有线电视双向网络建设、改造方案对比与选择

有线电视双向网络建设、改造方案对比与选择唐明光教授姚永教授级高级工程师黄思钧博士对本文提出了许多重要修改意见，在此表示感谢。一、形势与挑战目前全国有线电视行业正在进行数字化整体转换。有线电视数字化使整个有线电视的业务、运营模式发生了革命性的变化。大家都意识到，单纯的模数转换没有实际意义，只有开展新业务、提供新服务、为用户创造新价值，才能使整体转换取得真正成功。新业务和新运营模式对网络提出了新的要求，最集中的体现就是要求网络实现双向。目前形势十分严峻：一方面，传统业务的发展空间已经所剩无几；另一方面，全球通信、广播电视行业持续的数字化、网络化浪潮既给我们带来了极大的发展空间，又对我们形成了极大的压力，正所谓机遇与挑战并存。中国有线电视网络在封闭的环境下发展了十多年，可以说，直到今天为止，还基本处于垄断地位，由于垄断政策的保护，得到了快速发展，已经成为城市信息化的基础设施之一。随着数字化的推进，政策保护所形成的垄断即将和正在被打破，互联网的发展使得行业、地域、国家的边界日益模糊。可以说整个行业面临的是立体竞争：后有追兵——直播卫星、地面数字广播，前有堵截——IPTV、手机电视。电信运营商的IPTV业务争夺有线电视网络的高、中端用户，卫星直播和地面数字电视业务争夺有线电视网络的低、中端用户。如果维持现状、不思进取，有线电视网络就必然逐步衰落甚至被取而代之。在运营商之间的竞争中，显然，高带宽与低带宽竞争，高带宽处于优势地位；双向网络与单向网络竞争，双向网络处于优势地位；多业务运营与单一业务运营竞争，多业务运营处于优势地位；低成本与高成本竞争，低成本处于优势地位。随着光纤进入小区、进入居民楼，铜线的距离缩短到100米以内；加之多种接入技术的进步，同轴网的带宽优势正在逐步丧失，而现有同轴网单向传输的劣势却日益凸现。广播式大面积覆盖的优势也将由于新竞争对手——卫星直播电视和地面数字电视广播的加入而被部分取代。单一的数字电视整体转换不能改变有线电视网络的困境，有线电视网络的唯一出路就是走数字化、光纤化、双向化的全面改造道路，开展新的增值业务以增加ARPU值。否则将面临极大的危机：用户流失，赠送机顶盒的成本无法收回。然而，中国有线电视网的现状是多数网络都没有完成双向改造，这样的网络仅能满足基本广播电视节目的传送，既不能承载多媒体交互业务，也不能有效实现网络、业务和用户管理。在这样的形势下，广电业界都在思考、探索：怎样进行网络改造？近年来各种各样的基于HFC网络的改造方案层出不穷。这一方面反映了市场的需求，给了网络公司更多的选择空间，另一方面也给决策带来了困难。不少网络公司由于所处地域、经营规模等原因，感到无从下手，十分困惑。如何进行双向网络建设已经成为广电人面前的一个重大课题。本文希望通过对各种方案的分析对比，为业界同仁决策提供一个参考。二、有线电视网如何进行改造1、为什么要进行网络改造？网络改造的目的是提升网络价值、提高竞争力、提高服务质量、提高收入。网络改造的成效也体现在网络社会效益和经济效益的提高上。提高经济效益的第一个途径是增加用户数量，这种手段的发展是有限的，目前多数网络的年用户增长率已经低于5％。第二个途径是增加服务、提升ARPU值。这是一条康庄大道，特别是相对原来单一服务，有更广阔的发展空间。第三个途径是降低运营、维护、管理成本，对于原来基本处于粗放管理的HFC网潜力很大。这当中主要是要权衡网管系统与人工管理的利弊。随着技术的发展，网管将不仅仅起到管理网络的作用，还会成为用户管理的基础。随着IPV6的大规模推广，用户定位、用户行为感知等用户服务和管理的新技术都将提上议事日程，用户管理将产生直接经济价值。改造网络的另一目的是为了应对日益激烈甚至是残酷的竞争：避免用户流失、提升多业务、全业务服务能力，从而提高网络服务的社会和经济效益。现有网络存在的问题：网络陈旧、故障率高、维护量大；网络结构不合理（星树形），可靠性低；网络不可管理；带宽不能适应新业务发展的需求；单向网络，不能开展交互业务。