广电网络FTTH接入网设备的发展.docx
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广电网络FTTH接入网设备的发展
广电网络FTTH接入网设备的发展
基于互联网的OTT业务正在形成对传统视频业务的竞争势态，接入网的光纤到户（FTTH）所具备的带宽优势明显显现出来，形成了对同轴电缆带宽的有力挑战。
2013年，住建部和工信部联合发布了光纤入户的设计施工和验收规范两个国家标准，将光纤入户作为新建住宅的强制建设要求。
同年。
国务院发布的“宽带中国”战略，要求到2015年，基本实现城市光纤到楼入户。
这些政策实际面向三大电信运营商的，并未偏重某一方。
广电虽然暂未获得互联网经营牌照，但作为国内第四大网络/管道运营商，尤其是建设部将有线电视网作为新建房屋验收的强制性标准，这实际在宽带接入网政策上已有力偏向广电网络。
OTT实际只是对业务运营产生冲击，对网络建设反而形成了促进作用。
广电建设FTTH网络及开展与之相关的业务，将必然是目前及未来广电网络发展的主流趋势。
目前国内各广电网络公司都在全力进行基于同轴电缆的双向网改造，在今天技术路线十分明朗的情况下，从网络的前瞻性考虑，笔者对目前的网络接入技术、光纤入户的主流设备技术，目前的FTTH网络投资及今后FTTH发展趋势作一个基本分析，提供给广电网络企业一个参考。
一．广电网络目前及未来技术及运营体制的思考
广电有线网络发展已有二十多年历史，网络经过多次升级改造与整合，能够满足目前的高清数字节目传输等主流业务，从中我们进行总结，获得的最大经验教训主要在以下几个方面：
1.整体战略规划的局限性。
或受体制和技术发展的影响，在整体技术规划和业务规划时眼光不够长远，刚改造好的网络，用了不到三、五年，又要重新规划升级，重复投资严重。
2.由于许多广电部门自身的技术的局限性，在网络系统的规划、设计、系统建设等方面受设备供应商的诱导较大、甚至包括设备的技术支持、系统运营等会比较依赖设备供应商，而对自身技术管理体制的建设和发展缺少长远规划与重视。
3.广电网络从事业单位转成企业化的这几年，在企业的整体管理上，尤其是工程质量管理监督、物流管理、分配制度管理目前远落后于业务和收入的快速发展，基本还停留在原事业单位的管理水平，而这些是影响企业长远健康发展的“致命因素”。
对于刚刚企业化的广电网络来说。
就要面对电信、联通、移动的强力挤压，在逐步减少的保护政策下。
面对“疯狂”的市场竞争，确实是一个严重的挑战。
笔者从事广电设备制造二十几年以来，一直密切关注广电的成长与发展，我们企业的健康与否，早已与广电牢牢捆绑在一起了，广电的发展与我们休戚相关。
本人以对广电的二十几年情感、社会责任与经营战略，以及从技术层面等综合考量，结合目前EPON/GPON、及高功率高密度光纤放大器生产技术工艺已十分成熟，成本大幅度下降，再加上光缆比电缆有明显的性价比优势，主张目前及未来广电的网络改造和建设，应该是“光纤到户”，其他的各种网改方案，都可能会导致广电企业的重复投资、战略失误、竞争力度减弱等重大问题。
从市场竞争的角度去看光纤入户，3-5Mbps的接入带宽已很难被用户接受，20Mbps甚至100MBbps的接入带宽才是未来几年的发展方向。
五年、十年以后的发展趋势我们现在还很难分析得准确，但到户的光纤至少是将未来的高速路先敷设好了。
二．广电网络接入网现有技术状况
1.CMTS技术
CMTS技术是最早为在同轴上进行数据传输而发明的一种同轴电缆调制解调技术，也是目前最成熟、最标准的一种电缆数据传输技术。
CMTS接入的优点有：
充分利用了现有的HFC同轴网络，不需要在用户家庭重新布线，技术标准及产品成熟，头端与终端各自独立。
DOCSIS3.0版本的CMTS系统利用其具备的IPQAM性能，能有效降低高清互动点播建网成本，可以面向全市用户开展业务，能够迅速发展用户，抢占宽带和互动高清点播市场份额。
CMTS接入缺点是：
上行的漏斗效应会导致噪声汇聚，对传输性能和带宽影响较大，因此对网络的线缆质量和接头工艺要求较高，将增加相关维护工作量。
