EPON在HFC網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)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(qū)，而在進(jìn)入用戶的最后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(jié)構(gòu)。
有線電視網(wǎng)絡(luò)就是一個最典型的HFC網(wǎng)，它比較合理有效地利用了當(dāng)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(tǒng)模擬廣播電視節(jié)目。但由于是針對模擬電視節(jié)目的廣播傳輸，傳統(tǒng)的HFC網(wǎng)絡(luò)并不具備上行回傳通道，為滿足開展數(shù)字電視點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。
全國有線電視網(wǎng)絡(luò)用戶已達(dá)1億多戶，存在著大量的HFC網(wǎng)絡(luò)資源，如何有效地利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，保護(hù)原有投資，避免重新敷設(shè)光纜來進(jìn)行有線電視網(wǎng)絡(luò)的雙向改造是擺在廣電網(wǎng)絡(luò)運營商面前的一個重要課題。
本文結(jié)合潤欣通信的BanianTechGEPON+系統(tǒng)，探討如何將EPON這種基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到有線電視網(wǎng)絡(luò)中，以最低的代價實現(xiàn)傳統(tǒng)HFC網(wǎng)絡(luò)的雙向改造，尤其是數(shù)字電視的雙向點播及IPTV業(yè)務(wù)。
二、EPON與HFC的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較
潤欣通信技術(shù)(上海)有限公司長期專注于EPON技術(shù)的研究，其開發(fā)的GEPON+系統(tǒng)完全遵從IEEE組織于2004年6月發(fā)布的802.3ahEPON標(biāo)準(zhǔn)和中國信息產(chǎn)業(yè)部即將發(fā)布的基于以太網(wǎng)方式的無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求。通過采用擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核心芯片(EPONMAC)，GEPON+系統(tǒng)不僅完美地實現(xiàn)了各種以太網(wǎng)業(yè)務(wù)，而且還可支持傳統(tǒng)話音業(yè)務(wù)、2M數(shù)據(jù)專線業(yè)務(wù)等基于電路交換的業(yè)務(wù)，為拓展現(xiàn)有的HFC網(wǎng)絡(luò)的適用范圍創(chuàng)造了條件。GEPON+系統(tǒng)采用點到多點的用戶網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)一個光纖平臺上接入數(shù)據(jù)、語音和視頻等全業(yè)務(wù)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 EPON系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
圖2 HFC網(wǎng)絡(luò)的典型構(gòu)造
而基于CATV發(fā)展起來的HFC網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)引入無源分光技術(shù)，其典型構(gòu)造如圖2所示。與EPON技術(shù)結(jié)合，可以快捷地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)雙向改造，并可以為用戶提供更大帶寬，甚至向FTTH平滑過渡。
以上分析可見，EPON網(wǎng)絡(luò)的物理構(gòu)造與HFC網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)沒有差異，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)都是點對多點的傳輸方式，即星型或多級星型的構(gòu)造。這樣GEPON+系統(tǒng)很容易采用WDM技術(shù)疊加在HFC網(wǎng)絡(luò)上，從而實現(xiàn)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(shù)據(jù)占用的是1490nm波長，RF可選用1550nm波長。從ONU到OLT的EPON上行信號，采用時分復(fù)用(TDMA)技術(shù)，占用1310nm波長。
圖3 GEPONOverlayHFC的構(gòu)造
在采用BanianTechGEPON+產(chǎn)品對HFC網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)雙向網(wǎng)改造時，只需從現(xiàn)有CATV網(wǎng)絡(luò)光節(jié)點出發(fā)，扇出點對多點光纖到樓，也可進(jìn)一步將光纖延伸到用戶家，以完成FTTH的全光接入，實現(xiàn)真正意義上的三網(wǎng)合一。在工程上，可在較短時間內(nèi)就完成2個網(wǎng)絡(luò)的疊加，進(jìn)行高速數(shù)據(jù)和RFTV雙向傳輸?shù)钠椒€(wěn)擴展，從而實現(xiàn)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(hù)也更為方便。
綜上所述，在有線電視網(wǎng)絡(luò)中使用EPON技術(shù)，較之于其它業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，最沒有體系結(jié)構(gòu)的差異，具有天然的優(yōu)勢，建設(shè)成本會最低，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，EPON+HFC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造還能支持和提供PSTN和VoIP的語音業(yè)務(wù)、IPTV視頻業(yè)務(wù)以及高速數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。首先在OLT端通過VoIP網(wǎng)關(guān)以軟交換技術(shù)直接實現(xiàn)與PSTN的互通;在ONU用戶端有兩種方式實現(xiàn)語音話務(wù)：
1)是直接使用IP電話，接口為RJ45。
2)是IAD的結(jié)構(gòu)。利用IAD與普通的模擬電話相連接，再通過VoIP的模式提供語音傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)。
利用潤欣GEPON+系統(tǒng)的成幀和帶寬預(yù)留技術(shù)直接實現(xiàn)E1/PSTN業(yè)務(wù)。
