我国有线电视业应对三网融合的策略研究

我国有线电视业应对三网融合的策略研究金国钧1 引 言今年3月人大通过的政府工作报告中，已决定在我国加快推进电信网、广播电视网和互联网的三网融合，并提出了阶段性目标，即20102012年重点开展广电和电信业务双向进入试点，20132015年总结推广试点经验，全面实现三网融合发展，普及应用融合业务，基本形成适度竞争的网络产业格局。其具体的工作布署是在今年1月13日的国务院常务会上明确的，有5项重点工作，除涉及三网业务层面上的融合外，还涉及到业务主管部门及其相关网络产业的政策、体制、机制、标准及网络安全等诸多方面的工作。显然，目前提出的三网融合已非早先的电话网、有线电视网和计算机网三网融合。从电话网拓宽为电信网，似应包括所有有线和无线的固定/移动通信网；从有线电视网拓宽为广播电视网，似应包括卫星和地面无线广播电视及有线电视网；从计算机网拓展为互联网，则可泛指所有能开展互联网业务的网络。因而就竞争格局而言，将形成多元化网络的全方位竞争。从技术角度看，所提三网融合中的互联网（Internet）其实是一个凭藉传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）进行网络连接、来传输IP数据业务的虚拟网络，它本身没有物理网，但可依托在任何执行TCP/IP协议的物理网上。例如美国，主要依托在基于DOCSIS规范建立的HFC有线电视网上，我国则主要依托在基于ADSL规范建立的电信网上。由于互联网协议（IP）简单可行，其业务扩展十分迅速，在强大的地面有线网络的支持下，网民数量急剧增长，使IP地址日趋紧缺，网络安全问题突显（IPv4原本没有考虑），于是前些年发布了新的协议版本IPv6，使IP地址和网络安全得以缓解，目前正处于IPv4向IPv6的过渡期。由此可见，我国所提的三网融合，所涉及的业务主管部门及其相关网络，主要是指工信部所管的电信网和广电总局所管的广播电视网。然而，就广播电视网而言，已数字化的卫星电视和尚未数字化的地面无线电视，都是按广播方式运营的，目前几乎与互联网业务不相关；因而能参与三网融合竞争的网络主要是已有约1.6亿用户的有线电视网络，目前正处于模拟向数字体制转换、单向广播间双向传输方式变革的过渡期。相比之下，已占90%以上互联网用户市场的有线电信网（最近见到的统计已到95%）和独占手机用户市场并正向3G过渡的移动通信网，广播电视网在竞争中无论在管理体制、运营机制、网络规模及资本运作等诸多方面明显处于下风、弱势地位。相比于上世纪九十年代中期，美欧主要发达国家在修改电信法后启动的三重（Triple play）业务的网络竞争，我国现今提出的三网融合，其涉及的范围更广、存在的问题更多，但期望的目标又更高，因而极盼有一个“实施细则”出台，以便业界操作。我国有线电视业面对强势竞争对手，是挑战，也是机遇。本文参照美欧网络业在三重业务竞争中的相关情况，作些我国有线电视业应对三网融合的策略研究，供业界参考。2 实现三重业务同网传输的基本条件目前国外所谓的三重（Triple play）业务，是指电视、宽带（数据）和电话等三类业务，其意是三类业务同时在同一网上传输。这种提法在网络业务的概念上比三网融合的提法要清晰、确切。三重业务同时在同一网络上传输，既是各国政府为鼓励竞争以改善社会网络环境、推动社会信息化进程的策略，也是网络运营商为参与竞争以扩展网络传输功能、谋取网络最大效益的手段。最终受益的是用户，他们可以享受更多的选择，更大的方便及比以前更好的服务价值。然而，在同一网上要实现三重业务的同时传输，必须具备以下一些基本条件：2.1 政策许可2.1.1 国外政策欧美主要发达国家为打破电信垄断格局，鼓励有线电视业参与数据和电话业务的竞争，其电信法的修订是始于上世纪九十年代中期。例如美国是在1996年修改的电信法，认定VoIP是一种非传统的电话业务，它是一种“Internet Protocal（互联网协议）”来代替传统的模拟系统的通信业务，从而为有线电视业实施VoIP业务在政策上提供了依据；2005年底，在HFC有线电视网上采用基于DOCSIS V1.1的Packet Cable话音系统的VoIP电话用户就已发展到590多万户，2007年底已增至1510万户。英国则为有线电视业从事数据和电话业务规定了十年的过渡期，即在十年的过渡期内，电信业不能从事视频业务。2.1.2 国内政策我国类似的政策出于“国办发20081号关于鼓励数字电视产业发展的若干政策”，该政策鼓励广播电视机构可利用广播电视网提供数字电视服务和增值电信业务。2010年1月13日，国务院常务会议决定加快推进电信网、广电网和互联网的三网融合，并纳入了今年人大通过的政府工作报告。该政策的出台尽管比欧美发达国家晚了十多年，但对充分利用信息网络资源、改善社会网络环境等方面仍具积极意义。2.1.3 政策倾向从国内外相关政策及WTO的相关规定看，电信业应予开放，广播业仍属控制范畴。亦即，两者的开放程度不同，相互的业务渗透亦非对等；尽管各国情况不一，但就鼓励三重业务的竞争而言，政策倾向侧重于后者，且对实时广播电视节目的播出亦属后者控制权限。由此可见，现行的政策、规定似应对广播业有利。美欧国家对有线电视业参与竞争采取了“扶上马，送一程”的政策，使有线电视业在三重业务竞争中胜出。我国广播业之所以在竞争中处于被动地位，可能是因为相关政策的出台太晚了，致使电信业已拥有了90%以上的互联网接入用户，且至今仍掌控着互联网的国际出口和IP地址等资源的分配权；抑或是还有自身的问题，于是造成了我国的网络环境远不如欧美发达国家的局面。2.2 技术支持2.2.1 网络改造目前多元化网络格局的形成，源自多元化市场业务的需求；即各种网络都有其市场业务的适应性。