本文精選自《廣播與電視技術(shù)》2025年第8期，閱讀原文請(qǐng)?jiān)L問(wèn)“廣電獵酷”小程序“”。

隨著科技進(jìn)步和三網(wǎng)融合的不斷推進(jìn)，用戶需求呈現(xiàn)超高清化和大帶寬化的特點(diǎn)，為適應(yīng)市場(chǎng)需求變化，提升廣電網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品品質(zhì)和用戶體驗(yàn)，華數(shù)集團(tuán)提出“全網(wǎng)雙向運(yùn)營(yíng)”戰(zhàn)略，以保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。本文研究了一種基于同軸電纜的IP化接入技術(shù)方案，可助力廣電網(wǎng)絡(luò)全業(yè)務(wù)IP化運(yùn)營(yíng)。

本文作者：

張?jiān)氯A，張衛(wèi)，徐建衛(wèi)

浙江華數(shù)廣電網(wǎng)絡(luò)股份有限公司

第一作者簡(jiǎn)介：

張?jiān)氯A，男，1981年出生，中國(guó)通信學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，高級(jí)工程師，電子與通信工程碩士，浙江華數(shù)廣電網(wǎng)絡(luò)有限公司總工辦規(guī)劃主管，負(fù)責(zé)全省網(wǎng)絡(luò)技術(shù)規(guī)劃和新技術(shù)研究。

NO.1

現(xiàn)狀分析

我國(guó)現(xiàn)行的數(shù)字有線電視系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)是 DVB-C，發(fā)布于1994年。當(dāng)前，DVB-C 網(wǎng)絡(luò)是HFC光纖同軸混合網(wǎng)，末級(jí)采用同軸電纜作為傳輸介質(zhì)，采用MPEG-2進(jìn)行壓縮編碼。同軸電纜具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸信號(hào)強(qiáng)度高的特點(diǎn)，因此，各地新建住宅有線電視配套工程中，主要采用同軸電纜入戶的方式，滿足千家萬(wàn)戶的看電視需求。

現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有線電視網(wǎng)絡(luò)，大部分地區(qū)采用DVB-C標(biāo)準(zhǔn)64QAM調(diào)制方式，只有少數(shù)地區(qū)采用DVB-C標(biāo)準(zhǔn)256QAM調(diào)制方式。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的8M帶寬的模擬電視頻道，采用DVB-C標(biāo)準(zhǔn)64QAM調(diào)制方式，最大支持的傳輸速率只有38.4Mbps，可以滿足傳輸標(biāo)清、高清和4K超高清數(shù)字視頻信號(hào)，但無(wú)法滿足傳輸8K超高清視頻信號(hào)。雖然，2009年國(guó)際發(fā)布了DVB-C2標(biāo)準(zhǔn)，最高調(diào)制方式可達(dá)到4096QAM，傳輸速率達(dá)80Mbps以上，但同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)也提出了更高的要求，特別是SNR（信噪比）指標(biāo)，現(xiàn)網(wǎng)部署可行性并不高。

隨著IP網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，全業(yè)務(wù)IP化趨勢(shì)明顯，業(yè)界出現(xiàn)一種基于IP協(xié)議傳輸視頻服務(wù)的傳輸方案——IPVB，它結(jié)合廣播網(wǎng)絡(luò)特性和IP技術(shù)特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)視頻、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的端到端全I(xiàn)P化承載。2019年11月，廣電總局印發(fā)《有線電視網(wǎng)絡(luò)光纖到戶萬(wàn)兆單向IP廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》。有線電視網(wǎng)絡(luò)光纖到戶萬(wàn)兆單向IP廣播系統(tǒng)利用1550nm波長(zhǎng)，通過(guò)光功率分配網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)兆IP數(shù)據(jù)流的廣播傳輸。該系統(tǒng)主要由IP廣播前端和IP廣播終端兩部分組成，IP廣播前端接收數(shù)據(jù)報(bào)文，然后根據(jù)需要加入本地業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)后，以UDP組播報(bào)文的格式，將數(shù)據(jù)通過(guò)光傳輸網(wǎng)絡(luò)廣播到每一個(gè)IP廣播終端。

