CMTS与EPON+EOC改造方案对比分析

 1、前言

    如今EPON+EOC和CMTS已成为广电双向网络改造的两种主流技术方案，在EPON及EOC技术没有成熟之前，CMTS在双向改造中发挥着重要作用，但是随着EPON及EOC技术的成熟，同时也为了满足广电多业务的发展需要，通过对两种技术的比较，广电越来越倾向选择EPON+EOC技术。>

2、CMTS改造方案

   CMTS是电缆调制解调器的头端设备，它能对终端设备CM进行认证、配置和管理，它还能为CM提供连接IP骨干网和Internet的通道，而且CM能在客户端和HFC网络之间提供透明的IP传输通道。HFC多媒体宽带可利用CM来进行IP传输，它的基本传输模式是：发送下行和接收上行数据信号，能给用户提供高速因特网和PC网，能完成有线电视网络的路由连接。CMTS能提供100Mbps的端口与计算机局域网的交换机相连，把HFC宽带网、省网、国家光纤干线网联接。

   但是，据全球CMTS使用情况报告分析，除在人口比较分散的北美占有比较高的接入份额外，在亚洲及其他人口比较密集的地区，CMTS的用户数量相对很少，其改造模式很难大范围复制。

2.1 CMTS方案优势

   在国外（特别是北美地区）应用较早、较广；

   技术应用比较早，产品比较成熟；

2.2 CMTS方案局限性

   上行噪声严重

   尤其是在低频带（<65 MHz）时，通常这种噪声由电子马达、雷电、HAM、短波广播甚至太阳黑子以及用户家中终端盒，埋入墙中的线缆质量，私接非标准件，家里各类接口处胶布连接线路等情况引起，它将破坏Cable Modem在上行通道（反向回传通道）的数据传输，以致于降低用户的通信质量，尤其是在视频或IP话音等实时业务情形下，噪声干扰将引起数据传输延时和抖动，造成视频图象失真或话音不连续。上行噪声汇聚也是一个工程和维护的难题，HFC网络反向设计和施工工艺的控制在我国大部分地区（特别是中、小城市）实施也还存在一定难度，而维护和运行故障排除需要的技术支撑在我国大部分地区短期内也难妥善解决。

   改造困难，所需设备复杂

   采用CMTS进行双向改造，需要反向光发射，接收机，上变频器等多种设备，但是下行传输速率为160M比特/秒，上行传输速率为120M比特/秒（DOCSIS3.0目前能达到的水平）100户共享，每户只能下行1.6M比特/秒,上行1.2M比特/秒，局限在于CMTS设备包转发能力弱，一般仅有上万pps,无法和EPON设备高端三层路由交换机相比较，为后者的几十分之一，无法满足日益增长的高带宽业务需求。另外CMTS设备数据功能简单，仅仅有简单的MAC学习管理，桥接转发能力，需要外接IP路由设备完成业务平台的搭建。

   CMTS方案采用多值正交幅度调制MQAM(其中M=2m，当m=2，3，4，5，6，8时，分别对应QPSK，8QAM，16QAM，32QAM，64QAM，256QAM)调制方式，本质上是传输射频载波信号的模拟网络，和网络IP化和以太网化背道而驰，而EPON＋EOC仅仅在最后100M采用了是基带技术，核心网到楼层接入已全部以太网化，而日后的光纤到楼，以太网五类线入户仅仅需要替换一些简单的无源器件，为业务升级，提供用户更高带宽留下了充足空间。

   单位带宽成本高

   短期内如果只作宽带接入和上网，每个信道实际接入服务200户以下（覆盖2000户以下），由于共享和非同时应用，上网速度还可以达到200k－2M。如果作流媒体服务（IPTV、VOD等现在流行的新业务），每个用户都需要长时间占用网络、大流量吞吐数据，每个信道只能服务40户以下，成本太高。因此交互业务占用的频道不宜过多，一般下行只安排8个频道。

    维护管理复杂

   由于CMTS与光发射机的对应关系，如果每个光节点服务100户、双向各占用2个频道（下行采用64QAM调制时50户共享38Mdps）的话，一台光发射机只能带4个光节点。这样就只能选用4－6mW的小功率光发射机。如果一个分前端服务2万户的话，就需要50台光发射机和50台8通道CMTS，2万个CM。这种方案前端设备数量巨大，维护管理复杂，IP网的升级扩容几乎不可能。

3、EPON+有源EoC改造方案

3.1 EPON技术

    一个典型的Ethernet over PON（EPON）系统由OLT、ONU、POS组成：

    OLT（Optical Line Terminal）放在中心机房；

    ONU（Optical Network Unit）放在用户设备端附近或与其合为一体；

    POS（Passive Optical Splitter）是无源光纤分支器，是一个连接OLT和ONU的无源设备，它的功能是分发下行数据，并集中上行数据。

    EPON中使用单芯光纤，在一根芯上转送上下行两个波（上行波长：1310nm，下行波长：1490nm，另外还可以在这个芯上下行叠加1550nm的波长，来传递模拟电视信号）。

