关于双向HFC与EPON 的技术讨论

摘 要：从实际应用的角度对双向HFC和EPON两种接入方式进行了比较和成本分析，推荐有线电视网络运营商采用双向HFC接入方案，“实现一网多功能”，尽可能的减少户均网络建设及业务运营投入，提升用户的ARPU值。以面对来自于行业内外的竞争和压力。

成都康特集团 吴顶

一. 三网融合必须建设双向传输网络

电视接收机（TV）是最普及、最直接有效的媒体终端，与个人电脑作为桌面个人终端不同，是不可替代的集体终端（也称客厅终端）。在未来的信息化社会，这两种终端的功能将不断融合，但是这两种终端必将都会继续发展。所谓“三网融合”，就是包括语音功能的电话机在内的三类业务（电视、语音和数据），通过一个网络，针对三类终端，开展服务更加灵活，内容更加丰富的信息服务。

现在传统的通信产业（中国电信、网通）已经开始瞄准电视机这类终端开展服务。电信、网通的IPTV业务的运营和开展，打破了有线电视网络对电视用户的垄断地位，同时直播卫星上天、地面数字电视等行业内部竞争的加剧，使得当前有线电视网络面临了前所未有的竞争和压力。

《广播影视科技发展“十一五”规划和2020年远景目标》中提出：“积极研究推进三网融合，构建以数字电视网为基础的下一代网络”， 广电的“三网融合”是以传输广播式业务+交互式的数据、语音、视频等个性化业务为主要任务。随着有线电视技术的飞速发展，与有线传输网络密切相关的数字电视技术、信源编码、数据语音等业务设备都在朝功能融合的方向发展。因此“三网融合”应是指业务的融合，因而广电的有线电视网络需要迅速实现双向化，才能向用户提供高清、宽带、时移、互动等个性化业务，实现一网多功能，减少户均网络建设及业务运营投入，才能充分发挥有线电视网络的优势和竞争力。留住用户并提升用户的ARPU值。开展“三网融合”业务的最基本工作就是建设双向传输网络，也称城域接入网。因为城域接入网络的技术方案很多，本文仅讨论当前大家比较关注的几种方案如下。

二. EPON 在HFC 中的应用

目前能够实现多业务运营的“城域接入网技术方案”很多，如HFC、以太网、EPON、ADSL等及相互结合的方案， 什么方案最适合广电网络运营和能够适应可持续发展，是值得研究和探讨的问题。

双向HFC接入方案在国外发达国家及我国部分地区的成功应用，双向HFC接入方案的优势和成熟度毋庸置疑，但许多有线电视网络在双向化道路上一直没有处理好，却一直在怀疑着双向HFC这个充满优势的成熟技术。许多网络公司开始采用HFC+LAN；HFC+EPON方式，在现有的HFC网络基础上，再建设一张数据网实现多业务的运营。各种接入技术方案各自必然都有其优缺点（特点），其优点必须与实际情况和将来的发展相结合（可持续发展问题）。任何技术解决方案都必然涉及到“户均投入、网络可维护性和发展、用户终端及终端网络、行业自身技术优势”等重要因素。这是我们讨论问题的基础。

HFC+LAN（城域以太网）技术由于以太网方案楼栋交换机故障率高、安全性差、无防雷保护措施，投资大、建设维护困难等诸多缺点，尤其是当某用户需要同时使用两个以上的交互式终端（TV、PC等等），家庭局域网的问题必将成为最严重的问题，这系列问题逐渐在实际应用暴露出来。而目前接入网方案争论得最多的是采用双向HFC接入还是采用HFC+EPON/EOC方案，就是以太网在用户室内网络问题的一种处理方案。

所谓EPON（以太网+无源光网络），主要由OLT（光线路终端接口）、ODN（光分配器）、ONU（光网络单元）组成：OLT安装在前端机房或分前端机房，负责数据业务的接入，将来自各路的数据流，如IPTV、互联网接口等，适配后导入EPON的传输网络。ONU安装在小区、楼房或用户端，主要负责用户端的宽带接入。

