站长素材广告铃声:也谈EPON与双向HFC（对EPON的质疑）

目前有许多许多关于采用EPON替代双向HFC网络的宣传,也有广电人在讨论这个问题,试图将两者一定要作一个优劣比较.其"理由"是在讨论建设双向传输网络时,EPON和双向HFC都是具有双向传输的功能,所以才出现了这种的现象.

 如果需要一定要作两种技术优劣的比较,则首先要明确一个前提;我们需要什么样的网络最适合开展"三网融合"业务也就是说,需要明确传输什么业务信号,客观条件如何,才能够讨论什么样的网络技术是最合适的.

一、"三网融合"业务谈网络

建设双向传输网络,是为了开展业务传输业务信号.明确地讲,开展业务是目的,建设网络以及技术都是手段.

"三网融合"的含义是;

1;电视(广播电视和互动电视)业务,2;数据业务,3;电话业务.

电视业务是其中一个最大的业务类别,包括了广播式的模拟或者数字电视,交互式的互动电视,时移电视和电视资讯.传输电视业务需要的传输速率带宽资源需求也是最大的.电视业务中收益最高的是个性化的互动电视及资讯业务.开展业务的用户终端是电视机,电视用户网络是同轴电缆网络,已经存在于用户室内的每一个房间.

数据业务及互联网业务.通过数据互联网传输数据信息,数据业务需要的传输速率带宽资源比电视业务需要的资源少很多.通过数据网络也可以完成视频内容.用户终端是计算机.用户网络是五类线电缆网络(以太网).

电话业务是指网络电话业务,是通过数据网络传输的业务之一,所以用户终端也不同于普通电话机,而是网络电话机(或者通过专用适配器与普通电话网络连接使用).电话业务占用传输资源最少.

显然,以上三类业务对应于三种完全不同的终端,三种不同的终端连接不同的用户网络(户内局域网),使用完全不同的接口,各种接口在室内的不同位置并且符合使用习惯.

 电视终端(包括电视机顶盒)采用RF同轴接口,通过同轴电缆网络与HFC网络完全匹配连接.

计算机终端采用RJ45接口,与户内五类线网络(以太网或由CM+CMTS构建的以太网)连接最为简单方便.

电话终端采用RJ11接口,与户内双绞线电话线网络连接.通过电话网络适配器与户内以太网交换机连接.

以上三类业务终端因为需求传输资源不同,采用了三种不同的接口,对应了三类不同的户内网络.其中户内电视网络和电话网络普遍存在,由于用户室内的特殊性,充分利用室内电视网络对信息运营商开展业务的意义非常重要. 因为用户室内网络的广泛性,改造非常困难.现成的网络就是同轴电缆网络,与室外的HFC网络天然无缝接口,实际上成为双向HFC网络的一部分.从这个意义上讲,双向HFC网络占有现成资源的巨大优势.

二、广电网络采用EPON技术仍然需要HFC网络

因为电视类业务是主要业务,目前在广电讨论的EPON应用方案是一种典型的"双网方案".

户外网络形式分为有两种;一纤三波的"EPON+HFC"或者两纤三波的"EPON+HFC".可见与通信运营商讨论的EPON方案的区别是增加了HFC网络部分.方案中的光纤以太网部分在线缆的路由中与HFC共缆,作为数据网络存在,同时为HFC网络部分承担上行数据传输的功能.

为什么EPON方案仍然离不开HFC网络呢因为电视业务的资源需要和入户接入需要,不能没有HFC网络.其区别是在于采用单向传输的HFC网络而不是双向HFC网络而已.

所以在广电应用的EPON网络在入户接入时又出现了两种接入方式.

其一是双缆入户方式;HFC网络部分的下行输出为同轴电缆,与用户室内电视同轴电缆网络连接.EPON部分通过五类线入户与户内以太网连接(或者直接与计算机连接),形成双网双缆入户方式,简称"双网双缆"方案.

其二是同轴电缆入户方式;为了回避五类线入户的实际困难,利用同轴电缆在用户室内实际存在,并且具有覆设到了用户每一间房间的优势,把以太网信号进行"无源EOC"或者"有源EOC"变换,通过同轴电缆入户."EOC"变换的目的就是利用用户室内同轴电缆网络,可见室内同轴电缆网络的巨大价值.这种方式简称"双网单缆"方案.

