高郵市有線電視網絡雙向化建設方案

張 斌，周友良，張 麗

（江蘇省高郵市廣播電視臺，江蘇 高郵 225600）

責任編輯:許 盈

為了將高郵有線電視網絡建設和改造成為高可靠、高帶寬、高承載力、可管理、可運營的雙向網絡，結合網絡的現狀，采用EPON+EoC或者EPON+LAN技術進行城區網絡的雙向化改造[1-3]。采用EPON技術進行城區HFC網絡雙向改造，實際上是建設兩張物理上完全獨立的網，一張是HFC下行網，傳輸模擬信號和數字電視信號；另一張是雙向交互網，傳輸全部交互業務，兩張網同纜不同纖。

建設雙向傳輸網絡，是為了開展業務傳輸業務信號。明確地講，開展業務是目的，建設網絡以及技術都是手段。電視業務是其中一個最大的業務類別，電視業務中收益最高的是個性化的互動電視及資訊業務。開展業務的用戶終端是電視機，電視用戶網絡是同軸電纜網絡，已經存在于用戶室內的每一個房間。

由于用戶室內電視網絡的普遍存在，充分利用室內電視網絡對廣電開展業務的意義非常重要。因為用戶室內網絡的廣泛性及現在存在的客觀事實，改造非常困難。現成的網絡就是同軸電纜網三波的“EPON+HFC”或者兩纖三波的“EPON+HFC”。EPON方案中的光纖以太網部分在線纜的路由中與HFC共纜，作為數據網絡存在，同時為HFC網絡部分承擔上行數據傳輸的功能。

1 城域網設計、建設和改造方案

高郵城區設立4個獨立分前端機房，分別位于城西文化宮路老廣電局、城東新廣電中心、城南步康化園和城北開發區服裝城，節點之間有光纜路由形成環網，保障網絡的安全性。環網示意圖如圖1所示。

2002年，高郵廣電建設完成寬帶城域網，經過數次技術改造，現廣電中心節點部署核心交換機——思科6509，其他節點部署匯聚交換機——思科4006，實現雙向數據業務信號的處理。

2 EPON設計、建設和改造方案

2.1 EPON技術簡介

PON是采用點到多點結構、無源光纖傳輸方式。PON主要有EPON和10G EPON等。

EPON系統使用單模光纖，在一芯光纖上傳輸雙向數據，EPON系統由光線路終端（OLT）、光網絡單元（ONU）和光分配網絡（ODN）組成。

EPON可提供上下行對稱1 Gbit/s的接入速率，支持10 km和20 km兩種最大傳輸距離，多用戶共享帶寬，支持的用戶分支比為1∶16和1∶32，最高可達1∶64。在10 Gbit/s以太主干和城域環的基礎上，EPON是全光網中最佳的最后1 km的解決方案。

EPON技術具有以下5個方面的優勢：

1）節省了光纖光纜資源。EPON技術采用單纖雙波技術，在一根光纖上傳輸雙向數據。同時其點到多點的樹型網絡結構也與廣電的HFC網絡的樹形光纜分配網的結構相一致。

2）運營維護成本低。OLT與ONU之間全程無源傳輸，故障率大大降低；光纖具有天然的抗電磁干擾特性，任何的電磁干擾都不會影響光纖承載的信號，從而可以為用戶提供質量穩定的服務；有網管，可運營可管理。

3）易擴容。隨著用戶和業務的增長，光節點會逐漸往用戶端靠近。而EPON是點到多點的樹形網絡結構，所以當光節點往下移分成n個光節點時，只需在原光節點處增設一個無源光分路器即可。原光節點至前端機房的光纖的芯數不需增加。不需對原有光纜線路進行改造。

4）長距離、高帶寬接入。在1∶32光分路比情況下可以傳輸20 km，克服以太網銅線傳輸距離只有100 m的限制，同時使網絡結構更加簡單，層次更加清晰。其接入帶寬達到1 Gbit/s。

