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1、传统 HFC 网平滑升级到 FTTH 的新思路Fiber Deep HFC 有线传输系统介绍熊承国 北极光通讯设备（北京）有限公司1. How traditional HFC network migrant to FTTH( issued in Feb.,2009 by cable TV technology)摘要：本文从 HFC 网络双向建设的需要出发，系统介绍了利用数字回传技术、菊花链回传技术、波分复用技术及以太接入技术建设和改造传统 HFC 网络的新思路。关键字：Digital Return、Daisy Chain、CWDM、DWDM、Ethernet Access一种智能化的光传输系统
2、基于成熟的技术、开放的协议、标准化的结构，把数字技术、CWDM/DWDM 技术及以太接入技术有机结合在一起，成功构建了一种高可靠、高密度、易升级、可管理的智能化光传输系统平台。该 HFC 网络传输系统确保在网络改造中能够最大限度地利用现有 HFC 网络资源及基础设施；既能够很好地满足当前各种交互业务的需求，又充分兼顾了下一代网络（NGNnext Generation network）的发展趋势，是构建未来双向HFC 综合业务网络传输系统的优选方案之一。1 引言在 2006 及 2007 年杭州国际有线电视研讨会上，与会代表通过对下一代网络（NGN）以及三网融合的技术研讨基本上形成了以下共识：(
3、1)HFC 网络必须进行双向改造；(2)对 HFC 网络进行双向改造时，光纤应尽可能向用户端延伸，最好光纤到楼栋，以便为平滑升级到光纤进户进行前期准备；(3)接入网要适应不同用户要求，可以根据不同情况采用不同的接入模式；(4)业务需求是网络发展的驱动力，所以网络改造应该按业务需要不断深入；(5)骨干网要适应下一代网络技术发展；(6)同轴电缆网的双向改造可以采用多种模式，但是（上、下行通道）都必须严格规范、严格管理、严格执行验收标准。虽然当前 HFC 网络双向改造的主要目的是为了实现交互业务传输，构建一个高性能的传输平台，为成功构建下一代网络（NGNNext Generation Network
4、）打下一个良好的基础，但最终仍然是朝着光纤到户的三网融合终极目标前进。在 2004 年 2 月 ITUT SG13 会议上给出的 NGN 的定义是：NGN 是基于分组的网络，能够提供包括电信业务在内的所有业务；利用多种带宽能力和 QoS 保证的传输技术；其业务相关功能与其传送技术互相独立。NGN 使用户可以自由接入到不同的业务提供商；NGN 支持通用移动性，允许为用户提供始终如一、普遍存在的业务。从上述 NGN 网络的定义可以看出，广义的 NGN 是一种目标网络，是融语音、视像、数据于一体的全新的网络，是以分组交换及 IP 协议为基础的网络；这样将使网络不受时间、空间和带宽的限制，充分实现网络
5、个性化与个体化，使网络具有接近零时延、优良的 QoS特性、足以信赖的网络安全性；网络接入普遍灵活，具有跨协议、跨标准的国际漫游能力，将网络呼叫控制与网络传送层及业务层完全分离，可进行业务的快速布设与移植的一种理想网络。传统 HFC 网络，由于其传输媒质（光纤、电缆及传输设备）的宽带特性与点到多点的拓扑结构，正向广播传输带宽非常大，特别适合传送广播业务。也正因为这种正、反向共享传输介质的点到多点传输模式，对于许多交互业务信号的传输就存在一定的局限性。特别是在交互业务开展的初期用户数量不多，用户比较分散的情况下，初期部署可能要求较高投入；而后随着业务的不断推广（特别是网络游戏、网络视频之类要求正向
