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我们需要什么样的下一代广播电视接入网？ 下一代有线广播电视接入网需求和组网模式的 关键问题 Key issues on the requirements & networking models for the next generation cable broadcasting access 中广协会技术工作委员会理事 姚永 Echnical Workin Committee of China Radio&TV Assiociation Yao Yaong， Council Member 摘要：本文从各种业务带宽需求、质量保障需求出发，讨论了对下一代有线广播电视接入网需求和组网的若干问题；同时归纳了6种可能的组网方式，并得出EoC至少还有10年生命周期的结论。 Abstract: This paper discusses some key issues in the next generation cable broadcasting access based on different QoS-guaranteed services and their bit rate requirements. A total of 6 different access networking models are presented. A life cycle of more than 10 years is concluded for the existing EoC access network. 关键词：EoC带宽需求 干扰 QoS 组网方式 Key Words: Ethernet over Coax, bit rate requirements, Interference, QoS, Networking model 我们究竟需要什么样的下一代广播电视接入网？回答这个问题首先需要明确下一代广播电视接入网要承载哪些业务？最简单的回答就是“全业务”。但笔者以为恰当的回答应该是：以视频为核心的多业务。一方面，即使是三网融合的新政也没有允许广电从事全业务；另一方面，即使允许，有些业务也不值得从头做起——比如语音——固话已经到了衰退期，继续投资毫无价值；移动业务没有牌照，而且目前三家已经充分竞争，看不出广电加入于国于民有任何好处，即便对自己也未必能有合理的投资回报。笔者认为，广电还是应该首先做好原有业务和延伸业务——主要是单改双以后的互动业务。在此基础上，从自身优势领域进入电信运营商（也是广电运营商）的增值业务，主要是互联网业务和视频通信业务（包括监控、视频会议等）。有些自己没有的业务，为了跟当地主流运营商的全业务竞争，可以和弱势运营商合作，相互做业务捆绑。这是真正的三网融合。总要有所为、有所不为。 本文就是想探讨3-5年后以视频传送、分配为核心的广播电视接入网目前有争议的或比较关键的问题。 1带宽需求 带宽需求需要根据业务需求、应用场景、组网模式用流量进行测算，需要对大量统计数据进行分析，笔者不具备这些条件，只能根据一些简单假设来推算： 为了更准确地反映网络流量，了解各种业务所需带宽，需要对各种业务作出流量模型。各种业务的流量（L）属性可以有以下变量： T－平均业务时长（视音频业务，主要是视频业务） C－总用户数（覆盖用户数） c－订户（渗透用户）数量，c＝C×N，N－订户比率（渗透率）。渗透率与竞争优势、业务适应性、业务定价以及用户经济能力、受教育程度、年龄、性别、职业、行为习惯等因素相关。 M－激活（在线）订户数量，M＝c×m，m－峰值激活（在线）用户比率。主要和订户数量以及时间相关。订户数量越大，峰值在线率越低；时间主要指时间段，比如特定节假日、特定事件、特殊内容发生时段等，还有工作时间、休息时间。 n－忙时使用率，主要和平均业务时长、内容更新速度相关， l－单位业务流量，实际发生的单个业务流量。主要和业务性质、编码方式相关，一旦选定就是固定的。 则某项业务流量L＝L（l,T,C,c,M,n）＝L（l,T,C,N,m,n） 其中忙时使用率和在线率是最难掌握的两个变量，不同的业务有不同的模型，而且是随业务发展和时间变化的，需要不断统计分析。 通常的业务模型有以下几种： 1​ 用户管理 2​ 网络管理 3​ 网页浏览 4​ 文件和视音频下载（上载） 5​ 视频通信（IP语音、视频） 6​ 网络游戏 7​ IPTV（含VOD、时移电视等） 用户管理、网络管理是运营商自己内部的两项业务，占用的流量是基本固定的。语音通信的忙时使用率和激活订户数量主要取决于用户本身需求，已经有足够多的传统话务理论研究和实际统计数据。其他业务则与网络内容的提供、资费策略和用户需求之间的平衡相关，是经常变化的，是个交互的过程，需要经常统计分析、归纳调整。 流量模型应该分级——骨干层、汇聚层、接入层，因为流量是逐级汇聚、逐级收敛的，每层都要有合适的流量。比如接入层收敛比是3／5，汇聚层收敛比是1／2，总收敛比就是3／10。本文只讨论接入层，接入按50户一个节点考虑。 各种业务流量模型： 1​ 互联网（宽带接入、浏览网页）： 渗透率：N=10% 订户数：c=C×N=5户。 峰值在线率：m=80%，忙时点击率n=30% l=0.5Mbps ，每个网页浏览的平均数据速率[按每个网页0.1MByte（文字、图片）=0.8Mbit、封装以后1Mbit、点击后显示时间不超过2s计算（2s下载），每次点击需要的速率大约0.5Mbps] 则L1=l×c×m×n=0.5×5×80%×30%×3=1.8Mbps 2​ 下载 渗透率：N=8% ，是上网用户的一部分，按4/5计算。 