“双千兆”和“超高清”趋势下有线电视网络接入网升级改造思路浅析

周戎帆

（中广电广播电影电视设计研究院，北京 100045）

0 引 言

从2010年至今，全国广电有线电视网络不断升级改造，已基本实现双向化、宽带化，普遍能达到高清视频、200 Mb·s-1宽带业务承载接入能力。2021年3月，工业和信息化部印发《“双千兆”网络协同发展行动计划（2021-2023年）》，提出建设以千兆光网和5G为代表的“双千兆”网络。2021年8月，国家广播电视总局发布《广播电视和网络视听“十四五”科技发展规划》和《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022年）》，对有线电视网络提出超高清业务承载接入要求。本文结合有线电视接入网技术现状和业务发展需求，分析在“双千兆”和“超高清”趋势下宽带网和广播网的技术发展趋势，并提出有线电视网路的升级改造思路。

1 有线电视网络接入网技术现状

有线电视接入网技术经过多次迭代，全国各省已形成基于EPON和GPON的两大技术体系的HFC+FTTH双网模式。

混合光纤同轴电缆（Hybrid Fiber Coax，HFC）网主要分为1 550 nm+EPON+EoC/LAN和1 550 nm+GPON+C-DOCSIS两种技术体系。光网部分采用双纤三波方式，1 550 nm模拟光传输技术提供下行直播单向通道，EPON或者GPON技术实现双向数据传输。同轴网部分则利用EoC/LAN/C-DOCSIS技术实现双向数据叠加。HFC网目前基本实现光纤到楼（Fiber to The Building，FTTB），用户户均带宽达到100～300 Mb·s-1。

光纤到户（Fibre To The Home，FTTH）网主要采用1 550 nm+EPON/GPON方式。1 550 nm模拟光传输技术提供下行直播单向通道，EPON/GPON技术实现光网双向数据传输。

2 业务发展对接入能力的要求

根据国家和行业政策要求，有线电视网络需要支撑超高清视频传输并提供千兆接入。运营级4K速率为32.5～45.5 Mb·s-1。假设户均6个终端，按运营速率上限计，并发时带宽需求达到276 Mb·s-1。点播视频码率波动约为均值的2.5倍，单户峰值码率将超过500 Mb·s-1。因此，为满足业务发展需要，广播网和宽带网应同时具备千兆能力。

3 接入网技术发展趋势

3.1 FTTH是最终方式

HFC网络的光网络建设已达到FTTB，但近年来同轴网传输技术在发展上存在瓶颈，受传输介质、调制技术、频率资源等多方面限制，无法满足千兆接入及未来更高速宽带业务发展需要。FTTH网络具有超高的传输容量、超低损耗和超长的使用寿命等特点，可以支撑更高质量和需求的业务。同时，FTTH拥有更庞大的产业链作支撑，其技术迭代也更加迅速。因此，FTTH是有线电视网接入网建设的最终方式。

3.2 双纤三波方式体现视频专家优势

有线电视网络具有很强的政治和民生属性，安全播出是有线电视网络第一要务，高品质视频业务提供是有线电视网络的核心竞争力。2020年10月，国家广播电视总局科技司印发《有线电视网络升级改造技术实施指南（2020-2023年）》提出，新建网络使用FTTH双纤入户方案，1芯承载广播业务和VOD业务，1芯承载宽带业务和互动信令；既有网络向FTTH双纤入户方案升级改造。FTTH双纤三波模式是有线电视网络发展的主要模式，独立的、与宽带业务隔离的广播业务通道能为超高清广播提供安全和质量保障。

3.3 宽带网向10G-PON发展

在千兆接入网建设要求下，有线电视接入网将处于1G-PON和10G-PON共存阶段，并逐渐向全10G-PON演进。

3.3.1 1G-EPON向10G-EPON演进

10G-EPON与1G-EPON共光分配网（Optical Distribution Network，ODN）组网时，下行方向光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）以波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）方 式通过不同的波长广播数据；上行方向采用时分多址（Time Division Multiple Access，TDMA）方式对不同光网络单元（Optical Network Unit，ONU）上行数据进行仲裁。通过增配10G EPON OLT，配置支持双速的PON口模块，将原1G-EPON OLT PON接口光纤割接到10G-EPON OLT上，即可实现1G-EPON网络向10G-EPON网络升级。

3.3.2 GPON向XG（S）-PON演进

GPON与XG-PON或XGS-PON共ODN组 网时，GPON与XG（S）-PON上下行工作频段完全不重合，需要在OLT侧配置WDM1r合分波器件，通过WDM方式共享ODN。通过增配XG（S）-PON OLT，增加独立的WDM1r合分波器件或者选用带Combo模块的业务板卡，割接GPON业务板接口至WDM1r上或Combo业务板上，即可实现GPON网络向XG（S）-PON网络平滑演进。

