有线电视网络三网融合改造的下一代广播电视网局端控制器

摘要

一种有线电视网络三网融合改造的下一代广播电视网局端控制器，属于有线电视技术领域。包括EOC局端模块1-4、射频线JP1-JP4、射频座J1-J7、接头IN1-IN4、OUT1-OUT4、AC60VIN、分支分配插件FP/FZ1-FP/FZ3、电感L1-L36、电感1L1-1L8、过电排插CP1-CP8、放电管D1-D9、电容C1-C29和电容CC1-CC56。优点：噪声汇聚小，提供的带宽高，符合IP化，户均改造成本较低，便于升级扩容，可靠性高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于有线电视网络三网融合改造的NGB（Next Generation Broadcasting，下一代广播电视网）局端控制器，属于有线电视技术领域，尤其是混合光纤同轴电缆网EOC（Ethernet Over Cable以太网同轴电缆传输头端）网络改造的一种基于有线电视双向传输设备。

背景技术

年12月4日，科技部和广电总局共同签署《国家高性能宽带信息网暨中国下一代广播电视网自主创新合作协议书》，在《合作协议书》中首次提出了NGB的概念，标志着中国广电NGB时代的正式启航。2010年年初国务院总理温家宝主持召开的国务院常务会议中，决定加快推进电信网、广播电视网和互联网的三网融合，会议中提出了两步走的阶段性目标：2010年~2012年，双向进入试点，探索形成保障三网融合规范有序开展的政策体系和体制机制。2013年~2015年，总结推广试点经验，全面实现三网融合发展，普及应用融合业务，基本形成适度竞争的网络产业格局。因此申请人的三网融合局端控制器完全符合指南“基于新型网络体系架构的三网融合演进技术”要求。NGB局端控制器是广电NGB网络建设的网络中间产品, 把有线电视信号和数据信号融合在一起，实现在原有的HFC网络中传输有线电视和数据通信业务。通过有线电视来发展综合电信业务，即有线电视网络除了传送电视节目外，还具备上网、数据传送、视频点播、家庭信息化等功能。     1997年当DOCSIS1.0发布以后，国内外HFC(Hybrid Fiber Coax，混合光纤同轴电缆网)网络双向改造主要基于北美有线电视调制解调器产品标准（DOCSIS），是在HFC网络系统结构的基础上设置CMTS、上变频器、操作维护系统服务器（Oss  Server）以及电缆调制解调器（CM，Cable  Modem）等设备来实现在HFC网络中传输CATV信号和数据通信业务。但是CMTS技术在HFC网络系统中只能进行数据通信业务，不能实现普通的电话业务等，在多业务实现上存在不足，改造成本太高，同时解决上行噪声汇聚需要的技术支撑在短期内也难妥善解决等原因，导致从全国的整体来看，DOCSIS技术的运用并不成功。同时该技术除在人口分布比较稀疏的北美DOCSIS标准接入方式占有比较高的份额外，在亚洲及其他人口比较密集的地区，DOCSIS标准的用户数量相对很少，国内的广电运营商这几年的实施也预示着DOCSIS标准在中国很难成为主流的双向改造技术。其中：

CMTS：是HFC网络的数据接入局端设备，是数据在HFC网络中传输的连接设备，主要用于完成数据通信网中数据的转发、协议处理和射频调制解调功能；

上变频器：位于CMTS中，是HFC网络的频率变换设备，主要用于将CMTS输出的下行中频模拟信号变频到CATV的任一电视频道上；

Oss  Server：是整个系统和网络的管理设备，用于提供系统运行所需的各种服务支持，如为系统提供DHCP、TFTP、TOD、LOG服务功能等；

CM：与HFC网络和用户终端连接，主要用于完成HFC网络和用户终端之间的数据转发、协议处理以及调制解调功能等。

但是CMTS技术在HFC网络系统中只能进行数据通信业务，不能实现普通的电话业务等，在多业务实现上存在不足。同时，使用CMTS技术在HFC网络系统中进行数据通信业务，还存在以下几点技术问题：

