周遵文

（湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

基于社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、“寬帶中國”戰(zhàn)略的發(fā)布與實(shí)施，“寬帶+光纖”網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展成為大勢所趨。最近幾年光纖通信技術(shù)發(fā)展迅速，各大運(yùn)營商基本完成光纖到戶（Fiber To The Home，F(xiàn)TTH）改造工作，并逐漸開展高帶寬全光纖接入網(wǎng)絡(luò)工程的寬帶提速與降費(fèi)工作，本文主要圍繞FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)展開詳細(xì)分析。

1 FTTH發(fā)展概述

自2013年起，我國開始實(shí)施“寬帶中國”戰(zhàn)略，首次將寬帶納入了國家戰(zhàn)略性公共基礎(chǔ)設(shè)施，并對未來8年的寬帶發(fā)展進(jìn)行了部署。在此次實(shí)施方案中，明確提出直至2020年，寬帶網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋城鄉(xiāng)，城市、農(nóng)村家庭寬帶接入能力需達(dá)到 50 Mb/s、12 Mb/s，而發(fā)達(dá)城市的部分家庭用戶可以達(dá)到1 Gb/s。為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)寬度提速，提升基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)能力，F(xiàn)TTH技術(shù)的推廣應(yīng)用是一條必然之路。

FTTH是一種光纖通信的傳輸方法，它是基于無源光纖網(wǎng)絡(luò)（Passive Optical Network，PON）的新一代的光纖用戶接入網(wǎng)，由光纖距離用戶的遠(yuǎn)近來對光纖接入網(wǎng)方式進(jìn)行構(gòu)建。通過該方式，可以實(shí)現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)連接至終端。在國家三網(wǎng)融合的大背景下，有線電視開展多元化業(yè)務(wù)是大勢所趨，如高清視頻4K/8K、云存儲、物聯(lián)網(wǎng)、視頻監(jiān)控、互動(dòng)游戲以及遠(yuǎn)程醫(yī)療等，這些新業(yè)務(wù)的發(fā)展必須有合適的新業(yè)務(wù)承載網(wǎng)，方可真正達(dá)到服務(wù)廣大家庭、政企用戶的目的[1-3]。

目前，中國下一代廣播電視網(wǎng)（Next Generation Broadcasting Network，NGB）運(yùn)營時(shí)間達(dá)到了十多年，雖然實(shí)施了一系列技術(shù)升級、接入設(shè)備拆分工作，可穩(wěn)定支撐高清直播、點(diǎn)播回看以及百兆寬帶接入業(yè)務(wù)，但是基于4K、8K、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality/Virtual Reality,AR/VR）、千兆寬帶普及，NGB網(wǎng)絡(luò)性能已經(jīng)無法支撐業(yè)務(wù)發(fā)展，且其安全性、建設(shè)維護(hù)成本均不如FTTH網(wǎng)絡(luò)。因此，F(xiàn)TTH網(wǎng)絡(luò)改造升級是大勢所趨，這也是廣電網(wǎng)絡(luò)亟需解決的一大關(guān)鍵問題。

2 FTTH技術(shù)特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)方案

2.1 FTTH技術(shù)特點(diǎn)

FTTH是一種光纖接入方式，采取光網(wǎng)絡(luò)單元（Optical Network Unit，ONU）在用戶家安裝、接入。此種方式是除了光纖到桌面（Fiber To The Desktop，F(xiàn)TTD）以外，是最接近客戶的接入形式。對于FTTH網(wǎng)絡(luò)而言，其最大的技術(shù)特點(diǎn)就是為用戶提供更大帶寬，有效促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)協(xié)議的透明性，如波長、速率以及數(shù)據(jù)格式等，而在供電、環(huán)境等方面的要求持續(xù)降低。常見的為有源光接入與無源光接入，主流采用PON技術(shù)提供寬帶和交互電視等業(yè)務(wù)的接入。

2.2 FTTH實(shí)現(xiàn)方案

PON是目前解決接入網(wǎng)和實(shí)現(xiàn)光纖接入（Fiber To The X，F(xiàn)TTX）的主流技術(shù)。PON無源網(wǎng)絡(luò)從廣電分前端機(jī)房直接出局，通過機(jī)房、小區(qū)交接箱和樓道分纖箱等多處節(jié)點(diǎn)設(shè)置光分路器，最后由光纜連接至用戶家中，可提供單光分配網(wǎng)絡(luò)（Optical Distribution Network，ODN）總量接近 1 000 Mb/s的寬帶業(yè)務(wù)承載能力，帶寬接入能力較原來高速網(wǎng)再次獲得提高。廣播電視業(yè)務(wù)及寬帶業(yè)務(wù)通過不同的光通道進(jìn)行承載，其雙向部分采用PON技術(shù)[4]。

