HFC宽带接入技术的演进与发展.docx

hfc宽带接入技术的演进与发展 有线电视网络经过三十多年的发展，从最初的共用天线系统，经过闭路电视系统阶段，到现在的光纤同轴混合网络系统（hfc），现代有线电视网络不再局限于“有线”和“电视”的范畴内，更成为具有综合服务功能的信息网络体系。现代有线电视网络不仅使电视节目的传输数量和质量得到很大的提高，而且服务内容也超出了电视节目传输这个范围，随着电信网、电视传输网、互联网“三网融合”的推进，有线电视网络以全面数字化为基础，实现网络内任意点间的数据传输，利用网络带宽优势，成为一个具有统一规划，宽带高速的国家和全球信息基础设施，在这个基础上，广电运营商逐步往全业务和信息服务商方向转型。相对于国内三网融合以城市为单位试点，国外的发展步伐要快一些，comcast作为美国最大的有线电视服务商，拥有2460万有线电视用户，目前同时提供宽带接入和ip语音服务，目前的宽带接入用户数是1440万户，是仅次于at&t的美国第二大互联网服务商。有线电视系统发展历程 有线电视系统初始的用途是传输电视信号，采用有线电视同轴电缆（coax）传输,用于传输模拟电视信号。国内的有线电视系统采用的是欧洲标准，与美国标准有很大的差异。在模拟时代，一个模拟电视频道占用8mhz带宽，不同的电视节目频道调制到不同的频率上，利用频分复用实现在一条有线电视电缆传输不同的电视节目频道，以8m带宽分割频道的技术标准一直被沿用。 有线电视的发展经历过350m系统、450m系统、550m系统，750m系统及860m系统等，通频值越大的系统，传输能力越强。现代的有线电视网络普遍为光纤和电缆的混合组网方式（hfc），并且光纤节点越来越向用户端靠近，传统有线电视电缆日渐退缩，这一趋势被称为“光进铜退”，当前主流的光终端覆盖范围为300-500用户，更好的发展方向为光终端覆盖30-50用户，光终端与电缆的转接点同时也是数据业务的pop点，pop点越接近用户，用户能获得的接入带宽和信号质量就越好。 国家广播电影电视行业标准中的有线电视广播系统技术规范（gy-t 106-1999）对有线电视广播系统的频率在0-1000mhz范围内做了规定，见下表：波段频率范围（mhz）业务内容r5-65上行业务x65-87过渡带fm87-108广播业务a110-1000模拟电视、数字电视、数据业务有线电视传输的数字化 有线电视的数字化规范上世纪九十年代开始制定，国内在2002年左右开始实施有线电视数字化改造，采用的技术标准沿袭了欧洲的dvb标准，即dvb-c，信源编码采用mpeg-2，较新的系统可以支持h.264的信源编码。宁波数字电视目前已经全面数字化，提供200套左右的电视直播服务，其中高清节目20多套，2013年开始逐小区停止模拟信号提供，同时开展高清点播业务。数字有线电视与模拟有线电视的在调制技术上有很大的差异，模拟调制是把视音频信号搬到不同的频率，而数字调制是把二进制的数字信号调制到正弦波并搬迁到适当的频带上，常见的调制方式有qam(正交振幅键控)和qpsk（四相相移键控），其中qam调制可以分为二进制qam（4qam）、四进制qam（16qam）、八进制qam（64qam）及更高， 星座图上分别有4、16、64、个矢量端点。阶数越高，数据传输能力就越强，对电路要求也越高同时抗干扰能力就越低，4qam的数据传输率与qpsk相同，有线数字电视多采用64qam调制方式，qpsk则用于卫星数字电视（dvb-s）。信道数据速率的计算公式是（m为qam调制等级）：信道数据速率=频道利用率信道带宽log2m通常下行通道的频道利用率为0.869，那么可以计算出8m的信道带宽在qam64调制的情况下的数据速率为38mbps。一般标准清晰度的电视直播频道的传输速率要求为5-8mbps，1080i的高清电视用h.264编码的直播频道传输速率大约8mbps,因此有线电视的数字化传输能够大大提高电视节目传送的数量。docsis 标准 数字化的有线电视系统能够传输电视节目，同样也能够进行数据传输，不同的是双向数据通信需要双向化的技术标准。美国有线电视实验室有限公司（cable labs）1997年3月颁布了应用于hfc网的有线传输数据业务接口规范（data over cable service interface specification，docsis），定义如何通过电缆调制解调器(cable modem)提供双向数据业务。