EPON采用单纤粗波分复用技术，用一根光纤传输广播和数据信号。采用1550nm波长光发射机+EDFA传输广播式的数字电视、模拟电视信号；EPON数据下行采用1490nm波长广播传输方式，数据上行采用1310nm波长，利用时分复用(TDM)技术，实行共享带宽。其拓扑框图见图1。

典型的应用结构如图：

图1

从图1可以看出，通过一个网络同时完成了TV和PC两个终端设备的接入，即单向接收的电视机与双向交互的PC。如果该用户需要使用交互式机顶盒享受互动电视同时又需要安装使用PC，则仍然需要（必须）建设家庭局域网（五类线为媒质的以太网和交换机）。这种结构的网络实际上与HFC＋LAN没有本质区别（目前光纤以太网到楼栋、五类线入户就是这种结构）。某种意义上讲，EPON就是以太网光纤化的一种实现形式。

三. HFC+EPON 与双向HFC 接入网的应用比较

HFC+EPON/EOC方案真的是适合有线电视网络运营商的实际情况吗？能否取代双向HFC网络？回答是否定的。因为用户的实际需要和室内的家庭局域网必须“一网多功能”，必须考虑一个用户需要若干数量和两种以上的交互式设备，这是问题的关键。

1. HFC+EPON与双向HFC的网络结构比较分析：

&nbs[FS:Page]p; HFC本身是一张天然的宽频网络，双向网和单向传输网的网络结构没有太大的区别，双向HFC网络光传输部分充分利用光缆的一缆多芯，采用空间分割方式传输，电缆传输部分采用一缆频分方式实现双向传输，目前都做到从光节点出来最多两级野外分支分配器就到了楼栋集中分支分配器。网络结构非常简单。并且双向化的HFC网络其同轴电缆部分在室外部分与室内部分是同一种材料、同一种结构，这个优势是客观存在，而我们却往往忽略了。

在单向的HFC广播电视网络的基础上再建设一张EPON数据网实现回传和开展数据业务,是建设“两张网络的理念。HFC将光无源分配一般放在机房，EPON（以太网+无源光网络）以一点对多点的网络架构铺设光纤到楼，光无源分配放在野外（节约支干线的光纤数量），楼栋需要安装ONU（交换机），采用一根光纤（一根光缆四芯，浪费三根光纤）。在每一个单元（十余户）的处理，需要单向的光接收机和ONU，需要同轴RF分支分配网络和五类线ONU+LAN以太网双线入户。或者再增加EOC设备实现Ethernet over Coax入户。显然这就是我们经常讨论的“双网络”结构。

HFC+EPON，HFC网络设备和EPON网络设备各司其职，网络设备投入多，相对于双向HFC一网多功能的网络结构结构更为复杂。从本质上讲，什么“EPON代替HFC”的说法，从基本原理讲是错误的，从网络建设的营运目的讲是糊涂的。如果是厂商宣传则是典型的商业行为。

2. HFC+EPON与双向HFC投资成本比较

1) 双向HFC方案的分析

单向的HFC有线电视网络本身必须改造，需要实现860M带宽传输，做到单元集中分配方式入户，达到优质的传输指标和减少故障率。同时要求实现关键设备的网管功能，以提高传输网络的可管理性，达到电信网络相当的传输要求。在此条件下，以新建HFC网络为例，在单向传输条件下，采用1550nm还是采用1310nm传输，其性能、成本等等广电同仁都非常明白。而在HFC结构条件下，双向网络比单向网络建设产生的户均投入只不过平均增加20～30元而已（只需要在相关有源设备上增加回传功能的成本），而人工费用的差别更小。

实现双向的目的是开展交互式增值业务，双向HFC对多业务的支持只需要在前端和用户端添加相关的业务设备就可以开展，同时业务开展可以是由集中式（全网共享）到分布式（区域共享），不断叠加设备，根据用户需求的滚动发展过程。前期投入小，技术风险小，有可借鉴的国内外成功案例。为了讨论成本方便，我们以建设单向传输的HFC网络的成本为基础，双向HFC网络增加户均成本假定为30元，来比较EPON在单向HFC网络条件下的增加值。

2) EPON方案的分析

EPON在有线电视系统的应用，首先必须要改造建设好一张高指标、传输可靠的单向HFC网，采用了光缆到楼的路由结构，同时再利用光缆的多芯结构，全网建设一张完整的两波分的光纤以太网数据网。实现这个方案，必须有几个必须明确回答的前提条件；

