有線電視網改造方案的探討

蔡鳴峰，張 銘

昆山市信息港網絡科技有限責任公司，江蘇 蘇州 215321

1 概述

我國“十一五”規劃建議中明確指出：“加強寬帶通信網﹑數字電視網和下一代互聯網等信息基礎設施建設，推進‘三網融合’”。現有的有線電視網絡基礎設施包括主干傳輸網和入戶同軸線纜，網絡資源非常豐富，但由于歷史和技術的原因，我國大部分的地區的有線電視網還停留在傳統的CATV單向廣播的網絡，只能承載模擬電視和廣播。

隨著互聯網以及相關應用的飛速發展，給有線電視網絡帶來了前所未有的機遇，但必須對現有網絡進行雙向傳輸化的改造。雙向化改造的有線電視網絡可以為廣大有線用戶提供交互式視頻﹑語音﹑Internet接入﹑增值應用等豐富的業務，真正實現多種業務的融合。有線電視網絡的雙向化改造是廣播電視行業向數字化時代邁進的必由之路，但在巨大機遇面前也面臨著巨大的挑戰。

經過20多年的建設和發展，我國有線電視網絡作為國家重要的信息化基礎設施，已成為世界上用戶規模最大的有線電視網絡。目前，全國擁有1.39億有線廣播電視用戶﹑農村用戶約為4600多萬戶，從用戶接入數和覆蓋率來看遠遠超過電信﹑網通等傳統寬帶運營商。因此必須實現廣電網絡整體雙向改造來實現未來各項增值業務的開展，并迅速搶占如此龐大的市場。

2 現有解決方案的比較

有線電視網絡的雙向改造分為核心傳輸網絡和接入網絡改造。由于核心網絡已經使用SDH等成熟的光傳輸網絡，因此非常容易實現雙向傳輸，主要需要解決的問題是接入網絡的雙向改造。

國內大多數廣電公司都已經完成了HFC網絡建設，因此從傳輸介質來看，接入網部分改造又可以分為光纖網和同軸網的雙向改造。

對于廣電網絡來說，入戶的同軸線纜其實是非常好的網絡承載介質資源。如何有效利用現有的HFC網絡進行雙向改造，以找出一個最佳的雙向改造解決方案。

2.1 CMTS＋CM接入方案分析

Cable Modem接入方式的物理基礎是雙向HFC網絡，雙向HFC網絡可在單向HFC基礎上進行改造，配加回傳通道形成。主要包括以下幾個部分：

系統采用上﹑下行非對稱信道的傳輸方式，在HFC網絡有效頻寬111MHz～860MHz之間的電視頻道中劃分出一條到多條8MHz帶寬信道，用于以廣播形式的下行數據發送。當信號采用256QAM（正交調幅）調制方式時，每個8MHz帶寬信道最高速率可達40Mbps，上行數據通過5MHz～65MHz進行回傳。

有線寬帶網絡接入系統是基于DOCSIS標準來設計的，系統主要由前端設備CMTS和Cable Modem組成。CMTS是作為前端路由器﹑交換集線器與CATV網絡之間的連接設備，而CM是通過CMTS與廣域網（Internet）實現連接。

CMTS技術是當前比較成熟的HFC網絡雙向解決方案，并在國外大量應用。但在國內應用情況來看，CMTS在運營和維護上所需要的成本比較高，而且對環境﹑技術水平等方面要求更高。

CMTS技術在國內推廣了一段時間，從覆蓋范圍﹑開通速率尤其在先期廣電迅速搶占客戶群方面看起到了非常好的效果。

但CMTS也有其自身難以改進的缺陷，尤其在漏斗噪音處理方面，由于所有用戶覆蓋都噪音上傳到CMTS頭端處理，光工作站不做任何處理，用戶之間的相互影響非常大。

2.2 下一代的廣電光接入網絡技術——EPON接入方案分析

EPON技術目前被認為是FTTH網絡的最佳技術，EPON是英文Ethernet over Passive Optical Networks即以太無源光網絡的縮寫，是IEEE于2004年6月，頒布文號為IEEE 802.3ah的基于以太網技術的EPON標準。

EPON是一項采用點到多點拓撲結構﹑利用光纖和光無源器件進行物理層傳輸﹑通過以太網協議提供多種業務的寬帶接入技術。這項技術充分結合了無源光網絡技術和以太網技術的優勢，為在局端中心機房（CO）和終端客戶現場之間配置寬帶接入光纖線路提供了一種低成本的方法。無源光網絡技術具備點到多點的拓撲結構﹑無源器件﹑后期維護成本低等特點。

但是目前實現FTTH，在設備成本上還比較高，于是出現了利用EPON的ONU設備覆蓋更多的用戶30-50戶實現EPON＋有源/無源同軸雙向技術，使得HFC的雙向改造得以實現。

2.2.1 EPON＋LAN接入方案分析

目前在廣電應用較多的另一種方式是基于EPON技術的FTTB＋LAN方式。EPON部分充分利用了現有光纖資源，其網絡組成符合原有HFC網絡結構，EPON系統下聯交換機，實現數據業務或電視回傳業務；有線電視網部分，設備采用光收發機的機制，通過重新布設五類線方式，實現雙向改造。將數據業務和電視業務分網建設，也就是業界常說的A﹑B網結構，此種類型模式實現起來優勢在于整體結構比較清晰，另外以太網技術也已比較成熟，但問題在于工程施工造價偏昂貴，需要在已有住戶小區重新布線，對居民的影響比較大，同時帶來的后果是用戶開通業務比較慢。與傳統電信運營商的寬帶業務無法進行有效的競爭。

