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衣累终
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1 Business & Operation 业务与运营基于 EoC 的 HFC 接入网络双向改造技术及应用任伶俐查澜中国联合网络通信有限公司贵州省分公司贵阳 Business & Operation 摘要随着三网融合的深入推进, 通过 EoC(Ethernet over Coax) 技术对现有 HFC(Hybrid Fiber-Coaxial) 接入网络进行双向改造, 建设一个双向宽带数字化的用户接入网络, 能充分利用资源发挥电信企业和广电企业的各自优势, 逐步向网络多业务运营方向发展通过对各种 EoC 技术的分析, 提出基于 EoC 的 HFC 接入网络双向改造应用解决方案关键词三网融合 ; 双向改造 ;EoC;MOCA 国务院关于 2009 年深化经济体制改革工作的意见明确提出落实国家相关规定, 实现广电和电信企分前端一级和二级传输网接入分配网三大部分组成其结构图如图 1 所示业的双向进入, 推动三网融合取得实质性进展的要求中国目前有将近 1.6 亿有线电视用户, 是全世界规模最大的有线电视 HFC( 光纤和同轴电缆相结合的混合网络 ) 网络, 资源非常丰富, 但因主体为单向网络, 业务支持能力有限, 电信企业与广电企业进行资源合作, 通过 EoC( 通过同轴电缆传输以太数据的技术 ) 技术对现有 HFC 接入网络进行双向改造, 建设一个双向宽带数字化的用户接入网络, 向具有多业务承载能力的双向宽带信息网络演进, 能充分发挥电信企业和广电企业的各自优势, 逐步向网络多业务运营方向发展, 真正实现三网融合的目标本文主要分析了基于 EoC 的 HFC 接入网络双向改造技术, 并提出应用解决方案 [1] 1 HFC 网络基本结构及双向改造目标 HFC 网络是一个单方向传输宽带广播式信号的信道利用广播信道构建的传输和分配平台称为广播平台广播信道基本结构模型通常由一个总前端和若干个图 1 单向 HFC 网络基本模型 HFC 网络双向改造是通过建立双向的城域网和接入网为用户提供综合业务的双向传输统目前广电企业的 HFC 城域网双向改造已陆续完成,HFC 接入网的改造模式正在探索和实践中, 基本结构模型通常由城域

2 务与运营图 2 双向改造后的有线电视网络结构业网接入网用户端等几部分组成其逻辑结构图如图 2 所示是当前比较成熟的 HFC 网络双向解决方案,CMTS 在运营和维护上所需要的成本比较高, 而且对环境技术水城域网 : 有线电视双向网的城域网由两部分构成, 第一部分为总前端和分前端构成的广播网络, 第二部分为由 IP 网络核心路由交换和传输以及汇聚交换构成的高速数据主干网络广播网络一般采用星型和 ( 或 ) 环型架构, 能够提供数字和模拟电视广播的功能 ; 数据主干网络一般呈网状联接, 具有提供大容量高速数据路由交换转发以及汇聚功能接入网 : 有线电视双向网的接入网有两种基本结构, 一种是基于光纤和同轴电缆的双向数据传输网络, 另一种是基于光纤和五类线的双向数据传输网络用户端 : 有线电视双向网的用户端接入线路有两种类型, 一类采用同轴电缆入户的接入类型, 另一类是采用五类线入户的接入类型本文涉及的 HFC 接入网络双向改造是基于光纤和同轴电缆的接入网络结构 2 HFC 接入网络双向改造主要技术方案比较分析 [2] 2.1 HFC 接入网络双向改造主要技术方案介绍 1) CMTS(Cable Modem Terminal Systems, 电缆调制解调器终端系统 )+CM(Cable Modem) 接入方案是在有线电视网上用 CM 进行宽带接入和数据传输的, 平等方面的要求也比较高 2) EPON(Ethernet Passive Optical Network, 以太网无源光网络 )+LAN(Local Area Network, 局域网 ) 技术方案将数据业务和电视业务分网建设, OLT(Optical Line Terminal, 光缆终端设备 ) 上联接入数据网,ONU(Optical Network Unit, 光节点 ) 直接接入或者通过下联的交换机接入 STB(Set Top Box, 机顶盒 ), 提供 IPTV/HDTV 视频业务, 实现数据业务和电视回传业务, 此种类型整体结构比较清晰, 以太网技术也已比较成熟, 但问题在于工程施工造价偏高, 需要在已有住户小区重新布线, 对居民的影响比较大, 同时用户开通业务也比较慢 3) EPON+EoC 技术指的是一类技术, 该方案主干线采用 EPON 技术, 充分利用原有线网光纤资源,OLT 部署在分中心,ONU 部署到小区光接收机后或用户电放大器后面在光接收机或用户放大器后接近用户的点 ( 根据现有 HFC 网络的不同而采取不同方式 ), 插入 EoC 局端设备, 终端用户购置相应的 EoC 终端设备, 通过目前的有线电视网络, 实现网络的双向化本文主要阐述其中最关键的 EoC 技术 2.2 三种技术的对比 CMTS+CM 方案的优势在于 : 一是技术标准和产 8 信息通信技术

