关于广电网络光纤到户建设探讨

周遵文

（湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南 长沙 410000）

0 引 言

基于社会经济的发展、“宽带中国”战略的发布与实施，“宽带+光纤”网络的发展成为大势所趋。最近几年光纤通信技术发展迅速，各大运营商基本完成光纤到户（Fiber To The Home，FTTH）改造工作，并逐渐开展高带宽全光纤接入网络工程的宽带提速与降费工作，本文主要围绕FTTH网络建设展开详细分析。

1 FTTH发展概述

自2013年起，我国开始实施“宽带中国”战略，首次将宽带纳入了国家战略性公共基础设施，并对未来8年的宽带发展进行了部署。在此次实施方案中，明确提出直至2020年，宽带网络全面覆盖城乡，城市、农村家庭宽带接入能力需达到 50 Mb/s、12 Mb/s，而发达城市的部分家庭用户可以达到1 Gb/s。为了进一步实现宽度提速，提升基础网络能力，FTTH技术的推广应用是一条必然之路。

FTTH是一种光纤通信的传输方法，它是基于无源光纤网络（Passive Optical Network，PON）的新一代的光纤用户接入网，由光纤距离用户的远近来对光纤接入网方式进行构建。通过该方式，可以实现光纤网络连接至终端。在国家三网融合的大背景下，有线电视开展多元化业务是大势所趋，如高清视频4K/8K、云存储、物联网、视频监控、互动游戏以及远程医疗等，这些新业务的发展必须有合适的新业务承载网，方可真正达到服务广大家庭、政企用户的目的[1-3]。

目前，中国下一代广播电视网（Next Generation Broadcasting Network，NGB）运营时间达到了十多年，虽然实施了一系列技术升级、接入设备拆分工作，可稳定支撑高清直播、点播回看以及百兆宽带接入业务，但是基于4K、8K、增强现实/虚拟现实（Augmented Reality/Virtual Reality,AR/VR）、千兆宽带普及，NGB网络性能已经无法支撑业务发展，且其安全性、建设维护成本均不如FTTH网络。因此，FTTH网络改造升级是大势所趋，这也是广电网络亟需解决的一大关键问题。

2 FTTH技术特点和实现方案

2.1 FTTH技术特点

FTTH是一种光纤接入方式，采取光网络单元（Optical Network Unit，ONU）在用户家安装、接入。此种方式是除了光纤到桌面（Fiber To The Desktop，FTTD）以外，是最接近客户的接入形式。对于FTTH网络而言，其最大的技术特点就是为用户提供更大带宽，有效促进互联网相关协议的透明性，如波长、速率以及数据格式等，而在供电、环境等方面的要求持续降低。常见的为有源光接入与无源光接入，主流采用PON技术提供宽带和交互电视等业务的接入。

2.2 FTTH实现方案

PON是目前解决接入网和实现光纤接入（Fiber To The X，FTTX）的主流技术。PON无源网络从广电分前端机房直接出局，通过机房、小区交接箱和楼道分纤箱等多处节点设置光分路器，最后由光缆连接至用户家中，可提供单光分配网络（Optical Distribution Network，ODN）总量接近 1 000 Mb/s的宽带业务承载能力，带宽接入能力较原来高速网再次获得提高。广播电视业务及宽带业务通过不同的光通道进行承载，其双向部分采用PON技术[4]。

PON系统由局侧的光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）、用户侧的ONU以及ODN组成，为单纤双向系统。下行方向（OLT至ONU），OLT发送的信号经由ODN至各个ONU；上行方向（ONU至OLT），ONU发送的信号直接至OLT，不会达到其他的ONU。为防止出现数据冲突的问题，有效提高网络利用效率，上行方向采用时分多址接入（Time Division Multiple Access，TDMA）方式，并对各 ONU数据发送开展仲裁。ODN由光纤和一个或多个无源光分路器等无源光器件组成，在OLT、ONU间提供光通道。PON系统如图1所示。

图1 PON系统

3 FTTH网络建设模式分析

当前广电网络向FTTH演进的趋势已经明确，但存量同轴电缆用户仍是主流，广电网络短期无法完全摆脱同轴网络。如何结合FTTH网络改造契机，对存量混合光纤同轴电缆网（Hybrid Fiber-Coaxial，HFC）的传输质量和容量用极低成本进行优化提升，并在实现光纤覆盖的同时提升同轴用户的业务体验是当务之急[5]。

3.1 FTTH网络建设现状

传统HFC网络一般由光机、放大器以及用户分配网3部分组成，光机一般覆盖200～500户，放大器一般覆盖30～60户。FTTH+HFC融合演进目标就是在HFC存量网络中进行FTTH网络覆盖建设，同时借助FTTH中的ODN结构实现传统HFC网络的光进铜退，保证改造建设中投资最大的ODN网络建设可以同时满足FTTH和HFC双网应用，提高HFC网络稳定性和传输能力。根据上述目标，传统HFC网络的改造方向就是光机下沉，减少光机覆盖户数，取消放大器有源设备，实现电缆网络全无源化，同时提升网络的传输能力[6-9]。当前有线电视网络有3种技术方案可以和ODN结构契合，分别是光纤射频传输（RF over Glass，RFoG）、以太数据通过同轴电缆传输（Ethernet over Cable，EoC）以及中国标准有线电缆数据服务接口规范（China-Data Over Cable Service Interface Specifications，C-DOCSIS），结构如图2所示。

