廣電網絡傳輸載體發展的三個階段

楊文衛

（作者單位：江蘇省東臺市廣播電視臺）

電視作為家居生活中的重要娛樂設備為人們提供了豐富的精神食糧。隨著有線電視技術的興起，節目源的增加、頻道的增多，極大豐富了人們的熒屏，有線電視已成為重要新聞傳媒、人民群眾獲取知識文化和文化娛樂的重要工具。國家對電信網、廣播電視網和計算機通信網的相互滲透、互相兼容并逐步整合，成為有線電視寬帶接入技術發展的新動力，有線電視寬帶接入網技術的出現為用戶提供了更為優質的體驗。

1 銅的應用階段

銅是一種金屬元素，富延展性，導電性和導熱性都很強，用于各種電纜和導線，銅作為導體加工成電纜，成為有線電視傳輸的載體，即使用同軸電纜傳輸有線電視。同軸電纜從用途上分可分為基帶和寬帶同軸電纜。寬帶同軸電纜也叫視頻同軸電纜即75 Ω同軸電纜常用于廣電網，故稱為CATV電纜，傳輸帶寬可達1 GHz。如圖1所示。

圖1 同軸電纜示意圖

在20世紀90年代中期以前，我國大部分地區采用同軸電纜傳輸電視信號，同軸電纜是有線電視網絡中用于干線傳輸系統和用戶分配系統的重要傳輸媒介。電視傳輸系統由干線電纜、干線放大器和干線橋接放大器以及相關的無源器件組成。有線電視網絡是采用同軸電纜結構，是一種樹型結構網絡，其中，同軸電纜是干線和分配系統的重要傳輸載體。用在干線傳輸的同軸電纜和用在用戶分配系統中的同軸電纜原理一樣，結構相同，但電氣特性不同。由于干線傳輸距離長時，采用外徑較大、內導體銅芯較粗，對信號衰減相對較小的同軸電纜有540電纜或者-9、-12電纜，這類電纜稱為干線電纜。而用戶分配網絡由于傳輸距離短，為布線方便，一般采用外徑較小、內導體銅芯比較細的同軸電纜如-7、-5電纜。這類電纜稱為用戶電纜。以SYWV(Y)-75型電纜為例，電纜衰減常數如表1所示。

表1 SYWV(Y)-75型電纜衰減常數

根據同軸電纜的傳輸特性，電纜干線傳輸距離較長時，由于信號衰減，使傳輸距離受到限制。一般采用有源干線放大器和橋接放大器來提高信號增益，通過多級放大達到遠距離傳輸的目的。十幾個干線放大器級聯，對于干線放大器的可靠性和技術性能要求尤其嚴格，因為干線指標的好壞往往直接影響數以萬計的用戶的收看質量。隨著階段的發展，用戶對電視收看質量的要求越來越高。隨著光纜、光纖放大器、光接收機以及光纖熔接設備價格的下降，大量光纖設備得到應用。在20世紀90年代中后期，光纜開始替代干線電纜進入了光和銅的階段。

2 光和銅的共用階段

光和銅的階段，其實就是混合光纖同軸網絡（HFC）或光纜+數據電纜混合使用的階段。光纖是光導纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導工具。傳輸原理是“光的全反射”。前香港中文大學校長高錕和George A. Hockham首先提出光纖可以用于通訊傳輸的設想，高錕因此獲得2009年諾貝爾物理學獎。

我國從20世紀90年代中后期一直到現在都處于這個階段中。在這20多年中，遵循光進銅退的原則。隨著光纖價格的下降，光傳輸技術的成熟，光纜逐步取代干線電纜。光纖不斷向用戶靠近，同軸電纜不斷后退。與電纜或微波等電通信方式相比，光纖通信的優點很多，如頻帶極寬，光是頻率為數百太赫茲數量級的電磁波，目前用于光纖有線電視系統的光波波長為1 310～1 550 nm。在這段光譜區域中，每1 nm的光譜可以提供一個超過100 GHz帶寬，目前采用的1 GHz帶寬只占了極少的一部分，理論上能傳送150個頻道，進行波分復用，可以容納更多頻道。光導纖維的傳輸損耗很小，傳輸1 310 nm的光，每公里損耗在0.35 dB以下，若傳輸1 550 nm的光，每千米損耗更小，可達0.2 dB以下，只有最好的同軸電纜衰減常數的1%，這就使相同功率下使用光纖傳輸距離更遠，因為光纖的基本成分是石英，只傳光、不導電，不受電磁場的作用，在其中傳輸的光信號不受電磁場的影響，故光纖傳輸對電磁干擾、工業干擾有很強的抵御能力，使信號能高質量傳輸、加上重量輕、可繞性好、壽命長、便于運輸和鋪設等特點，加上價格越來越低，光纜得到大量應用。替代了主干和支線電纜以及部分用戶電纜，實現了光纖到路邊（FTTC），光纖到樓（FTTB），光纖到戶（FTTH）。

