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1、EPON与CATV网融合的相关技术林如俭，宋英雄 上海凌云天博光电科技有限公司凌云光子技术集团,本文是给广电总局EPON和EoC测试评估与标准预研工作组的建议之一。提供关于EPON与CATV网网络融合技术的全面叙述。主要讨论波长配置、光纤到楼（FTTB）条件下HFC网的CATV指标、数据光波与CATV光波共纤传输时的非线性串扰和线性串扰问题及其解决办法、EPON与HFC网共用的光分配网的设计方法、 EPON与HFC网的网络管理。,摘要,前言,以太无源光网（EPON）作为新一代的宽带接入网正在亚洲和世界各国迅速普及。它本质上是一种时分多路基带传输的数据网，承载着IP数据包，自然就能够承载封装在I
2、P包中的各种业务：互联网浏览、电子邮件、网络游戏、电子商务、企业和住宅楼的数字监控、会议电视、IPTV、VoIP及通过TDM over EPON的普通电话等等。,光纤同轴混合网（HFC）是迄今有线电视的主要传输媒介，它本质上是一种频分多路射频传输的广播电视网，承载着模拟电视和数字电视业务。具有频带宽阔、传输容量大和模数兼容的特点。HFC网的光纤部分在技术上属于副载波复用（SCM）光纤传输系统，射频副载波不能与基带数据直接叠加，但通过波分复用方式广播电视射频信号可以与EPON数据兼容在同一根光纤中传输，这是EPON与CATV网融合的技术基础。,HFC网的光纤部分在结构上采用一点到多点的网络拓扑。
3、这种网络拓扑，无论星形、树形或 环形都自然地与EPON的需求相同。因此只要 恰当地进行设计，同一个光纤分配网（ODN）既可以为EPON所用，又可以为HFC所用。这样，EPON与CATV网可以融合在一张光纤网上，兼容IP业务和广播电视业务，结合起来又 支持交互式的电视业务。这种物理媒介与业务内容的融合将大大节省网络投资，因此是“三网融合”在接入网区段的最好形式。,EPON与HFC网的融合,EPON与HFC网的融合涉及如下五个问题： 波长配置； FTTB条件下的CATV技术指标； 数据通道与CATV通道的相互串扰及解决办法； EPON与HFC网共用的光纤分配网的设计方法。 EPON与HFC网的网络
4、管理本文将对上述问题进行全面的阐述，然后提出适 合广电应用的关于EPON测试评估与标准的建议。,一、网络融合环境中的波长配置,光纤接入网的波长配置问题是一个关系网络规模、性能和生命期的战略问题。电话、电视、数据三网融合已成世界潮流，我国的十一五计划和国家中长期科技规划也把“三网融合”作为社会发展的一个目标。在工业先进国家，如美国、法国、英国、德国等，关于电信与广播电视部门业务相互准入的法制环境已开始形成，因此三网融合进入了实施阶段。在这样的背景下，欧洲和美国在制定用于FTTx的光纤接入网的波长配置时已经考虑了IP业务与CATV业务的融合问题。,2001年国际电信联盟在制定BPON标准（ITU-
5、T G.983.3）时决定了这样的波长安排：BPON的 下行（从OLT到ONU）数据波长是1490nm，而上行（从ONU到OLT）数据波长是1310nm。下行数据传输采用1490nm波长是一种特意的安排， 为的是使系统能够兼容承载增值业务的第三波长1550nm，这个增值业务首要的就是指射频电视 业务。这个波长安排为后来制定的GPON标准（ITUT G.984.x）所采用。2004年制定完成的IEEE802.3ah以太接入网（EAN）标准对EPON的波长安排，也完全采用了ITU-T G.983.3的波长安排。,2006年建立的IEEE802.3av 10GEPON工作组经过多次反 复讨论和争论，
