HFC與PON技術(shù)的聯(lián)姻

          一、HFC網(wǎng)絡(luò)回傳問題

         由光纖和同軸電纜網(wǎng)絡(luò)混合組成的HFC(Hybrid Fiber Coaxial)網(wǎng)絡(luò)一般采用星型或者樹形的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。要構(gòu)成雙向網(wǎng)絡(luò)，從前端(Headend)到光節(jié)點(diǎn)通過光纖傳輸，每個(gè)光節(jié)點(diǎn)另需1根光纖來實(shí)現(xiàn)雙向通信。也可以利用波分復(fù)用(WDM)技術(shù)，如果要接入光放大器提升下行總功率，需要引入波分復(fù)用器件。構(gòu)建雙向HFC網(wǎng)絡(luò)，開展寬帶接入業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)回傳需要很多根光纖，而且還需要很多光接收機(jī)將前端光信號(hào)回傳，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪聲。若一個(gè)HFC網(wǎng)絡(luò)采用星型結(jié)構(gòu)，有n個(gè)光節(jié)點(diǎn)，則上下行各需要n根光纖，前端還需要n個(gè)回傳光接收機(jī)，而回傳噪聲將會(huì)在前端匯聚，劣化回傳信號(hào)的載噪比，甚至導(dǎo)致回傳系統(tǒng)無法正常工作。

         二 PON技術(shù)及其特點(diǎn)

         無源光網(wǎng)絡(luò)(Passive Optical Network，PON)技術(shù)，是一種新興的透明的寬帶接入技術(shù)。PON網(wǎng)絡(luò)起始于前端的線路終端(OLT)，終止于光節(jié)點(diǎn)的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)。中間使用普通光分路器進(jìn)行光能量分路。

         下行信號(hào)是從前端的OLT到用戶端的ONU; 上行信號(hào)是從ONU到OLT。PON網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)ONU共享光纖和前端OLT的回傳光接收機(jī)。PON下行采用時(shí)分復(fù)用(TDM)方式，信號(hào)廣播式下發(fā)，“一發(fā)多收”;上行采用時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)，各個(gè)光節(jié)點(diǎn)共用一根光纖進(jìn)行回傳，“多發(fā)一收”。前端只有一個(gè)回傳光接收機(jī)，各個(gè)ONU單元輪流發(fā)送信號(hào)，實(shí)現(xiàn)光纖和回傳光接收機(jī)的資源共享。

         PON網(wǎng)絡(luò)有總線型、樹形、星型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。PON系統(tǒng)一般采用無源單(雙)星形拓?fù)洌致繁冗_(dá)到1∶16~1∶32，每個(gè)光節(jié)點(diǎn)可與數(shù)十個(gè)到數(shù)百個(gè)用戶端設(shè)備相連。

         PON網(wǎng)絡(luò)的安裝、開通和維護(hù)運(yùn)營成本相對(duì)較低，并且具有提供透明寬帶的傳送能力，因此PON技術(shù)在接入網(wǎng)領(lǐng)域得到大量的應(yīng)用。

         三、結(jié)合PON技術(shù)的HFC雙向光網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

         結(jié)合HFC雙向光網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，我們提出采用PON網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建雙向HFC光網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案。該方案下行仍采用原有的光端機(jī)，下行占用一根光纖，所有光節(jié)點(diǎn)的業(yè)務(wù)回傳占用一根光纖。

         系統(tǒng)采用無源光分路技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行多級(jí)無源光分支，前端與光節(jié)點(diǎn)可以星型、樹型、總線型三種基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組網(wǎng)，分別適用于不同的應(yīng)用場合。

         雙向HFC網(wǎng)絡(luò)目前開展的主要業(yè)務(wù)是IP業(yè)務(wù)，所以采用E-PON技術(shù)是最合適的，它不需任何復(fù)雜的協(xié)議，光信號(hào)就能精確地下行傳輸?shù)絆NU; 來自光節(jié)點(diǎn)ONU的數(shù)據(jù)也能被集中傳送到前端。在物理層，可以使用1000Base的以太PHY; 同時(shí)，增加MAC控制命令進(jìn)行控制和優(yōu)化各ONU與前端OLT之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)的TDM通信。在協(xié)議的第二層，可以采用成熟的全雙工以太網(wǎng)技術(shù)，使用TDM技術(shù)后，ONU在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，網(wǎng)絡(luò)中沒有碰撞，所以不需CSMA/CD，從而充分利用帶寬。另外，E-PON技術(shù)通過在MAC層中實(shí)現(xiàn)802.1p以及動(dòng)態(tài)帶寬分配(DBA)技術(shù)來提供與A-PON類似的QoS。

         下行設(shè)計(jì)采用QAM調(diào)制器，將數(shù)據(jù)信號(hào)調(diào)制到電視信號(hào)的空閑頻帶內(nèi)，和下行TV信號(hào)混合后送入下行的光發(fā)射機(jī)。www.fjjqm.com下行的數(shù)據(jù)信號(hào)除了凈荷外還要加上管理開銷。在光節(jié)點(diǎn)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，TV信號(hào)送到用戶，QAM信號(hào)被解調(diào)，根據(jù)TDM時(shí)隙分配，解出各個(gè)光節(jié)點(diǎn)本地的信號(hào); 回傳可以采用價(jià)格便宜的1310nm的FP激光器，甚至LED，回傳調(diào)制是采用我們已經(jīng)研發(fā)成功的“突發(fā)模式(Burst-Mode)”數(shù)字光發(fā)射電路?；貍餍盘?hào)以數(shù)字調(diào)制的形式，在前端分配給自己的時(shí)隙內(nèi)將信號(hào)回傳到前端。這樣，前端僅僅使用一臺(tái)回傳數(shù)字光接收機(jī)就可以接收所有光節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，而且克服了回傳噪聲的影響。

         DBA技術(shù)保證各個(gè)光節(jié)點(diǎn)回傳信號(hào)的帶寬能夠按照業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)帶寬分配，帶寬的分配可以很細(xì)密的方式進(jìn)行，最小顆?？梢詾?4kb/s，這點(diǎn)和其他一些接入的呆板方式完全不同。PON技術(shù)體系中的“硬件攪動(dòng)”技術(shù)可以保證網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的安全性。

         綜上所述，構(gòu)建結(jié)合PON技術(shù)的HFC網(wǎng)絡(luò)是解決目前HFC實(shí)現(xiàn)寬帶業(yè)務(wù)接入的行之有效的方法。