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[摘 要]本文介绍RF PON技术，对RF PON的基本原理、噪声特性以及在网络改造中的应用等问题进行了分析，并对RF PON技术在有线电视HFC网络改造中的优势与局限进行了论述。
[关键词]RF PON技术 ；HFC网络
中图分类号：TN943.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）01-0051-01
1.RF PON的工作原理
RF PON（射频PON）技术，是指在PON架构之上传输有线电视RF信号的一种无源光网络，该网络架构的提出是为了在PON上传输当前在同轴电缆上传输的射频信号.
这种网络架构中，单纤（或双纤）无源光网络替代了HFC网络的同轴部分，上行信号和下行信号通过不同的波长共用同一根光纤进行传输，比较典型的是上行方向使用1490nm波长进行交互业务的回传信号的传输，下行方向使用1550nm波长进行广播信号和交互业务的下行信号的传输。
突发式反向光发送机内置于RF PON光节点内，该发送机采用时分复用方式，通过回传RF发射信号实现同步工作，其定时和时隙安排通过有线电视前端设备进行精确控制：多个RF PON光节点在前端共用一台光反向接收机，RF回传信号经光反向接收机解调后，分别进入各自的RF 回传信号输入端口。用于下行传输的RF PON设备不需要控制，通过RF PON网络进行广播式传输，和传统有线电视HFC网络一样，RF信号需要在光节点处进行“光一电”信号转换，RF PON网络的下行接收机被放置于楼栋或者用户家中，完成“光一电”转换的功能。 RF PON网络的下行接收机完全兼容QAM或QPSK等调制技术，因此，可以在前端共享部分设备。在回传通道，RF PON回传发送机的突发模式的工作状态使得在任意时间点都只能有且仅有一个CM发送信号。实际上，即PON设备的光发送机的工作状态严格地受控于用户驻地设备，用户驻地设备的盯发射信号的发送时刻精确控制着RF PON回传发送机打开/关断反向通道激光器，当用户驻地设备的盯信号发射完成时，激光器随即关断。由于RF回传信号与激光器的同步工作方式，从而有效避免了多个激光器被同时打开而发生碰撞的情况。即使用于回传的光合成器覆盖多达32个节点，在任何时间点内，网络中也仅仅存在一台与RF PON节点相对应的回传光链路工作.
通过这种光纤架构，使得在同一个PON网络上通过WDM的方式以1490nm传输EPON下行通讯信号，而以1310nm传输上行通讯信号上成为可能，从而能够在同一个PON架构上同时传输有线电视广播信号、交互业务信号和EPON系统的通讯信号。
如果对网络的要求不满足于仅仅开展传统的双向HFC网络传输业务，还想要在同一根光纤上开展EPON应用，则可以利用在单根光纤上采用波分复用方式，以1550nm波长传输下行业务信号，1490nm波长传输上行业务信号。对于出现的IP数据应用需求，需要架构在EPON网络之上，因此，可以将HFC网络与EPON网络进行融合，采用波分复用的方式，以1490nm波长传输EPON业务下行以太通讯信号，以1310nm波长传输回传信号，4个波长复用后以同一根光纤实现双向传输，将PON架构同时应用于传统的HFC网络和EPON网络，这是盯PON技术的核心精髓所在。
在正向，RF PON网络可以被看成一个典型的P2MP（点到多点）的）一播系统；在回传通道中，即PON网络则把上行信号或者系统回传信号利用一个独立的回传灯波长进行传输，从而对传统的HFC网络的RF回传信号提供支持，上行RF支持是通过以另外一个PON上行波长来传輸上行即信号实现的。有线电视运营商可以通过使用RF PON技术来增加可用频谱（包括上下行链路）以提供更多的业务，通过把视频业务与数据、语音等业务分离来优化网络带宽，同时利用高可靠性和低运营成本来提高网络竞争力。
2.RF PON在HFC网改中的应用
