广播电视宽带网络光纤入户方案设计及技术分析

赵月梅

（东海县广电网络有限公司，江苏 连云港 222300）

0 引言

随着三网融合的不断推进，光纤入户技术在网络建设中扮演着至关重要的角色。运营商逐渐将业务重心转向视频服务，加速了对宽带网络性能的需求。在这一趋势下，有线电视网络传统的Cable 线入户方式面临着带宽局限性挑战。用户对高清视频、互联网电视的需求不断增长，传统的有线电视网络难以满足快速增长的带宽需求[1]。为了应对这一挑战，采用一种广播电视环境下的万兆网际互连协议（Internet Protocol，IP）广播方案，通过先进的光纤入户技术，从根本上解决有线电视网络带宽局限性问题，增强电视业务的支撑能力。

1 问题分析

在传统的有线电视网络中，采用Cable 线入户方式存在着明显的带宽局限性问题，主要表现在3个方面。第一，数据传输速率有限。在数字化时代，用户对快速数据传输的需求日益增长，而传统Cable 线入户方式的有限带宽难以支持高速的数据传输。第二，高清视频质量受限。由于带宽有限，传统Cable 线网络在传输高清视频时可能面临画面压缩、卡顿等质量问题，影响用户的观影体验。第三，不适应三网融合。传统有线电视网络在应对三网融合的趋势下显得相对滞后，无法提供足够的带宽支持新兴的服务和应用。

2 系统设计

2.1 总体设计

方案旨在同时满足有线直播的单向传输和吉比特无源光网络（Gigabit Passive Optical Network，GPON）的双向数据传输需求，提供了高效、稳定和高质量的服务。在整个设计中，需要充分考虑信号传输的质量、用户体验和网络安全等因素，并确保各个组件之间的协同工作，具体设计如图1 所示。

图1 系统方案设计

2.2 有线直播平台和互联网视频点播平台

有线直播业务流设计涉及多个关键步骤，确保实时直播内容以单向传输方式高效流向用户端[2]。首先，接入实时直播内容源，如摄像机、视频编码器，捕捉并编码直播内容，为网络传输做准备。其次，进行视频编码，优化视频流大小和质量以适应网络传输。在业务流管理中设计可靠的业务流，确保实时直播内容在网络传输路径上有效管理，定义流程以确保内容顺畅传输至用户端。最后，利用网际互连协议（Internet Protocol，IP）广播分发机，通过专用通道将已编码的实时内容传输至用户端，确保高效广播分发，使用户能够即时观看直播内容。

互联网视频点播业务流设计，先接收用户视频请求，包括点播、暂停、快进等，然后进行内容检索和存储操作，根据请求检索视频内容并提取存储系统中的内容。视频解码阶段将提取的视频内容解码，以在用户设备上播放。解码过程通常使用与有线直播相同或兼容的视频编码标准，确保播放的兼容性[3]。

2.3 万兆IP 广播分发机

万兆IP 广播分发机提供高速、高效的IP 广播分发，以支持有线直播平台的单向传输[4]。通过采用广播技术，它能够一次性向多个用户传递相同的内容，从而显著提高传输效率，特别适用于大规模观众的直播活动。此外，支持流媒体内容的优化传输，保障高质量视频和音频的实时传输。其服务质量（Quality of Service，QoS）管理功能确保有线直播平台的业务流能够获取足够的带宽和资源，以提供无缝、高质量的服务。

2.4 EDFA

掺铒光纤放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier，EDFA）在光纤通信系统中主要用于光信号的放大，旨在应对光纤传输过程中的信号衰减问题，特别是在长距离传输中[5]。EDFA 通过激发铒原子实现信号的放大，无须将光信号转换为电信号再放大，避免了额外的复杂性和延迟。在光纤网络中，EDFA通常安装在光纤链路的中继站点，周期性增加光信号的强度，以维持信号的稳定性和可靠性。