3 品成熟, 可支持多种业务 ; 二是利用现有网络既可开展双向业务, 用户电缆改造工程量小, 入户容易但 CMTS+CM 方案需要对 HFC 光电传输链路部分进行双向改造, 噪声汇聚效应也影响系统的带宽和性能, 因此, 对同轴缆及接头质量以及施工工艺质量要求都比较高而且由于 CMTS 的带宽限制, 可承载业务有限, 无法满足大带宽业务的需求太数据信号 IP DATA 和有线电视信号 TV RF 采用频分复用技术, 使这两个信号在同一根同轴电缆里共缆传输根据我国有线电视网络频率分割的标准, 将 IP DATA 信号在低频段或者高频段进行传输在楼宇内利用 HFC 网络入户的同轴电缆将 IP DATA 和 TV RF 混合信号直接传送至用户端, 再在用户端实现混合信号的分离, 频率复用如图 3 所示 Business & Operation 图 3 EoC 技术频分复用图 EPON+LAN 技术有许多优势, 首先是 LAN 的网络接入带宽宽, 可承载多种业务, 并且易于提高接入带宽 ; 其次是 LAN 的产品成熟价格低, 生产厂商多但 EPON+LAN 的前期投入大, 开通全网业务的资金门槛高, 重新入户施工, 施工量及施工难度都较大而且二张网络分开运营对维护人员的素质要求较高 EPON+EoC 技术充分利用现有网络上的同轴电缆分支分配器资源, 入户施工难度小, 改造速度快, 节省建网成本既可以保护现有投资, 也可与广电现网更好的融合 EPON 的改造是与广电现有城域网的光纤 Cable 相匹配的, 基本不需要改动, 符合未来三网合一发展方向, 支持合光模式, 可以将广电的电视信号与 EPON 的以太网信号通过一个光纤共纤传输, 到小区再分节目与 ONU( 光节点 ), 符合光纤到户 (FTTH,Fiber To The Home) 的网络发展趋势, 每用户带宽可以满足双向业务发展需要, 是目前 HFC 接入网络双向改造的优选技术方案 3 四种主要的 EoC 技术 EoC 是以太网信号在同轴电缆上的一种传输技术, 原有以太网络信号的帧格式没有改变 EoC 技术将以 EoC 分为有源 EoC 和无源 EoC 技术无源 EoC 技术采用以太网基带传输系统, 以 10 Mbit/s(10BASE-T) 速率传输时, 以太网信号的功率谱主要集中在 0.5~15 MHz 范围内, 可以低成本地在有线电视 HFC 网络中通过同轴电缆实现 100 m 距离无中继的 10 BASE-T 通信, 目前部分厂家可以提供无源 EoC 设备, 但只能应用于集中式的电缆分配网, 适用范围比较小常用的 EoC 技术以有源 EoC 为主, 常用的有源 EoC 技术主要有 HomePNA over Coax HomePlug over Coax WiFi over Coax MoCA- Multimedia over Coax Alliance 等四种 3.1 HomePNA over Coax HomePNA 是 Home Phoneline Networking Alliance( 家庭电话线网络联盟 ) 的简称, 该组织于 1998 年成立, 它致力于开发利用电话线架设局域网络的技术, 其创始会员包括 Intel IBM HP AMD Lucent Broadcom 及 3Com 等知名公司 HomePNA 3.0(ITU G.9954) 传输速率大幅提升到 128 Mbps, 且还可扩充到 240 Mbps 提供了对视频业务的支持, 除了使用电话线为传输媒体外, 也可使用同轴电缆, 为 HomePNA over Coax 奠定

