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CMTS與EPON+EOC改造方案對比分析

 1、前言

    如今EPON+EOC和CMTS已成為廣電雙向網(wǎng)絡(luò)改造的兩種主流技術(shù)方案，在EPON及EOC技術(shù)沒有成熟之前，CMTS在雙向改造中發(fā)揮著重要作用，但是隨著EPON及EOC技術(shù)的成熟，同時(shí)也為了滿足廣電多業(yè)務(wù)的發(fā)展需要，通過對兩種技術(shù)的比較，廣電越來越傾向選擇EPON+EOC技術(shù)。>

2、CMTS改造方案

   CMTS是電纜調(diào)制解調(diào)器的頭端設(shè)備，它能對終端設(shè)備CM進(jìn)行認(rèn)證、配置和管理，它還能為CM提供連接IP骨干網(wǎng)和Internet的通道，而且CM能在客戶端和HFC網(wǎng)絡(luò)之間提供透明的IP傳輸通道。HFC多媒體寬帶可利用CM來進(jìn)行IP傳輸，它的基本傳輸模式是：發(fā)送下行和接收上行數(shù)據(jù)信號，能給用戶提供高速因特網(wǎng)和PC網(wǎng)，能完成有線電視網(wǎng)絡(luò)的路由連接。CMTS能提供100Mbps的端口與計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)的交換機(jī)相連，把HFC寬帶網(wǎng)、省網(wǎng)、國家光纖干線網(wǎng)聯(lián)接。

   但是，據(jù)全球CMTS使用情況報(bào)告分析，除在人口比較分散的北美占有比較高的接入份額外，在亞洲及其他人口比較密集的地區(qū)，CMTS的用戶數(shù)量相對很少，其改造模式很難大范圍復(fù)制。

2.1 CMTS方案優(yōu)勢

   在國外（特別是北美地區(qū)）應(yīng)用較早、較廣；

   技術(shù)應(yīng)用比較早，產(chǎn)品比較成熟；

2.2 CMTS方案局限性

   上行噪聲嚴(yán)重

   尤其是在低頻帶（<65 MHz）時(shí)，通常這種噪聲由電子馬達(dá)、雷電、HAM、短波廣播甚至太陽黑子以及用戶家中終端盒，埋入墻中的線纜質(zhì)量，私接非標(biāo)準(zhǔn)件，家里各類接口處膠布連接線路等情況引起，它將破壞Cable Modem在上行通道（反向回傳通道）的數(shù)據(jù)傳輸，以致于降低用戶的通信質(zhì)量，尤其是在視頻或IP話音等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)情形下，噪聲干擾將引起數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)和抖動，造成視頻圖象失真或話音不連續(xù)。上行噪聲匯聚也是一個(gè)工程和維護(hù)的難題，HFC網(wǎng)絡(luò)反向設(shè)計(jì)和施工工藝的控制在我國大部分地區(qū)（特別是中、小城市）實(shí)施也還存在一定難度，而維護(hù)和運(yùn)行故障排除需要的技術(shù)支撐在我國大部分地區(qū)短期內(nèi)也難妥善解決。

   改造困難，所需設(shè)備復(fù)雜

   采用CMTS進(jìn)行雙向改造，需要反向光發(fā)射，接收機(jī)，上變頻器等多種設(shè)備，但是下行傳輸速率為160M比特/秒，上行傳輸速率為120M比特/秒（DOCSIS3.0目前能達(dá)到的水平）100戶共享，每戶只能下行1.6M比特/秒,上行1.2M比特/秒，局限在于CMTS設(shè)備包轉(zhuǎn)發(fā)能力弱，一般僅有上萬pps,無法和EPON設(shè)備高端三層路由交換機(jī)相比較，為后者的幾十分之一，無法滿足日益增長的高帶寬業(yè)務(wù)需求。另外CMTS設(shè)備數(shù)據(jù)功能簡單，僅僅有簡單的MAC學(xué)習(xí)管理，橋接轉(zhuǎn)發(fā)能力，需要外接IP路由設(shè)備完成業(yè)務(wù)平臺的搭建。

   CMTS方案采用多值正交幅度調(diào)制MQAM(其中M=2m，當(dāng)m=2，3，4，5，6，8時(shí)，分別對應(yīng)QPSK，8QAM，16QAM，32QAM，64QAM，256QAM)調(diào)制方式，本質(zhì)上是傳輸射頻載波信號的模擬網(wǎng)絡(luò)，和網(wǎng)絡(luò)IP化和以太網(wǎng)化背道而馳，而EPON＋EOC僅僅在最后100M采用了是基帶技術(shù)，核心網(wǎng)到樓層接入已全部以太網(wǎng)化，而日后的光纖到樓，以太網(wǎng)五類線入戶僅僅需要替換一些簡單的無源器件，為業(yè)務(wù)升級，提供用戶更高帶寬留下了充足空間。