5）多業務接入。EPON支持多種業務的開展，帶寬分配靈活，針對不同業務可以提供良好的QoS保證，是目前支持三網融合最好的FTTx接入技術。

2.2 高郵城區前端雙向設備部署

分前端機房部署核心層交換機或者匯聚層交換機、OLT等數據傳輸設備，實現和小區雙向數據業務信號的匯聚。

省網絡公司提供的互動信號通過波分系統接入本臺中心機房聯通至本臺門戶交換機——思科2960，下聯至核心交換機——思科6509，通過城域網連接匯聚層交換機，級聯OLT設備，形成數據的交換路由。省至市縣路由簡圖如圖2所示。

圖2 省至市縣路由簡圖

高郵EPON網絡OLTONU采用樹形拓撲結構，示意圖如圖3所示，其中SNI代表業務節點接口，VNI代表用戶網絡接口，IFODN代表PON專用接口。

目前本臺選用的EPON設備是深圳新格林耐特公司的產品OptiWay EL5600-06，它是新格林耐特公司自行開發的框式EPON OLT設備，具有高性能、大端口密度、易于安裝、便于擴展、成本低廉等特點，1個主控插槽，5塊業務卡插槽，并支持混插千兆上行子卡和萬兆子卡。在點到多點的網絡結構上實現多種IP/Ethernet業務接入，可以支持IPTV/VOD、VoIP、可視電話等各種基于IP的新興寬帶業務，也可以為商業用戶提供VPN、視頻會議等業務。在提供千兆級的光纖傳輸容量的同時，充分利用系統的經濟性和良好的可擴展性來降低寬帶業務的開通和管理成本。

2.3 EPON網絡部署

2.3.1 EPON光通道損耗

EPON光通道損耗式如

光通道損耗＝（光纖衰耗系數×傳輸距離＋光分路器插損＋活動連接頭損耗＋光纜線路富余度）≤EPON系統光功率預算 （1）

式中：光纖衰耗系數(含熔接損耗)取0.36 dB/km；分光器插損中，1∶4均分的為7 dB，1∶8均分的為10 dB；活動連接頭損耗為0.5 dB/個；光纜線路富余度中，傳輸距離≤10 km時取2 dB。

PON系統光功率預算（10 km光模塊）如表1所示。

表1 PON系統光功率預算dB

2.3.2 分光比及分光方式

為了規劃、維護及擴展方便，光分路器級聯形式為二級分光。一般采用等分光分路器。ODN分光比主要采用1∶4或者1∶8兩種規格；光分路器采用對工作波長不敏感、分光均勻性好的平面波導型光分路器（PLC Splitter），工作波長為1260～1650 nm，光接口為SC/PC接口。

2.3.3 EPON光通道損耗計算

按高郵城區最大分光比1∶4級聯1∶8，分前端至光節點最長距離10 km、6個光纖接頭計算，EPON光通道損耗為25.6 dB〈26 dB，滿足EPON系統光功率預算要求。

3 雙向HFC網設計、建設和改造方案

新建小區、CATV分配網較好的地區雙向HFC網的設計、建設和改造采用EPON+LAN方案。無法解決五類線入戶地區及其他地區情況下，采用EPON+EoC方案。

3.1 HFC傳輸網絡組網方案

高郵城區HFC網絡傳輸系統采用860 MHz頻帶，拓撲結構為光鏈路采用一級1550 nm環型光鏈路，二級1310 nm星型光鏈路的結構，每光點平均覆蓋100戶用戶，采用光接收機直接（或級聯1～2級放大器）通過同軸電纜覆蓋用戶。

