基于EPON的三網(wǎng)融合接入網(wǎng)技術(shù)

1 引言

　　信息社會(huì )的發(fā)展使人們越來(lái)越離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)提供的便利，經(jīng)過(guò)最近20年的快速發(fā)展，我國電信網(wǎng)、有線(xiàn)電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)都已經(jīng)成為世界第一。目前，我國有線(xiàn)廣播電視網(wǎng)已有333萬(wàn)km光纜線(xiàn)路，1000萬(wàn)km同軸電纜線(xiàn)路，有線(xiàn)電視用戶(hù)數達到1.75億戶(hù)，其中數字信號電視用戶(hù)6500萬(wàn)，模擬信號電視用戶(hù)超過(guò)1億戶(hù)，有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )提供的寬帶接入用戶(hù)數300多萬(wàn)戶(hù)。2009年，基礎電信企業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入用戶(hù)凈增2034.7萬(wàn)戶(hù)，達到10322.6萬(wàn)戶(hù)，寬帶網(wǎng)民數達到3.46億。通過(guò)對比可以發(fā)現，最大程度地利用現有網(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(hù)，是廣電行業(yè)面臨的巨大挑戰和歷史機遇。

　　隨著(zhù)國務(wù)院對三網(wǎng)融合政策的批復，有線(xiàn)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)和內容平臺都已經(jīng)有相對成熟的解決方案，接入網(wǎng)絡(luò )的建設由于解決方案的復雜性和占總體投資比例的重要性而成為當前NGB建設的重點(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、遠距離覆蓋的特點(diǎn)成為當前FTTx的主流承載技術(shù)，目前產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展完善，是電信運營(yíng)商接入網(wǎng)絡(luò )建設的首選技術(shù)。但是由于在駐地網(wǎng)層面采用光纖直接到戶(hù)的成本較高，傳統電信運營(yíng)商基本上采用了FTTB+LAN或FTTB＋DSL的方案，這樣在盡量節約駐地網(wǎng)投資的前提下，獲得了最佳的網(wǎng)絡(luò )性能。

　　廣電運營(yíng)商長(cháng)期專(zhuān)注于HFC網(wǎng)絡(luò )的建設，擁有著(zhù)龐大的HFC接入網(wǎng)絡(luò )，利用HFC作為入戶(hù)媒介可實(shí)現最大的實(shí)用性和經(jīng)濟性。廣電HFC網(wǎng)絡(luò )中的同軸電纜網(wǎng)是一種理想的數據傳輸媒介，尤其在最后100m的帶寬支持能力遠遠高于五類(lèi)線(xiàn)或電話(huà)線(xiàn)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)，深入挖掘現有網(wǎng)絡(luò )價(jià)值，被廣電運營(yíng)商所關(guān)注。目前比較經(jīng)濟可行的雙向改造技術(shù)方案有3種：CMTS，EPON+LAN和EPON+EoC。

　?。?）CMTS適合稀疏模式網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域

　　CMTS利用現有的有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)對信號進(jìn)行QPSK/QAM調制，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，可實(shí)現大規模雙向覆蓋。缺點(diǎn)是CMTS噪聲匯聚效應影響系統的帶寬和性能，同軸電纜及接頭質(zhì)量要求較高，后續維護工作量較大；對于大多數有線(xiàn)電視運營(yíng)商而言，上行噪聲是一個(gè)普遍存在的問(wèn)題，尤其是在低頻帶。CMTS設備包轉發(fā)能力弱，無(wú)法滿(mǎn)足日益增長(cháng)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，后續系統擴容成本巨大。CMTS的Cable接入屬于共享線(xiàn)路方式，如果只作寬帶接入和上網(wǎng)，在用戶(hù)數量不太多的情況下比較適合廣電開(kāi)展數據業(yè)務(wù)。對于目前國內用戶(hù)集中居住，用戶(hù)需要長(cháng)時(shí)間占用網(wǎng)絡(luò )、大流量吞吐數據，單位帶寬下降明顯，不利于高帶寬業(yè)務(wù)的開(kāi)展，采用CMTS實(shí)現大范圍的用戶(hù)寬帶接入不夠經(jīng)濟。

