【精选】一种基于同轴电缆的广电IP化接入技术研究

本文精选自《广播与电视技术》2025年第8期，阅读原文请访问“广电猎酷”小程序“”。

随着科技进步和三网融合的不断推进，用户需求呈现超高清化和大带宽化的特点，为适应市场需求变化，提升广电网络产品品质和用户体验，华数集团提出“全网双向运营”战略，以保持竞争优势，实现可持续发展。本文研究了一种基于同轴电缆的IP化接入技术方案，可助力广电网络全业务IP化运营。

本文作者：

张月华，张卫，徐建卫

浙江华数广电网络股份有限公司

第一作者简介：

张月华，男，1981年出生，中国通信学会高级会员，高级工程师，电子与通信工程硕士，浙江华数广电网络有限公司总工办规划主管，负责全省网络技术规划和新技术研究。

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现状分析

我国现行的数字有线电视系统标准是 DVB-C，发布于1994年。当前，DVB-C 网络是HFC光纤同轴混合网，末级采用同轴电缆作为传输介质，采用MPEG-2进行压缩编码。同轴电缆具有抗干扰能力强、传输信号强度高的特点，因此，各地新建住宅有线电视配套工程中，主要采用同轴电缆入户的方式，满足千家万户的看电视需求。

现在国内有线电视网络，大部分地区采用DVB-C标准64QAM调制方式，只有少数地区采用DVB-C标准256QAM调制方式。一个标准的8M带宽的模拟电视频道，采用DVB-C标准64QAM调制方式，最大支持的传输速率只有38.4Mbps，可以满足传输标清、高清和4K超高清数字视频信号，但无法满足传输8K超高清视频信号。虽然，2009年国际发布了DVB-C2标准，最高调制方式可达到4096QAM，传输速率达80Mbps以上，但同时对网络指标也提出了更高的要求，特别是SNR（信噪比）指标，现网部署可行性并不高。

随着IP网络的快速发展，全业务IP化趋势明显，业界出现一种基于IP协议传输视频服务的传输方案——IPVB，它结合广播网络特性和IP技术特点，实现视频、数据等业务的端到端全IP化承载。2019年11月，广电总局印发《有线电视网络光纤到户万兆单向IP广播系统技术规范》。有线电视网络光纤到户万兆单向IP广播系统利用1550nm波长，通过光功率分配网络，实现万兆IP数据流的广播传输。该系统主要由IP广播前端和IP广播终端两部分组成，IP广播前端接收数据报文，然后根据需要加入本地业务数据后，以UDP组播报文的格式，将数据通过光传输网络广播到每一个IP广播终端。

有线电视网络光纤到户万兆单向IP广播系统具有带宽大、安全性高的特点，可有效承载 4K、8K 超高清电视业务，符合广电总局提出的“打造超高清、智慧化、全覆盖、强安全的新型广电基础设施”要求。有线电视网络光纤到户万兆单向IP广播系统落地部署的前提条件是具备覆盖广、入户率高的光纤到户网络，而当前国内有线电视网络仍然以 HFC 光纤同轴混合网为主，光纤到户率较低，以浙江省为例，以建筑房屋基数统计，有线电视网络光纤到户率约10%。

有线电视网络光纤到户率低的原因主要有以下两点，一是存量网络光纤到户改造是以业务为引领，主要服务于宽带和互动业务，业务渗透率按30%设计，并非全覆盖设计。举例：一个12户的住宅单元，配套1路4光分路器，可承载4户光纤入户。二是老旧小区存在光纤入户难的问题，由于建筑物内管道资源不足，光纤入户涉及房屋打孔、明线敷设、工程量大和耗时长等一系列问题。如何立足于有线电视网络现状，构建大带宽全网双向运营的新一代有线电视网络是各地广电亟需思考解决的问题。

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创新思路

当前，国内的有线电视网络是HFC光纤同轴混合网，现存有2亿多户住宅为同轴电缆入户，盘活存量的同轴电缆资源，使其具备承载1Gbps至10Gbps的IP接入能力，将有效破解构建大带宽全网双向运营有线电视网络的难题。

表1 IEEE以太网协议标准

近些年，随着科技的升级迭代，国际电气和电子工程师协会（IEEE）于 2016 年发布 802.3bp 高速以太网协议标准，区别于传统的 802.3ab 以太网协议标准，它在一对双绞线上实现1000Mbps 数据传输速率，主要应用于汽车电子、工业控制系统和机器视觉领域等场景，也被称为 1000Base-T1[1]，如表1所示。2020 年，国际电气和电子工程师协会发布了 802.3ch 以太网协议标准，数据传输速率达到 2.5Gbps和10Gbps。

随着汽车智能化和自动驾驶技术的快速发展，1000Base-T1以太网协议标准已广泛应用于汽车电子领域，被称为车载以太网。车载以太网是因汽车 E/E 架构和功能复杂度提升而带来的对车辆数据传输高带宽以及通讯方式改变等需求出现的[2]。当前，车载以太网产业生态已比较健全，成熟度高，芯片市场既有 Broadcom、Marvell、TI、Realtek 等国际巨头，还有裕太微和景略半导体等国内芯片厂商。根据中国汽车技术研究中心预测，2021～2025 年车载以太网PHY 芯片出货量呈10倍数量级增长，预计2025年国内车载以太网物理层芯片搭载量将超过2.9亿片，市场规模突破120亿元。