订户数：c=C×N=4户 在线率：n=80％ 忙时并发率：m=80% l=5Mbps （3小时下载1部5.4GByte的电影） L2=5×4×80％×80％×3=38.4Mbps 3​ 上载 渗透率N=6%，按上网用户的3/5考虑 订户数：c=C×N=3户 在线率：n=70％ 忙时并发率：m=50% l=10Mbps （10秒发送一封带10M附件的邮件） L3=3×10×70％×50％×3=31.5Mbps 4​ 网络游戏 渗透率：N=4% ，是上网用户的一部分，按2/5计算。 订户数：c=C×N=4户 在线率：n=80％ 忙时并发率：m=30% l=2Mbps （考虑到下一代游戏大量采用实景图像，比如环游世界、遨游太空、赛车等）。L4＝2×80％×30%×3＝2.88Mbps 5​ IPTV （高清） 渗透率：N=8% ，和上网用户有部分不重叠 订户数：c=C×N=4户 在线率：m=80% 忙时并发率：n=50% 视频业务实时性和连续性要求很高。忙时重合（并行）率是内容热度和资费的函数，也是节目时长的函数，目前没有现成的数学模型，也很难有固定的数学模型，由于广电系统宽带上网的优势主要在视频服务，视频节目时间又很长，因此忙时重合率取较高值80％。 l＝10Mbps 每个激活的AVS或H.264编码的视频数据流量 L5=4×10×80％×50%×3＝48Mbps 6​ 可视电话 渗透率：N=10% ，和上网用户关联度不大，但肯定会有重叠。 订户数：c=C×N=5户 在线率：m=100%，电话本来没有在线率，为了和其他业务一致。 忙时通话率：n=30%，最繁忙时段用户同时通话的比率。 视频通信和语音通信有很大不同语音通信是两个方向轮流占有信道的，还有通话间歇；视频通信双方图像始终显示，因此两个方向的流量在通信持续期间基本恒定。假定下一代视频通信图像码率是，则双向共，语音流量可以忽略。 l＝4Mbps L6=l×2×100％×30%＝2.4Mbps 7​ 视频监控 渗透率N=2%。 订户数：c=C×N=1户 在线率：n=100％，全天候实时监控。 忙时使用率：m=100%（与监控方式有关，如果集中存储，流量始终不间断，就应该是100%，如果本地存储，循环监控，流量就是间歇的。此处取前者） l=2Mbps L7=2×1=2Mbps 总流量是L=L1+L2+L3+L4+L5+L6+L7=126.98Mbps。 以上是从统计角度按低渗透率计算出来的流量需求。还需要考虑单个用户的极限流量需求： 用户按3口之家设定，极限情况下每人一个高清视频流（10M×3）、一个高速下载（5M×3）、一个高速上载（5M×3）；可视电话（2M）；视频监控（2M）；按照TDD双工模式总共64M。其它应用带宽远低于视频和高速下载，而且在上述应用情形下一般不会同时发生，因此可以在64M范围内涵盖。以此确定单台终端设备最低有效接入速率不能低于64M。再考虑到订户居住可能较集中，比如5个订户集中在一个单元，从工程角度考虑，不能用多个接入设备为不同订户服务，即单台局端设备需要满足50户节点的总流量，因此单台局端设备最低有效接入速率不能低于126.98Mbps。 宽带渗透率在不同住宅会有很大差异，可以从0-100%（完全可能，比如广电自己的住宅区），平均能达到20%就不错了。因此还需要考虑平均渗透率和高渗透率的情况。为简单起见，不再重复上述过程，把结论列在下表中： 低渗透率 覆盖用户 订户 渗透率 在线率 忙时使用率 单位数据量 单位时长 单位业务流量 流量 说明 业务 C(个) c(个) N m n MByte T(秒) l(Mbps) L(Mbps) 网页浏览 50 5 10% 80% 30% 0.1 2 0.5 1.8 每订户3口人 下载 50 4 8% 80% 80% 5400 10800 5 38.4 每订户3口人 上载 50 3 6% 70% 50% 10 10 10 31.5 每订户3口人 游戏 50 2 4% 80% 30% 2 2.88 每订户3口人 IPTV 50 4 8% 80% 50% 10 48 每订户3口人 可视电话 50 2 4% 100% 30% 4 2.4 视频监控 50 1 2% 100% 100% 2 2 总计 126.98 平均渗透率 覆盖用户 订户 渗透率 在线率 忙时使用率 单位数据量 单位时长 单位业务流量 流量 说明 业务 C(个) c(个) N m n MByte T(秒) l(Mbps) L(Mbps) 网页浏览 50 10 20% 70% 30% 0.1 2 0.5 3.15 每订户3口人 下载 50 7 14% 70% 80% 5400 10800 5 58.8 每订户3口人 上载 50 6 12% 60% 50% 10 10 10 54 每订户3口人 游戏 50 4 8% 70% 30% 2 5.04 每订户3口人 IPTV 50 8 16% 70% 50% 10 84 每订户3口人 可视电话 50 5 10% 100% 20% 4 4 视频监控 50 3 6% 100% 100% 2 6 总计 214.99 高渗透率 覆盖用户 订户 渗透率 在线率 忙时使用率 单位数据量 单位时长 单位业务流量 流量 说明 业务 C(个) c(个) N m n MByte T(秒) l(Mbps) L(Mbps) 网页浏览 50 50 100% 40% 30% 0.1 2 0.5 9 每订户3口人 下载 50 25 50% 50% 80% 5400 10800 5 150 每订户3口人 上载 50 20 40% 50% 50% 10 10 10 150 每订户3口人 游戏 50 15 30% 30% 30% 2 8.1 每订户3口人 IPTV 50 40 80% 40% 50% 10 240 每订户3口人 可视电话 50 40 80% 100% 10% 4 16 视频监控 50 25 50% 100% 100% 2 50 总计 623.1 根据上表，极限情况下50户节点的局端带宽需求要高于623.1Mbps。现在的GEPON单方向有效可用带宽是856M，如果再考虑到以太网的效率，640M应该是比较有保障的。