6、、反向传输速率对称的应用需求） ，又可能对双向 HFC 网络的升级扩展产生很大压力。虽然现在普遍认为 EPON 可能是未来三网融合的最佳模式，但时至今日，HFC 网络仍然是性能良好的广播信号传输网络；目前没有必要、也不可能立即废弃现有 HFC 传输网络而重新构建一个融广播与交互业务于一体的单纤三波长复用的 EPON 网络。在 HFC 网络升级改造的过程中，应该也必须充分利用现有网络资源与已经进行的大量投资，采用多种模式迅速实现广播业务与交互业务的高质量传输，逐步平滑过渡到三网融合才是网络建设与改造的现实选择。HFC 网络升级改造应该遵循的基本原则是：(1)依托现有的 HFC 网络结构，充分保护
7、网络已有投资；(2)充分利用已经存在的 HFC 光纤网络基础设施并有选择地进行局部性技术改造；(3)选择的技术应是 HFC 网络的延续，继承 HFC 网络并发扬创新，能将 HFC 和 IP 技术完美结合起来，构建面向未来的网络架构，建设一个多业务、双向、个性化的综合接入平台；(4)选择的技术不仅满足交互业务传输的 QoS 要求，而且对传输速率可以按需要逐步实现平滑升级，最终过渡到 FTTH。为适应当今有线电视网络迅速拓展增值业务的需要和复杂多变的市场需求，美国Aurora 公司推出了 Fiber Deep HFC 光传输平台及一系列对应的传输设备和多种网络拓扑结构。其设计理念是在现有网络结构的
8、基础上，充分利用已有的 HFC 光纤网络基础设施并有选择地进行局部性技术改造，使其交互业务传输速率可以按需要逐步升级，最终平滑过渡到 FTTH。当然，为满足未来综合业务传输的 QoS 要求，显著提高现有 HFC 传输网络的可靠性也是该智能化光传输平台的突出优点。从上述设计理念出发，该智能化光传输平台可以随时提供符合当前需要的带宽，同时也为明天的需要做好了准备，为今后的发展构建了一个易于平滑升级的传输平台，但并不需要为今后的产出提前进行过多的投入。该智能化光传输平台凭借独特的结构设计和先进的技术，提供比传统设备简单而高效的产品，以适应不同地区、不同发展阶段、不同业务的需求。本文根据该系列智能化光
9、传输平台的设计理念，从 HFC 网络发展进程出发，分别介绍光纤不断向用户端深入、数字回传与菊花链回传技术、多种以太接入模式、按需配置光纤（Fiber on DemandFoD）最终平滑过渡到 FTTH 的几种双向 HFC 网络的传输模式。2 传统 HFC 网络概述传统 HFC 网络的典型拓扑结构如图 1 所示。图 1 传统 HFC 网络的典型拓扑结构图 1 所示的 HFC 网络中，光节点之后使用了一级双向 RF 放大器，现在中国大部分双向 HFC 网络中光节点之后可能配置了 13 级双向 RF 放大器。3 光纤深入 HFC 网络光纤尽可能向用户端延伸交互业务的宽带接入需求驱动网络的发展。不同的
10、业务对于带宽的需求如图 2 所示。图 2 各种业务要求的传输带宽为了得到更高的传输带宽，对于双向 HFC 网络首先采取的措施是光纤逐步深入，尽可能向用户端延伸，将每个光节点覆盖的用户数不断减少，增加每个用户的正向可用窄播带宽以及上行回传带宽。从每个光节点覆盖 1000 户减少到 500 户、250 户甚至 125 户等等。光节点后级联的 RF 双向放大器从 3 级减少到 1 级，甚至不使用 RF 放大器，光节点之后无源分配入户；这样就消除了光节点之后的 RF 放大器传输带宽的限制，降低了系统的噪声，RF 同轴电缆及无源分支/分配器的传输带宽很容易达到 1GHz 甚至 1.5GHz。光节点后无源
11、分配入户的网络拓扑示意图如图 3 所示。图 3 光节点后无源分配入户的网络拓扑示意图光纤向用户端深入的主要好处是：(1)建立在统一平台上的多功能网络，基于有线电视 HFC 网络，实现有线模拟、数字电 视广播业务的同时，能提供宽带数据接入服务。(2)野外设备数量大大减少，接近于实现光纤网络无源化，因而大大降低了网络故障率，提高了网络安全可靠性。(3)降低了设备安装、网络维护、电源消耗费用，简化了分前端，降低了运行与维护成本。(4)取消了 RF 放大器，既改善了网络性能，又进一步提高了网络的可靠性。(5)还可以支持未来基于以太的回传业务，为拓展服务领域提供了新的信息传输通道。虽然理论上说来光纤可以
