廣播電視寬帶網絡光纖入戶方案設計及技術分析

趙月梅

（東?？h廣電網絡有限公司，江蘇 連云港 222300）

0 引言

隨著三網融合的不斷推進，光纖入戶技術在網絡建設中扮演著至關重要的角色。運營商逐漸將業務重心轉向視頻服務，加速了對寬帶網絡性能的需求。在這一趨勢下，有線電視網絡傳統的Cable 線入戶方式面臨著帶寬局限性挑戰。用戶對高清視頻、互聯網電視的需求不斷增長，傳統的有線電視網絡難以滿足快速增長的帶寬需求[1]。為了應對這一挑戰，采用一種廣播電視環境下的萬兆網際互連協議（Internet Protocol，IP）廣播方案，通過先進的光纖入戶技術，從根本上解決有線電視網絡帶寬局限性問題，增強電視業務的支撐能力。

1 問題分析

在傳統的有線電視網絡中，采用Cable 線入戶方式存在著明顯的帶寬局限性問題，主要表現在3個方面。第一，數據傳輸速率有限。在數字化時代，用戶對快速數據傳輸的需求日益增長，而傳統Cable 線入戶方式的有限帶寬難以支持高速的數據傳輸。第二，高清視頻質量受限。由于帶寬有限，傳統Cable 線網絡在傳輸高清視頻時可能面臨畫面壓縮、卡頓等質量問題，影響用戶的觀影體驗。第三，不適應三網融合。傳統有線電視網絡在應對三網融合的趨勢下顯得相對滯后，無法提供足夠的帶寬支持新興的服務和應用。

2 系統設計

2.1 總體設計

方案旨在同時滿足有線直播的單向傳輸和吉比特無源光網絡（Gigabit Passive Optical Network，GPON）的雙向數據傳輸需求，提供了高效、穩定和高質量的服務。在整個設計中，需要充分考慮信號傳輸的質量、用戶體驗和網絡安全等因素，并確保各個組件之間的協同工作，具體設計如圖1 所示。

圖1 系統方案設計

2.2 有線直播平臺和互聯網視頻點播平臺

有線直播業務流設計涉及多個關鍵步驟，確保實時直播內容以單向傳輸方式高效流向用戶端[2]。首先，接入實時直播內容源，如攝像機、視頻編碼器，捕捉并編碼直播內容，為網絡傳輸做準備。其次，進行視頻編碼，優化視頻流大小和質量以適應網絡傳輸。在業務流管理中設計可靠的業務流，確保實時直播內容在網絡傳輸路徑上有效管理，定義流程以確保內容順暢傳輸至用戶端。最后，利用網際互連協議（Internet Protocol，IP）廣播分發機，通過專用通道將已編碼的實時內容傳輸至用戶端，確保高效廣播分發，使用戶能夠即時觀看直播內容。

互聯網視頻點播業務流設計，先接收用戶視頻請求，包括點播、暫停、快進等，然后進行內容檢索和存儲操作，根據請求檢索視頻內容并提取存儲系統中的內容。視頻解碼階段將提取的視頻內容解碼，以在用戶設備上播放。解碼過程通常使用與有線直播相同或兼容的視頻編碼標準，確保播放的兼容性[3]。

2.3 萬兆IP 廣播分發機

萬兆IP 廣播分發機提供高速、高效的IP 廣播分發，以支持有線直播平臺的單向傳輸[4]。通過采用廣播技術，它能夠一次性向多個用戶傳遞相同的內容，從而顯著提高傳輸效率，特別適用于大規模觀眾的直播活動。此外，支持流媒體內容的優化傳輸，保障高質量視頻和音頻的實時傳輸。其服務質量（Quality of Service，QoS）管理功能確保有線直播平臺的業務流能夠獲取足夠的帶寬和資源，以提供無縫、高質量的服務。

2.4 EDFA

摻鉺光纖放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier，EDFA）在光纖通信系統中主要用于光信號的放大，旨在應對光纖傳輸過程中的信號衰減問題，特別是在長距離傳輸中[5]。EDFA 通過激發鉺原子實現信號的放大，無須將光信號轉換為電信號再放大，避免了額外的復雜性和延遲。在光纖網絡中，EDFA通常安裝在光纖鏈路的中繼站點，周期性增加光信號的強度，以維持信號的穩定性和可靠性。

