EPON、CMTS、EPON+LAN、无源EOC、Cablengine解决方案的比较 - 通信人家园

CMTS＋CM接入方案分析
Cable Modem接入方式的物理基础是双向HFC网络，双向HFC网络可在单向HFC基础上进行改造，配加回传通道形成。主要包括以下几个部分：
系统采用上、下行非对称信道的传输方式，在HFC网络有效频宽111～860MHz之间的电视频道中划分出一条到多条8MHz带宽信道，用于以广播形式的下行数据发送。当信号采用256QAM（正交调幅）调制方式时，每个8MHz带宽信道最高速率可达40Mbps，上行数据通过5～65MHz进行回传。
有线宽带网络接入系统是基于DOCSIS标准来设计的，系统主要由前端设备CMTS和Cable Modem组成。CMTS是作为前端路由器、交换集线器与CATV网络之间的连接设备，而CM是通过CMTS与广域网（Internet）实现连接。
CMTS技术是当前比较成熟的HFC网络双向解决方案，并在国外大量应用。但在国内应用情况来看，CMTS在运营和维护上所需要的成本比较高，而且对环境、技术水平等方面要求更高。
   CMTS技术在国内推广了一段时间，从覆盖范围、开通速率尤其在先期广电迅速抢占客户群方面看起到了非常好的效果。
但CMTS也有其自身难以改进的缺陷，尤其在漏斗噪音处理方面，由于所有用户覆盖都噪音上传到CMTS头端处理，光工作站不做任何处理，用户之间的相互影响非常大。
2.2 下一代的广电光接入网络技术——EPON接入方案分析
   EPON技术目前被认为是FTTH网络的最佳技术，EPON是英文Ethernet over Passive Optical Networks即以太无源光网络的缩写，是IEEE于2004年6月，颁布文号为IEEE 802.3ah的基于以太网技术的EPON标准。
EPON是一项采用点到多点拓扑结构、利用光纤和光无源器件进行物理层传输、通过以太网协议提供多种业务的宽带接入技术。这项技术充分结合了无源光网络技术和以太网技术的优势，为在局端中心机房（CO）和终端客户现场之间配置宽带接入光纤线路提供了一种低成本的方法。无源光网络技术具备点到多点的拓扑结构、无源器件、后期维护成本低等特点。
但是目前实现FTTH，在设备成本上还比较高，于是出现了利用EPON的ONU设备覆盖更多的用户30-50户实现EPON＋有源/无源同轴双向技术，使得HFC的双向改造得以实现。
2.3 EPON＋LAN接入方案分析
目前在广电应用较多的另一种方式是基于EPON技术的FTTB＋LAN方式。EPON部分充分利用了现有光纤资源，其网络组成符合原有HFC网络结构，EPON系统下联交换机，实现数据业务或电视回传业务；有线电视网部分，设备采用光收发机的机制，通过重新布设五类线方式，实现双向改造。将数据业务和电视业务分网建设，也就是业界常说的A、B网结构，此种类型模式实现起来优势在于整体结构比较清晰，另外以太网技术也已比较成熟，但问题在于工程施工造价偏昂贵，需要在已有住户小区重新布线，对居民的影响比较大，同时带来的后果是用户开通业务比较慢。与传统电信运营商的宽带业务无法进行有效的竞争。
2.4 EPON＋同轴以太网解决方案分析
2.4.1 EPON＋无源EOC方案接入解决方案分析
无源EOC是将120Ω平衡方式传输的10Mbps以太网经过平衡-非平衡转换器再经过低通滤波器，与高通滤波器的RF信号进行混合后进入入户电缆。在用户端，用一个相同器件分离以太网信号和RF信号。
无源EOC利用了最后100米同轴电缆进行了数据信号的混频传输。但由于本身物理特性，数据信号无法通过分支分配器，而必须对最后100米同轴电缆进行星型结构改造，给施工带来不少的麻烦。同时由于是基带传输，极易受到信号干扰。同时无法对网络进行QoS保证，无法进行不同业务的不同优先级传输。
