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摘要： 根据广电网络面对三网融合，进行双向网改造的需求，提出一种新的基于HomePlugAV技术的以太网同轴电缆（EOC）接入方式，并对其原理、技术优势和实际工程案例进行阐述。
关键词： 广电城域网；双向改造；EPON系统；单纤传输模式
中图分类号：TN943.6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0710019－02
1 概述
以太网同轴电缆（Ethernet over Coax）接入技术，其发展至今已有10几年的历史了，首先以CMTS+CM为代表，再形成了如e视通，Uclink等多种表现形式，但都遇到了这样或那样的运营问题。根据现有网络结构及业务运营的基础上，在这里主要介绍一下基于HomePlugAV的有源调制低频传输方案。该方案实现了在现有的有线电视网络中迅速开展“三网融合”业务，满足用户多种增值业务需求，可快速提升广电运营商的市场竞争能力。
2 广电运营商对数据业务的需求
2.1 业务的需求
按照国家“三网融合”的发展目标，在现有广播式有线电视网络的基础上，要大力发展互动电视和高带宽数据业务及增值业务。互动电视业务可以在双向HFC网络上较好的运营，而高带宽数据业务和增值业务需要借助同轴电缆进入千家万户。
2.2 带宽以及VLAN管理的需求
在同一个网络中同时开展多项业务必然对网络的带宽提出了新的要求。网络业务多带宽的需求如表1所示。
在数据通道开展多种业务，要求根据不同的用途的业务有独立的VLAN与之对应。对不同等级的业务要有优先级区分。例如；网络管理、电话业务、互动电视的控制信令等等属于很小带宽资源需求的，但重要性很强，优先级别高，而宽带业务资源需求很多，优先级别可以较低。EOC系统的VLAN功能、VLAN优先级等级数量都是与实际营运相关的重要功能。
3 几种数据业务同轴网接入方式
3.1 CMTS+CM方式
在双向HFC网络上部署CMTS和CM即可开展数据业务。CMTS+CM采用DOCSIS标准，具有灵活部署设备密度的优点，技术成熟，在北美国家应用非常普及。但需要对原有HFC网络进行大规模的双向改造，包括上行光纤、电放大器的双向改造、增加上行光发射机等，改造的工作量和投入成本都非常大。缺点：1）上行的漏斗效应导致噪声汇聚，对带宽影响较大；2）多用户共享40Mbps头端带宽，不能满足用户的带宽需求；3）设备必须进口，价格高昂。
3.2 以太网方式
通过部署交换机，使用光纤和五类线连接来构建的以太网络，即可提供数据业务。成熟的局域网技术，构建简单。缺点：占用较多的光纤资源，采用五类线入户需要进行入户网络安装工程，解决用户家庭多终端需求非常困难。
3.3 无线数据接入方式
按照IEEE 802.1x部署的无线数据接入网络，可以提供数据服务，快速覆盖，用户端无需布线。缺点：系统造价较高，公众用户管理比较困难。
4 基于HomePlugAV技術的EOC接入技术
4.1 特点
采用HomePlugAV标准，充分利用HFC网络的空闲频率（6-30MHz）资源来开展数据接入。使用正交频分复用（OFDM）技术，系统的抗干扰能力极强，对网络传输性能依赖性较小，工作稳定。每一个主控模块具有较高的传输速率容量，每MHz带宽成本降低近百倍。利用HFC网络现有的同轴电缆室内电视网络，无须新建网络和二次室内布线。用户终端无须配置，即插即用。从头端到终端有多达90dB链损范围，应用动态范围宽，可适应不同质量的网络现况，快速开展业务。VLAN、VLAN优先级数量、远程升级等等功能完备，管理功能强。
4.2 工作原理
