關于廣電網絡光纖到戶建設探討

周遵文

（湖南省郵電規劃設計院有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

基于社會經濟的發展、“寬帶中國”戰略的發布與實施，“寬帶+光纖”網絡的發展成為大勢所趨。最近幾年光纖通信技術發展迅速，各大運營商基本完成光纖到戶（Fiber To The Home，FTTH）改造工作，并逐漸開展高帶寬全光纖接入網絡工程的寬帶提速與降費工作，本文主要圍繞FTTH網絡建設展開詳細分析。

1 FTTH發展概述

自2013年起，我國開始實施“寬帶中國”戰略，首次將寬帶納入了國家戰略性公共基礎設施，并對未來8年的寬帶發展進行了部署。在此次實施方案中，明確提出直至2020年，寬帶網絡全面覆蓋城鄉，城市、農村家庭寬帶接入能力需達到 50 Mb/s、12 Mb/s，而發達城市的部分家庭用戶可以達到1 Gb/s。為了進一步實現寬度提速，提升基礎網絡能力，FTTH技術的推廣應用是一條必然之路。

FTTH是一種光纖通信的傳輸方法，它是基于無源光纖網絡（Passive Optical Network，PON）的新一代的光纖用戶接入網，由光纖距離用戶的遠近來對光纖接入網方式進行構建。通過該方式，可以實現光纖網絡連接至終端。在國家三網融合的大背景下，有線電視開展多元化業務是大勢所趨，如高清視頻4K/8K、云存儲、物聯網、視頻監控、互動游戲以及遠程醫療等，這些新業務的發展必須有合適的新業務承載網，方可真正達到服務廣大家庭、政企用戶的目的[1-3]。

目前，中國下一代廣播電視網（Next Generation Broadcasting Network，NGB）運營時間達到了十多年，雖然實施了一系列技術升級、接入設備拆分工作，可穩定支撐高清直播、點播回看以及百兆寬帶接入業務，但是基于4K、8K、增強現實/虛擬現實（Augmented Reality/Virtual Reality,AR/VR）、千兆寬帶普及，NGB網絡性能已經無法支撐業務發展，且其安全性、建設維護成本均不如FTTH網絡。因此，FTTH網絡改造升級是大勢所趨，這也是廣電網絡亟需解決的一大關鍵問題。

2 FTTH技術特點和實現方案

2.1 FTTH技術特點

FTTH是一種光纖接入方式，采取光網絡單元（Optical Network Unit，ONU）在用戶家安裝、接入。此種方式是除了光纖到桌面（Fiber To The Desktop，FTTD）以外，是最接近客戶的接入形式。對于FTTH網絡而言，其最大的技術特點就是為用戶提供更大帶寬，有效促進互聯網相關協議的透明性，如波長、速率以及數據格式等，而在供電、環境等方面的要求持續降低。常見的為有源光接入與無源光接入，主流采用PON技術提供寬帶和交互電視等業務的接入。

2.2 FTTH實現方案

PON是目前解決接入網和實現光纖接入（Fiber To The X，FTTX）的主流技術。PON無源網絡從廣電分前端機房直接出局，通過機房、小區交接箱和樓道分纖箱等多處節點設置光分路器，最后由光纜連接至用戶家中，可提供單光分配網絡（Optical Distribution Network，ODN）總量接近 1 000 Mb/s的寬帶業務承載能力，帶寬接入能力較原來高速網再次獲得提高。廣播電視業務及寬帶業務通過不同的光通道進行承載，其雙向部分采用PON技術[4]。

PON系統由局側的光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）、用戶側的ONU以及ODN組成，為單纖雙向系統。下行方向（OLT至ONU），OLT發送的信號經由ODN至各個ONU；上行方向（ONU至OLT），ONU發送的信號直接至OLT，不會達到其他的ONU。為防止出現數據沖突的問題，有效提高網絡利用效率，上行方向采用時分多址接入（Time Division Multiple Access，TDMA）方式，并對各 ONU數據發送開展仲裁。ODN由光纖和一個或多個無源光分路器等無源光器件組成，在OLT、ONU間提供光通道。PON系統如圖1所示。

圖1 PON系統

3 FTTH網絡建設模式分析

當前廣電網絡向FTTH演進的趨勢已經明確，但存量同軸電纜用戶仍是主流，廣電網絡短期無法完全擺脫同軸網絡。如何結合FTTH網絡改造契機，對存量混合光纖同軸電纜網（Hybrid Fiber-Coaxial，HFC）的傳輸質量和容量用極低成本進行優化提升，并在實現光纖覆蓋的同時提升同軸用戶的業務體驗是當務之急[5]。

3.1 FTTH網絡建設現狀

傳統HFC網絡一般由光機、放大器以及用戶分配網3部分組成，光機一般覆蓋200～500戶，放大器一般覆蓋30～60戶。FTTH+HFC融合演進目標就是在HFC存量網絡中進行FTTH網絡覆蓋建設，同時借助FTTH中的ODN結構實現傳統HFC網絡的光進銅退，保證改造建設中投資最大的ODN網絡建設可以同時滿足FTTH和HFC雙網應用，提高HFC網絡穩定性和傳輸能力。根據上述目標，傳統HFC網絡的改造方向就是光機下沉，減少光機覆蓋戶數，取消放大器有源設備，實現電纜網絡全無源化，同時提升網絡的傳輸能力[6-9]。當前有線電視網絡有3種技術方案可以和ODN結構契合，分別是光纖射頻傳輸（RF over Glass，RFoG）、以太數據通過同軸電纜傳輸（Ethernet over Cable，EoC）以及中國標準有線電纜數據服務接口規范（China-Data Over Cable Service Interface Specifications，C-DOCSIS），結構如圖2所示。