例如地面三大有线网（电话网、有线电视网、计算机网），都因其专有的市场业务需求而生存和发展。因而，要实现三重业务的同网传输，必须对原有网络进行改造，以在保有其主营业务的基础上，扩展其它业务。这种为适应三重业务市场需求的网络改造重点，一是用数字技术来改变原来的模拟技术体制，以提高网络传输质量、拓展网络传输容量；二是用双向宽带结构来改变原来的网络结构，以增强网络传输功能，降低带宽成本。但凡参与宽带业务市场竞争的多种网络，都有其为适应市场业务的改造过程。例如美国有线电视业从19962007年累计投入双向HFC网的改造费用约1300亿美元，使全美家庭的宽带业务可通过率高达98%，全美家庭的HDTV可通过率达到100%。有鉴于此，参与竞争的各种网络，其网络的改造模式、过程都各不相同。2.2.2 标准研制网络技术体制的转换，网络传输结构的改变，都有赖于技术标准的研制；这是因为网络改造必须在一个统一的、先进的、开放的技术标准指导下进行，并取得符合标准的相关设备的支持。目前，网络技术标准种类繁多，且大多仍在升级改版之中；但由于三重业务的同网传输被认为是原有网络基本业务的扩展功能，因而技术标准的研制仍有其适用性。例如，DSL技术标准（目前大多采用ADSL）是基于物理底层为铜双绞线的电话网研制的；Cable Modem技术标准（目前大多采用DOCSIS/EuroDOCSIS V1.1/2.0）是基于物理底层为HFC结构有线电视网研制的；IEEE 802.3技术标准则适用于物理底层为五类线（或超五类线）的计算机局域网。尽管这些标准仍在不断扩展、升级，例如ADSL可升级为VDSL（传输速率成信提高，但接入距离从3km减至300m），DOCSIS可升级为v3.0（用信道绑定方式成倍提高传输速率，接入距离不变），IEEE802则对不同物理媒介作了系列扩展（例如802.11可用于无线局域网，802.16可用于宽带无线网）；但标准仍有其适用性范围，它们互不兼容，只有同类标准才会有后向兼容特性。2.3 网络效益2.3.1 同网传输网络效益最大化，也许始终是网络运营商的追求，因而采用适用标准实施网络改造，以实现三重业务的同网传输，似应成为明智之举。这是因为同网传输的网络效益最好，它不仅可实现基于原有物理网络资源的多功能改造，减少网络改造的投入，还可以实现基于原有网络业务用户的多业务扩展、增加网络业务的收入；从目前参与宽带市场竞争的各类网络的适用性标准研制情况看，也都是以三重业务的同网传输为准则来谋取最大网络效益的。例如，基于HFC物理底层的研制的DOCSIS/Euro DOCSIS标准，为了满足三重业务的同网传输，其下行数据信号的传输，采用了与数字电视信号一样的包结构（MPEG）、调制方式及信道编码，两者可在同一HFC网上混合下行，亦可将数字电视信号（或其它附加业务信号）接入专设的下行会聚子层同时下行（受MAC协议控制）；由于该标准是基于原有（HFC）网络资源和原有数字电视业务格式研制的，因而其系统结构简单，网络效益最好，这已被广为应用的欧美国家和国内部分城市的运营所证实。显然，像国内某些城市采用在HFC网络上叠加一个以太网的方式，或将HFC网改为EPON+LAN/EoC的方式，均已非三重业务同网传输的概念，其网络的总体结构复杂，网络效益不会很好；类似做法国外至今尚未见及。2.3.2 逐步到位网络效益源于市场的业务需求，因而网络的改造，标准的选用都有随市场业务需求而逐步到位的过程。对市场业务需求的预期过高，标准的选用不当，都将导致网络改造的投入过大而难以回收。例如，我国的互联网接入业务市场，目前几乎已被电信业（ADSL）所垄断，尽管2008年初已有相关政策鼓励广电网络参与竞争，但有限市场（例如20%或更多些）的预期目标在近期内可能已成定局，且互联网国际出口仍在电信业掌控之中。因此，为此类业务设定100%市场预期目标的网络改造方案，可能都会有失偏颇；而由此过高估计网络容量所选用的标准，可能也并非适用。国内外同行的实践表明，谋取最大网络效益的良策，是在网络改造、标准选用上逐步到位。3 实现光纤到户（FTTH）为时尚早在众多参与宽带市场竞争的现行接入技术中，光纤接入技术（包括光纤到用户前端Fiber to the end user premises，光纤到家Fiber to the home，即FTTH）通常被商家认为是所谓“光进铜退”时代最理想的接入技术，并被认定是网络改造的“必然趋势”，其理由是光纤的带宽几乎无限，而目前的价格却低于铜线。然而一种“最理想”的技术在面对市场需求、网络效益的考量时，其可行性可能并非现实；因为用户只对其所需的接入带宽付费，并非多多益善，而接入介质的材料价格也会远不及接入网改造的工程造价，说到底仍是市场需求和网络效益的问题。3.1 市场驱动力不足据美国FCC统计，全美互联网接入的高级业务线（双向均200kbps）中： 快速方向速率在0.22.5Mbps的市场份额：2006年底为37%，其中ADSL占65%，Cable Modem占16%；2008年6月底为44.5%（两年增约8%），其中ADSL占34%，Cable Modem占10%。 快速方向速率在2.510Mbps的市场份额：2006年底为58.3%，其中Cable Modem占73.6%，ADSL占25%；2008年6月底为48.6%（两年降约10%），其中Cable Modem占68%，ADSL占29%。 快速方向速率10Mbps的市场份额：2006年底仅为4.7%，其中1025Mbps的市场占96.8%（其中，Cable Modem占86%，光纤占13.4%，ADSL占0.6%）；2008年6月底为6.9%（两年增约2%），其中1025Mbps的市场占97%（其中，Cable Modem占77%，光纤占21%，ADSL占1.2%），而25100Mbps的市场为2.1%，100Mbps仅为0.09%。