同时由于CMTS头端设备和关键芯片未国产化，导致设备价格偏高，也对CMTS系统的大规模应用产生影响。
2.PON技术
无源光网络（PON）技术是为了支持点到多点应用发展起来的光接入网技术，它与有线电视的网络架构十分相似，用一根光纤，利用波分复用技术，实现双向通信。
其中采用IP协议的EPON无源光网络由于其协议的开放性和低成本特性而受广泛关注。
PON技术由于可以采用树形结构方式组网，可以有效减少光纤用量，他抛弃了各家的基础缆线之争，是目前光纤入户的最佳技术支持。
对于运营商原有资产的改造升值，PON技术也是一种有效技术手段，通过PON网络，可以将光信号引入到小区、楼栋、单元，即所谓的“光进铜退”概念。
广电由于自身的特点，即必须传输单向的广播式数字电视，因此在在PON技术传输时，必须考虑单向独立的下行信号。
PON技术优点：
网络结构、网络协议简单、标准化程度高、高速率接入，组网灵活，采用无源网络，系统可靠性大幅提高，同时减少了能源消耗，绿色环保。
PON技术缺点：
线缆施工熔接工程大，传输距离有限、机房位置必须尽量前移，对机房空间、温度要求甚高。
3.EOC技术
EoC（EthernetoverCoax）是用于在近距离同轴电缆上传输以太网数据信号的一种技术，主要将机房传送至小区或大楼的光纤宽带数据信号通过同轴电缆向用户传输，满足用户端多业务开展带来的高带宽需求。
EOC是引进国外家庭多媒体网关技术而延伸过来的一种非标准产品，他在协议标准制定中对QoS保证、业务规划、带宽控制等牵涉到网络运营层面的问题考虑很少。
EOC技术优点：
网络结构、网络协议简单、由于采用OFDM调制技术，系统在有线电视网中的抗干扰能力较强。
建网成本较低、尤其是工作在5-65MHz频段的低频EOC,链路的传输衰减小，覆盖范围大，特别适合农村接入网建设。
EOC技术缺点：
EOC上下行都在低频段工作，系统可扩展性不高。
对大包长的数据包传输时延较大，业务支持能力较弱；由于缺乏统一标准，头端与终端采购绑定，不利于运营商的大规模运营。
4.C-DOCSIS技术
C-DOCSIS是一种独特的适合中国市场的解决方案,专门针对中国的基础设施要求以及中国的新一代融合需求，将DOCSIS定制为“最后100米”解决方案，也叫DOCSISEOC,其标准已于2012年8月正式发布，C-DOCSIS的主要特性：
1.C-DOCSIS是DOCSIS3.0标准的中国简化版，简化了DOCSIS/CMTS
系统的路由交换功能，这部分功能交由上层路由器完成，兼容已
有的DOCSIS1.1/2.0/3.0的标准终端，
2.结合无源光网络的技术优势，实现信号的光进铜退，优化了网络
架构，大大减轻了有线电视分机房的空间及供电压力；覆盖范围
小，汇聚噪声小,抗干扰能力提高
3.包含IPQAM功能,将下行空闲频道用于支持IPQAM或者在
C-DOCSIS设备中支持IPQAM绑定，将IPQAM前移到光节点，最
大限度容纳视频点播率的上升，直至将并发式的高清电视直播
转换成点播式高清直播模式，成为与电信竞争的杀手锏。
4.由于目前只有博通一家提供芯片，因此价格还偏高，大规模推广
有一定阻力。
表1广电各种接入网技术性能比较
DOCSIS3.0
C-DOCSIS
EPON
EOC
五类线
工作方式
双工
双工
双工
半双工
双工/半双工
调制方式
64/256QAM
64/256QAM
OFDM
基带
下行带宽
960Mbps
960Mbps
1250Mbps
350Mbps
100Mbps
上行带宽
120Mbps
120Mbps
1250Mbps
350Mbps
100Mbps
MAC协议
TDMA/S-CDMA
TDMA/S-CDMA
TDMA
CSMA/CA
IEEE802.3
QOS保证
高
高
高
差
高
支持终端数量
511
511
128/64
64
24
传输距离
20KM
2000m
20KM
600m
100m
组播
支持
支持
支持
支持
选购
标准化程度
高