1．噪声汇聚：对于大多数有线电视运营商而言，上行噪声是一个普遍存在的问题，尤其是在低频带（<65MHz）。通常这种噪声由电子马达、雷电、HAM、短波广播甚至太阳黑子以及用户家中终端盒，埋入墙中的线缆质量，私接非标准件，家里各类接口处胶布连接线路等情况引起，它将破坏上行通道（反向回传通道）的数据传输，以致于降低用户的通信质量，尤其是在视频或IP话音等实时业务情形下，噪声干扰将引起数据传输延时和抖动，造成视频图象失真或话音不连续。这就要求HFC网络中的同轴电缆接头具有很高的电连接质量系数，并且维护和运行故障排除需要的技术支撑在我国大部分地区短期内也难妥善解决。

．带宽低:采用CMTS进行双向改造,需对光接收机和放大器进行双向改造(增加反向发射模块,反向放大模块),还需添加反向光接收机和上变频器等设备。它的下行传输速率为160比特/秒，上行传输速率为120M比特/秒100户共享，每户只有下行1.6比特/秒和上行1.2M比特/秒。局限在于CMTS设备包转发能力弱，一般仅有上万pps，无法满足日益增长的高宽带业务需求。另外，CMTS设备数据功能简单，仅仅有简单的媒体访问控制子层协议（MAC，Media Access Control）学习管理，桥接转发能力，需外接网络之间互连的协议（IP，Internet  Protocol）路由设备完成业务平台的搭建。

．不符合IP化潮流：CMTS采用多值正交幅度调制（MQAM）调制方式，本质上是传输射频载波信号的模拟网络，和网络IP化和以太网化背道而驰。

．户均成本高：CMTS虽然覆盖成本低，但用户需要配备CM作宽带接入和上网，价格比较高。项目前期投资大，需要对现有HFC网络中的传输设备进行双向改造。用户规模发展后，CMTS多个用户共享38M带宽，不能满足大量用户的使用，户均成本依然偏高。

．不便于升级扩容：由于交互业务占用的频道不宜过多，一般下行只安排8个频道。由于CMTS与光发射机的对应关系，如果每个光节点服务100户，双向各占用2个频道（下行采用64QAM调制时50户共享38Mdps）的话，1台光发射机只能带4个光节点，这样只能选用6mW光发射机。如果1个分前端服务2万户，就需50台光发射机和50台8通道CMTS，2万个CM。这种方式前端设备数量巨大，维护管理复杂，对后端IP城域网的升级扩容造成极大的压力。

发明内容

本发明的目的是要提供一种有线电视网络三网融合改造的下一代广播电视网局端控制器，它的噪声汇聚小，提供的带宽高，符合IP化，户均改造成本较低，便于升级扩容，可靠性高。