也就是说，1个PON口（OLT）只能满足一到两个（上表中的速率是TDD方式的速率，GEPON是全双工方式）50户节点的需求。除非采用FTTH方式，GEPON相对于千兆光纤收发器没有任何优势。考虑到2009年9月10GEPON的已经正式完成，3-5年后应该可以成熟应用了。因此还有另一种组网，那就是采用10GEPON。10GEPON有保证的带宽应该大于6400Mbps，在双向完全不对称的应用情况下（单向应用）可以为10个100%渗透的50户节点提供服务；在双向应用完全对称的情况下，折算到TDD方式相当于带宽12800Mbps，可以为20个100%渗透的50户节点提供服务。此时EoC局端的最低有效接入速率必须保证在640M（不低于10GEPON ONU）以上，实现方式可以是单台单信道，也可以是单台多信道捆绑，还可以是多台分布式。 如何考虑物理层速率？当采用OFDM调制时，数据荷载子载波是总子载波数的80-90%，在一个数据帧内净荷载占60-90%（帧头、帧尾、纠错、间隔、定时等都要占用荷载），还要考虑加密、MAC层效率等因素，实际有效速率大约只能占物理层速率的50-80%。下一代技术物理层（WiFi、HPNA、MoCA、Home plug）基本都是1Gbps，而且只有1Gbps物理层速率才能保证640M有效速率，因此广播电视接入网物理层速率应该选1Gbps或更高。 如何考虑物理带宽？在目前技术和网络条件下（数字信道C/N≥37dB）QAM调制指数不宜超过1024=210，也就是调制效率不超过10bit/s/Hz。照此推算，1Gbps物理层速率需要100MHz物理带宽，也就是一个信道的工作带宽需要100MHz。如果滤波器的滚降系数是0.15，那么一个信道占用的带宽就是100×（1+0.15）=115MHz。为了降低成本，局端可以采用信道捆绑方式，如果采用4信道捆绑，每个信道30MHz就够了。终端只要满足一户极限速率64Mbps即可，如果在较差的条件下有效速率只占物理层的50%，那么物理层速率就是128Mbps，当调制效率是6bit/s/Hz （64QAM）时物理带宽需要128/6=21.3MHz，工作带宽需要21.3×1.15=24.5MHz，取24MHz。考虑到广电系统宽带用户总体能达到20%就不错了，因此还有大量窄带需求。为降低成本，可以使终端速率在1Mbps以下（除少数视频之外的大多数应用都可以满足）。此时取较高调制效率10bit/s/Hz，物理带宽只需100kHz。 根据欧盟DVB组织的研究，DVB-C2技术可以使信噪比门限相对DVB-C有7dB增益（注1），也就是在相同信道条件下可以将调制指数提高两级，可以采用4096QAM调制。如果把DVB-C2技术应用于双向，在上述条件下吞吐量就可能达到1Gbps。 如何规划频谱？为了充分发挥同轴电缆的优良特性和可用带宽，可以按照5~2500MHz全频段来规划。理由如下： 1 笔者曾经对部分同轴电缆进行过测试，在3000MHz以下，衰减频率特性和反射损耗都符合理论分析，因此把同轴使用带宽扩展到2500MHz是没有问题的。 2 卫星电视的中频是950-2150MHz，许多国家都把卫星中频和有线电视在同轴中一起传输、分配。根据中国城市的居住环境（高楼的低层和阴面无法直接接收卫星电视）和对直播卫星的管理需要，笔者认为在中国城市也需要将卫星中频跟有线电视共缆传输。 3 数字化以后传输层面全部都统一为数据了，而且可能都将是IP格式的数据，因此原有的频率规划可以改变，8MHz信道带宽已经失去意义。 具体规划可以分为5-120-120-240-480-950-2150-2500几个波段：5-120M做管理（双向），120-240、480-950和2150-2500做交互，240-480和950-2150做广播。具体应用可以从低频段开始，逐步向高频段扩展。各波段覆盖系数基本都不超过2个倍频程，这有利于降低非线性，降低滤波器和调制器、放大器制作难度，从而降低芯片指标实现难度。 2FDD还是TDD 频分双工和时分双工各有优缺点：频分双工由于上下行信道分开，因此工艺实现比较简单（同方向相邻信道电平相近，干扰问题较易处理），而且时延较低（少了两个方向的时分延迟），但频率资源不能随意调度；时分双工正好相反。频分双工还有一个好处是可以完全借鉴PON和DOCSIS的机制，因为PON和DOCSIS的上下行是分开的。如果时延在多终端情况下可以达到指标要求，笔者还是赞成TDD方式的，因为资源是最宝贵的。相邻信道干扰问题根据上面的讨论也并非很难解决。就拿上边的例子说，只要降低发送电平或采用信道滤波器方式混合就可以了。如果时延达不到指标，那就不得不考虑FDD。 3、EoC的干扰与被干扰 EoC的干扰主要指通过同轴系统对电视信号的干扰和辐射对其它系统（主要是收音机、移动电话）的干扰；被干扰主要指同轴系统的各种干扰，其中包括外界的侵入噪声（脉冲、单频、调制波）、相邻端口的噪声（分支分配器隔离度不够）、电源干扰、反射波等，特别是电视机射频端口反馈的噪声和电源干扰。本文主要探讨EoC和电视之间的相互干扰。 1 CNU对电视机的干扰 如图1所示，CNU（EoC终端）输出的带外杂散PCNUZ通过分割滤波器的CNU通带到达混合端口，由于端口存在反射，有部分信号反射回分割滤波器。其中与TV同频带的部分通过TV通带到达电视机射频输入端口。这部分信号电平 =PCNUZ-LZ-LT-16。 其中LZ是分割滤波器中CNU通带滤波器的阻带（TV的通带）损耗，LT是电视信号通带损耗，16是分割滤波器混合端口反射损耗指标值。这部分杂波产生的载噪比：C/N=PTVI-（PCNUZ-LZ-LT-16） 因此PCNUZ允许的幅度应该满足 PCNUZ≤PTVI-C/N标准+LZ+LT+16 在数字电视系统C/N标准目前没有看到，根据IEC标准，256QAM调制时要求MER≥30dB,C/N应该比MER高1-2dB，因此可以认为C/N标准≥32dB；LT应该可以做到≤1dB；LZ应该可以做到≥50dB。