新形势下有线电视网的改造方案

2010-06-11曾庆珠

电信科学 2010年8期

曾庆珠

（南京信息职业技术学院南京 210046）

1 前言

随着数字、网络等高新技术的日新月异，互联网等新型媒体的异军突起，网络电视、移动电视、手机电视等不断涌现，与传统的广播电视争夺用户日趋激烈，传统广播电视的地位、作用和影响力已经受到影响，有线电视业受到巨大的冲击。与此同时，卫星直播业务具有数字技术和服务价格的优势，可直接从有线电视公司手中抢走用户，因而有线电视的发展面临着巨大的挑战。为此，有线电视网的数字化和双向改造步骤急需加快。

2009年，江苏省13个省辖市实现了全程全网，县区整合61个，公司现有用户1 511万，其中数字电视用户700多万，互动电视用户40多万。其网内有线电视（CATV）用户仅次于美国康卡斯（Comcast）公司。就用户规模而言，江苏广电成为全国第一、世界第二的广电网络运营商，其有线电视网的改造具有典型意义。

本文以江苏广电为例，介绍有线电视网双向改造的原则和主要技术，并分析比较了传输网络和用户接入的典型设计方案。

2 有线电视网改造的目标和原则

“光进铜退”是有线电视网络数字化、宽带化、双向化的发展趋势，有线电视网络双向化改造应将光纤进一步向用户端推进，实现高可靠、高带宽、高承载力、可管理、可运营的目标。各地有线电视网络双向化建设应因地制宜地扩大光纤传输覆盖范围，基本实现光纤到楼，逐步向光纤到户发展。接入分配网的双向化改造应依据各自的业务规划，充分利用入户线路的同轴电缆资源，采用适合当地的宽带双向接入技术，使有线电视网络具备承载模拟电视、标清数字电视、高清数字电视、广播、视频点播、宽带数据接入、语音服务等多种业务的能力。有线电视双向网络建设和改造应遵循标准性、可靠性、适用性、可扩展性等原则。

3 PON及EPON技术

无源光网络（PON）技术是一种点到多点的光纤接入技术，所谓“无源”，是指ODN（光分配网）中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备，因此其管理维护的成本较低。PON由局侧的OLT（光线路终端）、用户侧的ONU/ONT（光网络单元）以及ODN组成。PON下行采用TDM广播方式，使用1 490 nm波长，上行采用TDMA（时分多址接入）方式，使用1 310 nm波长，可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构（典型结构为树形结构）。

EPON结构在传输途中不需要电源，没有电子部件，因此容易铺设，基本不用维护，节省了运营和管理成本；EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高；EPON系统是面向未来的技术，大多数EPON系统都是一个多业务平台，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择；EPON目前可以提供上、下行对称的1.25 Gbit/s的带宽，并且随着以太技术的发展可以升级到10 Gbit/s；EPON作为一种点到多点网络，带宽分配灵活，服务有保证；EPON采用标准的以太网接口，可以利用现有的价格低廉的以太网设备。

EPON系统为单纤双向系统，上、下行应分别使用不同的波长，其中上行应用1 260～1 360 nm波长，下行应用1 480～1 510 nm波长，1 540～1 560 nm波长则分配给CATV电视节目信号。EPON也可以用二波长和三波长设计实现。二波长的设计适合于传输数据、语音和IP交换的数字电视，二波长的EPON的光布局结构中，1 490 nm的波长可以携带视频点播（VOD）、频道改变请求以及数据和语音上行。在目前双向网络改造中，主要选用三波长设计，在这种结构中，1 490 nm的波长和1 310 nm的波长分别用于下行和上行方向，而1 550 nm的波长则保留给下行电视节目。

广电双向化改造采用EPON技术进行，可直接利用已经铺设的光缆中剩余的一根光纤作为EPON宽带业务的传输通道。在分前端机房部署EPON的OLT设备，可以覆盖周边10～20 km的用户，光信号通过树形光分配网络到达小区光节点；根据光节点的覆盖范围，可以选择在光节点处放置光分路器，进一步将光纤延伸到楼道放置ONU，也可以选择在光节点处放置ONU，最后通过五类线入户。

4 典型设计方案

传统的有线电视网络仅支持单向下行广播服务，为了提升用户的ARPU值，运营商亟待改造混合光纤同轴网络（HFC），以提供双向、互动服务。目前典型的有线电视网双向改造方案有以下4种。

4.1 EPON+BIoC

广播交互同轴（broadcasting and interactivity over cable，BIoC）网络接入技术，是针对HFC网络光节点后最后1公里的双向接入解决方案，是基于Wi-Fi降频的一种技术。

BIoC利用了原有的分配网资源承载广播电视信号（模拟/数字电视）与数据信号，根据实际的线路质量自适应采用QPSK到64QAM的调制方式，根据数据接入点位置的不同采用前向纠错编码等技术将以太数据信号经数字调制到射频频段（900～1 100 MHz），与电视信号（111～860 MHz）混合输出到电缆分配网上，实现基于有线电视网络同轴电缆的IP包传输（IP over cable），混合信号经同轴电缆传输到用户，通过用户家中有线电视接口上连接的用户终端设备，将有线电视信号与数据信号分离，并采用对应的解调技术，把调制数据信号还原为基带数据信号，用户通过该终端设备实现广播电视、交互电视以及宽带等业务。