4 务与运营宽管理占用频段 800~1550 MHz, 为无噪声频段每业了基础它可与大部分家庭网络设备, 如 Ethernet 及 IEEE1394 等联接使用, 支持 Synchronous 与 Asynchronous 两种媒体存取协议, 即 SMAC 与 AMAC 采用 SMAC 工作模式具备包聚合 (packet aggregation) 功能, 以提升数据传输效率, 最高速率可达 240 Mbps AMAC 工作模式无包聚合功能, 最高速率可达 128 Mbps, 至多可连结 27 部节点目前市场上销售的 HomePNA 3.0 产品差不多都是 AMAC 模式由于 HomePNA 与 VDSL 的频谱存在重叠, 而 VDSL 设备被电信运营商广泛应用于室外宽带接入, 决定了 HomePNA 只能用于室内点较少的家庭联网场合, 适用范围较小 3.2 HomePlug over Coax 2000 年 3 月, 由 Cisco HP Motorola 及 Intel 等数十家企业共同成立 HomePlug Powerline Alliance( 家庭电力线网络联盟 ), 构想以电力线架设局域网 2001 年 6 月发表电力线网络的第一份标准 -HomePlug 1.0 HomePlug over Coax 同样是完整地借用 HomePlug 协议, 只是修改前端耦合等电路设计来实现 HomePlug over Coax 使得原来 HomePlug 比较难以处理的问题得到很好的解决, 如电磁兼容等同样同轴电缆的传输性能要好于电力线, 数据流量性能也会好于 HomePlug 在电力线上传输的性能当然最终的性能主要取决于同轴电缆接入网络的性能 ( 包括分支和分配器 ) 因为最低端的频点 2 MHz 已经超过分支分配器的下限频率 5 MHz 对于某一些劣质的分支分配器, 此时 HomePlug over Coax 的性能比宣称的指标要低由于 HomePlug over Coax 是采用 2-28 MHz 的频段, 所以当 1 点对多点通信时, 也会受到汇聚噪声的影响, 因此实际网络使用时性能往往比理论宣称的要低, 当然网络中的节点较少时, 此种影响就比较小, 所以在节点比较少的家庭联网场合, 这是一种很实用很方便的技术 3.3 WiFi over Coax WiFi 无线局域网技术是无线通信领域最有发展前景的技术之一, 除 IEEE( 美国电子电气工程师协会 ) 系列外, 制定 WLAN 标准的组织还有 ETSI( 欧洲电信标准化组织 ) 和 HomeRF 工作组,ETSI 提出的标准有 HiperLan 和 HiperLan2,HomeRF 工作组的两个标准是 HomeRF 和 HomeRF2 WiFi over Coax 不同厂家实现方式略有不同, 最大的差别在于使用的频段不同由于 WiFi 使用的 2.4 GHz 频段频率很高, 电缆和无源分支分配器的损耗很大, 实际数据传输流量很小, 很不适合在国内 5~1000 MHz 带宽的电缆分配网络中工作, 虽然现在已经有 5~2500 GHz 的分支分配器, 但是更换工作量大成本昂贵有的厂家 WiFi over Coax 采用变频解决方案, 将 2.4 GHz 下变频到 1 GHz 左右的频段这虽然减小了电缆和无源分支分配器的损耗, 但是带来了新问题, 标准化程度较差, 不同厂家之间的设备不能互通 ; 如果解决互通的问题, 就要增加新的器件和设备, 但这就增加了成本, 降低了可靠性 3.4 MoCA [3] MoCA 概述 MoCA 是同轴电缆多媒体联盟 (Multimedia over Coax Alliance) 的缩写, 成立于 2004 年 1 月, 创立者为 Cisco Comcast EchoStar Entropic Motorola 与 Toshiba 等 MoCA 希望能够以同轴电缆 (Coax) 来提供多媒体视频信息传递的途径, 它们利用 Entropic 的技术 (c-link) 作为 MoCA 1.0 规范的依据 MoCA 技术可以利用现有的同轴电缆网络, 结合光通信技术, 能够轻易反向穿透电缆分配器而无需改造电缆网络就可达到双向通讯的目的, 用它来向大厦和小区提供高速宽带接入 MoCA 技术上行和下行都具备高达 270 Mbps 的实时数据传输速率, 在一个频道上可以提供有效数据速率高达 130 Mbps, 是目前唯一在同轴电缆上可以提供实际数据传输速率大于 100 Mbps 的成熟技术可以在任何一个房间或多个房间的同轴电缆接口上自由接入对上行带宽和下行带宽提供可配置带 10 信息通信技术