数字电视最低接收电平要求≥40dBμ，这样一来，CNU的带外杂散要求做到PCNUZ≤40-32+1+50+16=75dB（CNU输出端）或PCNUZ≤25dB（分割滤波器混合端）是合理的。 分割滤波器工艺不好时会产生CNU端口和TV端口之间的直接耦合，为此，应该对分割滤波器增加一项指标：当混合端终端匹配电阻时，CNU端口与TV端口之间在TV通带内的隔离度≥50+1+16（直接耦合代替了滤波器损耗和反射损耗之和）=67dB。 以上只讨论了数字电视的情况，模拟电视类似，只不过C/N标准≥43dB，最低接收电平要求≥57dBμ，因此PCNUZ≤57-43+1+50+16=81dB（CNU输出端）或PCNUZ≤31dB（分割滤波器混合端）。 2 电视机射频端口反馈的低频噪声对CNU的影响 如图2所示，电视机射频端口的反馈噪声通过分割滤波器TV通带滤波器到达混合端口，由于端口存在反射，有部分信号反射回分割滤波器。其中与CNU同频带的部分通过CNU通带到达CNU端口，这部分信号电平=PTVZ-LHZ-2×Ll-16-LLT 其中PTVZ是电视机射频端口反馈的低频噪声，LHZ是高通（TV通带）阻带损耗，16是连接电视机的第一个分支分配器端口反射损耗，LLT是低通（CNU通带）通带损耗。 按照C/N标准≥32dB考虑，PCNUI-（PTVZ-LHZ-16-LLT）≥32dB。即应做到 PTVZ≤PCNUI-32+LHZ+16+LLT 当LHZ≥50dB、LLT≤1dB、CNU最低接收电平=40dBμ/8MHz时，应做到 PTVZ≤40-32+50+16+1=75dB 根据实测，部分电视机射频端口反馈的低频噪声在15MHz以下某些频点高达90dBμ，8MHz带宽内噪声功率也达到90dBμ。因此，在上述条件下指标有15dB缺口。要想满足条件，一是提高接收电平（到55dBμ/8MHz），二是提高滤波器阻带损耗LHZ。第一条比较简单，第二条要增加设备成本。 CNU输入电平PCNUI=PCBATO-L，其中PCBATO是CBAT（EoC局端）输出电平，L是分配链路损耗。因此提高CNU输入电平也有两条途径：提高CBAT输出电平或降低分配链路损耗。提高输出电平会增加辐射和干扰，也会提高设备成本。数字信号输出电平一般应控制在110dBμ/8MHz以下，因此分配链路损耗应控制在55dB以内。对于50户的节点应该是没有问题的。此处同样需要注意TV端口与CNU端口通过分布参数的直接耦合，当CNU接收电平=40dBμ/8MHz时，如果C/N=40-(90-隔离度)≥32dB，则要求两个端口在CNU带内隔离度≥32+90-40=82。这个要求比较高，不容易满足。如果CNU接收电平提高15dB，则要求隔离度≥67dB，这就比较容易实现了。 电视机射频端口反馈的干扰信号既有白噪声，又有单频和调制波，还有脉冲和电源（目前有许多建筑物保护地线是和电源零线接在一起的，这就导致电视机射频端口外导体跟电源零线相连而带电），这些干扰对CNU的影响是不同的。单频、调制波和脉冲对OFDM调制方式只影响部分子载波，高电平电源干扰可能造成CNU信道过载而产生大量非线性，严重时甚至造成阻塞。因此电视终端盒必须加隔离。 3 CBAT对电视机的干扰 如图3所示，CBAT输出的带外杂散通过分割滤波器的CBAT通带（对带外杂散是阻止的），经过同轴分配网到达终端分割滤波器，再通过分割滤波器的TV通带到达电视机射频端口干扰电视机。 由于局端分割滤波器输出端的TV信号与CBAT干扰信号同频段，链路损耗相同，因此局端滤波器输出端TV输出电平与CBNT干扰电平的差值跟用户端电视机输入端是相等的。因此 C/N=PTVO-LT-PCBATZ+LZ 其中PTVO是局端分割滤波器TV输入电平，LT是TV通带损耗，PCBATZ是带外杂散，LZ是CBAT通带滤波器的阻带损耗。当PTVO=104dBμ/8MHz、LT=1dB、LZ=50dB、要求C/N标准≥32dB时，需满足PCBATZ≤PTVO-LT-C/N标准+LZ=104-1-32+50=127dBμ/8MHz。这是完全可以做到的。这说明局端分割滤波器的阻带指标和CBAT的带外杂散指标可以大大降低。 4 电视机射频端口反馈的低频噪声对CBAT的影响 如图4所示，电视机射频端口反馈的低频噪声通过分割滤波器、经过同轴分配网上行到达局端分割滤波器，再通过分割滤波器CBAT通带干扰CBAT。由于终端分割滤波器混合端的电视机 射频端口反馈的低频噪声与CNU信号是同频段，因此终端分割滤波器混合端CNU输出电平与电视机射频端反馈的低频噪声干扰电平的差值跟局端端CBAT输入端是相等的。因此C/N=PCNUO-LL-（PTVZ-LHZ）-10lgN 其中PCNUO是CNU输出电平，LL是低通通带损耗，PTVZ是电视机射频端口反馈的低频噪声，LHZ是高通滤波器的阻带损耗，N是CBAT覆盖用户数,10lgN反映了汇聚。如果终端分割滤波器高通阻带损耗LHZ=50dB，电视机射频端口反馈的低频干扰电平PTVZ=90dBμ/8MHz，覆盖用户N=50，CNU输出电平PCNUO=110dBμ/8MHz，则 C/N=110-1-90+50-10lg50=52dB。 当高通阻带损耗LHZ=30dB时仍可满足C/N≥32dB的要求。在此，前提是每个覆盖用户都安装了分割滤波器或高通。当不开通的用户没有加装高通时，电视机射频端口反馈影响是十分严重的，因为高通阻带损耗至少有30dB。 如果有10户没有装滤波器，则 C/N=110-90-10lg10=10dB。 如果有1户没有装滤波器，则 C/N=110-90=20dB，CBAT已经不能全速工作了。 需要说明的是，以上分析都是基于EoC子载波64QAM调制的，如果是256QAM或1024QAM，那指标就要相应提高6或12dB。如果采用FFT-OFDM调制和QC-LDPC纠错编码技术，指标可以比RS编码相应降低7dB（注1）。 