一、概述
HFC（Hybrid Fiber Coaxial）网是指光纤同轴电缆混合网，采用光纤到服务区，而在进入用户的"最后1公里"采用同轴电缆。 HFC网络相较于百余年历史的电信网和三十余年历史的以太网，仍可谓是一种新型的网络结构。
有线电视网络就是一个最典型的HFC网，它比较合理有效地利用了当前的先进成熟技术，提供较高质量和较多频道的传统模拟广播电视节目。但由于是针对模拟电视节目的广播传输，传统的HFC网络并不具备上行回传通道，为满足开展数字电视点播和高带宽宽带接入等业务的需求，就必须对原有的网络进行双向化改造。
全国有线电视网络用户已达1亿多户，存在着大量的HFC网络资源，如何有效地利用现有网络，保护原有投资，避免重新敷设光缆来进行有线电视网络的双向改造是摆在广电网络运营商面前的一个重要课题。
本文结合润欣通信的BanianTech GEPON+系统，探讨如何将EPON这种基于以太网的无源光网络技术应用到有线电视网络中，以最低的代价实现传统HFC网络的双向改造，尤其是数字电视的双向点播及IPTV业务。
二、EPON与HFC的网络结构比较
润欣通信技术（上海）有限公司长期专注于EPON技术的研究，其开发的GEPON+系统完全遵从IEEE组织于2004年6月发布的802.3ah EPON标准和中国信息产业部即将发布的基于以太网方式的无源光网络技术要求。通过采用拥有完全自主知识产权的核心芯片（EPON MAC），GEPON+系统不仅完美地实现了各种以太网业务，而且还可支持传统话音业务、2M数据专线业务等基于电路交换的业务，为拓展现有的HFC网络的适用范围创造了条件。GEPON+系统采用点到多点的用户网络拓扑结构，可以实现一个光纤平台上接入数据、语音和视频等全业务。其系统结构如图1所示。
图1 EPON系统的网络结构
图2 HFC网络的典型构造
而基于CATV发展起来的HFC网络已经引入无源分光技术，其典型构造如图2所示。与EPON技术结合，可以快捷地实现网络双向改造，并可以为用户提供更大带宽，甚至向FTTH平滑过渡。
以上分析可见，EPON网络的物理构造与HFC网络的体系结构没有差异，网络的结构都是点对多点的传输方式，即星型或多级星型的构造。这样GEPON+系统很容易采用WDM技术叠加在HFC网络上，从而实现双向传输，如图3所示。从局端OLT到ONU的EPON下行信号同CATV的RF信号一样为广播方式发送，数据占用的是1490nm波长，RF可选用1550nm波长。从ONU到OLT的EPON上行信号，采用时分复用（TDMA）技术，占用1310nm波长。
图3 GEPON Overlay HFC的构造
在采用BanianTech GEPON＋产品对HFC网络实现双向网改造时，只需从现有CATV网络光节点出发，扇出点对多点光纤到楼，也可进一步将光纤延伸到用户家，以完成FTTH的"全光"接入，实现真正意义上的"三网合一"。在工程上，可在较短时间内就完成2个网络的叠加，进行高速数据和RF TV双向传输的平稳扩展，从而实现FTTC、FTTB甚至于FTTH的宽带接入。较之其它方式，比如Cable Modem或P2P方式，EPON技术更便于网络改造，后期维护也更为方便。
综上所述，在有线电视网络中使用EPON技术，较之于其它业务网络，最没有体系结构的差异，具有天然的优势，建设成本会最低，从而令HFC网络成为最具有竞争能力和广阔发展前景的宽带业务接入网。
三、EPON对TDM业务的支撑
视频电视的广播是HFC网络的主要业务，在利用1550nm传输技术提供TV的广播业务的同时，EPON＋HFC网络构造还能支持和提供PSTN和VoIP的语音业务、IPTV视频业务以及高速数据等增值业务。
利用网关接入到PSTN交换机，提供VoIP业务。
GEPON丰富的带宽资源足以支撑VoIP等数据业务。首先在OLT端通过VoIP网关以软交换技术直接实现与PSTN的互通；在ONU用户端有两种方式实现语音话务：
1）是直接使用IP电话，接口为RJ45。
2）是IAD的结构。利用IAD与普通的模拟电话相连接，再通过VoIP的模式提供语音传输的业务。
利用润欣GEPON+系统的成帧和带宽预留技术直接实现E1/PSTN业务。
然而，POTS电话或传统的电话业务，和被商业用户所普遍接受的与数字专线（E1）业务，通常因其对传输时延和抖动，以及丢报率的高要求，而很难用分组网络来承载。润欣的GEPON+系统利用其成帧和带宽预留技术，可以完美地在分组网络中提供电信级的传统话音业务和数字专线业务，从而兼顾接入网中复杂的业务需求。
