NGB主要接入技術(shù)方案分析

胡睿,彭濤,楊易

(中央電視臺(tái)新臺(tái)址建設(shè)工程辦公室)

1 引言

中國下一代廣播電視網(wǎng)(NGB:Next-Generation Broadcast)[1]從內(nèi)容上來說,是發(fā)展高清晰度電視、數(shù)字音頻節(jié)目、高速數(shù)據(jù)接入和話音等三網(wǎng)融合業(yè)務(wù),為科技、教育、文化、衛(wèi)生、商務(wù)等行業(yè)搭建綜合信息服務(wù)平臺(tái)。從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上來說,就是要以“3TNET”的核心技術(shù)為依托,建設(shè) T比特的路由、T比特的交換和 T比特的傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),還具有可靠的服務(wù)保障和可管可控的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行屬性。NGB的網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)大塊——骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)和接入網(wǎng)。高數(shù)據(jù)率的傳輸帶寬和內(nèi)容豐富的運(yùn)營業(yè)務(wù)使得下一代廣播電視網(wǎng)(NGB)對(duì)接入技術(shù)的選擇提出了很高的要求,主要有以下幾點(diǎn):

(1)高帶寬透明通道,與互聯(lián)網(wǎng)無縫對(duì)接;

(2)接入端更高帶寬,支持 IPTV、組播、視頻電話等業(yè)務(wù);

(3)三網(wǎng)融合,節(jié)約資源,網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡潔、低成本覆蓋、能夠快速開展業(yè)務(wù);

(4)技術(shù)成熟,能夠通過市場檢驗(yàn)

NGB包括多種接入技術(shù),各接入網(wǎng)根據(jù)各自的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)運(yùn)用不同的技術(shù)。接入網(wǎng)直接面對(duì)用戶,因此接入網(wǎng)可以說是 NGB中最重要的技術(shù)部分。對(duì)于有線運(yùn)營商來說,進(jìn)行接入網(wǎng)技術(shù)選型時(shí),能否滿足未來高帶寬的需求是必須考慮的一個(gè)重要因素。本文就目前主要的接入網(wǎng)技術(shù)“基于CMTS+CM的技術(shù)接入”以及“EPON+EoC的技術(shù)接入”做簡單的分析。

2 兩種接入技術(shù)分析

2.1 基于 CMTS+CM的接入技術(shù)

通過基于 DOCSIS接入標(biāo)準(zhǔn)的 Cable Modem接入方式開展寬帶接入業(yè)務(wù),利用有線電視光纖同軸電纜網(wǎng)(HFC Hybrid Fiber-Coaxial)實(shí)現(xiàn)用戶寬帶數(shù)據(jù)接入的方法,是基于廣電技術(shù)體系發(fā)展起來的技術(shù)模式,在 HFC完成雙向改造的基礎(chǔ)上,就可以開展廣電的寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù),是最直接的實(shí)現(xiàn)方式。該方案光纖傳輸部分利用空間分割上下行信號(hào)獨(dú)立傳輸,光節(jié)點(diǎn)后同軸電纜采用頻分制共纜傳輸,光纖同軸混合網(wǎng)(HFC)具有 5～750/860MHz的帶寬,利用頻分復(fù)用可以兼容模擬和數(shù)字業(yè)務(wù)(包括電視、電話和數(shù)據(jù))。

Cable Modem系統(tǒng)包括前端設(shè)備 CMTS(Cable Modem Termination System)和用戶端設(shè)備 Cable Modem,設(shè)備之間通過雙向 HFC網(wǎng)絡(luò)連接,系統(tǒng)終端Cable Modem完成用戶端數(shù)據(jù)信號(hào)的上下行處理。其中 CMTS連接有線電視 HFC網(wǎng)絡(luò)和 IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),使用 DOCSIS協(xié)議,配合 CPMS(Cable Provisioning Management System)終端管理服務(wù)器,通過終端 CM實(shí)現(xiàn) Internet網(wǎng)絡(luò)接入以及本地 IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入的設(shè)備。CMTS數(shù)據(jù)系統(tǒng)是頭端的控制器,它是 CM的核心部分,CMTS用來控制和管理 CM,并進(jìn)行上、下行數(shù)據(jù)之間的傳輸頻率轉(zhuǎn)換,HFC系統(tǒng)功能是否完善,完全取決于 CMTS的性能質(zhì)量,它還能為以太網(wǎng)和 CATV網(wǎng)絡(luò)的連接,并進(jìn)行數(shù)據(jù)頻率分配。