2、HFC网络技术的发展由于铜资源越来越紧缺，铜价不断上涨，铜缆越来越贵，伦敦金属交易所（LondonMetalExchange）的数据显示，铜价在过去的四年内增加了3倍，2006年1月到5月价格就上涨了59%，5类线价格上涨了50％；而光纤、光设备不断降价，越来越便宜。“光进铜退”自然成为发展趋势。HFC网络的光纤越来越靠近用户、每个光节点覆盖的用户数越来越少（2000户－500户－100户），目前已经进入FTTP（光纤到驻地）时代。由于光纤到楼（楼群）甚至到单元的发展，同轴电缆网无源化，无源同轴网本身就是双向网，因此基于无源同轴电缆网的双向接入技术有了新的发展，最后100米无源同轴网双向接入技术已成为当前市场热点。IP化是信息网络发展的总趋势。新一代编解码技术（H.264、AVS、VC－1等）的传输流都是基于IP格式的，因此前端必然IP化；前端IP化必然带动传送网的IP化，欧美和印度都已经开始骨干网的IP化；最终的必然趋势是全网IP化，当然也包括电视传送网。必须清醒地认识这一形势并在网络建设和改造当中积极应对和采用IP化技术。结论是：整个网络正面临数字化、光纤化、IP化。3、目前网络改造的指导思想及定位首先，需要明确网络要运营什么业务：网页浏览？下载？VoIP？VOD？IPTV？网络管理？用户管理？不同的应用有不同的要求：安全级别、可靠性、带宽等等。对比附件图表可以看出，相同的网络设计、不同的应用思路有不同的结论。提高可靠性、可维护性：不同的要求有不同的网络结构、不同的设备选型、不同的设计思路。提高指标：不同的应用有不同的指标要求。如256QAM调制比64QAM调制C/N要求高6dB；语音和视频的时延要求通常高于数据。因此有线电视网络改造的核心是实现双向。目前网络改造应该定位于可运营、可管理、可维护、能够开展包括视频、语音、数据的全部业务。三、有线电视网络改造方案分析对比和建议1、有线电视网络的网络拓扑采用带冗余保护的环形、格形、网状拓扑结构，首先保证骨干通道的冗余保护，逐步扩展到边缘。现阶段可采用环、星型结合的网络结构，即骨干网采用带冗余保护的环形网络结构、接入网采用级联星形网络结构。物理拓扑如图1所示，分层逻辑框图如图2所示。HubHubHubHubHubHubHubHub前端骨干环200万户半径10-50km光分路光分路整体组网图光节点、ONUHub集中分配HubHubHubHubHub边缘环20万户半径2－10kmEDFA＋数据骨干层边缘层光分路光分路光分路光分路光节点、ONU光节点、ONU光节点、ONU光节点、ONU光节点、ONU光节点、ONU光节点、ONU光节点、ONU光节点、ONU光节点、ONU光节点、ONU光节点、ONU图1有线电视网络的总体网络结构EDFA＋数据设备EDFA＋数据设备EDFA＋数据设备EDFA＋数据设备2、模拟光纤传输信道设计目前，光纤和光设备降价很快，而铜缆价格却在上涨，这也是今后的总趋势。因为铜资源越来越少，按照目前的价格水平，光纤到楼、甚至到单元的造价低于同轴分配网的造价，因此，新建和改造的的城市网络应当采用光纤到楼（到单元）方案。前端电源网管骨干路由器有线电视头端运营支撑系统骨干环分前端业务系统电源Node网管光节点STBPC电源网管用户端IPPhone边缘环分前端OLT或CMTS骨干路由器GEPONONTEDFA网管电源网管电源EDFA或1310发射机边缘路由交换机图2有线电视网络的分层逻辑框图2.1广播式模拟传输分配网应优先采用全网1550nm光纤网络方案，从指标、造价、可靠性、光纤占用、网络规划、扩展的灵活性、机房、电源建设以及施工、维护等诸多方面都比1550nm－1310nm两级光纤网有优势。光纤网技术指标：C/N：1550nm－1310nm两级光纤网降低3dB；1550nm光放大器系统仅降低1—2dB。CSO、CTB：1550nm－1310nm两级光纤网降低4.5dB；1550nm光放大器方案基本不降低。