最新的docsis第3.1版标准于2013年10月底正式发布。上海和深圳是国内依照docsis标准开展广电宽带接入业务最早的也是最具规模的城市，2002年左右，宁波广电也进行过这种技术方式的宽带接入的试点，但最终，宁波广电转入了epon接入的模式。到2012年底为止docsis标准仍然是国内广电进行宽带接入使用最多的技术，但增速已经很慢，预计2013年底，采用epon +eoc 的方式会上升到第一位。 不同版本docsis主要区别版本重点服务docsis 1.0 上行5mbps数据、互联网接入docsis 1.1上行10mbpsqos增强的安全性增强的操作系统接口服务分等级docsis 2.0上行30mbpss cdma或 a-tdma 更高的上行速率docsis 3.0多频道捆绑，最少绑定4个频道（上下行），至少下行160bps ，上行120mbps高级加密标准(aes),支持ipv6优化带宽多媒体业务docsis 3.1上行1gbps/下行10gbps192mhz一个信道4096qamqos更好，可显著地降低网络延迟利用主动队列管理（active queue management）来减轻网络流量拥塞新标准，新业务待探索 深圳天威视讯于2009年提出mini-cmts架构，本质是将docsis 系统的头端设备cmts小型化，并与epon相结合，将头端设备更加接近用户端，从而提高接入品质和用户带宽。2012年8月按照mini-cmts架构思想，依托docsis 3.0标准的c-docsis标准正式通过广电总局的标准审查会，成为具有中国特色的有线电缆数据接入标准。目前华数传媒有1000个c-docsis的基站在部署。epon(ethernet passive optical network)网络2004年ieee发布了epon（以太网无源光网络）技术标准，epon作为光接入网的技术， 在市场的需求中迅速成熟并得到了广泛应用。epon采用以太网的传输格式，消除了复杂的传输协议转换带来的成本因素；采用单纤波分复用技术（下行1490nm，上行1310nm），一根主干光纤和一个olt，传输距离可达20公里。在onu侧通过光分路器分送给最多64个用户，因此可大大降低olt和主干光纤的成本压力。epon网络覆盖的方式有fttn（光纤到光节点）、fttb（光纤到楼和ftth（光纤到户）。fttn是广电用得比较多的方案，有线电视线的传输距离比网线要长，中间还可以信号放大。光纤到光节点后采用epon+eoc的方式入户。fttb各运营商普遍应用，光纤到楼道后采用epon+lan的方式入户。2007年，宁波数字电视公司正式挂牌，以epon+eoc和epon+lan 两种方式作为双向网络改造的方式，在宁波市老三区、高新区和东钱湖范围内完成了双向网络全覆盖，互动电视用户终端超过10万，宽带接入用户超过3万（不含与中国移动合作部分）。 fttb+lan接入方案ftth是国家对高速宽带接入的强制标准，有线电视网络与单纯传输数据的电信运营商的方式有所不同，有线电视信号传输使用波长1550nm,采用单纤合波方案或双纤方案实现有线电视信号和宽带接入一条线缆解决，有利于降低施工成本，方便用户使用。 广电ftth单纤方案 广电ftth双纤方案eoc（ethernet over coax）技术eoc是对所有在有线同轴电缆上传输以太网信号技术的统称，标准的或非标的eoc技术大约有10种左右，其中moca、同轴wifi利用了同轴电缆800m-1500m的空闲频带，基带eoc 、hpna、plc等利用65m以下的频带。plc（powerline communication）电力线高速数据通信技术，是用得做多的eoc技术，约占所有国内所有eoc的三分之二。 home plug(home plug powerline alliance，家庭插座电力线联盟)的标准，这种协议被移植到有线电视线上，现在宣布支持ieee p1901，不再单独发展。homeplug/av标准主要由芯片厂商intellon技术为基础，6400芯片的物理层带宽为200m，7400芯片物理层带宽为500m，后续有规划物理层1g带宽的产品，基于intellon 6400芯片的eoc设备是目前国内使用量最大的方案。homeplug/bpl 主要由西班牙的ds2和法国的spidcom公司，国内应用较少。