高邮市有线电视网络双向化建设方案

张 斌，周友良，张 丽

（江苏省高邮市广播电视台，江苏 高邮 225600）

责任编辑:许 盈

为了将高邮有线电视网络建设和改造成为高可靠、高带宽、高承载力、可管理、可运营的双向网络，结合网络的现状，采用EPON+EoC或者EPON+LAN技术进行城区网络的双向化改造[1-3]。采用EPON技术进行城区HFC网络双向改造，实际上是建设两张物理上完全独立的网，一张是HFC下行网，传输模拟信号和数字电视信号；另一张是双向交互网，传输全部交互业务，两张网同缆不同纤。

建设双向传输网络，是为了开展业务传输业务信号。明确地讲，开展业务是目的，建设网络以及技术都是手段。电视业务是其中一个最大的业务类别，电视业务中收益最高的是个性化的互动电视及资讯业务。开展业务的用户终端是电视机，电视用户网络是同轴电缆网络，已经存在于用户室内的每一个房间。

由于用户室内电视网络的普遍存在，充分利用室内电视网络对广电开展业务的意义非常重要。因为用户室内网络的广泛性及现在存在的客观事实，改造非常困难。现成的网络就是同轴电缆网三波的“EPON+HFC”或者两纤三波的“EPON+HFC”。EPON方案中的光纤以太网部分在线缆的路由中与HFC共缆，作为数据网络存在，同时为HFC网络部分承担上行数据传输的功能。

1 城域网设计、建设和改造方案

高邮城区设立4个独立分前端机房，分别位于城西文化宫路老广电局、城东新广电中心、城南步康化园和城北开发区服装城，节点之间有光缆路由形成环网，保障网络的安全性。环网示意图如图1所示。

2002年，高邮广电建设完成宽带城域网，经过数次技术改造，现广电中心节点部署核心交换机——思科6509，其他节点部署汇聚交换机——思科4006，实现双向数据业务信号的处理。

2 EPON设计、建设和改造方案

2.1 EPON技术简介

PON是采用点到多点结构、无源光纤传输方式。PON主要有EPON和10G EPON等。

EPON系统使用单模光纤，在一芯光纤上传输双向数据，EPON系统由光线路终端（OLT）、光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组成。

EPON可提供上下行对称1 Gbit/s的接入速率，支持10 km和20 km两种最大传输距离，多用户共享带宽，支持的用户分支比为1∶16和1∶32，最高可达1∶64。在10 Gbit/s以太主干和城域环的基础上，EPON是全光网中最佳的最后1 km的解决方案。

EPON技术具有以下5个方面的优势：

1）节省了光纤光缆资源。EPON技术采用单纤双波技术，在一根光纤上传输双向数据。同时其点到多点的树型网络结构也与广电的HFC网络的树形光缆分配网的结构相一致。

2）运营维护成本低。OLT与ONU之间全程无源传输，故障率大大降低；光纤具有天然的抗电磁干扰特性，任何的电磁干扰都不会影响光纤承载的信号，从而可以为用户提供质量稳定的服务；有网管，可运营可管理。

3）易扩容。随着用户和业务的增长，光节点会逐渐往用户端靠近。而EPON是点到多点的树形网络结构，所以当光节点往下移分成n个光节点时，只需在原光节点处增设一个无源光分路器即可。原光节点至前端机房的光纤的芯数不需增加。不需对原有光缆线路进行改造。

4）长距离、高带宽接入。在1∶32光分路比情况下可以传输20 km，克服以太网铜线传输距离只有100 m的限制，同时使网络结构更加简单，层次更加清晰。其接入带宽达到1 Gbit/s。

5）多业务接入。EPON支持多种业务的开展，带宽分配灵活，针对不同业务可以提供良好的QoS保证，是目前支持三网融合最好的FTTx接入技术。

2.2 高邮城区前端双向设备部署

分前端机房部署核心层交换机或者汇聚层交换机、OLT等数据传输设备，实现和小区双向数据业务信号的汇聚。

省网络公司提供的互动信号通过波分系统接入本台中心机房联通至本台门户交换机——思科2960，下联至核心交换机——思科6509，通过城域网连接汇聚层交换机，级联OLT设备，形成数据的交换路由。省至市县路由简图如图2所示。

图2 省至市县路由简图

高邮EPON网络OLTONU采用树形拓扑结构，示意图如图3所示，其中SNI代表业务节点接口，VNI代表用户网络接口，IFODN代表PON专用接口。

目前本台选用的EPON设备是深圳新格林耐特公司的产品OptiWay EL5600-06，它是新格林耐特公司自行开发的框式EPON OLT设备，具有高性能、大端口密度、易于安装、便于扩展、成本低廉等特点，1个主控插槽，5块业务卡插槽，并支持混插千兆上行子卡和万兆子卡。在点到多点的网络结构上实现多种IP/Ethernet业务接入，可以支持IPTV/VOD、VoIP、可视电话等各种基于IP的新兴宽带业务，也可以为商业用户提供VPN、视频会议等业务。在提供千兆级的光纤传输容量的同时，充分利用系统的经济性和良好的可扩展性来降低宽带业务的开通和管理成本。