2.4.2 EPON＋有源EOC方案接入解决方案分析
2.4.2.1 HomePNA over Coax技术
HomePNA (Phoneline Network Alliance) 联盟在2005年发布了HomePNA 3.0 。HomePNA采用QAM/FDQAM调制方式，FDQAM增加了信噪比边界，有较好的抗扰性。其大部分频点可以采用256QAM调制技术，并可根据信道实际的SNR要求自适应地使用128QAM、64QAM、32QAM、16QAM、8QAM。HomePNA3的覆盖能力及规划主要依据为其传输距离和带宽的分配，目前HomePNA3的一般传输距离为300米，提供带宽最大为128Mbps。
HomePNA采用了自适应QAM调制技术，在抗干扰能力上有所增强，但在频谱利用率上比相对Cablegine技术要低，因此带宽相对较小。
2.4.2.2 MoCA技术
MoCA技术中局端与小区间采用光纤连接，小区内电视信号分配用现有的同轴电缆进行各住户间的连接，使用的频率因国家、地区而异，如美国使用860-1550MHz频带，日本使用770-1030MHz频带，相当于每一信道使用50MHz的带宽，理论上最大可以获得270Mbps的传输速度。该方式的特点是：
. 可实现最高物理速度270Mbps的高速传输；
. 可使用同轴电缆中的空余频率与区内共享信号；
. 用户家里不需要对调制解调器进行各种设置；
. 在同一频带内进行双向通信，不需要专门留出上行带宽。
相对Cablengine技术和HomePNA技术，由于采用了高频段，在线路上衰减较快，同时需要专用的分支分配器。另外由于该技术处于GSM/CDMA的800-900M Hz范围内，容易受到这些移动通信信号的干扰。
2.4.2.3 Cablengine缆擎技术对HFC全网改造接入解决方案分析
Cablengine缆擎技术与现有广电的HFC网络结构完全一致，在实施过程中只需要将传统光工作站替换安装成Cablengine缆擎Master局端设备，其它光缆和同轴网络都不需要改变。在用户端，只需要简单的安装Cablengine缆擎Slave用户端设备，通过统一的网管系统和业务系统管理就可以迅速的开展宽带业务。
Cablengine缆擎技术目前可提供85M-200Mbps带宽接入，Cablengine缆擎技术主要有以下特点：
. 充分利用现有广电光网络部分
Cablengine缆擎技术方案的光路部分充分利用了EPON技术的优势，单纤双向数据传输、点到多点、1G带宽、20公里传输距离、良好的QoS控制、IP多业务承载等。采用双窗口无源分光器与现有CATV光网络结构一致，不仅可以满足密集用户区的数据业务接入，同时以高性价比满足偏远山区的接入。
. 工作于低频段、抗干扰能力强、抗线路衰减能力强
Cablengine缆擎技术方案的同轴部分工作于5-30M的低频段，因此有较强的抗衰减能力，在同轴介质上50dB的损耗可以有效传输500米。由于采用的先进的OFDM技术，具有极强的抗干扰能力。如果某个载波在受到干扰后，系统会自行屏蔽掉该载波，避开干扰源，并实现了动态实时检测。同时通过简单器件低通滤波就可以轻易桥接数据信号通过CATV电放大器。
. 高带宽
Cablengine缆擎技术在同轴上物理层5-30M低频段使用OFDM调制方式，具有非常高的频谱利用率，使用917个子载波，每个子载波可以单独进行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM调制；采用Turbo FEC错误校验；物理层线路速率达到200Mbps。
. QoS保证
Cablengine缆擎技术提供了TDMA的多址访问以支持QoS的要求，保证了带宽，延迟和抖动的参数要求。同时也可以采用CSMA/CA技术支持传统的网络环境。
. 安全性
