广电下一代同轴接入技术展望

喻 胜，成晓雄

（UT斯达康通讯有限公司 宽带接入产品线，浙江 杭州 310051）

1 背景介绍

广电运营商要实现自身的业务发展目标，关键在于如何在所拥有的广大有线电视群体用户的基础上拓展新的业务。发展业务的前提和基础是对现有的广电网络通过选择合适的接入网技术实现网络的双向改造，为互动电视，IP话音以及未来的大客户专线等高附加值业务的开展提供可靠的网络支撑。多业务发展是目标，网络双向改造是基础。“内容的运营+带宽的运营”是广电运营商实现战略目标的必由之路，如图1所示。

与电信等运营商不同的是，适合广电的三网合一建设思路是：首先，以单向业务创新为重点，同时积极推进双向交互业务应用；然后，规模推进VOD、互动电视、电子商务业务，试点VoIP；最后，全面整合各项业务，重点发展付费电视、VOD、电子商务、网络游戏、VoIP、高清电视等。

因此，广电的业务平台发展需要以视频业务为基础，通过接入网络的双向化改造，逐步从视频SinglePlay走向视频+数据的Bi-Play，最终实现下一代广播电视网络（NGB）规划的Multiplay全业务运营，实现客户价值的最大化[1]。广电未来的宽带双向接入网络需要满足Multiplay的全业务承载需求，包括双向视频业务、基于标清和高清的IP VOD业务、基于Cable的宽带上网业务（Cable BB）、基于Cable的VoIP业务（Cable VoIP）、P2P业务等，在带宽能力和电信级QoS接入能力等方面都需要满足NGB的相关要求。

经过数年的努力，中国广电行业的数字化演进和双向化改造取得了显著的进展。据业内权威研究公司格兰研究统计：截至2012年2月底，中国有线数字电视用户达到11 588.5万户，有线数字化程度约为57.51%（有线电视用户基数为20 152万户,数据来源于国家广电总局）。据保守预测，到2012年底，全国广电的覆盖用户和渗透用户将分别达到8 000万户和2 000万户。由此不难判断，随着三网融合的逐步推进，广电网络正在以视频业务为基础向多业务经营发展，广电运营商当前正处于从Double Play到Triple Play乃至Multiplay演进的的关键阶段。针对这一发展趋势，作为广电网络三网融合双向化演进的关键的广电同轴接入网技术也需要相应的向下一代同轴接入技术演进，以满足Multiplay阶段SD/HD IP VOD，VOIP，Media Video，P2P等大带宽、高等级业务的传输承载需求。

2 广电下一代同轴接入技术的几个关键问题

2.1 N+X问题

在广电接入网的双向化演进过程中，曾经出现过关于N+X问题的一些争论，争论的主要焦点包括：光进铜退是广电必然的趋势吗？光进铜退发展到FTTH网络之后还需要同轴接入段吗？光进到哪里竞争优势最大、同轴在哪一段发挥优势最大？关于这些问题需要结合中国广电网络的特点和用户的实际需求来分析。

首先，光进铜退是中国广电网络发展的必然趋势。2007年7月，国家广播电影电视总局科技司发布了《有线电视双向化改造指导意见》，明确定义了中国有线电视网络双向化改造的任务目标之一是通过光进铜退的演进使得广电有线接入网适应FTTx的演进路线，以实现Multiplay的全业务接入[2]。此后，在中国广电的NGB建设总体规划中，更进一步明确提出了广电光进铜退的目标是实现PON网络随HFC网络同步光进铜退后FTTB光纤到楼栋，HFC网络实现小光站覆盖50户用户的具体目标[3]。这一目标的提出是合理的：其一，在当前“光进铜退”的大趋势下，广电HFC网络采用光进铜退方案，能够在接入层光网络部分充分与采用相同树形网络拓扑的xPON技术结合起来，从而节省主干光纤，提供对称高带宽，在以太网标准框架下解决广电HFC网络中光部分双向改造中的所有难题。其二，光进铜退到楼道之后，HFC网络通过同轴不出楼的方式能够去除原有线同轴网中的有源电放大器，从而大大改进同轴网络的网络质量，减小维护难度。