2.3 EPON网络部署

2.3.1 EPON光通道损耗

EPON光通道损耗式如

光通道损耗＝（光纤衰耗系数×传输距离＋光分路器插损＋活动连接头损耗＋光缆线路富余度）≤EPON系统光功率预算 （1）

式中：光纤衰耗系数(含熔接损耗)取0.36 dB/km；分光器插损中，1∶4均分的为7 dB，1∶8均分的为10 dB；活动连接头损耗为0.5 dB/个；光缆线路富余度中，传输距离≤10 km时取2 dB。

PON系统光功率预算（10 km光模块）如表1所示。

表1 PON系统光功率预算dB

2.3.2 分光比及分光方式

为了规划、维护及扩展方便，光分路器级联形式为二级分光。一般采用等分光分路器。ODN分光比主要采用1∶4或者1∶8两种规格；光分路器采用对工作波长不敏感、分光均匀性好的平面波导型光分路器（PLC Splitter），工作波长为1260～1650 nm，光接口为SC/PC接口。

2.3.3 EPON光通道损耗计算

按高邮城区最大分光比1∶4级联1∶8，分前端至光节点最长距离10 km、6个光纤接头计算，EPON光通道损耗为25.6 dB〈26 dB，满足EPON系统光功率预算要求。

3 双向HFC网设计、建设和改造方案

新建小区、CATV分配网较好的地区双向HFC网的设计、建设和改造采用EPON+LAN方案。无法解决五类线入户地区及其他地区情况下，采用EPON+EoC方案。

3.1 HFC传输网络组网方案

高邮城区HFC网络传输系统采用860 MHz频带，拓扑结构为光链路采用一级1550 nm环型光链路，二级1310 nm星型光链路的结构，每光点平均覆盖100户用户，采用光接收机直接（或级联1～2级放大器）通过同轴电缆覆盖用户。

3.2 EPON+LAN结构

EPON+LAN结构示意图如图4所示。

分中心部署光发射机、IPQAM等HFC传输设备以及汇聚交换机、OLT等数据传输设备，实现HFC下行广播信号的传输和双向数据业务信号的汇聚。

分中心至室外光缆汇聚点布放60B室外层绞式主干光缆，平均距离为2500 m。在光缆汇聚点采用PLC光分路器（1∶4及1∶8插拔式光分路器）进行光信号的分配和调度。

2 来稿首页注脚应注明课题来源及课题名称，获基金资助产出的文章应以“基金项目：”作为标识注明基金项目名称，并在圆括号内注明其项目编号，并附第1作者简介：姓名(出生年-)，性别(民族)，籍贯，职称，学位，研究方向，E-mail。

光缆汇聚点至楼栋设备箱布放12B室外中心束管式光缆，平均距离为300 m。楼栋设备箱内置供电器、ONU、光机、电放大器等。

楼栋设备箱至楼栋单元接入点布放-9同轴电缆与防水五类线，单元接入点放置集中分配单元，实现HFC射频信号的分配；放置交换机，实现数据的接入交换。单元接入点布放到终端用户的-5电缆及五类线，用户通过五类线，实现网络的双向化。

3.3 EPON+EoC结构

3.3.1 EPON+EoC结构方案

EPON+EoC结构示意图如图5所示。

分中心部署光发射机、IPQAM等HFC传输设备以及汇聚交换机、OLT等数据传输设备，实现HFC下行广播信号的传输和双向数据业务信号的汇聚。

分中心至室外光缆汇聚点布放60B室外层绞式主干光缆，平均距离为2500m。在光缆汇聚点采用PLC光分路器（1∶4及1∶8插拔式光分路器）进行光信号的分配和调度。

光缆汇聚点至楼栋设备箱布放12B室外中心束管式光缆，平均距离为300 m。楼栋设备箱内置ONU、EoC局端、光机等设备。在光机后插入EoC局端设备，实现HFC信号与数据信号的混合，覆盖光点以下用户。

楼栋设备箱至楼栋单元接入点布放-9同轴电缆，单元接入点放置集中分配单元，终端用户配置EoC终端，通过有线电视分配网络，实现网络的双向化。

3.3.2 EoC技术的选择

EoC是指在同轴电缆上传输以太网数据的技术统称。现在业界的EoC技术方案主要有无源（基带）与有源（调制）EoC，高频方案与低频方案。

无源基带EoC系统的特点是设备相对简单廉价，适用于星型集中分配网络，对网络适应性差，不能透过有源放大器与无源分支分配等设备；有源调制EoC通过对数据进行调制解调进行传输，可透传放大器、分支分配器，应用于星型网络与树型网络。