其一；实施光纤改造到楼，五类线入户。工程浩大，户内工程量更大，不能认为用户永远只有一个交互式终端（要么是PC，要么是交互式机顶盒）。所有在讨论成本问题时，必须把用户室内以太网的就是成本计算进去（如同EPON的支持者将CMTS和CM结合讨论一样道理）。

其二；EPON系统中的OLT＋ONU实际上就是以太交换机在机房和楼栋安装的不同产品形式。一次性全网安装（不论使用的用户密度如何），必须工作在比室内环境恶劣的野外条件。由于ONU是有源设备（千万不要认为是无源设备），需要电源供应。每一个十余户的单元户外设备ONU采用就地220V供电？如何防雷？这个成本应该怎么算？如果采用60V集中供电，采用什么电缆？如果采用同轴电缆，EPON解决了什么问题，如果采用一般的电源线，防雷问题依然存在。等等这一系列问题都是城域以太网（光纤城域以太网）遇到的系列大问题。这些成本应该怎样计算？关于这方面的成本，难以计算，尤其是建设中遇到的社会配合问题，更没有办法计算为可量化的成本。

其三；如果采用EPON，必须全网一次性建设。如果限于宽带数据业务，一次性地考虑用户入户只有一个以太端口（地址）不会有太多问题，因为一户具有两台以上的PC时，用户自己建设户内以太局域网这是已经成了合理的现况。但是，如果用户要求两个以上的交互式机顶盒，并且要求设备在任意房间可以使用，这个问题怎么办？EPON方案一次性建设的要求，不论成本和施工可能性都是没有可能的。

在此，笔者必须提到EPON技术在日本的应用。日本的大部分住房内，都是按照户内以太网络是住房建设要求而必须建设的，网络运营商不需考虑户内网络问题，如同中国的住房内同轴电缆网络是房屋建设就完成了的情况相类似。就在这样的情况下，日本同样在建设双向HFC网络，只不过由于相对于中国情况不同而每一个月的服务费用相对很高，EPON网络作数据业务网络的投入是合算的，双向HFC网络作电视（包括互动电视）业务也是合算的。建设中遇到的实际麻烦也比中国的现况简单的多。但是，关于EPON取代HFC却是中国厂商的“创造”。

3) 投资成本比较

因为单向传输部分HFC与EPON的相同功能部分区别是1550nm或者1310光波，成本差别不是很大（性能和可持续发展这两个方面显然是1310nm的HFC具有明显优势）。如果仅仅以成本讨论，不妨假定，仅仅以开展数据业务（不考虑电视问题），以一个1万用户网络，约 208栋楼房，约850个单元，40个光节点，10%的数据用户为例，分别以双向HFC和EPON+HFC作投资比较。

&[FS:Page]nbsp; A. 双向HFC方案（增加的上行传输材料和数据设备CMTS+CM部分的投入）

B. EPON+LAN方案（单向HFC网络部分不计算在内，每一户一个端口地址）：

C. EPON+有源EOC方案（ONU在光节点，不增加光缆，利用同轴电缆支干线EOC,同时减少入户五类线成
本，仅仅为数据业务，所以不包括室内局域网成本）；

D. EPON+无源EOC方案（光纤到楼）

通过以上成本分析，非常明显看出，双向HFC方案在开展数据增值业务具有前期投入少的优势，是一个与发展用户同步逐步投入的过程，资金压力小，在科技飞速发展的今天，逐步投入而风险小（产品降价风险）。必须指出，以上方案除了HFC在光节点供电以外，其他任何方案还存在供电问题、营运电费支出和防雷及维护问题（野外网络比HFC网络复杂，有源设备相当多）。
双向HFC网络优势就是；带宽资源和网络资源可以得到充分利用和共享，最低成本实现“一网多功能”。而EPON在HFC网络上的叠加同时会增加用户内部投入和户内“家庭局域网”建设的难度，造成大量的用户内部维护工作量，杭州模式HFC+LAN方式目前最头疼的就是户内问题（用户需要增加机顶盒时），同时EPON自身技术问题和在有线电视中应用目前也带来了更多的问题，如后分析。

