新闻动态   News
联系我们   Contact
你的位置:首页 > 新闻动态 > 行业新闻

三网融合下有线电视接入网技术发展趋势

2016-3-28 20:50:06      点击:

1.总体发展趋势

  目前比较明显的技术发展趋势主要有以下几点:

  高速率——不管是D3.1、还是EPoC目标都是10Gbps接入速率;

  扩展频谱——高速率必然要求大带宽(物理频谱),有线运营商通过逐步回收模拟电视等频谱用于宽  带数据业务,并将频谱从750MHz/860MHz扩展到1GHz,将来可能扩展到2GHz3GHz、甚至5GHz以上,IEEE就已经把频谱扩展到5GHz

  高阶调制——4096QAM及以上;

  高效编码——LDPC

  多业务支持;


  特别是软件无线电、认知无线电的商用和频谱扩展,使得多种有线技术、多种无线技术、有线和无线技术在相同频谱下融合、共存,这将产生深远影响:EPoCDOCSIS3.1占用相同频谱并涵盖了现有全部DOCSISEoCEthernet over Coax)的应用频谱;移动通信将会越来越多地占用电视广播白频谱;有线频谱越来越向上延伸,已经很难区分有线和无线;对于任何技术,将来都将面临一个比现在复杂得多的应用环境。频谱、信道宽度、调制方式、信号强度等都需要随时适应环境变化。

  以下发展趋势值得关注:

  2.值得关注的几个趋势

  2.1 融合、统一

  融合、统一是大趋势。EPON+EoCEPoC发展;DOCSISDOCSIS3.1发展;DOCSIS3.1 PHY又与EPoC融合、统一。技术进步促进了融合、统一,比如前面提到的SDRSoft Defined Radio),促使原本非常困难甚至不可能的融合和互通——不同技术的融合简单化。运营商和厂商都希望融合、统一——有利于扩大市场、降低风险、降低成本,包括设备成本和运维成本。但已有的技术很难完全统一,这就需要一种融合的架构。图1就是融合架构的设想:前端多种技术是一个融合的集成平台,典型的例子就是CCAPConverged Cable Access Platform);光节点处的光电转换装置(FCU Fiber Coax Unit)基本可以统一——EPoC的中继架构和DOCSIS3.1C-DOCSIS2.0远端PHY架构在编码调制方式、OFDM参数上都是一致或相近的,从芯片和设备生产角度完全有可能统一。

2.2最需要的架构

  系统速率等级总是上大下小(具体到接入网,我们希望局端设备速率大于终端);各级速率总容量总是上小下大,体现了汇聚、收敛(终端速率总容量大于局端)。笔者认为,图2的架构符合这个要求。

  图中FCU不仅起到光-电转换作用,还起到10G-1G的转换作用。FCU之下的不同支路可以频率复用,在现有网络条件下就可以完全解决EPoC频谱需求。


  EPoC局端没有1G阶段,10GEPON迟迟不能规模部署的关键在于ONU光模块价格太高,10GEPoC会有类似问题,因此也许10G-1G转换是必要的。

  1GEPoC可由若干(4-5个)64MHz(究竟多大带宽可以讨论,n×16MHz?)子信道组成,既可以采用FBC技术也可以采用绑定技术实现;终端速率以子信道带宽为准。


  2.3 逆向思维的EPoC

  目前EPoC实现的难点在于固定速率的光纤如何匹配固定频谱、可变速率的同轴?如图3所示,逆向思维:满足固定速率,采用可变频谱的同轴,适应同轴信道条件变化造成的调制效率和速率的变化。固定频谱的信道源于模拟通信和无线通信,感知无线电将必然要求适应可变频谱。

  同轴是封闭的本地信道,可以挖掘和灵活配置频谱。数字化、特别是光纤不断深入以后同轴信道可以而且应该转变思路:保证匹配以太网速率,频谱可变。TDD更适合可变频谱。

  每个FCU对应一个调制简表:下行采用统一调制,调制后速率固定与10GEPON下行速率匹配,频谱占用可变(即按照该FCU最坏应用场景配置频谱);有多余带宽可以作其它应用,比如非实时、低等级的应用。这样同轴段和光纤段一样,都是固定码率(调制指数和频谱带宽可以不同),相当于固定信道。在静态或准动态(通过OAM)配置上下行带宽的情况下TDDFDD也没有本质差别。在光纤到楼(FTTB)条件下,除少数频段有干扰或高端损耗过大外,SNR设计指标可以达到45dB以上,基本可以保障最高调制率要求。即使损耗过大的频谱,只要没有干扰,信噪比也是基本稳定的,只不过达不到最高调制率要求,但调制率还是基本稳定的,因此频谱需求不会变化很大。

