖和HFC兩種介質(zhì)，深入挖掘現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)價(jià)值，被廣電運(yùn)營(yíng)商所關(guān)注。目前比較經(jīng)濟(jì)可行的雙向改造技術(shù)方案有3種：CMTS，EPON+LAN和EPON+EoC。
（1）CMTS適合稀疏模式網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域
CMTS利用現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行QPSK/QAM調(diào)制，在HFC低頻端進(jìn)行雙向傳輸。CMTS的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)較成熟，網(wǎng)管能力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模雙向覆蓋。缺點(diǎn)是CMTS噪聲匯聚效應(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；對(duì)于大多數(shù)有線電視運(yùn)營(yíng)商而言，上行噪聲是一個(gè)普遍存在的問題，尤其是在低頻帶。CMTS設(shè)備包轉(zhuǎn)發(fā)能力弱，無(wú)法滿足日益增長(zhǎng)的高帶寬業(yè)務(wù)需求，可承載業(yè)務(wù)有限，無(wú)法提供全業(yè)務(wù)承載，后續(xù)系統(tǒng)擴(kuò)容成本巨大。CMTS的Cable接入屬于共享線路方式，如果只作寬帶接入和上網(wǎng)，在用戶數(shù)量不太多的情況下比較適合廣電開展數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。對(duì)于目前國(guó)內(nèi)用戶集中居住，用戶需要長(zhǎng)時(shí)間占用網(wǎng)絡(luò)、大流量吞吐數(shù)據(jù)，單位帶寬下降明顯，不利于高帶寬業(yè)務(wù)的開展，采用CMTS實(shí)現(xiàn)大范圍的用戶寬帶接入不夠經(jīng)濟(jì)。
（2）EPON+LAN適合于高密度用戶新建小區(qū)
EPON+LAN方案是通過EPON網(wǎng)絡(luò)接入到樓宇，通過ONU提供以太網(wǎng)接口，用戶接入通過以太網(wǎng)五類線實(shí)現(xiàn)。采用這個(gè)方案實(shí)現(xiàn)用戶語(yǔ)音和互聯(lián)網(wǎng)接入，有線電視信號(hào)仍通過HFC線路實(shí)現(xiàn)。它的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，設(shè)備商較多，接口和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。該方案適合于高密度用戶和大帶寬業(yè)務(wù)需求新建小區(qū)的第一次綜合布線時(shí)一次完成，而對(duì)于已經(jīng)開通有線電視的老用戶需要重新進(jìn)行布線，小區(qū)樓道和入戶布線施工難度較大，用戶一般不愿意接受。
（3）EPON＋EoC適合現(xiàn)有CATV用戶的首選技術(shù)
EPON＋EoC技術(shù)是在現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上構(gòu)造一個(gè)適用于廣電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的數(shù)字帶寬用戶接入網(wǎng)絡(luò)，它在不影響現(xiàn)有的CATV正常工作的前提下，以先進(jìn)的調(diào)制解調(diào)技術(shù)，將以太網(wǎng)信號(hào)合成在同軸電纜中與原有的CATV信號(hào)一起傳輸，用于承載基于IP的數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻等業(yè)務(wù)。它以較少的改造成本和工程量將原來單向的有線電視網(wǎng)絡(luò)改造成為一個(gè)雙向的、能夠承載多種業(yè)務(wù)的雙向?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)。采用EoC技術(shù)具有良好的適應(yīng)性和靈活的組網(wǎng)方案，充分利用了廣電原有的同軸接入網(wǎng)資源，節(jié)省了入戶部分的線路投資。