图4 TDM业务工作原理
成帧和带宽预留技术及其工作原理如图4所示。GEPON+系统对TDM电路业务流或者抽样话音信号进行成帧处理，其中包括信道化的N*64kbit/s通道和非信道化的E1通道，首先在通过帧格式确定其在GEPON+系统中的优先级，并保证后续得到正确的处理。这些报文占用固定的传输时隙，通过固定保留的带宽传送到对端。对端把接收到的分组包通过一个抖动缓存器进行平滑处理，然后提取出TDM电路业务或者话音抽样信号放回到TDM电路上。
需要特别指出的是，如同电信运营商及其网络希望借助IPTV技术开展视频图像业务，从而实现三网融合一样，成帧和带宽预留技术也能够帮助有线电视网络实现电信级的话音业务。
润公司在镇江恒美嘉园小区与电信运营商合作成功地开通PSTN话音业务，并成功实现光纤到户的“三网合一”接入，这是迄今为止全国最大的EPON商用项目。实践表明这种新兴的技术可以在分组网络中提供电信级的话音业务从而完整地支持三重业务。
四、GEPON+系统中ONU设备楼道内供电问题的解决
图5 楼道供电解决方案
有线电视网络中设备供电可采用集中供电(60V)或本地供电(220V)两种方式。为了解决楼道内供电问题，可以通过同轴电缆对润欣的EPON设备进行集中供电。光节点的干线放大器将CATV的射频信号和60V的电源一同传送到楼道中，通过分离器将60V电源和CATV信号分开。将分离出的60V电源对润欣GEPON+系统的ONU设备进行集中式供电，ONU设备可提供16个100M以太网接口和16个PSTN电话接口。最后将GEPON+系统的以太网信号和CATV射频信号在Ethernet over Coax设备中进行混合，通过同轴电缆进入用户家中。具体系统结构图如图5所示。
针对有线电视网络，对楼道中的设备进行集中供电的方式，有如下几个优点：1、解决了楼道内的供电问题；2、避免楼道内的供电计费问题；3、避免了220V电源的不安全性，方便网络建设和维护；4、防止雷击直接窜入而导致电源电压的不稳。
五、GEPON技术与Ethernet over Coax技术结合的应用
采用Ethernet Over Coax技术可以将CATV信号和数据信号混频传输，避免楼道内的线路改造，完成HFC网络的双向化。Ethernet over Coax（EoC）就是一种通过无源设备在同轴电缆中传输以太网信号的技术。
图6 Ethernet over Coax的原理和构造
Ethernet over Coax把有线电视信号的下行传输和IP数据双向传输有机地结合在一起，用同一根电缆送入用户，既有大容量清晰的图像，又有双向独享的宽带数据接入，其工作原理如图6所示。对同一根铜轴电缆通过频率分割，在10－25MHZ带宽内直接传送10Base-T的基带以太网信号，50－860MHz仍然传送RF TV信号。
通过GEPON+系统将以太网信号和PSTN电话信号接入楼道，GEPON+系统的MSTB设备拥有16个快速以太口和16个电话口，可以对整个楼宇的用户进行宽带和电话业务的覆盖。将MSTB输出的各个以太网信号和CATV的RF信号在无源的EOC设备中进行一一对应地混合，然后通过一根有线电视同轴电缆对每家每户进行宽带业务和CATV业务的接入。到了用户端，也是通过一个无源设备将以太网信号和RF信号分开，用户只需简单地把PC机接到墙上分线盒的RJ45插座就可以实现Internet宽带接入了，不需要电缆调制解调器(Cable Modem)或者其它有源设备。
与其它宽带接入技术比较，GEPON+系统结合Ethernet over Coax技术具有如下优势：
● 迎合HFC网络的拓扑结构。
无需对网络拓扑进行改造，节省干线光纤资源，充分利用HFC网络的光纤和同轴线缆资源。
● 维护简单，可靠性高。
局端机房和用户端之间只有无源光分配网（ODN），用户接入也是无源设备，减少了有源环节，并有统一的网管对系统进行维护。
● 成本低，安装方便，不需要调试。
在用户端不需要modem，用户可以自行安装。用户不再需要通过低频段反向通路接入核心网络，减少了侵入噪声带来故障等一系列相关问题。
● 独享10Mbps带宽，能实现100Mbps到楼，10Mbps到家
足够的带宽保证，可以充分地利用网络资源，给用户提供各种各样的增值服务。
六、结束语
由于没有体系结构上的差异，基于EPON技术的FTTX模式实质上最适合在HFC网络上运用，是HFC网络双向改造的最佳方案。BanianTech EPON+系统更能同时提供电信级的TDM业务，拓展了HFC网络的目标市场。