EPON在HFC網(wǎng)絡(luò )中的應用
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HFC(HybridFiberCoaxial)網(wǎng)是指光纖同軸電纜混合網(wǎng)，采用光纖到服務(wù)區，而在進(jìn)入用戶(hù)的最后1公里采用同軸電纜。HFC網(wǎng)絡(luò )相較于百余年歷史的電信網(wǎng)和三十余年歷史的以太網(wǎng)，仍可謂是一種新型的網(wǎng)絡(luò )結構。
有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )就是一個(gè)最典型的HFC網(wǎng)，它比較合理有效地利用了當前的先進(jìn)成熟技術(shù)，提供較高質(zhì)量和較多頻道的傳統模擬廣播電視節目。但由于是針對模擬電視節目的廣播傳輸，傳統的HFC網(wǎng)絡(luò )并不具備上行回傳通道，為滿(mǎn)足開(kāi)展數字電視點(diǎn)播和高帶寬寬帶接入等業(yè)務(wù)的需求，就必須對原有的網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行雙向化改造。
全國有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)已達1億多戶(hù)，存在著(zhù)大量的HFC網(wǎng)絡(luò )資源，如何有效地利用現有網(wǎng)絡(luò )，保護原有投資，避免重新敷設光纜來(lái)進(jìn)行有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )的雙向改造是擺在廣電網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商面前的一個(gè)重要課題。
本文結合潤欣通信的BanianTechGEPON+系統，探討如何將EPON這種基于以太網(wǎng)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用到有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )中，以最低的代價(jià)實(shí)現傳統HFC網(wǎng)絡(luò )的雙向改造，尤其是數字電視的雙向點(diǎn)播及IPTV業(yè)務(wù)。
二、EPON與HFC的網(wǎng)絡(luò )結構比較
潤欣通信技術(shù)(上海)有限公司長(cháng)期專(zhuān)注于EPON技術(shù)的研究，其開(kāi)發(fā)的GEPON+系統完全遵從IEEE組織于2004年6月發(fā)布的802.3ahEPON標準和中國信息產(chǎn)業(yè)部即將發(fā)布的基于以太網(wǎng)方式的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)要求。通過(guò)采用擁有完全自主知識產(chǎn)權的核心芯片(EPONMAC)，GEPON+系統不僅完美地實(shí)現了各種以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，而且還可支持傳統話(huà)音業(yè)務(wù)、2M數據專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)等基于電路交換的業(yè)務(wù)，為拓展現有的HFC網(wǎng)絡(luò )的適用范圍創(chuàng )造了條件。GEPON+系統采用點(diǎn)到多點(diǎn)的用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，可以實(shí)現一個(gè)光纖平臺上接入數據、語(yǔ)音和視頻等全業(yè)務(wù)。其系統結構如圖1所示。
圖1 EPON系統的網(wǎng)絡(luò )結構
圖2 HFC網(wǎng)絡(luò )的典型構造
而基于CATV發(fā)展起來(lái)的HFC網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)引入無(wú)源分光技術(shù)，其典型構造如圖2所示。與EPON技術(shù)結合，可以快捷地實(shí)現網(wǎng)絡(luò )雙向改造，并可以為用戶(hù)提供更大帶寬，甚至向FTTH平滑過(guò)渡。
以上分析可見(jiàn)，EPON網(wǎng)絡(luò )的物理構造與HFC網(wǎng)絡(luò )的體系結構沒(méi)有差異，網(wǎng)絡(luò )的結構都是點(diǎn)對多點(diǎn)的傳輸方式，即星型或多級星型的構造。這樣GEPON+系統很容易采用WDM技術(shù)疊加在HFC網(wǎng)絡(luò )上，從而實(shí)現雙向傳輸，如圖3所示。從局端OLT到ONU的EPON下行信號同CATV的RF信號一樣為廣播方式發(fā)送，數據占用的是1490nm波長(cháng)，RF可選用1550nm波長(cháng)。從ONU到OLT的EPON上行信號，采用時(shí)分復用(TDMA)技術(shù)，占用1310nm波長(cháng)。
圖3 GEPONOverlayHFC的構造
在采用BanianTechGEPON+產(chǎn)品對HFC網(wǎng)絡(luò )實(shí)現雙向網(wǎng)改造時(shí)，只需從現有CATV網(wǎng)絡(luò )光節點(diǎn)出發(fā)，扇出點(diǎn)對多點(diǎn)光纖到樓，也可進(jìn)一步將光纖延伸到用戶(hù)家，以完成FTTH的全光接入，實(shí)現真正意義上的三網(wǎng)合一。在工程上，可在較短時(shí)間內就完成2個(gè)網(wǎng)絡(luò )的疊加，進(jìn)行高速數據和RFTV雙向傳輸的平穩擴展，從而實(shí)現FTTC、FTTB甚至于FTTH的寬帶接入。較之其它方式，比如CableModem或P2P方式，EPON技術(shù)更便于網(wǎng)絡(luò )改造，后期維護也更為方便。