圖 1所示為 DOCSIS/HFC典型結(jié)構(gòu)圖。

圖 1 DOCSIS/HFC典型結(jié)構(gòu)圖

美國有線電視實(shí)驗(yàn)室(Cable Labs)于 2006年 8月發(fā)布的 DOCSISV3.0(Data Over Cable Service Interface Specification)標(biāo)準(zhǔn)[2],是 Cable Modem接入技術(shù)的又一次重大變革,它在基于 DOCSIS V1.1/V2.0通信協(xié)議的擴(kuò)展頻譜、加大流量及增強(qiáng)功能等方面卓有貢獻(xiàn),使在 HFC網(wǎng)上運(yùn)營三重業(yè)務(wù)變得游刃有余,具有成為 NGB的接入網(wǎng)的潛力。其主要特點(diǎn)例舉如下:

(1)擴(kuò)展頻譜:將下行擴(kuò)展為 108～1002MHz,上行擴(kuò)展為 5～85MHz;

(2)加大流量:上 /下行均可采用 4個(gè)以上的信道綁定,若采用 4個(gè) 6MHz帶寬的信道綁定(我國信道帶寬可用為 8MHz),則下行速率(256QAM)可達(dá)160Mbps,上行速率(64QAM)可達(dá) 120Mbps;

(3)信道采用 QAM調(diào)制,A-TDMA和 S-CDMA解決上行通道噪聲和脈沖干擾

(4)增強(qiáng)功能:基于 IP分組的支持多業(yè)務(wù),可支持 IPv4/v6地址的分別或同時(shí)預(yù)置,可使 CM透傳 IPv6到其后的 CPE,并提供 QoS支持;

(5)可支持組播(Multicast)功能,使專用源信號(hào)的 IP組播流傳到 CPE,并提供 QoS支持。

(6)支持更先進(jìn)的安全策略 AES

由上述技術(shù)特點(diǎn)可知,DOCSISV3.0可根據(jù)不斷增長的業(yè)務(wù)市場需求,使 HFC網(wǎng)絡(luò)的下行帶寬持續(xù)擴(kuò)容至 5Gbps,且增加帶寬的成本較低;其 CMTS既可支持大量用戶,滿足用戶的流量需求,還可對(duì)每個(gè)用戶終端靈活地預(yù)置 IP地址進(jìn)行管理,并提供QoS保證,使網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能安全可靠地運(yùn)營。

DOCSIS下行數(shù)據(jù)信號(hào)采用了與數(shù)字電視信號(hào)一樣的包結(jié)構(gòu)(MPEG)、調(diào)制方式及信道編碼,兩者可在同一 HFC網(wǎng)上混合下行,亦可將數(shù)字電視信號(hào)(或其它附加業(yè)務(wù)信號(hào))接入專設(shè)的下行會(huì)聚子層同時(shí)下行(受 MAC協(xié)議控制)。這些特點(diǎn)使得 Cable Modem具有高帶寬透明通道,可以與互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接。

2.2 基于 EPON+EoC的接入技術(shù)

目前正在大力推行“光進(jìn)銅退”,將 FTTH作為雙向化改造以及三網(wǎng)融合的最終奮斗目標(biāo),而解決最后 100米傳輸問題的 EoC技術(shù),與 EPON技術(shù)結(jié)合在一起因其運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)低,影響范圍小的特點(diǎn),成為當(dāng)下爭論的熱點(diǎn)。

EoC(Ethernet Over Coax)技術(shù)？通過同軸電纜鏈接數(shù)據(jù)光纖鏈路與接入終端負(fù)載的設(shè)備,采用RJ45以太接口,傳輸互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(TCP/IP)的作用都是相同的。是典型的“一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”工作傳輸模式。它把 IP數(shù)據(jù)與有線電視信號(hào)有機(jī)的結(jié)合在一起,用同一根電纜接入送入用戶,既不影響有線電視信號(hào)的傳輸,又有雙向獨(dú)享的寬帶綜合業(yè)務(wù)接入,具有良好的適應(yīng)性和靈活的組網(wǎng)接入方案,無需對(duì)原有有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向施工改造,克服了有線電視網(wǎng)絡(luò)雙向網(wǎng)絡(luò)改造過程中入戶施工較難、全網(wǎng)覆蓋成本高以及改造工程周期長的諸多問題。

