基于EPON的三網(wǎng)融合接入網(wǎng)技術(shù)

1 引言

　　信息社會的發(fā)展使人們越來越離不開網(wǎng)絡技術(shù)提供的便利，經(jīng)過最近20年的快速發(fā)展，我國電信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)都已經(jīng)成為世界第一。目前，我國有線廣播電視網(wǎng)已有333萬km光纜線路，1000萬km同軸電纜線路，有線電視用戶數(shù)達到1.75億戶，其中數(shù)字信號電視用戶6500萬，模擬信號電視用戶超過1億戶，有線電視網(wǎng)絡提供的寬帶接入用戶數(shù)300多萬戶。2009年，基礎(chǔ)電信企業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入用戶凈增2034.7萬戶，達到10322.6萬戶，寬帶網(wǎng)民數(shù)達到3.46億。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，最大程度地利用現(xiàn)有網(wǎng)絡資源，用較小的投資進行雙向改造，迅速發(fā)展寬帶用戶，是廣電行業(yè)面臨的巨大挑戰(zhàn)和歷史機遇。

　　隨著國務院對三網(wǎng)融合政策的批復，有線電視網(wǎng)向前演進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(nèi)容平臺都已經(jīng)有相對成熟的解決方案，接入網(wǎng)絡的建設(shè)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(shè)的重點和難點。

　　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，是電信運營商接入網(wǎng)絡建設(shè)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的成本較高，傳統(tǒng)電信運營商基本上采用了FTTB+LAN或FTTB＋DSL的方案，這樣在盡量節(jié)約駐地網(wǎng)投資的前提下，獲得了最佳的網(wǎng)絡性能。

　　廣電運營商長期專注于HFC網(wǎng)絡的建設(shè)，擁有著龐大的HFC接入網(wǎng)絡，利用HFC作為入戶媒介可實現(xiàn)最大的實用性和經(jīng)濟性。廣電HFC網(wǎng)絡中的同軸電纜網(wǎng)是一種理想的數(shù)據(jù)傳輸媒介，尤其在最后100m的帶寬支持能力遠遠高于五類線或電話線資源。因此，在廣電網(wǎng)絡雙向改造中如何融合光纖和HFC兩種介質(zhì)，深入挖掘現(xiàn)有網(wǎng)絡價值，被廣電運營商所關(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)絡覆蓋區(qū)域

　　CMTS利用現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡，通過對信號進行QPSK/QAM調(diào)制，在HFC低頻端進行雙向傳輸。CMTS的優(yōu)點是技術(shù)較成熟，網(wǎng)管能力強，可實現(xiàn)大規(guī)模雙向覆蓋。缺點是CMTS噪聲匯聚效應影響系統(tǒng)的帶寬和性能，同軸電纜及接頭質(zhì)量要求較高，后續(xù)維護工作量較大；對于大多數(shù)有線電視運營商而言，上行噪聲是一個普遍存在的問題，尤其是在低頻帶。CMTS設(shè)備包轉(zhuǎn)發(fā)能力弱，無法滿足日益增長的高帶寬業(yè)務需求，可承載業(yè)務有限，無法提供全業(yè)務承載，后續(xù)系統(tǒng)擴容成本巨大。CMTS的Cable接入屬于共享線路方式，如果只作寬帶接入和上網(wǎng)，在用戶數(shù)量不太多的情況下比較適合廣電開展數(shù)據(jù)業(yè)務。對于目前國內(nèi)用戶集中居住，用戶需要長時間占用網(wǎng)絡、大流量吞吐數(shù)據(jù)，單位帶寬下降明顯，不利于高帶寬業(yè)務的開展，采用CMTS實現(xiàn)大范圍的用戶寬帶接入不夠經(jīng)濟。

　?。?）EPON+LAN適合于高密度用戶新建小區(qū)

　　EPON+LAN方案是通過EPON網(wǎng)絡接入到樓宇，通過ONU提供以太網(wǎng)接口，用戶接入通過以太網(wǎng)五類線實現(xiàn)。采用這個方案實現(xiàn)用戶語音和互聯(lián)網(wǎng)接入，有線電視信號仍通過HFC線路實現(xiàn)。它的優(yōu)點是技術(shù)成熟，設(shè)備商較多，接口和標準規(guī)范。該方案適合于高密度用戶和大帶寬業(yè)務需求新建小區(qū)的第一次綜合布線時一次完成，而對于已經(jīng)開通有線電視的老用戶需要重新進行布線，小區(qū)樓道和入戶布線施工難度較大，用戶一般不愿意接受。

　　（3）EPON＋EoC適合現(xiàn)有CATV用戶的首選技術(shù)