HomePlugAV技术支持能实现在电力线、电话线、以及同轴电缆上数据传输。目前已将该类技术移植到同轴电缆，采用OFDM正交频分多路复用技术，工作频率为2-28MHz，PHY速率可达72Mbps。由于HomePlugAV技术是基于电力线传输基础上发展的，考虑到电力线应用的恶劣环境，其协议中关于纠错方面考虑较多，在一定程度影响了其传输时有效数据载荷的效率。HomePlugAV技术采用了OFDM技术，它是一种多载波复用技术。该技术将信道分为N个子信道，将串行的高速数据转换为并行数据流，然后分别进行数据调制。采用的调制方式包括BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、128QAM、256QAM等。由于进行了子信道分割，每个信道传输的速率低，能有效减小码间干扰，信道均衡好。抗干扰能力强。每个信道可根据SNR自动调整调制方式（开或关）。当某个或多个信号干扰较大时，就工作到低速调制方式，而好的信道则工作到高速调制方式。OFDM技术频谱分布如图1所示。
HomePlugAV技术在MAC层通信时的时间片应用分布，数据传输部分完全采用TDMA方式保证多用户时信道效率最高，CSMA仅占用少量时间片应用于终端初始上线时的连接，采用TDMA的通信机制，保障了在64个用户同时并发的时候系统保持接近最高的吞吐量。MAC层通信时的时间片应用分布如图2所示。
5 EPON+EOC双向接入网系统案例简介
5.1 EPON+EOC系统整体结构
根据广电城域网基础网络结构，采用EPON技术实现接入网分前端（前端）至接入（楼）节点的光缆网络双向化建设，采用基于同轴电缆EOC双向化技术，实现楼栋无源电缆网双向化覆盖。PON+EOC技术实现网络结构如图3所示。
5.2 EPON+EOC技术模型
对于不具备综合布线条件的小区，采用ONU和EOC局端一体机模式，原则上架设在接入（楼）节点位置，与楼栋光机集中部署在接入（楼）节点设备箱内（设备箱空间狭小时可考虑在原有位置增加设备箱安装设备）。ONU、EOC头端部署技术模型示意图如图4所示。
采用基于HomeplugAV技术的EOC标准，可提供接近100Mbps的MAC层带宽。按照每栋楼70户计算，参照30%的入网率，50%的在线率，50%并发率计算，可为每个用户提供接近20Mbps的带宽。HomeplugAV标准正在向IEEE P1901的统一标准演进，工作频率可以从现有的2～25MHz扩展到100MHz，传输带宽可以从现有的100Mbps扩展到1Gbps，该技术的主要芯片厂家Atheros已经发布符合IEEE P1901的AR7400芯片，提供传输带宽300Mbps，后续逐步推出AR8400 1Gbps的芯片。EOC系统容量产生瓶颈时，可通过升级EOC局端设备，无需线路施工，即可提升终端接入带宽达到40Mbps，甚至达到100Mbps。
5.3 双纤传输模式
PON系统与现有数字电视系统采用“共缆分纤”方式，从纤芯上完全隔离。从前端至城网节点，使用六芯光缆中的“三四”两芯（实际使用一芯，另一芯备份），接入城网节点；城网节点以下光缆依次使用空余纤芯，实现前端至楼栋节点的双向传输。该模式适合数字电视采用1310nm二级光链路的传输系统。双纤传输系统结构如图5所示。
5.4 单纤传输模式
利用波分复用技术，将与PON系统与不同波长段的数字电视光信号复用至同一根纤芯上，在楼栋光节点位置通过波分解复用将数字电视光信号分离出来送至光接收机，PON系统的波长送至ONU，利用数字电视现有光缆到楼的光纤系统，实现前端至楼栋节点的双向多业务传输。该模式适合数字电视二级光链路采用1550nm波长覆盖的项目。单纤传输系统结构如图6所示。
6 总结
