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双向有线电视网络接入网现状与趋势(六):在下行方向部署数字光纤调制传输系统的探讨

在过去的几年时间中,下述三大方面的相关技术演进使得在双向有线电视网络下行方向部署数字光纤调制传输系统具备一定的可行性:
 
(1)边缘QAM调制器技术的演进——从最开始的单个调制器发展到集成少数几个调制器,再发展到如今,可支持32个、64个甚至更多个调制器的集成;
 
(2)融合型有线电视网络接入平台CCAP的快速成熟——将DOCSIS平台以及边缘视频QAM调制器融合到一个统一的平台之中;
 
(3)有线广播电视系统的模拟/数字制式转换——目前已实现大部分电视节目的数字化传输转换,小部分有线广播电视网络已经完全实现了数字化转换/改造。
 
在上述的演进趋势之下,显而易见的是,就可以不再部署RF(射频)混合器网络,而是部署数字化的接入网传输平台(比如CCAP)。
 
这种发生于双向有线电视网络边缘前端的数字化技术演进,使得双向有线电视网络下行方向部署数字调制光纤传输系统可以采取多种技术手段。
 
本质上而言,双向有线电视网络下行方向部署数字调制光纤传输系统所需的关键网络组建如图1所示。
 
双向有线电视网络下行数字调制光纤传输系统的总体架构
资料来源:编译自参考文献[1] Figure 4(原文第7页)。
 
图1中所示的组网架构主要包括以下的三大方面:
 
(1)前端核心设备——比如CCAP平台,其中的高密度边缘QAM设备的调制器端口需能覆盖到整个底层频谱范畴;
 
(2)双向有线电视网络数字化光节点应当集成此前通常部署于边缘QAM调制器或者CCAP平台的相关功能模块,以产生RF(射频)信号;
 
(3)前端与数字化光节点之间的信号传输网络应当由诸如以太网链路等的数字化接口组成。
 
于是,就具有多种把现有下行模拟调制传输系统转换为数字调制光纤传输系统的可行技术手段,目前而言,这些技术手段主要可以分成如比表1所示的五大类(其中的第一类解决方案仍在前端设备中采取射频方式):
 
1
 
技术手段
相关的实现方式
解决方案一:在前段/分前端仍然保留RF(射频)输出。
特点①:不用对前端设备进行更换部署;
特点②:前端所输出的RF(射频)信号先进行数字化转换,再进行数字化传输,然后在远端光节点之中进行模拟转换。
解决方案二:将前端的DAC(模/数转换器)功能下移部署到远端的光节点之中。
特点①:前端不再执行射频信号的模/数转换功能;
特点②:数字化的采样信号被以数字化的方式传输到远端的光节点,再由DAC(模/数转换器)产生射频信号。
解决方案三:对物理层PHY功能进行部分分解,将低端部分功能下移部署到远端的光节点之中。
特点①:高层部分物理层PHY的功能部署于前端,而另一部分物理层PHY的功能则部署于远端光节点;
特点②:物理层PHY高层功能与底层功能之间的数字化比特流传输发生于前端以及数字化光节点之间。
解决方案四:把整个物理层PHY的功能下移部署到远端的光节点之中。
特点①:物理层PHY调制的全部功能均被转移部署到远端的数字化光节点之中;
特点②:MAC(媒介接入控制子层)功能仍被部署于前端,MAC帧从前端经由数字化传输系统传输到部署于远端光节点之中的调制器输入端口。
解决方案五:把整个物理层PHY功能以及整个MAC(媒介接入控制子层)功能均下移部署到远端的光节点之中
特点①:物理层PHY功能以及MAC(媒介接入控制子层)功能均从前端转移部署到远端的数字化光节点之中;
特点②:IP(互联网协议)帧从前端经由数字化传输系统传输到部署于远端光节点之中的调制器输入端口。
资料来源:编译自参考文献[1] Table 2(原文第7页)。
 
 
在表1中所示的五种双向有线电视网络下行数字光纤调制传输系统解决方案中,各自有着一定的优点与劣势,本节将对其进行重点分析。
 
1)解决方案一的优点与劣势分析
 
如图2所示,解决方案一即“在前段/分前端仍然保留RF(射频)输出”。
 
解决方案一的双向有线电视网络下行信道组网架构
资料来源:编译自参考文献[1] Figure 5(原文第8页)。
 
其具有如下的五大主要特点:
 
(1)在理念上与双向有线电视网络上行数字光纤调制传输系统的相类似。先对前端核心设备的RF(射频输出)进行数字化处理,然后经由下行网络传输至远端光节点,再于其中将接收到的数字信号转换成模拟射频信号;
 
(2)相关架构仍然保持了HFC(光纤电缆/同轴电缆混合型)网络的透明性;
 
(3)该架构之中,光纤链路上的传输速率是最高的——单纤的传输容量可高达10 Gbit/s。但是,多个远端光节点无法有效地利用好这么高的传输容量。
 
(4)该解决方案之中,需要在前端进行模拟/数字信号转换,还需要在远端光节点进行数字/模拟信号转换,在一前一后的这两次转换之中,MER(调制误差比)会有较大的损耗。因此,在五种解决方案之中,该方案所能起到的下行信道性能提升作用是最小的;
 