　　EPON＋EoC技術(shù)是在現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡基礎(chǔ)上構(gòu)造一個適用于廣電網(wǎng)絡系統(tǒng)的數(shù)字帶寬用戶接入網(wǎng)絡，它在不影響現(xiàn)有的CATV正常工作的前提下，以先進的調(diào)制解調(diào)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(shù)據(jù)、語音和視頻等業(yè)務。它以較少的改造成本和工程量將原來單向的有線電視網(wǎng)絡改造成為一個雙向的、能夠承載多種業(yè)務的雙向?qū)拵ЬW(wǎng)絡。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(jié)省了入戶部分的線路投資。

　　將EPON技術(shù)和EoC技術(shù)相結(jié)合，統(tǒng)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)絡的最佳技術(shù)。EPON＋EoC可提供數(shù)據(jù)、視頻、語音于一體的三種播放的綜合承載，通過一張接入網(wǎng)提供過去多張網(wǎng)絡的功能。該方案在開發(fā)過程中充分考慮中國國情和當前廣電網(wǎng)絡的實際情況，在駐地網(wǎng)層面利用廣電網(wǎng)已有的Cable網(wǎng)絡作為傳輸介質(zhì)，節(jié)約了大量的綜合布線成本和運維投資，兼具高性能和低成本。EPON＋EoC技術(shù)滿足了廣電數(shù)字電視的雙向改造和國家三網(wǎng)融合的需要，將推動NGB產(chǎn)業(yè)在中國的深入發(fā)展，是面向廣電運營商NGB網(wǎng)絡接入層首選技術(shù)。

　　3 EPON和EoC組網(wǎng)技術(shù)

　　（1）EPON技術(shù)

　　光纖作為傳輸高速率、大容量、多業(yè)務的最佳媒質(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、可靠性高、抗干擾性強的優(yōu)點，光傳輸具有很強的帶寬擴展能力，并且容易實現(xiàn)各種業(yè)務平臺的融合。

　　EPON技術(shù)是將以太網(wǎng)與無源光網(wǎng)絡相結(jié)合的技術(shù)，按照IEEE802.3ah國際標準可以支持1.25Gbit/s對稱速率。作為光纖接入網(wǎng)的重要解決方案，EPON技術(shù)具有ADSL，LAN等無法比擬的特性，也比APON，BPON，GPON等技術(shù)更為高效地滿足了“Everything over IP”的多業(yè)務接入需求。EPON接入網(wǎng)絡具有投資成本低、操作和維護簡單等優(yōu)勢，為運營商解決“最后一公里”問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(nèi)外得到了大規(guī)模的應用，得到國內(nèi)外運營商和廠商的支持和認可。 

通過EPON系統(tǒng)設(shè)備，利用FTTH/FTTB光纖網(wǎng)絡覆蓋家庭、企業(yè)用戶可以提供最大帶寬達1Gbit/s的傳輸速率。運營商可以用經(jīng)濟的造價和極少的光纜線路投資，方便地實現(xiàn)高速上網(wǎng)，IPTV組播/點播等高帶寬IP數(shù)據(jù)業(yè)務的傳送。

　　EPON系統(tǒng)主要由OLT（Optical Line Terminal，光纖線路終端）和ONU（Optical Network Unit，光纖網(wǎng)絡單元）以及分離器（Splitter）構(gòu)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。針對最終用戶不同的業(yè)務需求，運營商可靈活選擇終端ONU設(shè)備，滿足FTTH/FTTB/FTTC/FTTC+EoC等多種應用場景。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(shù)據(jù)的技術(shù)。EoC系統(tǒng)由頭端、終端、同軸分配網(wǎng)等部分組成。頭端一般放在光節(jié)點位置，起分發(fā)上層以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、匯聚終端設(shè)備的作用；終端放在用戶家里接入用戶電腦或互動機頂盒；同軸分配網(wǎng)絡是從有線電視網(wǎng)光節(jié)點位置到用戶家里的網(wǎng)絡，除了同軸線纜以外，還包括有源放大器，EoC跳接器，分支/分配器等設(shè)備。

　　目前常用的EoC頭端設(shè)備是基于HomePlugAV技術(shù)的有源調(diào)制的接入?yún)R聚設(shè)備，它的主要功能是將數(shù)據(jù)基帶信號以O(shè)FDM方式調(diào)制到7～30MHz頻段，再與有線電視網(wǎng)絡信號進行混合后在有線電視HFC網(wǎng)的同軸電纜上傳輸。常用的EoC用戶端設(shè)備是基于HomePlug AV技術(shù)的用戶端的調(diào)制解調(diào)設(shè)備，其主要功能是將各類用戶終端設(shè)備電腦，機頂盒，IP話機等，接入到EoC系統(tǒng)中，實現(xiàn)以同軸電纜為介質(zhì)的雙向?qū)拵Ы尤搿?