PON系統(tǒng)由局側(cè)的光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）、用戶側(cè)的ONU以及ODN組成，為單纖雙向系統(tǒng)。下行方向（OLT至ONU），OLT發(fā)送的信號經(jīng)由ODN至各個(gè)ONU；上行方向（ONU至OLT），ONU發(fā)送的信號直接至OLT，不會達(dá)到其他的ONU。為防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)沖突的問題，有效提高網(wǎng)絡(luò)利用效率，上行方向采用時(shí)分多址接入（Time Division Multiple Access，TDMA）方式，并對各 ONU數(shù)據(jù)發(fā)送開展仲裁。ODN由光纖和一個(gè)或多個(gè)無源光分路器等無源光器件組成，在OLT、ONU間提供光通道。PON系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 PON系統(tǒng)

3 FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式分析

當(dāng)前廣電網(wǎng)絡(luò)向FTTH演進(jìn)的趨勢已經(jīng)明確，但存量同軸電纜用戶仍是主流，廣電網(wǎng)絡(luò)短期無法完全擺脫同軸網(wǎng)絡(luò)。如何結(jié)合FTTH網(wǎng)絡(luò)改造契機(jī)，對存量混合光纖同軸電纜網(wǎng)（Hybrid Fiber-Coaxial，HFC）的傳輸質(zhì)量和容量用極低成本進(jìn)行優(yōu)化提升，并在實(shí)現(xiàn)光纖覆蓋的同時(shí)提升同軸用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)是當(dāng)務(wù)之急[5]。

3.1 FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)HFC網(wǎng)絡(luò)一般由光機(jī)、放大器以及用戶分配網(wǎng)3部分組成，光機(jī)一般覆蓋200～500戶，放大器一般覆蓋30～60戶。FTTH+HFC融合演進(jìn)目標(biāo)就是在HFC存量網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行FTTH網(wǎng)絡(luò)覆蓋建設(shè)，同時(shí)借助FTTH中的ODN結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)HFC網(wǎng)絡(luò)的光進(jìn)銅退，保證改造建設(shè)中投資最大的ODN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)可以同時(shí)滿足FTTH和HFC雙網(wǎng)應(yīng)用，提高HFC網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性和傳輸能力。根據(jù)上述目標(biāo)，傳統(tǒng)HFC網(wǎng)絡(luò)的改造方向就是光機(jī)下沉，減少光機(jī)覆蓋戶數(shù)，取消放大器有源設(shè)備，實(shí)現(xiàn)電纜網(wǎng)絡(luò)全無源化，同時(shí)提升網(wǎng)絡(luò)的傳輸能力[6-9]。當(dāng)前有線電視網(wǎng)絡(luò)有3種技術(shù)方案可以和ODN結(jié)構(gòu)契合，分別是光纖射頻傳輸（RF over Glass，RFoG）、以太數(shù)據(jù)通過同軸電纜傳輸（Ethernet over Cable，EoC）以及中國標(biāo)準(zhǔn)有線電纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范（China-Data Over Cable Service Interface Specifications，C-DOCSIS），結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 有線電視網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

從提升網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定角度分析，傳統(tǒng)HFC網(wǎng)絡(luò)最大故障點(diǎn)在電纜部分，主要有電纜老化損耗、有源設(shè)備故障、電纜接頭氧化以及噪聲侵入等，縮小電纜傳輸網(wǎng)絡(luò)可以有效提升網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。RFoG、EoC、C-DOCSIS都可以實(shí)現(xiàn)電纜傳輸網(wǎng)絡(luò)無源化，RFoG光機(jī)一般覆蓋30～50戶，EoC局端一般覆蓋30戶左右，C-DOCSIS局端一般覆蓋80～100戶。

從提升網(wǎng)絡(luò)承載能力角度分析，RFoG網(wǎng)絡(luò)可以將HFC的傳輸上限頻譜提升至1.2 GHz，滿足了DOCSIS3.1傳輸要求，其最大寬帶產(chǎn)品能力可提升至1 000 Mb/s，但由于單個(gè)電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)（Cable Modem Terminal Systems，CMTS）通道接入用戶數(shù)較多，在戶均帶寬能力提升上略顯不足。EoC雖然覆蓋用戶少，但由于采用載波偵聽多路訪問（Carrier Sense Multiple Access，CSMA）方式進(jìn)行通信，通信效率較低，無法承擔(dān)多用戶高并發(fā)通信業(yè)務(wù)，同時(shí)基于時(shí)分雙工（Time Division Duplexing，TDD）方式的EoC局端由于終端匹配原因，實(shí)際入網(wǎng)數(shù)量較少，全網(wǎng)改造成本較高，較適合低并發(fā)、低流量的VOD信令通道。C-DOCSIS將CMTS局端的介質(zhì)訪問控制（Medium Access Control，MAC）能力獨(dú)立出來進(jìn)行分布式部署，單個(gè)局端只接入幾百個(gè)電纜調(diào)制解調(diào)器(Cable Modem，CM）終端，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、帶寬能力以及并發(fā)承載能力都有較大提升。但由于是分布式部署，弱化有線電纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范（Data Over Cable Service Interface Specifications，DOCSIS）的局端高復(fù)用能力，一次改造后基本固化了全網(wǎng)的最大帶寬，再次改造整體成本較高，無法應(yīng)對當(dāng)前寬帶市場從100M～1 000M快速演進(jìn)的需求[10]。RFoG、EoC以及C-DOCSIS技術(shù)的比較如表1所示。