非常明显,由于单向HFC的存在,HFC网络下行传输的一切性能要求与双向HFC网络必须一样,防雷和供电问题也一样.区别是光接收机取代了双向光站. 受成本影响,在广电网络上应用的ONU不是户内设备,而是多用户共享的有源设备.所以EPON网络与双向HFC网络一样都是"有源光网络",不是"无源网络".ONU的供电,防雷和端口管理问题同样存在,远比集中供电的楼栋放大器难解决.

三、互动电视业务需要巨大的网络频率资源

互动电视业务是电视业务的高级形式,是电视个性化的表现形式.

开展互动电视业务要求网络具有巨大的频率(带宽)资源.每一个个性化的数字电视数据流一般占用2～4Mbps的下行数据资源,每个用户一般需要2个以上电视终端.所以,每一户应该考虑平均需要10Mbps的独有资源.同时考虑单向电视(数字或者模拟)信号全网共享占用统一的约400M网络频率资源,这是一个相当巨大的频率资源需求,必须在网络基础建设的规划中充分考虑.

在HFC网络中采用IP-QAM技术,每24个频道(196MHz)的资源,可以传输对应与约1Gbps的数据速率,扣除各种开销后达到880～900Mbps的净荷,随着今后模拟电视频道减少,今后再增加24个IP-QAM频道,扩展更多的资源.对于200～500户的每一个光节点,其频率资源为860MHz或者1GHz的HFC网络,完全具有充足的可持续发展资源.

对于EPON网络,由于实际数据包处理开销太大,并且设备必须一次性安装投入,如果规划互动电视业务由光纤以太网(EPON)部分完成传输和交换的任务,则应该要求每一台OLT覆盖用户必须小于200户(每一个用户可能是多终端同时在线).因为出于成本考虑,在EPON方案的许多方案建议书中,互动电视业务的下行信号都不安排由OLT传输,由单向HFC部分承担传输任务,这种条件下每一台光发射机覆盖必须小于500户,如果采用1550nm的光发射机(覆盖10000到20000户)就是错误了.这个问题今天必须引起高度重视,如果今后互动电视业务开展起来时才明白,需要再次改网的各种损失就太大了.

所以,在分前端是否采用1550mn的光发射机的前提是,必须明确互动电视业务全部通过数据网络,HFC网络部分仅仅开展基本的广播电视.否则不能采用1550mn光发射机.

"三网融合"是个性化电视业务大发展的时代,如果互动电视业务通过数据网络传输,则要求为每一个用户规划充足的速率带宽资源并且一次性投入.

四、正确认识"EOC"

所谓EOC是英文Ethernet over cable的缩写,即以太网信号通过同轴电缆传输.一般地,为了非常方便地与计算机接口连接,以太网信号通常采用五类线作为传输媒质,采用RJ45接口,不会考虑采用同轴电缆传输.

为什么需要EOC 就是为了回避室内五类线布网这个最大的困难,利用"同轴电缆+分配器"在家庭局域网的现实存在,解决与室内各个终端的连接问题.

在同轴电缆网络实现EOC必须同时满足两个必要条件;

1;信号的主要能量成分在5MHz以上.因为室内电视网络必然存在信号分配器,5MHz以下的信号成分不能通过,如果使用无源EOC,其信号频谱成分大部分集中在5MHz以下,在通过分配器时信号大幅度衰减,会导致通信速率下降或掉包现象,致使系统不能稳定工作.

2;因为每一个用户(尤其是高端用户)户内交互终端必然存在两个以上(计算机需要和互动电视需要),必须解决多地址问题.无源EOC和简单变换的有源EOC都难以解决多地址问题.如果因为多地址问题而在室内安装交换机和五类线以太网,这种EOC没有任何用途.一台简单的交换机下开展多个不同业务,其业务的QoS管理也会出现其它问题.

在满足以上必要条件前提下,EOC设备还需符合电视网络的频率规划.因为电视网络的巨大的频率资源,肯定要为各种业务服务,EOC占用频率资源必须有明确而严格的划分,不能因为目前的业务局限,产生干扰或者限制未来业务的需要.这是必须满足的充分条件.

CMTS+CM就是一种非常典型而广泛应用的EOC.由于当时调制技术应用水平的限制,DOCSIS标准对设备的要求非常复杂,目前也没有国产化的产品,所以设备成本比较高.在全世界包括国内的广电运营商应用CMTS+CM开展宽带数据业务都产生了良好的经济效益,其主要原因是利用了"使用灵活,设备覆盖用户利用率高"和"随着用户密度增加而增加CMTS+CM的密度"这两个优点(发挥这个优点的前提是双向HFC网络是符合标准的网络).

