Abstract   As rapid growth of cable TV service, current HFC based network and service architecture face severe challenge. We propose an All-IP based FTTH solution for cable TV to solve this problem. This solution increases bandwidth for TV broadcast, overcomes most shortcoming of current HFC based bidirectional evolution, and decreases overall operation cost.

Keywords  FTTH, All-IP, Cable TV

1. 引言

       從80年代末至今，廣電網絡得到了長足的發展，目前我國有線電視用戶已經接近2億，各地有線電視運營商也基本完成了有線電視的數字化。隨著業務的發展，基于HFC的網絡和業務架構面臨越來越多的挑戰。    首先，頻點帶寬嚴重不足。由于需要播出的節目眾多，特別是近年來按照總局要求，各衛視頻道都在進行高標清同步播出，直播的帶寬壓力日益嚴峻，再加上未來高清、3D以及4K/8K超高清電視等高容量視頻業務的不斷發展，廣電傳統的廣播帶寬資源將嚴重匱乏。
        其次，為了兼顧高帶寬及利用現有同軸網絡的需求，各個廠商分別提出了PON + RF overlay，PON+EOC，PON+LAN等方案，雖然可以提高現有數據傳輸帶寬，但也存在諸多固有缺陷。例如CATV模擬接收機對光功率要求比較高（要求范圍一般為-8dBm～+2dBm），而EPON系統的鏈路損耗為26dB，所以需要在局端增加EDFA把CATV光信號放大到17dBm以上，這就使光纖中受激布里淵散射（SBS）、自相位調制（SPM）和受激拉曼散射（SRS）等非線性效應都可能發生，從而造成系統性能指標的惡化。隨著FTTH技術的不斷成熟，在再繼續加大投入基于現有HFC網絡的雙向改造，并不是廣電運營商的終極出路。
       最后，由于廣電企業沒有統一的開放平臺和業務接入模式，缺少統一的技術標準，各專用設備間的跨域互聯、業務互通成為難題。新業務部署上線往往需要幾個月甚至一年以上的時間，業務部署速度大大滯后于市場需求，在面對基于電信網絡的IPTV的競爭時常常力不從心。 

2. 吉視匯通10G光纖入戶方案

       為了解決上述問題，吉視匯通提出了基于全IP的有線電視光纖入戶解決方案。采用雙纖入戶的方式，一根光纖傳輸10G的直播視頻廣播數據，通過萬兆光模塊處理后形成單節目流進入千兆路由芯片，路由芯片輸出的視頻信號進入機頂盒解碼處理器完成視頻信號的處理；另一根光纖傳輸雙向的千兆數據信號，信號通過PON模塊進入PON處理器，處理過的數據信號同樣進入千兆路由芯片完成數據的路由尋址，同時無線模塊與路由模塊相連接，完成信號的無線覆蓋。
 
       這種分纖傳輸的方式，有效規避了10G廣播通道電平和EPON輸出電平之間的差異化，使得廣播信號可以分配到眾多用戶，而EPON光信號仍然按照標準的1:64進行分配。
       10G光纖入戶系統將不再采用傳統的射頻技術，前端信號采用全IP化處理，由于不需要調制，避免了模擬調制所形成的廣播帶寬資源限制。每個節目以節目流形式獨立存在，節目流以IP地址進行封裝，以端口號區分不同節目，通過配置交換機，有效隔離視頻廣播業務和其他業務，業務互不干擾，同時可以靈活設置業務優先級，當網絡產生擁塞時，保證視頻業務優先轉發，如視頻>語音>寬帶。
        由于使用了全IP的廣播傳輸模式，再加上接收終端具有較高的性能，所有信號直接送達STB，換臺時間比模擬電視還要快。原有廣電體系中的EPG信息也可以通過配置文件進行廣播，機頂盒接收配置文件，無需進行節目搜索操作就能夠對節目的名稱、排序、端口信息以及EPG存儲下來。升級過后的前端系統將IP網作為核心網進行建設，達到系統間的資源共享和多業務的快速規模部署。

