有線電視網(wǎng)改造方案的探討

蔡鳴峰，張 銘

昆山市信息港網(wǎng)絡(luò)科技有限責(zé)任公司，江蘇 蘇州 215321

1 概述

我國“十一五”規(guī)劃建議中明確指出：“加強寬帶通信網(wǎng)﹑數(shù)字電視網(wǎng)和下一代互聯(lián)網(wǎng)等信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進(jìn)‘三網(wǎng)融合’”。現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施包括主干傳輸網(wǎng)和入戶同軸線纜，網(wǎng)絡(luò)資源非常豐富，但由于歷史和技術(shù)的原因，我國大部分的地區(qū)的有線電視網(wǎng)還停留在傳統(tǒng)的CATV單向廣播的網(wǎng)絡(luò)，只能承載模擬電視和廣播。

隨著互聯(lián)網(wǎng)以及相關(guān)應(yīng)用的飛速發(fā)展，給有線電視網(wǎng)絡(luò)帶來了前所未有的機遇，但必須對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向傳輸化的改造。雙向化改造的有線電視網(wǎng)絡(luò)可以為廣大有線用戶提供交互式視頻﹑語音﹑Internet接入﹑增值應(yīng)用等豐富的業(yè)務(wù)，真正實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的融合。有線電視網(wǎng)絡(luò)的雙向化改造是廣播電視行業(yè)向數(shù)字化時代邁進(jìn)的必由之路，但在巨大機遇面前也面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

經(jīng)過20多年的建設(shè)和發(fā)展，我國有線電視網(wǎng)絡(luò)作為國家重要的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，已成為世界上用戶規(guī)模最大的有線電視網(wǎng)絡(luò)。目前，全國擁有1.39億有線廣播電視用戶﹑農(nóng)村用戶約為4600多萬戶，從用戶接入數(shù)和覆蓋率來看遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過電信﹑網(wǎng)通等傳統(tǒng)寬帶運營商。因此必須實現(xiàn)廣電網(wǎng)絡(luò)整體雙向改造來實現(xiàn)未來各項增值業(yè)務(wù)的開展，并迅速搶占如此龐大的市場。

2 現(xiàn)有解決方案的比較

有線電視網(wǎng)絡(luò)的雙向改造分為核心傳輸網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)改造。由于核心網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)使用SDH等成熟的光傳輸網(wǎng)絡(luò)，因此非常容易實現(xiàn)雙向傳輸，主要需要解決的問題是接入網(wǎng)絡(luò)的雙向改造。

國內(nèi)大多數(shù)廣電公司都已經(jīng)完成了HFC網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，因此從傳輸介質(zhì)來看，接入網(wǎng)部分改造又可以分為光纖網(wǎng)和同軸網(wǎng)的雙向改造。

對于廣電網(wǎng)絡(luò)來說，入戶的同軸線纜其實是非常好的網(wǎng)絡(luò)承載介質(zhì)資源。如何有效利用現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(chǔ)是雙向HFC網(wǎng)絡(luò)，雙向HFC網(wǎng)絡(luò)可在單向HFC基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，配加回傳通道形成。主要包括以下幾個部分：

系統(tǒng)采用上﹑下行非對稱信道的傳輸方式，在HFC網(wǎng)絡(luò)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(shù)據(jù)發(fā)送。當(dāng)信號采用256QAM（正交調(diào)幅）調(diào)制方式時，每個8MHz帶寬信道最高速率可達(dá)40Mbps，上行數(shù)據(jù)通過5MHz～65MHz進(jìn)行回傳。

有線寬帶網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng)是基于DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計的，系統(tǒng)主要由前端設(shè)備CMTS和Cable Modem組成。CMTS是作為前端路由器﹑交換集線器與CATV網(wǎng)絡(luò)之間的連接設(shè)備，而CM是通過CMTS與廣域網(wǎng)（Internet）實現(xiàn)連接。

CMTS技術(shù)是當(dāng)前比較成熟的HFC網(wǎng)絡(luò)雙向解決方案，并在國外大量應(yīng)用。但在國內(nèi)應(yīng)用情況來看，CMTS在運營和維護(hù)上所需要的成本比較高，而且對環(huán)境﹑技術(shù)水平等方面要求更高。

CMTS技術(shù)在國內(nèi)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(jìn)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)——EPON接入方案分析

EPON技術(shù)目前被認(rèn)為是FTTH網(wǎng)絡(luò)的最佳技術(shù)，EPON是英文Ethernet over Passive Optical Networks即以太無源光網(wǎng)絡(luò)的縮寫，是IEEE于2004年6月，頒布文號為IEEE 802.3ah的基于以太網(wǎng)技術(shù)的EPON標(biāo)準(zhǔn)。

EPON是一項采用點到多點拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)﹑利用光纖和光無源器件進(jìn)行物理層傳輸﹑通過以太網(wǎng)協(xié)議提供多種業(yè)務(wù)的寬帶接入技術(shù)。這項技術(shù)充分結(jié)合了無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，為在局端中心機房（CO）和終端客戶現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)具備點到多點的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)﹑無源器件﹑后期維護(hù)成本低等特點。