优势

    长距离传输：在保证高带宽的情况下10－20KM传输距离。

    组网灵活：网络拓朴结构没有特定的限制，可根据需要灵活使用树型、星型、链型等组网结构，适用于任何光纤可达的环境。

    节约光纤：和传统的FTTH方案相比，至少节约50％的光纤。

    高可靠性：PON属于无源光学网，网络中无有源电子器件，维护成本将显著降低；由于网络组件数量少，因此故障点也将相应减少，运营支出也会最大程度地降低。

    高带宽：用户对带宽的需求增长很快，目前其它的接入技术不能满足用户对带宽的需求增长；EPON技术提供的带宽可在相当长时间内满足用户对带宽的需求。

混合组网，减少网络层次：通过无源分光器，减少中间层次有源设备，简化网络层次，集中管理。

3.2 有源EoC

    EoC（Ethernet over Coax）技术采用点到多点的用户网络拓扑结构，利用广电原有的同轴电缆实现数据、语音和视频的全业务接入。

    一个典型的EoC系统由EOC头端(局端)、EOC终端(用户端)和分支分配器组成。头端类似一个集中器，放在小区机房或者楼道内，终端放在用户家中。两者之间由分支分配器组成的树型或者星型CATV网络相连。头端除了提供网络集中和接入的功能外，还采用了VLAN/QoS技术，能够对用户的数据、语音和视频的全业务进行精细化管理，可以针对用户的的不同业务要求进行带宽分配和管理配置。所有终端的上行数据都传递给头端，终端之间不能互相通讯。也就是各个用户之间的是隔离的，这可以有效避免相互之间的影响。

    目前，EoC技术方案多种并存，不利于广电的技术选型，2010年8月6日，国家广电总局发布了《有线电视网络三网融合试点--总体技术要求和框架》，文件中明确肯定：“低频段EOC系统技术方案推荐采用Homeplug AV技术。” 这个文件非常重要，首次正式由国家广电总局规范了EOC技术标准，结束了长期以来各种EOC技术方案之争。为EOC大面积的推广清除了最后的障碍。

    金钱猫EOC产品正是采用国家广电总局双向网改造推荐的HomePlug AV技术、英特龙芯片方案，它采用OFDM正交频分多路复用技术，把以太网信号调制到某个频段上，然后再耦合到同轴电缆上传输。

    金钱猫EOC产品的的上下行数据采用了不同的传输方式。这是专门为了适应Cable网络共享媒质的特性而设计的。下行方向，数据从头端到多个终端以时分复用技术（TDM）广播到各个终端。当数据信号到达终端时，终端在物理层上做判断，接收给它自己的数据帧，摒弃那些给其它终端的数据帧。上行方向，采用时分多址接入技术（TDMA）和载波检测多路复用（CSMA）传输上行流量。TDMA面向连接，提供QoS保障，确保带宽预留、高可靠性和严格的时延抖动控制。CSMA面向优先级，提供四级优先级。基于128位AES严格加密。

    金钱猫有源EoC的物理层使用OFDM调制方式，将待发送的信息码元通过串并变换，降低速率，从而增大码元周期，以削弱多径干扰的影响。在2-28MHz频段使用917个子载波；每个子载波可以单独进行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM和1024QAM 调制；OFDM中各个子载波频谱有1/2重叠正交，这样提高了OFDM调制方式的频谱利用率。在接收端通过相关解调技术分离出各载波，同时消除码间干扰的影响。采用Turbo FEC错误校验；物理层线路速率达到200Mbps，可支持双向100Mbps的连接。

3.3 EPON+ EOC优势                                                                    

   除具备传统EPON的大容量、高带宽、长距离、易维护等特性外，EPON+EOC还有以下优势：

   工程实施简单(跨接放大器时，只需要简单的短接)

   在光节点覆盖模型中，会碰到存在放大器的情况。这种模式下，只要头端和终端之间的衰减低于70db，则可以直接通过无源的低通旁路器来解决(对于双向放大器，只需要在放大器内部短接即可)。而对于高频的EOC产品，由于线路衰减大于正常有线电视信号，必须通过有源的放大器跨接原有的有线电视信号放大器，一方面增加了改造成本，另外一方面网络中多了有源的故障点。

   带宽足够，能满足PC上网业务和互动电视业务的开展

   金钱猫EOC产品，物理层速率可达200Mbps，数据带宽可以达到100Mbps。同时，采用的Qos机制和TDMA下行机制可以保证用户增加情况下的负载均衡，可以支持点播和上网业务。

   用户隔离

   每个终端设备只能和头端设备通讯，终端设备之间是不能通信的，有效保证了各个用户之间的隔离。同时，设备还支持VLAN，可以根据用户，业务等划分VLAN，进一步隔离各个用户，防止黑客攻击、故障异常等影响正常用户的使用。

   统一管理及自动管理服务

   在金钱猫EOC系统中，对设备的管理维护很简单，用户可以通过访问头端设备的WEB界面来管理整个网络，并且可以管理任意一台EOC终端设备。此外，自动管理系统功能可以对EoC网络中的所有设备进行自动升级、自动性能监视、自动诊断等。