EPON+EoC——HFC双向改造的新思路.doc

Author:Created:Changed:Printed:24/11/200624/11/200624/11/2006Filename:Technique Evaluation SA 20060328Title:Internal ReferenceEPON+EoCHFC 双向改造的新思路目前全国正在进行数字化整体平移，有线电视数字化使整个有线电视的业务、运营模式发生了革命性的变化。新业务和新运营模式对网络提出了新的要求，最集中的体现就是要求实现双向。由于铜资源越来越紧缺，铜价不断上涨，铜缆越来越贵，伦敦金属交易所（LondonMetal 3 倍，今年 1 月到 5 月价格就上涨了 59%，5 类线价格上涨了 50；而光纤、光设备不断降价，越来越便宜。光进铜退自然成为发展趋势，光纤越来越靠近用户、每个光节点覆盖的用户数越来越少（2000500100），目前已经进入 FTTP 时代。由于光纤到楼、到单元，同轴电缆无源化。而无源同轴是没有方向性的，因此基于同轴电缆的双向接入技术有了新的发展，最后 100 米无源同轴双向接入技术成为市场热点。IP 化是网络发展的又一个新动向：新一代编解码技术都是基于 IP 的，前端必然 IP化；前端 IP 化必然带动传送网的 IP 化，欧美和印度都已经开始骨干网的 IP 化；最终的必然趋势是全网 IP 化。我们必须清醒地认识这一形势并在网络建设和改造当中积极应对和采用 IP 化技术。归结起来，整个网络正面临数字化、光纤化、IP 化。目前主流的双向改造方案主要有两种，一种是基于 HFC 的双向改造方案（CM 方案），另一种是光纤收发器到楼LAN 入户方案CM 方案的最大优势在于高度集中：除了分前端（前端）的 CMTS 和用户端的 CM 以外，没有其他有源的数据网设备，因此管理、维护比较方便。CMTS 的另一大优势是时间成本低：一旦部署了 CMTS，就像电信 ADSL 一样可以随时开通用户，这对竞争是非常重要的。另外，覆盖范围大，单从宽带接入业务考虑，CMTS 可以分期投资，逐步扩充。CM 的标准化、成熟度也是其它方案难以比拟的。DOCSIS 标准的带宽利用率最高，能达到的吞吐量也最高。DOCSIS3.0 采用频道捆绑技术可以大大提高速率，甚至达到下行 1Gbps、上行500Mbps 的水平，这是目前所有其它铜缆接入技术无法达到的。在同轴占 HFC 网络中较大比例的时代，CMTS 几乎是基于同轴的唯一可选双向改造方案。但 CMTS 单位带宽成本太高是这个方案的致命弱点。短期内如果只作宽带接入和上网，每个信道实际接入服务 200 户以下（覆盖 2000 户以下），由于共享和非同时应用，上网速度还可以达到 200k2M，如果作流媒体服务（IPTV、VOD 等现在流行的新业务），每个用户都需要长时间占用网络、大流量吞吐数据，每个信道只能服务 40 户以下，成本就太高了。如果 CMTS 能够降价 90以上（这不太可能）就是一个性价比较高的方案了。另外，反向噪声汇聚也是一个工程和维护头疼的问题。光纤到楼和 xPON 技术的成熟、产品降价（每线 GEPON 平均带宽 32M，不同渗透率时到户造价 20006000 元，按 32 户分摊的成本仅 62.5167.5 元）使得 CM 接入方式（当户平带宽 1M 时造价3000 元户）受到越来越大的挑战。全球只有北美地区 CMTS 占据了超过 60的宽带接入市场份额，这一方面和政府对有线网络运营商经营多业务的支持有关，另一方面也和北美分散的居住条件有关，但近两年1Author:Created:Changed:Printed:24/11/200624/11/200624/11/2006Filename:Technique Evaluation SA 20060328Title:Internal Reference市场占有率也有下降的趋势。许多大厂（SA、哈雷、华为）停产 CMTS 也从一个侧面反映了对 CMTS 发展不利的一面。光纤收发器到楼（目前应该是 xPON 到楼）LAN 入户方案曾经是理论上成本最低的方案，这种方式在 5 类线上没有调制解调环节，如果不考虑重新布线，肯定是性价比最高的，因此在已经布好 5 类线的建筑当中应该采用 FTTPLAN 模式。但一定要处理好产权。