各地广电运营商HFC网络状况不一，施工质量参差不齐，因而造成线路引起的故障是所有故障中最多的，因此选取抗干扰能力强、改造难度小的EOC技术是减少维护成本的关键。基于HomePlugAV技术的以太网同轴电缆（EOC）接入方式，采用多个子信道的OFDM的有源调制EOC技术显然更适合广电的HFC网络现状。
关键词： 广电城域网；双向改造；EPON系统；单纤传输模式
中图分类号：TN943.6 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0710019－02
1 概述
以太网同轴电缆（Ethernet over Coax）接入技术，其发展至今已有10几年的历史了，首先以CMTS+CM为代表，再形成了如e视通，Uclink等多种表现形式，但都遇到了这样或那样的运营问题。根据现有网络结构及业务运营的基础上，在这里主要介绍一下基于HomePlugAV的有源调制低频传输方案。该方案实现了在现有的有线电视网络中迅速开展“三网融合”业务，满足用户多种增值业务需求，可快速提升广电运营商的市场竞争能力。
2 广电运营商对数据业务的需求
2.1 业务的需求
按照国家“三网融合”的发展目标，在现有广播式有线电视网络的基础上，要大力发展互动电视和高带宽数据业务及增值业务。互动电视业务可以在双向HFC网络上较好的运营，而高带宽数据业务和增值业务需要借助同轴电缆进入千家万户。
2.2 带宽以及VLAN管理的需求
在同一个网络中同时开展多项业务必然对网络的带宽提出了新的要求。网络业务多带宽的需求如表1所示。
在数据通道开展多种业务，要求根据不同的用途的业务有独立的VLAN与之对应。对不同等级的业务要有优先级区分。例如；网络管理、电话业务、互动电视的控制信令等等属于很小带宽资源需求的，但重要性很强，优先级别高，而宽带业务资源需求很多，优先级别可以较低。EOC系统的VLAN功能、VLAN优先级等级数量都是与实际营运相关的重要功能。
3 几种数据业务同轴网接入方式
3.1 CMTS+CM方式
在双向HFC网络上部署CMTS和CM即可开展数据业务。CMTS+CM采用DOCSIS标准，具有灵活部署设备密度的优点，技术成熟，在北美国家应用非常普及。但需要对原有HFC网络进行大规模的双向改造，包括上行光纤、电放大器的双向改造、增加上行光发射机等，改造的工作量和投入成本都非常大。缺点：1）上行的漏斗效应导致噪声汇聚，对带宽影响较大；2）多用户共享40Mbps头端带宽，不能满足用户的带宽需求；3）设备必须进口，价格高昂。
3.2 以太网方式
通过部署交换机，使用光纤和五类线连接来构建的以太网络，即可提供数据业务。成熟的局域网技术，构建简单。缺点：占用较多的光纤资源，采用五类线入户需要进行入户网络安装工程，解决用户家庭多终端需求非常困难。
3.3 无线数据接入方式
按照IEEE 802.1x部署的无线数据接入网络，可以提供数据服务，快速覆盖，用户端无需布线。缺点：系统造价较高，公众用户管理比较困难。
4 基于HomePlugAV技術的EOC接入技术
4.1 特点
采用HomePlugAV标准，充分利用HFC网络的空闲频率（6-30MHz）资源来开展数据接入。使用正交频分复用（OFDM）技术，系统的抗干扰能力极强，对网络传输性能依赖性较小，工作稳定。每一个主控模块具有较高的传输速率容量，每MHz带宽成本降低近百倍。利用HFC网络现有的同轴电缆室内电视网络，无须新建网络和二次室内布线。用户终端无须配置，即插即用。从头端到终端有多达90dB链损范围，应用动态范围宽，可适应不同质量的网络现况，快速开展业务。VLAN、VLAN优先级数量、远程升级等等功能完备，管理功能强。
4.2 工作原理
