新形勢下有線電視網的改造方案

曾慶珠

（南京信息職業技術學院 南京 210046）

1 前言

隨著數字、網絡等高新技術的日新月異，互聯網等新型媒體的異軍突起，網絡電視、移動電視、手機電視等不斷涌現，與傳統的廣播電視爭奪用戶日趨激烈，傳統廣播電視的地位、作用和影響力已經受到影響，有線電視業受到巨大的沖擊。與此同時，衛星直播業務具有數字技術和服務價格的優勢，可直接從有線電視公司手中搶走用戶，因而有線電視的發展面臨著巨大的挑戰。為此，有線電視網的數字化和雙向改造步驟急需加快。

2009年，江蘇省13個省轄市實現了全程全網，縣區整合61個，公司現有用戶1 511萬，其中數字電視用戶700多萬，互動電視用戶40多萬。其網內有線電視（CATV）用戶僅次于美國康卡斯（Comcast）公司。就用戶規模而言，江蘇廣電成為全國第一、世界第二的廣電網絡運營商，其有線電視網的改造具有典型意義。

本文以江蘇廣電為例，介紹有線電視網雙向改造的原則和主要技術，并分析比較了傳輸網絡和用戶接入的典型設計方案。

2 有線電視網改造的目標和原則

“光進銅退”是有線電視網絡數字化、寬帶化、雙向化的發展趨勢，有線電視網絡雙向化改造應將光纖進一步向用戶端推進，實現高可靠、高帶寬、高承載力、可管理、可運營的目標。各地有線電視網絡雙向化建設應因地制宜地擴大光纖傳輸覆蓋范圍，基本實現光纖到樓，逐步向光纖到戶發展。接入分配網的雙向化改造應依據各自的業務規劃，充分利用入戶線路的同軸電纜資源，采用適合當地的寬帶雙向接入技術，使有線電視網絡具備承載模擬電視、標清數字電視、高清數字電視、廣播、視頻點播、寬帶數據接入、語音服務等多種業務的能力。有線電視雙向網絡建設和改造應遵循標準性、可靠性、適用性、可擴展性等原則。

3 PON及EPON技術

無源光網絡（PON）技術是一種點到多點的光纖接入技術，所謂“無源”，是指ODN（光分配網）中不含有任何有源電子器件及電子電源，全部由光分路器（Splitter）等無源器件組成，不需要貴重的有源電子設備，因此其管理維護的成本較低。PON由局側的OLT（光線路終端）、用戶側的ONU/ONT（光網絡單元）以及ODN組成。PON下行采用TDM廣播方式，使用1 490 nm波長，上行采用TDMA（時分多址接入）方式，使用1 310 nm波長，可以靈活地組成樹型、星型、總線型等拓撲結構（典型結構為樹形結構）。

EPON結構在傳輸途中不需要電源，沒有電子部件，因此容易鋪設，基本不用維護，節省了運營和管理成本；EPON系統對局端資源占用很少，模塊化程度高，系統初期投入低，擴展容易，投資回報率高；EPON系統是面向未來的技術，大多數EPON系統都是一個多業務平臺，對于向全IP網絡過渡是一個很好的選擇；EPON目前可以提供上、下行對稱的1.25 Gbit/s的帶寬，并且隨著以太技術的發展可以升級到10 Gbit/s；EPON作為一種點到多點網絡，帶寬分配靈活，服務有保證；EPON采用標準的以太網接口，可以利用現有的價格低廉的以太網設備。

EPON系統為單纖雙向系統，上、下行應分別使用不同的波長，其中上行應用1 260～1 360 nm波長，下行應用1 480～1 510 nm波長，1 540～1 560 nm波長則分配給CATV電視節目信號。EPON也可以用二波長和三波長設計實現。二波長的設計適合于傳輸數據、語音和IP交換的數字電視，二波長的EPON的光布局結構中，1 490 nm的波長可以攜帶視頻點播（VOD）、頻道改變請求以及數據和語音上行。在目前雙向網絡改造中，主要選用三波長設計，在這種結構中，1 490 nm的波長和1 310 nm的波長分別用于下行和上行方向，而1 550 nm的波長則保留給下行電視節目。

