全業務光纖接入網及終端系統的研究

劉 佳

（91033 部隊，山東 青島 266000）

0 引 言

隨著我國經濟的快速發展，用戶對互聯網業務的需求不斷增長，數據業務、視頻業務等多媒體業務的快速發展，對帶寬及網絡可靠性的要求越來越高，光纖接入網在滿足用戶需求方面發揮著越來越重要的作用。因此，研究和開發適用于城域網中的全業務光纖接入網及終端系統具有十分重要的意義。從全業務光纖接入網及其終端系統出發，結合我國寬帶網絡建設現狀、城域網發展趨勢及電信運營企業現狀和未來發展戰略，研究開發一套適用于城域網的全業務光纖接入網及終端系統，旨在為相關人員提供借鑒。

1 綜合接入終端系統的構成

1.1 綜合接入終端系統的硬件構成

隨著有線電視（Cable Television，CATV）網絡的數字化發展，面向同軸電纜接入的終端產品隨之誕生。同軸電纜接入終端系統用于接收網絡中的數字電視信號，將數字電視信號轉換成模擬電視機能夠處理識別的模擬電視信號，在模擬電視機上收看數字電視節目[1]。

同軸電纜接入終端的硬件構成包括中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、存儲器、外圍電路以及輸入輸出端口等在內的單片計算機系統，如圖1所示[2-4]。

圖1 接入終端系統的硬件結構

1.2 同軸電纜接入終端系統的軟件構成

同軸電纜接入終端系統的軟件由應用軟件和管理軟件組成，應用軟件用來實現用戶對同軸電纜接入終端系統進行操作控制和信息采集；管理軟件用來實現對同軸電纜接入終端系統的配置、管理以及維護。

軟件系統是同軸電纜接入終端的核心，通過軟件驅動硬件，從而實現各種功能。除了驅動程序和主芯片自帶的實時操作系統外，主要軟件為Booter、Loader、Application，其特點如表1 所示。

表1 同軸電纜接入終端系統的軟件類型

2 全業務光纖接入網及終端系統設計

全業務光纖接入網及終端系統設計是為了提供高速、穩定且可靠的網絡連接，滿足用戶對各種服務的需求，包括寬帶互聯網、互連網協議（Internet Protocol，IP）電話、高清視頻以及智能家居等。目前，光接入網技術已成為接入網的主要技術。在有線電視數字化加快的背景下，依托有線電視網的高清數字電視和光纖寬帶網已成為人們日常生活中不可缺少的部分。

2.1 綜合接入終端系統設計

通過使用綜合接入終端設計，用戶可借助一個綜合接入平臺，將有線電視網、光纖寬帶網等各種業務網絡集中連接并綜合接入終端，采用有線或無線的方式進行接入。綜合接入終端系統如圖2 所示[5,6]。

圖2 綜合接入終端系統

2.2 全業務接入網設計

如圖3 所示，各種業務網絡如電信網、有線電視網的各類業務經過協議的轉換接往光纖網絡的光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）。對于各類業務上行和下行承載，在一根光纖采用波分復用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技術，由3 個波長完成。OLT 通過以太網無源光網絡（Ethernet Passive Optical Network，EPON）結構與用戶側的光網絡單元（Optical Network Unit，ONU）相連接，ONU完成光電轉換及處理，將IP 數據業務和數字電視業務通過同軸電纜送至電纜網關。電纜網關將來自ONU 的Internet、互聯網電話協議（Voice over Internet Protocol，VoIP）、交互式網絡電視（Internet Protocol TV，IPTV）等數據進行封裝和變頻，與數字電視信號復用，通過同軸電纜對用戶實現接入。用戶的終端設備對信號進行分離，電視信號送往機頂盒，數據信號送至計算機、IP 機頂盒或電話等，數據信號也可以利用無線設備實現基于Wi-Fi 的WLAN 無線接入。此方案實現了基于光纖和同軸電纜的數據、語音以及視頻等全業務接入，同時實現了有線接入和無線接入的融合。

