“雙千兆”和“超高清”趨勢下有線電視網絡接入網升級改造思路淺析

周戎帆

（中廣電廣播電影電視設計研究院，北京 100045）

0 引 言

從2010年至今，全國廣電有線電視網絡不斷升級改造，已基本實現雙向化、寬帶化，普遍能達到高清視頻、200 Mb·s-1寬帶業務承載接入能力。2021年3月，工業和信息化部印發《“雙千兆”網絡協同發展行動計劃（2021-2023年）》，提出建設以千兆光網和5G為代表的“雙千兆”網絡。2021年8月，國家廣播電視總局發布《廣播電視和網絡視聽“十四五”科技發展規劃》和《超高清視頻產業發展行動計劃（2019-2022年）》，對有線電視網絡提出超高清業務承載接入要求。本文結合有線電視接入網技術現狀和業務發展需求，分析在“雙千兆”和“超高清”趨勢下寬帶網和廣播網的技術發展趨勢，并提出有線電視網路的升級改造思路。

1 有線電視網絡接入網技術現狀

有線電視接入網技術經過多次迭代，全國各省已形成基于EPON和GPON的兩大技術體系的HFC+FTTH雙網模式。

混合光纖同軸電纜（Hybrid Fiber Coax，HFC）網主要分為1 550 nm+EPON+EoC/LAN和1 550 nm+GPON+C-DOCSIS兩種技術體系。光網部分采用雙纖三波方式，1 550 nm模擬光傳輸技術提供下行直播單向通道，EPON或者GPON技術實現雙向數據傳輸。同軸網部分則利用EoC/LAN/C-DOCSIS技術實現雙向數據疊加。HFC網目前基本實現光纖到樓（Fiber to The Building，FTTB），用戶戶均帶寬達到100～300 Mb·s-1。

光纖到戶（Fibre To The Home，FTTH）網主要采用1 550 nm+EPON/GPON方式。1 550 nm模擬光傳輸技術提供下行直播單向通道，EPON/GPON技術實現光網雙向數據傳輸。

2 業務發展對接入能力的要求

根據國家和行業政策要求，有線電視網絡需要支撐超高清視頻傳輸并提供千兆接入。運營級4K速率為32.5～45.5 Mb·s-1。假設戶均6個終端，按運營速率上限計，并發時帶寬需求達到276 Mb·s-1。點播視頻碼率波動約為均值的2.5倍，單戶峰值碼率將超過500 Mb·s-1。因此，為滿足業務發展需要，廣播網和寬帶網應同時具備千兆能力。

3 接入網技術發展趨勢

3.1 FTTH是最終方式

HFC網絡的光網絡建設已達到FTTB，但近年來同軸網傳輸技術在發展上存在瓶頸，受傳輸介質、調制技術、頻率資源等多方面限制，無法滿足千兆接入及未來更高速寬帶業務發展需要。FTTH網絡具有超高的傳輸容量、超低損耗和超長的使用壽命等特點，可以支撐更高質量和需求的業務。同時，FTTH擁有更龐大的產業鏈作支撐，其技術迭代也更加迅速。因此，FTTH是有線電視網接入網建設的最終方式。

3.2 雙纖三波方式體現視頻專家優勢

有線電視網絡具有很強的政治和民生屬性，安全播出是有線電視網絡第一要務，高品質視頻業務提供是有線電視網絡的核心競爭力。2020年10月，國家廣播電視總局科技司印發《有線電視網絡升級改造技術實施指南（2020-2023年）》提出，新建網絡使用FTTH雙纖入戶方案，1芯承載廣播業務和VOD業務，1芯承載寬帶業務和互動信令；既有網絡向FTTH雙纖入戶方案升級改造。FTTH雙纖三波模式是有線電視網絡發展的主要模式，獨立的、與寬帶業務隔離的廣播業務通道能為超高清廣播提供安全和質量保障。

3.3 寬帶網向10G-PON發展

在千兆接入網建設要求下，有線電視接入網將處于1G-PON和10G-PON共存階段，并逐漸向全10G-PON演進。

3.3.1 1G-EPON向10G-EPON演進

10G-EPON與1G-EPON共光分配網（Optical Distribution Network，ODN）組網時，下行方向光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）以波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）方 式通過不同的波長廣播數據；上行方向采用時分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）方式對不同光網絡單元（Optical Network Unit，ONU）上行數據進行仲裁。通過增配10G EPON OLT，配置支持雙速的PON口模塊，將原1G-EPON OLT PON接口光纖割接到10G-EPON OLT上，即可實現1G-EPON網絡向10G-EPON網絡升級。

3.3.2 GPON向XG（S）-PON演進

GPON與XG-PON或XGS-PON共ODN組 網時，GPON與XG（S）-PON上下行工作頻段完全不重合，需要在OLT側配置WDM1r合分波器件，通過WDM方式共享ODN。通過增配XG（S）-PON OLT，增加獨立的WDM1r合分波器件或者選用帶Combo模塊的業務板卡，割接GPON業務板接口至WDM1r上或Combo業務板上，即可實現GPON網絡向XG（S）-PON網絡平滑演進。