必须指出,由于CMTS+CM的速率带宽资源成本比较高,不适合作为开展互动电视业务的设备. 目前,因为HFC网络和EPON网络都存在解决用户户内多终端连接问题的必要性,所以EOC的技术发展很快,产品形态很多,选择产品是必须考虑EOC是否满足应该具有的充分必要条件.现在市场上不同厂商提供的EOC性能,功能差别非常大,不能形成共识,更不能形成行业标准,给维护和升级带来一定的困难.

一定要牢记,是因为需要利用同轴电缆网络而需要EOC,绝对不是EPON网络需要EOC,如果采用EPON技术针对计算机终端的宽带数据业务,五类线入户是最好的选择.

五、EPON与CMTS+CM

EPON是数据接入网络技术,具体实现的应用形态实质是"光纤网络+交换机".而在广电讨论的方案中,是"光纤网络+同轴电缆+交换机"(单向HFC+EPON).其中的光纤网络部分是共缆的物理网络部分,是一种典型的"小光节点"网络形态(光接收机+ONU).由于电视同轴电缆网络同时存在,与小型光节点的双向HFC网络形态没有区别.

CMTS+CM是一种适应于HFC网络的信号调制解调技术设备,把以太网信号调制为RF信号,通过HFC网络入户后解调达到与用户计算机连接的目的,所以是一种典型的EOC.

EPON技术方案是利用光纤网络的"多纤共缆"的光纤路由与HFC网络共缆,把交换机(ONU)延伸到离用户很近的地方,利用电缆(五类线或者同轴电缆+EOC)入户开展宽带数据服务,目的是取代CMTS+CM这种EOC设备来构建一条以太网络通道.

如果按照数据速率带宽资源的单位成本作比较,肯定EPON比CMTS+CM的单位成本低.这是EPON的优势.

如果按照开展宽带数据业务(不包括互动电视业务)这个业务目的,在建设双向HFC网络的同时,资金充足而一次投入宽带数据业务设备,双向HFC+EPON一次投入是可以选择的方案.

因为EPON的应用必然是一次性投入(与网络建设同步而不是与业务发展同步),必须把今后十年业务发展需要的业务资源规划一次性规划确定.必须确定互动电视业务信号的下行资源是在HFC部分还是在EPON的部分.EPON网络如果仅仅考虑以计算机为终端的宽带数据业务,每一台OLT覆盖300～500用户,每一台ONU覆盖12～24个用户,采用五类线入户.其一次性投入比CMTS+CM的高密度一次投入低一些(实际上,CMTS+CM的投入都是根据业务发展而滚动投入,可持续发展非常灵活).

如果今后互动电视业务在规划中由EPON部分承担,由于设备投入与网络投入都是一次性投入,必须保证每一个用户今后具有10Mbps的独立资源,要求一台ONU覆盖用户12户左右,每一台OLT支持同时在线的用户在100户以下,如果不能满足这样的前提,即使采用AVS信源编码的信号,扣除EPON的实际资源开销,都不能肯定满足未来十年内的需要.同时还需要解决用户室内以太网问题(与电视接口并行).这是一个巨大的投入.是任何按照企业运行的广电运营商都是难以承受的.目前世界上部分通信运营商为了开展IPTV而采用EPON,需要的巨大投入的原因就在这个一次性巨大投入问题上而决策困难(因为通信运营商又没有同轴电缆用户网络).

CMTS+CM的优势是可以完全根据宽带数据业务用户的发展需要而滚动增加设备投入(与实际宽带用户数量相关),其初期投入密度与网络上行传输性能指标也相关.其用途明确是宽带数据业务设备,但是肯定不能考虑承担传输互动电视的下行传输任务.即使是承担传输上行指令的任务,因为CMTS可管理的实际在线用户数量的限制,也与宽带数据业务存在资源竞争的问题.

六、"光进铜退"环境条件下的双向HFC网络

在光缆成本降低,铜材涨价而电缆成本上升的总趋势条件下,尽量采用光缆接近用户,同时利用同轴电缆连接终端的灵活性存在于用户室内网络的优势,电视网络采用双向HFC的原则的必要性是肯定的.