3. “家庭局域网”实施的比较分析

网络双向化的目的时要开展各类增值业务，为用户提供“个性化”业务支持和服务，同时要求网络需要能够为用户提供多个终端、多种类终端的接入。用户室内需要构建小型的“局域网”以实现一户多终端的业务接入，“家庭局域网”的建设、维护问题是网络运营商面临的新课题，用户内部网络的建设投资最大、规范及维护最难，是任何网络接入方式（HFC、以太网、光纤入户、EPON技术）都不能回避的关键问题。这就是最近常提到的“最后10米问题”。双向HFC与双向HFC+EPON/EOC的户内布线情况常见下图2：

1) 双向HFC接入方案

所有业务都基于同轴电缆传输，户内布线只需要采用“同轴电缆＋无源分配器”方案，这也是广电网络多年实际应用的户内布线方案。采用双向HFC接入方案，户内多终端、多业务的开展容易实施，用户的投入成本最低，维护量最小。

2) HFC+EPON接入方案

采用同轴电缆到户传输数字/模拟广播电视信号，采用ONU+LAN，五类线到户传输交互式业务，因为用户要求一台PC和一个交互式机顶盒是最低要求，必然采用如图用户实际是“同轴电缆＋五类线＋小型交换机”方案，同时需要对用户的每个主要房间布网并安装若干终端设备接口，不仅户均成本太高，而且安装、维护工作量也相当巨大，并且与家庭的原有装修矛盾。用户的阻力很大，实施困难。

3) HFC+EPON+EOC接入方案

HFC+EPON+EOC（Ethernet over Coax）接入方案实际是为了避免楼道内铺设五类线，采用EOC实现数据与电视同轴电缆入户，但仅限于单向电视信号分配和一个MAC地址；如果用户要求两个以上的交互终端设备（PC和交互式机顶盒），同样不可避免增加“五类线＋小型交换机”布网。户内线路的建设成本同样非常高，日常维护也相当困难。

显然，通过上述分析，双向HFC接入方案的用户室内局域网采用“同轴电缆＋分配器”，是用户现存方案，最容易实施，从长远看和北美的成功经验，是最适合的选择。

四. EPON 在有线电视应用的相关问题

1. EPON技术自身的技术缺陷

可靠性方面：EPON 的一点对多点的网络架构存在单点故障隐患，可靠性差，缺乏关键热备份和自愈切换措施，一台(OLT)故障将影响所带的光网络单元(ONU)，一台(ONU)故障，长时间由光功率上传也将影响所带的光网络单元(ONU)。相应HFC网络可做到多前端、多路由、多通道故障自愈切换拓扑结构，具有高可靠的物理优势。虽然EPON可通过一些保护方式来提高可靠性，但其整体成本会成倍增加，抵消了EPON低成本优势。l 技术方面：国外开始放弃EPON，开始尝试GPON 技术，EPON（以太网+无源光网络）由于以太网固有的安全性、QoS 特性以及带宽管理、OAM 功能较弱，将被传输效率更高、操作维护管理(OAM)能力和业务支持能力更强的下一代技术GPON所取代。

IP QAM相比EPON 以太网IPTV，具有数据和视频分开，带宽不会冲突；前端广播和点播节目源统一；IP QAM基于双向HFC，频率资源丰富，节目品质有保证；技术标准风险和内容收费风险小、兼容高清格式，可进行高清点播等优势。用IP QAM进行节目传输的深圳模式就是经过国家广电总局认可的典范。

IPQAM的带宽成本只有以太网IPTV 的1/10以下，与以太交换机基本相当，并且布网的投入也可以随着实际用户数量增加而增加，根据业务的开展逐步投入，前期投入小，技术风险小，这是另一个重要优点。

HFC+EPON/E[FS:Page]OC方案对单向广播电视采用1550nm光波传输，对交互式业务传输采用以太网络技术实现互动点播服务，即IPTV技术，首先需要在MPEG-2信源平台上再建MPEG-4节目平台，投资大，另外以太网IP的技术特性决定了其承载电视信号具有先天的不足，譬如带宽争用、拥塞、时延、抖动等，均会影响业务的正常开展，注定了IPTV很难提供电视广播级的无抖动、无中断的视频节目，势必影响客户体验，业务的吸引力也将大打折扣。