RF PON可以大大缩小光节点所覆盖的用户，使得光纤能够朝着用户端方向进一步延伸，逐步实现微型光节点到楼，最终实现光纤到户。因此，在我国有线电视网络双向化改造过程中，RF PON技术有着其特殊的应用空间和广阔的应用前景。特别值得注意的是，传统的HFC（光纤同轴混合）网络中每个光节点都需要在前端配备一台反向光接收机，而RF PON网络架构中配置数台至十几台突发式反向光发送机仅仅只需配备一台反向光接收机，这就使得在网络前端的反向光接收机数量大为减少，既显著降低了系统造价，又明显提升了系统的可靠性与稳定性，同时还能大为降低前端的光纤和电缆连接数量以及安装空间的需求。
3.RF PON网络的噪声特性
从工作原理上分析，RF PON网络比传统HFC网络具有更好的噪声性能。
首先，RF PON网络中，回传通道的上行突发模式显著降低了网络中的异常侵入噪声对载噪比性能的影响。当用户端设备激活时，在任何时间内都只有一个RF PON设备在工作，这样一来，只有对应该激活通道的终端设备在该时刻内发生的侵入噪声才能进入系统的回传通道，系统所覆盖的其它终端设备即使在此时出现侵入噪声，也会由于相对应的激光发送机被关断的原因而不能进入系统的回传通道。因此，在即PON网络中，回传通道的侵入噪声要显著地低于传统的HFC网络。
其次，RF PON网络固有的低噪声性能使得RF PON网络架构比HFC网络有着更为优异的载噪比性能。在HFC网络架构中，回传通道中存在着多个反向RF放大器的级联，随着放大器级数的增加，这些反向即放大器的级联使得HFC网络的载噪比性能逐级劣化，而在RF PON网络中，由于网络只有在灯PON节点与反向光接收机中才进行RF回传信号的放大，因此，RF PON网络的回传通道载噪比必然优于HFC网络。
RF PON技术对噪声还有一个改善，就是以低噪声光电路制成的回传通道收发器专门针对RF PON网络进行了优化，这些接收机的噪声性能比传统HFC网络要好。 4.RF PON技术的优势
分析RF PON网络可以得出，RF PON网络架构有着显著的优势：
1）从根本上解决回传通道的噪声侵入与汇聚问题，因为在任一时刻，RF PON应用模式都仅仅只有一个Cable Modem（CM）所对应的突发式反向光发送机在工作，其它反向光发送机都处于关断状态，工作状态的反向光发送机的光调制指数也远高于传统连续发射的模拟光发送机，因此，侵入噪声和背景噪声都明显降低，回传NPR也就更高。
2）能够提供更宽的上行频谱。由于RF PON对噪声特性的明显改善和反向光发送机光调制指数的增加，使得系统NPR明显改善，从而使得整个5-65MH回传带宽用于数据传输成为可能。此外该技术还能更好地支持DOCSIS3.0绑定，有线网络运营商可以使用64 QAM调制进行上行传输，以显著增加上行传输速率。
3）使传统光纤同轴混合网络（HFC）的光纤向用户端延伸，纯介质的无源光网络架构（PON）对信号的调制格式、传输协议完全透明，所以既可以提供HFC网络上全部RF信号的传输功能，又不必为双向改造再构建一个独立的PON网络；即便用户确实需要更高的传输速率，平滑升级到xPON系统时，也只需在前端添加局端设备，如光线路终端（OLT），在用户端添加用户终端设备，如相应的ONU，而不需要再构建新的PON网络。
4）一台反向接收机对应多个光节点，前端机房的建设费用会显著降低，机房管理更为简单；光纤用量的显著减小，不仅光纤购置费用明显减少，而且降低了光纤敷设成本，这对于重新架设光缆存在困难的地方，从根本上解决了系统升级瓶颈。
4.结语
目前，我国的大部分有线电视网采用混合同轴光纤电缆CHFC）网络架构，数字电视和双向互动业务的发展，对基于有线传输数据业务接口（DOCSIS）标准的HFC网络性能、容量等方面提出了更高的升级要求。现有网络主要承载的广播业务占据大量带宽，造成网络带宽供给压力。同时，射频无源光网络（RF PON）技术具有更寬的下行频谱、更宽的上行带宽和更少的维护等优势，在同轴电缆入户网络的双向化演进过程中受到越来越多的关注。
参考文献
[1] 周勇，庄小正，羌小柏等，RF PON技术在NGB接入网络中的应用[C]，NCTC.2011第十三届全国有线电视技术研讨会论文集，2011.
