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有线接入网

/cable access network/
条目作者赵翠欧阳峰
条目作者赵翠

赵翠

欧阳峰

欧阳峰

最后更新 2023-08-16
浏览 273
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利用光缆、同轴电缆等介质或组合来传输语音、视频、数据等业务,连接有线电视业务节点或交换局与用户设备的系统。是有线电视系统的重要组成部分。

英文名称
cable access network
所属学科
信息与通信工程

传统的有线电视网络是单方向传输宽带广播式信号的信道,基本结构模型通常由一个总前端和若干个分前端、一级和二级传输网、接入分配网3部分组成。接入分配网主要是由光节点和电缆分配网组成。随着2003年中国启动有线电视数字化整体转换,有线电视网络开始建立交互信道。2007年,国家广播电视总局组织制定并下发了《有线电视网双向化改造指导意见》,有线电视网络开始全面进行双向化改造,通过建立双向的城域网和接入网,形成用户提供综合业务的双向传输系统,即有线电视双向网络,其基本结构模型通常由城域网、接入网、用户端等几部分组成。有线接入网主要形成了两种基本结构:一种是基于光纤和同轴电缆的双向传输网络,另一种是基于全光纤的双向传输网络。

有线电视双向网络既要承载单向广播业务也要承载双向业务,因此在接入网段,单向广播业务继续保持原有的单向接入分配网逻辑链路,双向业务的接入网结构与采用的双向化改造技术,即有线接入技术相关。

1996年,为了实现数据业务在有线电视网络中的传输,美国有线电视实验室(Cable Television Laboratories,CableLabs)制定了同轴电缆数据接口规范(data-over-cable service interface specifications,DOCSIS),是一种基于混合光纤同轴电缆网络(hybrid-fiber-coaxial network,HFC network)的有线电视电缆调制解调技术。截至2017年年底,CableLabs已经发布了DOCSIS1.0、1.1、2.0、3.0、3.1等版本的技术规范,其中DOCSIS1.0、1.1、2.0、3.0均被国际电信联盟(International Telecommunications Union,ITU)采纳,分别发布为ITU-T J.112、ITU-T J.122和ITU-T J.222系列标准。2017年ITU-T启动了DOCSIS3.1技术的标准化工作。

在中国,有线接入技术伴随着中国有线电视网络双向化改造进程不断发展。双向化改造初期涌现出各种接入技术,技术种类多,指标参差不齐。其中DOCSIS技术最早应用于广电有线电视网络双向化改造;家庭电力线网络联盟(HomePlug Powerline Alliance,HomePlug AV)技术来源于电力线通信技术,遵循IEEE 1901技术规范,经过改进后应用于同轴电缆。在政府引导和市场检验下,有线接入技术逐步实现了汇聚、整合,自主创新技术取得发展。2012年起,国家广播电视总局相继发布中国下一代广播电视网(Next Generation Broadcasting Network,NGB)宽带接入技术标准,包括《NGB宽带接入系统 HINOC传输和媒质接入控制技术规范》(GY/T 265-2012);《NGB宽带接入系统 C-DOCSIS技术规范》(GY/T 266-2012);《NGB宽带接入系统 C-HPAV系统技术规范》(GY/T 269-2013),以及《NGB宽带接入系统 HINOC2.0物理层和媒体接入控制层技术规范》(GY/T 297-2016)。其中HINOC和C-HPAV均为同轴电缆以太网承载(Ethernet over Coaxial cable,EoC)技术。

HINOC于2014年被ITU-T采纳,发布为ITU-T J.195系列标准;HINOC2.0于2016年被ITU-T采纳,发布为ITU-T J.196系列标准;C-DOCSIS于2014年被CableLabs采纳,发布为C-DOCSIS技术规范,于2015年被欧洲电信标准组织(European Telecommunications Standards Institute,ETSI)采纳,发布为ETSI ES 203 312 V1.1.1,于2016年被ITU-T采纳,发布为ITU-T J.223系列标准。

光纤接入技术方面,中国广电行业主要采用无源光网络(passive optical network,PON),包括以太网无源光网络(Ethernet passive optical network,EPON)和吉比特无源光网络(gigabit passive optical network,GPON)。第一英里以太网联盟(Ethernet In The First Mile Alliance,EFMA)组织于2000年年底提出EPON技术,2004年被批准为IEEE 802.3ah标准(2005年并入IEEE 802.3-2005标准)。全业务接入网(Full Service Access Network,FSAN)组织于2002年9月提出了GPON技术,ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1和G.984.2的制定,2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化,最终形成了GPON的标准族。

2015年,中国广电行业启动有线电视网络光纤到户标准研究。2017年国家广播电视总局发布了《有线电视网络光纤到户系统技术规范 第1部分:总体技术要求》(GY/T 306.1-2017)。