廣電雙向化改造采用EPON技術進行，可直接利用已經鋪設的光纜中剩余的一根光纖作為EPON寬帶業務的傳輸通道。在分前端機房部署EPON的OLT設備，可以覆蓋周邊10～20 km的用戶，光信號通過樹形光分配網絡到達小區光節點；根據光節點的覆蓋范圍，可以選擇在光節點處放置光分路器，進一步將光纖延伸到樓道放置ONU，也可以選擇在光節點處放置ONU，最后通過五類線入戶。

4 典型設計方案

傳統的有線電視網絡僅支持單向下行廣播服務，為了提升用戶的ARPU值，運營商亟待改造混合光纖同軸網絡（HFC），以提供雙向、互動服務。目前典型的有線電視網雙向改造方案有以下4種。

4.1 EPON+BIoC

廣播交互同軸（broadcasting and interactivity over cable，BIoC）網絡接入技術，是針對HFC網絡光節點后最后1公里的雙向接入解決方案，是基于Wi-Fi降頻的一種技術。

BIoC利用了原有的分配網資源承載廣播電視信號（模擬/數字電視）與數據信號，根據實際的線路質量自適應采用QPSK到64QAM的調制方式，根據數據接入點位置的不同采用前向糾錯編碼等技術將以太數據信號經數字調制到射頻頻段（900～1 100 MHz），與電視信號（111～860 MHz）混合輸出到電纜分配網上，實現基于有線電視網絡同軸電纜的IP包傳輸（IP over cable），混合信號經同軸電纜傳輸到用戶，通過用戶家中有線電視接口上連接的用戶終端設備，將有線電視信號與數據信號分離，并采用對應的解調技術，把調制數據信號還原為基帶數據信號，用戶通過該終端設備實現廣播電視、交互電視以及寬帶等業務。

BIoC技術為有線電視網絡承載廣播電視、互聯網接入和其他增值業務提供了高性價比的解決方案。BIoC技術可以利用有線電視電纜分配網，解決雙向業務傳輸問題，適合于多種網絡拓撲的改造，其應用特點是用戶接入網絡中的有源設備需要跨接設備。使用BIoC技術具有成本較低的優點，不需要對現有的網絡進行改動。EPON+BIoC雙向網改系統框圖如圖1所示。

該方案也具有一些缺點。首先占用大量光纜資源，運營維護成本高；其次放置在光節點的二層交換機和光纖收發器極易受雷擊、高溫等因素影響而頻繁死機；另外因為光纜資源不夠豐富，網絡中存在網絡設備多級級聯的問題，增加了故障點，且方案不易擴容；最后BIoC是非標準技術，產品應用時間不長，由于Wi-Fi技術傳輸的距離有限，需要專有的放大器、延長器等設備。

4.2 EPON+LAN

如圖2所示，該方案主要應用在新建小區。OLT利用廣電原有HFC網絡的分前端光纖到園區機房分光器。在樓棟分為兩種場景：第一種場景是光纖到每個單元，用戶帶寬需求大，業務品質要求高，網管效果要求高，可以在單元內部署ONU，直接通過ONU上密集的以太端口進行用戶接入；第二種場景是光纖只到樓宇，ONU再通過五類線方式接入單元的樓道交換機，然后入戶，這種方式可以降低成本，同時滿足多業務開展以及基本網管的需求。

根據多業務開展的需要，可在用戶側增加家庭網關設備，完成對多業務終端的接入。下行的CATV業務通過原有的HFC線路承載，EPON+LAN承載數字電視點播信令回傳和寬帶上網等多業務，雙線入戶，一勞永逸地解決廣電數字網絡雙向問題。

本方案的優點是：開展點播業務不需要新增用戶的終端投入，有效節省成本；高帶寬接入1 000 Mbit/s到小區，100 Mbit/s到樓道，10 Mbit/s到戶，用戶接入帶寬高；無干擾，單位用戶獨占線路資源，不存在相互干擾的問題；承載能力強，技術成熟，能充分滿足未來多業務接入的需要。

對已經鋪設好五類線或方便鋪設五類線的建筑，宜采用EPON+LAN方案。但由于LAN需要重新鋪設線路解決入戶問題，對已經預埋了同軸電纜的建筑，其應用將受到很大限制。

4.3 EPON+EoC

EoC（ethernet over cable）是基于有線電視同軸電纜網使用以太網協議的接入技術。在用戶樓道附近，采用特定的介質轉換技術 (主要包括阻抗變換、平衡/不平衡變換等)，將符合802.3系列標準的數據信號通過同軸電纜傳輸，接入用戶家中。

