全业务光纤接入网及终端系统的研究

刘 佳

（91033 部队，山东 青岛 266000）

0 引 言

随着我国经济的快速发展，用户对互联网业务的需求不断增长，数据业务、视频业务等多媒体业务的快速发展，对带宽及网络可靠性的要求越来越高，光纤接入网在满足用户需求方面发挥着越来越重要的作用。因此，研究和开发适用于城域网中的全业务光纤接入网及终端系统具有十分重要的意义。从全业务光纤接入网及其终端系统出发，结合我国宽带网络建设现状、城域网发展趋势及电信运营企业现状和未来发展战略，研究开发一套适用于城域网的全业务光纤接入网及终端系统，旨在为相关人员提供借鉴。

1 综合接入终端系统的构成

1.1 综合接入终端系统的硬件构成

随着有线电视（Cable Television，CATV）网络的数字化发展，面向同轴电缆接入的终端产品随之诞生。同轴电缆接入终端系统用于接收网络中的数字电视信号，将数字电视信号转换成模拟电视机能够处理识别的模拟电视信号，在模拟电视机上收看数字电视节目[1]。

同轴电缆接入终端的硬件构成包括中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、存储器、外围电路以及输入输出端口等在内的单片计算机系统，如图1所示[2-4]。

图1 接入终端系统的硬件结构

1.2 同轴电缆接入终端系统的软件构成

同轴电缆接入终端系统的软件由应用软件和管理软件组成，应用软件用来实现用户对同轴电缆接入终端系统进行操作控制和信息采集；管理软件用来实现对同轴电缆接入终端系统的配置、管理以及维护。

软件系统是同轴电缆接入终端的核心，通过软件驱动硬件，从而实现各种功能。除了驱动程序和主芯片自带的实时操作系统外，主要软件为Booter、Loader、Application，其特点如表1 所示。

表1 同轴电缆接入终端系统的软件类型

2 全业务光纤接入网及终端系统设计

全业务光纤接入网及终端系统设计是为了提供高速、稳定且可靠的网络连接，满足用户对各种服务的需求，包括宽带互联网、互连网协议（Internet Protocol，IP）电话、高清视频以及智能家居等。目前，光接入网技术已成为接入网的主要技术。在有线电视数字化加快的背景下，依托有线电视网的高清数字电视和光纤宽带网已成为人们日常生活中不可缺少的部分。

2.1 综合接入终端系统设计

通过使用综合接入终端设计，用户可借助一个综合接入平台，将有线电视网、光纤宽带网等各种业务网络集中连接并综合接入终端，采用有线或无线的方式进行接入。综合接入终端系统如图2 所示[5,6]。

图2 综合接入终端系统

2.2 全业务接入网设计

如图3 所示，各种业务网络如电信网、有线电视网的各类业务经过协议的转换接往光纤网络的光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）。对于各类业务上行和下行承载，在一根光纤采用波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术，由3 个波长完成。OLT 通过以太网无源光网络（Ethernet Passive Optical Network，EPON）结构与用户侧的光网络单元（Optical Network Unit，ONU）相连接，ONU完成光电转换及处理，将IP 数据业务和数字电视业务通过同轴电缆送至电缆网关。电缆网关将来自ONU 的Internet、互联网电话协议（Voice over Internet Protocol，VoIP）、交互式网络电视（Internet Protocol TV，IPTV）等数据进行封装和变频，与数字电视信号复用，通过同轴电缆对用户实现接入。用户的终端设备对信号进行分离，电视信号送往机顶盒，数据信号送至计算机、IP 机顶盒或电话等，数据信号也可以利用无线设备实现基于Wi-Fi 的WLAN 无线接入。此方案实现了基于光纤和同轴电缆的数据、语音以及视频等全业务接入，同时实现了有线接入和无线接入的融合。

图3 全业务接入网设计

3 系统测试及业务承载能力分析

3.1 系统测试

本研究对综合接入终端的同轴电缆接入部分、光纤接入部分以及整机性能进行了测试，发现参数满足同轴电缆接入和光纤接入，整机性能稳定，功耗低。整机性能参数如表2 所示。

表2 整机性能参数

3.2 业务承载能力分析研究

高清数字电视、视频点播业务逐步被大众认可并使用，用户的多业务需求使得接入网络要具有更高的带宽。无源光网络具有成本低、技术成熟、兼容性和可控性好、可维护性强以及业务接入类型多等优点，是一种有效提高带宽的技术，能够有效提高用户的带宽。

3.2.1 基于无源光纤网络结构的通信视频点播业务承载

基于无源光纤网络（Passive Optical Network，PON）结构的通信视频点播（Video On Demand，VOD）业务承载系统由以下几部分构成：（1）点播服务器，将数字视频广播（Digital Video Broadcasting，DVB）和IPTV 的轮播、点播节目流发至OLT 单元；（2）光链路单元，根据用户的点播命令，与点播服务器进行通信，将节目流发往光分配网（Optical Distribution Network，ODN）；（3）光路分配单元，将下行方向的信号分路，发至ONU 设备，对用户上行方向的信号进行复用，传回至OLT 单元，由无源器件组成；（4）光网络单元，接收下行方向的光信号，根据相应的协议解封装IPTV 信号，并将DVB 光信号转换成电信号，对用户上行方向的电信号转换成光信号后，使用OLT分配的时隙发送上行信号；（5）综合接入终端，响应用户点播命令，对下行轮播、点播的节目流进行解码。

3.2.2 综合接入终端的业务承载

广播式数字电视的业务承载如图4 所示。经过调制的数字电视节目由混合光纤同轴（Hybrid Fiber Coaxial，HFC）网络传输到综合接入终端，在其面向同轴接入部分对电视节目进行调谐选台、接收放大、信号解调、解复用以及解码，再转换成模拟信号输出，接至普通电视机终端，完成收看DVB 广播节目。

图4 广播式数字电视的业务承载

光纤接入网通过光纤连接到综合接入终端的面向光纤接入部分，综合接入终端通过RJ-45 口或无线路由与终端进行连接，有线或无线方式完成Web 业务的承载。

3.2.3 基于EPON 的DVB 业务承载

DVB 是一套国际认可的、完整的、公开的、适用于不同媒介的传输视频电视信号的数字电视标准。系统复用以及信源编码都遵循了MPEG-2 国际标准，DVB 对DVB-S 数字卫星直播系统、DVB-C 数字有线广播系统、DVB-T 数字地面广播系统等的信道编码方式、调制方式、互联网以及其他网络的接口协议等标准进行了规范，使采用MPEG-2 的数据广播在系统内的转换变得简单，增加了与其他网络的通用性。

4 结 论

主要介绍了2 种基于PON 结构的VOD 业务承载和基于EPON 的DVB 业务承载系统。其中，VOD 业务承载系统采用点播式数字电视节目的调制方式，将节目流发至综合接入终端OLT 单元，完成收看DVB广播节目。而基于EPON 的DVB 业务承载系统采用DVB 标准，规定了信道编码方式、调制方式、互联网以及其他网络的接口协议等，使采用MPEG-2 的数据广播在系统内的转换变得简单，增加了与其他网络的通用性。研究结果表明，在视频方面，既可以接收DVB 广播式的节目，又可以完成节目的点播，还可以使用普通电视播放MPEG-2 以及H.264 节目。在数据方面，个人计算机等终端可以实现全光纤的接入。