5 一频道带宽为 50 MHz, 每段同轴电缆最多支持 4~8 个频道, 每个频道上可同时连接 63 个终端客户, 在每个 50 MHz 频道内双向物理传输速率可达 270 Mbps, 有用数据传输速率为 130 Mbps, 距离可达 600 m MoCA 实现了同轴电缆网络上头端到终端及端到端解决方案在多频道模式下, 可以实现每户独享 10 M 以上的带宽而且使用灵活, 简单可靠 MoCA 技术发展及应用情况 MoCA 自成立以来, 积极制定采用同轴电缆的家庭网络规格, 并针对相关产品进行认证其技术很快被广泛应用全球领先的机顶盒芯片制造商科胜讯系统公司和 ST, 都在开发兼容 MoCA 的芯片支持该联盟的芯片厂商数量也不断扩大北美最大的运营商 Verizon 有万家庭用户, 850 万宽带用户, 宽带用户中的 14% 即 120 万用户采用了 MoCA 技术, 在各类宽带接入技术中排第一位 MoCA 技术已经被日本采纳为有线宽带接入技术的国家标准, 并将成为韩国的标准 3.5 EoC 的技术比较分析 HomePNA HomePLUG 和 WiFi 的发展均有数年的历史, 都是目前比较成熟的家庭联网技术 MoCA 是四种技术中最年轻的, 但发展速度较快四种 EoC 接入技术的对比, 如表 1 所示 4 基于 EoC 的 HFC 接入网络双向改造技术应用随着市政社区管理的日趋完善, 通信运营商最后 100 M 的施工难度也越来越大, 与广电网络进行合作, 利用广电的铜缆资源, 采用 EoC 技术, 快速灵活地进行入户施工, 在短期内迅速建设宽带接入网络, 是一个好的发展途径 4.1 广电网络现状目前, 大部分地区的广电网络基本形成以总前端机房为核心节点,N 个分前端为汇聚节点的承载网络, 网络架构层次清晰, 主要用于满足广电有线电视传播需要的单向网络网络基本架构如图 4 所示 4.2 基于 EoC 的 HFC 接入网络双向改造方案 EoC 系统由头端终端同轴分配网三部分组成, 在基于 EoC 的 HFC 接入网双向改造方案中头端放在小区光节点位置, 终端放在用户家里充当家庭 CPE 设备接入用户终端, 同轴分配网络就是从 CATV 光节点位置到用户家里的网络, 除了同轴线缆外, 还包括有源放大器, 分支 / 分配器等设备无源设备都是双向的, 而有源设备有单双向之分, 因此, 需要考虑跨接放大器 EoC 头端设备把以太网数据调制后, 把数据信号和 CATV 信号混合, 混合信号通过同轴分配网传送到用户家里接入网改造方案拓扑图如图 5 所示 Business & Operation 表 1 四种 EoC 接入技术的对比表比较项目 HomePNA WiFi/Wifi 降频 HomePlug MoCA 通信方式半双工半双工半双工半双工标准 ITU G /g/n HomePlug AV MoCA 1.0/2.0 调制方式 FDQAM/QAM OFDM/BPSK,QPSK,QAM OFDM/ 子载波 QAM 自适应 OFDM/ 子载波 QAM 自适应占用频段 4~28MHz 2.4GHz 或 1GHz 2~28MHz 800~1500MHz 信道带宽 24MHz 20/40MHz 26MHz 50MHz 可用信道物理层速率 (Mbps) 128, 共享 54/108, 共享 200, 共享 270, 共享 MAC 层速率 (Mbps) 80, 共享 25, 共享 100, 共享 135, 共享 MAC 层协议 CSMA/CA CSMA/CA CSMA/CA,TDMA TDD,TDMA 客户端数量 16 或左右 16 或或 63 QoS HPNA 3RQoS+GQoS WiFi WME( 多媒体扩展 ) QoS mapped to 802.1d Annex H.2 8 个 802.1D 优先级映射到 2 个或 3 个优先级时延 <30ms <30ms <30ms <5ms