3.2 EPON+LAN結構

EPON+LAN結構示意圖如圖4所示。

分中心部署光發射機、IPQAM等HFC傳輸設備以及匯聚交換機、OLT等數據傳輸設備，實現HFC下行廣播信號的傳輸和雙向數據業務信號的匯聚。

分中心至室外光纜匯聚點布放60B室外層絞式主干光纜，平均距離為2500 m。在光纜匯聚點采用PLC光分路器（1∶4及1∶8插拔式光分路器）進行光信號的分配和調度。

2 來稿首頁注腳應注明課題來源及課題名稱，獲基金資助產出的文章應以“基金項目：”作為標識注明基金項目名稱，并在圓括號內注明其項目編號，并附第1作者簡介：姓名(出生年-)，性別(民族)，籍貫，職稱，學位，研究方向，E-mail。

光纜匯聚點至樓棟設備箱布放12B室外中心束管式光纜，平均距離為300 m。樓棟設備箱內置供電器、ONU、光機、電放大器等。

樓棟設備箱至樓棟單元接入點布放-9同軸電纜與防水五類線，單元接入點放置集中分配單元，實現HFC射頻信號的分配；放置交換機，實現數據的接入交換。單元接入點布放到終端用戶的-5電纜及五類線，用戶通過五類線，實現網絡的雙向化。

3.3 EPON+EoC結構

3.3.1 EPON+EoC結構方案

EPON+EoC結構示意圖如圖5所示。

分中心部署光發射機、IPQAM等HFC傳輸設備以及匯聚交換機、OLT等數據傳輸設備，實現HFC下行廣播信號的傳輸和雙向數據業務信號的匯聚。

分中心至室外光纜匯聚點布放60B室外層絞式主干光纜，平均距離為2500m。在光纜匯聚點采用PLC光分路器（1∶4及1∶8插拔式光分路器）進行光信號的分配和調度。

光纜匯聚點至樓棟設備箱布放12B室外中心束管式光纜，平均距離為300 m。樓棟設備箱內置ONU、EoC局端、光機等設備。在光機后插入EoC局端設備，實現HFC信號與數據信號的混合，覆蓋光點以下用戶。

樓棟設備箱至樓棟單元接入點布放-9同軸電纜，單元接入點放置集中分配單元，終端用戶配置EoC終端，通過有線電視分配網絡，實現網絡的雙向化。

3.3.2 EoC技術的選擇

EoC是指在同軸電纜上傳輸以太網數據的技術統稱。現在業界的EoC技術方案主要有無源（基帶）與有源（調制）EoC，高頻方案與低頻方案。

無源基帶EoC系統的特點是設備相對簡單廉價，適用于星型集中分配網絡，對網絡適應性差，不能透過有源放大器與無源分支分配等設備；有源調制EoC通過對數據進行調制解調進行傳輸，可透傳放大器、分支分配器，應用于星型網絡與樹型網絡。

低頻EoC方案的傳輸信道在40 MHz以下，在有線電視網絡中，此頻段正在噪聲最為密集的頻段。有線電視網絡中的線路噪聲（匯聚噪聲）由電網噪聲、電視機的載頻泄漏、外來干擾等組成。前兩項為線路中匯聚噪聲的主要來源，這兩類噪聲隨著有線電視網絡下接用戶數量的增多呈線性增長趨勢，當匯聚噪聲累積到一定的程度時，就會引起調制密度的下降，造成傳輸速率下降，甚至引起設備不能正常建鏈。有線電視接入網上的線路損耗由分配損耗、電纜損耗和接頭損耗組成：分配損耗屬于正常損耗；對于廣電接入網中最常見的物理發泡聚乙烯絕緣同軸75-5電纜，在50 MHz處電纜的損耗比800 MHz處小15.5 dB，因此低頻EoC的信號在電纜上的每百米損耗要小得多，這對傳輸距離無疑是有積極貢獻的；對于接頭損耗，當接頭接觸良好時，接頭損耗對于高低頻損耗都很小，基本可以忽略不計。但在接頭接觸不良時，會產生較大的損耗。從上面的分析可以看出，在低頻EoC方案的工作頻段上，噪聲對其穩定傳輸帶來不利影響，而較低的線路損耗對長距離傳輸有利，連接頭接觸不良對傳輸穩定性影響較大。