其次，与欧美国家不同，中国的有线网络具有用户密集分布的特征，因此为实现光纤和同轴段分别发挥最大优势，采用N+0方式将光纤部署到原HFC网络的最后一个放大器甚至楼道中，综合性能价格比最高。

最后，应该指出的是，受到各种实际条件的限制，国内广电在较长的时间内不具备规模部署FTTH网络的能力。因此，虽然中国广电的光进铜退是总体趋势，但是同轴线仍有很长的生命周期，中间节点设备是必不可少的。与此对应的是，国内其他电信运营商的FTTH部署过于迅速，广电在此竞争阶段如果没有一种面向未来的下一代同轴接入技术将是十分不利的。为与FTTH进程已经走在前面的电信运营商竞争而利用或改造现有HFC网络，通过创新挖掘HFC的潜力以面对未来业务需求，将是国内广电长期需要面对的问题。

2.2 带宽需求

如图2所示，与电信运营商的电话双绞线相比，广电同轴电缆的可利用频率资源可以高达3 000 MHz以上，因此理论上广电的同轴接入网传输速率是可以达到10 Gbit/s级别的。

那么，广电同轴接入网的传输速率应该如何选择呢？即广电N+0方案中的同轴段汇聚的带宽应选择100 Mbit/s，N×100 Mbit/s，1 Gbit/s，还是 10 Gbit/s呢？回答这个问题需要从实际的业务承载需求来进行具体分析。

如前所述，面向三网融合全业务运营的广电接入网需要满足未来Multiplay阶段的多种业务IP化接入的需求。各种业务的典型带宽需求如图3所示。

在近期，典型的广电接入网是FTTC模式，光节点典型覆盖200户左右。按照每户1路4 Mbit/s的宽带上网业务，1路100 kbit/s的VOD业务，1路2 Mbit/s的视频通信业务，1路2 Mbit/s的标清IP OTT业务和1路8 Mbit/s的高清IP VOD业务来计算，考虑一定的用户渗透率和并发率，则户均带宽为4 Mbit/s，户动态突发带宽约为16 Mbit/s。在光节点处需要汇聚的总带宽为4 Mbit/s×200=800 Mbit/s左右。类似地，可以分析得出未来远期业务渗透率提高之后的总汇聚带宽需求为1 Gbit/s左右。总汇聚带宽没有本质变化的原因是，虽然每户的入户带宽随着新业务渗透而提高到30 Mbit/s左右（广电总局NGB总体设计目标中提出的相应需求是40 Mbit/s），但是未来光进铜退之后每光节点覆盖的用户数也会相应下降到50户以内。

因此，NGB提出的百兆入户、千兆到楼的目标是有现实依据的。能够与电信FTTH竞争的下一代同轴接入网的目标带宽应达到同轴汇聚1 Gbit/s的双向接入速率需求。应该看到，广电同轴网络上的频率资源是各种业务实现共享的。同轴接入端支持到1 Gbit/s的双向接入速率是最合适的。其他频段可以留给广播和单向数据传播等。

2.3 参数化的QoS需求

与广电传统的视频业务甚至传统的双向VOD回传和宽带上网业务相比，在Multiplay充分发展的阶段，广电接入网需要承载更为丰富的业务类型。这些业务的一个共同发展趋势是IP化（分组化），各种业务对承载网络典型的性能要求如图4所示。

因此，从面向未来的Multiplay全业务接入的角度，广电的下一代双向接入网应该具备可提供区分服务的电信级业务承载能力。主要表现在：

1）参数化QoS能力。对不同业务能够提供不同的服务能力，在网络拥塞时能够保证关键业务的带宽、时延、抖动等传输参数需求。

2）高效灵活的带宽利用能力。ALL IP或Everything over IP之所以成为业界的一个统一发展趋势，其原因之一正是通过分组化的报文转发和业务调度实现灵活的带宽收敛和统计复用能力，有效应对用户端带宽的日益增长。