6 务与运营图 4 广电网络现状基本架构图业图 5 基于 EoC 的 HFC 接入网络双向改造方案拓扑图 12 信息通信技术

7 用户家里的 EoC 终端设备把以太网数据信号和 CATV 信号分离, 数据信号通过以太网口向下传递给宽带接入业务, 基于 EoC 的宽带接入方式与传统宽带接入方式的比较, 如表 2 所示表 2 基于 EoC 的宽带接入方式与传统宽带接入方式的比较项目布线方式覆盖范围成本用户端设备技术成熟性 xdsl 电话线 1~3KM 低 DSL MODEM 成熟 LAN 五类电缆 100M 较高无成熟 WLAN 无线 100M, 受空间影响大高无线网卡差 EoC 同轴电缆 500M 较低 EPCN 终端较成熟 Business & Operation PC,CATV 信号通过同轴电缆传递给电视网络,EoC 上行接入通信运营商的 IP 城域网中 4.3 本双向改造方案的分析通过以上的 EoC 双向改造, 可以利用小区内的同轴电缆作为宽带传输的入户网络, 取代五类电缆和电话线, 其主要优势有 : 1) 不需要进行电话线五类线的线路施工, 也不要求广电网具备双向网的条件, 可快速灵活地开展宽带业务 ; 2) 对比 CMTS 等传统双向网改造方式, 初次投资的成本很低 ; 3) 不对广电的城域以上的网络进行改造, 不影响采用 EoC 技术能够在广电 HFC 接入网络基础上快速灵活便捷地建设双向网络基于 EoC 的 HFC 接入网络双向改造技术的应用, 应充分考虑当地 HFC 网络的发展状况, 结合通信运营商未来网络的发展趋势, 聚合现有几种网络双向改造技术的突出优点, 促进相关接入技术的收敛, 加强应用试点工作, 向标准合理可扩展可管可控经济的方向发展, 为将来建设大容量全双向全交互全功能的下一代综合接入网络, 业务互相之间实现融合, 基本实现光纤到户 (FTTH) 的完整标准化体系做好技术准备参考文献有线电视的传输 ; 4) 网络层次分明, 维护界面清晰, 便于故障的定位及排查 4.4 基于 EoC 的宽带接入方式与传统宽带接入方式的比较基于 EoC 的宽带接入方式, 具有覆盖范围适中铺设方便灵活, 成本较低的特点, 作为传统宽带接入方式的补充, 能有效地帮助通信运营商快速低成本地开展 [1] [2] [3] 国家广播电影电视总局科技司. 有线电视网双向化改造指导意见,2007,12 杨杰. 有线电视接入网双向化改造 HFC 接入网络双向改造技术. 北京 : 国家广电总局广播科学研究院,2006,11 王涛, 余少波. 基于 MoCA 的有线电视接入网双向化改造 [J]. 世界宽带网络,2007,14(6):

8 务与运营要从事数据通信建设与宽带技术研究工作业作者简历任伶俐毕业于重庆邮电大学通信工程专业, 现任中国联合网络通信有限公司贵州省分公司计划管理部副总经理, 主要从事通信工程项目管理与技术研究工作查澜毕业于北京广播学院 ( 现改名为中国传媒大学 ) 电视工程系多媒体技术及应用专业, 现任中国联合网络通信有限公司贵州省分公司宽带互联网中心技术工程师, 主 Two-way Transformation Technologies and Application Based on EoC HFC Access Network Ren Lingli Zha lan China United Network Communications Corporation Limited, Guizhou Branch, Guiyang , China Abstract With the rapid development of integration between the Telecoms, Broadcasting and the Internet, HFC(Hybrid Fiber-Coaxial) network would be transformed and become a new two-way broadband digital access network with EoC(Ethernet over Coax). It will make full use of the resources of telecom, broadcast and TV network operators and take the respective advantages. This paper briefly discusses the current EoC technology and gives a solution to the two-way transformation with EoC. Keywords Convergence of three Networks; Two-way Transformation; Ethernet over Coax; Multimedia over Coax Alliance 14 信息通信技术

满足 NGB 网络双改需求的 EPON+MoCA 解决方案摘要 : 在三网融合中, 广电的关键任务之一是建立 NGB 网络采用 EPON+EOC 来实现广电网络的双向化改造已经成为共识但相对于

满足 NGB 网络双改需求的 EPON+MoCA 解决方案摘要 : 在三网融合中, 广电的关键任务之一是建立 NGB 网络采用 EPON+EOC 来实现广电网络的双向化改造已经成为共识但相对于满足 NGB 网络双改需求的 EPON+MoCA 解决方案成都双信电子新技术开发有限公司地址 : 成都高新区紫竹中街 2 号电话 :028-85191840 传真 :028-85188226 满足 NGB 网络双改需求的 EPON+MoCA 解决方案摘要 : 在三网融合中, 广电的关