EPON在HFC網絡中的應用
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HFC(HybridFiberCoaxial)網是指光纖同軸電纜混合網，采用光纖到服務區，而在進入用戶的最后1公里采用同軸電纜。HFC網絡相較于百余年歷史的電信網和三十余年歷史的以太網，仍可謂是一種新型的網絡結構。
有線電視網絡就是一個最典型的HFC網，它比較合理有效地利用了當前的先進成熟技術，提供較高質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網絡并不具備上行回傳通道，為滿足開展數字電視點播和高帶寬寬帶接入等業務的需求，就必須對原有的網絡進行雙向化改造。
全國有線電視網絡用戶已達1億多戶，存在著大量的HFC網絡資源，如何有效地利用現有網絡，保護原有投資，避免重新敷設光纜來進行有線電視網絡的雙向改造是擺在廣電網絡運營商面前的一個重要課題。
本文結合潤欣通信的BanianTechGEPON+系統，探討如何將EPON這種基于以太網的無源光網絡技術應用到有線電視網絡中，以最低的代價實現傳統HFC網絡的雙向改造，尤其是數字電視的雙向點播及IPTV業務。
二、EPON與HFC的網絡結構比較
潤欣通信技術(上海)有限公司長期專注于EPON技術的研究，其開發的GEPON+系統完全遵從IEEE組織于2004年6月發布的802.3ahEPON標準和中國信息產業部即將發布的基于以太網方式的無源光網絡技術要求。通過采用擁有完全自主知識產權的核心芯片(EPONMAC)，GEPON+系統不僅完美地實現了各種以太網業務，而且還可支持傳統話音業務、2M數據專線業務等基于電路交換的業務，為拓展現有的HFC網絡的適用范圍創造了條件。GEPON+系統采用點到多點的用戶網絡拓撲結構，可以實現一個光纖平臺上接入數據、語音和視頻等全業務。其系統結構如圖1所示。
圖1 EPON系統的網絡結構
圖2 HFC網絡的典型構造
而基于CATV發展起來的HFC網絡已經引入無源分光技術，其典型構造如圖2所示。與EPON技術結合，可以快捷地實現網絡雙向改造，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網絡的物理構造與HFC網絡的體系結構沒有差異，網絡的結構都是點對多點的傳輸方式，即星型或多級星型的構造。這樣GEPON+系統很容易采用WDM技術疊加在HFC網絡上，從而實現雙向傳輸，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送，數據占用的是1490nm波長，RF可選用1550nm波長。從ONU到OLT的EPON上行信號，采用時分復用(TDMA)技術，占用1310nm波長。
圖3 GEPONOverlayHFC的構造
在采用BanianTechGEPON+產品對HFC網絡實現雙向網改造時，只需從現有CATV網絡光節點出發，扇出點對多點光纖到樓，也可進一步將光纖延伸到用戶家，以完成FTTH的全光接入，實現真正意義上的三網合一。在工程上，可在較短時間內就完成2個網絡的疊加，進行高速數據和RFTV雙向傳輸的平穩擴展，從而實現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技術更便于網絡改造，后期維護也更為方便。
綜上所述，在有線電視網絡中使用EPON技術，較之于其它業務網絡，最沒有體系結構的差異，具有天然的優勢，建設成本會最低，從而令HFC網絡成為最具有競爭能力和廣闊發展前景的寬帶業務接入網。
三、EPON對TDM業務的支撐
視頻電視的廣播是HFC網絡的主要業務，在利用1550nm傳輸技術提供TV的廣播業務的同時，EPON+HFC網絡構造還能支持和提供PSTN和VoIP的語音業務、IPTV視頻業務以及高速數據等增值業務。
利用網關接入到PSTN交換機，提供VoIP業務。
GEPON豐富的帶寬資源足以支撐VoIP等數據業務。首先在OLT端通過VoIP網關以軟交換技術直接實現與PSTN的互通;在ONU用戶端有兩種方式實現語音話務：
1)是直接使用IP電話，接口為RJ45。
2)是IAD的結構。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的業務。
利用潤欣GEPON+系統的成幀和帶寬預留技術直接實現E1/PSTN業務。
然而，POTS電話或傳統的電話業務，和被商業用戶所普遍接受的與數字專線(E1)業務，通常因其對傳輸時延和抖動，以及丟報率的高要求，而很難用分組網絡來承載。潤欣的GEPON+系統利用其成幀和帶寬預留技術，可以完美地在分組網絡中提供電信級的傳統話音業務和數字專線業務，從而兼顧接入網中復雜的業務需求。