FTTPLAN 模式经常存在的最大问题是时间成本和隐性成本太高：由于需要重新布线，常常需要很长的协调和施工时间，造成客户不满，甚至流失。而为了解决这一问题大规模布线，又造成另一个缺陷：用户开通率低时成本过高。开通率低恰恰是广电行业从事宽带接入服务的普遍现象。ADSL 一线成本已经降到 300400 元，户平带宽已经达到 1M，这使得我们在与电信运营商的竞争中在成本和带宽上面临极大的压力。中国有线电视网的现状是 90的网络都还没有进行双向改造，因此现在改造网络完全可以根据各地实际情况和技术的发展选择性价比最高的方案。在光纤到楼时代，可以用于无源同轴的双向接入技术越来越多，我们应该而且可以寻找新的出路！目前最值得关注的就是无源光网络和最后 100 米无源同轴接入技术。1.无源光网络（PONPassive Optical Networks）该技术是为了支持点到多点应用发展起来的光接入技术。基本网络结构见下图：a) OLTOpticalb) ONUOpticalc) POSPassived) ODNOptical语音无源光网络（PON）光分路器ONUONUONU数据OLTODNONU视频局端光分路器ONU2Author:Created:Changed:Printed:24/11/200624/11/200624/11/2006Filename:Technique Evaluation SA 20060328Title:Internal ReferencePON 原理PON 采用单纤波分复用技术ONU 1下行 1490nm ；上行 1310nm ；1550nm 可选，用于视频 ；波分合路光发送器光接收器介质接入逻辑数据发送数据接收OLTONU 2数据发送数据接收介质接入逻辑光发送器光接收器波分合路1:n无源光分路器ONU nPON 和多级交换光纤收发器的方案比，无论从成本、性能、可靠性还是维护管理等方面都有优势。成本：见下图，如果交换机集中在分前端，光纤收发器模式需要敷设大量光纤，管道，HUBFTTP，点对点网络，N/2N 光纤，2N 光收发交换机2NFTTC，到路边点对点网络OLT 2Ntransceivers最少光纤，2N2 光收发器，中间有源节点FTTP，点对多点 PON 网络，最少光纤，1N 光收发器，中间无源光分路光纤、施工、维护成本大大增加；如果采用交换机级连，尽管一线 PON 的成本超过一对百兆光纤收发器，但如果考虑光纤收发器模式需加多级交换机、机房和电源的投资，那投资就大多了。性能：如下图所示，光纤收发器是百兆光模块（这是目前实际采用的），GEPON 是千兆光模块。3Author:Created:Changed:Printed:24/11/200624/11/200624/11/2006Filename:Technique Evaluation SA 20060328Title:Internal Reference楼头交换单元交换GE机机千兆路由HUB小区楼栋交换机GEOLT光分路器光分路器ONU交光收发GE 换和处理单元交换机EPON 与光纤收发器的对比可靠性：GEPON 由于中间无源，光分路器只是增加一些熔接点，因此可靠性非常高。维护管理：GEPON 由于中间不需要机房、电源，没有活动接头，因此基本是免维的，OLT 和 ONU（包括集成在 ONU 中的交换机）都是可管理的；而光纤收发器和楼头交换机多数是不支持 SNMP 的，这也是目前的实际情况。各种基于无源同轴的宽带接入（EoC）方案目前可以用于无源同轴网的双向接入技术越来越多，通称为 EoC（Ethernetcoax 以太数据通过同轴电缆传输）。21WLAN 的最大优势在于价格低、标准化程度高，还有越来越多的终端内置了 WLAN 模块。从技术上讲，采用了 OFDM 调制技术，动态范围大、抗多径干扰，因此十分强壮。最大的缺点是频率高、损耗大、分配系统的无源器件需要更换。在高密集区（比如高层建筑和其它短布线的地方）目前是一个性价比最高的方案，但布线长时可能不能保证可靠通信（融创经纬有中继方案，但那样就没有性价比高的优势了）。如果只在一个单元内应该没有问题。无线还是家庭联网最有优势的方案之一。为了减少更换无源器件的数量，这种方案还要求集中分配安装方式（这是方向，特别是数字化以后），因此不能普遍适用。目前提供这种方案的接入设备厂家有两种技术路线，一种是纯同轴方案，另一种是同轴加无线方案。