　?。?）EPON+LAN適合于高密度用戶(hù)新建小區

　　EPON+LAN方案是通過(guò)EPON網(wǎng)絡(luò )接入到樓宇，通過(guò)ONU提供以太網(wǎng)接口，用戶(hù)接入通過(guò)以太網(wǎng)五類(lèi)線(xiàn)實(shí)現。采用這個(gè)方案實(shí)現用戶(hù)語(yǔ)音和互聯(lián)網(wǎng)接入，有線(xiàn)電視信號仍通過(guò)HFC線(xiàn)路實(shí)現。它的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，設備商較多，接口和標準規范。該方案適合于高密度用戶(hù)和大帶寬業(yè)務(wù)需求新建小區的第一次綜合布線(xiàn)時(shí)一次完成，而對于已經(jīng)開(kāi)通有線(xiàn)電視的老用戶(hù)需要重新進(jìn)行布線(xiàn)，小區樓道和入戶(hù)布線(xiàn)施工難度較大，用戶(hù)一般不愿意接受。

　?。?）EPON＋EoC適合現有CATV用戶(hù)的首選技術(shù)

　　EPON＋EoC技術(shù)是在現有的HFC網(wǎng)絡(luò )基礎上構造一個(gè)適用于廣電網(wǎng)絡(luò )系統的數字帶寬用戶(hù)接入網(wǎng)絡(luò )，它在不影響現有的CATV正常工作的前提下，以先進(jìn)的調制解調技術(shù)，將以太網(wǎng)信號合成在同軸電纜中與原有的CATV信號一起傳輸，用于承載基于IP的數據、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(lái)單向的有線(xiàn)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)的雙向寬帶網(wǎng)絡(luò )。采用EoC技術(shù)具有良好的適應性和靈活的組網(wǎng)方案，充分利用了廣電原有的同軸接入網(wǎng)資源，節省了入戶(hù)部分的線(xiàn)路投資。

　　將EPON技術(shù)和EoC技術(shù)相結合，統一網(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可提供數據、視頻、語(yǔ)音于一體的三種播放的綜合承載，通過(guò)一張接入網(wǎng)提供過(guò)去多張網(wǎng)絡(luò )的功能。該方案在開(kāi)發(fā)過(guò)程中充分考慮中國國情和當前廣電網(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)，節約了大量的綜合布線(xiàn)成本和運維投資，兼具高性能和低成本。EPON＋EoC技術(shù)滿(mǎn)足了廣電數字電視的雙向改造和國家三網(wǎng)融合的需要，將推動(dòng)NGB產(chǎn)業(yè)在中國的深入發(fā)展，是面向廣電運營(yíng)商NGB網(wǎng)絡(luò )接入層首選技術(shù)。

　　3 EPON和EoC組網(wǎng)技術(shù)

　?。?）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)中得到了廣泛的應用，在接入網(wǎng)層面，光纖也已經(jīng)得到了普及與應用。光纖具有壽命長(cháng)、可靠性高、抗干擾性強的優(yōu)點(diǎn)，光傳輸具有很強的帶寬擴展能力，并且容易實(shí)現各種業(yè)務(wù)平臺的融合。

　　EPON技術(shù)是將以太網(wǎng)與無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )相結合的技術(shù)，按照IEEE802.3ah國際標準可以支持1.25Gbit/s對稱(chēng)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(mǎn)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、操作和維護簡(jiǎn)單等優(yōu)勢，為運營(yíng)商解決“最后一公里”問(wèn)題提供了一種非常經(jīng)濟有效的寬帶接入解決方案。目前，EPON技術(shù)已經(jīng)在國內外得到了大規模的應用，得到國內外運營(yíng)商和廠(chǎng)商的支持和認可。 