[2] 尹冠民，熊承国，RF PON技术在NGB接入网络中的应用[C]，2010国际传输与覆盖研讨会论文集，2010.
[关键词]RF PON技术 ；HFC网络
中图分类号：TN943.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）01-0051-01
1.RF PON的工作原理
RF PON（射频PON）技术，是指在PON架构之上传输有线电视RF信号的一种无源光网络，该网络架构的提出是为了在PON上传输当前在同轴电缆上传输的射频信号.
这种网络架构中，单纤（或双纤）无源光网络替代了HFC网络的同轴部分，上行信号和下行信号通过不同的波长共用同一根光纤进行传输，比较典型的是上行方向使用1490nm波长进行交互业务的回传信号的传输，下行方向使用1550nm波长进行广播信号和交互业务的下行信号的传输。
突发式反向光发送机内置于RF PON光节点内，该发送机采用时分复用方式，通过回传RF发射信号实现同步工作，其定时和时隙安排通过有线电视前端设备进行精确控制：多个RF PON光节点在前端共用一台光反向接收机，RF回传信号经光反向接收机解调后，分别进入各自的RF 回传信号输入端口。用于下行传输的RF PON设备不需要控制，通过RF PON网络进行广播式传输，和传统有线电视HFC网络一样，RF信号需要在光节点处进行“光一电”信号转换，RF PON网络的下行接收机被放置于楼栋或者用户家中，完成“光一电”转换的功能。 RF PON网络的下行接收机完全兼容QAM或QPSK等调制技术，因此，可以在前端共享部分设备。在回传通道，RF PON回传发送机的突发模式的工作状态使得在任意时间点都只能有且仅有一个CM发送信号。实际上，即PON设备的光发送机的工作状态严格地受控于用户驻地设备，用户驻地设备的盯发射信号的发送时刻精确控制着RF PON回传发送机打开/关断反向通道激光器，当用户驻地设备的盯信号发射完成时，激光器随即关断。由于RF回传信号与激光器的同步工作方式，从而有效避免了多个激光器被同时打开而发生碰撞的情况。即使用于回传的光合成器覆盖多达32个节点，在任何时间点内，网络中也仅仅存在一台与RF PON节点相对应的回传光链路工作.
通过这种光纤架构，使得在同一个PON网络上通过WDM的方式以1490nm传输EPON下行通讯信号，而以1310nm传输上行通讯信号上成为可能，从而能够在同一个PON架构上同时传输有线电视广播信号、交互业务信号和EPON系统的通讯信号。
如果对网络的要求不满足于仅仅开展传统的双向HFC网络传输业务，还想要在同一根光纤上开展EPON应用，则可以利用在单根光纤上采用波分复用方式，以1550nm波长传输下行业务信号，1490nm波长传输上行业务信号。对于出现的IP数据应用需求，需要架构在EPON网络之上，因此，可以将HFC网络与EPON网络进行融合，采用波分复用的方式，以1490nm波长传输EPON业务下行以太通讯信号，以1310nm波长传输回传信号，4个波长复用后以同一根光纤实现双向传输，将PON架构同时应用于传统的HFC网络和EPON网络，这是盯PON技术的核心精髓所在。
在正向，RF PON网络可以被看成一个典型的P2MP（点到多点）的）一播系统；在回传通道中，即PON网络则把上行信号或者系统回传信号利用一个独立的回传灯波长进行传输，从而对传统的HFC网络的RF回传信号提供支持，上行RF支持是通过以另外一个PON上行波长来传輸上行即信号实现的。有线电视运营商可以通过使用RF PON技术来增加可用频谱（包括上下行链路）以提供更多的业务，通过把视频业务与数据、语音等业务分离来优化网络带宽，同时利用高可靠性和低运营成本来提高网络竞争力。
2.RF PON在HFC网改中的应用