有線電視網(wǎng)絡(luò)光纖到戶萬(wàn)兆單向IP廣播系統(tǒng)具有帶寬大、安全性高的特點(diǎn)，可有效承載 4K、8K 超高清電視業(yè)務(wù)，符合廣電總局提出的“打造超高清、智慧化、全覆蓋、強(qiáng)安全的新型廣電基礎(chǔ)設(shè)施”要求。有線電視網(wǎng)絡(luò)光纖到戶萬(wàn)兆單向IP廣播系統(tǒng)落地部署的前提條件是具備覆蓋廣、入戶率高的光纖到戶網(wǎng)絡(luò)，而當(dāng)前國(guó)內(nèi)有線電視網(wǎng)絡(luò)仍然以 HFC 光纖同軸混合網(wǎng)為主，光纖到戶率較低，以浙江省為例，以建筑房屋基數(shù)統(tǒng)計(jì)，有線電視網(wǎng)絡(luò)光纖到戶率約10%。

有線電視網(wǎng)絡(luò)光纖到戶率低的原因主要有以下兩點(diǎn)，一是存量網(wǎng)絡(luò)光纖到戶改造是以業(yè)務(wù)為引領(lǐng)，主要服務(wù)于寬帶和互動(dòng)業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)滲透率按30%設(shè)計(jì)，并非全覆蓋設(shè)計(jì)。舉例：一個(gè)12戶的住宅單元，配套1路4光分路器，可承載4戶光纖入戶。二是老舊小區(qū)存在光纖入戶難的問(wèn)題，由于建筑物內(nèi)管道資源不足，光纖入戶涉及房屋打孔、明線敷設(shè)、工程量大和耗時(shí)長(zhǎng)等一系列問(wèn)題。如何立足于有線電視網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，構(gòu)建大帶寬全網(wǎng)雙向運(yùn)營(yíng)的新一代有線電視網(wǎng)絡(luò)是各地廣電亟需思考解決的問(wèn)題。

NO.2

創(chuàng)新思路

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)的有線電視網(wǎng)絡(luò)是HFC光纖同軸混合網(wǎng)，現(xiàn)存有2億多戶住宅為同軸電纜入戶，盤(pán)活存量的同軸電纜資源，使其具備承載1Gbps至10Gbps的IP接入能力，將有效破解構(gòu)建大帶寬全網(wǎng)雙向運(yùn)營(yíng)有線電視網(wǎng)絡(luò)的難題。

表1 IEEE以太網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)

近些年，隨著科技的升級(jí)迭代，國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）于 2016 年發(fā)布 802.3bp 高速以太網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，區(qū)別于傳統(tǒng)的 802.3ab 以太網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它在一對(duì)雙絞線上實(shí)現(xiàn)1000Mbps 數(shù)據(jù)傳輸速率，主要應(yīng)用于汽車(chē)電子、工業(yè)控制系統(tǒng)和機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域等場(chǎng)景，也被稱為 1000Base-T1[1]，如表1所示。2020 年，國(guó)際電氣和電子工程師協(xié)會(huì)發(fā)布了 802.3ch 以太網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到 2.5Gbps和10Gbps。

隨著汽車(chē)智能化和自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，1000Base-T1以太網(wǎng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)電子領(lǐng)域，被稱為車(chē)載以太網(wǎng)。車(chē)載以太網(wǎng)是因汽車(chē) E/E 架構(gòu)和功能復(fù)雜度提升而帶來(lái)的對(duì)車(chē)輛數(shù)據(jù)傳輸高帶寬以及通訊方式改變等需求出現(xiàn)的[2]。當(dāng)前，車(chē)載以太網(wǎng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)已比較健全，成熟度高，芯片市場(chǎng)既有 Broadcom、Marvell、TI、Realtek 等國(guó)際巨頭，還有裕太微和景略半導(dǎo)體等國(guó)內(nèi)芯片廠商。根據(jù)中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心預(yù)測(cè)，2021～2025 年車(chē)載以太網(wǎng)PHY 芯片出貨量呈10倍數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2025年國(guó)內(nèi)車(chē)載以太網(wǎng)物理層芯片搭載量將超過(guò)2.9億片，市場(chǎng)規(guī)模突破120億元。