图2 有线电视网络结构

从提升网络稳定角度分析，传统HFC网络最大故障点在电缆部分，主要有电缆老化损耗、有源设备故障、电缆接头氧化以及噪声侵入等，缩小电缆传输网络可以有效提升网络稳定性。RFoG、EoC、C-DOCSIS都可以实现电缆传输网络无源化，RFoG光机一般覆盖30～50户，EoC局端一般覆盖30户左右，C-DOCSIS局端一般覆盖80～100户。

从提升网络承载能力角度分析，RFoG网络可以将HFC的传输上限频谱提升至1.2 GHz，满足了DOCSIS3.1传输要求，其最大宽带产品能力可提升至1 000 Mb/s，但由于单个电缆调制解调器终端系统（Cable Modem Terminal Systems，CMTS）通道接入用户数较多，在户均带宽能力提升上略显不足。EoC虽然覆盖用户少，但由于采用载波侦听多路访问（Carrier Sense Multiple Access，CSMA）方式进行通信，通信效率较低，无法承担多用户高并发通信业务，同时基于时分双工（Time Division Duplexing，TDD）方式的EoC局端由于终端匹配原因，实际入网数量较少，全网改造成本较高，较适合低并发、低流量的VOD信令通道。C-DOCSIS将CMTS局端的介质访问控制（Medium Access Control，MAC）能力独立出来进行分布式部署，单个局端只接入几百个电缆调制解调器(Cable Modem，CM）终端，网络质量、带宽能力以及并发承载能力都有较大提升。但由于是分布式部署，弱化有线电缆数据服务接口规范（Data Over Cable Service Interface Specifications，DOCSIS）的局端高复用能力，一次改造后基本固化了全网的最大带宽，再次改造整体成本较高，无法应对当前宽带市场从100M～1 000M快速演进的需求[10]。RFoG、EoC以及C-DOCSIS技术的比较如表1所示。

表1 RFoG、EoC、C-DOCSIS技术比较

考虑到FTTH+HFC融合改造的目的是借助FTTH网改契机，以低成本提升HFC网络的质量和能力，本文选择了FTTH+RFoG的改造方案。

3.2 RFoG改造思路

此次FTTH+RFoG融合改造网络结构整体系统按1.2 GHz设计，采用1 550 nm传输系统，单块光发模块最大可接入64台RFoG光机，单台RFoG光机的最大覆盖可达到40户，此设计利用了CMTS设备高效的多用户复用传输能力，实现了存量局端投资的保护。

在ODN结构上，RFoG网络正向按两级1∶8分光建设，第一级位于分中心机房，第二级位于小区LCP处；FTTH网络按1∶16+1∶4分光结构配置，尽量扩大单PON口覆盖范围。方案中RFoG与FTTH分光点位置重合，实现了双网低成本叠加部署。RFoG和FTTH在ODN段实现了同缆部署，配线光缆中增加两芯用于RFoG信号传输，在投资最大的ODN网络实现了充分的融合建设。

由于RFoG光机的覆盖户数最多为40户，无源网络结构可极度简化和固化，因此此次RFoG光机各项指标完全固化、结构高度集约化。经测算，上述模型在FTTH网络建设基础上单户造价增加不超过10元，但HFC网络传输稳定性极大提升，传输频谱提升至1.2 GHz，同时免调试光机的使用使HFC网络设备真正实现了即插即用，网络维修复杂度大幅下降，用户体验进一步提升。

3.3 FTTH+EoC+RFoG网络演进方案

EoC网络由于技术本身的缺陷，只能支持低流量、低并发的互动业务，无法适应当前互联网应用的发展。但EoC的能力并不代表同轴电缆能力，其中的同轴电缆与CMTS网络中的同轴电缆性能一致。现有的EoC网络只要做好频谱规划，也可以通过DOCSIS技术实现带宽能力的提升。

由于RFoG光机覆盖户数可以较少至30～50户，基本与EoC局端覆盖户数一致，因此RFoG光机可以和EoC局端同点部署。同时，EoC一般使用5～65 MHz频段，只需要启用 65 ～ 85 MHz频段用于CMTS上行，就可以实现并网运行。如图3所示，EoC局端和RFoG光机通过一个定制的高低通分配器实现同缆传输，高通口滤除70 MHz以下信号，低通口滤除65 MHz以上信号，滤波衰减大于60 dB，结合分配器OUT口之间35 dB的相互隔离度，EoC和RFoG光机之间可以有95 dB的滤波衰减。EoC一般可以滤除110 dBμV的发射功率，保证了EoC和CMTS之间信号无相互干扰。

图3 RFoG+EoC并网运行结构

通过上述技术方案，结合FTTH网络建设，其他公司一样可以在EoC网络中提升HFC网络传输质量和传输容量，保证存量同轴用户的业务体验。

4 结 论

当前FTTH在全国各地互联网基础建设中全面展开，但巨大的存量同轴网络给全光网建设带来了诸多难点，对此必须结合存量同轴网络进行FTTH网络建设。在FTTH网络建设过程中，结合实际情况可采取FTTH+EoC+RFoG网络演进方案，获得最优的建网性价比。