1000Base-T1技术的核心原理是在物理层（PHY）通过1对 UTP（非屏蔽双绞线）实现 1000Mbps 全双工的数据传输能力。1000Base-T1 芯片属于车规级 PHY 芯片，具有极高的稳定性和可靠性等特点，本文研究探索将 1000Base-T1技术适配到广电网络同轴电缆，实现IP以太网传输接入，满足大带宽、免维护、低成本、高可靠的应用目标。

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设计开发

本文研究探索1000Base-T1PHY芯片与同轴电缆介质适配，实现远距离、大带宽速率传输，属于一种物理层技术创新开发。

图1 1000Base-T1与同轴电缆适配原理图

如图1所示，1000Base-T1 作为物理层芯片，介于 MAC芯片与物理媒介之间。北向与 MCU（Microcontroller Unit）连接，支持 RGMII（Reduced Gigabit Media Independent Interface）和 SGMII（Serial Gigabit Media Independent Interface）高速数据传输接口，南向通过 MDI（Media Dependent Interface）接口适配至同轴电缆等物理媒介，提供1Gbps 及以上的数据传输速率。

传统的1000Base-T1技术的标准传输介质是100欧姆的UTP（非屏蔽双绞线），在与同轴电缆介质适配过程中，由于传输介质改变和阻抗不匹配等因素无法简单复用，通过反复检测，设计引入巴伦元器件用于基于1000Base-T1 技术的广电同轴网络设备的差分转单端电路及阻抗匹配设计[3]。通过巴伦元器件实现差分信号和单端信号的相互转换，同时将巴伦上初级次级线圈匝比设计为1:1.13，可将MDI接口差分电路特性阻抗 100Ω 和广电同轴电缆特性阻抗75Ω进行完美匹配。

图2 同轴千兆收发器原理框图

为了进一步验证技术可行性，我们设计了一款基于1000Base-T1 技术的同轴千兆收发器，其设计原理如图 2 所示。基于一组主从1000Base-T1 的同轴千兆收发器，通过一根长度 200m 的同轴电缆，实现 1000Mbps 协商速率正常收发，零丢包，验证了 1000Base-T1 在同轴电缆上可靠传输的技术可行性。

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场景应用

车载以太网除了已经量产的1000Base-T1芯片外，还有2.5GBase-T1和10GBase-T1芯片，后文统称为XGBase-T1技术。将车载以太网技术与同轴电缆适配，基于同轴电缆实现千兆和万兆速率的IP传输能力，助力广电网络在光纤入户率不足的情况下，实现直播电视、互动电视和宽带等全业务的端到端 IP 化运营。

图 3 全业务端到端 IP 化网络拓扑图

如图3所示，基于XGBase-T1技术构建全业务IP化接入方案，在A平台上实现直播电视IP广播，将DVB-C 数字电视演进 IPVB 电视广播（IPVB，IP Video Broadcast），与SPTS（Single-Program Transport Stream）或MPTS（MultiProgram Transport Stream）传输的 DVB-C 广播或 IPTV 直播兼容，且保留了DVB-C 广播电视网络原有特点和优势。B平台上实现 IP 双向高速数据接入业务，支持Internet 互联网和互动电视业务，网络接入能力达到1G、2.5G和10G，等同于 EPON、GPON和XGPON的FTTH网络。

图4 XGBase-T1局端与终端设备

目前，基于XGBase-T1技术构建全业务IP化接入方案已在杭州市临平区开展试点应用，覆盖用户规模约500户。如图4所示，在原楼道侧光节点处部署 XGBase-T1局端，采用两纤三波方式输入 GPON/EPON和IP直播信号，内部实现IP信号光电转换、IEEE802.3bp协议封装和同轴电缆介质适配；家庭侧部署 XGBase-T1 Dongle，输入端为同轴F口，内部实现IEEE802.3bp至IEEE802.3ab 物理层转换，输出为千兆RJ45 口。

试运行半年以来，系统运行稳定，直播电视、点播电视和宽带等业务用户体验良好。用户宽带业务测速结果为下载速率1013Mbps，上传速率843Mbps，时延2ms，抖动1ms；用户电视业务直播和点播4K超高清节目，视频流畅，无卡顿或马赛克现象。

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结束语

本文研究提出得方案立足于有线电视网络HFC光纤同轴混合网现状，在《有线电视网络光纤到户万兆单向IP广播系统》基础上，采纳 IEEE802.3bp和 802.3ch协议，融合1000Base-T1和10GBASE-T1等新技术，实现在光纤和同轴电缆等多种介质上传输千兆和万兆速率的IP广播视频流，可助力构建全网双向运营的新一代有线电视网络。为建成高速、安全、泛在、智能的广电网络，广电运营商还需要广泛应用新技术、新产品、新工艺和新材料“四新”成果，不断优化提升服务品质，进而在激烈的市场中保持竞争力。

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参考文献

[1]罗德与施瓦茨携手Marvell在业内率先完成1000BASE-T1所有物理层一致性测试[J].电子测量技术,2019,42(1):20.

[2] 冯梓轩,刘晓祥,马良,等.乘用车千兆以太网物理层技术预研[J].汽车电器, 2021(7):61-62,66.

[3] 徐强 . 椭圆辐射器的宽带同轴巴伦研究 [D]. 西安 : 西安电子科技大学 ,2022.

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