1000Base-T1技術(shù)的核心原理是在物理層（PHY）通過(guò)1對(duì) UTP（非屏蔽雙絞線）實(shí)現(xiàn) 1000Mbps 全雙工的數(shù)據(jù)傳輸能力。1000Base-T1 芯片屬于車(chē)規(guī)級(jí) PHY 芯片，具有極高的穩(wěn)定性和可靠性等特點(diǎn)，本文研究探索將 1000Base-T1技術(shù)適配到廣電網(wǎng)絡(luò)同軸電纜，實(shí)現(xiàn)IP以太網(wǎng)傳輸接入，滿足大帶寬、免維護(hù)、低成本、高可靠的應(yīng)用目標(biāo)。

NO.3

設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)

本文研究探索1000Base-T1PHY芯片與同軸電纜介質(zhì)適配，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大帶寬速率傳輸，屬于一種物理層技術(shù)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)。

圖1 1000Base-T1與同軸電纜適配原理圖

如圖1所示，1000Base-T1 作為物理層芯片，介于 MAC芯片與物理媒介之間。北向與 MCU（Microcontroller Unit）連接，支持 RGMII（Reduced Gigabit Media Independent Interface）和 SGMII（Serial Gigabit Media Independent Interface）高速數(shù)據(jù)傳輸接口，南向通過(guò) MDI（Media Dependent Interface）接口適配至同軸電纜等物理媒介，提供1Gbps 及以上的數(shù)據(jù)傳輸速率。

傳統(tǒng)的1000Base-T1技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)傳輸介質(zhì)是100歐姆的UTP（非屏蔽雙絞線），在與同軸電纜介質(zhì)適配過(guò)程中，由于傳輸介質(zhì)改變和阻抗不匹配等因素?zé)o法簡(jiǎn)單復(fù)用，通過(guò)反復(fù)檢測(cè)，設(shè)計(jì)引入巴倫元器件用于基于1000Base-T1 技術(shù)的廣電同軸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的差分轉(zhuǎn)單端電路及阻抗匹配設(shè)計(jì)[3]。通過(guò)巴倫元器件實(shí)現(xiàn)差分信號(hào)和單端信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換，同時(shí)將巴倫上初級(jí)次級(jí)線圈匝比設(shè)計(jì)為1:1.13，可將MDI接口差分電路特性阻抗 100Ω 和廣電同軸電纜特性阻抗75Ω進(jìn)行完美匹配。

圖2 同軸千兆收發(fā)器原理框圖

為了進(jìn)一步驗(yàn)證技術(shù)可行性，我們?cè)O(shè)計(jì)了一款基于1000Base-T1 技術(shù)的同軸千兆收發(fā)器，其設(shè)計(jì)原理如圖 2 所示。基于一組主從1000Base-T1 的同軸千兆收發(fā)器，通過(guò)一根長(zhǎng)度 200m 的同軸電纜，實(shí)現(xiàn) 1000Mbps 協(xié)商速率正常收發(fā)，零丟包，驗(yàn)證了 1000Base-T1 在同軸電纜上可靠傳輸?shù)募夹g(shù)可行性。

NO.4

場(chǎng)景應(yīng)用

車(chē)載以太網(wǎng)除了已經(jīng)量產(chǎn)的1000Base-T1芯片外，還有2.5GBase-T1和10GBase-T1芯片，后文統(tǒng)稱為XGBase-T1技術(shù)。將車(chē)載以太網(wǎng)技術(shù)與同軸電纜適配，基于同軸電纜實(shí)現(xiàn)千兆和萬(wàn)兆速率的IP傳輸能力，助力廣電網(wǎng)絡(luò)在光纖入戶率不足的情況下，實(shí)現(xiàn)直播電視、互動(dòng)電視和寬帶等全業(yè)務(wù)的端到端 IP 化運(yùn)營(yíng)。