本发明的目的是这样来达到的，一种有线电视网络三网融合改造的下一代广播电视网局端控制器，包括EOC局端模块1-4、射频线JP1-JP4、射频座J1-J7、接头IN1-IN4、OUT1-OUT4、AC60V IN、分支分配插件FP/FZ1-FP/FZ3、电感L1-L36、电感1L1-1L8、过电排插CP1-CP8、放电管D1-D9、电容C1-C29和电容CC1-CC56，光接收机输出口1连接接头IN1的一端，接头IN1的另一端接电容C2、放电管D2、电感1L2的一端，放电管D2的另一端接地，电感1L2的另一端接电容C11、过电排插CP2的一端，电容C11的另一端接地，电容C2的另一端接电感L4、电容CC4的一端，电感L4的另一端接地，电容CC4的另一端接电感L3、电容CC3的一端，电感L3的另一端接电容CC7的一端，电容CC7的另一端接地，电容CC3的另一端接电感L2、电容CC2的一端，电感L2的另一端接电容CC6的一端，电容CC6的另一端接地，电容CC2的另一端接电感L1、电容CC1的一端，电感L1的另一端接电容CC5的一端，电容CC5的另一端接地，电容CC1的另一端接电感L5、电容C1的一端，电容C1的另一端接接头OUT1、放电管D1的一端、电感1L1的一端，放电管D1的另一端接地，电感1L1的另一端接电容C9、过电排插CP1的一端，电容C9的另一端接地，光接收机输出口2连接接头IN2的一端，接头IN2的另一端接电容C4、放电管D4、电感1L4的一端，放电管D4的另一端接地，电感1L4的另一端接电容C15、过电排插CP4的一端，电容C15的另一端接地，电容C4的另一端接电感L13、电容CC18的一端，电感L13的另一端接地，电容CC18的另一端接电感L12、电容CC17的一端，电感L12的另一端接电容CC21的一端，电容CC21的另一端接地，电容CC17的另一端接电感L11、电容CC16的一端，电感L11的另一端接电容CC20的一端，电容CC20的另一端接地，电容CC16的另一端接电感L10、电容CC15的一端，电感L10的另一端接电容CC19的一端，电容CC19的另一端接地，电容CC15的另一端接电感L14、电容C3的一端，电容C3的另一端接接头OUT2、放电管D3、电感1L3的一端，放电管D3的另一端接地，电感1L3的另一端接电容C13、过电排插CP3的一端，电容C13的另一端接地，光接收机输出口3连接接头IN3的一端，接头IN3的另一端接电容C6、放电管D6、电感1L6的一端，放电管D6的另一端接地，电感1L6的另一端接电容C19、过电排插CP6的一端，电容C19的另一端接地，电容C6的另一端接电感L22、电容CC32的一端，电感L22的另一端接地，电容CC32的另一端接电感L21、电容CC31的一端，电感L21的另一端接电容CC35的一端，电容CC35的另一端接地，电容CC31的另一端接电感L20、电容CC30的一端，电感L20的另一端接电容CC34的一端，电容CC34的另一端接地，电容CC30的另一端接电感L19、电容CC29的一端，电感L19的另一端接电容CC33的一端，电容CC33的另一端接地，电容CC29的另一端接电感L23、电容C5的一端，电容C5的另一端接接头OUT3、放电管D5的一端、电感1L5的一端，放电管D5的另一端接地，电感1L5的另一端接电容C17、过电排插CP5的一端，电容C17的另一端接地，光接收机输出口4连接接头IN4的一端，接头IN4的另一端接电容C8、放电管D8、电感1L8的一端，放电管D8的另一端接地，电感1L8的另一端接电容C23、过电排插CP8的一端，电容C23的另一端接地，电容C8的另一端接电感L31、电容CC46的一端，电感L31的另一端接地，电容CC46的另一端接电感L30