前者由于信号全部在同轴中传输，因此损耗小，能覆盖的范围大，不存在干扰和被干扰，安全性好，但用户端设备接口需要定制，不能利用越来越广泛地预置在电脑中的无线模块。由于 WLAN 的有效吞吐量不高（802.11G 只有半双工 20M，Super 也只有半双工40M），因此超过 100 米无源同轴的范围并无实际意义。后者的理念是最后 30 米无源同轴入户，然后在室内用无线方式连接。这种方式的最大优点是可以利用越来越广泛预置在电4百兆交换机2Author:Created:Changed:Printed:24/11/200624/11/200624/11/2006Filename:Technique Evaluation SA 20060328Title:Internal Reference脑和其它家电中的无线模块，降低了终端投资。同时移动连接也是用户喜爱的方式。但这种方案存在干扰和被干扰，安全性也不如前者。另外，由于自由空间损耗远大于同轴（2.5GHz 信号在 1 米自由空间中的理论传输损耗40dB，在 100 米5 同轴电缆中的实际传输损耗约 36dB），因此室内无线连接的可靠性是个问题。为了保持高速率可靠连接，有时需要增加发射功率，这无疑增加了成本，而且客户端增加发射功率是不现实的，甚至是不允许的（信部无 号文件规定等效全向辐射功率(EIRP)：10020dBm，减去天线增益还不到 20dBm）。WLAN 如果能够降低频率而又保持成本优势，将是一个极有竞争力的方案。降低频率有两种办法：第一，射频芯片直接降频；第二，变频。最近已经有些公司开发了 700MHz1000MHz 的射频芯片,也有公司采用了变频方案。22HPNA3.0 是国际（ITUT）标准，目前正在制订 3.1 版本，物理层速率达到 320Mbps。调制效率高（最高 10bit/Sym），带宽利用率高（16MHz 有效带宽达到物理层速率128Mbps），能达到的吞吐量也高（80Mbps）。但目前芯片厂家不多，产品刚刚出来，也不够成熟。因为是 ITUT 标准，希望会有更多芯片和产品厂家加入。家庭联网产品，预期降价也会比较快。它也占用低频段（428MHz），传输损耗小，但干扰大。3.1 版本提高到3062MHz 会有改善。虽然动态范围不及 WLAN 和 PLC，但覆盖最后 500 米是没有问题的。23PLC 技术近来发展很快，HomePlug AV 标准物理层速率达到 200Mbps，吞吐量也达到80Mbps（理论可达 100M），它和 WLAN 的调制技术、MAC 层协议都很相似，但由于使用低频段，从技术上有比较优势，不仅可以适用于最后 100 米，还可以适用于最后 1 公里。从试验结果看，抗噪声、抗多径是 PLC 的突出优点。但代价是开销大，效率低。目前还没有国际标准，只有联盟标准（IEEE 标准正在制订中）；200M 芯片也推出不久，还不够成熟，价格也比较高。它也是家庭联网最具优势的产品，因此发展会比较快，预期降价也会比较快。另外，45M 的芯片已经成熟应用多年，吞吐量也有半双工 20M 左右，和 802.11G 相当，也是近期可以考虑的一种选择。24MoCA 采用和 WLAN 相同的技术，占用带宽 50MHz，因此速率高，可达到 270Mbps 物理层速率和 100Mbps 吞吐量。使用频带：800MHz1500MHz，选择 1GHz 以下频段可以不用改网。只能支持 31 个用户。只有一个芯片厂家（Entropic），价格较高，产品不够成熟。2. 华为 Uclink、普天 e 视通（CableRAN）、襄樊博创的线缆交换机，还有 Arris 的 CXM等非主流产品都有各自特点，都在一定范围内有所应用，但都是非标准产品。标准化对分区型接入网而言并非必要，只要产品有突出的性价比优势、能够保证长期服务，都是可以选择的。否则需要谨慎论证。5Author:Created:Changed:Printed:24/11/200624/11/200624/11/2006Filename:Technique Evaluation SA 20060328Title:Internal Reference2.6 基带方案在许多情况下也是可以考虑的。比如 5 类线布线碰到困难的时候或距离较长时，可以利用同轴电缆代替做基带传输（占用 030MHz 频带