3 向下一代同轴接入网演进

图5给出了广电接入网可能的主要技术演进路线。与广电总局NGB推荐的两类主要的广电双向接入网技术EPON+EoC和CMTS方案相对应，总体而言，广电接入网可以经由xPON，EoC和CMTS三类技术路线演进。其中xPON的FTTN/C到FTTH演进方式与电信运营商类似，以下主要讨论与广电同轴接入相关的EoC技术和基于DoCSIS的下一代同轴接入技术。

当前关于同轴接入的广电下一代接入网技术的讨论比较多，可能的选择包括IEEE P1901，HiNOC，DoCSIS EoC，DPoE，EPoC等。其中在当前阶段产品和技术已经成熟且适合中国广电建设需求的主要可用方案是IEEE P1901和DoCSIS EoC，而尚处于前期论证阶段的EPoC方案则有可能代表未来的融合发展方向。例如，如果标准化进展顺利，中国的HiNOC未来也有可能并入EPoC架构中成为最终NG EoC EPoC技术标准的一部分。从远期看，EPON和EoC的进一步融合是一个总体发展趋势。采用基于EPON的EPON To The Home（ETTH）演进的EP-oC方案正在被IEEE 802.3工作组批准成立相关研究组，以探索采用电信级的EPON MAC层、能够与同轴接入技术端到端融合的远景目标。EPoC架构的特点是把部分或全部光分路器转换为同轴介质入户，OLT侧则可以放入DoCSIS适配层（DML），把基于DoCSIS建立的OSS，BSS，OAM体系移植到PON，在CMC侧则单纯进行物理介质转换，从而使得光纤和同轴融为一体，由OLT直接管理CNU。EPoC技术目前讨论的重心在于具体的Cable PHY技术。EPoC的提出体现了国际标准向中国的靠拢，而中国的EoC也在向PON靠拢、向DoCSIS靠拢。

3.1 下一代EoC技术IEEE P1901和HiNOC

经过长期的技术论证和综合分析，广电总局推荐的高低频EoC技术分别是中国自主知识产权的HiNOC技术和Homeplug AV技术。经过多年的实际网络建设，基于Homeplug方案的广电EoC建设实际部署占到所有EoC方案的74%，已经成为事实上的低频EoC建设标准。而高频的HiNOC技术采用了860～1 006 MHz的频段，预计在2012年内带为100 Mbit/s的HiNOC1.0能够完成工程化版本；而带宽达到1 Gbit/s的HiNOC2.0也已经成立了相关的技术专家委员会，有望在未来一年内完成试验样机。相信随着HiNOC技术和方案的成熟，未来广电高频EoC解决方案会最终统一到HiNOC路线上来。

基于Homeplug AV技术体系的低频EoC技术正在向IEEE P1901发展，以更好地满足带宽、高并发能力和电信级全业务接入的三网融合接入需求。IEEE P1901统一了Homeplug Powerline联盟、HDPLC、UPA及Opera等标准厂家的技术分歧，并于2011年2月推出了正式的IEEE P1901标准定稿。目前已有多家上游芯片厂商推出或正在推出符合IEEE P1901标准的SoC系统。

与Homeplug AV相比，IEEE P1901技术吸收了Homeplug的技术特点，继承了其优越的低频抗干扰能力，同时在以下方面有本质的提升：

1）频段扩展。IEEE P1901定义的工作频率小于100 MHz，考虑到与CATV系统的共存，实际芯片工作能力可扩展到68 MHz。

2）后向兼容。IEEE P1901 FFT OFDM在物理层与Homeplug AV兼容；同时IEEE P1901的工作频段可以划分为3个子频段，且7.5～30 MHz的部分与传统的Homeplug AV兼容，因此基于IEEE P1901的EoC系统能够与已经部署的Homeplug AV EoC互操作和共存，从Homeplug AV到IEEE P1901系统的演进将是平滑的。