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

2.2.1 EPON＋LAN接入方案分析

目前在廣電應(yīng)用較多的另一種方式是基于EPON技術(shù)的FTTB＋LAN方式。EPON部分充分利用了現(xiàn)有光纖資源，其網(wǎng)絡(luò)組成符合原有HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，EPON系統(tǒng)下聯(lián)交換機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)或電視回傳業(yè)務(wù)；有線電視網(wǎng)部分，設(shè)備采用光收發(fā)機的機制，通過重新布設(shè)五類線方式，實現(xiàn)雙向改造。將數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和電視業(yè)務(wù)分網(wǎng)建設(shè)，也就是業(yè)界常說的A﹑B網(wǎng)結(jié)構(gòu)，此種類型模式實現(xiàn)起來優(yōu)勢在于整體結(jié)構(gòu)比較清晰，另外以太網(wǎng)技術(shù)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(qū)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(yè)務(wù)比較慢。與傳統(tǒng)電信運營商的寬帶業(yè)務(wù)無法進(jìn)行有效的競爭。

2.2.2 Cablengine纜擎技術(shù)對HFC全網(wǎng)改造接入解決方案分析

Cablengine纜擎技術(shù)與現(xiàn)有廣電的HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)完全一致，在實施過程中只需要將傳統(tǒng)光工作站替換安裝成Cablengine纜擎Master局端設(shè)備，其它光纜和同軸網(wǎng)絡(luò)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(shè)備，通過統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)管理就可以迅速的開展寬帶業(yè)務(wù)。

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

1）充分利用現(xiàn)有廣電光網(wǎng)絡(luò)部分

Cablengine纜擎技術(shù)方案的光路部分充分利用了EPON技術(shù)的優(yōu)勢，單纖雙向數(shù)據(jù)傳輸﹑點到多點﹑1G帶寬﹑20km傳輸距離﹑良好的QoS控制﹑IP多業(yè)務(wù)承載等。采用雙窗口無源分光器與現(xiàn)有CATV光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一致， 不僅可以滿足密集用戶區(qū)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入，同時以高性價比滿足偏遠(yuǎn)山區(qū)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(shù)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(zhì)上50dB的損耗可以有效傳輸500m。由于采用的先進(jìn)的OFDM技術(shù)，具有極強的抗干擾能力。如果某個載波在受到干擾后，系統(tǒng)會自行屏蔽掉該載波，避開干擾源，并實現(xiàn)了動態(tài)實時檢測。同時通過簡單器件低通濾波就可以輕易橋接數(shù)據(jù)信號通過CATV電放大器。

3）高帶寬

Cablengine纜擎技術(shù)在同軸上物理層5M～30M低頻段使用OFDM調(diào)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(jìn)行BPSK﹑QPSK﹑8QAM﹑16QAM﹑64QAM﹑256QAM和1024QAM調(diào)制；采用Turbo FEC錯誤校驗；物理層線路速率達(dá)到200Mbps。

4）QoS保證

Cablengine纜擎技術(shù)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(shù)要求。同時也可以采用CSMA/CA技術(shù)支持傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

5）安全性

傳輸采用AES 128數(shù)據(jù)加密，有效保證數(shù)據(jù)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(xiàn)真正的﹑可運營的﹑安全的HFC雙向網(wǎng)絡(luò)。

6）樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

Cablengine纜擎技術(shù)是適合點到多點的網(wǎng)絡(luò)，正好符合廣電HFC網(wǎng)絡(luò)的樹形結(jié)構(gòu)。

3 HFC雙向改造方案及設(shè)計思路

通過以上簡單分析與比較，在技術(shù)選擇上需要從帶寬﹑業(yè)務(wù)承載能力﹑工程成本﹑工程開通速率等方面進(jìn)行綜合考慮。因此，HFC網(wǎng)絡(luò)雙向改造方案及設(shè)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(fā)展思路的重點，尤其對于廣電運營商在實現(xiàn)雙向改造的過程中面臨傳統(tǒng)電信運營商的壓力，需要更快搶占客戶。因此在技術(shù)選擇上需要考慮實現(xiàn)最少工程成本的技術(shù)模式。

2）適應(yīng)各類型光纖﹑同軸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從目前HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來看，有線電視網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在光纖和同軸部分都是采用樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即使部分網(wǎng)絡(luò)為集中式結(jié)構(gòu)，其實也只是樹型結(jié)構(gòu)的一種特例。如果一種技術(shù)不能適應(yīng)樹型結(jié)構(gòu)的話，則在實際的應(yīng)用時會產(chǎn)生很大的局限性。同軸改造技術(shù)需要充分考慮抗噪聲干擾問題。有線電視網(wǎng)絡(luò)中87MHz～862MHz是用于正向的有線電視信號及正向數(shù)據(jù)傳輸，5 MHz～65MHz用于反向數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)采用Cablengine纜擎技術(shù)時5 MHz～65MHz成為空閑頻段，由于Cablengine纜擎技術(shù)使用的2 MHz～30MHz頻段恰好落在該頻段中，而其它的一些技術(shù)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(yù)算成為組網(wǎng)的障礙。

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

4 發(fā)展方向

根據(jù)以上分析，無論從技術(shù)成熟度﹑快速投資回報還是性價比來說，Cablengine纜擎技術(shù)整合了EPON技術(shù)和有源同軸以太網(wǎng)技術(shù)，是HFC雙向改造方案可選的接入技術(shù)中最具競爭力的方案。未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向?qū)⑹怯懈鼜姷娜W(wǎng)QoS保證和多業(yè)務(wù)的靈活承載。從業(yè)務(wù)層面上看，市場需求更加靈活的業(yè)務(wù)承載軟件平臺以實現(xiàn)豐富的增值業(yè)務(wù)。隨著光器件和相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，將來利用EPON的FTTH進(jìn)行光纖到戶的“三網(wǎng)合一”，多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)是廣電接入網(wǎng)的發(fā)展方向，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)“光進(jìn)銅退”總的指導(dǎo)方針。