由此可见，目前美国宽带接入市场的需求93%以上是在10Mbps以下（近两年来，0.22.5Mbps的市场在增长，而2.510Mbps的市场在下降），且绝大部分被Cable Modem和ADSL所分割；即便是市场份额仅占6.9%的1025Mbps的市场，亦有77%被Cable Modem所占有。因而从近十年全美宽带接入市场的竞争统计看，光纤接入的市场驱动力尚显不足，其2008年6月底的高速业务线市场份额仅占1.8%（2006年底为1.2%），高级业务线市场份额亦只有2.7%（2006年底为1.7%），市场前景仍不容乐观。我国宽带接入用户数量的绝对值虽居世界首位，但带宽需求则远不及美、欧、日等发达国家；如果从目前低速率的ADSL占有约90%的市场份额的情况看，则光纤接入的市场驱动力更显不足，其市场前景更不容乐观。3.2 网络效益难求从美、欧、日等发达国家的宽带市场竞争情况估计，光纤接入技术的市场驱动力至少应是户均30Mbps以上的需求，才能呈显其技术/经济效益优势。然而，从目前压缩编码技术的进展看，即便是实现了包括视频业务在内的三重业务服务，其住宅用户的户均消费可能也远到不了30Mbps以上的需求。更何况对网络运营商而言，还要受到前者开发三重业务基本条件的制约。例如，在我国电信网要开发视频业务（IPTV），其许可证掌握在广播口，而广播网要开发数据业务，其国际出口掌握在电信口；而地面网要实施FTTH的改造更非易事，尽管目前已可选用G657作为入户光纤（价格稍贵于G652），但终端光纤接口仍高达千元以上，因而改造费用不低。最终可能还是FTTH网络效益的评估问题，网络效益难求的事，总还是少做为好。3.3 DOCSIS V3.0将延缓FTTH的进程3.3.1 DOCSIS V3.0的特点美国有线电视实验室（Cable Labs）于2006年8月发布了DOCSIS V3.0标准，2007年7月29日，国际电联（ITU）将其批准为ITU-T Rec.J.222交互式有线电视业务的第三代传输系统-IP Cable Modem发布；该标准是Cable Modem接入技术的又一次重大变革，它在基于第二代的DOCSIS V1.1/V2.0（ITU-T Rec.J.122）通信协议的扩展频谱、加大流量及增强功能等方面卓有贡献，使在HFC网上运营三重业务变得游刃有余。它被国际电联认定为第三代有线电视网上的高速数据传输系统（Third generation high speed data-over Cable system）技术规范。其主要特点例举如下： 扩展频谱：将下行扩展为1081002MHz，上行扩展为585MHz； 加大流量：上/下行均可采用4个以上的信道绑定，若采用4个6MHz带宽的信道绑定，则下行速率（256QAM）可达160Mbps，上行速率（64QAM）可达120Mbps；我国下行信道带宽为8MHz，则4个下行信道绑定的下行速率可高达220Mbps（256QAM）。 增强功能：可支持IPv4/v6地址的分别或同时预置，可使CM透传IPv6到其后的CPE，并提供QoS支持；可支持组播（Multicast）功能，使专用源信号（如IPTV）的IP组播流传到CPE，并提供QoS支持，以实现在HFC网上提供各种基于多媒体业务的IPv6组播及绑定组播。由上述技术特点可知，DOCSIS V3.0可根据不断增长的业务市场需求，使HFC网络的下行带宽持续扩容至5Gbps，且增加带宽的成本较低；其CMTS既可支持大量用户，满足用户的流量需求，还可对每个用户终端灵活地预置IP地址进行管理，并提供QoS保证，使网络业务能安全可靠地运营。3.3.2 DOCSIS V3.0可以支持2016年户均带宽的需求图1 美国有线电视网络平均带宽发展趋势图1是ARRIS公司最近发表的白皮书中提供的“美国有线电视网络平均带宽发展趋势”曲线。该趋势曲线是在对前25年（19822007）的宽带市场统计分析的基础上作出的，图中实线是网络平均带宽每年实际值的连线，虚线是十分逼近实线斜率做出的趋势线。它表明前25年期间，美国有线电视网络的平均带宽大致是按年增1.5倍的速度发展的，若在后10年仍按此规律的速度增长，则可预测到2016年网络的最大允许带宽约为300Mbps。由上图可知： 在拨号（dial-up）上网时代，即在19821997年的前15年间，其网络平均带宽从0.356kbps； 在Cable Modem时代（第一代DOCSIS V1.0向第二代的DOCSIS V1.1/2.0过渡期），即在19972007年的前10年间，其网络平均带宽从56kbps12Mbps； 在宽带Cable Modem时代（DOCSIS V1.1/V2.0 向DOCSIS V3.0的过渡期），即在2007年2016年的后10年间，其网络平均带宽的发展可能会作出多种预测；其一，是按年增1.5倍的前24年（19822006年）预测2006年的平均带宽为5.05Mbps，与实际值5Mbps十分接近；因而若仍按年增1.5倍的规律来预测后10年（20062016年），则2016年的网络平均带宽预测值约为288Mbps，即从2006年的5Mbps逐年按1.5倍递增至2016年的288Mbps（51.510=288Mbps）；由此得知2016年的网络平均带宽不会超过300Mbps，即仍在图中虚线的线性延伸线上。其二，是按年增低于1.5倍的估计来预测后10年的发展，图中给出的一种可能是维持不变，即到2016年的网络平均带宽仍为2006年的12Mbps；另一种可能是稍有增长，则到2016年的网络平均带宽为50Mbps。