3. 關鍵部分技術實現

為了實現上述基于全IP的有線電視光纖入戶方案，在各個關鍵部分分別采取如下技術實現：

3.1 廣播電視數據的IP封裝

        視音頻內容可按照MPEG-2、MPEG-4、H.264、H.265或AVS標準進行壓縮編碼，傳輸層按 TS包格式進行第一次封裝，以PID作為不同單元流的標識；然后同一節目的多個TS包組合起來作為載荷封裝進UDP報文,并以UDP目的端口號（1到65535）作為節目區分；UDP報文作為載荷進一步封裝進IP報文，其中目的IP地址采用組播地址（地址范圍是 224.0.0.1到239.255.255.255），不同組播地址可進一步區分不同類型節目或者應用。

3.2 前端設備的全IP化

        本方案中，所有前端設備的全部IP化，即使用網絡來連接各前端設備，如視頻編碼器，加擾器，EPG服務器，VOD服務器等，最終在10G匯聚交換機通過光纖發送到城域網。

       這樣使用更通用的交換機等網絡設備來替代相當一部分廣電專用設備如ASI交換矩陣，QAM調制器，射頻功放等。相比廣電專用設備，交換機等網絡設備已經在電信網和企業網里大規模應用，價格和穩定性都具備很大的優勢。

3.3 支持10G廣播的智能終端

        本方案中，終端主要針對光纖入戶家庭，強調智能化、融合化、網關化。更前瞻性地考慮業務發展趨勢、技術演進路徑、用戶需求等多方面的因素，以支撐未來業務的順利開展，整體框圖如下。
“
       “智能化”要求終端具備獨立的操作系統，具備聯網功能，可以安裝軟件、游戲等第三方提供的程序，以此來不斷擴充終端功能。
       “融合化”要求終端至少能同時支持DVB以及互聯網OTT業務。
       “網關化”要求終端作為家庭多媒體中心，應支持多終端交互，包括內容分發、資源共享以及多屏切換等。
        匯通融合智能終端主要包括：
        10G廣播信道模塊，相當于傳統機頂盒的高頻頭。按著收看節目指令的控制，把被選擇的IP節目流通過千兆/百兆交換芯片送到IP解碼器解出所要收看的節目。與傳統機頂盒的高頻頭相比，傳統機頂盒的高頻頭在選擇節目流時同一個時間只能選擇一個節目流輸出，而10G廣播信道模塊可在同一時間同時可選擇輸出50個節目流。
        ONT模塊，包括PON光模塊和PON處理器，為機頂盒提供1G的雙向數據通道。
        DVB解碼模塊，采用新的4核處理器，運行Android系統，支持4K解碼和各種互聯網應用。
        WIFI(AP)模塊，為其他終端如手機、PAD等提供網絡接入，使得這些終端上既可以觀看高質量的直播視頻節目，又能高速連接到互聯網。
         該智能融合終端是廣電網絡面向用戶提供增值業務的關鍵載體，通過搭載智能操作系統的，集成“DVB+OTT+家庭網關”能力，滿足用戶對基礎廣電業務、傳統交互電視業務、受控OTT視頻、公共互聯網接入、多屏互動、多媒體通信、應用程序等各類業務的需求。該類終端是保障廣電網絡各項雙向增值業務迅速上線的基礎。

3.4 廣播信號加密技術的選擇

        本方案中，直播信號采用了IP化的廣播傳輸，所有終端都能共享帶寬，所以對直播內容需要加密傳輸。
        在加密技術的選擇上，傳統CA加密技術體系封閉，標準不統一，DRM加密技術在直播流加密過程中運行效率較低，對于IP廣播采用DRM技術優越性更高，由于全網采用全IP化并且取消了復用過程，加密技術的選擇將更加靈活，如雙向認證等技術，可以同時支持有卡CA/無卡CA。