传输采用AES 128数据加密，有效保证数据的安全性。同时在MAC层提供端口隔离功能，同时提供了用户方端口带宽控制能力，实现真正的、可运营的、安全的HFC双向网络。
. 树形网络结构
Cablengine缆擎技术是适合点到多点的网络，正好符合广电HFC网络的树形结构。
. 多业务承载能力
由于有了良好的QoS保证机制，因此可以实现用户接入的多业务承载能力，例如需要实现实时性要求高的VOIP业务、视频业务，和实时性要求不高的上网业务等，分别有优先级传送和带宽保证。
Cablengine缆擎技术在抗噪声干扰方面有专有解决方案，Cablengine缆擎技术采用OFDM技术将可用频谱分为多个窄带使用，将串行的高速数据转换成并行的数据流，然后在每个子信道上进行调制，每个子信道可以使用不同的调制方式，根据其信道的信噪比（SNR）情况支持1024/256/64/16 QAM、QPSK、BPSK等方式。
OFDM的另一个特点是在其频域内的单频定位功能（Tone Allocation），即通过开启或关闭子载波来使数据仅在能够传输的频谱内传输，从而保证合适的误码率（BER）。发射端和接收端根据它们之间的信道情况来确定使用哪些子载波，那些没有达到SNR阈值的子载波上不进行数据传输。因此可以自动避开干扰和衰减过大的频点，以实现最佳传输。
在单载波系统中，衰减或干扰能够导致整个通信链路的失效。这在CMTS系统中是非常常见的，原因就在于CMTS是使用单载波工作方式，所以侵入噪声、漏斗噪声等造成用户掉线。而在Cablengine缆擎技术中，侵入噪声和漏斗噪声仅仅是很小一部分载波受到干扰。对这些子信道可以采用纠错码来纠错，而其它信道则仍保持高次调制的高速数据通信。
2.5  各类接入技术综合比较
如上表所示在各类型技术比较种，Cablengine缆擎方案整合了EPON技术和有源同轴以太网技术，将现有有线电视光纤网和同轴网融合统一来实现双向改造，同时在改造中从技术、带宽、业务承载、抗噪声处理能力、工程成本等综合因素考虑来看，Cablengine缆擎方案比较于其它改造方式更加适合于国内发展方向。
3．HFC双向改造方案及设计思路
通过以上简单分析与比较，在技术选择上需要从带宽、业务承载能力、工程成本、工程开通速率等方面进行综合考虑。因此，HFC网络双向改造方案及设计思路可以从以下几个方面考虑：
. 最大程度减少工程成本和时间
用户的快速覆盖是运营商发展思路的重点，尤其对于广电运营商在实现双向改造的过程中面临传统电信运营商的压力，需要更快抢占客户。因此在技术选择上需要考虑实现最少工程成本的技术模式。
. 适应各类型光纤、同轴网络结构
从目前HFC网络结构来看，有线电视网络结构在光纤和同轴部分都是采用树型网络结构，即使部分网络为集中式结构，其实也只是树型结构的一种特例。如果一种技术不能适应树型结构的话，则在实际的应用时会产生很大的局限性。
. 同轴改造技术需要充分考虑抗噪声干扰问题
有线电视网络中87-862MHz是用于正向的有线电视信号及正向数据传输，5-65MHz用于反向数据传输。当采用Cablengine缆擎技术时5-65MHz成为空闲频段，由于Cablengine缆擎技术使用的2-30MHz频段恰好落在该频段中，而其它的一些技术使用的是超过870MHz的频率，甚至是2.5GHz的高频，由于频率越高衰减越大，因此过大的链路损耗预算成为组网的障碍。
有线电视网络中的低频段是噪声集中的频段，存在着由于环境干扰造成的各种侵入噪声以及由于树型结构所带来的汇聚漏斗噪声。CMTS技术之所以在国内没有广泛应用就在于难以克服噪声。
有线电视分配网络的设计正向传输（87-870MHz）损耗一般小于35dB，而Cablengine缆擎技术工作在更低的频段，因此损耗更小。即使损耗达到60dB时仍可以以MB级的速率传输，因此采用Cablengine缆擎技术无需担心网络链路损耗是否太大