有线电视网改造方案的探讨
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关键词：有线电视网络 双向化改造 CMTS+CM Cablengine缆擎技术 EPON 光纤 同轴电缆
内容摘要：随着互联网的飞速发展，“三网融合”的不断推进，我们应该选用那种方案对现有HFC网络进行双向化改造？1、CMTS+CM在现有单向的基础上配加回传通道即可实现，但是由于在用户端的回传噪声不但给维护带来很大的压力，而且会给很多用户的接入带来影响。2、Cablengine缆擎技术虽然对回传通道有了很好的解决方案，带宽也有很大的提高，但是由于使用了超过870MHZ甚至2.5GHZ的高频率，过大的链路损耗成最大的组网障碍。3、EPON+有源EOC不对现有电视网络做很大的改变，而且高带宽接入；长距离传输；对现有网络和施工成本的要求不高。4、EPON+LAN拥有成熟的技术、性价比高的优点，只需在每栋楼增加ONU和交换机，而且不需要增加用户终端的投入便能得到高速的接入。所以相对而言EPON+有源EOC和EPON+LAN更为适合现有的广电网络。
1. 概述
我国“十一五”规划建议中明确指出：“加强宽带通信网、数字电视网和下一代互联网等信息基础设施建设，推进‘三网融合’”。现有的有线电视网络基础设施包括主干传输网和入户同轴线缆，网络资源非常丰富，但由于历史和技术的原因，我国大部分的地区的有线电视网还停留在传统的CATV单向广播的网络，只能承载模拟电视和广播。
随着互联网以及相关应用的飞速发展，给有线电视网络带来了前所未有的机遇，但必须对现有网络进行双向传输化的改造。 双向化改造的有线电视网络可以为广大有线用户提供交互式视频、语音、Internet接入、增值应用等丰富的业务，真正实现多种业务的融合。有线电视网络的双向化改造是广播电视行业向数字化时代迈进的必由之路，但在巨大机遇面前也面临着巨大的挑战。
经过20多年的建设和发展，我国有线电视网络作为国家重要的信息化基础设施，已成为世界上用户规模最大的有线电视网络。目前，全国拥有1.39亿有线广播电视用户、农村用户约为4600多万户，从用户接入数和覆盖率来看远远超过电信、网通等传统宽带运营商。因此必须实现广电网络整体双向改造来实现未来各项增值业务的开展，并迅速抢占如此庞大的市场。
2. 现有解决方案的比较
有线电视网络的双向改造分为核心传输网络和接入网络改造。由于核心网络已经使用SDH等成熟的光传输网络，因此非常容易实现双向传输，主要需要解决的问题是接入网络的双向改造。
国内大多数广电公司都已经完成了HFC网络建设，因此从传输介质来看，接入网部分改造又可以分为光纤网和同轴网的双向改造。
对于广电网络来说，入户的同轴线缆其实是非常好的网络承载介质资源。如何有效利用现有的HFC网络进行双向改造，以找出一个最佳的双向改造解决方案。
2.1 CMTS＋CM接入方案分析
Cable Modem接入方式的物理基础是双向HFC网络，双向HFC网络可在单向HFC基础上进行改造，配加回传通道形成。主要包括以下几个部分：
系统采用上、下行非对称信道的传输方式，在HFC网络有效频宽111～860MHz之间的电视频道中划分出一条到多条8MHz带宽信道，用于以广播形式的下行数据发送。当信号采用256QAM（正交调幅）调制方式时，每个8MHz带宽信道最高速率可达40Mbps，上行数据通过5～65MHz进行回传。
有线宽带网络接入系统是基于DOCSIS标准来设计的，系统主要由前端设备CMTS和Cable Modem组成。CMTS是作为前端路由器、交换集线器与CATV网络之间的连接设备，而CM是通过CMTS与广域网（Internet）实现连接。
CMTS技术是当前比较成熟的HFC网络双向解决方案，并在国外大量应用。但在国内应用情况来看，CMTS在运营和维护上所需要的成本比较高，而且对环境、技术水平等方面要求更高。
CMTS技术在国内推广了一段时间，从覆盖范围、开通速率尤其在先期广电迅速抢占客户群方面看起到了非常好的效果。
但CMTS也有其自身难以改进的缺陷，尤其在漏斗噪音处理方面，由于所有用户覆盖都噪音上传到CMTS头端处理，光工作站不做任何处理，用户之间的相互影响非常大。
2.2下一代的广电光接入网络技术――EPON接入方案分析
EPON技术目前被认为是FTTH网络的最佳技术，EPON是英文Ethernet over Passive Optical Networks即以太无源光网络的缩写，是IEEE于2004年6月，颁布文号为IEEE 802.3ah的基于以太网技术的EPON标准。
EPON是一项采用点到多点拓扑结构、利用光纤和光无源器件进行物理层传输、通过以太网协议提供多种业务的宽带接入技术。这项技术充分结合了无源光网络技术和以太网
技术的优势，为在局端中心机房（CO）和终端客户现场之间配置宽带接入光纤线路提供了一种低成本的方法。无源光网络技术具备点到多点的拓扑结构、无源器件、后期维护成本低等特点。
但是目前实现FTTH，在设备成本上还比较高，于是出现了利用EPON的ONU设备覆盖更多的用户30-50户实现EPON＋有源/无源同轴双向技术，使得HFC的双向改造得以实现。
2.2.1EPON＋LAN接入方案分析