2.5 分光器

分光器在光纖通信系統中的主要功能是將放大后的光信號有效分發給多個用戶，確保每個用戶都能夠接收到高質量的信號。在信號分發方面，分光器通過將輸入的光信號拆分為多個波長通道，每個通道對應一個用戶或終端，使得單一光纖中能夠傳輸多個獨立的光信號，實現了多用戶同時接入的可能性。這種分光器的能力確保了每個用戶都能夠接收到穩定且高質量的光信號，而不受其他用戶影響。它能夠支持大規模用戶的同時訪問，并確保每個用戶都能獲得可靠的信號質量。此外，分光器還具有較低的插入損耗和較高的分離度，有助于維持光信號的強度和質量。

2.6 GPON 與OLT

GPON 設備提供雙向的數據傳輸通道，以滿足用戶上傳和下載數據的需求，特別適用于互聯網視頻點播平臺的雙向傳輸需求。這種雙向傳輸的特性使得GPON 技術非常適合支持互聯網視頻點播平臺，用戶既可以觀看流媒體內容，又能夠上傳、分享自己的內容。光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）是GPON 網絡的中央控制和管理單元，與用戶設備光網絡單元（Optical Network Unit，ONU）協同工作，確保網絡的高效運行。OLT 負責管理光信號的轉發、接收、分配和調度，同時協調ONU 設備的工作。OLT不但負責協調上行和下行數據的流向，確保高效、可靠的雙向通信，還能夠進行帶寬分配，根據用戶需求動態調整網絡資源，以提供最佳的服務質量。

2.7 ONU

ONU 的主要任務是將光信號轉換為電信號，使用戶設備能夠連接到光纖網絡。首先接收光纖傳輸的光信號，然后通過光電轉換器將其轉換為電信號，使得高速光纖傳輸的數據能夠在用戶設備中被理解和處理。除光電轉換功能外，ONU 還與OLT 通信，協調上行傳輸和下行傳輸，確保數據流暢。此外，ONU 還負責信號分發，將光信號傳送給家庭內多個用戶設備，實現在家庭網絡中的分布式連接。這些功能共同確保ONU 在光纖網絡中發揮關鍵的橋梁作用，支持高效的數據傳輸和家庭內多設備的連接。

3 技術分析

3.1 實施方案的可行性

實施方案的可行性分析需要綜合考慮實際網絡環境、用戶需求和技術支持等因素。一方面，進行實地測試和模擬場景驗證，以確保方案在實際應用中的可行性。通過評估現有網絡設備、帶寬、信號傳輸質量等，識別可能的問題和挑戰。另一方面，需要與相關利益方如電視臺、網絡服務提供商進行溝通，了解他們的需求和期望，確保方案符合各方的實際情況。具體可行性分析實測結果如表1 所示，這些實測結果將為方案的進一步實施提供基礎，確保系統能夠穩定可靠地運行。

表1 實測結果

3.2 對電視業務支撐能力的提升

引入萬兆IP 廣播方案顯著提升了電視業務的支撐能力。通過這一方案，電視業務實現了以下具體效果。第一，更豐富的頻道選擇。萬兆IP 廣播方案的實施使得電視業務能夠支持超過300 個頻道，為用戶提供更多樣化的觀看選項。新方案涵蓋了不同類型、主題和語言的頻道，滿足了不同用戶的觀看需求。第二，提供高質量的視頻體驗。該方案支持高清、4K 等高清晰度內容的傳輸，有效改善用戶的觀看體驗。用戶的高清體驗滿意度從先前的75%上升到90%，而4K體驗的滿意度則達到85%。第三，更快速的數據傳輸。萬兆級的IP 廣播方案實現了超過1 GB·s-1的數據傳輸速率，在互聯網電視等應用的支持下，用戶可以體驗到更快速、更穩定的數據傳輸服務。新方案的平均下載速度提高了50%，用戶的整體流暢觀看體驗得到了顯著改善。

4 結語

文章設計的方案以萬兆IP 廣播為核心，實現了有線直播和互聯網視頻點播平臺的雙向傳輸需求。該方案通過多網絡的融合，綜合運用EDFA、分光器、GPON 等關鍵技術，為廣播電視寬帶網絡光纖入戶提供了可行而高效的解決方案，從而為用戶提供了更優質的觀看體驗和更強大的網絡支持。