3.4 万兆单向IP广播升级广电1 550 nm模拟光传输系统

3.4.1 万兆单向IP广播突破频道限制

万兆单向IP广播系统基于基带IP信号光纤传输技术，不再受调制和频点限制，具有高达10 Gb·s-1容量的IP广播传输信道，相较于传统QAM调制方式更适合超高清视频传输。

万兆单向IP广播系统由IP广播前端、IP广播传输网以及IP广播接收模块三部分组成。万兆单向IP广播光网络可以单独构成一个单向广播系统独立运行开展电视广播业务，也可以与双向传输系统共同构建一张万兆宽带接入网，即I-PON方案[1]。

万兆单向IP广播系统采用用户数据报协议（User Datagram Protocol，UDP）。UDP是无连接协议，其优点是没有建立连接的过程，传输速度快，网络开销少，适合传输视频。万兆单向IP广播网络的前端到用户终端之间可以完全没有路由和交换环节，可实现全链路10 Gb·s-1，满足UDP不丢包的条件，通过组播方式实现点到多点的全广播模式。

3.4.2 传统广播1 550 nm光传输网向万兆单向IP广播网演进

传统广播1 550 nm光传输网采用EDFA级联模式实现远距离信号传输。光发射机输出后光放级联数通常为3～4级。EDFA级联模式是一种逻辑星型、物理可成环网络，是最常见的广播信号传输模式，如图1所示。

图1 传统RF FTTH网络中1 550 nm光传输系统组网结构示意图

对于省级接入网而言，中继串接模式相较于非星型结构，更有利于保障广播通道质量、简化维护、方便开通。

I-PON中继级联技术的特点是：每段距离产生的色散失真都由中继器重新整形后完全消除，不再需要做色散补偿；没有EDFA，不再引入光信噪比（Optical Signal Noise Ratio，OSNR）劣化。这种模式极大程度地简化了网络设备类型和数量，便于维护。目前I-PON中继段距离可以达到80 km[2]。

I-PON中继技术环网结构如图2所示。根据接入机房位置和光缆路由长度配置相应的I-PON中继器及光模块，即可实现环网重构[3-4]。数据链路终端（Data Link Terminal，DLT）数量可根据互动用户数进行配置，并可通过DLT下移至接入机房，实现I-PON局端的分布式构造，增加互动用户承载能力。

图2 I-PON中继技术环网组网结构示意图

由于万兆IP光信号功率普遍较小，一般低于0 dBm，光放大器属于弱信号饱和输出放大，因此光放大器的噪声系数要小于6 dB，光放大器输出端必须内置光隔离器。为避免信号质量劣化，光放大器级联数不应超过2级。可采用掺铒钇光放大器实现设备集成化，节约机房空间。主备掺铒钇光放大器可以通过短线电缆相连接实现互相监测，后接2×N光分路器即可实现光放1+1热备份，不再需要外置光切换开关。

传统广播1 550 nm光传输网和I-PON网络的末级EDFA到用户端允许的光功率损耗接近，且传统广播1 550 nm光传输网的光功率预留量较大，光放大器至用户的ODN可以不再进行改动。

4 有线电视网络接入网升级改造思路

从技术发展趋势可以看出，有线电视网络最终将发展为双纤三波FTTH网，I-PON+10G-PON方案是理想的技术方案[5]。传统1 550 nm单向广播网改造为万兆单向IP广播网，宽带网升级为10G-PON网络。现阶段网络升级改造主要工作如下：

（1）HFC网尽快完成FTTH网升级；

（2）改造有线电视前端，建设万兆单向IP广播干线传输网；

（3）扩容传输网，满足千兆宽带业务承载需求；

（4）升级1G-PON系统为10G-PON系统，采用共ODN模式，机房侧配置10G-PON OLT，用户侧按需升级10G-PON ONU；

（5）核算1 550 nm单向广播网末级EDFA至用户段指标，升级用户终端为I-PON终端，并同步迁移至万兆单向IP广播干线传输网。

5 结 语

随着人们对精神文化的需求不断提升，有线电视网络作为重要载体也在不断向更高质量、更高速、更安全可靠的方向发展。有线电视网络已迈入“千兆”时代，光进铜退、全光纤化是必然趋势。采用I-PON+10G-PON方案构建双纤三波FTTH接入网，既满足有线电视网络千兆接入需求，又满足单向广播超高清传输需要，还能满足安全播出要求，是有线电视接入网的理想改造方式。