HFC光网络结合PON技术实现宽带接入优质化

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一  HFC网络回传问题

由光纤和同轴电缆网络混合组成HFC(Hybrid Fiber Coaxial)网络一般采用星型或者树形的拓扑结构。要构成双向网络，从前端(Headend)到光节点通过光纤传输，每个光节点另需1根光纤来实现双向通信。也可以利用波分复用(WDM)技术，如果要接入光放大器提升下行总功率，需要引入波分复用器件。构建双向HFC网络，开展宽带接入业务，实现回传需要很多根光纤，而且还需要很多光接收机将前端光信号回传，同时会产生噪声。若一个HFC网络采用星型结构，有n个光节点，则上下行各需要n根光纤，前端还需要n个回传光接收机，而回传噪声将会在前端汇聚，劣化回传信号的载噪比，甚至导致回传系统无法正常工作。

二  PON技术及其特点

无源光网络(Passive Optical Network，PON)技术，是一种新兴的透明的宽带接入技术。PON网络起始于前端的线路终端(OLT)，终止于光节点的光网络单元(ONU)。中间使用普通光分路器进行光能量分路。

下行信号是从前端的OLT到用户端的ONU；上行信号是从ONU到OLT。PON网络中多个ONU共享光纤和前端OLT的回传光接收机。PON下行采用时分复用(TDM)方式，信号广播式下发，“一发多收”；上行采用时分多址(TDMA)技术，各个光节点共用一根光纤进行回传，“多发一收”。前端只有一个回传光接收机，各个ONU单元轮流发送信号，实现光纤和回传光接收机的资源共享。

PON网络有总线型、树形、星型等拓扑结构。PON系统一般采用无源单(双)星形拓扑，分路比达到1∶16~1∶32，每个光节点可与数十个到数百个用户端设备相连。

PON网络的安装、开通和维护运营成本相对较低，并且具有提供透明宽带的传送能力，因此PON技术在接入网领域得到大量的应用。

三  结合PON技术的HFC双向光网络的设计

结合HFC双向光网络的特点，我们提出采用PON网络技术构建双向HFC光网络的设计方案。该方案下行仍采用原有的光端机，下行占用一根光纤，所有光节点的业务回传占用一根光纤。

系统采用无源光分路技术，网络可以进行多级无源光分支，前端与光节点可以星型、树型、总线型三种基本拓扑结构组网，分别适用于不同的应用场合。

双向HFC网络目前开展的主要业务是IP业务，所以采用E-PON技术是最合适的，它不需任何复杂的协议，光信号就能精确地下行传输到ONU；来自光节点ONU的数据也能被集中传送到前端。在物理层，可以使用1000Base的以太PHY； 同时，增加MAC控制命令进行控制和优化各ONU与前端OLT之间突发性数据通信和实时的TDM通信。在协议的第二层，可以采用成熟的全双工以太网技术，使用TDM技术后，ONU在自己的时隙内发送数据报，网络中没有碰撞，所以不需CSMA/CD，从而充分利用带宽。另外，E-PON技术通过在MAC层中实现802.1p以及动态带宽分配(DBA)技术来提供与A-PON类似的QoS。

下行设计采用QAM调制器，将数据信号调制到电视信号的空闲频带内，和下行TV信号混合后送入下行的光发射机。下行的数据信号除了净荷外还要加上管理开销。在光节点将光信号转化为电信号，TV信号送到用户，QAM信号被解调，根据TDM时隙分配，解出各个光节点本地的信号；回传可以采用价格便宜的1310nm的FP激光器，甚至LED，回传调制是采用我们已经研发成功的“突发模式(Burst-Mode)”数字光发射电路。回传信号以数字调制的形式，在前端分配给自己的时隙内将信号回传到前端。这样，前端仅仅使用一台回传数字光接收机就可以接收所有光节点的信号，而且克服了回传噪声的影响。

DBA技术保证各个光节点回传信号的带宽能够按照业务需求实现动态带宽分配，带宽的分配可以很细密的方式进行，最小颗粒可以为64kb/s，这点和其他一些接入的呆板方式完全不同。PON技术体系中的“硬件搅动”技术可以保证网络中数据的安全性。

综上所述，构建结合PON技术的HFC网络是解决目前HFC实现宽带业务接入的行之有效的方法。