　　針對廣電運營商的EPON和EoC技術(shù)，OLT放置在網(wǎng)絡系統(tǒng)的前端，ONU放置于樓層，連接EoC（Ethernet over Cable）局端設(shè)備，通過HFC入戶。用戶通過有線電視同軸電纜線傳輸和接收數(shù)據(jù)信號，同時不影響有線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個從機，多個從機共享主機帶寬。主機在連接一定數(shù)目從機的情況下，從機的帶寬可自動調(diào)節(jié)，用QoS可設(shè)置從機的帶寬，主機可進行SNMP網(wǎng)絡管理。橋接器可以延伸有線電視信號的傳輸距離，跨接各種有線電視信號放大器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向傳輸，真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號和電視信號一線傳輸。

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

　　纜橋交換機采用模塊化設(shè)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(shè)計的好處在于，可以更加靈活地滿足廣電運營商不同時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(qū)的運營商可根據(jù)經(jīng)濟發(fā)展情況、用戶密度、覆蓋率、開通率和用戶的帶寬需求情況，選購不同接口數(shù)量的纜橋交換機，安裝場合可以選擇室內(nèi)或室外。用戶終端設(shè)備按網(wǎng)絡接口的數(shù)量主要分單接口、雙接口和四網(wǎng)絡接口。EoC頭端模塊數(shù)量可以根據(jù)需要進行配置，每個模塊提供一路電視信號輸入和一路Cable混頻口，可同時傳輸和接收數(shù)據(jù)信號和有線電視信號的混合信號。CATV接入模塊支持單CATV接入口，提供一路有線電視接口，可傳輸有線電視信號。

　　主端通過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時覆蓋距離達到20km，分光比為1：64時覆蓋距離達到10km。分光比為1:64時平均帶寬可以達到15Mbit/s，滿足用戶的帶寬需求。

　　（3）EPON+EoC組網(wǎng)應用

　　采用EPON和EoC技術(shù)對傳統(tǒng)有線電視網(wǎng)絡進行技術(shù)改造，可利用EPON設(shè)備完成光纜干線的雙向改造、用戶同軸電纜接入網(wǎng)雙向改造，使用有源EoC進行組網(wǎng)，在ONU下接有源EoC頭端，覆蓋光節(jié)點之下的所有用戶，對有雙向需求的用戶使用EoC用戶端接入。這樣將單向廣播式傳輸網(wǎng)建設(shè)為雙向傳輸網(wǎng)絡。

　　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單元?，F(xiàn)網(wǎng)已鋪設(shè)光節(jié)點，纜橋交換機不用配置CATV模塊，通過射頻電纜接入到纜橋交換機，ONU模塊配置在纜橋交換機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)或互動電視信號的回傳。 

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

　　如果現(xiàn)網(wǎng)由于光接收機下移，纜橋交換機需要集成光接收功能。這時纜橋交換機需要配置CATV模塊，通過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，實現(xiàn)數(shù)據(jù)或互動電視信號的回傳。另外一種情況，如果現(xiàn)網(wǎng)已鋪設(shè)光節(jié)點，ONU放置在樓外，接入幾個單端口的纜橋交換機，數(shù)據(jù)信號通過線纜接入到纜橋交換機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)或互動電視信號的回傳，電視信號通過射頻電纜接入到纜橋交換機。

　　4 結(jié)束語

　　廣電運營商采用EPON和EoC技術(shù)有助于綜合利用網(wǎng)絡資源，快速完成NGB接入層的建設(shè)，實現(xiàn)數(shù)字化雙向化改造，減少大量重復建設(shè)，節(jié)約建設(shè)和運維成本。采用EPON＋EoC方案，用戶無需對室內(nèi)布線做任何更改，只需增加CNU終端設(shè)備就可以實現(xiàn)雙向、交互、多功能、多業(yè)務，享受三網(wǎng)融合帶來的豐富內(nèi)容。EPON＋EoC方案能夠全面提升有線電視網(wǎng)絡技術(shù)水平和業(yè)務承載能力，發(fā)揮有線電視網(wǎng)頻帶寬、低成本、易普及的優(yōu)勢，使有線數(shù)字電視成為進入千家萬戶的多媒體信息平臺。

　　雙向改造后的有線電視網(wǎng)絡是承載、提供三網(wǎng)融合業(yè)務最重要的網(wǎng)絡，將成為現(xiàn)代社會活動中最重要的信息通信基礎(chǔ)設(shè)施。廣電網(wǎng)經(jīng)過雙向改造，采用光纖加同軸電纜的接入方式能為每個家庭用戶提供可擴展的寬帶接入，可以滿足標清和高清電視節(jié)目的帶寬需求，用戶欣賞到的畫面質(zhì)量將更銳麗逼真，圖像更清晰。通過這條“高速路”用戶可以快速方便地處理日常的信息，暢享信息社會的便捷服務。