高頻EoC方案在有線電視網絡中高頻EoC方案的工作頻段，無論是電網還是電視機載波泄漏產生的噪聲都很小。由于高頻EoC方案的工作頻段噪聲較小，較小的發送功率和較為簡單的調制解調算法就能取得較好的工作穩定性。另外，簡單的算法也易于實現較高的芯片性能，帶來傳輸速率的提升。線路損耗的影響。分配損耗是正常損耗。在高頻EoC的工作頻段，有線電視接入網中的分支分配器件和電纜的損耗都較大，1000 MHz的損耗一般會比50 MHz的大2～3 dB的器件損耗。在高頻EoC方案1000 MHz附近的工作頻段上，75-5的電纜每百米損耗比50 MHz處大17.2 dB，對長距離傳輸不利。對于接頭損耗，當接頭接觸良好時，接頭損耗對于高低頻損耗都很小，基本可以忽略不計。但在接頭接觸不良時，由于芯線分布電容耦合，損耗較小。從上面的分析可以看出，在高頻EoC方案的工作頻段上噪聲較小，對其穩定傳輸有利，而較高的線路損耗會對長距離傳輸帶來困難，連接頭接觸不良對傳輸穩定性影響較小。

綜合上述分析的結果如表2所示。

表2 綜合方案比較結果

根據高郵縣級市的實際情況，用戶總量少、分布廣，經綜合考慮，選用低頻、有源調制EoC技術搭建雙向網。比較低頻方案有源EoC的二大主流技術HomePNA與HomePlug AV，Intellon和Spidcom公司的HomePlug AV技術較適合國內的廣電網絡。比較英特龍6400芯片和速比特200芯片技術，英特龍6400方案在抗干擾、帶寬、TCP吞吐量、允許鏈路損耗、穩定性等方面均優于速比特200方案，故高郵廣電選擇英特龍芯片HomePlug AV技術建設數字電視雙向網。

EoC技術利用廣電原有的同軸電纜實現數據、語音和視頻的全業務接入。一個典型的有源EoC系統由局端、終端、同軸分配網等部分組成。

本臺使用的EoC局端設備為高事達公司的GSDS1512，放在光節點位置，起分發上層以太網數據、匯聚終端設備作用，它是基于HomePlug AV技術的低頻有源調制系列產品的接入匯聚設備，主要功能是將數據基帶信號以OFDM方式調制到7.5～30 MHz頻段，再與CATV信號進行混合后在有線電視HFC網的同軸電纜上傳輸，在對原有網絡設備與布線基本不做改動的前提下，將單向廣播式的CATV網絡上改造成為一個雙向、寬帶、數字化的能夠適應多媒體業務的新型接入網絡。

使用的EoC終端設備為高事達公司的GSSD8512，放在用戶家里充當家庭CPE設備接入用戶計算機或互動機頂盒。

4 小結

本方案著重考慮高郵城區及鄉鎮網絡的實際使用環境、HFC雙向網絡的平滑升級以及EoC技術的選用。高郵城區使用高事達公司的EoC頭端及終端設備開通雙向用戶業已超過500戶，經實際測量，在用戶最大鏈路損耗79 dB、電纜使用年限8年的情況下，用戶反映互聯網網速正常無擁塞、互動點播流暢無遲滯，效果很好。

[1]高飛.EPON+EoC技術在淮陰數字電視網絡中的應用[J].電視技術，2012，36（10）：60-62.

[2]徐力恒，李建華.融合EPON與DOCSIS的EoC技術與雙向網改方案[J].電視技術，2011，35（11）：4-6.

[3]郭冰松.高帶寬需求下的HFC+EPON+LAN雙向網改實例[J].電視技術，2012，36（8）：50-52.