、电容CC45的一端，电感L30的另一端接电容CC49的一端，电容CC49的另一端接地，电容CC45的另一端接电感L29、电容CC44的一端，电感L29的另一端接电容CC48的一端，电容CC48的另一端接地，电容CC44的另一端接电感L28、电容CC43的一端，电感L28的另一端接电容CC47的一端，电容CC47的另一端接地，电容CC43的另一端接电感L32、电容C7的一端，电容C7的另一端接接头OUT4、放电管D7、电感1L7的一端，放电管D7的另一端接地，电感1L7的另一端接电容C21、过电排插CP7的一端，电容C21的另一端接地，射频座J4的一端接电感L9的一端，电感L9的另一端接电容CC10的一端，电容CC10的另一端接电感L8、电容CC9的一端，电感L8的另一端接电容CC14的一端，电容CC14的另一端接地，电容CC9的另一端接电感L7、电容CC8的一端，电感L7的另一端接电容CC13的一端，电容CC13的另一端接地，电容CC8的另一端接电感L6、电容CC11的一端、电感L5的另一端，电容CC11的另一端接地，电感L6的另一端接电容CC12的一端，电容CC12的另一端接地，射频座J5的一端接电感L18的一端，电感L18的另一端接电容CC24的一端，电容CC24的另一端接电感L17、电容CC23的一端，电感L17的另一端接电容CC28的一端，电容CC28的另一端接地，电容CC23的另一端接电感L16、电容CC22的一端，电感L16的另一端接电容CC27的一端，电容CC27的另一端接地，电容CC22的另一端接电感L15、电容CC25的一端、电感L14的另一端，电容CC25的另一端接地，电感L15的另一端接电容CC26的一端，电容CC26的另一端接地，射频座J6的一端接电感L27的一端，电感L27的另一端接电容CC38的一端，电容CC38的另一端接电感L26、电容CC37的一端，电感L26的另一端接电容CC42的一端，电容CC42的另一端接地，电容CC37的另一端接电感L25、电容CC36的一端，电感L25的另一端接电容CC41的一端，电容CC41的另一端接地，电容CC36的另一端接电感L24、电容CC39的一端、电感L23的另一端，电容CC39的另一端接地，电感L24的另一端接电容CC40的一端，电容CC40的另一端接地，射频座J7的一端接电感L36的一端，电感L36的另一端接电容CC52的一端，电容CC52的另一端接电感L35、电容CC51的一端，电感L35的另一端接电容CC56的一端，电容CC56的另一端接地，电容CC51的另一端接电感L34、电容CC50的一端，电感L34的另一端接电容CC55的一端，电容CC55的另一端接地，电容CC50的另一端接电感L33、电容CC53的一端、电感L32的另一端，电容CC53的另一端接地，电感L33的另一端接电容CC54的一端，电容CC54的另一端接地，接头AC60V IN接过电排插CP1-CP8的另一端、放电管D9、电容C10、C12、C14、C16、C18、C20、C22、C24、C25-C29的一端，放电管D9、电容C10、C12、C14、C16、C18、C20、C22、C24、C25-C29的另一端接地，射频座J4、J5的另一端分别与分配分支插件FP/FZ2的两输出端连接，射频座J6、J7的另一端分别与分配分支插件FP/FZ3的两输出端连接，分配分支插件FP/FZ2的输入端接射频座J2的一端，分配分支插件FP/FZ3的输入端接射频座J3的一端，射频座J2、J3的另一端分别与分配分支插件FP/FZ1的两输出端连接，分配分支插件FP/FZ1的输入端与射频座J1的一端连接，射频线JP1-JP4分别与EOC局端模块1-4的输出端连接，射频线JP1接射频座J1的另一端。