圖3 全業務接入網設計

3 系統測試及業務承載能力分析

3.1 系統測試

本研究對綜合接入終端的同軸電纜接入部分、光纖接入部分以及整機性能進行了測試，發現參數滿足同軸電纜接入和光纖接入，整機性能穩定，功耗低。整機性能參數如表2 所示。

表2 整機性能參數

3.2 業務承載能力分析研究

高清數字電視、視頻點播業務逐步被大眾認可并使用，用戶的多業務需求使得接入網絡要具有更高的帶寬。無源光網絡具有成本低、技術成熟、兼容性和可控性好、可維護性強以及業務接入類型多等優點，是一種有效提高帶寬的技術，能夠有效提高用戶的帶寬。

3.2.1 基于無源光纖網絡結構的通信視頻點播業務承載

基于無源光纖網絡（Passive Optical Network，PON）結構的通信視頻點播（Video On Demand，VOD）業務承載系統由以下幾部分構成：（1）點播服務器，將數字視頻廣播（Digital Video Broadcasting，DVB）和IPTV 的輪播、點播節目流發至OLT 單元；（2）光鏈路單元，根據用戶的點播命令，與點播服務器進行通信，將節目流發往光分配網（Optical Distribution Network，ODN）；（3）光路分配單元，將下行方向的信號分路，發至ONU 設備，對用戶上行方向的信號進行復用，傳回至OLT 單元，由無源器件組成；（4）光網絡單元，接收下行方向的光信號，根據相應的協議解封裝IPTV 信號，并將DVB 光信號轉換成電信號，對用戶上行方向的電信號轉換成光信號后，使用OLT分配的時隙發送上行信號；（5）綜合接入終端，響應用戶點播命令，對下行輪播、點播的節目流進行解碼。

3.2.2 綜合接入終端的業務承載

廣播式數字電視的業務承載如圖4 所示。經過調制的數字電視節目由混合光纖同軸（Hybrid Fiber Coaxial，HFC）網絡傳輸到綜合接入終端，在其面向同軸接入部分對電視節目進行調諧選臺、接收放大、信號解調、解復用以及解碼，再轉換成模擬信號輸出，接至普通電視機終端，完成收看DVB 廣播節目。

圖4 廣播式數字電視的業務承載

光纖接入網通過光纖連接到綜合接入終端的面向光纖接入部分，綜合接入終端通過RJ-45 口或無線路由與終端進行連接，有線或無線方式完成Web 業務的承載。

3.2.3 基于EPON 的DVB 業務承載

DVB 是一套國際認可的、完整的、公開的、適用于不同媒介的傳輸視頻電視信號的數字電視標準。系統復用以及信源編碼都遵循了MPEG-2 國際標準，DVB 對DVB-S 數字衛星直播系統、DVB-C 數字有線廣播系統、DVB-T 數字地面廣播系統等的信道編碼方式、調制方式、互聯網以及其他網絡的接口協議等標準進行了規范，使采用MPEG-2 的數據廣播在系統內的轉換變得簡單，增加了與其他網絡的通用性。

4 結 論

主要介紹了2 種基于PON 結構的VOD 業務承載和基于EPON 的DVB 業務承載系統。其中，VOD 業務承載系統采用點播式數字電視節目的調制方式，將節目流發至綜合接入終端OLT 單元，完成收看DVB廣播節目。而基于EPON 的DVB 業務承載系統采用DVB 標準，規定了信道編碼方式、調制方式、互聯網以及其他網絡的接口協議等，使采用MPEG-2 的數據廣播在系統內的轉換變得簡單，增加了與其他網絡的通用性。研究結果表明，在視頻方面，既可以接收DVB 廣播式的節目，又可以完成節目的點播，還可以使用普通電視播放MPEG-2 以及H.264 節目。在數據方面，個人計算機等終端可以實現全光纖的接入。