基于ipqam的vod系统ipqam是集合“复用、加扰、调制、频率变换”功能为一体的边缘调制设备，基于ipqam的vod点播是现阶段广电很有特点的视频点播方案。视频点播的请求信号可以通过任何双向的通道，在服务端的节目库中查找所需要观看的节目，完成后发出播出请求，服务端通过与请求端的协商，把相应的视频节目以电视播出的方式让使用者接收，因为电视播出方式在通道上是不会受到竞争的，因此用户有非常好的收看效果，不会出现在互联网视频上常见的缓存、卡顿的现象，能提供很好的用户体验。基于在实现数字电视直播电视高清化的同时提供了视频点播的高清化， 目前宁波数字电视提供基于h.264 8mbps带宽需求的高清视频点播。这套系统的另外一个优势的可以逐步扩容和平滑过渡，在刚开始部署的时候可以少部署ipqam设备，当发现用户增长的时候，可以增加ipqam设备或模块，且设备部署从逻辑上向边缘靠近，这种方式被称为空分复用，可以避免前期大规模的资金投入。 ipqam视频点播系统原理图接入技术展望 利用有线电视网络实现宽带接入的研究还在继续，有线电视入户电缆的数据传输能力仅次于光纤，而入户率却远远高于光纤接入。有线电视网络宽带数据接入的新技术标准除了今年已经出台了的docsis 3.1 外，另外还有两个关注点：epoc和 hinoc。 epoc：epon+eoc是中国有线电视运营商在实践中创造出的有线宽带接入方式，这种方式引起了国际的关注，2011年11月, ieee 802.3工作组全票通过成立了epoc标准研究组，使epoc成为下一代hfc接入网的发展方向之一,epoc 使原来标准比较混乱的epon+eoc这种方式的技术标准能够得到统一，以epon mac统一epon+eoc，以实现整个系统端到端的管理、控制和调度。epoc的具体研究范围是：支持epon上层协议（只对其做些许适应性改变）在有线运营商同轴分配网上透明运行的phy标准（上、下行分别可达10gbit/s吞吐量，支持对称及/或非对称全双工）。 hinoc：同轴电缆宽带接入技术（high performancenetwork over coax,），国家重大科技专项、863项目的支持项目。hinoc的研究是利用860mhz-1.5ghz的带外信道，同时适用于低频段传输。在高频段研发适合在有线电视线缆上实现数据传输的新标准，这可能是wifi降频未被列入ngb标准的最大原因。hinoc 2.0 系统正在研发中。最高物理层传输速率1gbps，hinoc 将来很可能会与moca统一。 综合来看，由于高效编码、高阶调制（4096qam）、多信道绑定等技术因素，有线电视的宽带数据接入10g级别的传输技术将会投入实用。有线电视网络数据将会实现多业务支持。融合与统一，epon+eoc向epoc发展，docsis3.1与epoc融合在调制带宽和信道通信方式也已经统一。ip化是发展趋势，dvb最终会消亡，dvb的单向传送特性不符合电视发展得趋势，但有线电视网络可以承载ip网络。ftth是最终的趋势，hfc还有潜力可挖，同轴电缆作为入户线缆的数据传输能力非常可观，且适合滚动发展，所以仍然有很大的实用价值，可以帮助广电实现业务的平滑过渡。有线电视与互联网的融合业务 2013年对有线电视行业是不寻常的一年，基于互联网的视频业务开始爆发，从机顶盒厂商到互联网视频服务商，乃至电子商务巨头带着各自的目的涌向电视屏幕，各种类型的基于安卓系统的盒子、电视棒令人眼花缭乱，在这样的环境下，有线电视行业与互联网融合的步伐加快了。 移动互联网的发展改变了人们的生活习惯，同时也给电视屏幕带来了新的应用方式，电视机的大屏和移动终端的操控形成了合作关系，“多屏互动”应运而生。通过安装在移动终端上的应用，可以把移动终端作为电视遥控器和电视游戏的手柄，可以把电视屏幕上播放的直播、点播的节目拉到手机上播放，实现“有线电视无线看”，也可以把移动终端上播放的视频推到电视大屏上观看。有线电视与wifi相结合产生了新的收看模式，移动终端收看直播视频而无需互联网流量，因此也避免了网络拥塞，传统有线电视的业务范围实现了从固定到移动，从室内到室外，从家庭到公共场合的跨越。移动终端的互联网化加速了电视终端的互联网化，有线电视行业多年来的双向改造到了一个从量变到质变的时刻，不妨把电视屏幕的互联网化叫做“电视互联网”。互联网化的电视，视频展示能力依旧是它的长处，除了传统的视频点播直播业务，电视机与观看者的距离是非常适合发展可视通信业务，而基于可视通信基础的远程医疗、远程教育、可视化购物、远程监控等