浅谈双向网改造技术方案

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摘要：在进入“三网融合”的今天，全国广电网络面临着从单向单一的数字电视传输网络改为双向多功能多业务网，本文就以湄潭县城区有线电视传输网为例，根据目前网络实际情况出发，简单介绍几种进行低成本、高效率的双向改造组网方式，为了给更多的用户提供更加多的双向业务，建立稳定可靠、可运营、可持续发展的广电双向网络，最终达到三网融合。

关键词：双向网；光纤同轴电缆混合网HFC（Hybrid Fiber Coaxial）；以太网无源光网络EPON（Ethernet Passive Optical Network）

中图分类号：TP3 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 14-0000-02

Two-Way Network Reform Technology Solutions

Yang Chengjun

(Guizhou Radio and TV Network Meitan County Branch,Zunyi564100,China)

Abstract:Entering the"Tri-networks Integration"today,the national radio and television networks face from a single one-way to two-way digital television transmission network multi-function multi-service network,this paper to Meitan county area cable TV transmission network,for example,according to the current actual network conditions,a brief introduction of several low-cost,high-efficiency two-way transformation of networking,in order to give more users more and more two-way service,the establishment of stable and reliable operation,two-way radio network for sustainable development and ultimately achieve the triple play.

Keywords:Two-way network;Hybrid fiber coaxial cable network HFC(Hybrid Fiber Coaxial);Ethernet passive optical network EPON(Ethernet Passive Optical Network)

概述：90年代以来，光纤传输技术、数字技术和计算机技术的迅速发展，使有线电视系统发生了革命性的变化，尤其是光纤技术在1310nm和1550nm两个波长窗口的突破性进展彻底改变了传统的全电缆CATV网络结构，形成了光纤同轴电缆混合网HFC（Hybrid Fiber Coaxial）结构。HFC网不仅提高了有线电视系统的传输质量和可靠性，更重要的是形成了一个性能良好的双向通信的基础结构。而现在的有线电视正朝着双向综合业务网的方向发展，这些业务包括加密电视、付费电视、视频点播、电话、会议电视、数据业务、IPTV电视、互联网等。数字压缩技术和高效数字调制技术大大扩展了有线电视网的节目容量，因此，HFC网具有开展交互式综合信息服务的能力，如数据业务、计算机联网、电缆电话、电视会议、付费电视、视频点播（N-VOD、VOD）、多媒体业务、个人通讯等。

一、CMTS原理

CM的通信和普通Modem一样，是数据信号在模拟信道上交互传输的过程，但也存在差异，普通Modem的传输介质在用户与访问服务器之间是独立的，即用户独享传输介质，而CM的传输介质是HFC网，将数据信号调制到某个传输带宽与有线电视信号共享介质：另外，CM的结构较普通Modem复杂，它由调制解调器、调谐器、加／解密模块、桥接器、网络接VI卡、以太网集线器等组成，它无须拨号上网不占用电话线，可提供随时在线连接的全天候服务。

二、EPON原理及技术

EPON以太网无源光网络就是一种新型的光纤接入网技术，是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台，下行采用TDM，上行采用TDMA实现双向数据传输，提供多种综合业务的宽带接入技术，实现数据、语音及视频的综合业务接入，并具有良好的经济性。EPON是一种采用点到多点P2MP结构的单纤双向光接入网络，其典型拓扑结构为树型。上、下应分别使用不同的波长，其中上行应使用1260nm~1360nm波长，下午使用1480nm~1500nm，如果采用第三波长方式实现CATV业务的承载，则应使用1540nm~1560nm波长。EPON系统其典型的拓扑结构为点对多点的树枝形、星型结构。

EPON系统的ONU可放置在用户、大楼和小区等不同的位置，形成FTTC光纤到路边、FTTB光纤到大楼、FTTH光纤到户等不同的网络结构。EPON技术由IEEE 802.3EFM工作组进行标准化。EPON的物理层：IEEE802.3-2005明确规定采用单纤波分WDM复用技术（数据下行用1490nm、上行用1310nm；CATV用1550nm）实现单纤双向（三向）传输。

EPON系统支持光纤、光分合路器构成的点对多点的拓扑结构，同时，该标准定义了两种PON光接口，分别支持10km和20km的最大传输距离，EPON系统继承了千兆以太网的原有标准，采用8B/10B线路编码和标准的上下行对称1Gb/s数据。线路速率为1.25Gbps。其传输最大传输距离和最大分路比应符合以下规定中的一种：（1）在分支比1：32时支持在一根单模光纤上1000Mbps（数据速率）不小于10km的双向传输；（2）在分支比1：16时支持在一根单模光纤上1000Mbps（数据速率）不小于20km的双向传输。

EPON特点：城域改造费用低，1G双向高速带宽，宽带入户的特殊优越性，满足未来带宽需求，由于其将以太网技术与PON技术完美结合，以及与计算机网络天然的有机结合，与应用广泛的以太网局域网互连时无需再进行协议转换，无源光分配网，与广电原有网络天然匹配，与以太网系列标准兼容，适合承载基于以太网的业务，因此成为了非常适合IP业务的宽带接入技术。以太网技术成熟且已大规模应用成本低，现阶段产业链最成熟，可向10G以太网EPON升级。

EPON技术是千兆以太网技术与无源光网络（PON）的结合。IEEE的标准规定相对简单，易实现，技术成熟，运行稳定，能免满足当前主要宽带业务的要求，是近期宽带接入及FTTC、FTTB、FTTH的主要实现方式。