12、不断向用户端延伸，但是随着光纤不断向用户端深入，从分前端出口的光纤数量将会成倍增加；这将会显著增加系统改造费用及前端（或分前端）的管理难度。如果在前期建设时没有为光纤深入预留足够数量的纤芯（考虑到建设成本，早期建设时一般都没有预留大量的空闲光纤） ，重新部署光纤可能会导致升级成本的大幅度增加；在光纤以地埋的方式布线时，还可能因管道资源不足实际上无法进行传输光纤系统的升级改造。因此，在 AURORA 公司提出本文介绍的数字回传与菊花链回传技术之前，还没有出现一个光纤深入的理想解决方案，可以确保在需要的时候就立即进行 HFC 网络的平滑升级。4 数字回传与菊花链回传技术平滑缩小光节点的一种新技术为
13、了在 HFC 网络的建设初期不必为今后的光纤深入预留大量的空闲光纤，又能够在传输带宽升级时具有非常高的灵活性与适应性，Fiber Deep HFC 光传输系统中把菊花链回传与数字回传技术相结合，很好地解决了光节点缩小、光纤深入时对传输光纤的要求；而且针对传统 HFC 双向网络的应用模式，菊花链回传技术还可以大大减少前端（或分前端）处的回传光接收机的数量。图 4 示出了采用菊花链回传结构与数字回传技术将传统双向 HFC 网络的光节点缩小，实现 HFC 网络平滑升级的一种拓扑结构示意图。图 4 双向 HFGC 网络的菊花链接与数字回传链路拓扑示意图图中 SA6940、SG2000 光节点是传统双向
14、 HFC 网络中已经广泛使用的光节点，多功能光节点 1、2、3 则是取代双向 HFC 网络中某个传统光节点的 Aurora 公司智能化多功能光节点。为了利用初始建设时每个光节点仅有的一对正、反向光纤完成光节点的缩小，则在原光节点处设置一个 4 分路器，将正向光信号 1 分为 4，分别送达划小后的各光节点；图中示出原光节点用多功能光节点 2 取代，原 SA6940 移到新的安装位置，并另增一台 SG2000 和一台 SA6940 光节点。图中示出的 3 台多功能光节点都配置了数字回传发送机，但原 HFC 网络中的传统光节点以及新增的各种光节点内，都是配置的是模拟反向激光发送机，所以将其回传的模拟
15、光信号在多功能光节点内接收后变成 RF 信号，再与多功能光节点的本地模拟RF 回传信号合成，最后再进行数字化，实现数字回传。3 个多功能光节点的数字回传信号可以分别回传到分前端（如图中所示）；也可以级联后用再传回分前端（图中尚未示出这种级联应用模式），甚至还可以进行波长变换后以 DWDM 方式传回总前端，从而实现远距离数字回传（图中也未示出）。利用多功能光节点（MUX Node）实现回传信号数字化并采用菊花链回传结构改造传统HFC 网络以后，对于双向 HFC 网络的运行，会有以下几个方面的好处：(1)提高回传信号质量：由于数字信号对接收光功率、环境温度等因素并不敏感，因此数字化回传的信号在前端
16、能够得到更好的还原，反向数字接收机的 RF 输出信号电平非常稳定；而且接收光功率可以更低，传输距离会更长。(2)可以实现各光站的回传信号串联：信号数字化以后可以实现复用，这样就可以将一个光站的回传信号传输到另外一个光站，两个光站的回传信号复用后再继续传输，如此实现多个光站回传信号的复用与级联。(3)减少光纤资源占用：如果将 16 个光站的回传信号复用，可将光纤占用量降低到原来的 1/16。(4)可以减少甚至取消分前端：由于光纤占用变少，如果再使用 WDM 技术的话，就可以实现回传信号直接传送到总前端，一些不合理或者不急需的分前端就可以被取消，既可节省运营成本，又使网络结构更趋合理。(5)节省回传光接收机：每一个串联链路只需要一台数字回传光接收机。(6)与以太接入系统集成以提供更多的获利机会：数字回传技术与以太传输完全可以集成在同一个物理传输通道内（共享光纤）实现。这就在同一传输平台上为各种商业用户、学校及其它专线用户提供了一个非常灵活、可靠、高速的传输链路，为快速部署各种可能的增值业务