本发明由于采用了以上的技术方案，它的噪声汇聚小，提供的带宽高，符合IP化，户均改造成本较低，便于升级扩容，可靠性高。

附图说明

图1为本发明的原理图。

具体实施方式

本发明的用于有线电视EOC网络改造的局端控制器把数据基带信号和CATV信号进行混合后在有线电视HFC网的同轴电缆上实现双向传输，将单向广播式的CATV网络上改造成为一个双向、宽带、数字化的能够适应多媒体业务的新型接入网络。按照NGB需求，广电在未来10年，对于不同发展阶段，用户的带宽会从5-10Mbps>20-30Mbps>100Mbps渐进，以保证家庭用户可同时享受1路高清电视、2路标清电视和4M的数据上网业务，此设备具有快速广覆盖和低成本的特点，充分利用原有网络资源，无须升级当前网络，只要单点安装就可对整个小区或楼栋的用户进行覆盖。根据实际情况，只对有需求的地区进行安装，不需一次性将设备部署到位，每户建网成本相当于目前电信ADSL宽带的50%左右，而带宽是ADSL的10倍，足以满足未来若干年的业务需求。用户端设备可以随着用户的增加滚动投入，可以按需安装、投资，资金回收具有很强的可预见性。

参见附图：NGB局端控制器电路是光接收机模块输出的RF电信号经过NGB局端控制器输出到混合电路，光网络单元（ONU）输出数据信号到NGB局端控制器，经过混合电路输出有线电视射频信号和数据信号到HFC网络，最后传输到每个有线电视用户。光接收机输出口1连接接头IN1输入射频信号，接头IN1经过电容C2，电容C2输出信号经过由电容CC1-CC7、电感L1-L4组成的高通滤波电路，输出47-862MHz射频信号到电容C1，射频座J4输出数据信号经过由电容CC8-CC14、电感L5-L9组成的低通滤波电路输出数据信号到电容C1，电容C1输出混合信号通过接头OUT1到HFC网络；光接收机输出口2连接接头IN2输入射频信号，接头IN2经过电容C4，电容C4输出信号经过由电容CC15-CC21、电感L10-L13组成的高通滤波电路，输出47-862MHz射频信号到电容C3，射频座J5输出数据信号经过由电容CC22-CC28、电感L14-L18组成的低通滤波电路输出数据信号到电容C3，电容C3输出混合信号通过接头OUT2到HFC网络；光接收机输出口3连接接头IN3输入射频信号，接头IN3经过电容C6，电容C6输出信号经过由电容CC29-CC35、电感L19-L22组成的高通滤波电路，输出47-862MHz射频信号到电容C5，射频座J6输出数据信号经过由电容CC36-CC42、电感L23-L27组成的低通滤波电路输出数据信号到电容C5，电容C5输出混合信号通过接头OUT3到HFC网络；光接收机输出口4连接接头IN4输入射频信号，接头IN4经过电容C8，电容C8输出信号经过由电容CC43-CC49、电感L28-L31组成的高通滤波电路，输出47-862MHz射频信号到电容C7，射频座J7输出数据信号经过由电容CC50-CC56、电感L32-L36组成的低通滤波电路输出数据信号到电容C7，电容C7输出混合信号通过接头OUT4到HFC网络。当用户较少时，光网络单元ONU的RJ 1口通过网线连接EOC局端模块1，EOC局端模块1输出调制的数据信号，通过射频线JP1连接射频座J1的输入端，射频座J1输出数据信号到分配分支插件FP/FZ1的输入端，分配分支插件FP/FZ1的一输出端输出数据信号到分配分支插件FP/FZ2的输入端，分配分支插件FP/FZ2的一输出端输出数据信号到射频座J4，分配分支插件FP/FZ2的另一输出端输出数据信号到射频座J5，分配分支插件FP/FZ1的另一输出端输出数据信号到分配分支插件FP/FZ3的输入端，分配分支插件FP/FZ3的一输出端输出数据信号到射频座J6，分配分支插件FP/FZ3的另一输出端输出数据信号到射频座J7。当用户较多时，光网络单元ONU的RJ 1、2口通过网线分别连接EOC局端模块1、EOC局端模块2，拔掉分配分支插件FP/FZ1，EOC局端模块1输出调制的数据信号，通过射频线JP1连接射频座J2的输入端，射频座J2输出数据信号到分配分支插件FP/FZ2的输入端，分配分支插件FP/FZ2的一输出端输出数据信号到射频座J4，分配分支插件FP/FZ2的另一输出端输出数据信号到射频座J5，EOC局端模块2输出调制的数据信号，通过射频线JP2连接射频座J3的输入端，射频座J3输出数据信号到分配分支插件FP/FZ3的输入端，分配分支插件FP/FZ3的一输出端输出数据信号到射频座J6，分配分支插件FP/FZ3的另一输出端输出数据信号到射频座J7。当用户满覆盖时，光网络单元ONU的RJ 1-4口通过网线分别连接EOC局端模块1-4，拔掉分配分支插件FP/FZ1- FP/FZ3，EOC局端模块1输出调制的数据信号，通过射频线JP1连接射频座J4的输入端，射频座J4输出数据信号到电感L9，EOC局端模块2输出调制的数据信号，通过射频线JP2连接射频座J5的输入端，射频座J5输出数据信号到电感L18，EOC局端模块3输出调制的数据信号，通过射频线JP3连接射频座J6的输入端，射频座J6输出数据信号到电感L27，EOC局端模块4输出调制的数据信号，通过射频线JP4连接射频座J7的输入端，射频座J7输出数据信号到电感L36；接头AC60V IN、电感1L1-1L8、过电排插CP1-CP8、电容C9-C29、放电管D1-D9组成交流60V馈电和防雷击电路，根据网络设计要求，选择相应的过电排插决定网络的馈电情况。其中EOC局端模块1-4为以太网信号经过调制解调等复杂处理后通过同轴电缆分配网和以太网用户连接的模块组件， JP1-JP4为75Ω阻抗一边带螺母射频线，J1-J7为75Ω阻抗带螺纹射频座，FP/FZ1-FP/FZ3为分配分支插件，L1-L36为空心电感，1L1-1L8为AC60V交流过流电感，IN1-IN4、 OUT1-OUT4、AC60V IN为接头，CP1-CP8为AC60V馈电过电排插，D1-D9为放电管，CC1-CC56为高频电容，C1-C24为高频耐高压瓷介电容，C25-C29为高频耐高压涤纶电容。

化是信息网络发展的总趋势。新一代编解码技术的传输都是基于IP格式的，因此前端必须IP化，前端IP化必然带动传输网络的IP化。本发明是根据国家广电总局NGB广播电视网络要求最新研制开发的一个有线电视双向网设备，它内部集成了CATV传输的光接收机模块、数据传输的ONU模块、EOC，头端模块，是EPON（Ethernet  Passive  Optical  Network，以太无源光网络）网络技术双向网改造的1个产品，它有如下几点技术优势：

