浅谈在HFC网络中应用PON技术实现宽带业务的接入

有线电视HFC网络除了可提供丰富多采的电视节目外，还有足够的频带资源来支持其它业务的开展。各地网络公司都在HFC网基础上增加传输宽带数据等业务。在接入网环境中用光纤取代铜缆可带来一系列的好处。因此，接入网宽带光纤化成为必然，而PON技术因其多业务、低投资、易维护等特点，将成为未来宽带接入网的技术热点。

实现数字化和多功能应用是科技的进步和发展。也是市场的需要和发挥资源优势、扩大服务、增加收入的重要途径。有线电视HFC网络除了可提供丰富多采的电视节目外，还有足够的频带资源来支持其它业务的开展。例如通过Cable Modem在HFC网络上实现数字信号传输，可为用户提供Internet的高速接入。为此，各地网络公司都在HFC网基础上增加传输宽带数据等业务。其中利用Cable Modem进行Internet接入的业务发展最快。

广电网络为了提供如宽带接入、数字电视点播等更多增值业务。必须对传统的HFC网络进行双向网改造。构建双向HFC网络，开展宽带接入业务，实现回传需要很多根光纤，而且光信号到了前端后，前端需要很多回传光接收机，同时汇聚噪声会十分明显。例如：一个HFC网络，采用星型结构，有n个光节点，那么下行需要n根光纤，上行还需要n根光纤，前端再需要n个回传光接收机，而且这n在模拟电视业务基本普及的今天，多功能应用、数字化成为当前有线电视网的热点，实个光节点的回传噪声将会在前端的CMTS(CableModem Terminal System)汇聚，劣化回传信号的载噪比。甚至导致回传系统无法正常工作。因此如何低成本地构建高质量、宽带的双向HFC网络是厂电实现宽带接入的关键。

在接入网环境中用光纤取代铜缆可带来一系列的好处：降低维护费用、易于实现业务融合和提供新业务、提高信息传输的可靠性、方便系统扩容、节省建设投资等等。接入网宽带光纤化成为必然。而PON技术因其多业务、低投资、易维护等特点，将成为未来宽带接入网的技术热点。

PoN技术

光纤接入网根据中继光器件的类型又可划分为无源光网络(PON，Passive Optical Network)和有源光网络(AON，Active Optical Network)。

在光接入网中，如果光配线网(ODN)全部由无源器件组成，不含任何有源节点，这种光接入网就是无源光网络(Passive Optical Network，PON)。PON是一种采用无源光网络(前端和光节点之间没有有源设备、器件)的技术，是一种新兴的透明的宽带接入技术。PON的架构主要是将光纤线路终端设备OLT下行的光信号，通过一根光纤经由无源器件Splitter(光分路器)分路传送给各用户终端设备ONU/T。这样就大幅减少网络机房及设备维护的成本，更节省了大量光缆资源的建设成本。PON因而成为FTTH最新热门技术。

PON技术始于20世纪80年代初，目前市场上的PON产品按采用的技术，主要分为APON/BPON(ATMPON/宽带PON)、EPON(以太网PON)和GPON(千兆比特PON)几种。

几种PoN技术及其比较

APON(也称为BPON)特点是采用ITU于上世纪90年代中期批准的ATM体系结构。与以太网设备相比，ATM交换机和ATM终端设备相当昂贵。而且，现在因特网工作于TCP/IP协议，用户终端设备都是IP设备。采用ATM技术必须将IP包拆分重新封装为ATM信元，这就大大增加了网络的开销，浪费网络资源。

EPON基于千兆以太网的无源光网络技术，国际标准IEEE802.3ah在2004年正式，是一个由制造商驱动的解决案。而GPON是一种按照消费者的准确需求设计、由运营商驱动的解决方案，标准化主要由FSAN和ITU-T来驱动。与GPON技术相比，EPON的技术门槛较低。核心芯片的设计难度也低，目前已经有不少芯片厂商加入EPON芯片设计的阵营，产业链更成熟。

从技术理论上分析，GPON比EPON更具优势。从实用性角度看，GPON由于芯片的原因，综合成本会高于EPON设备。今后两年，随着GPON大规模的商用，GPON的成本将会与EPON趋同。但如果只是单纯数据业务的接入，目前选择EPON就足够了。

PoN与传统网络的比较

无源光网络PON与传统网络的结构相比有以下优点：

1、PON不需要在中心局和用户间安设有源器件，因此会节约更多的初始建设费用和不少的室外设施维护费。

2、PON由于采用点到多点的接入模式，因此中心局到用户间铺设光纤的基建费用由用户们共同承担，可以提高网络建设投资的回报。与为每个用户都配置端到端光纤的方法相比，为相同数量客户提供业务的PON设备的体积更小，占用中心局的空间更少。

3、PON同时支持传统业务(模拟电视)和宽带业务(IP语音传输、IPTV、宽带上网等)。

4、PON支持所有住宅用户(使用POTS、模拟电视和数据业务)和许多商业用户(使用T1/E1和以太网业务)共享一个接入网(包括物理层和协议层)，不必使用不同的接入网分别为他们提供服务，因而减少了分散的接入网的数量。