將EPON技術(shù)和EoC技術(shù)相結(jié)合，統(tǒng)一網(wǎng)管，組成整體解決方案，可以為廣電三網(wǎng)融合NGB的發(fā)展提供接入網(wǎng)絡(luò)的最佳技術(shù)。EPON＋EoC可提供數(shù)據(jù)、視頻、語(yǔ)音于一體的三種播放的綜合承載，通過一張接入網(wǎng)提供過去多張網(wǎng)絡(luò)的功能。該方案在開發(fā)過程中充分考慮中國(guó)國(guó)情和當(dāng)前廣電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況，在駐地網(wǎng)層面利用廣電網(wǎng)已有的Cable網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)，節(jié)約了大量的綜合布線成本和運(yùn)維投資，兼具高性能和低成本。EPON＋EoC技術(shù)滿足了廣電數(shù)字電視的雙向改造和國(guó)家三網(wǎng)融合的需要，將推動(dòng)NGB產(chǎn)業(yè)在中國(guó)的深入發(fā)展，是面向廣電運(yùn)營(yíng)商N(yùn)GB網(wǎng)絡(luò)接入層首選技術(shù)。
3.EPON和EoC組網(wǎng)技術(shù)
（1）EPON技術(shù)
光纖作為傳輸高速率、大容量、多業(yè)務(wù)的最佳媒質(zhì)，早已在骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)中得到了廣泛的應(yīng)用，在接入網(wǎng)層面，光纖也已經(jīng)得到了普及與應(yīng)用。光纖具有壽命長(zhǎng)、可靠性高、抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，光傳輸具有很強(qiáng)的帶寬擴(kuò)展能力，并且容易實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)平臺(tái)的融合。
EPON技術(shù)是將以太網(wǎng)與無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的技術(shù)，按照IEEE802.3ah國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)可以支持1.25Gbit/s對(duì)稱速率。作為光纖接入網(wǎng)的重要解決方案，EPON技術(shù)具有ADSL，LAN等無(wú)法比擬的特性，也比APON，BPON，GPON等技術(shù)更為高效地滿足了“Everything over IP”的多業(yè)務(wù)接入需求。EPON接入網(wǎng)絡(luò)具有投資成本低、操作和維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，為運(yùn)營(yíng)商解決“最后一公里”問題提供了一種非常經(jīng)濟(jì)有效的寬帶接入解決方案。目前，EPON技術(shù)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)外得到了大規(guī)模的應(yīng)用，得到國(guó)內(nèi)外運(yùn)營(yíng)商和廠商的支持和認(rèn)可。
通過EPON系統(tǒng)設(shè)備，利用FTTH/FTTB光纖網(wǎng)絡(luò)覆蓋家庭、企業(yè)用戶可以提供最大帶寬達(dá)1Gbit/s的傳輸速率。運(yùn)營(yíng)商可以用經(jīng)濟(jì)的造價(jià)和極少的光纜線路投資，方便地實(shí)現(xiàn)高速上網(wǎng)，IPTV組播/點(diǎn)播等高帶寬IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送。
EPON系統(tǒng)主要由OLT（Optical Line Terminal，光纖線路終端）和ONU（Optical Network Unit，光纖網(wǎng)絡(luò)單元）以及分離器（Splitter）構(gòu)成，OLT提供到IP城域網(wǎng)，IPTV承載網(wǎng)，NGN軟交換網(wǎng)上行接口。針對(duì)最終用戶不同的業(yè)務(wù)需求，運(yùn)營(yíng)商可靈活選擇終端ONU設(shè)備，滿足FTTH/FTTB/FTTC/FTTC+EoC等多種應(yīng)用場(chǎng)景。典型的EPON組網(wǎng)方案如圖1所示。
圖1：EPON組網(wǎng)方案