三、广电双向改造的方案

从每个光节点都需要增加设一条独立光纤回到前端，采用双纤传输。Cable Modem系统包括前端设备CMTS和用户端设备Cable Modem（CM），两种设备通过双向HFC网络连接。其中CMTS是连接有线电视HFC网络和IP数据网络，使用DOCSIS协议，配合CPMS终端管理服务器，通过终端CM实现Internet网络接人以及本地IP数据业务接入的设备。优点：一个头端覆盖范围大，初期设备投资低，充分利用现有cable资源，充分考虑广电系统特点，技术相对成熟。缺点：双向改造投入高，需要大量光发射机和电双向放大器，上行的漏斗效应导致噪声汇聚，对带宽影响较大，大大增加相关维护工作量，网络层级复杂，排故困难，CMTS头端一般10～30万，理论能覆盖1000用户，实际大约300户左右，远端CM大致250～500一个，CMTS一个头端带宽仅40Mbps，不能满足用户日益增长的带宽需求，抗干扰能力差，扩容潜力小，不符合国内用户密集的特点

单纤：CATV走1550nm波长，EPON利用1490和1310nm波长。优点：节省设备投资，无需新增光纤，节省光纤收发器，灵活扩容，高带宽、避免不断升级，节省运维投资，节省机房资源（房租、电费、维护），减少网络层级，减少网络故障点，大带宽，方便开展各种业务；缺点：CATV必须采用1550nm波长，发送端和每个接收端都需要WDM器件，成本高，需要考虑CATV信号和EPON信号的SRS（受激拉曼散射）效应（受激拉曼散射是强激光的光电场与原子中的电子激发、分子中的振动或与晶体中的晶格相耦合产生的，具有很强的受激特性，即与激光器中的受激光发射有类似特性：方向性强，散射强度高）。

双纤：CATV信号和EPON走独立光纤。优点：低成本，CATV和EPON光路独立，维护方便。缺点：需要新增光纤。

在单位与双纤方案中，推荐采用双纤方案，在无光纤资源情况下采用单纤方案。

（一）EPON+LAN方案：在EPON+LAN方案方案中利用分前端光纤到小区机房光分路器接入各个楼宇/道ONU，ONU采用LAN入户，承载数字电视点播和宽带上网等多业务，并根据多业务开展的需要，在用户侧增加家庭网管设备，完成对多业务终端的接入。下行的模拟和数字TV信号通过原有的光纤和HFC线路下行，HFC入户。最终双线入户，一劳永逸地解决广电数字网络双向问题。另外如果CATV信号波长为1550nm，可将分前端光纤与EPON-OLT进行合波，通过一根光纤进行传输，在小区机房进行分波，分别分出CATV信号和EPON光信号，由此可有效节省线路光纤资源。最后100米的EPON+LAN方案进行改造完成后，单位用户独占线路资源，不存在相互干扰的问题，开展点播业务不需要新增用户的终端投入，有效节省开通成本，满足用户高带宽的需求和未来多业务接人的需要。价格低，带宽大，但需要重新铺设5类线，适用于新建小区或线路改造比较容易的小区。缺点是施工成本略高，5类线覆盖距离仅100m，需要较多楼道设备，接入率较高时，平均成本才会大大降低。

（二）EPON+无源EOC：在EPON+无源EOC方案中利用分前端光纤到小区机房光分路器分光接人各个ONU，然后以EoC方式下行。EoC合成器部署在小区楼道，将CATV信号和数据信号进行合成，通过原有HFC线缆传送到用户侧，最终通过用户侧的EoC终端分离出CATV信号和数据信号，用户数字电视点播信号通过EoC方式上行。EoC充分利用现有网络的同轴电缆、分支分配器资源，能够有效节省建网成本。最后100米的无源EOC方案，施工难度小，工作量少，改造速度快，不受同轴网络上的噪声对系统传输质量的影响，降低了施工难度，终端设备成本较低，带宽大，无需重新铺设以太网线缆，需要增加无源设备，适合于老小区线路改造困难，适用于集中分配的电缆拓扑的小区，同时降低用户投资

（三）EPON+有源EOC：在EPON+有源EOC方案中利用分前端光纤到小区机房光分路器分光接人各个ONU，然后以有源EoC方式下行。EoC合成器部署在小区楼道，将CATV信号和数据信号进行合成，通过原有HFC线缆传送到用户侧，最终通过用户侧的有源EoC终端分离出CATV信号和数据信号，用户数字电视点播信号通过有源EoC方式上行。EPON+有源EOC充分利用现有网络的同轴电缆、分支分配器资源，能够有效节省建网成本。最后100米的有源EOC方案无需改变任何线缆，但设备成本较高，采用调制技术，相当于小型化的CMTS＋CM，覆盖范围更大（数百米～数千米），适用于分叉型电缆拓扑适用于树杈型分配的网络，或接入率较低的网络。

四、结束语

综上所述：广电双向改造选择EPON方案是一个最佳的改造方案，EPON接入的优势在于千兆到楼道，EPON的下行带宽是CMTS的25倍，EPON的上行带宽是CMTS的100倍，更能适应用户带宽要求；广电网络带宽为20-30M/户，层级简单，管理方便，能大大节省投资和维护成本；可更好地支持广电视频点播、卡拉OK、电子政务、视频电话、视频短信、电子购物、远程教育、数字社区、游戏、internet、IPTV组播，为居民用户、企业用户提供综合业务接入。

参考文献：

[1]刘丽红.HFC双向网改造中关于接入网方案的选择[J].中国有线电视,2010,3

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[2]黄治,张铭.有线电视双向网改造采用EOC接入技术的应用[C].2009-2009国际传输与覆盖研讨会

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[3]张.EPON技术及应用.北京邮电工程学院