(5)在五种解决方案之中,该方案中的远端光节点的智能化程度是最低的,额外的转换过程均被集中于前端核心设备之中。
 
2)解决方案二的优点与劣势分析
 
如图3所示,解决方案一即“将前端的DAC(模/数转换器)功能下移部署到远端的光节点之中”。
 
解决方案二的双向有线电视网络下行信道组网架构
资料来源:编译自参考文献[1] Figure 6(原文第8页)。
 
其具有如下的三大主要特点:
 
(1)需要对模/数转换器功能与调制器功能进行分离处理;
 
(2)与上述的解决方案一一样,解决方案二的组网架构之中,远端光节点的智能化程度也很低;
 
(3)也能提供与解决方案一中下行传输网络相同的传输容量——10 Gbit/s。但是,多个远端光节点无法有效地利用好这么高的传输容量。
 
3)解决方案三的优点与劣势分析
 
如图4所示,解决方案三即“对物理层PHY功能进行部分分解,将低端部分功能下移部署到远端的光节点之中”。
 
解决方案三的双向有线电视网络下行信道组网架构
资料来源:编译自参考文献[1] Figure 7(原文第8页)。
 
其具有如下的五大主要特点:
 
(1)需要对物理层PHY功能进行分离处理:上层PHY功能以及下层PHY功能;
 
(2)相比于解决方案一以及解决方案二,采用该解决方案的双向有线电视网络下行信道组网架构之中,远端光节点的智能化程度要更高一些;
 
(3)相比于解决方案一以及解决方案二,采用该解决方案的双向有线电视网络的下行信道的传输容量要低于10 Gbit/s。但是,相关的数值仍然很高;
 
(4)该解决方案之中,需要在前端端口以及远端光节点之间建立专用的P2P(Point-to-Point,点到点)传输通道,以传输QAM(正交调幅)调制的I维度采样信号以及Q维度采样信号;
 
(5)如果要在双向有线电视网络下行信道的组网之中采用这种解决方案,那么,就要定义此前各代DOCSIS技术系统之中所从未定义过的全新网络接口,从而就需要对截至目前已有的以及/或者正规划使用的相关芯片设计进行修改,于是,这种解决方案的实施成本是最高的。
 
4)解决方案四的优点与劣势分析
 
如图5所示,解决方案四即“把整个物理层PHY的功能下移部署到远端的光节点之中”。
 
解决方案四的双向有线电视网络下行信道组网架构
资料来源:编译自参考文献[1] Figure 8(原文第8页)。
 
其具有如下的五大主要特点:
 
(1)相比于解决方案一、解决方案二以及解决方案三,采用该解决方案的双向有线电视网络下行信道组网架构之中,远端光节点的智能化程度要更高一些;
 
(2)相比于解决方案一、解决方案二以及解决方案三,采用该解决方案所能获得的双向有线电视网络的下行信道的传输容量是最低的。而且,多个远端光节点可以有效地利用好其中的传输容量;
 
(3)采取该解决方案的双向有线电视网络的下行信道之中,可以在前端端口以及远端光节点之间建立面向数据分组/包的传输通道,从而就可以获得巨大的性能效益,下文中的相关部分将对此进行详细探讨;
 
(4)该解决方案之中,可以继续沿用截至目前已有的以及/或者正规划使用的相关芯片。从而,该解决方案是全部五大类解决方案之中,是最易于工程实施的,而且其工程部署进度也将是最快的;
 
(5)在所有五大类解决方案之中,该解决方案能够提供最大程度的MER(调制误差比)性能提升效益。
 
5)解决方案五的优点与劣势分析
 
如图6所示,解决方案五即“把整个物理层PHY功能以及整个MAC(媒介接入控制子层)功能均下移部署到远端的光节点之中”。
 
解决方案五的双向有线电视网络下行信道组网架构
资料来源:编译自参考文献[1] Figure 9(原文第9页)。
 
其具有如下的四大主要特点:
 
(1)相比于解决方案一、解决方案二、解决方案三以及解决方案四,采用该解决方案的双向有线电视网络下行信道组网架构之中,远端光节点的智能化程度是最高的;
 
(2)相比于解决方案一、解决方案二、解决方案三以及解决方案四,采用该解决方案所能获得的双向有线电视网络的下行信道的传输容量与其实际传输的数据速率相当——但是,辅助网络数据则除外;
 
(3)与上述解决方案4相同的是,采取该解决方案的双向有线电视网络的下行信道之中,可以在前端端口以及远端光节点之间建立面向数据分组/包的传输通道,从而就可以获得巨大的性能效益,下文中的相关部分将对此进行详细探讨;
 
(4)与上述解决方案4相同的是,在所有五大类解决方案之中,该解决方案能够提供最大程度的MER(调制误差比)性能提升效益。
 
参考文献:
 [1] Jorge D. Salinger. The Next Evolution in Cable: Converged, Distributed and Virtualized Access Network[C]. 2015 Spring Technical Forum Proceedings. NY: NCTA, 2015-05-05.

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