   單位帶寬成本高

   短期內(nèi)如果只作寬帶接入和上網(wǎng)，每個(gè)信道實(shí)際接入服務(wù)200戶以下（覆蓋2000戶以下），由于共享和非同時(shí)應(yīng)用，上網(wǎng)速度還可以達(dá)到200k－2M。如果作流媒體服務(wù)（IPTV、VOD等現(xiàn)在流行的新業(yè)務(wù)），每個(gè)用戶都需要長時(shí)間占用網(wǎng)絡(luò)、大流量吞吐數(shù)據(jù)，每個(gè)信道只能服務(wù)40戶以下，成本太高。因此交互業(yè)務(wù)占用的頻道不宜過多，一般下行只安排8個(gè)頻道。

    維護(hù)管理復(fù)雜

   由于CMTS與光發(fā)射機(jī)的對應(yīng)關(guān)系，如果每個(gè)光節(jié)點(diǎn)服務(wù)100戶、雙向各占用2個(gè)頻道（下行采用64QAM調(diào)制時(shí)50戶共享38Mdps）的話，一臺光發(fā)射機(jī)只能帶4個(gè)光節(jié)點(diǎn)。這樣就只能選用4－6mW的小功率光發(fā)射機(jī)。如果一個(gè)分前端服務(wù)2萬戶的話，就需要50臺光發(fā)射機(jī)和50臺8通道CMTS，2萬個(gè)CM。這種方案前端設(shè)備數(shù)量巨大，維護(hù)管理復(fù)雜，IP網(wǎng)的升級擴(kuò)容幾乎不可能。

3、EPON+有源EoC改造方案

3.1 EPON技術(shù)

    一個(gè)典型的Ethernet over PON（EPON）系統(tǒng)由OLT、ONU、POS組成：

    OLT（Optical Line Terminal）放在中心機(jī)房；

    ONU（Optical Network Unit）放在用戶設(shè)備端附近或與其合為一體；

    POS（Passive Optical Splitter）是無源光纖分支器，是一個(gè)連接OLT和ONU的無源設(shè)備，它的功能是分發(fā)下行數(shù)據(jù)，并集中上行數(shù)據(jù)。

    EPON中使用單芯光纖，在一根芯上轉(zhuǎn)送上下行兩個(gè)波（上行波長：1310nm，下行波長：1490nm，另外還可以在這個(gè)芯上下行疊加1550nm的波長，來傳遞模擬電視信號）。

優(yōu)勢

    長距離傳輸：在保證高帶寬的情況下10－20KM傳輸距離。

    組網(wǎng)靈活：網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)沒有特定的限制，可根據(jù)需要靈活使用樹型、星型、鏈型等組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，適用于任何光纖可達(dá)的環(huán)境。

    節(jié)約光纖：和傳統(tǒng)的FTTH方案相比，至少節(jié)約50％的光纖。

    高可靠性：PON屬于無源光學(xué)網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中無有源電子器件，維護(hù)成本將顯著降低；由于網(wǎng)絡(luò)組件數(shù)量少，因此故障點(diǎn)也將相應(yīng)減少，運(yùn)營支出也會最大程度地降低。

    高帶寬：用戶對帶寬的需求增長很快，目前其它的接入技術(shù)不能滿足用戶對帶寬的需求增長；EPON技術(shù)提供的帶寬可在相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)滿足用戶對帶寬的需求。

??混合組網(wǎng)，減少網(wǎng)絡(luò)層次：通過無源分光器，減少中間層次有源設(shè)備，簡化網(wǎng)絡(luò)層次，集中管理。

3.2 有源EoC

    EoC（Ethernet over Coax）技術(shù)采用點(diǎn)到多點(diǎn)的用戶網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，利用廣電原有的同軸電纜實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音和視頻的全業(yè)務(wù)接入。

    一個(gè)典型的EoC系統(tǒng)由EOC頭端(局端)、EOC終端(用戶端)和分支分配器組成。頭端類似一個(gè)集中器，放在小區(qū)機(jī)房或者樓道內(nèi)，終端放在用戶家中。兩者之間由分支分配器組成的樹型或者星型CATV網(wǎng)絡(luò)相連。頭端除了提供網(wǎng)絡(luò)集中和接入的功能外，還采用了VLAN/QoS技術(shù)，能夠?qū)τ脩舻臄?shù)據(jù)、語音和視頻的全業(yè)務(wù)進(jìn)行精細(xì)化管理，可以針對用戶的的不同業(yè)務(wù)要求進(jìn)行帶寬分配和管理配置。所有終端的上行數(shù)據(jù)都傳遞給頭端，終端之間不能互相通訊。也就是各個(gè)用戶之間的是隔離的，這可以有效避免相互之間的影響。