表1 RFoG、EoC、C-DOCSIS技術(shù)比較

考慮到FTTH+HFC融合改造的目的是借助FTTH網(wǎng)改契機(jī)，以低成本提升HFC網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和能力，本文選擇了FTTH+RFoG的改造方案。

3.2 RFoG改造思路

此次FTTH+RFoG融合改造網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)整體系統(tǒng)按1.2 GHz設(shè)計(jì)，采用1 550 nm傳輸系統(tǒng)，單塊光發(fā)模塊最大可接入64臺RFoG光機(jī)，單臺RFoG光機(jī)的最大覆蓋可達(dá)到40戶，此設(shè)計(jì)利用了CMTS設(shè)備高效的多用戶復(fù)用傳輸能力，實(shí)現(xiàn)了存量局端投資的保護(hù)。

在ODN結(jié)構(gòu)上，RFoG網(wǎng)絡(luò)正向按兩級1∶8分光建設(shè)，第一級位于分中心機(jī)房，第二級位于小區(qū)LCP處；FTTH網(wǎng)絡(luò)按1∶16+1∶4分光結(jié)構(gòu)配置，盡量擴(kuò)大單PON口覆蓋范圍。方案中RFoG與FTTH分光點(diǎn)位置重合，實(shí)現(xiàn)了雙網(wǎng)低成本疊加部署。RFoG和FTTH在ODN段實(shí)現(xiàn)了同纜部署，配線光纜中增加兩芯用于RFoG信號傳輸，在投資最大的ODN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了充分的融合建設(shè)。

由于RFoG光機(jī)的覆蓋戶數(shù)最多為40戶，無源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可極度簡化和固化，因此此次RFoG光機(jī)各項(xiàng)指標(biāo)完全固化、結(jié)構(gòu)高度集約化。經(jīng)測算，上述模型在FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基礎(chǔ)上單戶造價(jià)增加不超過10元，但HFC網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定性極大提升，傳輸頻譜提升至1.2 GHz，同時(shí)免調(diào)試光機(jī)的使用使HFC網(wǎng)絡(luò)設(shè)備真正實(shí)現(xiàn)了即插即用，網(wǎng)絡(luò)維修復(fù)雜度大幅下降，用戶體驗(yàn)進(jìn)一步提升。

3.3 FTTH+EoC+RFoG網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方案

EoC網(wǎng)絡(luò)由于技術(shù)本身的缺陷，只能支持低流量、低并發(fā)的互動(dòng)業(yè)務(wù)，無法適應(yīng)當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展。但EoC的能力并不代表同軸電纜能力，其中的同軸電纜與CMTS網(wǎng)絡(luò)中的同軸電纜性能一致。現(xiàn)有的EoC網(wǎng)絡(luò)只要做好頻譜規(guī)劃，也可以通過DOCSIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)帶寬能力的提升。

由于RFoG光機(jī)覆蓋戶數(shù)可以較少至30～50戶，基本與EoC局端覆蓋戶數(shù)一致，因此RFoG光機(jī)可以和EoC局端同點(diǎn)部署。同時(shí)，EoC一般使用5～65 MHz頻段，只需要啟用 65 ～ 85 MHz頻段用于CMTS上行，就可以實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)運(yùn)行。如圖3所示，EoC局端和RFoG光機(jī)通過一個(gè)定制的高低通分配器實(shí)現(xiàn)同纜傳輸，高通口濾除70 MHz以下信號，低通口濾除65 MHz以上信號，濾波衰減大于60 dB，結(jié)合分配器OUT口之間35 dB的相互隔離度，EoC和RFoG光機(jī)之間可以有95 dB的濾波衰減。EoC一般可以濾除110 dBμV的發(fā)射功率，保證了EoC和CMTS之間信號無相互干擾。

圖3 RFoG+EoC并網(wǎng)運(yùn)行結(jié)構(gòu)

通過上述技術(shù)方案，結(jié)合FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，其他公司一樣可以在EoC網(wǎng)絡(luò)中提升HFC網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量和傳輸容量，保證存量同軸用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

4 結(jié) 論

當(dāng)前FTTH在全國各地互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)建設(shè)中全面展開，但巨大的存量同軸網(wǎng)絡(luò)給全光網(wǎng)建設(shè)帶來了諸多難點(diǎn)，對此必須結(jié)合存量同軸網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。在FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，結(jié)合實(shí)際情況可采取FTTH+EoC+RFoG網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)方案，獲得最優(yōu)的建網(wǎng)性價(jià)比。