PON技术在HFC网络中的应用

在PON网络中。信号从前端的OLT到用户端的ONU称为“下行”：信号从ONU到OLT称为“上行”。从这些特点来看。PON和我们的HFC网络具有很多相似之处。

PON采用树形、星型分支结构。多个ONU共享光纤和前端OLT的回传光接收机。PON下行采用时分复用(TDM)方式，信号广播式下发，和我们的HFC网络的下行完全一样。是“一发多收”：但是，信号的上行方式却不一样。各个ONU或者说光节点共用一根光纤进行回传，回传采用时分多址(TDMA)技术，“多发一收”，前端只设置一个回传光接收机，在任意一个时刻只有一个ONU发送信号，各个ONU单元轮流发送信号，实现光纤和回传光接收机的资源共享。

同HFC网络一样，PON网络也有总线型、树形、星型等拓扑结构。PON系统一般采用无源单(双)星形拓扑，分路比可以达到1：16-1：32，每个光节点可与数十个到数百个用户端设备(CPE)相连。

用PON网络技术构建双向HFC光网络，下行仍采用原有的光端机，广播式下行占用一根光纤(如果是环网，则加倍)，所有光节点的业务回传占用一根光纤。当然。如果采用波分复用(WDM)方式，可以1550nm波长光发射

机下行，所有光节点用1310nm的FP激光器进行回传，再用若干1310/1550波分复用器即可。

双向HFC网络目前开展的主要业务是IP业务，所以采用E-PON，技术是最合适的，它不需任何复杂的协议，光信号就能精确地下行传输到ONU；来自光节点ONU的数据也能被集中传送到前端。在物理层，可以使用1000Base的以太PHY；同时，增加MAC控制命令进行控制和优化各ONU与前端OLT之间突发性数据通信和实时的TDM通信。在协议的第二层，可以采用成熟的全双工以太网技术，使用TDM技术后，ONU在自己的时隙内发送数据报，网络中没有碰撞，所以不需CSMA/CD，从而充分利用带宽。另外，E-PON技术通过在MAC层中实现802.1 p以及动态带宽分配(DBA)技术来提供与A-PON类似的QoS。

下行设计采用QAM调制器。将数据信号调制到电视信号的空闲频带内，和下行TV信号混合后送入下行的光发射机。下行的数据信号除了净荷外还要加上管理开销。在光节点将光信号转化为电信号，TV信号送到用户，QAM信号被解调，根据TDM时隙分配，解出各个光节点本地的信号：回传可以采用价格便宜的1310nm的FP激光器，甚至LED，回传调制是采用我们已经研发成功的“突发模式(Burst-Mode)”数字光发射电路。回传信号以数字调制的形式，在前端分配给自己的时隙内将信号回传到前端。这样，前端仅仅使用一台回传数字光接收机就可以接收所有光节点的信号。而且克服了回传噪声的影响。

EPoN在HFC网络中的应用模式

采用EPON技术进行广电双向化改造可直接利用已经铺设的光缆中剩余的一根光纤作为EPON宽带业务的传输通道。在分前端机房部署EPON的OLT设备，可以覆盖周边10-20km内的用户，光信号通过树形光分配网络到达小区光节点：根据光节点的覆盖范围，可以选择在光节点处放置光分路器，进一步将光纤延伸到楼道放置ONU，也可以选择在光节点处放置ONU，最后通过五类线入户。对那些无法部署五类线的楼，可以通过EoC方式入户。在最后100m的入户方案中，可以选择EPON+LAN的技术，也可以选择EPON+EoC(Ethemet overCable)的技术。

EPON+LAN方案中，EPON OLT利用分前端光纤到远端机房，光分路器分光接入各个楼道ONU。ONU采用LAN入户，承载数字电视点播信令回传和宽带上网等多业务；下行的模拟和数字电视信号通过原有的光纤和HFc线路下行，HFC入户；最终双线入户(同轴电缆和5类线捆绑在一起的线缆)解决广电数字网络双向问题。另外，如果CATV信号波长为1550nm。可将分前端光纤与EPON OLT进行合波。通过一根光纤进行传输，在园区机房再进行分波。分出CATV信号和EPON光信号，由此可有效节省线路光纤资源。

EPON+EoC方案中，EPON OLT利用分前端光纤到远端机房，光分路器分光接入各个ONU。然后以EoC方式下行。EoC合成器部署在小区楼道，将CATV信号和数据信号进行合成，通过原有HFC线缆传送到用户侧，最终通过用户侧的EoC终端分离出CATV信号和数据信号。用户数字电视点播信号通过EoC，方式上行。EoC充分利用现有网络的同轴电缆、分支分配器资源，能够有效节省建网成本；终端设备成本较低。降低用户投资。

结束语

随着网络技术的进步，宽带业务的普及，三重播放业务的推出，光纤接入越来越普遍，而管道、光缆资源不可能无限制扩张，采用PON技术大量节约了光缆资源。有效解决了这一问题。随着PON技术不断完善，光器件成本不断降低，技术优势将越来越明显。事实证明。应用PON无源网络技术的HFC网络接入系统具有网络建设快、灵活、高性能、多业务、性价比高等优点，是一种全新的宽带接入技术出现在人们的面前。它是一种真正能支持语音、数据和视频全业务的接入技术。它是实现“三网融合”切实可行的方案。