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城镇与县乡村地区

城镇与县乡村地区
1550+EPON双向广播电视系统建设

摘要:
随着我国经济的不断发展,人们生活水平日益提高,对于高清点播电视、宽带上网服务的需求逐渐增多。再加上国家三网融合的政策与全球范围内数字化浪潮,这些都对传统的电视网络产生很大冲击。与此同时,电信行业对视频业务市场产生了浓厚的兴趣:IPTV、网络电视、FTTH都在争夺广电市场。在这种竞争激烈的环境下就要求我们提出新的双向网建设思路,开辟新的业务。本文中简要分析城镇与县乡村地区广播平台+数据平台的组网方式以及相关的设备选型。

关键词:
城网、县乡村(A+B平台)网络、EPON+EoC组网、设备选型

一 城镇双向广播电视系统建设简析
城镇中用户多以小区为单位分布,密度较大。针对这种分布特点,选用1550nm传输技术建网可以发挥其覆盖面积大、网络简洁等优点。随着"光进铜退"的进行,每个光节点覆盖用户数减少到50户,并可以利用EPON+EOC方式实现网络的双向化。下面分别说明城网广播平台、数据平台的建网思路。

1.1 广播平台网络结构

 

图1.1 城网广播平台建网示意图

如图1.1所示,在总前端放置外调制光发射机并利用光开关备份,两台光开关后分别接主备两路分配级光放大器,把信号送往各分前端。在分前端利用光开关备份主备两路信号。之后,通过直调插播机添加插播频点,信号经过光混后输入驱动级光放大器。下挂N个分配级光放大器,网络结构为3×4×8结构。其中1:3分路器放置在机房内,1:4与1:8分路器放置在交接箱内。一台放大器带96个光节点,每个光节点覆盖50户,则一台放大器覆盖4800户。增加分前端覆盖用户可通过增加分配级放大器完成。如果分配级放大器采用22dBmEDFA,过2km光缆,则到达接收机处光功率为0dBm左右,光功率有较大余量。

在建网初期点播率较低的情况下,可以选择每个分前端放置1台直调插播机,随着点播率的提高,逐渐下移直调插播机至第一级1:N后、第二级1:3后,通过减少每台插播机所带用户数提高点播率。在升级过程中,可根据片区点播率实际情况增加IPQAM与直调插播机设备以避免投资的浪费。当然,我们也可以通过增加插播频点的方式提高点播率。

 

图1.2 插播机下移提高点播率

1.1.1 设备选型
由于放置在分前端机房的放大器过多,这会占用大量的机柜空间并产生较大能耗,对设备进行网管时会需要过多网线与交换机接口。这里,推荐采用机框式传输平台设备MTRAN2000。MTRAN2000具备可热插拔的4个电源模块、8个风扇以及16个业务插槽,整个分前端设备都可以集成在1个机框中,并且只需要一个网管模块就能管理15台设备,同时设备的耗能也大大降低。由于设备全部在机框中,分前端机房日常维护重点只在机框设备,这大大的降低了设备维护成本。 而且,能提供光放大器的1备N(2≤N≤8)光开关模块 。1备N光开关是MTRAN2000平台的业务模块之一,应用于EDFA后端,为其做备份。适合FTTx网络中光信号的备份,以提高网络的可靠性和服务水平。1备N光开关由N路直通路和1路保护路组成,最大支持9路光输入,当8路光输入中有任一光路发生故障,检测到光功率低于设置阈值时,将自动切换到备路光维持业务正常运作。当主路信号恢复正常时,则自动恢复到主路信号输出,保持正常设定工作状态。手动工作模式下,通过按键或者远程网管切换,可实现在主路信号与辅 路备份信号之间的切换。 切换时间≤10ms,这可以使整个系统可靠性大幅提升。

1.2 数据平台网络结构

 

