三网融合趋势下RFoG和R-ONU有线电视系统的优化

 

　　最近中国国务院提出的电信、广播电视和互联网“三网融合”给网络运营商带来新的市场机遇，并要求在其网络中采用低成本、高带宽技术的新战略。由于客户的高需求以及电信公司在提供高速数据服务方面的激烈竞争，现今的有线电视(CATV)运营商应计划改进现有的基础设施，在融合市场的经济环境下展开竞争。无论是与其他电信运营商合并，或是独立运营，只要充分利用现有的基础设施，未来就能提供很好的视频和互联网服务。在现有有线电视系统基础上进行升级为例，使用已在全球部署并经检验的与DOCSIS 3.0兼容的设备，已被证明是一种是用于电信、广播电视和互联网中十分有效的三重播放平台。在速率方面，获得50Mbps或更高的到户速率的最有效办法是广泛使用光纤，理想的情况是在所有环节使用光纤，即所谓“光纤到户(FTTH)”。

　　无论是使用DOCSIS、吉比特以太网无源光网络(GEPON)、吉比特无源光网络(GPON)，还是使用其他到户方式来提供数据和语音，射频视频是普遍认为提供宽带视频内容的媒介选择。射频能够经济地利用现在的广播方式，成功地混合过量的IP和其他共享频谱的交换型内容。谈到在光纤到户系统中前端设备的经济性，每户网络设备中成本最高的部分是用户前端设备上的光网络单元(ONU)。在部署光纤到户视频方案时，系统运营商碰到的关键难题是在满足各种各样用户需求的同时, 要进行优化以达到最低成本的部署。

　　随着用于光纤到户有线电视频段的集成式高灵敏度多级射频放大器的出现，以及接收和返回路径器件的改进，使新的光纤到户部署能够以非常低的成本支持20km的链路。如果需要，光线路延伸器可以进一步扩大这个覆盖范围。使整个前端设备的价格具有吸引力的关键，是确保光网络单元可以提供支持用户多种可能情景的可靠性和功率，从而消除在两个方向上超额的后端放大器的需要。最先进的技术已经可以支持用户在接近最坏情况下的需求，同时也非常经济。

　　光纤射频传输(RF over Glass，简称RFoG)的部署，越来越受新的建设和网络升级欢迎，因为它充分利用现在的有线电视基础设施，并在竞争特别激烈的市场中提供一个平稳增量升级路径。为发挥光纤射频传输的最大经济性，网络运营商需要很谨慎地对待射频光网络单元(R-ONU)，因为这种设备成本在每用户系统中是最高的。射频光网络单元的基本功能是用做节点，不能用做共享设备，因此在降低成本上是有难度的。仔细考量现今最先进的光学器件和射频集成电路，射频光网络单元的成本可以优化，使光纤射频传输成为价格公道、功能增强的网络解决方案(图1)。

　　为优化射频光网络单元的成本性能，运营商还需要考虑网络和家庭架构的约束。用户对电视和前端盒的要求不断增加，包括能够拨打紧急服务电话的嵌入式多媒体终端适配器(EMTA)，以及更高速的数据传输速率，更多先进的高清晰度电视、数位机顶盒(STB)和“多媒体网管”的多线调制解调器。现在及今后的服务要求必须在用户端得到有效的支持，因为在用户端做出变化对网络成本是最昂贵的。因此首先仔细考察在入户划分点上的需求是有益的。

　　一旦有线电视系统部署完毕，就要考虑到户的级联线路放大器、分接头和分配器，在集中式和分布式射频增益之间进行仔细的平衡。级联线路强制严格的失真标准，为分担成本尽可能地集中增益。传统上需要大量射频带宽(需要许多的分接)的一小部分家庭，通常配置后端放大器，已确保网络不用投入过多的工程设计。

　　现在像光纤射频传输这样的光纤到户显著改变了这种模式。随着光纤全程到户，没有级联且通过优化以减少对失真的要求，信号等级可以高到足以支持严格的用户需求。各种电缆长度、分接器以及像同轴多媒体(MOCA)这样可能增加的设备，能衰减住户中的信号，减少过量比例的后端放大器的解决方案，是光纤射频传输网络结构的一个引人注目的项目。在最坏情况下，当电视或机顶盒恰好连接在射频光网络单元，可以达到最高合理水平的范围是22dBmV。带有差数的合理目标是20dBmV，但难题是成本效益要低。为经济地输出这个级别的增益，常常至少要有两个放大增益级，特别是如果为达到最大链路预算进行优化，将导致低光输入的状态。

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      与接收机成本有关的一个关键是光输入范围。很重要的一点是接收端的输入要尽可能低，以容纳更多的光纤共享网络侧的分接器、降低掺铒光纤放大器(EDFA)的成本和实现更长的链路覆盖。决定这个低端值的是射频集成电路放大器的增益和噪声。采用pHEMT工艺提升的最新砷化镓(GaAs)技术，以及在有线电视集成电路的高集成度的专注，一个具成本效益的单芯片，已经可以大幅减少噪声和增益(图2)。

　　另一个需要考虑的问题是对自动增益控制(AGC)电路范围的要求。一个进行自动增益控制衰减的典型办法是使用正本负二极管衰减器。现在的吉比特无源光网络标准需要大约是-8到+2dBm，提供所需的自动增益控制范围 (30+ dB)需要用很多设备。微减-6到+1dBm，就可使自动增益控制范围降到25dB以下，以及有可能只需使用一个二极管器件。如果射频输出等级从20dBmV减小到15dBmV，自动增益控制范围会更接近20dB，就可以实现使用具有工程差数的单个二极管器件。有15dBmV的自动增益控制范围在住户侧，对于目前典型的工程结果 (对某些系统而言大约是10dBmV)是一个很大的改进。

　　采用包括TriQuint TriAccess产品在内的新型集成电路，通过集成两级放大和自动增益控制功能，就能够有效地达到这种要求。如果输出级减小到15dBmV以下，会因为需要更多的后端放大器，而增加前置设备的成本。如果对光输入的要求放宽到-5dBm，就会损失相当于4km的覆盖范围的链路预算，从而需要额外的分接器(64对32向的无源光网络)，或大大增加掺铒光纤放大器的成本。图3给出了典型FHHT/RFoG电路的接收端功能框图。

　　为应对这些成本和性能挑战，有线通信工程师协会(SCTE)光纤射频委员会和有线电视系统运营商正在评估下行传输的目标，以及返回路径和扩大覆盖范围(超过20km)。支持本地用户的理想射频输出信号应当在-15dBmV的范围内，从网络发过来的光输入应为-6到+1dBm。这些增益级别为网络和前端放大提供了理想的平衡，并且可以用最近推出的低成本、高集成度放大集成电路来实现。

　　欲了解如何设计出使网络运营商满足中国“三网合一”目标的有线电视和光纤到户系统，请写邮件至 infoa?sia@tqs.com 联络TriQuint半导体。