    目前，EoC技術(shù)方案多種并存，不利于廣電的技術(shù)選型，2010年8月6日，國家廣電總局發(fā)布了《有線電視網(wǎng)絡(luò)三網(wǎng)融合試點(diǎn)--總體技術(shù)要求和框架》，文件中明確肯定：“低頻段EOC系統(tǒng)技術(shù)方案推薦采用Homeplug AV技術(shù)?！?這個(gè)文件非常重要，首次正式由國家廣電總局規(guī)范了EOC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)束了長期以來各種EOC技術(shù)方案之爭。為EOC大面積的推廣清除了最后的障礙。

    金錢貓EOC產(chǎn)品正是采用國家廣電總局雙向網(wǎng)改造推薦的HomePlug AV技術(shù)、英特龍芯片方案，它采用OFDM正交頻分多路復(fù)用技術(shù)，把以太網(wǎng)信號調(diào)制到某個(gè)頻段上，然后再耦合到同軸電纜上傳輸。

    金錢貓EOC產(chǎn)品的的上下行數(shù)據(jù)采用了不同的傳輸方式。這是專門為了適應(yīng)Cable網(wǎng)絡(luò)共享媒質(zhì)的特性而設(shè)計(jì)的。下行方向，數(shù)據(jù)從頭端到多個(gè)終端以時(shí)分復(fù)用技術(shù)（TDM）廣播到各個(gè)終端。當(dāng)數(shù)據(jù)信號到達(dá)終端時(shí)，終端在物理層上做判斷，接收給它自己的數(shù)據(jù)幀，摒棄那些給其它終端的數(shù)據(jù)幀。上行方向，采用時(shí)分多址接入技術(shù)（TDMA）和載波檢測多路復(fù)用（CSMA）傳輸上行流量。TDMA面向連接，提供QoS保障，確保帶寬預(yù)留、高可靠性和嚴(yán)格的時(shí)延抖動控制。CSMA面向優(yōu)先級，提供四級優(yōu)先級。基于128位AES嚴(yán)格加密。

    金錢貓有源EoC的物理層使用OFDM調(diào)制方式，將待發(fā)送的信息碼元通過串并變換，降低速率，從而增大碼元周期，以削弱多徑干擾的影響。在2-28MHz頻段使用917個(gè)子載波；每個(gè)子載波可以單獨(dú)進(jìn)行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM 調(diào)制；OFDM中各個(gè)子載波頻譜有1/2重疊正交，這樣提高了OFDM調(diào)制方式的頻譜利用率。在接收端通過相關(guān)解調(diào)技術(shù)分離出各載波，同時(shí)消除碼間干擾的影響。采用Turbo FEC錯(cuò)誤校驗(yàn)；物理層線路速率達(dá)到200Mbps，可支持雙向100Mbps的連接。

3.3 EPON+ EOC優(yōu)勢                                                                    

   除具備傳統(tǒng)EPON的大容量、高帶寬、長距離、易維護(hù)等特性外，EPON+EOC還有以下優(yōu)勢：

   工程實(shí)施簡單(跨接放大器時(shí)，只需要簡單的短接)

   在光節(jié)點(diǎn)覆蓋模型中，會碰到存在放大器的情況。這種模式下，只要頭端和終端之間的衰減低于70db，則可以直接通過無源的低通旁路器來解決(對于雙向放大器，只需要在放大器內(nèi)部短接即可)。而對于高頻的EOC產(chǎn)品，由于線路衰減大于正常有線電視信號，必須通過有源的放大器跨接原有的有線電視信號放大器，一方面增加了改造成本，另外一方面網(wǎng)絡(luò)中多了有源的故障點(diǎn)。

   帶寬足夠，能滿足PC上網(wǎng)業(yè)務(wù)和互動電視業(yè)務(wù)的開展

   金錢貓EOC產(chǎn)品，物理層速率可達(dá)200Mbps，數(shù)據(jù)帶寬可以達(dá)到100Mbps。同時(shí)，采用的Qos機(jī)制和TDMA下行機(jī)制可以保證用戶增加情況下的負(fù)載均衡，可以支持點(diǎn)播和上網(wǎng)業(yè)務(wù)。

   用戶隔離

   每個(gè)終端設(shè)備只能和頭端設(shè)備通訊，終端設(shè)備之間是不能通信的，有效保證了各個(gè)用戶之間的隔離。同時(shí)，設(shè)備還支持VLAN，可以根據(jù)用戶，業(yè)務(wù)等劃分VLAN，進(jìn)一步隔離各個(gè)用戶，防止黑客攻擊、故障異常等影響正常用戶的使用。

   統(tǒng)一管理及自動管理服務(wù)

   在金錢貓EOC系統(tǒng)中，對設(shè)備的管理維護(hù)很簡單，用戶可以通過訪問頭端設(shè)備的WEB界面來管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，并且可以管理任意一臺EOC終端設(shè)備。此外，自動管理系統(tǒng)功能可以對EoC網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備進(jìn)行自動升級、自動性能監(jiān)視、自動診斷等。