圖2 有線電視網絡結構

從提升網絡穩定角度分析，傳統HFC網絡最大故障點在電纜部分，主要有電纜老化損耗、有源設備故障、電纜接頭氧化以及噪聲侵入等，縮小電纜傳輸網絡可以有效提升網絡穩定性。RFoG、EoC、C-DOCSIS都可以實現電纜傳輸網絡無源化，RFoG光機一般覆蓋30～50戶，EoC局端一般覆蓋30戶左右，C-DOCSIS局端一般覆蓋80～100戶。

從提升網絡承載能力角度分析，RFoG網絡可以將HFC的傳輸上限頻譜提升至1.2 GHz，滿足了DOCSIS3.1傳輸要求，其最大寬帶產品能力可提升至1 000 Mb/s，但由于單個電纜調制解調器終端系統（Cable Modem Terminal Systems，CMTS）通道接入用戶數較多，在戶均帶寬能力提升上略顯不足。EoC雖然覆蓋用戶少，但由于采用載波偵聽多路訪問（Carrier Sense Multiple Access，CSMA）方式進行通信，通信效率較低，無法承擔多用戶高并發通信業務，同時基于時分雙工（Time Division Duplexing，TDD）方式的EoC局端由于終端匹配原因，實際入網數量較少，全網改造成本較高，較適合低并發、低流量的VOD信令通道。C-DOCSIS將CMTS局端的介質訪問控制（Medium Access Control，MAC）能力獨立出來進行分布式部署，單個局端只接入幾百個電纜調制解調器(Cable Modem，CM）終端，網絡質量、帶寬能力以及并發承載能力都有較大提升。但由于是分布式部署，弱化有線電纜數據服務接口規范（Data Over Cable Service Interface Specifications，DOCSIS）的局端高復用能力，一次改造后基本固化了全網的最大帶寬，再次改造整體成本較高，無法應對當前寬帶市場從100M～1 000M快速演進的需求[10]。RFoG、EoC以及C-DOCSIS技術的比較如表1所示。

表1 RFoG、EoC、C-DOCSIS技術比較

考慮到FTTH+HFC融合改造的目的是借助FTTH網改契機，以低成本提升HFC網絡的質量和能力，本文選擇了FTTH+RFoG的改造方案。

3.2 RFoG改造思路

此次FTTH+RFoG融合改造網絡結構整體系統按1.2 GHz設計，采用1 550 nm傳輸系統，單塊光發模塊最大可接入64臺RFoG光機，單臺RFoG光機的最大覆蓋可達到40戶，此設計利用了CMTS設備高效的多用戶復用傳輸能力，實現了存量局端投資的保護。

在ODN結構上，RFoG網絡正向按兩級1∶8分光建設，第一級位于分中心機房，第二級位于小區LCP處；FTTH網絡按1∶16+1∶4分光結構配置，盡量擴大單PON口覆蓋范圍。方案中RFoG與FTTH分光點位置重合，實現了雙網低成本疊加部署。RFoG和FTTH在ODN段實現了同纜部署，配線光纜中增加兩芯用于RFoG信號傳輸，在投資最大的ODN網絡實現了充分的融合建設。

由于RFoG光機的覆蓋戶數最多為40戶，無源網絡結構可極度簡化和固化，因此此次RFoG光機各項指標完全固化、結構高度集約化。經測算，上述模型在FTTH網絡建設基礎上單戶造價增加不超過10元，但HFC網絡傳輸穩定性極大提升，傳輸頻譜提升至1.2 GHz，同時免調試光機的使用使HFC網絡設備真正實現了即插即用，網絡維修復雜度大幅下降，用戶體驗進一步提升。

3.3 FTTH+EoC+RFoG網絡演進方案

EoC網絡由于技術本身的缺陷，只能支持低流量、低并發的互動業務，無法適應當前互聯網應用的發展。但EoC的能力并不代表同軸電纜能力，其中的同軸電纜與CMTS網絡中的同軸電纜性能一致。現有的EoC網絡只要做好頻譜規劃，也可以通過DOCSIS技術實現帶寬能力的提升。

由于RFoG光機覆蓋戶數可以較少至30～50戶，基本與EoC局端覆蓋戶數一致，因此RFoG光機可以和EoC局端同點部署。同時，EoC一般使用5～65 MHz頻段，只需要啟用 65 ～ 85 MHz頻段用于CMTS上行，就可以實現并網運行。如圖3所示，EoC局端和RFoG光機通過一個定制的高低通分配器實現同纜傳輸，高通口濾除70 MHz以下信號，低通口濾除65 MHz以上信號，濾波衰減大于60 dB，結合分配器OUT口之間35 dB的相互隔離度，EoC和RFoG光機之間可以有95 dB的濾波衰減。EoC一般可以濾除110 dBμV的發射功率，保證了EoC和CMTS之間信號無相互干擾。

圖3 RFoG+EoC并網運行結構

通過上述技術方案，結合FTTH網絡建設，其他公司一樣可以在EoC網絡中提升HFC網絡傳輸質量和傳輸容量，保證存量同軸用戶的業務體驗。

4 結 論

當前FTTH在全國各地互聯網基礎建設中全面展開，但巨大的存量同軸網絡給全光網建設帶來了諸多難點，對此必須結合存量同軸網絡進行FTTH網絡建設。在FTTH網絡建設過程中，結合實際情況可采取FTTH+EoC+RFoG網絡演進方案，獲得最優的建網性價比。