BIoC技术为有线电视网络承载广播电视、互联网接入和其他增值业务提供了高性价比的解决方案。BIoC技术可以利用有线电视电缆分配网，解决双向业务传输问题，适合于多种网络拓扑的改造，其应用特点是用户接入网络中的有源设备需要跨接设备。使用BIoC技术具有成本较低的优点，不需要对现有的网络进行改动。EPON+BIoC双向网改系统框图如图1所示。

该方案也具有一些缺点。首先占用大量光缆资源，运营维护成本高；其次放置在光节点的二层交换机和光纤收发器极易受雷击、高温等因素影响而频繁死机；另外因为光缆资源不够丰富，网络中存在网络设备多级级联的问题，增加了故障点，且方案不易扩容；最后BIoC是非标准技术，产品应用时间不长，由于Wi-Fi技术传输的距离有限，需要专有的放大器、延长器等设备。

4.2 EPON+LAN

如图2所示，该方案主要应用在新建小区。OLT利用广电原有HFC网络的分前端光纤到园区机房分光器。在楼栋分为两种场景：第一种场景是光纤到每个单元，用户带宽需求大，业务品质要求高，网管效果要求高，可以在单元内部署ONU，直接通过ONU上密集的以太端口进行用户接入；第二种场景是光纤只到楼宇，ONU再通过五类线方式接入单元的楼道交换机，然后入户，这种方式可以降低成本，同时满足多业务开展以及基本网管的需求。

根据多业务开展的需要，可在用户侧增加家庭网关设备，完成对多业务终端的接入。下行的CATV业务通过原有的HFC线路承载，EPON+LAN承载数字电视点播信令回传和宽带上网等多业务，双线入户，一劳永逸地解决广电数字网络双向问题。

本方案的优点是：开展点播业务不需要新增用户的终端投入，有效节省成本；高带宽接入1 000 Mbit/s到小区，100 Mbit/s到楼道，10 Mbit/s到户，用户接入带宽高；无干扰，单位用户独占线路资源，不存在相互干扰的问题；承载能力强，技术成熟，能充分满足未来多业务接入的需要。

对已经铺设好五类线或方便铺设五类线的建筑，宜采用EPON+LAN方案。但由于LAN需要重新铺设线路解决入户问题，对已经预埋了同轴电缆的建筑，其应用将受到很大限制。

4.3 EPON+EoC

EoC（ethernet over cable）是基于有线电视同轴电缆网使用以太网协议的接入技术。在用户楼道附近，采用特定的介质转换技术 (主要包括阻抗变换、平衡/不平衡变换等)，将符合802.3系列标准的数据信号通过同轴电缆传输，接入用户家中。

利用有线电视信号在111～860 MHz频率传输，基带数据信号在0～20 MHz频率传输的特性，可以将两者放在一根同轴电缆中传输而互不影响。把电视信号与数据信号通过合路器，利用有线电视网络送至用户。在用户端，通过分离器将电视信号与数据信号分离开来，接入相应的终端设备。

在下一代广播网络（NGB）中，基于 EPON+EoC的下一代广播网络架构提供了简单的端对端且基于以太网的分组网络，可与现有的有线电视网络共同运行，其结构如图3所示。

前端EPON OLT设备可支持最多8个上联，每个上联可提供1 Gbit/s的带宽。ONU支持100 Mbit/s带宽接入，采用的QoS机制和TDMA下行机制可以保证用户增加和业务增加情况下的负载均衡，可以支持多种业务同时开展。可将ONU设备放置于小区光节点，下联EoC头端设备，上网业务和有线电视业务通过一根同轴电缆入户，无需对现有同轴分配网进行复杂改动。

EoC技术主要承载包括高速上网、高清/标清、广播、IPTV、VOD、VoIP等多种业务应用。EoC的主要特点如下：具有即插即用功能，无需在客户端进行复杂的调试；用户端设备为无源设备；运营维护简单，费用低；可以为每个用户提供10 Mbit/s全双工带宽。EoC接入技术可以利用同轴电缆替代五类线，但交换机端口速率需配置。由于用户终端为无源设备，系统传输损耗容限约为12 dB，故楼栋内的入户分配网需采用星型集中分配方式，从楼栋以太同轴网桥到用户终端之间不能有任何分支器和损耗较大的分配器，楼内的同轴电缆分配网改造较小。

EPON+EoC方案易受干扰，线路氧化或其他原因引起的接触不良等，都有可能造成网络的不稳定，随着时间和用户的增加，会带来不小的稳定性问题。

4.4 EPON+EPCN

EPON+EPCN（有源EoC）双向网改系统框图如图4所示。EPCN头端设备把以太网数据调制后，通过信号混合器把数据信号和CATV信号混合，混合信号通过同轴分配网传送到用户家里。用户家里的EPCN终端设备再把以太网数据信号和CATV信号分离，数据信号通过以太口向下传递给PC，CATV信号通过同轴电缆传递给电视。

该方案具有带宽足够，支持业务丰富，物理层速率可达200 Mbit/s，MAC层带宽可以达到100 Mbit/s的特点。而且采用的QoS机制和TDMA下行机制可以保证用户增加情况下的负载均衡，可以支持点播和上网业务。设备部署灵活，放置于小区光节点，可完成广覆盖；放置于楼道交接箱，可完成密集覆盖。其缺点是非标准技术，产品应用时间不长。