3.4 萬兆單向IP廣播升級廣電1 550 nm模擬光傳輸系統

3.4.1 萬兆單向IP廣播突破頻道限制

萬兆單向IP廣播系統基于基帶IP信號光纖傳輸技術，不再受調制和頻點限制，具有高達10 Gb·s-1容量的IP廣播傳輸信道，相較于傳統QAM調制方式更適合超高清視頻傳輸。

萬兆單向IP廣播系統由IP廣播前端、IP廣播傳輸網以及IP廣播接收模塊三部分組成。萬兆單向IP廣播光網絡可以單獨構成一個單向廣播系統獨立運行開展電視廣播業務，也可以與雙向傳輸系統共同構建一張萬兆寬帶接入網，即I-PON方案[1]。

萬兆單向IP廣播系統采用用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）。UDP是無連接協議，其優點是沒有建立連接的過程，傳輸速度快，網絡開銷少，適合傳輸視頻。萬兆單向IP廣播網絡的前端到用戶終端之間可以完全沒有路由和交換環節，可實現全鏈路10 Gb·s-1，滿足UDP不丟包的條件，通過組播方式實現點到多點的全廣播模式。

3.4.2 傳統廣播1 550 nm光傳輸網向萬兆單向IP廣播網演進

傳統廣播1 550 nm光傳輸網采用EDFA級聯模式實現遠距離信號傳輸。光發射機輸出后光放級聯數通常為3～4級。EDFA級聯模式是一種邏輯星型、物理可成環網絡，是最常見的廣播信號傳輸模式，如圖1所示。

圖1 傳統RF FTTH網絡中1 550 nm光傳輸系統組網結構示意圖

對于省級接入網而言，中繼串接模式相較于非星型結構，更有利于保障廣播通道質量、簡化維護、方便開通。

I-PON中繼級聯技術的特點是：每段距離產生的色散失真都由中繼器重新整形后完全消除，不再需要做色散補償；沒有EDFA，不再引入光信噪比（Optical Signal Noise Ratio，OSNR）劣化。這種模式極大程度地簡化了網絡設備類型和數量，便于維護。目前I-PON中繼段距離可以達到80 km[2]。

I-PON中繼技術環網結構如圖2所示。根據接入機房位置和光纜路由長度配置相應的I-PON中繼器及光模塊，即可實現環網重構[3-4]。數據鏈路終端（Data Link Terminal，DLT）數量可根據互動用戶數進行配置，并可通過DLT下移至接入機房，實現I-PON局端的分布式構造，增加互動用戶承載能力。

圖2 I-PON中繼技術環網組網結構示意圖

由于萬兆IP光信號功率普遍較小，一般低于0 dBm，光放大器屬于弱信號飽和輸出放大，因此光放大器的噪聲系數要小于6 dB，光放大器輸出端必須內置光隔離器。為避免信號質量劣化，光放大器級聯數不應超過2級。可采用摻鉺釔光放大器實現設備集成化，節約機房空間。主備摻鉺釔光放大器可以通過短線電纜相連接實現互相監測，后接2×N光分路器即可實現光放1+1熱備份，不再需要外置光切換開關。

傳統廣播1 550 nm光傳輸網和I-PON網絡的末級EDFA到用戶端允許的光功率損耗接近，且傳統廣播1 550 nm光傳輸網的光功率預留量較大，光放大器至用戶的ODN可以不再進行改動。

4 有線電視網絡接入網升級改造思路

從技術發展趨勢可以看出，有線電視網絡最終將發展為雙纖三波FTTH網，I-PON+10G-PON方案是理想的技術方案[5]。傳統1 550 nm單向廣播網改造為萬兆單向IP廣播網，寬帶網升級為10G-PON網絡。現階段網絡升級改造主要工作如下：

（1）HFC網盡快完成FTTH網升級；

（2）改造有線電視前端，建設萬兆單向IP廣播干線傳輸網；

（3）擴容傳輸網，滿足千兆寬帶業務承載需求；

（4）升級1G-PON系統為10G-PON系統，采用共ODN模式，機房側配置10G-PON OLT，用戶側按需升級10G-PON ONU；

（5）核算1 550 nm單向廣播網末級EDFA至用戶段指標，升級用戶終端為I-PON終端，并同步遷移至萬兆單向IP廣播干線傳輸網。

5 結 語

隨著人們對精神文化的需求不斷提升，有線電視網絡作為重要載體也在不斷向更高質量、更高速、更安全可靠的方向發展。有線電視網絡已邁入“千兆”時代，光進銅退、全光纖化是必然趨勢。采用I-PON+10G-PON方案構建雙纖三波FTTH接入網，既滿足有線電視網絡千兆接入需求，又滿足單向廣播超高清傳輸需要，還能滿足安全播出要求，是有線電視接入網的理想改造方式。