还有一种估计可能是对后发达网络的预测，即其2006年的网络平均带宽为90kbps，则按年增1.5倍的规律来预测2016年也就为3.5Mbps，这也许与我国目前仍处于ADSL时代的情况相似。其三，是按年增高于1.5倍的估计来预测后10年的发展，图中给出2016年的网络平均带宽可能是1Gbps、10Gbps或100Gbps，但这种过于乐观的估计，出现的可能性极小。显然，上述对美国有线电视网络平均带宽后十年（20062016年）发展趋势的预测中，超出前25年增长速度的可能性极小，其根本原因是如前所述的市场驱动力不足和网络效益难求；最大的可能，也许是低于年增1.5倍的速度发展（这种估计在FCC的20062008年“互联网接入的高速业务状态”报告中得以印证，见3.1节），因而DOCSIS V3.0已足以支持。3.4 欧美有线电视业界的选择仍是DOCSIS系统鉴于对前25年宽带市场需求的统计、分析及后10年（2016年）的预测，考虑到DOCSIS V3.0在网络扩容、流量控制及网络安全等方面的技术优势，相比之下，基于无源光网络（PON）的EPON/GPON方案已相形见拙，且后者的网络改造投资又高于HFC网络，因而目前欧美主要发达国家（如美国、加拿大、英国等）有线电视主要运营商的运营策略，仍是沿用DOCSIS系统，他们认为DOCSIS V3.0与PON技术相比，更具适用性。它不仅能使HFC有线电视网络提供更多的HD节目和VOD业务，还能使有线电视网的互联网接入速度按指数增长，并提供更先进的数字电话业务。例如，美国有线电视业排行前5名的Comcast、TWC、Cox、Cable Vision及Charter Communication等主要运营商都相继宣布将于2008年下半年开始试验，并于2008年底/2009年开始部署DOCSIS V3.0设备。在“2007 Cable show”上，Comcast公司的CEO Brian Robets验证了DOCSIS V3.0系统，他在不到4分钟的时间内下载了所有32卷的英国大百科全书，其速率大于150Mbps；而那次验证仅绑定了4个频道。该公司已于2008年4月在Minneapolis-st.poal布置DOCSIS V3.0系统，并计划在年底前扩展到其它市场。美国有线电视业界认为，DOCSIS V3.0已将HFC网络由宽带（broad band）提升为广带（wide band）网络，可称之谓第三次互联网革命（Third Internet Revolution），使HFC有线电视网络能以更好得多的成本-效益来提供广带业务，展示了“有线电视业的未来”。4 EPON/GPON可能是电信网改造的最佳方案随着宽带市场的竞争加剧，基于双绞线接入的电信网改造亦势在必行，因为其采用的DSL技术在面对日益增长的三重业务适应能力上仍捉襟见肘。然而，正是考虑到占网络总资产约60%的双绞线接入网的充分利用问题，使运营商在电信网的改造方案上举棋不定。例如，1993年美国AT&T公司提出HFC网络结构，就未被当时仍以话务为主的电信业所采用。而在采用基于双绞线的DSL接入技术时，尽管电话网的可入户率受限（美国FCC统计ADSL为79%，Cable Modem为96%），但仍在维持其数据业务的运营。前已述及，无论是从市场需求，还是从网络效益等方面的考虑，实现FTTH都为时尚早；尤其是对电信网而言，其三重业务中的视频业务开发亦尚需时日，且在政策上仍有行业许可的限制。因而，目前电信网采用PON结构实施FTTH的改造亦并非良策；最为稳妥的方案，可能是电信业目前正在研究、试验的基于PON结构的EPON（IEEE802.3ah）/GPON（ITUG.9843）方案，以实现FTTN结构的改造。这种EPON/GPON（FTTN）+基于双绞线的ADSL改造方案，可能至少有两大好处：其一，是EPON/GPON结构可使光节点（ONU）后移来减少双绞线接入距离，以扩展ADSL的可入户率，并提升其速率；其二，是可充分利用原双绞线接入网的使用价值，以大量减少其网络的改造投资，谋取较好的网络效益。采用2004年IEEE802.3ah标准的EPON结构，原本是基于PON结构的FTTH方案。目前被电信业用来实现FTTN的过渡方案，其最实用的结构莫过于EPON+LAN，以使基于双绞线的ADSL业务得以充分提升。由此可见，目前电信业热议中的EPON/GPON技术，可能是电信网改造的最佳方案。5 双向HFC网络改造不宜采用EPON+EoC方案5.1 网络结构差异5.1.1 EPON+LAN/HFC方案近来，国内不少地区的有线电视网络也采用了EPON结构来实施HFC网络的双向改造。由于实时电视广播业务始终仍是有线电视网络的主营业务，其传输特性要求系统的时延小（远小于0.8ms），误码率低（BER10-11），并采用FDM下行接入方式（用户可快速选择节目）等参数指标，非HFC网莫属，远非EPON结构所及，因而采用了如图2所示改造方案。图2 EPON+LAN/HFC典型结构如图2可见，该方案其实是用两个网来实现三重业务的传输的，即保留了原HFC网来传输实时电视广播业务，而另建了一个EPON+LAN网来传输双向数据业务（PC/VOIP）。前已述及这种在HFC网上叠加一个以太网的方案，对有线电视网而言，已非三重业务同网传输的概念，其弊端至少有如下三方面：其一，是新建以太网的工程难度大，建网周期长；其二，是建100%覆盖的以太网一次性投入大，但仅有小部分数据业务市场需求，网络效益差；其三，是网络结构复杂，调试难度增加且难以建立统一网管系统（基带信号和射频信号）。由此可见，该方案已非HFC网络双向改造原意，并非明智之举。