圖 3 全業(yè)務(wù)端到端 IP 化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

如圖3所示，基于XGBase-T1技術(shù)構(gòu)建全業(yè)務(wù)IP化接入方案，在A平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)直播電視IP廣播，將DVB-C 數(shù)字電視演進(jìn) IPVB 電視廣播（IPVB，IP Video Broadcast），與SPTS（Single-Program Transport Stream）或MPTS（MultiProgram Transport Stream）傳輸?shù)?DVB-C 廣播或 IPTV 直播兼容，且保留了DVB-C 廣播電視網(wǎng)絡(luò)原有特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。B平臺(tái)上實(shí)現(xiàn) IP 雙向高速數(shù)據(jù)接入業(yè)務(wù)，支持Internet 互聯(lián)網(wǎng)和互動(dòng)電視業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)接入能力達(dá)到1G、2.5G和10G，等同于 EPON、GPON和XGPON的FTTH網(wǎng)絡(luò)。

圖4 XGBase-T1局端與終端設(shè)備

目前，基于XGBase-T1技術(shù)構(gòu)建全業(yè)務(wù)IP化接入方案已在杭州市臨平區(qū)開(kāi)展試點(diǎn)應(yīng)用，覆蓋用戶規(guī)模約500戶。如圖4所示，在原樓道側(cè)光節(jié)點(diǎn)處部署 XGBase-T1局端，采用兩纖三波方式輸入 GPON/EPON和IP直播信號(hào)，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)IP信號(hào)光電轉(zhuǎn)換、IEEE802.3bp協(xié)議封裝和同軸電纜介質(zhì)適配；家庭側(cè)部署 XGBase-T1 Dongle，輸入端為同軸F口，內(nèi)部實(shí)現(xiàn)IEEE802.3bp至IEEE802.3ab 物理層轉(zhuǎn)換，輸出為千兆R(shí)J45 口。

試運(yùn)行半年以來(lái)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，直播電視、點(diǎn)播電視和寬帶等業(yè)務(wù)用戶體驗(yàn)良好。用戶寬帶業(yè)務(wù)測(cè)速結(jié)果為下載速率1013Mbps，上傳速率843Mbps，時(shí)延2ms，抖動(dòng)1ms；用戶電視業(yè)務(wù)直播和點(diǎn)播4K超高清節(jié)目，視頻流暢，無(wú)卡頓或馬賽克現(xiàn)象。

NO.5

結(jié)束語(yǔ)

本文研究提出得方案立足于有線電視網(wǎng)絡(luò)HFC光纖同軸混合網(wǎng)現(xiàn)狀，在《有線電視網(wǎng)絡(luò)光纖到戶萬(wàn)兆單向IP廣播系統(tǒng)》基礎(chǔ)上，采納 IEEE802.3bp和 802.3ch協(xié)議，融合1000Base-T1和10GBASE-T1等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在光纖和同軸電纜等多種介質(zhì)上傳輸千兆和萬(wàn)兆速率的IP廣播視頻流，可助力構(gòu)建全網(wǎng)雙向運(yùn)營(yíng)的新一代有線電視網(wǎng)絡(luò)。為建成高速、安全、泛在、智能的廣電網(wǎng)絡(luò)，廣電運(yùn)營(yíng)商還需要廣泛應(yīng)用新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝和新材料“四新”成果，不斷優(yōu)化提升服務(wù)品質(zhì)，進(jìn)而在激烈的市場(chǎng)中保持競(jìng)爭(zhēng)力。

end

參考文獻(xiàn)

[1]羅德與施瓦茨攜手Marvell在業(yè)內(nèi)率先完成1000BASE-T1所有物理層一致性測(cè)試[J].電子測(cè)量技術(shù),2019,42(1):20.

[2] 馮梓軒,劉曉祥,馬良,等.乘用車(chē)千兆以太網(wǎng)物理層技術(shù)預(yù)研[J].汽車(chē)電器, 2021(7):61-62,66.

[3] 徐強(qiáng) . 橢圓輻射器的寬帶同軸巴倫研究 [D]. 西安 : 西安電子科技大學(xué) ,2022.

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