3）强化QoS能力。IEEE P1901定义了完善的MAC机制，能够支持TDMA模式，能够实现动态带宽分配（DBA），因此能够实现对高等级业务的可靠支持。

4）高带宽能力。IEEE P1901通过扩展通信频段，提供增强的QAM调制方式，提升了FEC编码效率等方式，将物理层带宽提升到700 Mbit/s，MAC层带宽提升到350 Mbit/s，是Homeplug AV带宽能力的3倍，这就为未来满足广电IP化视频业务等高带宽业务的部署提供了技术保障。

因此，在技术选择时，从技术标准先进性、标准商用时间、产业链成熟度、产品的互操作性等方面考虑，IEEE P1901都是低频EoC方案的一个合理的后续技术演进方向。

3.2 下一代CMTS技术DoCSIS EoC/C-DOCSIS

DoCSIS EoC是指局端采用EPON OLT，远端采用ONU+DoCSIS头端设备，用户端沿用DoCSIS的Cable Modem的广电EPON+DoCSIS解决方案，业内也称之为C-CMTS，CMC，C-DOCSIS，DoCSIS MDU 或 mini CMTS等。DoCSIS EoC技术通过融合EPON和CMTS技术的优势，具备以下特点：

1）基于DoCSIS的CMTS在中国广电现网有实际部署的场景下，采用EPON+DoCSIS组合能有效保护广电运营商的投资。

2）远端采用了ONU+DoCSIS头端设备，使得原先的CMTS设备下移，节省了上行光纤资源。通过免除上行光发射机，减低了接入网的复杂度、节省了网络投资。

3）更高的抗噪声能力。通过先进的侵入噪声和线路噪声减轻技术能够在现有CMTS产品技术的基础上大大提高DoCSIS EoC系统同轴部分的抗噪声能力，由此也实现了最大限度地利用反向带宽，提供可靠高速的业务接入能力。

4）高带宽。与现有CMTS技术相比，DoCSIS EoC解决方案的同轴传输部分上下行通路可以分别通过支持先进的256QAM和1 024QAM模式使得反向通路速率提高33%，下行速率提高25%。同时，CMTS的上下行通路频分复用实现了全双工并发，下行达到800 Mbit/s，上行160 Mbit/s。这样，用户接入带宽有了质的突破，用户接入带宽可以承诺提供30 Mbit/s。

5）局端的EPON OLT，具有大容量、高带宽、分层QoS、组播等业务功能，解决了CMTS设备的端口、速率等容量相对较低的业务发展瓶颈。

6）远端光节点上ONU+DoCSIS头端设备，具有1 Gbit/s及以上的带宽、分层QoS、组播等业务能力，为广电运营商发展业务提供了有效保证。

7）支持参数化的电信级多业务QoS：采用DoCSIS的QoS机制，CMC根据每个客户或业务对上行和下行方向的延迟，最小带宽保证和最大带宽进行限制。

4 结束语

从接入网建设的角度，三网融合的核心是Multiplay全业务的高效灵活接入。面对NGB的全业务承载需求，广电运营商需要及时将下一代同轴接入网建设问题提上议事日程。与当前阶段主要考虑互动信令回传和宽带上网业务不同，下一代同轴接入技术需要解决高达1 Gbit/s级别的同轴汇聚带宽和多业务有QoS保障的接入承载问题，以满足未来NGB百兆入户的全业务承载需求。广电同轴接入网正在与PON技术融合，EPoC是一个可能的未来发展方向。就当前的实际网络建设而言，能够满足广电三网融合大容量和高QoS等级业务承载建设需求的成熟方案是IEEE P1901 EoC和DoCSIS EoC方案。

[1]国家广播电影电视总局科技司.有线电视双向化接入网改造指导意见[S].2007.

[2]国家广播电影电视总局科技司.下一代广播电视网（NGB）示范区总体实施方案[S].2009.

[3]国家广播电影电视总局科技司.有线电视网络三网融合试点总体技术要求和框架[S].2010.