低频EoC方案的传输信道在40 MHz以下，在有线电视网络中，此频段正在噪声最为密集的频段。有线电视网络中的线路噪声（汇聚噪声）由电网噪声、电视机的载频泄漏、外来干扰等组成。前两项为线路中汇聚噪声的主要来源，这两类噪声随着有线电视网络下接用户数量的增多呈线性增长趋势，当汇聚噪声累积到一定的程度时，就会引起调制密度的下降，造成传输速率下降，甚至引起设备不能正常建链。有线电视接入网上的线路损耗由分配损耗、电缆损耗和接头损耗组成：分配损耗属于正常损耗；对于广电接入网中最常见的物理发泡聚乙烯绝缘同轴75-5电缆，在50 MHz处电缆的损耗比800 MHz处小15.5 dB，因此低频EoC的信号在电缆上的每百米损耗要小得多，这对传输距离无疑是有积极贡献的；对于接头损耗，当接头接触良好时，接头损耗对于高低频损耗都很小，基本可以忽略不计。但在接头接触不良时，会产生较大的损耗。从上面的分析可以看出，在低频EoC方案的工作频段上，噪声对其稳定传输带来不利影响，而较低的线路损耗对长距离传输有利，连接头接触不良对传输稳定性影响较大。

高频EoC方案在有线电视网络中高频EoC方案的工作频段，无论是电网还是电视机载波泄漏产生的噪声都很小。由于高频EoC方案的工作频段噪声较小，较小的发送功率和较为简单的调制解调算法就能取得较好的工作稳定性。另外，简单的算法也易于实现较高的芯片性能，带来传输速率的提升。线路损耗的影响。分配损耗是正常损耗。在高频EoC的工作频段，有线电视接入网中的分支分配器件和电缆的损耗都较大，1000 MHz的损耗一般会比50 MHz的大2～3 dB的器件损耗。在高频EoC方案1000 MHz附近的工作频段上，75-5的电缆每百米损耗比50 MHz处大17.2 dB，对长距离传输不利。对于接头损耗，当接头接触良好时，接头损耗对于高低频损耗都很小，基本可以忽略不计。但在接头接触不良时，由于芯线分布电容耦合，损耗较小。从上面的分析可以看出，在高频EoC方案的工作频段上噪声较小，对其稳定传输有利，而较高的线路损耗会对长距离传输带来困难，连接头接触不良对传输稳定性影响较小。

综合上述分析的结果如表2所示。

表2 综合方案比较结果

根据高邮县级市的实际情况，用户总量少、分布广，经综合考虑，选用低频、有源调制EoC技术搭建双向网。比较低频方案有源EoC的二大主流技术HomePNA与HomePlug AV，Intellon和Spidcom公司的HomePlug AV技术较适合国内的广电网络。比较英特龙6400芯片和速比特200芯片技术，英特龙6400方案在抗干扰、带宽、TCP吞吐量、允许链路损耗、稳定性等方面均优于速比特200方案，故高邮广电选择英特龙芯片HomePlug AV技术建设数字电视双向网。

EoC技术利用广电原有的同轴电缆实现数据、语音和视频的全业务接入。一个典型的有源EoC系统由局端、终端、同轴分配网等部分组成。

本台使用的EoC局端设备为高事达公司的GSDS1512，放在光节点位置，起分发上层以太网数据、汇聚终端设备作用，它是基于HomePlug AV技术的低频有源调制系列产品的接入汇聚设备，主要功能是将数据基带信号以OFDM方式调制到7.5～30 MHz频段，再与CATV信号进行混合后在有线电视HFC网的同轴电缆上传输，在对原有网络设备与布线基本不做改动的前提下，将单向广播式的CATV网络上改造成为一个双向、宽带、数字化的能够适应多媒体业务的新型接入网络。

使用的EoC终端设备为高事达公司的GSSD8512，放在用户家里充当家庭CPE设备接入用户计算机或互动机顶盒。

4 小结

本方案着重考虑高邮城区及乡镇网络的实际使用环境、HFC双向网络的平滑升级以及EoC技术的选用。高邮城区使用高事达公司的EoC头端及终端设备开通双向用户业已超过500户，经实际测量，在用户最大链路损耗79 dB、电缆使用年限8年的情况下，用户反映互联网网速正常无拥塞、互动点播流畅无迟滞，效果很好。

[1]高飞.EPON+EoC技术在淮阴数字电视网络中的应用[J].电视技术，2012，36（10）：60-62.

[2]徐力恒，李建华.融合EPON与DOCSIS的EoC技术与双向网改方案[J].电视技术，2011，35（11）：4-6.

[3]郭冰松.高带宽需求下的HFC+EPON+LAN双向网改实例[J].电视技术，2012，36（8）：50-52.