图1.3数据平台建网示意图

如图1.3所示,OLT放置在前端机房并通过万兆交换机上联。网络结构采用8×8形式,每个PON口下挂64个ONU。两级8分路均放置在交接箱内,这样可以减少机房的出纤量。在小区楼内的光节点处放置ONU、光接收机、EOC头端设备,数据平台信号与广播平台信号可以经过EoC头端发射,通过同轴分配网进入用户家中EoC终端,从而实现TV、高清电视点播、宽带上网业务等。 OLT的每个PON口下挂64个ONU,PON口可用带宽按960M计算,每个ONU带宽15M。数据平台的带宽升级主要有两种途径:
1.通过改变网络结构完成,把原8×8结构变为4×8结构,减少每个PON口所带ONU数量。
2.把原有EPON技术升级为10GEPON,大幅提升网络带宽的同时原网络8×8结构不用变更。

1.2.1 设备选型
机房中的OLT应选用大容量、高密度、可靠性强的设备。如果OLT覆盖用户相对集中但数量较少的地区如:一个小区或几座商务写字楼时,可选用烽火AN5516-04系列OLT,这种OLT只占用2U高度却支持16个PON口,完全满足小型小区与写字楼的要求。
在小区接入端采用集成了ONU、EoC头端、接收机三种设备的"室内型一体机"——AN5006-11。设备只需连接PON口与CATV光口,下挂EoC终端即可实现双向高清互动点播、宽带上网等业务。设备内置了两个EoC头端模块,即双口输出,用以提高设备覆盖用户数。
在系统终端选择此种设备具备如下优势: 1.终端的三种设备全部集成在280mmX138mmX42mm的金属盒内,占用空间小并且统一供电,彻底改变了当前广电网络小区接入端的杂乱无序的缺点,只需在楼道内布置小型交接箱即可完成用户覆盖。
2.原来广电网络的终端设备分布分散,EoC头端设备距离用户较远,只能通过长距离的同轴线传输。这就引入了汇聚噪声,汇聚噪声会严重影响设备的工作性能甚至导致设备掉线。采用"室内型一体机"后,头端设备移动到了光节点,可以把电缆的汇聚噪声终结在光节点处,彻底解决回传噪声汇聚的问题。
3.广电网络中放置在终端的设备大多不可远程管理,发生故障后要经过较长时间才能判定故障设备与位置,这给运维人员带来很大的困难。而且网络的稳定度很低,客户体验不良。AN5006-11设备所集成的ONU、EoC、接收机均可网管,而且不用另外架设网管通道。这样,网络的可靠性可以得到大幅提升。

1.3 城镇双向广播电视系统建设小结

 

图1.4城镇双向广播电视系统建设小结

如图1.4所示,整个城镇网络的结构非常简单,分前端机房放置设备数量减少,广播平台只需1~2个4u机框设备、数据平台放置必要的交换机、OLT、网管服务器即可。这样,分前端机房的耗能与所需空间都将大幅降低,系统的维护也变的简单方便。在光节点,把原有的终端设备ONU、EoC、光接收机集成在AN5006-11"一体机"中,形成可管可控的小区接入网络。分前端机房中的光传输平台设备MTRAN2000与光节点的"一体机"AN5006-11设备都是下一代广播电视网络(NGB)宽带接入技术的新型设备,也是实现有线电视网络双向化改造、承载"三网融合"业务的关键设备,对规范广电网络双向接入技术有重要意义。

二 县乡村地区双向广播电视系统建设简析
随着国家经济的发展,城镇化的进程不断的加快。有线电视网络建设的重点将由城镇向各乡村延伸。这也是发展的必然趋势。同时国家提出的"三网融合"战略与"宽带中国"战略也为我们发展提供绝佳的机会,县乡村市场潜力巨大,网络双向化将为广电带来巨大的收益。

2.1 县乡村有线电视现状分析 目前全国有2856个县级行政区域划分(包括县、自治县、旗、自治旗、特区等)、有40906个乡级行政区域划分(包括乡、镇、民族乡、苏木、民族苏木等)、有60多万个行政村及上百万个自然村。 以上所列各项共有2.785亿户,占全国总户数4.18亿户的66.6%。城市居民1.395亿户,占全国33.4%。