6、于2007年11月决定了10G/1G兼容EPON 的波长配置如图所示。 1G 数据下行 149010nm 10G数据下行 15773nm; 159010nm 1G,10G数据上行 131050nm，127010nm 射频电视下行 15555nm,上述波长安排首先是反映了国际信息产业界和网络营运商对射频电视在接入网中传输的必要性的认同。其次，予留给射频电视广播的波长为什么必须是1550nm，而不是1310nm呢？无论BPON、GPON、EPON、10GEPON，上行数据传输必须采用1310nm波长，这是为了利用价廉的FP激光器或VCSEL（垂直腔表面辐射激光器）以控制ONU的成本。ONU被安置在
7、用户大楼（FTTB）或家庭(FTTH)，数量众多，低的光源价格是PON能够普及的关键因素。,既然1310nm波段已经被PON的上行光路占领，要实行单纤双向，就必须给射频电视广播安排别的波长，否则无法进行网络融合。幸好，CATV光纤传输的波长本来就有1550nm。在这个波长所处的C波段（15301565nm），不但铌酸锂外调制光发送机噪声低、非线性失真小，而且有掺铒光纤放大器放大光功率，加上光纤损耗最低，所以1550nm CATV光纤传输系统在性能价格比上大大超越传统的1310nmCATV光纤传输系统，可以用来叠加在EPON之上，实现广播电视业务与IP业务的融合。,在我国有线电视界，1550nm
8、 CATV光纤传输系统已被公认为适于用作城域网分前端间的连接和市县乡长距离联网，但是对于1550nm CATV光纤传输系统用于接入网尚存在异议，其核心思路是认为在分前端以下采用众多的1310nm激光器，可以提供巨大的带宽用于发展视频点播。现在利用直接调制激光器叠加155x nm光波可以发送点播的本地节目，而且为了质优价廉的互联网接入，EPON双向数据通道将要普及，两年以后又可能上升到10G速率，巨大的带宽使视频点播业务完全可以放在EPON上来发展，为什么还要坚持敷设1310nm下行光纤传输系统而将未来网络融合的道路堵死呢？因此，中国广电行业应当采用国际标准的波长配置，规划网络的发展道路，努力发
9、展射频广播电视业务，并兼营各种IP业务，包括高速上网、IPTV(含VoD)和IP电话。,二、FTTB条件下的CATV技术指标,(C/N)1(C/CSO)1(C/CTB)1,(C/N)2(C/CSO)2(C/CTB)2,(C/N)3(C/CSO)3(C/CTB)3,(C/N)0(C/CSO)0(C/CTB)0,有线电视的HFC网原来是按照FTTF（光纤到馈点）设计的，在光节点放置 光接收机，形成后续同轴电缆分配网的射频馈送点。整个CATV传输系统由 射频前端、光纤传输干线、同轴电缆支线和楼宇同轴电缆分配网四段组成。 每一段都会造成射频电视指标的不同程度的劣化，最终合成的射频指标体现 在用户终端盒
10、处，应优于国标的规定。,射频指标的计算,为了满足上述射频技术指标通常要求光节点处光接收机输出端的射频技术指标（即射频前端与光纤传输干线的合成射频技术指标）达到广电行业标准（GY/T 131-1997 有线电视网中光链路系统技术要求和测量方法）的要求。通常工程设计所取的典型值为C/N=50dB、C/CSO=63dB、C/CTB=65dB，这时对1310nm系统要求接收光功率为32dBm；对1550nm系统则要求接收光功率为10dBm。这些是户外光接收机的技术指标。,在FTTB条件下，HFC网光接收机已位处公寓楼。由于含电放大器的同轴电缆支线已经消失，光接收机的射频输出最多再通过一个楼栋电放大器即