IP-QAM方案相比IPTV的技术优势

点播信号采用3.75M的MPEG-2 TS流，图象质量大大高于MPEG-4的IPTV。
前端共享，可利用原DVB平台的MPEG-2信源，无需进行MPEG-2至MPEG-4的转码。
IPQAM方式在业务开通初期IPQAM、视频服务器可采用集中式，根据业务发展可逐步分布式边缘化，前期投入小，随着业务的增加，扩容相当方便，只需在分前端增加IPQAM 设备。相比IPTV网络升级，更换支持IP组播的交换机更灵活、容易实施。
IPQAM方式点播时为每个交互机顶盒开通3.75M 的单独通道，相比以太网“尽力”的点播机制，QoS有保证。
IPQAM方式的互动点播可以支持高清业务。可通过信道绑定方式对用户或区域提供独立更高的带宽，对高清业务的支持是平滑的，对核心网络要求不高。

3. HFC+EPON方案中EOC入户应用的问题
EPON在HFC中的应用目前普遍是ONU到楼栋，入户方式有两种，一是EPON+LAN方式（-5同轴电缆和五类线双线入户），另外一种是EPON+EoC（Ethernet over Coax）方式，是将10Mbps以太数据与射频电视信号直接混合，通过同轴电缆传输。10Mbps以太数据占据了原来Cable Modem的上行频段，通过低、高通滤波器组合与射频电视信号混合和分离。以回避楼道五类线的布网。由于楼道采用LAN方式已经不是新话题，不作过多讨论，而EPON+EoC方式在实际应用中的一些问题主要有：

系统采用带宽共享机制，提供给用户的带宽随用户量增加而下降。

EOC其内部交换机的价值和技术决定了ONU以下用户的安全性和私密性存在先天不足。

EOC 方式如果用户要求两个以上的交互终端设备（用户具有TV 和PC，这是网络运营商成功营运的基本目的），同样回避不了增加“五类线＋小型交换机”布网（因为只有一个MAC地址）。显然相比双向HFC入户“同轴电缆＋无源分配器”方式，用户局域网实现更复杂，户内投资更大。故障率高，维护困难。

EOC对电视信号有插损，对广播电视信号的指标有损伤。

楼道供电及不间断供电实施工程量大，大量的室外数据设备，维护量大，可靠性差。

4. 有线电视采用HFC+EPON方案的运营维护与竞争问题

HFC+EPON方式，在现有的HFC网络基础上，再建设一张数据网实现多业务的运营。同时构建EPON和HFC两张网络，造价高，投资大，回报期长，而且需要较高的维护成本和高素质的维护人员。这点杭州模式已经对其完成了对比验证。EPON（以太网+无源光网络），是一种“软件加硬件结合的技术，ONU及交换机放置于楼栋及野外，而双向HFC的核心技术都是在前端、分前端或用户家中，野外部分是宽频透明传输网。EPON相对于双向HFC“光电透明传输+辅助管理”的传输物理结构来说相对复杂得多，维护难度大。对于广电运营商来说，搞多业务运营同时还需要面对电信、网通等运营商的压力，不管是资金、技术还是经验方面，广电在以太网技术的掌握、相关网络资源的积累和以太技术人才的储备等多方面都不如电信运营商，有线电视运营商推广EPON技术，城域以太网接入技术，当共同面对用户，争抢用户时，所面临的竞争压力和过程都是非常艰难的。

“网络双向化”是任何交互业务的基础，双向HFC接入方案，入户仅一根同轴电缆，“一网多功能”符合国家对有线电视“三网融合”的发展要求，是广电运营商面对电信运营商的核心竞争力。具有较强的可实施性，为有线电视数字化、互动化提供了技术保障。