高
高
低
高
三层路由协议
支持
不支持
不支持
不支持
不支持
头端/终端
分离
分离
绑定
技术推进路线
明晰
明晰
明晰
混乱
明晰
升级路线
DOCSIS3.1
DOCSIS3.1
GPON
组网成本
较低
低
高
较低
低
三.广电网络光纤到户（FTTH）网络架构
广电在进行FTTH建设时，必须考虑单向的有线电视，这与电信运营商的光纤入户概念有一些差异。
一种是分纤或双纤入户，即一纤采用EPON/GPON技术提供数据服务（互联网、IPQAM的上行数据等），其中1310nm波长用于数据上行，1490nm波长用于数据下行，另一纤用于电视或IPQAM的下行传输，在下一代广播电视网络（NGB）规划中建议使用1550nm波长，这种方案是目前大家普遍采用的建设方案，其特点是组网方便，设备供应充分。
其缺点是需要两芯光纤，其ODN（光纤无源网络）投资成本增加。
图1、图2是设备放置在不同区域的网络组网图，图3是FTTH网络采用IPQAM实现点播的网络结构图。
另一种方式是单纤三波入户，即采用波分复用器技术，数据上行
用1310nm波长，下行用1490nm波长，有线电视用1550nm波长，由
于EPON/GPON技术的本身设计之初，就完全兼容了HFC的网络架构，在同一根光纤上传送1550nm波长来传输广电视频信号，EPON/GPON占用1310nm和1490nm波道，在局端采用光合波将PON与CATV耦合，再通过一根光纤到户以后，通过分波器再把信号分开，ONU与光接收机分别接收PON与CATV信号，这种方案是节省ODN建设成本.
图1分前端两纤FTTH组网图
图2小区机房两纤FTTH组网图
图3小区机房两纤IPQAM插播FTTH组网图
四．广电光纤入户主要设备及系统性能指标
广电光纤入户系统包含数字电视和数据两部分，由于光信号入户，对前端光功率要求很大，采用传统的设备结构模式会对前端机房空间造成巨大压力，因此前端设备上我们要求采用高密度多输出端口设备,在终端设备上要求低功率接收。
数据设备符合EPON标准，前端要求高密度配置（采用板卡式结构，支持PON口达128个以上）。
有线数字电视在前端采用1:
32/1：
16高密度的饵镱光纤放大器（14/17/19dBm/每口），在工程实践中，我们建议和PON口采用1:
1或1:
2配置。
单向电视上要求在低功率或超低功率时必须保证机顶盒的最低要求（MER:
29@60dBuv）。
表2FTTH系统技术指标
电视
EPON
光发射机功率（dBm）
7/9
单口EDFA功率（dBm）
14/17
PON口发射功率（dBm）
0-3dBm
射频输入电平（dBuv）
80
上联口速率
1250Mbps
接收光功率范围（dBm）
-15∽+2
-27∽0
接收灵敏度（dBm）
-13
-25
输出电平
88dBuv@-6dBm
ONU速率
40Mbps@1:
32
72dBuv@-13dBm
20Mbps@1:
64
C/N（dB）
45@-6dBm
VLAN
IEEE802.1QVLAN
CSO（dB）
62
QOS
IEEE802.1p,QoS
CTB（dB）
65
支持ONU认证
MER（dB）
33@-6dBm
29@-13dBm
扩展性
可与ONU做在一起
可带WIFI
工作温度（℃）
-30∽60
-30∽60
在使用“单纤三波”方案的时候需要注意:
高达17dBm以上的CATV光功率使会使光纤出现非线性效应:
受激拉曼散射，拉曼散射会导致
1490nm数据光波对1550nmCATV光波的干扰，在条件许可时在84～150MHz频段内不安排电视频道；同时下行方向1550nm的CATV信号因为光功率较大，还需要考虑其对1490nm数据光接收机灵敏度的影响，因此应选用波长隔离度在30dB以上的波分复用器件。
光纤入户主要设备性能
1.1550nm直调光发射机
由于FTTH网络的传输距离都在10Km以内，同时兼顾今后IPQAM业务的发展在分前端或小区机房采用1550直调发射机直接驱动大功率铒镱光纤放大器进行传输。