利用有線電視信號在111～860 MHz頻率傳輸，基帶數據信號在0～20 MHz頻率傳輸的特性，可以將兩者放在一根同軸電纜中傳輸而互不影響。把電視信號與數據信號通過合路器，利用有線電視網絡送至用戶。在用戶端，通過分離器將電視信號與數據信號分離開來，接入相應的終端設備。

在下一代廣播網絡（NGB）中，基于 EPON+EoC的下一代廣播網絡架構提供了簡單的端對端且基于以太網的分組網絡，可與現有的有線電視網絡共同運行，其結構如圖3所示。

前端EPON OLT設備可支持最多8個上聯，每個上聯可提供1 Gbit/s的帶寬。ONU支持100 Mbit/s帶寬接入，采用的QoS機制和TDMA下行機制可以保證用戶增加和業務增加情況下的負載均衡，可以支持多種業務同時開展。可將ONU設備放置于小區光節點，下聯EoC頭端設備，上網業務和有線電視業務通過一根同軸電纜入戶，無需對現有同軸分配網進行復雜改動。

EoC技術主要承載包括高速上網、高清/標清、廣播、IPTV、VOD、VoIP等多種業務應用。EoC的主要特點如下：具有即插即用功能，無需在客戶端進行復雜的調試；用戶端設備為無源設備；運營維護簡單，費用低；可以為每個用戶提供10 Mbit/s全雙工帶寬。EoC接入技術可以利用同軸電纜替代五類線，但交換機端口速率需配置。由于用戶終端為無源設備，系統傳輸損耗容限約為12 dB，故樓棟內的入戶分配網需采用星型集中分配方式，從樓棟以太同軸網橋到用戶終端之間不能有任何分支器和損耗較大的分配器，樓內的同軸電纜分配網改造較小。

EPON+EoC方案易受干擾，線路氧化或其他原因引起的接觸不良等，都有可能造成網絡的不穩定，隨著時間和用戶的增加，會帶來不小的穩定性問題。

4.4 EPON+EPCN

EPON+EPCN（有源EoC）雙向網改系統框圖如圖4所示。EPCN頭端設備把以太網數據調制后，通過信號混合器把數據信號和CATV信號混合，混合信號通過同軸分配網傳送到用戶家里。用戶家里的EPCN終端設備再把以太網數據信號和CATV信號分離，數據信號通過以太口向下傳遞給PC，CATV信號通過同軸電纜傳遞給電視。

該方案具有帶寬足夠，支持業務豐富，物理層速率可達200 Mbit/s，MAC層帶寬可以達到100 Mbit/s的特點。而且采用的QoS機制和TDMA下行機制可以保證用戶增加情況下的負載均衡，可以支持點播和上網業務。設備部署靈活，放置于小區光節點，可完成廣覆蓋；放置于樓道交接箱，可完成密集覆蓋。其缺點是非標準技術，產品應用時間不長。

4.5 方案比較

表1對上方案進行了比較。通過對比可看出，EPON+EoC方案具有靈活、方便、經濟等特點，是雙向改造較為突出、實用的組網方案。

表1 4種方案的比較

1 宋阿芳，奚展越，王穎.光進銅退用戶端設備部署中存在的問題研究.電信科學，2009，24（10）

2 左建，任艷，歐月華.PON中無源光分路器的分析.電信技術，2009（6）

3 吳健學.低成本多業務綜合接入EPON系統設計方案研究.電信科學，2009，25（4）

4 劉冊.EPON系統多業務承載調度機制的研究.電信科學，2009，25（9）

5 張晉豫，楊維，劉犁.優化的EPON多播QoS DBA實現研究.通信學報，2009（2）

6 陳文.“光進銅退”下寬帶業務發展策略的探討.電信科學，2008，24（9）

7 蔣銘，沈成彬，王成巍等.基于EPON的FTTx接入網建設關鍵問題探討.電信科學，2008，24（9）

8 王成巍，沈成彬，蔣銘等.PON系統中的光鏈路檢測技術研究.電信科學，2008，24（9）

9 杜喆，沈成彬，陳文等.無源光網絡的光線路相關技術研究.電信科學，2008，24（9）

10 沈成彬，曹敏，蔣銘等.“光進銅退”熱潮中二層匯聚網與光接入網的融合.電信科學，2008，24（9）

11 唐雄燕.全業務運營環境下的光接入發展.電信技術，2009（2）