光電結合雙向改造的主流方案有3種：第一種是基于HFC網絡的雙向改造方案（CM方案）；第二種是，EPON到樓＋EoC技術方案；第三種方案，即EPON＋LAN入戶方案。

2.1 基于HFC網絡方案

在HFC網絡中同軸電纜為主時，CMTS幾乎是基于同軸電纜的唯一可選的雙向改造方案。除前端或分前端的CMTS和用戶端的CM外，沒有其他有源的網絡設備，因此，管理、維護比較方便且比較容易部署。并且，可以分期投資，逐步擴充。DOCSIS從出現以來，速度不斷提高，且根據帶寬不斷增長的需求，發展到DOCSIS3.1可以支持到下行超過10個G以上的速度，極大提高了雙向有線電視網絡底層物理頻譜資源的利用效率。但寬成本太高是這個方案的致命弱點，遏制光纖網絡的發展，且國內目前沒有CMTS廠家或者廠生產廠家極少，所以很少有人采用。

2.2 EPON到樓＋EoC方案

所謂的PON，就是無源光網絡。它主要由三部分組成：無源分光器、光線路終端盒（OLT）和光網絡單元。這里無源是指ODN，不含有有源器件。整個鏈路全部都由光纖或者無源光分路器等無源器件構成。EPON為IEEE標準，EPON采用點到多點結構，無源光纖傳輸方式，在以太網上提供多種業務。EPON到樓＋EoC方案適合于老小區或無法布放五類線入戶小區的CATV雙向化改造，不要重新鋪設五類線，充分利用現有的同軸電纜、分支分配器資源實現雙向網改造，且為FTTB或FTTN模式，可以做到多用戶共享CBAT、ONU設備，大大降低了建網成本。系統的OLT一般放置在分前端機房，目前OLT都是大容量發展，能有效降低網絡層次。EPON系統的ONU和EoC系統的CBAT可以放在小區或樓道CATV光站位置，EoC系統的CNU直接入戶，提供同軸電纜接口、FE接口或WiFi接口。當采用CBAT、ONU、混頻器三合一的EoC局端設備時，還具有組網方便、布線及供電簡單、減少有源節點等優勢。該方案能夠實現EPON設備和EoC設備的統一管理，做到可管控到戶、管控到每個業務，大大降低管理和運維成本，提升服務能力。隨著光纖不斷向用戶靠近，剩下入戶或戶內還是同軸電纜，故障發生率下降。

2.3 EPON＋LAN入戶方案

這個方案適合新建小區或五類線可入戶小區改造，EPON網絡和CATV網絡相對獨立。EPON系統承載寬帶接入和互動電視的上行信息，CATV網絡電視廣播業務；對于雙向用戶，通過家庭網關接入雙向機頂盒和計算機，可提供CATV廣播、VOD點播、寬帶接入等業務，如果有VOIP語音業務，可以通過樓道ONU或家庭網關提供。五類線直接進家戶，所用設備少，施工難度小，建設速度快，終端設備多用戶共享，成本較低，節省了投資。這種在HFC網上疊加一個以太網的方案，對于有線電視網來說已不是三重業務共網傳輸的概念，數據市場需求小時，網絡效率不高且網絡結構復雜，調試難度大，難以建立統一的網管系統。

歸根到底，銅電纜是帶寬的瓶頸，光進銅退實行光纖到樓、光纖到辦公室、光纖到家是有線電視系統的共同發展目標。

3 全光網的階段

長期以來，人們一直在想，光這么好的傳輸介質，為什么不把它直接送到家呢？光纖到家，是大勢所趨，不斷進步的光存儲技術、傳輸技術正在為實施全光網接入做準備。隨著技術的進步，各種適應家庭應用的室內型光纖、迷你型且低價的光收發器陸續出現，波分技術的發展，都大大加快了光纖入戶步伐。最后的一公里將被光纖全部取代。

4 結語

隨著下一代廣電網NGB和三網融合的提出。世界都在進行“光進銅退”，室外線路無源化、全網光纖化、網絡IP化成為有線電視傳輸發展的總趨勢。