RF PON可以大大缩小光节点所覆盖的用户，使得光纤能够朝着用户端方向进一步延伸，逐步实现微型光节点到楼，最终实现光纤到户。因此，在我国有线电视网络双向化改造过程中，RF PON技术有着其特殊的应用空间和广阔的应用前景。特别值得注意的是，传统的HFC（光纤同轴混合）网络中每个光节点都需要在前端配备一台反向光接收机，而RF PON网络架构中配置数台至十几台突发式反向光发送机仅仅只需配备一台反向光接收机，这就使得在网络前端的反向光接收机数量大为减少，既显著降低了系统造价，又明显提升了系统的可靠性与稳定性，同时还能大为降低前端的光纤和电缆连接数量以及安装空间的需求。
3.RF PON网络的噪声特性
从工作原理上分析，RF PON网络比传统HFC网络具有更好的噪声性能。
首先，RF PON网络中，回传通道的上行突发模式显著降低了网络中的异常侵入噪声对载噪比性能的影响。当用户端设备激活时，在任何时间内都只有一个RF PON设备在工作，这样一来，只有对应该激活通道的终端设备在该时刻内发生的侵入噪声才能进入系统的回传通道，系统所覆盖的其它终端设备即使在此时出现侵入噪声，也会由于相对应的激光发送机被关断的原因而不能进入系统的回传通道。因此，在即PON网络中，回传通道的侵入噪声要显著地低于传统的HFC网络。
其次，RF PON网络固有的低噪声性能使得RF PON网络架构比HFC网络有着更为优异的载噪比性能。在HFC网络架构中，回传通道中存在着多个反向RF放大器的级联，随着放大器级数的增加，这些反向即放大器的级联使得HFC网络的载噪比性能逐级劣化，而在RF PON网络中，由于网络只有在灯PON节点与反向光接收机中才进行RF回传信号的放大，因此，RF PON网络的回传通道载噪比必然优于HFC网络。
RF PON技术对噪声还有一个改善，就是以低噪声光电路制成的回传通道收发器专门针对RF PON网络进行了优化，这些接收机的噪声性能比传统HFC网络要好。 4.RF PON技术的优势
分析RF PON网络可以得出，RF PON网络架构有着显著的优势：
1）从根本上解决回传通道的噪声侵入与汇聚问题，因为在任一时刻，RF PON应用模式都仅仅只有一个Cable Modem（CM）所对应的突发式反向光发送机在工作，其它反向光发送机都处于关断状态，工作状态的反向光发送机的光调制指数也远高于传统连续发射的模拟光发送机，因此，侵入噪声和背景噪声都明显降低，回传NPR也就更高。
2）能够提供更宽的上行频谱。由于RF PON对噪声特性的明显改善和反向光发送机光调制指数的增加，使得系统NPR明显改善，从而使得整个5-65MH回传带宽用于数据传输成为可能。此外该技术还能更好地支持DOCSIS3.0绑定，有线网络运营商可以使用64 QAM调制进行上行传输，以显著增加上行传输速率。
3）使传统光纤同轴混合网络（HFC）的光纤向用户端延伸，纯介质的无源光网络架构（PON）对信号的调制格式、传输协议完全透明，所以既可以提供HFC网络上全部RF信号的传输功能，又不必为双向改造再构建一个独立的PON网络；即便用户确实需要更高的传输速率，平滑升级到xPON系统时，也只需在前端添加局端设备，如光线路终端（OLT），在用户端添加用户终端设备，如相应的ONU，而不需要再构建新的PON网络。
4）一台反向接收机对应多个光节点，前端机房的建设费用会显著降低，机房管理更为简单；光纤用量的显著减小，不仅光纤购置费用明显减少，而且降低了光纤敷设成本，这对于重新架设光缆存在困难的地方，从根本上解决了系统升级瓶颈。
4.结语
目前，我国的大部分有线电视网采用混合同轴光纤电缆CHFC）网络架构，数字电视和双向互动业务的发展，对基于有线传输数据业务接口（DOCSIS）标准的HFC网络性能、容量等方面提出了更高的升级要求。现有网络主要承载的广播业务占据大量带宽，造成网络带宽供给压力。同时，射频无源光网络（RF PON）技术具有更寬的下行频谱、更宽的上行带宽和更少的维护等优势，在同轴电缆入户网络的双向化演进过程中受到越来越多的关注。
参考文献
[1] 周勇，庄小正，羌小柏等，RF PON技术在NGB接入网络中的应用[C]，NCTC.2011第十三届全国有线电视技术研讨会论文集，2011.
[2] 尹冠民，熊承国，RF PON技术在NGB接入网络中的应用[C]，2010国际传输与覆盖研讨会论文集，2010.