按照传输介质和技术体系的不同,有线接入网主要可以分为HFC网络、基于光纤到楼(fiber to the building,FTTB)加同轴电缆(FTTB+同轴电缆)的网络和光纤到户(fiber to the home,FTTH)3种网络结构,如图1所示。

图1 有线接入网结构示意图图1 有线接入网结构示意图

HFC网络是在有线电视网络基础上发展起来的,如图2所示。基于频分复用和频分双工技术,通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络3部分组成。在该网络中,光纤干线采用星形或环状结构,信号传输采用空分复用方式;同轴电缆支线和用户配线网络的同轴电缆部分采用树状或总线式结构,信号采用频分复用方式在同一根电缆中传输;整个网络按照光节点划分成若干个服务区。根据《有线电视广播系统技术规范》GY/T 106-1999,HFC双向网络的频谱划分具体为上行信号在5~65兆赫频段内传输,下行信号在87~1000兆赫频段内传输。

图2 HFC接入网示意图图2 HFC接入网示意图

遵循DOCSIS技术规范的双向数据传输系统主要由同轴电缆调制解调器端接系统(cable modem termination system,CMTS)和同轴电缆调制解调器(cable modem,CM)组成。CMTS和CM间遵循相应的通信协议进行数据包的双向传输。

基于C-DOCSIS的数据传输系统主要由C-DOCISS头端和C-DOCSIS终端组成,与之前相比,C-DOCSIS将DOCSIS接入体系中的物理层与数据链路层的接口从分中心机房下移至有线电视光节点处,向下通过射频接口与同轴分配网络相连接,向上通过PON或以太网与汇聚网络相连。

基于FTTB+同轴电缆接入网结构如图3所示,光纤到楼段为光接入网,采用PON技术,由光线路终端(optical line terminal,OLT)、光网络单元(optical network unit,ONU)及光分配网络(optical distribution network,ODN)3个部分构成;同轴电缆接入网络,采用EoC技术,由EoC头端、EoC终端和同轴分配网络构成。

图3 FTTB+同轴电缆接入网结构示意图图3 FTTB+同轴电缆接入网结构示意图

在光接入网中,OLT的作用是提供业务网络和ODN之间的光接口,实现业务的汇聚分发与处理、接口适配、网络管理维护等功能;ONU用于提供用户与ODN之间的光接口以及用户侧的电接口,实现信号的光电转换功能;ODN是由光纤和无源分光器等器件组成的点对多点传输网络,为OLT和ONU提供物理传输通道。按照承载有线电视业务的方式不同,光接入网主要有单纤三波和双纤三波两种组网方式,一般使用1310纳米、1490纳米和1550纳米3个波长,其中1310纳米和1490纳米分别用于传输上行和下行数据业务,1550纳米用于传输有线电视业务。

在同轴电缆接入网中,EoC头端提供ONU与同轴分配网络的接口,实现信号的调制/解调、信道调度及网络管理维护等功能;EoC终端提供同轴分配网络与用户设备之间的接口,完成信号在网络与用户设备间的转发,该终端通常放置在用户家中,可以连接机顶盒、路由器或电脑等用户设备;同轴分配网络是由同轴电缆和分支/分配器等组成的集中分配型或树型的点对多点网络。

FTTH是指利用光纤作为传输媒介,利用光波作为载波传送信号的传输系统。中国广电FTTH网络是广播电视业务承载网的一部分,既要承载广播电视业务也要承载广播电视宽带接入业务。广电FTTH网络主要由广播与宽带接入系统头端、广播与宽带接入系统终端和ODN构成,如图4所示。广播与宽带接入系统头端连接城域网交换节点和ODN,负责他们之间的数据转发,并通过城域网接入网络管理及配置系统,广播与宽带接入系统终端连接ODN和用户端设备(如机顶盒、个人计算机、家庭路由器等)。ODN为接入系统提供物理传输通道,是由光纤、光分路器、光连接器等无源光器件组成的点对多点网络。根据应用场景不同,ODN也可以加入有源器件。

图4 FTTH网络示意图图4 FTTH网络示意图

FTTH主要有单纤三波和双纤三波两种组网方式,前者采用单纤方式承载广播电视和宽带接入业务,后者采用双纤方式分别承载广播电视和宽带接入业务。典型的FTTH技术实现方式有3种。①射频混合(RF混合),即射频广播电视+基带PON双平台叠加模式,在该模式下,下行业务采用射频和基带数字两种传输模式,分别调制到不同的光信号上。②基于DOCSIS协议的全射频传输模式(RFoG),在该模式下,下行业务均采用射频传输模式,经频分复用后调制至光传输通道上;③基于以太网协议的全基带数字传输模式(I-PON),在该模式下,下行业务采用两个基带数字通道传输,分别调制到不同的光波长上。

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