4、动态范围 当EoC应用于50户节点时链路损耗较小，局端发送电平可控制在90dBμ～110dBμ/8MHz之间，根据应用环境可编程调整；终端发送电平自适应，由于双向链路损耗相同，因此范围与局端相同；接收电平40dBμ～60dBμ/8MHz（尽可能与电视接收电平一致）。因此链路损耗范围30～70dB，即动态范围40dB。 动态范围增大有两条途径：一是提高发送电平，这就加大了干扰电平，而且最高发送电平是被电磁兼容要求限制的；二是提高接收灵敏度，即降低接收电平门限，这就容易被干扰，而且最低接收电平是被信噪比要求限制的。当邻信道应用时，不管提高发送电平还是降低接收电平，都使得邻信道干扰增加。当采用TDD方式时，这一干扰的影响尤为严重。因此，动态范围不是越大越好。如果带外杂散控制不够、没有采用滤波器方式混合，那就可能影响邻信道正常工作。 如图5所示，假定两个相邻信道局端CBAT1和CBAT2通过二分配混合，发送电平110 dBμ，最低接收电平40dBμ，带外杂散-60dBc，那么CBAT2对CBAT1的干扰电平就可能达 到110-60-22（分配器隔离度）=28dBμ。如果接收电平是40dBμ，那么信噪比就只有12dB，显然邻信道无法正常工作。另外，CBAT2发送电平到达CBAT1的幅度将达到110-22=88dBμ比接收电平高48dB，可能会造成CBAT1接收阻塞。即使不阻塞，也会产生大量非线性产物，大大降低通信质量。 5局端和终端是否采用相同的芯片？ 目前EoC的芯片基本上都是局端和终端相同的，这很容易理解——都是从家庭联网技术引伸过来的，家庭联网不分局端和终端，网络节点都是对等的。接入网是主从结构，局端性能必须高于终端，因为局端要承担管理和控制终端的功能，从某种意义上说，局端性能决定了EoC网络的性能。另外，根据前边的分析，终端带宽需求也远不及局端高。因此从理论上说，局端和终端不应该一样，否则就必然降低局端性能（等同终端）或提高终端成本（等同局端）。目前还有一个趋势，就是ONU芯片集成EoC局端，做成SoC芯片；机顶盒解码芯片集成EoC终端，也做成SoC。这就更有需要单独考虑局端和终端芯片架构。但是，从芯片生产的角度，减少种类是有利于降低成本的，这和上边的考虑正好相反。综合考虑，笔者认为局端和终端还是不一样为好。笔者设想，首先，如图6所示，局端应该是多信道的，可以由若干子信道组成。子信道可以是连续的，也可以是不连续的，可以按照需要或根据网络状况自动设置。这种结构采用软件无线电技术应该不难实现（注4）。总带宽应该达到Gbps量级。终端只需要单信道（对应局端一个或几个子信道，或某一个特定子信道中的几个子载波），带宽可以分为100Mbps、10Mbps两个级别。芯片可以不分级也可以分级，要根据系统造价和长期运维成本综合决定。不管是100M还是10M，比局端芯片在功放、AD/DA、CPU运算能力、内存等方面的要求都可以大大降低。其次，局端应该有较强的运算能力，可以较好地实现对终端的管理、控制，以及对组播、VLAN划分、DBA、QoS、安全等功能的支撑；终端可以大大简化。总之，基本是：局端高性能，终端低成本。 6QoS性能指标 QoS是下一代广播电视网业务能否成功的重要因素，影响用户体验的性能指标主要是时延、时延变化（抖动）、包丢失率、包误差率等。不同业务对性能指标的要求是不同的：数据传输要求无差错，因此对包丢失率、包误差率要求严格，丢失或误差要重传，对时延没有要求；视音频和语音类实时业务对时延和抖动要求严格，允许一定的丢包和误码。其中话音对时延最敏感。根据“ITU-T G.114”建议，高质量话音单向端到端时延≤150ms。时延主要由以下4部分产生： 1 编解码时延 2 分组打包时延 3 去抖动时延 4 端到端网络上传输、节点中排队、服务处理时延 根据“YD-T 1171-2001 IP网络技术要求-网络性能参数与指标”规定，QoS划分为4个等级，与各等级对应的IP网端到端性能指标如下表所示： QoS等级 指标 网络性能指标的性质 默认值 0级 1级（交互式） 2级（非交互式） 3级（U级） IPTD 平均IPTD的上限值 需要规定 150ms 400ms 1s U IPDV IPTD的1-10-3百分位值-IPTD的最小值 需要规定 50ms 50ms 1s U IPLR 包丢失率的上限值 需要规定 1.00E-03 1.00E-03 1.00E-03 U IPER 包误差率的上限值 1.00E-04 默认 默认 默认 默认 SPR 虚假包率的上限值 待定 默认 默认 默认 默认 注：IPTD-时延，IPDV-时延变化（抖动），0级-电信级，U级-不规范型，尽力而为 端到端包括若干电路段和网络段，接入网只是一个网络段内的一部分。因此接入网只能分配到端到端指标的一小部分。接入网究竟应该分配多少指标？笔者没有看到标准。“YD-T 1171-2001 IP网络技术要求-网络性能参数与指标”中建议的15000km假想参考链路指标分配，0级QoS对应的接入网关平均总时延≤10ms，时延变化（抖动）≤16ms。是否可以把这个指标作为接入网的指标要求？如果接入网平均时延达不到这个指标，那么必须保证可以通过VLAN透传VPN，用高优先级保证低时延业务端到端的指标要求。 从芯片设计角度，应该要求硬件包处理，只有这样才能保证线速转发。目前EoC基本都是采用软件方式利用CPU运算能力来做包处理的，因此小包速率明显低于大包，无法达到标称带宽。 7安全 安全保障主要有两种手段：一是物理安全，从网络层面提供物理隔离或虚拟通道；二是数据加密。在接入网里只能采用虚拟通道或（和）数据加密。WAPI是我国具有自主知识产权的加密技术。可以利用它来实现认证授权，对用户、业务通过证书分别或组合认证授权。 8VLAN划分 最初VLAN划分是为了分割广播域，避免广播风暴。在EPON+EoC应用中，VLAN划分是实现QoS和安全保障的一种。