由此我们可以大概推算出县乡村地区有线电视覆盖率:在4.18亿总户数中,有线电视用户为2.1亿户,占50.24%。上文提到城市户数为1.395亿,考虑到并不是所有城市全部覆盖有线电视,有一部分以无线微波和IPTV形式覆盖,一般我们认为城市有线电视覆盖率为90%,即城市有线电视用户数为1.26亿。县乡村有线电视用户为2.1-1.26=0.84亿户。由此我们可以算出县乡村有线电视覆盖率为:0.84用户/2.785总户数=30%,乡村地区的覆盖率将更低。这说明有线电视在城、乡发展严重不平衡,占全国户数66.6%的县乡村地区有着巨大的发展潜力。

2.2县乡村广播平台网络结构解决方案

2.2.1 县乡村A平台网络特点分析

县乡村网络结构不同于城网结构,有以下几个特点。
1、传输距离长:由于成本原因,县级机房一般不设数字前端。在这种条件下,信号会从市前端分配到各级县机房,再由县分配到各个乡镇机房。这样,信号传输的距离会很长。
2、用户分散:县城中用户分布类似城网,住户集中在小区。但乡村用户大多没有统一的规划,住宅往往依照自然的地势地貌而建,比较分散。
3、不对称分光:信号从市前端到县城和县城到个乡镇机房,两部分所用分路器分光比和分光数要结合实际距离和光纤路由等因素考虑,所用分路器非均分较多。
4、每个光节点覆盖用户数较少。县乡村用户较分散,导致用户住宅距离光节点较远。为了减少有源故障点,同轴分配网中不推荐采用射频放大器。这种情况下,如果引入过多分配器,损耗过大,会影响传输距离。
考虑到上述特点,县乡村A平台网络结构应该分为两部分:一部分为市前端到县前端的长距离传输;另一部分为县前端到光节点的分配网。
在市前端到县前端部分,由于信号传输距离较长,不适合采用1310nm技术传输,1310nm技术必须要采用光电光中继延长传输距离,但这样会使网络指标衰耗较大、网络结构复杂、有源设备过多、故障点多、网络稳定性差、网络维护困难、不利于管理,所以我们推荐使用1550nm技术传输。1550nm技术组网灵活,而且适于长距离传输,大大的减少了有源设备,提高了系统的稳定性。但1550nm光发射机+光放大器模式覆盖范围很大,发生故障时影响的用户数很多。所以在建网时要选用质量可靠的1550nm设备,具备双路由条件的区域采用双路由设计方案。
在县前端到光节点部分,县前端作用主要是分配来自市前端的信号,并实现插播本地节目的功能。