造价：单位光功率造价1550nm光放大器系统有明显优势，而传输损耗却比1310nm系统低0.1dB/km。可靠性：光放大器（EDFA）与1310nm光发射机相比，一台EDFA的冗余保护比对多台1310nm光发射机的冗余保护更容易。光纤占用：一台EDFA的出纤量肯定少于多台1310nm光发射机的出纤量。网络规划：EDFA是大输出功率、多级分配光功率方式，只须大致规划、灵活分配光功率，因此规划十分简单；1310nm光发射机是小输出功率、固定分光，因此要详细具体地规划，非常不方便。扩展灵活性：由于EDFA可以随意分配光功率，网络扩展十分灵活；1310nm光发射机方案在网络扩展时需要增加发射机，甚至重新敷设光缆，网络扩展受限制。机房、电源建设：单台EDFA和多台1310nm光发射机比较，显然前者所需的机房、电源建设投资要少得多。施工、维护：设备越少、越简单、光纤越少，施工、维护越容易，这是显而易见的。从网络发展趋势看，FTTH的国际标准分配给模拟电视广播的波长是1550nm。因此，全程模拟光网络采用1550方案与FTTH的发展方向是一致的。已经大规模开展HFC网络双向改造的城市采用的是1550nm－1310nm两级光网络方案，CMTS下行信号和IP-QAM信号都是在分前端插入1310nm光发射机来传输的，因此，无法采用全网1550nm光纤系统方案。解决的方案是单独使用1310光发射机或QAM发射机（1550nm直接调制光发射机）采用波分复用或单独用一根光纤传送CMTS下行和IP-QAM信号（应该优先采用原有的1310光发射机，利用原有投资，降低改造成本）。或者在GEPON中划出600Mbps左右带宽作IPTV点播流传送，服务2万户初期已足够，而400Mbps服务2万／16户（多数有线网络运营商宽带渗透率在1／16左右）宽带接入也够了。从造价看，目前1Gbps容量的IP-QAM广播设备造价大约20万（不含客户端），平均200元／Mbps，而1G容量双向GEPON包括客户交换机端口在内大约5万，平均50元／Mbps。当然，目前IP机顶盒的标准还没有制订出来，造价也还高于DVB机顶盒，这是一个需要认真抉择的关键和难点。从长远发展看，IP-QAM这种点播流传送方式和IPTV点播方式在有线网中应该是互补和并存的，流量也可以分担。单独传送IP-QAM点播流更加灵活，而每户分摊的成本增加很少。2.2模拟信道传输混合模拟／数字信号和全数字信号的设计指标模拟和数字信号混合传输时，仍按模拟系统指标设计，数字频道RF电平分别降低10dB（64QAM调制）、5dB（256QAM调制）。全数字信号传输时的传输指标设计，目前在国家或广电总局都还没有统一标准出台的情况下，可以暂参照国际标准ITU-J.112附录A(数字视频广播有线电视分配系统DVB-C的交互信道)、IEC“数字调制信号的技术参数及要求”，传输通道指标：C/N≥31dB（64QAMDVB－C）调制误差比MER≥30dB通道内幅频响应在＋－1dB以内（8MHz带内）建议总局尽快组织力量进行实验，制订相关标准。3、双向交互网络方案设计目前，网络双向改造的主流方案有两种：一种是基于HFC网络的双向改造方案（CM方案），另一种是光纤收发器到楼＋LAN入户方案。近两年又有一种新方案，即EPON到楼＋EoC技术方案。3.1基于HFC网络的双向改造方案（CM方案）CM方案的最大优势：高度集中，除了分前端（前端）的CMTS和用户端的CM以外，没有其他有源的数据网设备，因此管理、维护比较方便。CMTS的另一大优势是时间成本低：一旦部署了CMTS，就像电信ADSL一样可以随时开通用户，这对竞争是非常重要的。其次，覆盖范围大，单从宽带接入业务考虑，CMTS可以分期投资，逐步扩充。CM的标准化、成熟度也是其它方案难以比拟的。DOCSIS标准的带宽利用率最高，能达到的吞吐量也最高。DOCSIS3.0采用频道捆绑技术可以大大提高速率，甚至达到下行1Gbps、上行500M