目前各种EoC技术对VLAN划分的机制和策略各不相同，笔者认为最基本的划分应该是两种：区分用户和区分业务，因此VLAN划分和设备的物理端口应该不一定相关；在需要时（比如安全）可以和端口绑定。这和交换机端口划分VLAN不同——交换机端口是和用户相关的。为了业务的大规模运营，还需要考虑BSS-OSS-VLAN之间的接口标准。 如图7所示，OSS自动发现终端并使之登录，登录的MAC地址经过BSS自动认证，BSS将经过认证的用户业务配置、性能要求发给OSS自动配置用户不同业务、不同级别要求的VLAN，并在OSS中保存配置文件。为了实现规模运营，VLAN划分策略、图中各部分之间的接口必须标准化。这比EoC标准化更重要——单纯从运营角度，接入网的设备本身没有统一 标准的必要，因为接入网没有互通要求。中国的3G就有三种制式的网络同时在运营。 接入网设备统一标准的好处主要是依靠规模降低成本——不光是设备成本，还有运维成本。接入网与业务系统、管理系统的接口统一标准才是最重要的。这就像电信系统的业务都有统一的信令一样，即使是不同网络，业务也是可以互通的。广电系统目前正好相反，即使是相同的网络，业务也不见得可以互通。这可能是广电系统实现规模运营当中亟待解决、首先需要解决的技术问题。 9IPV6 IPV4的地址资源两年内将会消耗殆尽，因此下一代接入网必须支持IPV6。另外，安全和管理也需要IPV6支持，只有完全采用真实IP地址才有可能实现真正意义上的实名制，才方便追踪源地址和目标地址。 10网管 网管应具备以下功能： 1 拓扑管理 应能自动发现网络设备并自动认证，优选图形化界面。 2 配置管理 应能自动配置端口参数：带宽、VLAN、优先级；应能自动生成配置文件并按设定期限保存；具备软件升级功能。 3 性能管理 应能实时显示发送电平、接收电平（链路损耗）、SNR、子载波工作状态、物理层速率、丢包率等参数。 4 故障管理 应能自动判断信道故障、设备故障；主要指标超限告警及恢复自动解除告警；故障定位及分类告警、解除告警；自动生成故障日志并定期统计分析。 5 安全管理 必须具备操作权限管理，应能生成操作记录并按设定期限保存。 以上是所有网管的基本要求。笔者认为特别需要提出的是，网管要统一标准。首先，接口要统一；其次，MIB库要统一。在三网融合的形势下，不仅要求广电系统统一标准，还要求所有运营商都采用统一标准。否则很难做到互联互通。因此，电信已有的标准广电最好直接采用。电信没有的标准或已有标准不完善的，广电应该抓紧制订或协同电信共同制订。 11几种组网方式 1 GEPON+EoC（图8） 这是目前正在采用的组网方式，到下一代，在某些业务量少的节点仍然可以采用。 2 GEPON到户（图9） 这种组网方式适合有高带宽需求的地方，但这种方式要求分前端到楼头有直达光纤，目前已建小区一般不具备这个条件。而当具备这一条件时，如果采用1G光纤收发器+多端口交换机也许更有成本优势。除非是别墅区，不适合集中交换，采用这种模式是恰当的。 3 10GEPON+1GEoC（图10） 这种组网方式在前面已有比较详细的描述，是广电充分利用同轴资源的组网方式。 4 10GEPON+1GEPON到户（图11） 这种方式解决了第二种方式分前端到小区光纤不足的问题，在初期还可以降低10GEPON部署成本。但增加了一个层次——是10G和1G两级EPON的叠加。比较适合原来已经部署了GEPON到楼（FTTB）的地方做FTTH升级改造。 5 10GEPON到户（图12） 10GEPON总分路比可以做到1：128或1：256，因此比GEPON更适合直接到户，因为到小区的光纤可以更省（4到8倍）。 这种方式是光纤到户的终极方式，最少运维，但初期部署成本较高，适合于有高带宽需求的、居住分散的别墅区。当10GEPON ONT的价格降到低于ADSL时，密集居住区也到了光纤直接到户的时代。只不过，广电在FTTH市场上能占多大份额？在其他运营商已经部署了光纤到户的地方广电可能还要依赖同轴入户。即便是光纤到户，EoC还可以在家庭联网中发挥作用。 6 10GEPON部分到户+(GEPON+EoC)到户（图13） 由于10GEPON和GEPON可以共纤，因此可以用一根光纤把10GEPON和GEPON同时与小区联通，在小区用波分技术分离10GEPON和GEPON。10GEPON每栋楼设一个分路器，根据宽带用户多少设置分路比。GEPON通过EoC接入每个用户。这种方式兼顾了密集居住区部分用户高带宽的需求，又降低了不需要高带宽的用户的接入成本。这种方式可以作为早期部署了GEPON的区域的升级方案——在GEPON的基础上增加10GEPON。当然，如果早期没有部署GEPON，也可以在楼头用一个10GEPON ONU+EoC接入不需要光纤到户的用户，使得这部分用户也能享受更高的带宽。具体如何选择，需要根据业务需求做成本核算。 12讨论三个问题 1 同轴分配网采用集中分配方式还是树状分配方式？ 其实总局早就明确建议采用集中分配方式，但目前大量的分配网依然不是集中分配方式，包 括近几年新建的网络。保守的估计，树状分配网目前至少还占60%的比重。笔者提出这个问题是因为许多地方认为只有采取基带EoC方案进行双向改造才需要进行集中分配改造。其实不然。如图14所示： 树状分配只有一个优点：电缆用材较少。集中分配有几大优点：第一，接头少，集中分配每户只经过4个接头，树状分配最远端用户要经过18个接头；第二，维护管理方便，用户之间互不牵连，处理故障方便；第三，用户之间地位均衡，在数据通信中降低了测距难度，减少了等待时间，实测结果验证了理论分析（注2）。因此，不管是单向广播网还是双向数据通信网都应该提倡集中分配。 由此引伸，PON网络的ODN光分路也应该尽可能采用集中分配或级联星形分配方式，级联不宜超过两级。 2 FTTH还是EPON+EoC? 