圖4 TDM業務工作原理
成幀和帶寬預留技術及其工作原理如圖4所示。GEPON+系統對TDM電路業務流或者抽樣話音信號進行成幀處理，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+系統中的優先級，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行平滑處理，然后提取出TDM電路業務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絡希望借助IPTV技術開展視頻圖像業務，從而實現三網融合一樣，成幀和帶寬預留技術也能夠幫助有線電視網絡實現電信級的話音業務。
潤欣公司在鎮江恒美嘉園小區與電信運營商合作成功地開通PSTN話音業務，并成功實現光纖到戶的“三網合一”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可以在分組網絡中提供電信級的話音業務從而完整地支持三重業務。
四、GEPON+系統中ONU設備樓道內供電問題的解決
圖5 樓道供電解決方案
有線電視網絡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題，可以通過同軸電纜對潤欣的EPON設備進行集中供電。光節點的干線放大器將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+系統的ONU設備進行集中式供電，ONU設備可提供16個100M以太網接口和16個PSTN電話接口。最后將GEPON+系統的以太網信號和CATV射頻信號在EthernetoverCoax設備中進行混合，通過同軸電纜進入用戶家中。具體系統結構圖如圖5所示。
針對有線電視網絡，對樓道中的設備進行集中供電的方式，有如下幾個優點：1、解決了樓道內的供電問題;2、避免樓道內的供電計費問題;3、避免了220V電源的不安全性，方便網絡建設和維護;4、防止雷擊直接竄入而導致電源電壓的不穩。
五、GEPON技術與EthernetoverCoax技術結合的應用
采用EthernetOverCoax技術可以將CATV信號和數據信號混頻傳輸，避免樓道內的線路改造，完成HFC網絡的雙向化。Ethernetover Coax(EoC)就是一種通過無源設備在同軸電纜中傳輸以太網信號的技術。〕
圖6 EthernetoverCoax的原理和構造
EthernetoverCoax把有線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，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頻率分割，在10-25MHZ帶寬內直接傳送10Base-T的基帶以太網信號，50-860MHz仍然傳送RFTV信號。
通過GEPON+系統將以太網信號和PSTN電話信號接入樓道，GEPON+系統的MSTB設備擁有16個快速以太口和16個電話口，可以對整個樓宇的用戶進行寬帶和電話業務的覆蓋。將MSTB輸出的各個以太網信號和CATV的RF信號在無源的EOC設備中進行一一對應地混合，然后通過一根有線電視同軸電纜對每家每戶進行寬帶業務和CATV業務的接入。到了用戶端，也是通過一個無源設備將以太網信號和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比較，GEPON+系統結合EthernetoverCoax技術具有如下優勢：
●迎合HFC網絡的拓撲結構。
無需對網絡拓撲進行改造，節省干線光纖資源，充分利用HFC網絡的光纖和同軸線纜資源。
●維護簡單，可靠性高。
局端機房和用戶端之間只有無源光分配網(ODN)，用戶接入也是無源設備，減少了有源環節，并有統一的網管對系統進行維護。
●成本低，安裝方便，不需要調試。
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絡，減少了侵入噪聲帶來故障等一系列相關問題。
●獨享10Mbps帶寬，能實現100Mbps到樓，10Mbps到家
足夠的帶寬保證，可以充分地利用網絡資源，給用戶提供各種各樣的增值服務。
六、結束語
由于沒有體系結構上的差異，基于EPON技術的FTTX模式實質上最適合在HFC網絡上運用，是HFC網絡雙向改造的最佳方案。BanianTechEPON+系統更能同時提供電信級的TDM業務，拓展了HFC網絡的目標市場。
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