現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)是以光纖為干線的光纜 -同軸電纜混合網(wǎng)(HFC),有線電視網(wǎng)絡(luò)雙向化改造技術(shù)主要包括接入網(wǎng)光傳輸改造技術(shù)和用戶接入改造技術(shù)兩部分。基于電纜接入技術(shù)(EoC)的有線電視寬帶接入網(wǎng)如圖 2所示[3]:

圖 2 有線電視寬帶接入網(wǎng)基本結(jié)構(gòu)示意圖

EoC也是一個(gè)廣泛的概念,從其技術(shù)方法的不同可以歸納為兩大類:無源基帶傳輸和有源調(diào)制傳輸。EoC技術(shù)因其協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化程度強(qiáng)、接入帶寬高、網(wǎng)絡(luò)噪聲低、施工方便、環(huán)保節(jié)能、鏈路簡單、可靠性強(qiáng)等優(yōu)勢被列選為 NGB的主流技術(shù)之一。

EoC技術(shù)協(xié)議成熟,遵循 IEEE 802.3以太網(wǎng)協(xié)議,不需要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換,原有以太網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的幀格式和 MAC層都沒有改變,是一條全“透明”的 IP管道。EoC入戶接入速率可以保證每戶都是 10Mbps,克服了同時(shí)多用戶同時(shí)在線“搶”帶寬的問題,也去除了因用戶多而導(dǎo)致數(shù)據(jù)碰撞產(chǎn)生的開銷。而且由于數(shù)字電視節(jié)約了更多的頻帶資源,為頻譜資源的重新劃分提供了基礎(chǔ),只要留給數(shù)據(jù)通道足夠的低頻頻譜,EoC就可以實(shí)現(xiàn) 100M入戶帶寬。EoC與EPON技術(shù)相結(jié)合,一根光纖三波長傳輸,一根同軸電纜提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)與視音頻業(yè)務(wù),這種技術(shù)方式不僅可以提供高帶寬的數(shù)據(jù)通道,還能提供豐富的視音頻節(jié)目,提供 VoD點(diǎn)播的通道,能夠充分利用有線電視的網(wǎng)絡(luò)資源,特別是這幾年進(jìn)行了星型分布網(wǎng)絡(luò)改造的網(wǎng)絡(luò),只需要簡單地更換分配器與用戶盒,就能夠以低成本實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的雙向化,節(jié)省投資,避免了令人頭痛的噪聲匯聚問題。

3 接入技術(shù)應(yīng)用評(píng)價(jià)

3.1 評(píng)價(jià)內(nèi)容

(1)雙向以 IP傳輸協(xié)議

(2)下行廣播方式

(3)上行 TDMA

(4)MAC層IEEE802

(5)MAC控制訪問機(jī)制

(6)QOS

(7)動(dòng)態(tài)帶寬分配

(8)加密

3.2 差異

(1)物理層編碼

(2)物理介質(zhì) 電纜 VS光纖

(3)支持速率

(4)標(biāo)準(zhǔn)系列

(5)兼容性

3.3 CMTS+CM的優(yōu)點(diǎn)

(1)技術(shù)體系完善成熟、業(yè)務(wù)支持性好、兼容性好;

(2)充裕的下行帶寬和極低的帶寬成本;

(3)在現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行改造,樹型結(jié)構(gòu)的同軸電纜分配系統(tǒng),有利于用戶接入和工程施工;適合稀疏模式網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域

(4)大面積覆蓋低開通率情況下成本較低,少量前期投入即可在全網(wǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)受理

(5)下行傳輸帶寬資源豐富,滿足標(biāo)清電視、高清電視點(diǎn)播需求,當(dāng)雙向業(yè)務(wù)用戶增加時(shí),其主要設(shè)備 CMTS可以像搭積木式的逐步投入,擴(kuò)展性、兼容性良好;