5.1.2 EPON+EoC方案所谓EPON+EoC方案，其实是将图2结构中的ONU和1550nm光接收机的输出都接入到EoC（Ethernet over Coax）头端设备，经调制后的输出再经同轴电缆网分配，由EoC终端解调后接入用户。这种方案被认为是仍可利用HFC网络中同轴电缆分配网来实现双向数据业务传输的改造方案。目前，被国内厂商广为宣传的EoC技术见下表：技术名称HomePlugHomePNAMOCAWIFI基带EoC标准HomePlug AVITU-T G9954HPNA3.0MOCA1.0IEEE802.11b/gIEEE802.310BASE频段230MHz428MHz8001500MHz2.4G或1G0.525MHz调制方式OFDMFDQAMOFDMOFDM基带信号物理层速率共享200M共享320M共享270M11M/54M共享10M独享链路层速率共享100M共享160M共享130M5M/27M共享9.6M独享MAC控制CSMA/CATDMACSMA/CACSMA/CATDMACSMA/CACSMA/CA支持远端数量636363321传输距离300米600米600米300米100米网改难度无需改造无需改造需要EoC中继器需要EoC中继器仅用于集中分配拓扑，前期投入较大表中所列的基带EoC，被称之谓无源EoC，由五类线LAN网接入，如图2所示结构。其余四种均被称之谓有源EoC，即均需EoC设备调制/解调才能接入用户；其中，数据业务运行在有线电视频率低端（800MHz）的称为高频方案。在有源EoC技术中采用的标准如下： HomePlug，是2004年成立的家庭插头电力线联盟（Home Plug Powerline Alliance）提出的，旨在通过家庭电力线实现宽带电力线（Broadband Powerline-BPL）通信。由于电力线本是50Hz（或60Hz）交流供电线路，因而尽管家庭电力线分布各异，其间采用绞接方式连接，并不会影响供电；然而，要将其作为通信网络的物理底层来利用，其通信质量、传输速率、传输时延及通信频段都会受限于物理介质（铜线或铝线）的传输（损耗）特性。 Home PNA是1998年成立的家庭电话线网络联盟（Home Phoneline Networking Alliance）提出的，旨在通过家庭电话线路（双绞线）实现宽带数据通信。由于电话（POTS）的使用频段（203400Hz）甚低，因而尽管家庭电话线分布各异，接入距离不同，并不会影响通话；然而，要在电话线上实现宽带数据通信，同样会受到物理介质（双绞线）传输（损耗）标准的限制。例如，目前基于电话双绞线的ADSL技术，其使用频段设定在25kHz1.1MHz，接入距离通常应在3km内；而HomePNA技术，其使用频段设定在5.59.5MHz，则接入距离应在600m内，目前的电话网很难满足这一需求，除非已实现了EPON结构的全面改造。 MOCA，是2004年成立的同轴电缆上的多媒体联盟（Multimedia Over Coax Alliance）提出的，旨在同轴电缆网上实现多媒体数据通信，其使用频段设定在8001500MHz，频道带宽为50MHz。由于国内外有线电视系统标准规定的使用频段上限均已1000MHz，（例如我国行业标准GY/T106-1999规定下行频段为871000MHz，DOCSIS V3.0规定为871002MHz，IEEE60728则已规定为871850MHz），因而MOCA的使用频段已落入有线电视系统频谱带内，在有线电视系统使用MOCA技术反而使系统复杂化，并导致频谱资源的浪费。这种画蛇添足之举，显然不会被有线电视业界所看好。 Wi-Fi，是无线保真联盟（Wi-Fi Aalliance）提出的，旨在采用IEEE802.11b/g无线局域网（W-LAN）标准建立宽带无线接入网络，目前常见的用蓝牙技术（2.4GHz）构建的无线局域网亦属此列。由于在国际电联规划的无线频谱中，2.4GHz频段属自由频段，不受保护（1GHz频段则已落入有线电视频谱带内），因而在该频段建立无线局域网的带宽有限，覆盖半径也仅约500m，且传输覆盖亦会受当地电磁环境干扰的影响，但毕竟其仍具有无线接入的灵活、方便等特点，在国内外仍在使用。然而，将Wi-Fi作为EoC技术引入有线电视系统（降频使用），既丢掉了W-LAN灵活、方便的无线接入特点，又失去了同轴电缆的宽带接入优势，实属张冠李戴之举，其意何为？这种做法至少在国外有线电视业界尚未见及。综上所述，采用上述四种所谓的有源EoC技术作为EPON实施FTTB接入方案，用来改造HFC双向网络，尽管原有的同轴电缆分配网仍得以利用，但仍会带来网络结构复杂化的诸多弊端。例如： 在光节点（ONU）后的楼头必须设置EoC头端设备，由于其工作环境难以适从，使网络的安全性、可靠性会有所降低，且这种改造的工程成本亦不可低估； 有源EoC技术大多采用了OFDM调制方式，这是为克服其传输环境（电力线、电话线、无线）造成的多径干扰而选用的，将其用于同轴电缆系统，传输效率远不如QAM调制方式；由表可见，这四种有源EoC的传输效率大致在50%，而DOCSIS系统约为80%。 将基于电力线的Home Plug通信协议和基于双绞线的Home PNA通信协议嫁接到有线电视的同轴电缆分配网上，尽管其传输特性会比电线或电话线有所改善，但同轴电缆分配网的频谱特性仍未得到充分利用，即便是被认为较为“紧张”的565MHz上行频谱中，亦只利用了干扰较多的30MHz以下频段来进行双向数据通信，传输速率不高，频谱资源浪费，无异于大马拉小车。显然，这两种原本是电力业和电信业基于其固有网络资源开发利用的技术，嫁接到有线电视网上，远非HFC网络改造良策，只能是一种网络结构上的拼凑之举。 最令人担忧的莫过于有源EOC的技术标准尚不统一，各行其事、互不兼容；且从现行的各种企业标准看，其MAC层协议仍都没有动态QoS的控制能力，其通信质量和网络可靠性得不到保证。