綜上所述，在有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )中使用EPON技術(shù)，較之于其它業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )，最沒(méi)有體系結構的差異，具有天然的優(yōu)勢，建設成本會(huì )最低，從而令HFC網(wǎng)絡(luò )成為最具有競爭能力和廣闊發(fā)展前景的寬帶業(yè)務(wù)接入網(wǎng)。
三、EPON對TDM業(yè)務(wù)的支撐
視頻電視的廣播是HFC網(wǎng)絡(luò )的主要業(yè)務(wù)，在利用1550nm傳輸技術(shù)提供TV的廣播業(yè)務(wù)的同時(shí)，EPON+HFC網(wǎng)絡(luò )構造還能支持和提供PSTN和VoIP的語(yǔ)音業(yè)務(wù)、IPTV視頻業(yè)務(wù)以及高速數據等增值業(yè)務(wù)。
利用網(wǎng)關(guān)接入到PSTN交換機，提供VoIP業(yè)務(wù)。
GEPON豐富的帶寬資源足以支撐VoIP等數據業(yè)務(wù)。首先在OLT端通過(guò)VoIP網(wǎng)關(guān)以軟交換技術(shù)直接實(shí)現與PSTN的互通;在ONU用戶(hù)端有兩種方式實(shí)現語(yǔ)音話(huà)務(wù)：
1)是直接使用IP電話(huà)，接口為RJ45。
2)是IAD的結構。利用IAD與普通的模擬電話(huà)相連接，再通過(guò)VoIP的模式提供語(yǔ)音傳輸的業(yè)務(wù)。
利用潤欣GEPON+系統的成幀和帶寬預留技術(shù)直接實(shí)現E1/PSTN業(yè)務(wù)。
然而，POTS電話(huà)或傳統的電話(huà)業(yè)務(wù)，和被商業(yè)用戶(hù)所普遍接受的與數字專(zhuān)線(xiàn)(E1)業(yè)務(wù)，通常因其對傳輸時(shí)延和抖動(dòng)，以及丟報率的高要求，而很難用分組網(wǎng)絡(luò )來(lái)承載。潤欣的GEPON+系統利用其成幀和帶寬預留技術(shù)，可以完美地在分組網(wǎng)絡(luò )中提供電信級的傳統話(huà)音業(yè)務(wù)和數字專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)，從而兼顧接入網(wǎng)中復雜的業(yè)務(wù)需求。
圖4 TDM業(yè)務(wù)工作原理
成幀和帶寬預留技術(shù)及其工作原理如圖4所示。GEPON+系統對TDM電路業(yè)務(wù)流或者抽樣話(huà)音信號進(jìn)行成幀處理，其中包括信道化的N*64kbit/s通道和非信道化的E1通道，首先在通過(guò)幀格式確定其在GEPON+系統中的優(yōu)先級，并保證后續得到正確的處理。這些報文占用固定的傳輸時(shí)隙，通過(guò)固定保留的帶寬傳送到對端。對端把接收到的分組包通過(guò)一個(gè)抖動(dòng)緩存器進(jìn)行平滑處理，然后提取出TDM電路業(yè)務(wù)或者話(huà)音抽樣信號放回到TDM電路上。
需要特別指出的是，如同電信運營(yíng)商及其網(wǎng)絡(luò )希望借助IPTV技術(shù)開(kāi)展視頻圖像業(yè)務(wù)，從而實(shí)現三網(wǎng)融合一樣，成幀和帶寬預留技術(shù)也能夠幫助有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )實(shí)現電信級的話(huà)音業(yè)務(wù)。
潤欣公司在鎮江恒美嘉園小區與電信運營(yíng)商合作成功地開(kāi)通PSTN話(huà)音業(yè)務(wù)，并成功實(shí)現光纖到戶(hù)的“三網(wǎng)合一”接入，這是迄今為止全國最大的EPON商用項目。實(shí)踐表明這種新興的技術(shù)可以在分組網(wǎng)絡(luò )中提供電信級的話(huà)音業(yè)務(wù)從而完整地支持三重業(yè)務(wù)。
四、GEPON+系統中ONU設備樓道內供電問(wèn)題的解決
圖5 樓道供電解決方案
有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )中設備供電可采用集中供電(60V)或本地供電(220V)兩種方式。為了解決樓道內供電問(wèn)題，可以通過(guò)同軸電纜對潤欣的EPON設備進(jìn)行集中供電。光節點(diǎn)的干線(xiàn)放大器將CATV的射頻信號和60V的電源一同傳送到樓道中，通過(guò)分離器將60V電源和CATV信號分開(kāi)。將分離出的60V電源對潤欣GEPON+系統的ONU設備進(jìn)行集中式供電，ONU設備可提供16個(gè)100M以太網(wǎng)接口和16個(gè)PSTN電話(huà)接口。最后將GEPON+系統的以太網(wǎng)信號和CATV射頻信號在EthernetoverCoax設備中進(jìn)行混合，通過(guò)同軸電纜進(jìn)入用戶(hù)家中。具體系統結構圖如圖5所示。
針對有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )，對樓道中的設備進(jìn)行集中供電的方式，有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、解決了樓道內的供電問(wèn)題;2、避免樓道內的供電計費問(wèn)題;3、避免了220V電源的不安全性，方便網(wǎng)絡(luò )建設和維護;4、防止雷擊直接竄入而導致電源電壓的不穩。
五、GEPON技術(shù)與EthernetoverCoax技術(shù)結合的應用
采用EthernetOverCoax技術(shù)可以將CATV信號和數據信號混頻傳輸，避免樓道內的線(xiàn)路改造，完成HFC網(wǎng)絡(luò )的雙向化。Ethernetover Coax(EoC)就是一種通過(guò)無(wú)源設備在同軸電纜中傳輸以太網(wǎng)信號的技術(shù)?！?
