ＥＰＯＮ在有线电视ＨＦＣ网络上的优势与应用

中图分类号:TN94文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)0710013-01

目前,广电网络正面临着数字电视的变革,随着网络技术的不断发展,新业务的出现促进了业务模式的变化和广电网络技术的不断进步,同时也带来了新的市场机会和发展可能,使广电网络的运营面临着新的机遇和挑战,用EPON技术构建双向网络,可实现光纤到户,大大加快全民的信息化进程。

CATV(共天线电视/有线电视/电缆电视)网络原本旨在传送模拟的广播电视信号到用户的电视机上。为这一目标,CATV网络采用树形拓扑而且它的频谱都分配用作下行模拟信道。典型地,CATV网络采用混合光纤同轴电缆(HFC)结构(图1)。光纤连接头端至光接收机,光接收机至用户之间为同轴电缆传输。网络的同轴部分使用放大器、延长放大器和分配器来支持众多用户。

面对来自电信运营商提供互联网业务的竞争,有线电视运营商通过在HFC网络上提供数据业务参加到竞争中。在HFC上提供数据业务要求更换原本仅下行放大模拟信号的光接收机、放大器为双向光接收机、放大器以使上行数据通过。此外,为防止多用户同时发送上行数据而发生冲突还需媒质介入进行控制。但是,CATV网络承载数据业务的主要局限在于它的网络结构是仅为传送广播模拟业务而设计的,所以导致高峰期上网速度很慢。

现有的宽带接入解决方案不能提供足够的带宽以支持需求日益增长的VoD、互动游戏、双向视频会议等业务。接入网发展的下一步就是把光纤接到办公室、居民楼或居民家里。不同于原来的光纤作为馈线的结构,接入网的新发展是光纤贯穿整个接入网。成本与DSL或双向HFC相当、支持Gbit/s级速率的新光纤接入网开始出现了。

图1混合光纤同轴电缆(HFC)网络结构

PON(无源光网络,图2)是点对多点的、信号源至目的之间没有有源器件的光网络。PON内部使用的部件是无源的光部件,像光纤、光分路器等。PON接入网仅需要(N+1)个光收发器和L光纤。

EPON(以太网的无源光网络)是PON技术中最新的一种,由IEEE802.3

EFM(Ethernet for the First Mile)提出。EPON是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和TDM(Time Division Multipexing)时分MAC(Media Access Control)媒体访问控制方式提供多种综合业务的宽带接入技术。

图2无源光网络(PON)网络结构

EPON的主要特点包括以下几个方面:

1.下行数据以变长以太包的形式从OLT下行广播到多个ONU,每个以太包带有逻辑链路标识符(LLID),以确定该以太包是发给ONU1、ONU2还是ONU3,某些以太包还可能是发给所有ONU的(广播包),或发给特定的ONU组的(多组包),当资料到达ONU时,ONU接收专门发给它的以太包而丢弃发给其它ONU的以太包,例如,ONU1接收以太包,但只将以太包传输给最终用户。(图3)

2.上行数据利用时分多址(TDMA)技术管理上行传输,其中1个传输时隙是专门用于某个ONU的,各个时隙都保持同步,彼此间留有间隙,使各个ONU的资料汇合到公共光纤的时候不会发生碰撞。在注册以后,每个ONU在OLT预先安排的时隙报告自己的用户资料队列情况,(服务等级、队列长度等)OLT根据各个ONU的报告及既定策略给每一个ONU安排发送时隙的起点和长度,实现动态带宽分配。(图4)

图3Epon的下行传输

图4Epon的上行传输

它的关键技术主要有以下几点:

1.ONU光发送机的突发发送技术(激光器突发驱动、突发自动功率控制)和OLT光接收机的突发接收技术(突发自动判决门限设置和突发时钟资料恢复);

2.多点控制(MPCP)软件的设计与实现,包括注册、测距和动态带宽分配及OAM软件的编制;

3.MAC控制器电路的设计与实现,包括FPGA电路和专用集成电路(ASIC)的设计与实现,这是EPON的核心技术;

4.与电视网络具有相同的拓扑结构,是点到多点的广播网络;

5.实现光路无源化,具有更高的稳定性、安全性,大大降低了维护成本。

EPON系统可以覆盖10-20公里范围的接入点。在城市中楼宇分布比较分散,如果采用点到点的组网方式,将占用大量局端端口资源和光纤资源,使用EPON网络可以节省大量局端端口和干路光纤,EPON网络分支点是无源设备,不需要电源等机房设施,也可以节省大量投资。

HFC网络的下行结构与无源光网络一样采用星型结构,与EPON十分相似。目前的HFC网络主要使用1310nm波长,对使用1550nm波长的网络或新建网络中,可采用EPON+1550nm的方案,这种方案在同一个光纤网络上做简单的配置,就可在较短时间内完成网络的叠加。

EPON在广电网络里的典型方案主要有:

EPON+LAN设计方案。在这个方案中OLT利用分前端光纤到小区机房光分路器,光分路器分光接入各个楼宇/道ONU,ONU采用LAN入户,承载数字电视点播信号和宽带上网等多业务。下行的模拟和数字电视信号通过原有的光纤和HFC线路下行,实现HFC入户。另外,如果CATV信号波长为1550nm,可将分前端光纤与OLT进行合波,通过一根光纤进行传输,在小区机房进行分波,分别分出CATV信号和EPON光信号,由此可有效节省线路光纤资源。这种方案设计,可以使单位用户独占线路资源,不存在相互干扰的问题,开展点播业务不需要新增用户的终端投入,比较适合于老小区的改造,从而有效节省开通成本。

EPON+EOC设计方案。在这个方案中OLT利用分前端光纤到小区机房光分路器,光分路器分光接人各个ONU,然后以EOC方式下行。EOC合成器安排在小区楼道,将有线电视信号和数据信号进行合成。通过原有HFC线缆传送到用户家中,最终通过用户家的EoC终端分离出有线电视信号和数据信号,用户数字电视点播信号通过EOC方式上行。EOC利用现有网络的同轴电缆、分支分配器资源,能够有效节省建网成本。这种方案施工难度小,工作量少,设计速度快,不受同轴网络上的噪声对系统传输质量的影响,降低了施工难度。

参考文献:

[1]格伦.克雷默,基于以太网的无源光网络,北京邮电大学出版社,2006.1.

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