5.2 市场竞争乏力在参与宽带市场竞争的诸多技术中，上述所谓的EoC技术分别被美国FCC纳入如下类型统计： 无源EoC和Home PNA技术，属于传统的有线（Traditional Wireline）技术类，其2008年6月底全美的用户为665,110户（线），仅占全美高速线路总数132,813,984户（线）的0.5%； HomePlug技术，属于电力线和其它（Power Line and Other）技术类，其2008年6月底的全美用户为5,197户（线），仅占全美高速线路总数的0.0039%； Wi-Fi技术，属固定无线（Fired wireless）技术类，它包括了260GHz频谱中所有的固定无线宽带接入技术（WiFi只是其中之一），其2008年6月底全美用户为808,375户（线），仅占全美高速线路的0.6%，WiFi仅为其中一部分，因而所占市场份额更少。由美国FCC 2008年6月底全美互联网高速线路市场统计表明，在宽带市场竞争的诸多技术中，目前的主流技术仍是基于HFC网络的Cable Modem技术和基于电信网的ADSL技术，而上述被引入到国内的5种所谓EoC技术，均属于非主流技术，在全美高速线路市场中所占份额甚微，可见其市场竞争乏力。6 基于HFC网络的Cable Modem技术优势6.1 DOCSIS/HFC网络结构优势HFC网络在DOCSIS V3.0标准中定义为：“在前端和光节点之间使用光纤干线（光分配），而光节点到用户处使用同轴电缆分配的宽带双向结构的媒介传输系统。”其中的“光节点，是指在HFC网中光纤干线与同轴电缆之间的接口点；用户端，则是指通过网络提供服务的接入网络的个人、组织或通信系统。”据此定义，标准还规定了HFC网络上/下行射频信道的传输特性参数，形成了一个完整的HFC网络概念。6.1.1 典型结构图3所示为基于HFC网络的DOCSIS系统典型结构。图3 DOCSIS/HFC典型结构在图3中： 广域网（或干线网）可根据城市规模大小选用环-星型结构或多星型结构，按多中心布局（总前端+多个分前端、主中心+多个分中心），其间用光系统链接。 设在分中心（或分前端）的CMTS，与光节点之间的光纤支干线，采用上/下行光纤空间分割的光链路，下行为1550nm光链路，上行为1310nm光链路；光纤支干线距离在20km内，均无须中继。 从光节点到用户端CM，采用树型同轴电缆分配系统接入，其双向传输按频谱分割方式实现，上行为565MHz，下行为871000MHz；若光节点按FTTB布局，则可选用多端口，高电平输出的光接收机（例如24输出端口、103dBV）直接进入同轴电缆分配系统，无须楼头放大器以构成无源分配接入。6.1.2 结构优势相较图3和图2结构，及前述各种所谓有源EoC方案，图3结构的主要优势如下： 结构简单，实用，可靠性高；按光节点所带用户约500户估算，HFC网络的可用性约在99.99%以上。 上/下行光路采用空间分割方式，有利于提高信号的传输质量、降低传输损耗，在光缆成本越趋下降的情况下，还有利于网络资源的储备和今后的扩容；这种方式尤其适用于大容量、小时延的实时电视广播业务。 树型结构的同轴电缆分配系统，有利于用户接入和工程施工；按频谱分割方式构成非对称的双向传输系统，不会影响其对网络业务的适应性。就三重业务的传输容量而言，大容量的电视和数据业务都是非对称的，下行容量大、上行容量小；只有话音（VoIP）业务是要求对称传输的，但其传输容量甚小，也就在十几几十kbps量值，不会成为分配网的传输负担。相比之下，若采用对称结构的分配网来传输三重业务，则其传输业务的带宽成本将会增加，为VoIP传输业务付出的代价太大，因而此类改造方案，其实是得不偿失之举。由此可见，DOCSIS/HFC网络结构应是目前实现三重业务同网传输的最佳模式，尤其是其充裕的下行带宽和极低的带宽成本，远比其它网络要好，因而在宽带业务市场中极具竞争力。6.2 DOCSIS标准支持6.2.1 专为有线电视业研制的系列标准美国Cable Labs在19982007年间相继发布的DOCSIS V1.0/V1.1/V2.0/V3.0及其射频信道适用欧洲（PAL）制式的Euro DOCSIS V1.1/V2.0/V3.0（两者的通信协议一致），是专门为有线电视业开发HFC网络业务而研制的系列标准。如果说1998年发布的DOCSIS V1.0是基于1995年底以后陆续发表MCNS（多媒体有线电视网络系统）的8个文件的总承，其目的是为了在HFC网上实现模拟电视与数据业务的同网传输；则在19992002年间不断修订、发布的升级版本DOCSIS V1.1中，其通信协议已相当完善，使HFC网络能适应三重业务的同时传输。例如，建立了上/下行带宽的动态QoS机制，来确保三重业务的QoS支持；建立了CMTS可控的上行数据包分段、级联机制，来提高CM的上行传输能力；采用了有效负载包头抑制技术，来提高上/下行带宽的利用率。因而，DOCSIS V1.1系统不仅具有极高的传输效率（80%）和传输质量，还可以支持VoIP等对时延敏感的多种业务应用。同期发布的Open Cable（用于建立多业务商用平台的接口规范）、Packet Cable（用于建立IP电话、视频会议、交互式游戏等多媒体业务应用平台的接口规范）、Cable Home（用于管理家庭网络的接口规范）等三个应用层面上的技术规范，都是基于DOCSIS V1.1规范的衍生和扩展。我国行业标准GY/T 200.1/2-2004HFC网络数据传输系统技术规范就是参照Euro DOCSIS V1.1制定的。