（2）EoC技術(shù)
EoC是指在同軸電纜上傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的技術(shù)。EoC系統(tǒng)由頭端、終端、同軸分配網(wǎng)等部分組成。頭端一般放在光節(jié)點(diǎn)位置，起分發(fā)上層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、匯聚終端設(shè)備的作用；終端放在用戶家里接入用戶電腦或互動(dòng)機(jī)頂盒；同軸分配網(wǎng)絡(luò)是從有線電視網(wǎng)光節(jié)點(diǎn)位置到用戶家里的網(wǎng)絡(luò)，除了同軸線纜以外，還包括有源放大器，EoC跳接器，分支/分配器等設(shè)備。
目前常用的EoC頭端設(shè)備是基于HomePlugAV技術(shù)的有源調(diào)制的接入?yún)R聚設(shè)備，它的主要功能是將數(shù)據(jù)基帶信號(hào)以O(shè)FDM方式調(diào)制到7～30MHz頻段，再與有線電視網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行混合后在有線電視HFC網(wǎng)的同軸電纜上傳輸。常用的EoC用戶端設(shè)備是基于HomePlug AV技術(shù)的用戶端的調(diào)制解調(diào)設(shè)備，其主要功能是將各類用戶終端設(shè)備電腦，機(jī)頂盒，IP話機(jī)等，接入到EoC系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)以同軸電纜為介質(zhì)的雙向?qū)拵Ы尤搿?br />
針對(duì)廣電運(yùn)營(yíng)商的EPON和EoC技術(shù)，OLT放置在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的前端，ONU放置于樓層，連接EoC（Ethernet over Cable）局端設(shè)備，通過HFC入戶。用戶通過有線電視同軸電纜線傳輸和接收數(shù)據(jù)信號(hào)，同時(shí)不影響有線電視信號(hào)的傳輸和接收。EoC主機(jī)最大帶寬可達(dá)80M以上，最多可帶64個(gè)從機(jī)，多個(gè)從機(jī)共享主機(jī)帶寬。主機(jī)在連接一定數(shù)目從機(jī)的情況下，從機(jī)的帶寬可自動(dòng)調(diào)節(jié)，用QoS可設(shè)置從機(jī)的帶寬，主機(jī)可進(jìn)行SNMP網(wǎng)絡(luò)管理。橋接器可以延伸有線電視信號(hào)的傳輸距離，跨接各種有線電視信號(hào)放大器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸，真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信號(hào)和電視信號(hào)一線傳輸。
目前EoC主流產(chǎn)品采用HomePlug AV/BPL技術(shù)，EoC頭端設(shè)備為纜橋交換機(jī)，纜橋交換機(jī)是同軸數(shù)據(jù)網(wǎng)中對(duì)有線電視單向放大器跨接的設(shè)備，它將混合后的信號(hào)通過頻率分割的方式，使數(shù)據(jù)信號(hào)不經(jīng)過放大器，有線電視信號(hào)經(jīng)放大后通過跨接器再次與數(shù)據(jù)信號(hào)混合。
纜橋交換機(jī)采用模塊化設(shè)計(jì)，主要模塊有CATV模塊，ONU模塊，EoC頭端模塊，主控交換模塊。這些模塊都作為可選模塊配置在相應(yīng)的機(jī)箱里。其中主控交換模塊只有在多端口纜橋交換機(jī)中才有應(yīng)用。模塊化設(shè)計(jì)的好處在于，可以更加靈活地滿足廣電運(yùn)營(yíng)商不同時(shí)期的需求和遠(yuǎn)期的靈活擴(kuò)展，最大限度地降低投資成本，獲得高回報(bào)。
不同地區(qū)的運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、用戶密度、覆蓋率、開通率和用戶的帶寬需求情況，選購(gòu)不同接口數(shù)量的纜橋交換機(jī)，安裝場(chǎng)合可以選擇室內(nèi)或室外。用戶終端設(shè)備按網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)量主要分單接口、雙接口和四網(wǎng)絡(luò)接口。EoC頭端模塊數(shù)量可以根據(jù)需要進(jìn)行配置，每個(gè)模塊提供一路電視信號(hào)輸入和一路Cable混頻口，可同時(shí)傳輸和接收數(shù)據(jù)信號(hào)和有線電視信號(hào)的混合信號(hào)。CATV接入模塊支持單CATV接入口，提供一路有線電視接口，可傳輸有線電視信號(hào)。