进一步,可以把OLT扩展:一部分对应10GEPON,从头到尾固定速率;另一部分扩展并绑定一项可变速率技术,比如HiNoCHPAV;同轴段从从固定信道频谱(调制后速率不恒定)中划出一个10GEPON固定速率通道,剩余作可变通道。这样可以适应EoC演进和前后代技术共存、兼容。

  频谱资源调度由OAM统一进行(基于同轴信道缓变)OLT扩展部分可以留待以后标准化。

  2.4 高度集中和高度分散

  随着计算能力、存储容量和传输带宽的迅速增大,调度、控制、各种业务平台越来越集中到云端,而应用选择和处理越来越分散到终端,中间越来越简单、层次越来越少,只剩下透明管道。这就是高度集中和高度分散的趋势。接入网领域首先会高度集成:集成度提高1-2个数量级、功耗降低1-2个数量级,成本也会随之降低。在CCBN上展出的一块CCAP板卡容量可以达到32(频点)×50Mbps×8DOCSIS3.0端口)+64(频点)×50MbpsIPQAM=16GbpsDOCSIS容量为12.8Gbps。如果按照户均静态带宽10Mbps计算,1块板卡即可支持1280户。假定1个机架的容量是80块板卡,则1个机架可以支持10万户。即使静态带宽升级到100Mbps1个机架也可以支持1万户,110m2的机房支持10万户也没有问题。如果按照20%的渗透率计算,1个机架可以服务5万户的区域,110m2的机房可以服务50万户的区域。

  高度集中带来前端平台(技术平台和业务平台)的融合、统一。如前所述,最典型的例子就是CableLabsCCAP。高度分散带来终端的融合。

  此外还有一些值得关注和重视的技术发展趋势:

  2.5 业务承载全IP

  DVB逐步转向IP组播:服务节点缩小后面向共同需求的广播优势不再明显,内容差异化需求却十分突出。当频谱资源不足时,需要重新配置资源,逐步压缩DVB而代之以IP组播;前端IP化、骨干传输IP化已经越来越普及;IP化的统一交换、统一路由、统一传输优势越来越明显。接入网的IP化、终端IP化必然成为方向。

  2.5 端到端的以太网

  作为IP最简单、最直接的承载网络,以太网从局域网发展到了城域网,并向广域网扩展;从10M发展到百兆、千兆、万兆、100G。端到端的以太网势不可挡。

  2.6 数字光纤替代模拟光纤

  数字基带传输可以再生中继,传输质量高;数字传输充分利用了光纤的带宽优势,可以采用低调制率、在低信噪比环境下工作,因此可以降低接收电平和发送电平;可以增加动态范围:宽带模拟光接收动态范围一般只有13dB-10dBm~+3dBm),数字可以达到30dB以上;数据格式统一到IP/以太网是大趋势,IP/以太网数字光纤成本低于模拟光纤,特别在大带宽时代,这个优势越来越突出;数字光纤可以统一数字视频广播和数据的光传输技术,简化ODN系统设计、施工、维护。EPON+EoCC-DOCSIS都适应了这个方向。当IP完全取代DVB之时,模拟光纤必将被数字光纤全面取代。

  还有两项技术的应用对有线电视接入网意义深远:

2.7全频带捕获和信道绑定

  多信道绑定和FBC都是软件无线电的具体应用,可以认为是软件无线电的基础。同轴技术历来都是沿用无线电技术的,有许多是直接引用的。

  信道绑定是指把若干相同或不同、相邻或不相邻的信道捆绑成一个物理或逻辑信道。可以是物理层绑定,也可以是MAC层绑定,还可以高层绑定,甚至不同技术绑定。WiFiDOCSIS3.0/3.1都采用了信道绑定技术,IEEE 1905.1可以看成不同技术应用的绑定。