前面已经说明，GEPON到户不能普遍适用，只有在分前端到小区的光纤足够多、居住足够分散的情况下才比较合理；GEPON+EoC是目前正在应用的模式，到下一代有些业务量少的地区还可以继续使用；10GEPON、10GEPON+1GEPON到户和10GEPON+1GEoC是三种下一代普遍适用的模式，在速率等级和性能上没有本质差别，关键要看建设成本和运维成本。详细情况需要作出模型来分析对比，还需要做些预测。因此这是一个新的课题，应该专题研究。本文只能大体测算一下，做个简单评估。后两种模式中10GEPON部分是相同的，只要对比GEPON和1GEoC即可。假定GEPON的OLT和1GEoC局端造价相当（2000元左右），ONT和EoC终端（1GEoC和目前的EoC按笔者前面的分析可以设定终端速率等级相当，因此价格相近）价格相当（200元左右，对于EoC这应该比较现实，目前已经基本达到；ONT做到300元以下应该也没有问题），由于FTTH还要增加ODN部分的造价和运维成本，因此显然后者有成本优势。再者，还可以有80%左右的窄带终端，EoC终端造价可以做到50元左右，那么成本优势就更明显了。但是由于EoC只适合最后100米的情况，因此当居住分散（比如别墅区）时就体现出FTTH的优势来了。至于10GEPON到户，一般认为造价高于10GEPON+1GEPON，10GEPON+1GEPON是为降低FTTH造价的过渡方案。但10GEPON到户的运维成本较低。 总之，笔者的结论是：当居住比较集中时采用10GEPON+1GEoC比较合理，当居住比较分散时采用FTTH比较合理。10GEPON部分到户+GEPON+EoC到户和10GEPON到户是两种适合更长期应用的组网模式。 3 FTTH的ONT是集中安装还是分散到户？布线采用皮线光缆？塑料光纤？还是CAT5（5类线）？ 分散安装是指ONT安装在用户家中，集中安装是指ONT集中安装在楼头。传统的观念一般认为FTTH就是要把ONT安装在用户家中，不然就不叫FTTH。电信运营商早期为了减少入户维修，把ONT和后备电池安装在用户门口的安装箱里。笔者认为，根据中国大多数城市居民的居住环境，还是集中安装为好。主要理由如下： 第一，便于维护管理——设备集中在一起显然比分散更便于管理和维护，切换备倒比较方便，调度也比较灵活。安装在用户门口的方式显然不安全。 第二，便于集中供电。这点十分重要——现在越来越多的终端设备都是电池供电的，用户要求交流电停电以后运营商能够提供不间断服务，因此接入设备必须保证不间断供电。而集中后备比分散后备显然更经济、更安全。有些人认为ONT安装在用户家中最大的好处是降低了运营商负担的电费（甚至有人考虑从用户家中向楼头设备供电），但这样降低了用户体验，还必然增加总电能的消耗，而且增加了停电服务保障的成本。笔者不仅主张集中为楼头设备供电，甚至主张考虑集中为用户终端供电，虽然增加了服务成本，但提高了用户体验，在某些情况下不失为一种竞争手段。 第三，有利于提高质量、降低成本。首先，集中安装可以把设备做成机架插卡式，安装在楼梯间。集中维护管理、集中供电、集中后备，必然会提高质量、降低成本、更加安全可靠。其次，从工程角度，集中安装的成本也比分散安装的低。再次，FTTB时期大量五类线已经入户，按照集中安装方式只需要更新设备（把交换机端口更换为ONT）即可，大大降低了部署成本和时间。 正因为如此，笔者在画图的时候都把ONT集中在楼头。但是在居住分散的情况下，无法实施集中安装，这主要受限于5类线（塑料光纤同样）的传输距离。 当采用分散安装方式时，只能选用单模光纤，因为现在设备接口都是单模光纤的，转换成其它接口除了增加成本没有任何好处。而单模光纤中最适合室内布线的是皮线光缆（采用G.657光纤）——线径细、弯曲半径小，便于施工。当采用集中安装方式时，由于接口是RJ45的，因此最简单的方式就是直接选用CAT5（5类线）。但考虑到3-5年后塑料光纤造价可能低于CAT5（大概可以做到1元/米，一对塑料光纤收发器50元），又有施工简便（线径细、不需要专用工具、对线方便）和抗雷击的优点，因此塑料光纤也许是一种不错的选择。唯一没有把握的是塑料光纤的抗老化性能。皮线光缆由于收发器造价较高，而且接头连线需要熔接（冷接子成本较高而接续质量和可靠性不如熔接），因此此处不宜采用。 以上只考虑了业务需求和成本核算，如果考虑到竞争，那就不一样了。今年7月2日国家电网与中国电信签约，共建电力光纤到户。此前国家电网已经试点采用光纤复合低压电缆（OPLC）入户并研发嵌入ONU的电表。此举意味着在新建小区电力系统可以实现100%光纤到户，这应该引起我们高度重视。笔者觉得，只要条件许可，那就应该尽早部署FTTH，多占市场份额，特别在别墅区。现在电信的EPON集采价格已经降到600元/线了，成本是可以接受的。否则到时候可能就没有机会了。 由于竞争关系，光纤和五类线到户的份额广电能占到20%就不错。广电要想为全部用户提供双向服务只有走同轴这一条路。而且同轴传输速率可以达到10Gbps以上，在接入网领域堪与光纤媲美。因此笔者预计，10年、甚至更长的时间内EoC在接入网领域还不会完全退出（据韦乐平预计[注3]，ADSL跟FTTX在10年内还将共存，同轴传输特性优于双绞线，应该有更长的寿命周期），否则在80%以上的市场中只有利用其他运营商的双向接入网。千万不要忘记，同轴电缆是有线运营商唯一没有障碍的双向接入手段！ 总之，对上述问题必须提前研究，首先制定EPON+EoC的总体架构和要求（这部分是广电独有的网络架构，没有现成的国际或国内电信行业标准可以借用），进一步制订配套的设计、工程、验收规范，做好规划设计，这对将来的接入网建设、甚至房建布线都有指导意义。建议总局组织力量，进行专项研究。 13几点建议 1 同轴信道环境优于无线、优于双绞线、更优于电力线，可以采用高效率的编码方式，减少纠错开销。同轴分配网终端电平分配比较均匀，因此动态范围可以适当缩小，笔者认为40dB就足够了，前面已有说明。 2 局端发送电平可编程调整、终端发送电平自适应（自动按照局端接收电平需要调整发送电平，这是Cable modem的优点，借用）。