2001年底发布的DOCSIS V2.0，是DOCSIS V1.1的功能性扩展，它在QPSK/16QAM上行的基础上增加了S-CDMA（同步码分多址）接入方式，使上行信号能在更低C/N的上行信道上传输，以扩展上行信道的回传容量，提高上行通道的频谱利用率。2006年8月发布的DOCSIS V3.0，前已述及，应认为是基于DOCSIS V1.1/V2.0的重大技术变革，其最大的贡献是极大地扩展了HFC网络的传输容量，使其能在今后较长时期内（例如2016年内）完全适应三重业务的高质量传输要求。DOCSIS系列标准的技术优势，还在于其升级标准的后向兼容性，例如，DOCSIS V3.0兼容DOCSIS V2.0，DOCSIS V2.0兼容V1.1；意即新版本的头端设备（CMTS），应能兼容与旧版本的终端设备（CM）的互操作性，并维持其旧版本的系统性能。这种系统标准的后向兼容性，使系统标准升级后不会影响原来用户在原来业务上的运营，从而使老客户不致丢失，新客户得以发展，建立了可持续发展的运营机制。DOCSIS系列标准在国外还广泛应用于固定接入的宽带无线（BWA）网上（如MMDS、LMDS等），以实现宽带无线网三重业务的开发。6.2.2 HFC网络作为DOCSIS协议栈的物理底层进行规范DOCSIS标准的不断升级，其实是其通信协议面对市场需求不断完善的过程，而HFC网络始终作为通信协议栈的物理底层来规范，对网络的上/下行通道传输特性：诸如上/下行通道的频率范围，传输信道带宽，带内载噪比（C/N）及载干比（C/I）、带内频响及带外抑制、电平斜率及接口电平等射频特性参数均有明确的指标规定，这为HFC网络的建设和改造提供了必不可少的依据，只要满足这些规定，就能支持DOCSIS系列标准通信协议的运行，使DOCSIS的开放性、先进性得以充分施展。实践表明，也正是由于DOCSIS协议规范的支持，才使HFC网络的结构不断优化，网络的传输功能不断增强、传输容量逐步扩展，传输质量得以提高而带宽成本得以下降。由此可见，HFC网络与DOCSIS标准的相互依从性极高，两者相辅相成，表征为通信协议的统一性；因而在有线电视网络改造过程中，任何一种将两者割裂的做法，都将有损于网络效益。例如，国内有些地区，舍弃DOCSIS而将前述其它行业的所谓有源EoC技术引入HFC网络的做法，必将使HFC网络的价值大跌；而国外有些厂商试图将DOCSIS通信协议引入EPON系统，以期使OLT/ONU具有CMTS/CM相同的协议功能和传输特性的做法（DOCSIS over EPON），可能也是费力不讨好之举，电信业可能不会偿识，有线电视业也不一定讨好。在DOCSIS协议栈中，鉴于不同业务会聚（Convergence）下行的需要，专门在物理层为下行传输设置了一个会聚子层，将其插入到下行物理媒介依从（PMD）子层和链路层的MAC子层之间，用来为附加业务的下行传输提供机会。由于DOCSIS下行的数据流采用了与DVB-C数字电视一样的MPEG-2包结构，因而下行附加业务中当然可以包括MPEG-2视频流，使其在MAC子层控制下复用传输。然而，在模拟向数字电视体制过渡期间，通常是将模拟电视节目和数字电视节目（MPEG-2 TS）一起与CMTS下行数据流经混合器合成后同纤下行的；这样，下行的模拟/数字电视节目与CMTS数据流各行其道，互不干扰，并使CMTS的下行传输容量得以充分利用。即使是到模拟电视终止之日，数字电视节目与CMTS数据流混合下行的方式，仍将不失为一种降低带宽成本的办法；只有当低成本的DOCSIS V3.0 CMTS得以普及之时，则又当别论。6.3 HFC网络的上行噪声6.3.1 HFC网络的上行噪声早有定论 在HFC网上建立双向数据传输系统，关键是增建一个回传通道，因而在一些国际标准的早期版本中，对HFC网络上行噪声的成因及上行通道的利用问题均已有研究分析。例如，在ITU-T J.112的附件B（即DOCSIS V1.0）中的附录F和IEC 60728-10等标准中均可见及。正是在对双向HFC网络上行噪声成因研究分析的基础上，在标准中才规定了HFC网络上/下行RF信道的传输特性参数，只要网络的升级改造满足这些规定，就能按标准中的通信协议建立双向数据传输系统。 从标准规定的上/下行RF信道传输特性看：下行RF信道的传输特性参数与原来模拟电视下行的要求基本一致，即能满足模拟电视下行传输质量的HFC网络，也应能满足64/256QAM数据信号的下行；且在信号电平等参数的规定上仍采用了模拟制式，以方便于模拟向数字制式过渡阶段，模拟电视与数字信号共存于同一HFC网下行传输时的测量。换言之，双向HFC网络的升级改造对建立下行通道的工作量不大。上行RF信道的传输，一般规定为16QAM/QPSK调制、TDMA接入的突发传输（或A-TDMA的32/64QAM），因而对上行RF信道的传输特性参数要求并不高，例如对C/N、C/I比的规定均仅为22dB；亦即，在HFC网上增建回传通道的难度也不大。 从DOCSIS标准不断升级的版本看，其对HFC网上/下行RF信道传输特性参数的规定始终未有变动，即双向HFC网络的回传通道一经建成，就能满足尔后升级版本的传输要求，因而在DOCSIS V1.1/V2.0/V3.0等升级版本中也就不再对上行噪声成因作分析。6.3.2 HFC网络的上行信道噪声早有分析（1）上行信道噪声的来源分析及其解决按照DOCSIS和IEC 60728-10两个标准对上行信道噪声成因的分析，HFC网络上行信道的噪声主要来源为：同轴电缆分配系统的热噪声、光链路噪声及外部入侵噪声。同轴电缆分配系统的热噪声理论分析和实测表明：同轴电缆分配系统的热噪声包括系统中无源器件和有源器件产生的噪声。 同轴电缆分配系统中由无源器件产生的基带热噪声功率（KTBn），其值对上行C/N的影响不大（Cable Modem的16QAM输出电平为68115dBV），可以忽略（见下表）。