5. EPON+LAN方案在未来发展过程中的窘境

光纤到楼是未来的发展趋势，显然，HFC光纤到楼也比HFC+EPON光纤到楼更为简单可靠。EPON方案中，ONU目前普遍设计放置到楼栋单元，采用五类线或EOC入户，如果 ONU进一步到户，成本更高、实施困难。退一步到光节点（覆盖几百户），和光纤收发器方式有没有太大的区别，更没有任何优势。EPON方案在未来发展过程中处于非常尴尬的窘境。另外同轴电缆的高频带利用、低传输损耗、高屏蔽抗干扰的技术优势加上实施简单，接续容易、易于分配的特点，加之1000MHz频率以上的开发应用（-5电缆用在楼栋分配单元，最大频率可到2.4G，50米内损耗小于40dB，相对于无线传输，传输指标无可比拟，可满足今后数字业务的开发应用），至少在未来十几年HFC完全可以满足各种业务的需求，所以目前实施EPON只会增加投入，浪费资源。

五[FS:Page]. 技术进步对双向HFC 接入方案的促进和完善

1. 双向HFC汇集噪声问题的成功解决

提到双向HFC接入方案，很多人马上就会联系到噪声干扰和汇集噪声问题，实际总结下来噪声分三类：一是来自于空间干扰，事实上我们早在2001年同电子部10所对空间电磁干扰作测量，只要HFC采用普通双屏蔽电缆加集中分配方式优质施工，空间电磁干扰对总体噪声的贡献很小。第二是来自于用户端的侵入噪声，实际网络中对每一用户的“家庭局域网”上行输出而馈入“城域接入网”的噪声功率是符合正态随机分布统计规律的。

任意用户“家庭局域网”上行到前端汇集点的“路由传输增益”都基本相同的条件下，则每一个用户（家庭）的噪声贡献（统计规律）也基本相同。来自用户的“汇集噪声”的主要功率能量集中在20MHz以下，对于上行信号的工作频段为20～65MHz，这部分干扰可通过关键设备和频段优化来处理。第三就是网络自身产生的噪声（主要是调试不当的过载失真、设备自身电磁干扰，而非热噪声），这一点只要通过选择合格的HFC设备，通过合理组网设计，正确的调试是完全可以保证HFC传输系统设备所产热噪声干扰相对于其它噪声干扰可以忽略不计。

我们在双向HFC方面已有上行采用64QAM调制方式的CM数据接入的成功应用。双向HFC回传部分最关键的指标是上行（C/N），与双向HFC传输相关的其它主要指标也直接影响着上行（C/N），事实上只要通过的标准设计和规范施工，双向上行信号工作频段内的噪声功率比（NPR）完全可以确保信号在64QAM条件下十分稳定地工作。

2. 国标网管系统对双向HFC的完善和补充

HFC网管的故障报警、故障预警、远程维护、远程控制等功能无疑是对双向HFC共享式传输结构的完善和补充。刚刚发布的HFC网管国家标准（GB/T 20030-2005）以更加科学的管理控制协议，更加完善的管理控制功能的进一步完善了HFC网管的软、硬件平台，使新一代的网管系统具有开放性、适应性、实时性、灵活性和安全性等特点。

双向HFC系统，光节点以下采用最多两个环节的过流分支分配器就到了末端集中分配器。简单的网络结构配合HFC网管系统使双向HFC网络的可靠性、安全性得到极大的提升。

3. 新技术的开发应用使双向HFC接入充满竞争力和发展潜力

IP QAM技术为基于双向HFC系统，为支持数十万电视用户进行双向互动点播提供了可能。
HFC高清视频广播业务，高清视频点播业务的开展是其它接入技术很难实现的。
随着功能类似于CMTS的设备国产化和基于双向HFC的类似技术应用，将极大的降低双向HFC多业务开展的运营成本。

六. 结束语

各种接入技术方案各自必然都有其优缺点，这是其存在的基本理由。电信的双绞线技术传输多少年了，无从谈及任何先进性，但电信一开始是做好了一张网，做好了管理，基础是电话业务，后来经过头端升级后可开展ADSL宽带业务，现在是IPTV到电视机的视频服务。这是值得我们学习和借鉴的。事实上，任何技术方案没有最好的，只有最适合的。有线电视HFC网络是天然的宽带网络，有线电视网络运营商只有充分利用和发挥HFC网络的优势，“实现一网多功能”，尽可能的减少户均网络建设及业务运营投入，提升用户的ARPU值。才能从容的面对来自于行业内外的竞争和压力。