(6)按頻譜分割方式構(gòu)成非對(duì)稱的雙向傳輸系統(tǒng),不會(huì)影響其對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的適應(yīng)性。就三重業(yè)務(wù)的傳輸容量而言,大容量的電視和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)都是非對(duì)稱的,下行容量大、上行容量小;只有話音(VoIP)業(yè)務(wù)是要求對(duì)稱傳輸?shù)?但其傳輸容量甚小,也就在十幾 ～幾十 kbps量值,不會(huì)成為分配網(wǎng)的傳輸負(fù)擔(dān)。相比之下,若采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)的分配網(wǎng)來傳輸三重業(yè)務(wù),則其傳輸業(yè)務(wù)的帶寬成本將會(huì)增加,為VoIP傳輸業(yè)務(wù)付出的代價(jià)太大;

(7)上/下行光路采用空間分割方式,有利于提高信號(hào)的傳輸質(zhì)量、降低傳輸損耗,在光纜成本越趨下降的情況下,還有利于網(wǎng)絡(luò)資源的儲(chǔ)備和今后的擴(kuò)容;這種方式尤其適用于大容量、小時(shí)延的實(shí)時(shí)電視廣播業(yè)務(wù)。

3.4 CMTS+CM的不足

(1)在 CMTS+CM系統(tǒng)中,上行噪聲匯聚的普遍存在降低了用戶通信質(zhì)量,尤其是在視頻或 IP話音等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)情況下,噪聲干擾會(huì)引起數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延和抖動(dòng),造成視頻圖像失真和語音不連續(xù)。同時(shí)工程維護(hù)需要的技術(shù)支持問題在短期內(nèi)難以妥善解決。

(2)CMTS設(shè)備數(shù)據(jù)功能簡單,僅僅有簡單的MAC學(xué)習(xí)管理,橋接轉(zhuǎn)發(fā)能力,需要外接 IP路由設(shè)備完成業(yè)務(wù)平臺(tái)的搭建。

(3)反向消耗光纖資源、設(shè)備密集

(4)doscis3.0即使可以采用信道捆綁方式,帶寬也不過區(qū)區(qū) 100M左右,在滿足用戶越來越高的帶寬需求方面能力有限;

(5)采用 CMTS網(wǎng)絡(luò)改造需更換大量設(shè)備,工程量大,后續(xù)成本相對(duì)較高。

(6)產(chǎn)業(yè)化程度不高,可供選擇的設(shè)備及系統(tǒng)數(shù)量較少。

3.5 EPON+EoC的優(yōu)點(diǎn)

(1)目前在廣電網(wǎng)的雙向改造中,普遍采用的是 EPON+EoC技術(shù),該技術(shù)發(fā)展相對(duì)成熟,設(shè)備成本低,EPON技術(shù)應(yīng)用到有線電視行業(yè),解決了對(duì)雙向 HFC建設(shè)中遇到的上行技術(shù)問題和 CMTS+CM成本問題;

(2)點(diǎn)到多點(diǎn)的物理和邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)符合有線電視星 -樹形接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),組網(wǎng)靈活;

(3)EoC技術(shù)解決了 ONU支持的樓宇數(shù)據(jù)控制器與家用數(shù)據(jù)終端的連接問題,把 ONU輸出的以太網(wǎng)信號(hào)搬移到同軸電纜上,借助單向 HFC網(wǎng)絡(luò)的同軸電纜與電視信號(hào)一同傳送,剛好克服了這個(gè)困難;

(4)充分利用了 HFC下行寬帶優(yōu)勢,高速帶寬充分滿足接入網(wǎng)客戶的帶寬需求,可根據(jù)用戶業(yè)務(wù)需求靈活的動(dòng)態(tài)分配帶寬;

(5)覆蓋成本、開通成本、運(yùn)營成本、運(yùn)維成本較低,克服了施工與技術(shù)困難。

(6)網(wǎng)絡(luò)可靠性高、便于平滑升級(jí)、商用化程度高、符合 FTTH發(fā)展趨勢

3.6 EPON+EoC的不足

(1)面臨 EoC局端設(shè)備的布局問題。一個(gè) EoC局端只能布局在光節(jié)點(diǎn)或光節(jié)點(diǎn)以下的電纜線路上,相對(duì)于布局于前端或分前端的 CMTS來講,EoC的覆蓋能力明顯下降,有的地方可能會(huì)存在有 EoC局端的布局,近期內(nèi)卻沒有或只有較少的業(yè)務(wù)用戶,造成 EoC局端的閑置;

(2)若采取將頻率放置在高端的 EoC方案,則會(huì)使局端與終端間的路由鏈損失較大,個(gè)別較遠(yuǎn)端用戶開展業(yè)務(wù)時(shí)造成連接不穩(wěn)定。若增加中繼設(shè)備后,成本低的優(yōu)點(diǎn)也不具備了。