2.2.2 县乡村A平台网络设计方案

根据以上分析,提出县乡村A平台网络设计的两种方案。
方案一:利用市前端信号直接分配

如图2.2所示,由市前端到A县、B县的传输是长距离传输部分,由县机房到县城光节点和村光节点为信号分配部分。信号由市前端机房外调制发射机输出,进入分路器,之后,信号进入分配级光放大器,这里要注意,由于放大器直接入纤,所以一定要控制放大器的输出功率不能过大,过大的入纤光功率会使受激布里渊散射效应(SBS效应)加剧,导致信号严重劣化。这部分光放大器输出功率不宜超过19dBm。
信号传输到A县机房后,由放大器接收并放大,通过分路器将信号的一部分下为本地信号,另一部分继续传输到B县。
信号到达B县后,经过较长距离传输,光信号在光纤中的色散效应严重,信号展宽,尤其是高频部分MER衰减过大,所以这里引入色散补偿技术,蓝色方框即为色散补偿模块。但由于色散补偿模块对光功率损耗较大,我们在前端加入低功率光放大器(6~7dBm),推动色散补偿模块。
在B县机房中,通过非均分分路器把信号分配给各个乡镇机房,在乡镇和县城分配网中,我们采用与城网相同的3×4×8结构,把光信号分配到各个光节点。采用这种网络结构,一台光放大器可以覆盖96个光节点。分路器设置位置可以根据光纤芯数等因素设定。乡镇机房到各村取15公里传输距离计算,到达光节点光功率为-4dBm左右(光放大器采用22dBm的EDFA放大器,1:3分路器损耗5dB,1:4损耗6.5dB,1:8损耗9.5dB,三个分路器的接头损耗0.5dB,15公里光纤损耗3.75dB,5+6.5+9.5+1.5+3.75=26.25,到光节点光功率22-26.25=-4.25dBm)。如果在前端插播本地节目,只要在放大器前引入IPQAM和直调发射机即可实现。
方案一特点分析:
1、降低了建网成本:由于没有采用外调制光发射机,降低了建网成本
2、传输距离短 :信号由市前端传送到县级机房,长距离传输后信号指标相应劣化,如果继续传输较长距离,在不增加设备的情况下,信号质量将无法保障。
3、便于网络维护 :前端不使用发射机和市总前端共享,减少了有源故障点;网络维护重点放在各分前端的光放大器和光缆上,即可保证网络的可靠运行。
方案二:在县前端设置外调制光发射机
如图2.3所示,方案二同样分为两个部分。由市前端到各级县机房是长距离传输部分,由县机房到县城光节点和村光节点为信号分配部分。方案一与二大致相同,但方案二在县机房中增加了干线级光接收机和外调制光发射机。信号到达县机房后经过接收机变为电信号,电信号通过外调制光发射机变为光信号,经过光电光转换终结传输过程中的色散效应和噪声,保证了信号的指标。
方案二特点分析:
第一、传输距离较远:适用于远离市区的县、乡、村网络建设 。
第二、成本相对较高:在县级机房中引入了干线级光接收机和外调制光发射机。
第三、光电光中继,色散终结:县乡村网络传输距离长,色散效应和噪声使指标相对较低,这种光电光转化终结色散保证了信号指标的合理劣化。
第四、管理方便,相对独立:外调制光发射机设置在县前端机房,不受市总前端的限制,扩展灵活。
2.2.3 设备选型
县乡村地区由于其用户较少、分布较分散的原因,在机房中宜采用性能可靠、工作稳定的1U机架式设备。在乡镇机房中,要注意机房环境,避免室温过高、尘土过多、电压不稳等情况,让设备工作在良好环境中可以延长使用寿命并且减少设备故障。
2.3 县乡村B平台网络结构解决方案
2.3.1县乡村B平台网络组网方案
如图2.4所示,OLT的每个PON下挂32个ONU,采用4×8结构。一般EPON系统规定:ONU到OLT之间距离最远传输距离20KM。这种距离差将导致延时在0~200us之间变化。由于环路延时的不同,如果距离超过20KM,来自不同ONU的信号可能同时到达OLT的接收端,这将引起上行信号的冲突,这种冲突将会导致OLT无法进行判断和提取,可能引发大量的误码和同步丢失,造成系统不能正常工作。所以,OLT与ONU之间距离最大只能为20KM。
由于县前端机房到光节点距离远远超过20KM,所以我们要将OLT下移到乡镇机房,乡镇机房到光节点的距离一般不超过15KM,这样满足EPON系统的工作要求。由于OLT下移,OLT上联就要靠位于县前端机房的万兆交换机实现。万兆交换机配备不同距离的光模块解决位于乡镇机房OLT的上联问题。