圖6 EthernetoverCoax的原理和構造
EthernetoverCoax把有線(xiàn)電視信號的下行傳輸和IP數據雙向傳輸有機地結合在一起，用同一根電纜送入用戶(hù)，既有大容量清晰的圖像，又有雙向獨享的寬帶數據接入，其工作原理如圖6所示。對同一根銅軸電纜通過(guò)頻率分割，在10-25MHZ帶寬內直接傳送10Base-T的基帶以太網(wǎng)信號，50-860MHz仍然傳送RFTV信號。
通過(guò)GEPON+系統將以太網(wǎng)信號和PSTN電話(huà)信號接入樓道，GEPON+系統的MSTB設備擁有16個(gè)快速以太口和16個(gè)電話(huà)口，可以對整個(gè)樓宇的用戶(hù)進(jìn)行寬帶和電話(huà)業(yè)務(wù)的覆蓋。將MSTB輸出的各個(gè)以太網(wǎng)信號和CATV的RF信號在無(wú)源的EOC設備中進(jìn)行一一對應地混合，然后通過(guò)一根有線(xiàn)電視同軸電纜對每家每戶(hù)進(jìn)行寬帶業(yè)務(wù)和CATV業(yè)務(wù)的接入。到了用戶(hù)端，也是通過(guò)一個(gè)無(wú)源設備將以太網(wǎng)信號和RF信號分開(kāi)，用戶(hù)只需簡(jiǎn)單地把PC機接到墻上分線(xiàn)盒的RJ45插座就可以實(shí)現Internet寬帶接入了，不需要電纜調制解調器(CableModem)或者其它有源設備。
與其它寬帶接入技術(shù)比較，GEPON+系統結合EthernetoverCoax技術(shù)具有如下優(yōu)勢：
●迎合HFC網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構。
無(wú)需對網(wǎng)絡(luò )拓撲進(jìn)行改造，節省干線(xiàn)光纖資源，充分利用HFC網(wǎng)絡(luò )的光纖和同軸線(xiàn)纜資源。
●維護簡(jiǎn)單，可靠性高。
局端機房和用戶(hù)端之間只有無(wú)源光分配網(wǎng)(ODN)，用戶(hù)接入也是無(wú)源設備，減少了有源環(huán)節，并有統一的網(wǎng)管對系統進(jìn)行維護。
●成本低，安裝方便，不需要調試。
在用戶(hù)端不需要modem，用戶(hù)可以自行安裝。用戶(hù)不再需要通過(guò)低頻段反向通路接入核心網(wǎng)絡(luò )，減少了侵入噪聲帶來(lái)故障等一系列相關(guān)問(wèn)題。
●獨享10Mbps帶寬，能實(shí)現100Mbps到樓，10Mbps到家
足夠的帶寬保證，可以充分地利用網(wǎng)絡(luò )資源，給用戶(hù)提供各種各樣的增值服務(wù)。
六、結束語(yǔ)
由于沒(méi)有體系結構上的差異，基于EPON技術(shù)的FTTX模式實(shí)質(zhì)上最適合在HFC網(wǎng)絡(luò )上運用，是HFC網(wǎng)絡(luò )雙向改造的最佳方案。BanianTechEPON+系統更能同時(shí)提供電信級的TDM業(yè)務(wù)，拓展了HFC網(wǎng)絡(luò )的目標市場(chǎng)。
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