HomePlugAV技术支持能实现在电力线、电话线、以及同轴电缆上数据传输。目前已将该类技术移植到同轴电缆，采用OFDM正交频分多路复用技术，工作频率为2-28MHz，PHY速率可达72Mbps。由于HomePlugAV技术是基于电力线传输基础上发展的，考虑到电力线应用的恶劣环境，其协议中关于纠错方面考虑较多，在一定程度影响了其传输时有效数据载荷的效率。HomePlugAV技术采用了OFDM技术，它是一种多载波复用技术。该技术将信道分为N个子信道，将串行的高速数据转换为并行数据流，然后分别进行数据调制。采用的调制方式包括BPSK、QPSK、16QAM、64QAM、128QAM、256QAM等。由于进行了子信道分割，每个信道传输的速率低，能有效减小码间干扰，信道均衡好。抗干扰能力强。每个信道可根据SNR自动调整调制方式（开或关）。当某个或多个信号干扰较大时，就工作到低速调制方式，而好的信道则工作到高速调制方式。OFDM技术频谱分布如图1所示。
HomePlugAV技术在MAC层通信时的时间片应用分布，数据传输部分完全采用TDMA方式保证多用户时信道效率最高，CSMA仅占用少量时间片应用于终端初始上线时的连接，采用TDMA的通信机制，保障了在64个用户同时并发的时候系统保持接近最高的吞吐量。MAC层通信时的时间片应用分布如图2所示。
5 EPON+EOC双向接入网系统案例简介
5.1 EPON+EOC系统整体结构
根据广电城域网基础网络结构，采用EPON技术实现接入网分前端（前端）至接入（楼）节点的光缆网络双向化建设，采用基于同轴电缆EOC双向化技术，实现楼栋无源电缆网双向化覆盖。PON+EOC技术实现网络结构如图3所示。
5.2 EPON+EOC技术模型
对于不具备综合布线条件的小区，采用ONU和EOC局端一体机模式，原则上架设在接入（楼）节点位置，与楼栋光机集中部署在接入（楼）节点设备箱内（设备箱空间狭小时可考虑在原有位置增加设备箱安装设备）。ONU、EOC头端部署技术模型示意图如图4所示。
采用基于HomeplugAV技术的EOC标准，可提供接近100Mbps的MAC层带宽。按照每栋楼70户计算，参照30%的入网率，50%的在线率，50%并发率计算，可为每个用户提供接近20Mbps的带宽。HomeplugAV标准正在向IEEE P1901的统一标准演进，工作频率可以从现有的2～25MHz扩展到100MHz，传输带宽可以从现有的100Mbps扩展到1Gbps，该技术的主要芯片厂家Atheros已经发布符合IEEE P1901的AR7400芯片，提供传输带宽300Mbps，后续逐步推出AR8400 1Gbps的芯片。EOC系统容量产生瓶颈时，可通过升级EOC局端设备，无需线路施工，即可提升终端接入带宽达到40Mbps，甚至达到100Mbps。
5.3 双纤传输模式
PON系统与现有数字电视系统采用“共缆分纤”方式，从纤芯上完全隔离。从前端至城网节点，使用六芯光缆中的“三四”两芯（实际使用一芯，另一芯备份），接入城网节点；城网节点以下光缆依次使用空余纤芯，实现前端至楼栋节点的双向传输。该模式适合数字电视采用1310nm二级光链路的传输系统。双纤传输系统结构如图5所示。
5.4 单纤传输模式
利用波分复用技术，将与PON系统与不同波长段的数字电视光信号复用至同一根纤芯上，在楼栋光节点位置通过波分解复用将数字电视光信号分离出来送至光接收机，PON系统的波长送至ONU，利用数字电视现有光缆到楼的光纤系统，实现前端至楼栋节点的双向多业务传输。该模式适合数字电视二级光链路采用1550nm波长覆盖的项目。单纤传输系统结构如图6所示。
6 总结
各地广电运营商HFC网络状况不一，施工质量参差不齐，因而造成线路引起的故障是所有故障中最多的，因此选取抗干扰能力强、改造难度小的EOC技术是减少维护成本的关键。基于HomePlugAV技术的以太网同轴电缆（EOC）接入方式，采用多个子信道的OFDM的有源调制EOC技术显然更适合广电的HFC网络现状。