2.5 分光器

分光器在光纤通信系统中的主要功能是将放大后的光信号有效分发给多个用户，确保每个用户都能够接收到高质量的信号。在信号分发方面，分光器通过将输入的光信号拆分为多个波长通道，每个通道对应一个用户或终端，使得单一光纤中能够传输多个独立的光信号，实现了多用户同时接入的可能性。这种分光器的能力确保了每个用户都能够接收到稳定且高质量的光信号，而不受其他用户影响。它能够支持大规模用户的同时访问，并确保每个用户都能获得可靠的信号质量。此外，分光器还具有较低的插入损耗和较高的分离度，有助于维持光信号的强度和质量。

2.6 GPON 与OLT

GPON 设备提供双向的数据传输通道，以满足用户上传和下载数据的需求，特别适用于互联网视频点播平台的双向传输需求。这种双向传输的特性使得GPON 技术非常适合支持互联网视频点播平台，用户既可以观看流媒体内容，又能够上传、分享自己的内容。光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）是GPON 网络的中央控制和管理单元，与用户设备光网络单元（Optical Network Unit，ONU）协同工作，确保网络的高效运行。OLT 负责管理光信号的转发、接收、分配和调度，同时协调ONU 设备的工作。OLT不但负责协调上行和下行数据的流向，确保高效、可靠的双向通信，还能够进行带宽分配，根据用户需求动态调整网络资源，以提供最佳的服务质量。

2.7 ONU

ONU 的主要任务是将光信号转换为电信号，使用户设备能够连接到光纤网络。首先接收光纤传输的光信号，然后通过光电转换器将其转换为电信号，使得高速光纤传输的数据能够在用户设备中被理解和处理。除光电转换功能外，ONU 还与OLT 通信，协调上行传输和下行传输，确保数据流畅。此外，ONU 还负责信号分发，将光信号传送给家庭内多个用户设备，实现在家庭网络中的分布式连接。这些功能共同确保ONU 在光纤网络中发挥关键的桥梁作用，支持高效的数据传输和家庭内多设备的连接。

3 技术分析

3.1 实施方案的可行性

实施方案的可行性分析需要综合考虑实际网络环境、用户需求和技术支持等因素。一方面，进行实地测试和模拟场景验证，以确保方案在实际应用中的可行性。通过评估现有网络设备、带宽、信号传输质量等，识别可能的问题和挑战。另一方面，需要与相关利益方如电视台、网络服务提供商进行沟通，了解他们的需求和期望，确保方案符合各方的实际情况。具体可行性分析实测结果如表1 所示，这些实测结果将为方案的进一步实施提供基础，确保系统能够稳定可靠地运行。

表1 实测结果

3.2 对电视业务支撑能力的提升

引入万兆IP 广播方案显著提升了电视业务的支撑能力。通过这一方案，电视业务实现了以下具体效果。第一，更丰富的频道选择。万兆IP 广播方案的实施使得电视业务能够支持超过300 个频道，为用户提供更多样化的观看选项。新方案涵盖了不同类型、主题和语言的频道，满足了不同用户的观看需求。第二，提供高质量的视频体验。该方案支持高清、4K 等高清晰度内容的传输，有效改善用户的观看体验。用户的高清体验满意度从先前的75%上升到90%，而4K体验的满意度则达到85%。第三，更快速的数据传输。万兆级的IP 广播方案实现了超过1 GB·s-1的数据传输速率，在互联网电视等应用的支持下，用户可以体验到更快速、更稳定的数据传输服务。新方案的平均下载速度提高了50%，用户的整体流畅观看体验得到了显著改善。

4 结语

文章设计的方案以万兆IP 广播为核心，实现了有线直播和互联网视频点播平台的双向传输需求。该方案通过多网络的融合，综合运用EDFA、分光器、GPON 等关键技术，为广播电视宽带网络光纤入户提供了可行而高效的解决方案，从而为用户提供了更优质的观看体验和更强大的网络支持。