注：式中，K为波尔兹曼常数，K=1.3810-23；T为绝对温度，常温20C时，T=293K；Bn为噪声带宽。DOCSIS上行信道的基带噪声电平上行信道带宽（MHz）0.20.40.81.63.2基带热噪声功率（dBV）-12.18-8.41-6.16-3.14-0.13 同轴电缆分配系统中有源器件（如放大器）产生的噪声，通常以其噪声系数NF来表征，一般在35dB量级。在光节点后移的情况下，上行完全可以少用或不用放大器，以减少或免除此类噪声的影响；尤其在上行频段，由于同轴电缆的衰减很小，在几乎直通的情况下，主要应考虑光节点多端口回传信号电平混合后导致其输出C/N的下降，因而应以回传激光器给出的C/N为准。光链路噪声光链路噪声是指从RF回传信号加到光节点的上行激光器上形成幅度调制的光信号，经光纤传送到分前端的光接收机被接收的整个光链路的噪声，因而它包括上行激光器的相关强度噪声（RIN）、光纤噪声及分前端的光接收机噪声等，其值对上行信道的C/N贡献最大，必须计及。 上行激光器噪声（RIN）激光器的相关强度噪声（RIN）是由激光腔内的不稳定性引起的，因而是激光器内在的固有特性；又由于其强度在光纤传输中是与信号同步衰减的，因而其值引起的C/N几乎与光纤长度无关，属于光链路噪声中的基本噪声源，一般可按上行激光器输出的C/N参数计及。例如，一般双平台光工作站的1310nm反向激光器，在5200MHz，RF输入8090dBV时，其输出约0. 5mW，C/N43dB（Euro DOCSIS规定上行信道C/N为22dB）。 光纤噪声光纤噪声通常应计及光信号在光纤中传输所引起的干涉强度噪声（IIN）、模式分割噪声（MPN）及杂散幅射等噪声源。其中，IIN是光在光纤中的二次反射引起的，MPN是光在光纤中的色散作用引起的，而杂散则是光纤中的二次反射与激光器从光纤的一次反射（向后散射）产生的短持续模相混合而产生的。由于HFC网络的回传光链路距离不长（数公里），几乎无一例外地采用零色散的1310nm光系统、分布反馈式（DFB）上行激光器，因而由色散引起的MPN可忽略，而IIN和杂散辐射对DFB激光器的影响亦较小；亦即，在1310nm上行光链路中，光纤噪声对上行C/N的贡献不大。 光接收机噪声分前端的光接收机噪声应计及光接收机中光检波器的散弹噪声和RF放大器的热噪声，两者均与到达光接收机的RF功率相关，RF功率越大，散弹噪声和热噪声对C/N的影响越小，因而光接收机噪声与光链路的长度相关，其值对C/N的贡献几乎与链路长度成线性关系。例如，若散弹噪声成为主要贡献时，每增加1dB光纤损耗，C/N就会下降1dB；若热噪声占支配地位时，每增加1dB光纤损耗，C/N则会下降2dB。通常，在选用的光接收机性能参数中，都会列出C/N随光输入功率下降而降低的值。典型的情况下，47750MHz的12901530nm光接收模块，在保持光链路CSO63dB、CTB65dB时，其光输入功率从0-7dBm按1dB间隔递减，则其C/N将从5548dB按1dB间隔成线性下降。而对于回传光接收机（565MHz的12901570nm光接收模块），在CSO、CTB均60dB，C/N51dB。 削波失真削波失真是由于上行激光器的输入电平过载而引起的，其结果是使上行激光器的输出特性劣化，C/N降低，CSO、CTB恶化。削波失真是上行光链路噪声中危害最大的因素，完全是由于上行通道电平的调试不当所致，因而应予避免。例如，切勿将CM设定在高电平输出状态来谋取较高的C/N，其结果很可能导致激光器的削波失真，使整个上行通道崩溃。外部入侵噪声外部入侵噪声是指同轴电缆分配系统所受到的外部电磁干扰噪声，通常可分为窄带干扰和脉冲干扰两类。 窄带干扰窄带干扰是指在上行频段内，已先于指配给各种无线电业务的频率对上行信道所形成的干扰。例如，在30MHz频段内的诸多大功率AM短波广播、业余无线电、民用波段及其它各种通信业务等所形成的干扰。由此可知，窄带干扰的干扰频率和干扰场强会因地区而异，其对当地电缆分配系统造成的干扰情况，应取决于对当地电磁环境的测量。减少或排除本地窄带干扰的办法，只能是在使用上行频段时“避开”经实际测定的干扰频率，以确保上行信道的正常运行。虽然这种办法会降低上行频谱的利用率，但却是必要的。另外，图像中频和FM中频亦属窄带干扰频率，应予“避开”。 脉冲干扰脉冲干扰是指在用户端周围的工业电器和家用电器所形成的干扰。例如，室外电焊、马达等工业电器设备产生的电火花干扰，室内荧光灯、电吹风、抽风机、电视机等家用电器产生的脉冲干扰。这些脉冲干扰的频谱较宽，但大多是在15MHz频带以下，其对上行信道的干扰情况亦会因地而异，应以实测为准。减少脉冲干扰的办法，通常是采取加强电缆系统“屏蔽”的办法，即在工程中对同轴电缆、接头的选材及施工上应予重视。一般而言，双屏蔽同轴电缆、F型接头的屏蔽特性已可满足要求，关键在于施工质量。还有一种也是“避开”的办法，即在能满足业务需求的情况下，将有脉冲干扰的频带弃之不用；例如，IEC 60728-10标准建议将上行信道优先在15MHz65MHz频段，而Euro DOCSIS标准则建议将上行信道优先安排在2565MHz频段。这种舍弃脉冲干扰频带的做法，其实是一种既有效又经济实惠的方法。（2）上行信道传输特性参数在对HFC网络上行信道噪声成因的理论分析和实际测量的基础上，根据上行突发数据传输的要求，现行国际标准都对上行RF信道传输特性参数作出了规定，详见下表。亦即，HFC网络上行通道的构筑，只要能满足表中规定的参数要求，就能按通信协议实现多种信道带宽，多种调制方式及多种数据速率的上行突发传输，其BER能优于10-8。上行RF信道传输特性参数比较参 数规 定 值DOC