在双向HFC建设条件下,利用光缆"共缆多芯"的实际资源,是否同时采用EPON技术的问题,应该按照投入回报的企业运营原则的讨论也仅仅是经济问题而非技术讨论(技术讨论是按照符合业务持续发展的资源要求而规定).也可以在一次性覆设光缆时"预留"EPON网络的光纤以及分光器位置,以便今后迅速安装EPON设备.

按照过去大家认可的"每一个光节点500户"的原则显然受到了挑战,"光进铜退"形式下,这个问题已经是不能回避的了.即使不需要马上改造已经成功建设的双向HFC网络,但是每一个城市每年新建设的住宅(群)的网络建设是不能停止的.

首先必须指出,过去"每一个光节点覆盖500户"方案的提出是为了减少"汇集噪声"和提高长距离传输性能指标问题而提出,是技术讨论的范畴.后来光缆和光设备逐步降低成本,也才逐步有了经济成本的优势.尤其是双向HFC单向HFC网络的区别仅仅是光工作站与单向光接收机的区别,在同样光节点大小条件下,网络户均成本小于30元/户以下.

如何利用目前光缆和光设备的成本优势,肯定是更加划小光节点的思路. 划小光节点本身不是困难的,关键是如何处理划小光节点带来的供电问题,防雷问题,光节点的安装问题等等客观条件下的可行性问题.这是无论HFC网络还是EPON技术应用都同样不能回避的问题(ONU+光接收机本身也是光节点).

如果将光节点规划的小于100户(例如50户左右),肯定会出现已经覆设的支干光缆的光纤芯数量不够的情况(从分前端机房出缆的开始几百米往往有这类问题).对于这类问题,因为不是频率资源问题,双向HFC网络也完全可以采用在恰当位置野外安装光分路器/光合成器,如同EPON技术的光链路路由一样简单处理干线光缆光纤芯数量不足的问题.

在实际规划中,一定要尽量相对集中规划光链路的分配/合成点,否则实际施工和维护工作量很大,质量检查也会困难.

如果光节点直接输出信号到用户,野外电缆采用-7的同轴电缆,覆盖小于50户.则由于光节点大量增加,对光工作站的要求也必然发生变化,容易安装,省电,成本更低的小型光站是必然的合理要求.例如;

1;省电.采用开关电源,要求功耗小于35瓦以下.

2;外形如何更加适应在地面箱体或者墙面安装.

3;采用具有防雷措施的220伏供电模块,节约供电器投入.

4;采用砷化钾模块,功耗不增加,输出电平能力提高,确保用户户内多端口条件下的高频段电平留有裕量(确保网络到达860或者1GHz的要求).

以上的例子就是"光纤到楼"的双向HFC.

目前在EPON+HFC的许多实施方案中,采用光接收机和1550mn光发射机的做法都是不恰当的.如果是成本原因,每一台光接收机增加上行光发送模块的成本是不高的,1310mn光发射机的成本是最低的,不能因为当前节约部分很少投入而购买不符合技术要求和不适应业务使用条件的产品,后续遗留的问题往往使总投资增加.

双向HFC网络的频率资源巨大,是因为双向HFC网络分前端中的每一台光发射机具有独立的频率资源,决定下行频率资源的瓶颈是光发射机覆盖用户的数量关系.这几年来许多对双向HFC网络有正确认识的同行在规划设计时,按照每一台下行光发射机覆盖小于2000户,今后可以增加光发射机,分割减少到覆盖500户以下,很方便地增加服务于个性化业务的频率资源,这是遵照可持续发展原则的科学规划.

结束语

笔者一直关注EPON技术,也在研究EPON技术设备如何正确应用于广电网络的一系列应用问题.目前在广电网络应用中,笔者反对没有根据业务正确需要的要求而糊涂地采用,也反对部分厂商"为了低成本算帐结果"的错误应用方案宣传误导.更反对以EPON技术而建设单向HFC网络.

广电运营商在网络建设和综合业务规划时,建设双向HFC网络是主题,研究如何利用双向HFC网络光缆的共缆多纤条件,增加专门的数据业务通道而采用EPON的方案是有意义的讨论,其问题还是在于合适EOC产品问题和适应于实际安装使用的系列相关产品实现问题.任何技术的应用都是手段,如果离开了应用的目的而讨论是没有任何意义的.应用的客观环境条件和材料性能等等如同多元函数,成本结果随着各种客观环境条件这类参量而变化.如果忽视某些主要因数而进行讨论,得出的结论往往是片面的甚至是错误的.