这样做的好处是进一步使系统适应不同的应用场景，保持系统工作在最佳状态，而又不需要很大动态范围，相应的抗干扰性能也容易得到保障。有线数字电视运行接收电平范围一般保持在55+/-15dBμV，Cable modem相同，因此EoC设备最好保持一致。 3 接入终端数至少50×3。因为每户至少考虑1个数据接口、1个电视接口、1个通信接口。近期内真正的家庭联网需求并不多，大量现实需求是每用户的多接入。 4 子载波物理带宽256KHz以下、200KHz以上。物理带宽越低，控制越精细、应用越灵活，但子载波数量将会增加，开销也会增大，技术复杂度增大，成本也会增加。建议设置允许用户占用子载波数及编号，并据此实现带宽控制和用户以及业务分级。最高级用户及业务任意占用，最低级用户及业务只允许占用某几个子载波中的1个或几个（窄带用户）。用子载波控制带宽、保证质量。业务激活时间内每个实时视频业务占用一定数量和编号的子载波，相当于频分复用。这样可以保障视频传送质量，而不会降低带宽利用率，因为实时视频业务激活期间是不会释放带宽的。单纯子载波控制粒度太大，实际业务带宽占用还可以结合时隙做精细控制。（注4） 5 机顶盒（家庭网关）内置EoC终端 为降低成本、方便维护管理，机顶盒（家庭网关）应该内置EoC终端；前面已经提到，最终应该在机顶盒芯片嵌入EoC终端（SoC）。这就要求统一EoC标准，而且要求不同厂家设备互通。否则内置终端和SoC就没有意义。如果不能统一标准，最多只能同时存在2-3种标准，这还可以做成多模芯片。 这个问题关系到广播电视的长远发展，必须及早规划。 6 要充分重视节能降耗 不要说绿色环保，就是对有线广播电视网络公司运营维护也有重要意义：如果按照50户配置一台EoC局端，一个50万户的城市就要配置1万台。假设每台耗电10W，就是100kW，光1kVA的后备电源就需要150台。如果耗电20W，那就需要加倍；如果耗电5W，那就可以减半。如果再把用户终端考虑进来（笔者主张用户终端集中供电，停电可以不间断服务，用户体验好），那就更加惊人。因此下一代广播电视接入网芯片需要尽量采用先进的半导体工艺，同时终端设备必须设置待机功能。 7 下一代广播电视接入网标准 中国下一代广播电视接入网标准目前采用HiNoC方案。HiNoC方案的主要理论优势是频谱效率，但频谱效率不光取决于芯片，还跟设备制造有很大关系。据了解，HiNoC要2011年4季度才能出芯片（注5），吞吐量只能达到100Mbps水平。照此推算，等到产品上市要2012年底了，而其它方案届时的水平是400M。高频段频谱资源丰富，频谱效率不是第一位的，因此即使HiNoC频谱效率超过其它技术，总体上仍然是落后的。何况届时其它技术频谱效率也会提高。不能让让运营商这样没有希望地等待下去，必须加速推进标准制定和产业化进程。制定一个先进的、具有自主创新核心技术的、适应NGB发展要求的接入网标准已是当务之急。 为了使标准真正满足下一代广播电视网的要求、代表国家水平、走向世界，笔者建议：采用国际通行的技术招标方式制订标准，优中选优；学习AVS、TD-SCDMA、CMMB的成功经验，尽可能联合国内外科研院所、大专院校、有实力的企业等各方力量，从一开始就组成产业联盟，以便尽快出成果、出产品。同时一开始就打破垄断，形成蓬勃发展的产业链。 技术方案、技术路线的选择，应该在充分调查研究的基础上从技术、市场、运维、成本、发展前景等方面进行客观评估，不能仅凭印象，要用数据说话。技术方案的设计不能仅凭实验室模型，要经过实际网络环境验证，并根据实际不断修改信道模型，模拟实际环境的各种噪声干扰和反射。 EoC完全是市场、而且是中国市场在推动技术前进，这和通常的技术引导市场正好相反，因此标准落后需求也很正常。目前除了DOCSIS以外（包括两个国际标准IEEEP1901和G.hn）还没有一个真正专为同轴接入制订的标准，都是借用无线（降频WiFi）、电力线（Homeplug AV/BPL）和双绞线（HPNA）技术或虽是应用于同轴但主要应用于家庭联网的技术（MoCA）。兼顾多种应用的结果是两种可能：要简单、低价就必然降低性能，要高性能就必然复杂、价高。我们需要简单、实用、高性能、低成本的技术，因此只能选择专用技术。 加强自主创新的核心技术研究，要借鉴、利用一切先进的技术成果，包括两个国际标准IEEEP1901和G.hn，包括欧盟对DVB-C2的研究成果，也包括中国标准CMMB、TD-SCDMA、DMB-TH的研究成果。 目前各种EoC技术方案中最简单的是基带EoC，因为它只是把五类线介质转换为同轴，不涉及通信协议，因此在通信协议层面不需要制订新的标准。但目前无源基带EoC最大带宽只有10Mbps，动态范围最多只有十几dB，因此网络适应性和业务适应性都不理想。如果想达到100Mbps，物理带宽就要扩展到100MHz以上（目前没有可能），动态范围就更低，应用环境就更苛刻。如果采用同轴收发器（有源）就会大大改观——频谱可以控制在65MHz以下，动态范围可以达到几十dB。笔者十几年前就寻找过这种产品，希望替代光纤收发器。当时1端10Mbps的同轴收发器就要500多元，因此没有采用。目前已经有企业开发了低成本、高性能（动态范围可以达到50dB以上，入户以后可以接入多个终端，而且可以达到电信级以太网的要求）的100M同轴收发器，加上1000M上联的交换机每线成本可以控制在300元以下。这是真正能够保证每户独享100M带宽的接入网方案。而且这个方案技术门槛很低，便于推广，成本也容易降低；不需要制订技术标准，只需要制订产品规范。因此，这是一个可以选择的发展方向，可以当做城域以太网的延伸。将来还可以利用这种技术实现光纤到户（ONT放在楼道，利用同轴到户）——在广电没有条件敷设入户光纤的情况下。 笔者还有一个思路：直接把WiFi做成同轴收发器。如图15所示： 可将交换机端口在内部加装WiFi模块，改装成W