通過(guò)EPON系統設備，利用FTTH/FTTB光纖網(wǎng)絡(luò )覆蓋家庭、企業(yè)用戶(hù)可以提供最大帶寬達1Gbit/s的傳輸速率。運營(yíng)商可以用經(jīng)濟的造價(jià)和極少的光纜線(xiàn)路投資，方便地實(shí)現高速上網(wǎng)，IPTV組播/點(diǎn)播等高帶寬IP數據業(yè)務(wù)的傳送。

　　EPON系統主要由OLT（Optical Line Terminal，光纖線(xiàn)路終端）和ONU（Optical Network Unit，光纖網(wǎng)絡(luò )單元）以及分離器（Splitter）構成，OLT提供到IP城域網(wǎng)，IPTV承載網(wǎng)，NGN軟交換網(wǎng)上行接口。針對最終用戶(hù)不同的業(yè)務(wù)需求，運營(yíng)商可靈活選擇終端ONU設備，滿(mǎn)足FTTH/FTTB/FTTC/FTTC+EoC等多種應用場(chǎng)景。典型的EPON組網(wǎng)方案如圖1所示。 

圖1 EPON組網(wǎng)方案

　?。?）EoC技術(shù)

　　EoC是指在同軸電纜上傳輸以太網(wǎng)數據的技術(shù)。EoC系統由頭端、終端、同軸分配網(wǎng)等部分組成。頭端一般放在光節點(diǎn)位置，起分發(fā)上層以太網(wǎng)數據、匯聚終端設備的作用；終端放在用戶(hù)家里接入用戶(hù)電腦或互動(dòng)機頂盒；同軸分配網(wǎng)絡(luò )是從有線(xiàn)電視網(wǎng)光節點(diǎn)位置到用戶(hù)家里的網(wǎng)絡(luò )，除了同軸線(xiàn)纜以外，還包括有源放大器，EoC跳接器，分支/分配器等設備。

　　目前常用的EoC頭端設備是基于HomePlugAV技術(shù)的有源調制的接入匯聚設備，它的主要功能是將數據基帶信號以OFDM方式調制到7～30MHz頻段，再與有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )信號進(jìn)行混合后在有線(xiàn)電視HFC網(wǎng)的同軸電纜上傳輸。常用的EoC用戶(hù)端設備是基于HomePlug AV技術(shù)的用戶(hù)端的調制解調設備，其主要功能是將各類(lèi)用戶(hù)終端設備電腦，機頂盒，IP話(huà)機等，接入到EoC系統中，實(shí)現以同軸電纜為介質(zhì)的雙向寬帶接入。

　　針對廣電運營(yíng)商的EPON和EoC技術(shù)，OLT放置在網(wǎng)絡(luò )系統的前端，ONU放置于樓層，連接EoC（Ethernet over Cable）局端設備，通過(guò)HFC入戶(hù)。用戶(hù)通過(guò)有線(xiàn)電視同軸電纜線(xiàn)傳輸和接收數據信號，同時(shí)不影響有線(xiàn)電視信號的傳輸和接收。EoC主機最大帶寬可達80M以上，最多可帶64個(gè)從機，多個(gè)從機共享主機帶寬。主機在連接一定數目從機的情況下，從機的帶寬可自動(dòng)調節，用QoS可設置從機的帶寬，主機可進(jìn)行SNMP網(wǎng)絡(luò )管理。橋接器可以延伸有線(xiàn)電視信號的傳輸距離，跨接各種有線(xiàn)電視信號放大器，實(shí)現數據雙向傳輸，真正實(shí)現數據信號和電視信號一線(xiàn)傳輸。

　　目前EoC主流產(chǎn)品采用HomePlug AV/BPL技術(shù)，EoC頭端設備為纜橋交換機，纜橋交換機是同軸數據網(wǎng)中對有線(xiàn)電視單向放大器跨接的設備，它將混合后的信號通過(guò)頻率分割的方式，使數據信號不經(jīng)過(guò)放大器，有線(xiàn)電視信號經(jīng)放大后通過(guò)跨接器再次與數據信號混合。

　　纜橋交換機采用模塊化設計，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的機箱里。其中主控交換模塊只有在多端口纜橋交換機中才有應用。模塊化設計的好處在于，可以更加靈活地滿(mǎn)足廣電運營(yíng)商不同時(shí)期的需求和遠期的靈活擴展，最大限度地降低投資成本，獲得高回報。