  信道绑定除了增加带宽以外,当前最大的好处是降低成本:IPQAM由于采用绑定技术成本降低了一个数量级:数字域一次处理几十个信道并D/A变换。

  前后代技术和不同技术的共存某种意义上比兼容更重要,因为后代技术和新技术不可能一下子取代原有技术。信道绑定就可以比较完美地解决共存,DOCSIS3.1就是采用绑定实现与3.0兼容(共存)的。

  所谓FBC (Full Band Capture全频带捕获) 即:全频段采样、直接A/D变换,把原来需要模拟滤波、单信道处理的复杂过程简化为全频段直接数字化、数字滤波、数字处理,一次处理全频段所有信道,可以大大降低成本、降低功耗;同时,屏蔽了技术差异:A/D变换与RF技术(QAMOFDM)和频谱带宽无关,数字滤波、数字处理和存储硬件是通用的,不同的只是编程或编程的一部分。随着SDR(软件无线电)、SDN(软件定义网络)的发展、应用,促使软、硬件分离。这对技术融合、统一意义深远:即使各种技术方案、协议、参数不同,芯片和设备依然可以融合、统一。图4就是博通公司的一个示例。

  2.8 OFDM

  OFDM不是什么新技术,却是目前的主流技术,但在有线电视接入网的应用时间不长——最早的应用就是EoCOFDM技术应用于同轴,给同轴接入技术带来了许多新观念——多载波和单载波在许多方面不同,最主要的就是子载波自适应调制——根据信道条件自适应改变调制指数和bit装载,完全改变了单载波固定调制的模式。OFDM如何适应同轴信道环境是个新课题——同轴信道不同于无线。OFDM在同轴中应该发展、创新。欧盟在这方面做了大量研究,主要成果集中体现在ReDeSignDVB-C2中。中国也已经进行了研究和探索,比如HiNoC的分布式信道均衡技术。随着软件无线电、感知无线电技术的发展应用,多种有线技术、多种无线技术、有线和无线技术将会共存于一个大环境,如何降低相互干扰、如何提高在复杂环境下的频谱利用率、如何在高效的前提下降低能耗都是我们面对的挑战机遇。其中子载波自适应调整发送电平应该是重要方向之一,笔者在《大带宽竞争形势下同轴接入网的价值》 中已经提出了初步设想。

  2.9 IPV6

  IPV4地址耗尽;网路实名制、追根寻源、可管、可控不仅对安全管理意义重大,对运营维护同样不可缺少。因此接入网对IPV6的支持必须引起足够重视,有必要制定支持 IPV6的测试规范。

 3.技术发展目标

  现有技术和下一代技术将会长期共存:一方面需要保护投资;另一方面,服务需求是差异化的——有高带宽需求,也有低带宽需求,有高等级服务需求,也有低等级服务需求。因此,不同技术都有生存空间。

  技术发展的共同目标:多业务承载、高性价比、低能耗、少维护。

  落脚点:与FTTH竞争、利用同轴入户替代FTTH。

  任何技术都有生命周期,最终同轴接入网也肯定会有寿终正寝的一天——应该被FTTH替代。但那时的FTTH究竟什么样?现在很难预测。因此我们没有必要现在就急于FTTH:说不定将来的FTTH技术跟现在不一样。笔者认为,最简单、成本最低、最好维护、最方便升级的是全光交换网:分前端是大型以太网光交换机,就像现在的程控交换机;用户端口通过光纤直通用户家中,就像已有的电话双绞线——现在光纤造价已经低于双绞线;最大光缆芯数也达到了3456芯;像中国这样的密集居住环境很容易实现分前端到每个用户家庭1-2根光纤。到那时,家庭网络设备可以全部采用新型能源,供电也不会成为问题。也许,把光纤从分前端拉到用户家中才是最终解决方案?

  4.中国需要尽快缩小基础技术和工艺方面与世界先进水平的差距

  中国在许多方面都在追赶世界先进水平,在同轴接入技术领域同样如此:NGB的接入技术HiNoC已经在ITU-T立项,C-DOCSIS也已经成为DOCSIS的组成部分。但是芯片生产仍然掌握在外国企业手中,中国不缺技术创新和研发的实力,但基础工业的差距却大大消弱了中国在世界的话语权——芯片制造还需仰人鼻息:半导体制造工艺差两到三代、A/D、D/A差一个数量级。要想真正自立于世界民族之林,中国还需付出巨大努力;更需要政府支持、统一、协调和运营商与产业界各方面的紧密配合、通力合作。