然而，POTS電話或傳統(tǒng)的電話業(yè)務(wù)，和被商業(yè)用戶所普遍接受的與數(shù)字專線(E1)業(yè)務(wù)，通常因其對傳輸時延和抖動，以及丟報率的高要求，而很難用分組網(wǎng)絡(luò)來承載。潤欣的GEPON+系統(tǒng)利用其成幀和帶寬預(yù)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(tǒng)話音業(yè)務(wù)和數(shù)字專線業(yè)務(wù)，從而兼顧接入網(wǎng)中復(fù)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(yù)留技術(shù)及其工作原理如圖4所示。GEPON+系統(tǒng)對TDM電路業(yè)務(wù)流或者抽樣話音信號進(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，首先在通過幀格式確定其在GEPON+系統(tǒng)中的優(yōu)先級，并保證后續(xù)得到正確的處理。這些報文占用固定的傳輸時隙，通過固定保留的帶寬傳送到對端。對端把接收到的分組包通過一個抖動緩存器進(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，如同電信運營商及其網(wǎng)絡(luò)希望借助IPTV技術(shù)開展視頻圖像業(yè)務(wù)，從而實現(xiàn)三網(wǎng)融合一樣，成幀和帶寬預(yù)留技術(shù)也能夠幫助有線電視網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)電信級的話音業(yè)務(wù)。
潤欣公司在鎮(zhèn)江恒美嘉園小區(qū)與電信運營商合作成功地開通PSTN話音業(yè)務(wù)，并成功實現(xiàn)光纖到戶的“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)中提供電信級的話音業(yè)務(wù)從而完整地支持三重業(yè)務(wù)。
四、GEPON+系統(tǒng)中ONU設(shè)備樓道內(nèi)供電問題的解決
圖5 樓道供電解決方案
有線電視網(wǎng)絡(luò)中設(shè)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(nèi)供電問題，可以通過同軸電纜對潤欣的EPON設(shè)備進(jìn)行集中供電。光節(jié)點的干線放大器將CATV的射頻信號和60V的電源一同傳送到樓道中，通過分離器將60V電源和CATV信號分開。將分離出的60V電源對潤欣GEPON+系統(tǒng)的ONU設(shè)備進(jìn)行集中式供電，ONU設(shè)備可提供16個100M以太網(wǎng)接口和16個PSTN電話接口。最后將GEPON+系統(tǒng)的以太網(wǎng)信號和CATV射頻信號在EthernetoverCoax設(shè)備中進(jìn)行混合，通過同軸電纜進(jìn)入用戶家中。具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。
針對有線電視網(wǎng)絡(luò)，對樓道中的設(shè)備進(jìn)行集中供電的方式，有如下幾個優(yōu)點：1、解決了樓道內(nèi)的供電問題;2、避免樓道內(nèi)的供電計費問題;3、避免了220V電源的不安全性，方便網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù);4、防止雷擊直接竄入而導(dǎo)致電源電壓的不穩(wěn)。
五、GEPON技術(shù)與EthernetoverCoax技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用
采用EthernetOverCoax技術(shù)可以將CATV信號和數(shù)據(jù)信號混頻傳輸，避免樓道內(nèi)的線路改造，完成HFC網(wǎng)絡(luò)的雙向化。Ethernetover Coax(EoC)就是一種通過無源設(shè)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(gòu)造
EthernetoverCoax把有線電視信號的下行傳輸和IP數(shù)據(jù)雙向傳輸有機地結(jié)合在一起，用同一根電纜送入用戶，既有大容量清晰的圖像，又有雙向獨享的寬帶數(shù)據(jù)接入，其工作原理如圖6所示。對同一根銅軸電纜通過頻率分割，在10-25MHZ帶寬內(nèi)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GEPON+系統(tǒng)將以太網(wǎng)信號和PSTN電話信號接入樓道，GEPON+系統(tǒng)的MSTB設(shè)備擁有16個快速以太口和16個電話口，可以對整個樓宇的用戶進(jìn)行寬帶和電話業(yè)務(wù)的覆蓋。將MSTB輸出的各個以太網(wǎng)信號和CATV的RF信號在無源的EOC設(shè)備中進(jìn)行一一對應(yīng)地混合，然后通過一根有線電視同軸電纜對每家每戶進(jìn)行寬帶業(yè)務(wù)和CATV業(yè)務(wù)的接入。到了用戶端，也是通過一個無源設(shè)備將以太網(wǎng)信號和RF信號分開，用戶只需簡單地把PC機接到墻上分線盒的RJ45插座就可以實現(xiàn)Internet寬帶接入了，不需要電纜調(diào)制解調(diào)器(CableModem)或者其它有源設(shè)備。
與其它寬帶接入技術(shù)比較，GEPON+系統(tǒng)結(jié)合EthernetoverCoax技術(shù)具有如下優(yōu)勢：
●迎合HFC網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
無需對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行改造，節(jié)省干線光纖資源，充分利用HFC網(wǎng)絡(luò)的光纖和同軸線纜資源。
●維護(hù)簡單，可靠性高。
局端機房和用戶端之間只有無源光分配網(wǎng)(ODN)，用戶接入也是無源設(shè)備，減少了有源環(huán)節(jié)，并有統(tǒng)一的網(wǎng)管對系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。
●成本低，安裝方便，不需要調(diào)試。
在用戶端不需要modem，用戶可以自行安裝。用戶不再需要通過低頻段反向通路接入核心網(wǎng)絡(luò)，減少了侵入噪聲帶來故障等一系列相關(guān)問題。
●獨享10Mbps帶寬，能實現(xiàn)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，給用戶提供各種各樣的增值服務(wù)。
六、結(jié)束語
由于沒有體系結(jié)構(gòu)上的差異，基于EPON技術(shù)的FTTX模式實質(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(tǒng)更能同時提供電信級的TDM業(yè)務(wù)，拓展了HFC網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)市場。
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