主端通過耦合器可以支持多路下連同軸通道。采用高性能的光器件，分光比為1：32時(shí)覆蓋距離達(dá)到20km，分光比為1：64時(shí)覆蓋距離達(dá)到10km。分光比為1:64時(shí)平均帶寬可以達(dá)到15Mbit/s，滿足用戶的帶寬需求。
（3）EPON+EoC組網(wǎng)應(yīng)用
采用EPON和EoC技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行技術(shù)改造，可利用EPON設(shè)備完成光纜干線的雙向改造、用戶同軸電纜接入網(wǎng)雙向改造，使用有源EoC進(jìn)行組網(wǎng)，在ONU下接有源EoC頭端，覆蓋光節(jié)點(diǎn)之下的所有用戶，對(duì)有雙向需求的用戶使用EoC用戶端接入。這樣將單向廣播式傳輸網(wǎng)建設(shè)為雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)。
EPON＋EoC的典型應(yīng)用組網(wǎng)方案如圖2所示，纜橋交換機(jī)放置于樓道或室外，覆蓋一幢大樓或一個(gè)單元。現(xiàn)網(wǎng)已鋪設(shè)光節(jié)點(diǎn)，纜橋交換機(jī)不用配置CATV模塊，通過射頻電纜接入到纜橋交換機(jī)，ONU模塊配置在纜橋交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)或互動(dòng)電視信號(hào)的回傳。
圖2：EPON＋EoC應(yīng)用組網(wǎng)方案
如果現(xiàn)網(wǎng)由于光接收機(jī)下移，纜橋交換機(jī)需要集成光接收功能。這時(shí)纜橋交換機(jī)需要配置CATV模塊，通過光纖將電視信號(hào)接入到纜橋交換機(jī)。ONU模塊配置在纜橋交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)或互動(dòng)電視信號(hào)的回傳。另外一種情況，如果現(xiàn)網(wǎng)已鋪設(shè)光節(jié)點(diǎn)，ONU放置在樓外，接入幾個(gè)單端口的纜橋交換機(jī)，數(shù)據(jù)信號(hào)通過線纜接入到纜橋交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)或互動(dòng)電視信號(hào)的回傳，電視信號(hào)通過射頻電纜接入到纜橋交換機(jī)。
4.結(jié)束語(yǔ)
廣電運(yùn)營(yíng)商采用EPON和EoC技術(shù)有助于綜合利用網(wǎng)絡(luò)資源，快速完成NGB接入層的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化雙向化改造，減少大量重復(fù)建設(shè)，節(jié)約建設(shè)和運(yùn)維成本。采用EPON＋EoC方案，用戶無(wú)需對(duì)室內(nèi)布線做任何更改，只需增加CNU終端設(shè)備就可以實(shí)現(xiàn)雙向、交互、多功能、多業(yè)務(wù)，享受三網(wǎng)融合帶來的豐富內(nèi)容。EPON＋EoC方案能夠全面提升有線電視網(wǎng)絡(luò)技術(shù)水平和業(yè)務(wù)承載能力，發(fā)揮有線電視網(wǎng)頻帶寬、低成本、易普及的優(yōu)勢(shì)，使有線數(shù)字電視成為進(jìn)入千家萬(wàn)戶的多媒體信息平臺(tái)。
雙向改造后的有線電視網(wǎng)絡(luò)是承載、提供三網(wǎng)融合業(yè)務(wù)最重要的網(wǎng)絡(luò)，將成為現(xiàn)代社會(huì)活動(dòng)中最重要的信息通信基礎(chǔ)設(shè)施。廣電網(wǎng)經(jīng)過雙向改造，采用光纖加同軸電纜的接入方式能為每個(gè)家庭用戶提供可擴(kuò)展的寬帶接入，可以滿足標(biāo)清和高清電視節(jié)目的帶寬需求，用戶欣賞到的畫面質(zhì)量將更銳麗逼真，圖像更清晰。通過這條“高速路”用戶可以快速方便地處理日常的信息，暢享信息社會(huì)的便捷服務(wù)。
泰爾網(wǎng)
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