(3)制造商驅(qū)動(dòng),標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相對(duì)寬松,EOC技術(shù)選擇眾多,在國內(nèi)尚無統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),各個(gè)廠家分割而治,在 EPON+EoC發(fā)展后期會(huì)帶來系統(tǒng)不兼容而產(chǎn)生的各種矛盾。

4 小結(jié)

我國廣電同軸電纜 cable接入覆蓋達(dá) 1.5億用戶,打造下一代廣播電視網(wǎng)絡(luò)要充分利用現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)用戶覆蓋資源和同軸電纜寬頻率、高帶寬的特點(diǎn),采用適當(dāng)?shù)膶拵Ы尤爰夹g(shù),通過網(wǎng)絡(luò)寬帶化、雙向化改造,承載互動(dòng)式多媒體業(yè)務(wù)。如何利用改造現(xiàn)有廣電網(wǎng)絡(luò)、充分依托同軸電纜入戶資源,以IP作為業(yè)務(wù)承載協(xié)議,滿足標(biāo)準(zhǔn)化和兼容性的要求,成為各種技術(shù)爭論的焦點(diǎn)。

在傳統(tǒng)意義上的 HFC雙向化改造,是為 CMTS+CM和互動(dòng)式機(jī)頂盒提供傳輸通道,該項(xiàng)改造已經(jīng)在部分地區(qū)逐步完成;而 Epon技術(shù)和產(chǎn)品的出現(xiàn)和成熟,及其低成本高帶寬等優(yōu)勢為 NGB接入技術(shù)提供了新的選擇,在現(xiàn)有 HFC網(wǎng)絡(luò)上疊加 EpoN技術(shù),不需要對(duì)現(xiàn)有的 HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大幅度改造,設(shè)備成本較低,只需要在原來的光網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行相應(yīng)的配置,可以在相對(duì)較短的時(shí)間內(nèi)完成網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造。

下一代廣播電視網(wǎng)(NGB)的技術(shù)發(fā)展要走業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)型的發(fā)展思路,在選擇適合下一代廣播電視網(wǎng)(NGB)的接入方式時(shí),應(yīng)考慮促進(jìn)技術(shù)收斂,同時(shí)以增強(qiáng)自主創(chuàng)新能力為出發(fā)點(diǎn),培育能形成具有核心自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),并適應(yīng)我國下一代廣播電視網(wǎng)(NGB)業(yè)務(wù)需求和技術(shù)發(fā)展的寬帶接入技術(shù)。在為 NGB選擇合適的接入網(wǎng)時(shí)要從業(yè)務(wù)的靈活性、用戶的成本以及網(wǎng)絡(luò)的生存周期等各方面綜合考慮,得到一個(gè)最優(yōu)解。第一,可持續(xù)性發(fā)展,設(shè)計(jì)一個(gè)將來能長期應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)。選擇接入網(wǎng)技術(shù)不僅要考慮帶寬和業(yè)務(wù)的關(guān)系,同時(shí)還需要考慮系統(tǒng)的架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)。第二,按需打造接入網(wǎng)。最終的一百米究竟需要怎樣的接入網(wǎng)技術(shù)接入是根據(jù)用戶今后中長期的需求來制定。在 NGB的大背景下,接入網(wǎng)所能支持的業(yè)務(wù)不僅包括高清視頻、標(biāo)清視頻、寬帶上網(wǎng)、VoD甚至 VoIP等語音服務(wù),利用廣電的帶寬優(yōu)勢,給各種高數(shù)據(jù)率業(yè)務(wù)提供技術(shù)背景,最終在應(yīng)用層面上實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合,打造適合我國國情的、有線無線相結(jié)合的、全程全網(wǎng)的下一代廣播電視網(wǎng)絡(luò)。

[1] 盛志凡.中國下一代廣播電視網(wǎng)絡(luò) NGB[J].廣播電視信息,2009.

[2] 段偉 .淺談 CableModem系統(tǒng)在有線電視網(wǎng)中的應(yīng)用[J].有線電視技術(shù),2009.

[3] 國家廣播電影電視總局科技司 .面向下一代廣播電視網(wǎng)(NGB)電纜接入技術(shù)(EoC)需求白皮書[Z].北京:2009.