11、到达用户终端盒，而楼宇电缆分配网造成的技术指标损伤很小。所以现在HFC网光接收机的输出射频技术指标只要略优于用户终端盒输出指标即可，故建议行业标准定为C/N=46dB、C/CSO=55dB、C/CTB=55dB（针对PALD模拟电视频道）。这时，接收光功率取6dBm即可。这些射频技术指标的可信性已为我们的实验所证实。同时这些也基本符合IEC 60728-xx Opital Systems for Broadcast Signal Transmission在FTTx条件下定义的V-ONU的指标。,在FTTB条件下HFC网在户外完全光纤化、无源化，网络可靠性大大提高，网络管理大大简化，网络成本与维
12、护费用可大大节省，其节省来源于： 消除了户外电缆网的建设成本； 消除了户外电缆网的供电费用和维护费用；在FTTB条件下光接机虽然增多（例如从原来的300户一个光接收机变为现在的每50户一个光接收机，光接收机总数增加到6倍），但每个光接收机需要的光功率只有原来的一半。故整个网络需要的光功率只有原来的 3 倍。在采用1550nm光纤放大器的传输系统中，这个光功率的增加对整个网络成本的增加影响很小。,三、以太数据与CATV通道的相互串扰及解决办法,3.1 问题的由来RF-TV 叠加EPON的结构形式如图。EPON数据通道工作于1490 10nm（下行）和131050nm（上行）波长，而RF-TV通道
13、工作于15555nm波长。在OLT端携带CATV射频信号的下行1550nm光波经EDFA放大后，再 通过1550/1490-1310nm WDM合波器与数据通道复用在一起。经ODN传送后，在ONU端用1550/1490/1310nm WDM分波器分出1490/1310nm数据光波和1550nm广播光波，后者再用模拟光接收机接收，还原射频信号，供机顶盒和电视机使用。,EPON的传输距离为10-20km，光分配网（ODN）的最大分支比为1:64，所以IEEE802.3ah规定EPON的最小链路损耗为2326dB，数据光发送机的发送功率为+2+7dBm，数据光接收机的灵敏度为-24dBm。由于CAT
14、V模拟光接收机的灵敏度低，要满足46dB以上的输出载噪比，需要接收 -4-7dBm的光功率。这就是说，在EPON的光纤线路上，下行1550nm CATV光波可能比1490nm数据光波强50100倍。而在局端，1550nm光波的功率必须被掺铒光纤放大器放大到+19dBm，这就使光纤中受激拉曼散射（SRS）这一非线性效应可能发生。,在ONU输入端,1550nmCATV光波比1490nm数据光波强100倍。WDM光隔离度不足，将不能抑制CATV对数据的干扰。,高达17-19dBm的CATV光功率使光纤出现非线性，Raman散射导致1490nm数据光波对CATV的干扰。,RF Video Overla
15、y EPON,3.2 RF-TV叠加EPON中的受激拉曼散射效应,石英光纤中的受激拉曼散射（SRS）已经被研究了多年而为人所熟知。SRS是光信号与非线性介质相互作用的过程，其结果使得波长较短光波的入射功率转移到另一波长较长的斯托克斯光中，波长上移量由介质的振动模式决定，这称为拉曼效应。拉曼效应对多波长传输系统具有不利的影响，例如短波长信道的光能会通过拉曼效应转移到长波长信道，使短波长光衰减，长波长光加强（得到拉曼增益）。图示为拉曼增益谱，其峰值发生在频移13.5GHz处（pump波长为1490nm时对应100nm的波长上移），但拉曼增益谱相当宽阔，在1550nm-1490nm=60nm的波长差异下, 拉曼增益仍相当高（0.510-13m/W）。,Raman增益谱,在RF-TV叠加EPON中pump光是1490nm数据光波，信号光是1550nm CATV光波。Pump光的拉曼散射光谱将对信号光造成干扰，不但pump光的平均强度，而且其因数据调制而产生的强度变化都会通过拉曼增益变成信号光中相对强度噪声的增长，这是一种调制转移现象。,1490nm 数据光波,能量转移,1550nm CATV光波,