2.2.2 Cablengine纜擎技術對HFC全網改造接入解決方案分析

Cablengine纜擎技術與現有廣電的HFC網絡結構完全一致，在實施過程中只需要將傳統光工作站替換安裝成Cablengine纜擎Master局端設備，其它光纜和同軸網絡都不需要改變。在用戶端，只需要簡單的安裝Cablengine纜擎Slave用戶端設備，通過統一的網管系統和業務系統管理就可以迅速的開展寬帶業務。

目前可提供85Mbps～200Mbps帶寬接入，Cablengine纜擎技術主要有以下特點：

1）充分利用現有廣電光網絡部分

Cablengine纜擎技術方案的光路部分充分利用了EPON技術的優勢，單纖雙向數據傳輸﹑點到多點﹑1G帶寬﹑20km傳輸距離﹑良好的QoS控制﹑IP多業務承載等。采用雙窗口無源分光器與現有CATV光網絡結構一致， 不僅可以滿足密集用戶區的數據業務接入，同時以高性價比滿足偏遠山區的接入。

2）工作于低頻段﹑抗干擾能力強﹑抗線路衰減能力強

Cablengine纜擎技術方案的同軸部分工作于5M～30M的低頻段，因此有較強的抗衰減能力，在同軸介質上50dB的損耗可以有效傳輸500m。由于采用的先進的OFDM技術，具有極強的抗干擾能力。如果某個載波在受到干擾后，系統會自行屏蔽掉該載波，避開干擾源，并實現了動態實時檢測。同時通過簡單器件低通濾波就可以輕易橋接數據信號通過CATV電放大器。

3）高帶寬

Cablengine纜擎技術在同軸上物理層5M～30M低頻段使用OFDM調制方式，具有非常高的頻譜利用率，使用917個子載波，每個子載波可以單獨進行BPSK﹑QPSK﹑8QAM﹑16QAM﹑64QAM﹑256QAM和1024QAM調制；采用Turbo FEC錯誤校驗；物理層線路速率達到200Mbps。

4）QoS保證

Cablengine纜擎技術提供了TDMA的多址訪問以支持QoS的要求，保證了帶寬，延遲和抖動的參數要求。同時也可以采用CSMA/CA技術支持傳統的網絡環境。

5）安全性

傳輸采用AES 128數據加密，有效保證數據的安全性。同時在MAC層提供端口隔離功能，同時提供了用戶方端口帶寬控制能力，實現真正的﹑可運營的﹑安全的HFC雙向網絡。

6）樹形網絡結構

Cablengine纜擎技術是適合點到多點的網絡，正好符合廣電HFC網絡的樹形結構。

3 HFC雙向改造方案及設計思路

通過以上簡單分析與比較，在技術選擇上需要從帶寬﹑業務承載能力﹑工程成本﹑工程開通速率等方面進行綜合考慮。因此，HFC網絡雙向改造方案及設計思路可以從以下幾個方面考慮：

1）最大程度減少工程成本和時間

用戶的快速覆蓋是運營商發展思路的重點，尤其對于廣電運營商在實現雙向改造的過程中面臨傳統電信運營商的壓力，需要更快搶占客戶。因此在技術選擇上需要考慮實現最少工程成本的技術模式。

2）適應各類型光纖﹑同軸網絡結構

從目前HFC網絡結構來看，有線電視網絡結構在光纖和同軸部分都是采用樹型網絡結構，即使部分網絡為集中式結構，其實也只是樹型結構的一種特例。如果一種技術不能適應樹型結構的話，則在實際的應用時會產生很大的局限性。同軸改造技術需要充分考慮抗噪聲干擾問題。有線電視網絡中87MHz～862MHz是用于正向的有線電視信號及正向數據傳輸，5 MHz～65MHz用于反向數據傳輸。當采用Cablengine纜擎技術時5 MHz～65MHz成為空閑頻段，由于Cablengine纜擎技術使用的2 MHz～30MHz頻段恰好落在該頻段中，而其它的一些技術使用的是超過870MHz的頻率，甚至是2.5GHz的高頻，由于頻率越高衰減越大，因此過大的鏈路損耗預算成為組網的障礙。

有線電視網絡中的低頻段是噪聲集中的頻段，存在著由于環境干擾造成的各種侵入噪聲以及由于樹型結構所帶來的匯聚漏斗噪聲。CMTS技術之所以在國內沒有廣泛應用就在于難以克服噪聲。有線電視分配網絡的設計正向傳輸（87 MHz～870MHz）損耗一般小于35dB，而Cablengine纜擎技術工作在更低的頻段，因此損耗更小。即使損耗達到60dB時仍可以以MB級的速率傳輸，因此采用Cablengine纜擎技術無需擔心網絡鏈路損耗是否太大。

4 發展方向

根據以上分析，無論從技術成熟度﹑快速投資回報還是性價比來說，Cablengine纜擎技術整合了EPON技術和有源同軸以太網技術，是HFC雙向改造方案可選的接入技術中最具競爭力的方案。未來網絡的發展方向將是有更強的全網QoS保證和多業務的靈活承載。從業務層面上看，市場需求更加靈活的業務承載軟件平臺以實現豐富的增值業務。隨著光器件和相關技術的發展，將來利用EPON的FTTH進行光纖到戶的“三網合一”，多業務承載網絡的建設是廣電接入網的發展方向，實現網絡建設“光進銅退”總的指導方針。