县乡村双向网特点:A平台两种方案中,网络结构都可以做到室外无源化。这样可以使网络更加便于维护。B平台网络结构是点到多点的无源光纤网络,全部有源设备安置在局端和用户端,外线只有由光缆和光分路器组成的光分配网(ODN)。
2.3.2县乡村双向网同轴分配模型
光接收机输出电平为110dBuV,国家规定的入户电平为64±4dBuV,也就是说同轴分配网的衰减要控制在46dB左右。分配网的衰减主要分为两部分:一部分为线缆的衰耗;另一部分为EOC的插损以及分配器的损耗
如图2.5所示,从光节点到用户住宅的距离为260m,距离比较短。所以在设置光节点位置时一定要充分考虑。一个光节点覆盖0.23平方公里、16户,每个村设置8个光节点,共覆盖1.84平方公里、128户。我国村落平均面积为3平方公里,即8个光节点可覆盖61.3%的面积。
如有部分地区较远,光节点无法直接覆盖,可考虑使用1级放大器来解决。但引入放大器会带来过多的有源设备,而且设备有遭到雷击的风险,影响系统稳定性,增加维护难度。 所以,不推荐在同轴分配网中使用过多射频放大器,使用时也要控制放大级数,一般不超过1级。
在增加射频放大器时要注意,EOC输出射频信号不能使用普通射频放大器直接放大。因为普通有线电视放大器为下行单向放大,回传信号无法通过,因此需要安装无源旁路跨接器,使双向信号能够正常传输。
2.3.3 带宽分析
B平台采用1:32结构,即一个PON口下挂32个ONU,每个PON口可用带宽约为960M,每个ONU获得带宽约30M。每个ONU下挂16个用户,每个用户带宽约为1.88M,考虑50%的并发率和50%的渗透率,每户获得7.5M带宽。A、B平台的信号到达光节点后,要接入EOC头端经同轴分配网分配给用户,在用户家中通过EOC终端接收,输出CATV信号与宽带上网信号,实现双向业务。
2.3.4 设备选型
光节点的设备可以使用野外型"一体机"设备,把ONU、EOC、光接收机模块集成于全铸铝密封外壳中,防护等级高,并妥善解决散热问题。在县乡村地区可直接安装于电力杆上。
在系统终端选择此种设备具备如下优势:
1.设备采用高防护等级的全铸铝密封外壳,统一供电,从而避免了由于环境及供电问题引起的设备故障,而且不再需要另配防雨交接箱。
2.模块化设计,内部采用积木式安装连接的ONU模块、EoC头端模块、光接收机模块、混频器模块及电源模块,所有模块均可拆卸并根据实际情况安装。如:某些光节点覆盖用户较多,可以搭配两个EoC头端模块以提高覆盖范围;如每个光节点覆盖用户不变,可以利用增加EoC头端的方式实现用户带宽的升级。或者,当光节点所覆盖范围中无开通双向业务的客户时,可以只装配光接收机模块以避免投资浪费。
3.设备的可管可控,"一体机"中所有业务模块均具备网管功能。在网管系统中可以实时查看。如果发生故障,网管系统立即通过短信猫将故障原因、故障位置发送到相关区域维护人员手机中,这大大提高了网络的可靠性与用户的体验感。
2.4 城镇双向广播电视系统建设小结
如图2.7所示,整个网络结构非常简单,广播平台在县前端机房放置外调制发射机,通过分配级放大器分配到各级乡镇机房,在乡镇机房内完成信号的插播,混合后的信号经3×4×8网络结构传送到光节点。数据平台OLT放置在乡镇机房,通过县级前端万兆交换机完成上联。县乡村地区双向广播电视网最难管理的部分是光节点设备,如果光节点设备能够稳定工作,整个网络的可靠性都将提高。"野外型一体机设备" 彻底解决了县乡村地区终端设备工作不稳定、无法管理的问题。

三 结束语
国家提出的"三网融合"政策与"宽带中国"政策都是在鼓励各地广电网络公司大力发展双向、宽带业务。面对电信行业的冲击,这也是广电网络必须要走的路,也就是说网络的改造、优化一定要实施,尤其是设备的选择更要有实用性和一定程度的前瞻性。 通过实际各省广电用户的使用情况和我们上文的分析可以知道,在机房中使用模块化光传输平台、1备N光开关,在光节点使用高度集成化的"一体机"设备,再加上统一的网管平台,利用这些所建成的网络可以达到99.99%的电信级可靠性。有了网络的高可靠性和业务类型的丰富这两大武器,我们才能够在与电信的竞争中处于优势地位。 在建高可靠性网络的同时,成本也是我们要考虑的。在各省广电网络公司实际使用中我们发现,具体施工的成本要低58%,后期维护的成本要低30%。也就是说利用"一体机"建网和维护的成本要比利用单体式设备低很多。 广电网络公司要抓住"三网融合"政策与"宽带中国"政策的机遇,大力发展成本低、可靠性高的下一代广播电视网络