1、有线电视网络的双向改造现有解决方案的比较2009-4-8 21:19:40 DVBCN 数字电视中文网 人气() 作者：LILY 来源: DVBCN 数字电视中文网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
2、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
3、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，目前主要的技术方案有 EPON 的 FTTH、基于 DOCSIS 标准的 CMTS、EPON+LAN 、无源 EOC 以及真宽通信的 Cablengine 缆擎技术等。下面分别对这几种技术进行分析、比较，以找
4、出一个最佳的双向改造解决方案。2.1 CMTSCM 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 111860MHz 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 565MHz 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
5、 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
6、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
7、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。2.3 EPONLAN 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 FTTBLAN 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
8、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。2.4 EPON同轴以太网解决方案分析2.4.1 EPON无源 EOC 方案接入解决方案分析无源 EOC 是将 120 平衡方式传输的 10Mbps 以太网经过平衡- 非平衡转换器再经过低通滤波器，与高通滤波器的 RF 信号进行混合后进入入户电缆。在用户端，用一个相同器件分离以太网信号
9、和 RF 信号。无源 EOC 利用了最后 100 米同轴电缆进行了数据信号的混频传输。但由于本身物理特性，数据信号无法通过分支分配器，而必须对最后 100 米同轴电缆进行星型结构改造，给施工带来不少的麻烦。同时由于是基带传输，极易受到信号干扰。同时无法对网络进行 QoS 保证，无法进行不同业务的不同优先级传输。2.4.2 EPON有源 EOC 方案接入解决方案分析2.4.2.1 HomePNA over Coax 技术HomePNA (Phoneline Network Alliance) 联盟在 2005 年发布了 HomePNA 3.0 。HomePNA 采用 QAM/FDQAM 调制方式
10、，FDQAM 增加了信噪比边界，有较好的抗扰性。其大部分频点可以采用 256QAM 调制技术，并可根据信道实际的 SNR 要求自适应地使用128QAM、64QAM、32QAM 、16QAM、8QAM。HomePNA3 的覆盖能力及规划主要依据为其传输距离和带宽的分配，目前 HomePNA3 的一般传输距离为 300 米，提供带宽最大为 128Mbps。HomePNA 采用了自适应 QAM 调制技术，在抗干扰能力上有所增强，但在频谱利用率上比相对 Cablegine 技术要低，因此带宽相对较小。2.4.2.2 MoCA 技术MoCA 技术中局端与小区间采用光纤连接，小区内电视信号分配用现有的同轴
11、电缆进行各住户间的连接，使用的频率因国家、地区而异，如美国使用 860-1550MHz 频带，日本使用 770-1030MHz 频带，相当于每一信道使用 50MHz 的带宽，理论上最大可以获得270Mbps 的传输速度。该方式的特点是：. 可实现最高物理速度 270Mbps 的高速传输；. 可使用同轴电缆中的空余频率与区内共享信号；. 用户家里不需要对调制解调器进行各种设置；. 在同一频带内进行双向通信，不需要专门留出上行带宽。相对 Cablengine 技术和 HomePNA 技术，由于采用了高频段，在线路上衰减较快，同时需要专用的分支分配器。另外由于该技术处于 GSM/CDMA 的 800
12、-900M Hz 范围内，容易受到这些移动通信信号的干扰。2.4.2.3 Cablengine 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。Cablengine 缆擎技术目前可提供 85M-200Mbps 带宽接入，Cablengine 缆擎技术主要有以下特点：.
13、 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
14、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
15、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。. 多业务承载能力由于有了良好的 QoS 保证机制，因此可以实现用户接入的多业务承载能力，例如需要实现实时性要求高的 VOIP 业务、视频业务，和实时性要求不高的上网业务等，分别有优先级传送和带宽保证。Cablengine 缆擎技术
16、在抗噪声干扰方面有专有解决方案，Cablengine 缆擎技术采用OFDM 技术将可用频谱分为多个窄带使用，将串行的高速数据转换成并行的数据流，然后在每个子信道上进行调制，每个子信道可以使用不同的调制方式，根据其信道的信噪比（SNR）情况支持 1024/256/64/16 QAM、QPSK、BPSK 等方式。OFDM 的另一个特点是在其频域内的单频定位功能（Tone Allocation），即通过开启或关闭子载波来使数据仅在能够传输的频谱内传输，从而保证合适的误码率（BER）。发射端和接收端根据它们之间的信道情况来确定使用哪些子载波，那些没有达到 SNR 阈值的子载波上不进行数据传输。因此可以
17、自动避开干扰和衰减过大的频点，以实现最佳传输。在单载波系统中，衰减或干扰能够导致整个通信链路的失效。这在 CMTS 系统中是非常常见的，原因就在于 CMTS 是使用单载波工作方式，所以侵入噪声、漏斗噪声等造成用户掉线。而在 Cablengine 缆擎技术中，侵入噪声和漏斗噪声仅仅是很小一部分载波受到干扰。对这些子信道可以采用纠错码来纠错，而其它信道则仍保持高次调制的高速数据通信。2.5 各类接入技术综合比较如上表所示在各类型技术比较种，Cablengine 缆擎方案整合了 EPON 技术和有源同轴以太网技术，将现有有线电视光纤网和同轴网融合统一来实现双向改造，同时在改造中从技术、带宽、业务承载
18、、抗噪声处理能力、工程成本等综合因素考虑来看，Cablengine 缆擎方案比较于其它改造方式更加适合于国内发展方向。3HFC 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
19、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
20、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。