由于1550nm波长自身的光学特性，光纤的色散和SBS效应对系统的影响很大，因此在直调光发射机中，对色散进行预补偿，可以有效提高传输距离，同时控制入纤功率，这样的传输系统对系统指标无大碍。
2.高功率输出铒镱光纤放大器
铒镱光纤放大器采用采用铒镱共掺双包层光纤技术和多模大功率半导体激光器共同组成，镱离子Yb3+比铒离子Er3+的受激吸收谱宽阔并且幅度大，其峰值在1000nm附近。
对于1550nm波段光纤放大器，采用铒镱共掺的双掺杂技术，利用镱元素的高吸收和铒镱之间能量的高效传递。
能够获得铒元素的高效泵浦。
当采用多模980半导体阵列激光器和双包层Yb3+和Er3+离子共掺的光纤时，其输出功率最大可达34dBm.采用内置1:
8/1:
16/1:
32PLC分路器方式降低单口输出功率，与EPON进行有效配合。
区别于普通的EDFA,铒镱光纤放大器的技术关键在于：
2.1双包层光纤长度的优化设计
采用Yb3+和Er3+离子的双包层共掺光纤要合理优化，使其发挥最大功效。
光纤过短无法有效提供输出功率，大量的泵浦光不能被有源光纤吸收，造成泵浦泄露，影响输出光波的一致性。
光纤过长会导致被有源光纤放大的信号光被重复吸收，降低效率，同时能量在有源光纤内的堆积会带来自激的风险，对于高功率放大器的整体安全是一个重大隐患。
2.2双包层光纤熔接和熔接点的保护技术
泵浦/信号合束器输出的双包层光纤，双包层铒镱共掺光纤之间的溶接点，双包层铒镱共掺光纤和无源光纤之间的溶解点是高功率光纤放大器的关键点。
由于光功率很大，各熔接点不能采用传统的热熔保护套进行保护，而必须采用二次涂覆工艺，有效避免光纤自熔现象。
3.FTTH光接收机
广电光纤到户后的数字电视信号直接接机顶盒，因此对电平和MER的指标要求是最低的，同时为最大限度地减少对分前端或小区机房光功率的需求,一般采用超低光功率接收，从现有光探测器件及工程施工条件，我们建议可以采用接收光功率-10dBm入户设计，从而减少网络建设投资。
4.EPON/GPON设备
EPON/GPON遵循IEEE802.3ah，满足《YD/T1475-2006接入网技术要求——基于以太网方式的无源光网络（EPON）》和《中国电信EPON设备技术要求》,支持IPV4、IPv6、提供不间断转发、环网保护等多种高可靠技术。
高密度EPON/GPON设备一般要求采用双引擎交换，主系统板热备份系统，业务板板卡式设计，要求背板交换能力在96G以上，支持多种协议，支持PON口达128个以上
3．光纤入户投资预算
光纤入户工程包括饵镱光放大器、OLT等前端设备、主干光纤、入户光纤（皮线光缆）、PLC光分路器、干线光纤交接箱、楼道光纤交接箱、用户光纤终端盒、FTTH光接收机、ONU。
以下以建设一个5000多户、共350个等效单元（每单元16户）新建小区光纤入户为例进行投资分析：
小区内有广电机房放置前端设备，信号覆盖半径2000米，以数字信号和互联网OTT业务为主。
预算设计按OLT每个PON口1:
64覆盖用户，保证每户带宽20M，数字有线电视入户功率按-6dBm设计，高密度饵镱光放大器每口14dB按1:
64覆盖用户。
预算按30%的用户上网率计算（预算不包含干线光缆、数字电视机顶盒、OTT盒子。
单价按市场价计算）。
表5、表6的投资预算是按当前价格计算，随着生产规模的扩大，预算价格会大幅下降。
表3双纤光纤入户预算表（350个等效单元，5600户）
名称
数量
单位
单价（元）
总价（万元）
备注
入户皮线光缆
168000
米
3.00
50.4
30米/户
光纤用户终端盒
5600
个
12
6.72
小区干线交接箱
6
个
9000
9
小区楼栋交接箱
88
个
1000
8.8
含法兰盘
EDFA端口
88
个
1000
8.8
1550外调光发机
1
台
50000
5
前置EDFA
1
台
8000
0.8
18dB
1:
64分路器
88
个
800
7.04
含箱体
FTTH光接收机
5600
台
100
56
PON口
88
个
1000
8.8
1:
64分路器
88
个
800
7.4
含箱体
ONU
1680
台
400
67.2
带WIFI
三层交换机
1
台
12000
1.2
冷接子
11200
个
2
2.24
其他
1
工程施工费
工程造价5%
12
合计
252.2
表4单纤光纤入户预算表（350个等效单元，5600户）
名称
数量
单位
单价（元）
总价（万元）
备注
入户皮线光缆
168000
米
3.00
50.4
30米/户
光纤用户终端盒
5600
个
12
6.72
小区干线交接箱
6
个
9000
9
小区楼栋交接箱
88
个
1000
8.8
含法兰盘
EDFA端口
88
个
1000
8.8
1550外调光发机
1
台
8000
5
前置EDFA
1
台
8000
0.8
18dB
1:
64分路器
88
个
800
7.04
含箱体
FTTH光接收机
5600
台
100
56
PON口
88
个
1000
8.8
三波复用器
88
个
200
1.76
模块式
ONU
1680
台
400
67.2
带WIFI
三层交换机
1
台
12000
1.2
终端用三波复用器
5600
个
140
78.4
钢管式
冷接子
5600
个
2
1.12
其他
1
工程施工费
工程造价5%
15.6
合计
327.64
五.广电网络FTTH接入网设备的升级
由于广电网络必须保留单向的数字电视传输，在FTTH网络规划和建设中，不能完全照搬电信模式，基于同轴电缆的电视和数据传输由于其带宽的巨大优势，在相当一个时期内很难被其他技术所彻底取代，同时同轴电缆技术自身也在不断完善和提高，可以预见的广电FTTH接入网设备的发展：
1.前端设备电信化、标准化：
传统的有线电视设备属搭积木式堆叠而成，这样造成设备的性能指标参差不齐，布线杂乱，设备管理复杂，同时占用大量机房空间，不利于今后的业务发展。
今后的有线电视前端设备完全按机柜化、模块化配置，在一个2米标准机柜里，光发射机、光放大器、光开关、OLT、光分路器、光纤配线盘等做成模块插在机框里，设计专门的交换调度模快或背板，通过网管系统根据需要进行配置，方便灵活，类似今天的SDH系统。
这样提高了设备的集成度，有效减少设备在机房中占用空间，有线电视设备结构设计将逐步向电信标准看齐。
2.光接收机、ONU组合式设备将成为主流：
在目前的广电FTTH双向网建设或改造中，光接收机、ONU基本是各自独立，通过外接电缆进行连接，在这中间会造成外部干扰信号串入、形成一个严重故障点。
如同贴片技术的引进，有效降低光设备的分布参数一样，光接收机、ONU组合式三合一设备在同一机壳里设计，其可靠性会有很大的提高。
3.由于FTTH网络建设规模增速很快，对光纤入户光接收机的要求也也来越严格：
超低光功率、小型化、高电平、低价格、标准化。
我们认为今后的FTTH光机是这样一个标准化产品：
他的外形尺寸完全符合SFP外形标准，可以内嵌在机顶盒或电视机中，在机顶盒或电视机里做射频环出。
这样的产品，实际有很多工作标准工作需要运营商、有线电视设备制造商、机顶盒制造商、电视制造商多家合作制定相关的技术标准，包括以外形尺寸、接收光灵敏度、输出电平、光接口、供电方式等。
对于ONU来说，其未来的发展实际也是要作同样的的工作，将ONU内置于电脑、机顶盒或电视中。
中国在单向的同轴传输上实际已领先于世界，中国广电设备制造商的创新和制造管理能力不容他人小觑。
在广电FTTH领域中我们的产品设备、制造工艺、产品可靠性、系统解决方案、价格等完全能够满足运营商的要求，但我们在完整技术标准制定、芯片设计生产上领域远远落后于外国企业，在广电FTTH领域中国不缺技术创新和研发的实力，但基础工业的差距却大大消弱了中国在世界的话语权，高端芯片设计制造无法独立完成，半导体制造工艺差两到三代、要想真正自立的产业链，中国还需付出巨大努力。
需要运营商与产业界各方面的紧密配合、通力合作。
2014-8-20
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