目前在广电应用较多的另一种方式是基于EPON技术的FTTB＋LAN方式。EPON部分充分利用了现有光纤资源，其网络组成符合原有HFC网络结构，EPON系统下联交换机，实现数据业务或电视回传业务；有线电视网部分，设备采用光收发机的机制，通过重新布设五类线方式，实现双向改造。将数据业务和电视业务分网建设，也就是业界常说的A、B网结构，此种类型模式实现起来优势在于整体结构比较清晰，另外以太网技术也已比较成熟，但问题在于工程施工造价偏昂贵，需要在已有住户小区重新布线，对居民的影响比较大，同时带来的后果是用户开通业务比较慢。与传统电信运营商的宽带业务无法进行有效的竞争。
2.2.2Cablengine缆擎技术对HFC全网改造接入解决方案分析
Cablengine缆擎技术与现有广电的HFC网络结构完全一致，在实施过程中只需要将传统光工作站替换安装成Cablengine缆擎Master局端设备，其它光缆和同轴网络都不需要改变。在用户端，只需要简单的安装Cablengine缆擎Slave用户端设备，通过统一的网管系统和业务系统管理就可以迅速的开展宽带业务。
目前可提供85M-200Mbps带宽接入，Cablengine缆擎技术主要有以下特点：
. 充分利用现有广电光网络部分
Cablengine缆擎技术方案的光路部分充分利用了EPON技术的优势，单纤双向数据传输、点到多点、1G带宽、20公里传输距离、良好的QoS控制、IP多业务承载等。采用双窗口无源分光器与现有CATV光网络结构一致， 不仅可以满足密集用户区的数据业务接入，同时以高性价比满足偏远山区的接入。
工作于低频段、抗干扰能力强、抗线路衰减能力强
Cablengine缆擎技术方案的同轴部分工作于5-30M的低频段，因此有较强的抗衰减能力，在同轴介质上50dB的损耗可以有效传输500米。由于采用的先进的OFDM技术，具有极强的抗干扰能力。如果某个载波在受到干扰后，系统会自行屏蔽掉该载波，避开干扰源，并实现了动态实时检测。同时通过简单器件低通滤波就可以轻易桥接数据信号通过CATV电放大器。
. 高带宽
Cablengine缆擎技术在同轴上物理层5-30M低频段使用OFDM调制方式，具有非常高的频谱利用率，使用917个子载波，每个子载波可以单独进行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM调制；采用Turbo FEC错误校验；物理层线路速率达到200Mbps。
. QoS保证
Cablengine缆擎技术提供了TDMA的多址访问以支持QoS的要求，保证了带宽，延迟和抖动的参数要求。同时也可以采用CSMA/CA技术支持传统的网络环境。
. 安全性
传输采用AES 128数据加密，有效保证数据的安全性。同时在MAC层提供端口隔离功能，同时提供了用户方端口带宽控制能力，实现真正的、可运营的、安全的HFC双向网络。
. 树形网络结构
Cablengine缆擎技术是适合点到多点的网络，正好符合广电HFC网络的树形结构。
3．HFC双向改造方案及设计思路
通过以上简单分析与比较，在技术选择上需要从带宽、业务承载能力、工程成本、工程开通速率等方面进行综合考虑。因此，HFC网络双向改造方案及设计思路可以从以下几个方面考虑：
. 最大程度减少工程成本和时间
用户的快速覆盖是运营商发展思路的重点，尤其对于广电运营商在实现双向改造的过程中面临传统电信运营商的压力，需要更快抢占客户。因此在技术选择上需要考虑实现最少工程成本的技术模式。
. 适应各类型光纤、同轴网络结构
从目前HFC网络结构来看，有线电视网络结构在光纤和同轴部分都是采用树型网络结构，即使部分网络为集中式结构，其实也只是树型结构的一种特例。如果一种技术不能适应树型结构的话，则在实际的应用时会产生很大的局限性。同轴改造技术需要充分考虑抗噪声干扰问题。有线电视网络中87-862MHz是用于正向的有线电视信号及正向数据传输，5-65MHz用于反向数据传输。当采用Cablengine缆擎技术时5-65MHz成为空闲频段，由于Cablengine缆擎技术使用的2-30MHz频段恰好落在该频段中，而其它的一些技术使用的是超过870MHz的频率，甚至是2.5GHz的高频，由于频率越高衰减越大，因此过大的链路损耗预算成为组网的障碍。
有线电视网络中的低频段是噪声集中的频段，存在着由于环境干扰造成的各种侵入噪声以及由于树型结构所带来的汇聚漏斗噪声。CMTS技术之所以在国内没有广泛应用就在于难以克服噪声。有线电视分配网络的设计正向传输（87-870MHz）损耗一般小于35dB，而Cablengine缆擎技术工作在更低的频段，因此损耗更小。即使损耗达到60dB时仍可以以MB级的速率传输，因此采用Cablengine缆擎技术无需担心网络链路损耗是否太大。
4. 发展方向
根据以上分析，无论从技术成熟度、快速投资回报还是性价比来说，Cablengine缆擎技术整合了EPON技术和有源同轴以太网技术，是HFC双向改造方案可选的接入技术中最具竞争力的方案。未来网络的发展方向将是有更强的全网QoS保证和多业务的灵活承载。从业务层面上看，市场需求更加灵活的业务承载软件平台以实现丰富的增值业务。随着光器件和相关技术的发展，将来利用EPON的FTTH进行光纤到户的“三网合一”，多业务承载网络的建设是广电接入网的发展方向，实现网络建设“光进铜退”总的指导方针。