4. 基于10G光纖入戶的雙向網絡發展策略建議

        基于10G光纖入戶整體業務解決方案，具備極大的直播帶寬和雙向接入帶寬，可以快速支持運營商高起點開展各類廣電業務，結合其特點，我們建議如下的發展策略：

4.1 直播業務差異化        

        結合光纖入戶署規劃，著力開展高清直播、輪播業務，提升直播業務差異化提供全新的業務體驗：在豐富的直播頻道支援上，通過提供10M以上的高清節目直播， 個性化快速EPG體驗， 比模擬頻道還小的快速頻道快速，增強用戶感受；
        確保視頻服務質量：通過雙纖入戶、全IP廣播等技術方案，減少傳統網絡帶來的信號干擾，提升視頻質量和用戶體驗舒適度；
        多業務輪播：利用豐富的直播頻道資源，大力開展10M高清、30M藍光、40M 4K影視節目的的輪播，提升用戶體驗，形成差異化的競爭；

4.2 發展多屏業務

       構建基于智能終端和多屏業務的下一代業務平臺，融合未來互聯網業務，拉開與傳統數字電視的差距。
       多屏屏融合：有效整合電視、電腦、手機、IPad等多種屏幕，實現多屏之間的互動和分享，打造差異化全業務；
       互聯網融合：整合互聯網內容，豐富內容源，增強吸引力，借鑒APP store模式，提供TV應用超市，豐富的業務應用；
       融合視訊：以視頻為基礎，逐步介入電信領域，提供視頻合通訊融合業務如：隨心通、即時通訊等，提升綜合業務競爭力；
       建設具有擴展性的系統架構，支持云存儲，虛擬云計算等,支撐未來持續發展；

4.3 構建智慧家庭

        兼顧未來智慧家庭解決方案，提升ARPU，以家庭為中心提供個性化家庭的元素，具備通信、娛樂、共享、安全全方位的體驗。
        家庭互聯：通過DLNA互聯，共享用戶家庭NAS、PC的照片、音樂和電影，實現家庭信息共享；
        家庭娛樂：聚焦TV屏幕，提供體感游戲/本地高清播放等業務，打造家庭娛樂中心；
        家庭社區：提供社交電視、視頻推薦贈送等業務，構建數字互動社區；
        多屏體驗：面向家庭成員，提供多屏客戶端，充分接入其他終端，擴大覆蓋面；

5. 廣電全IP光纖入戶方案未來的發展

        廣電的特色是廣播，而不是采用哪種傳輸介質。無論是采用CABLE還是光纖，廣播是廣電體系區別與傳統電信運營商的獨特技術。 廣播技術不會隨著網絡帶寬的增大而消失。廣播技術作為一種獨特的信號傳輸技術，具備系統投資成本低，資源利用率高，直播體驗好的特點， 其生命力是持久的。
       該技術如果應用于電信光纖接入場景，將解決IPTV多年面對的幾大問題： 直播組播城域網絡建設投入大；用戶看電視和上網帶寬沖突；用戶直播收視換臺慢，體驗差；在電信的IPTV應用中，直播一直是通過組播的方式進行，除了要消耗大量的網絡設備組播復制能力，大量增加城域網絡投資外，用戶的體驗也不好： 用戶換臺需要申請加入組播的過程，導致換臺時間過長； 同時，由于電信PON網絡帶寬的收斂特性，以及用戶的直播帶寬和寬帶上網帶寬共享下行帶寬，會產生沖突，不能100%保證所有用戶的收視；
       本方案是10G以太網技術和PON技術的融合，能夠伴隨二者各自技術演進路線不斷升級。未來隨著4K/8K/全息圖像等更高帶寬要求的視頻廣播應用，10G 廣播可以逐步提升到40G、甚至100G，將廣播視頻的體驗和技術優勢發揮到極致。而PON技術，在不斷增大的互聯網應用帶寬需求的驅動下，也在不斷地發展和升級：1G EPON，2.5G GPON，10G EPON，10G GPON等。

6. 結束語

        本文提出的基于全IP的有線電視10G光纖入戶解決方案，不但可以顯著提高電視廣播帶寬，還能夠克服基于現有HFC網絡雙向改造的許多問題，同時降低綜合運營成本?？梢詾閺V電運營商提供區別于電信IPTV的差異化的高質量的廣播電視和其他服務，同時，隨著以太網和光網絡技術的發展，它能夠平滑過渡和升級，提供更有競爭力的服務。