　　不同地區的運營(yíng)商可根據經(jīng)濟發(fā)展情況、用戶(hù)密度、覆蓋率、開(kāi)通率和用戶(hù)的帶寬需求情況，選購不同接口數量的纜橋交換機，安裝場(chǎng)合可以選擇室內或室外。用戶(hù)終端設備按網(wǎng)絡(luò )接口的數量主要分單接口、雙接口和四網(wǎng)絡(luò )接口。EoC頭端模塊數量可以根據需要進(jìn)行配置，每個(gè)模塊提供一路電視信號輸入和一路Cable混頻口，可同時(shí)傳輸和接收數據信號和有線(xiàn)電視信號的混合信號。CATV接入模塊支持單CATV接入口，提供一路有線(xiàn)電視接口，可傳輸有線(xiàn)電視信號。

　　主端通過(guò)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)覆蓋距離達到20km，分光比為1：64時(shí)覆蓋距離達到10km。分光比為1:64時(shí)平均帶寬可以達到15Mbit/s，滿(mǎn)足用戶(hù)的帶寬需求。

　?。?）EPON+EoC組網(wǎng)應用

　　采用EPON和EoC技術(shù)對傳統有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行技術(shù)改造，可利用EPON設備完成光纜干線(xiàn)的雙向改造、用戶(hù)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，覆蓋光節點(diǎn)之下的所有用戶(hù)，對有雙向需求的用戶(hù)使用EoC用戶(hù)端接入。這樣將單向廣播式傳輸網(wǎng)建設為雙向傳輸網(wǎng)絡(luò )。

　　EPON＋EoC的典型應用組網(wǎng)方案如圖2所示，纜橋交換機放置于樓道或室外，覆蓋一幢大樓或一個(gè)單元?，F網(wǎng)已鋪設光節點(diǎn)，纜橋交換機不用配置CATV模塊，通過(guò)射頻電纜接入到纜橋交換機，ONU模塊配置在纜橋交換機，實(shí)現數據或互動(dòng)電視信號的回傳。 

                                                                                 圖2 EPON＋EoC應用組網(wǎng)方案

　　如果現網(wǎng)由于光接收機下移，纜橋交換機需要集成光接收功能。這時(shí)纜橋交換機需要配置CATV模塊，通過(guò)光纖將電視信號接入到纜橋交換機。ONU模塊配置在纜橋交換機，實(shí)現數據或互動(dòng)電視信號的回傳。另外一種情況，如果現網(wǎng)已鋪設光節點(diǎn)，ONU放置在樓外，接入幾個(gè)單端口的纜橋交換機，數據信號通過(guò)線(xiàn)纜接入到纜橋交換機，實(shí)現數據或互動(dòng)電視信號的回傳，電視信號通過(guò)射頻電纜接入到纜橋交換機。

　　4 結束語(yǔ)

　　廣電運營(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，實(shí)現數字化雙向化改造，減少大量重復建設，節約建設和運維成本。采用EPON＋EoC方案，用戶(hù)無(wú)需對室內布線(xiàn)做任何更改，只需增加CNU終端設備就可以實(shí)現雙向、交互、多功能、多業(yè)務(wù)，享受三網(wǎng)融合帶來(lái)的豐富內容。EPON＋EoC方案能夠全面提升有線(xiàn)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(xiàn)電視網(wǎng)頻帶寬、低成本、易普及的優(yōu)勢，使有線(xiàn)數字電視成為進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)的多媒體信息平臺。

　　雙向改造后的有線(xiàn)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 )，將成為現代社會(huì )活動(dòng)中最重要的信息通信基礎設施。廣電網(wǎng)經(jīng)過(guò)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(hù)提供可擴展的寬帶接入，可以滿(mǎn)足標清和高清電視節目的帶寬需求，用戶(hù)欣賞到的畫(huà)面質(zhì)量將更銳麗逼真，圖像更清晰。通過(guò)這條“高速路”用戶(hù)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)。