1．噪声汇聚：本发明采用了HomePlug (家庭插电联盟)AV技术标准，在此频段内，划分了2351个子载波，每个子载波占用约为24.414kHz，采用目前抗干扰较强的OFDM调制方式，在其工作频段使用的2351个子载波中，每个子载波均可单独进行BPSK、QPSK、8QAM、16QAM、64QAM、256QAM、1024QAM和4096QAM调制，OFDM中各个子载波频谱有1/2重叠正交，这样提高了OFDM调制方式的频谱利用率，同时又采用了Turbo FEC错误校验，较好的提升了系统的抗干扰能力。

．提供非常高的带宽：EPON的OLT设备在干线可传输10G带宽，最大支持32个ONU设备，可更好的支持未来网络建设和规划发展。NGB局端控制器的数据传输速率可达250-350M比特/秒，是CMTS的几十倍。

．符合IP化潮流：在下行方向，采用了时分复用技术（TDM），数据信号广播到各个终端设备，而终端会在物理层上自行做判断，接收给它自身的数据帧，摒弃那些给其它终端的数据帧。在上行方向，采用EoCMA方式，结合了传统无管理CSMA和TDMA的优点，EoCMA 利用了CSMA 的简单灵活性，同时可以提供TDMA方式的保证带宽，尤其在多终端网络中可以很好地避免冲突的发生，从而提高系统整体吞吐量。

．户均成本相对较低：可充分利用现有网络上的同轴电缆、分支分配器资源，不用入户施工，施工量大幅减少，改造速度快。可跨接用户放大器和干线放大器，因此不需要进行网络改造。可“定点”改造，可以以光节点甚至放大器为单位进行改造，灵活方便，从而实现滚动发展。在光纤接入层采用无源分路器实现组网，充分节省光纤干线资源。

．便于升级扩容：系统具有良好业务扩展和网络升级能力，网络可以按照用户量的增长进行扩展，带宽也可以平滑升级。EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易，投资回报率高。当初期用户较少时，采用1个EOC局端模块，随着三网融合广电NGB不同阶段的入户带宽和用户数不断增加的要求，在设备内增加EOC局端模块，最多可实现4个EOC局端模块，保证用户的带宽从5-10Mbps、20-30Mbps、最终100Mbps渐进。EPON系统是面向未来的技术，大多数EPON系统都是一个多业务平台，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。

．安全性、可靠性高，可维护性好：对下行数据采用128-bit AES编码加密，保证每个用户完全隔离，为防止非法ONU连接到网络窃取数据，需要ONU的认证进行授权，确保合法的ONU注册。EPON系统是一个二层交换系统，为更好的保障用户信息的安全，系统支持Private VLAN实现二层隔离，充分保护每个用户的信息安全。可以在定义特定的广播包过滤规则，避免来自网络的恶意攻击造成用户网络拥塞，广播包控制规则通过定义广播包的门限值过滤掉那些恶意的广播攻击，是系统和用户业务保持稳定。采用高品质器件，可适应室外高、低温应用环境。本发明内部的EOC头端对用户终端集中管理，提供很强的线路诊断功能。

． QoS(Quality of Service，服务质量)保证：针对Internet网络访问业务、电视点播业务、VoIP语音业务等不同业务，新一代产品能通过VLAN标识或者IP ToS等自动区分不同业务的优先级，并能根据不同用户或者小区方案需求，保证高优先级的业务优先。   

8、上下行限速：针对付费用户等级的不同，可以针对不同等级用户设定不同的流量限制，带宽分配灵活，服务有保证。

其中：

EPON：是以太无源光网络，是广电网络数字化、光纤化、IP化的最佳承载体，它由光网络终端（OLT）、光网络单元（ONU）、无源光分路器（ODN）组成；

OLT：是光网络终端，负责EPON系统外部资源与终端用户的连接，汇聚外部业务，协调远端ONU，发送“门消息（Gates）”给ONU用来分配时隙；

ONU：是光网络单元，负责用户的接入，业务的覆盖，采用“报告消息（Reports）”向OLT获取时隙或者请求时隙；

EOC：是以太网同轴电缆传输头端，是以太网信号经过调制解调等复杂处理后通过同轴电缆分配网传输到以太网用户。