三网融合及测量
世界网络 www.linkwan.com向天明顾问、 林和安创办人
摘 要：本文对三网融合的认识进行了解读，并对三网融合的技术参数，测量项目、方法和仪器，进行了探讨。其目的是促进三网融合开展，呼吁在网络建设和维护中重视质量，重视测量，合理选择仪器。
关键词：三网融合、数字电视、开/关均衡、QAM损伤、Cable Modem、Ping、EPON、EOC、WiFi、单端/环回测试。
三网融合被列为我国十二五规划的重点项目，它对于我国的国民经济、国济民生有着非常大的推动作用。它是一个庞大的工程，涉及到全国各地，方方面面，因此要实现这一庞大的工程需要作大量的工作，其中保证工程质量非常重要。保证质量首先是要有一系列技术标准并有一系列的完整的测量方法和测量仪器。故本文将对三网融合及测量进行探讨。
1. 对三网融合的解读。
这些年世面上对三网融合炒得火热，但什么叫三网融合认识不是很确切。
1.1 三网融合的技术解读
随着电子技术的发展，从通信信息的层面来看，首先出现了电话通信网络，然后是数字电视网络，上世纪末迅速出现了宽带数据网络，特别当电话网络和电视网络也都数字化后，这三个网络传输的都是以数字信号表征的信息，因此将这些信息在一个网络上进行传输已经成熟。
这就是说，三网融合是电话网、数字电视网，宽带数据网，所传输的信息均可融合在一起在任意一个网络上进行传输。
1.2三网融合的营运解读
三网融合的营运解读也称为所谓老板解读，即是说，目前世面上有电信网络营运商（显然有好几家），广电网络营运商和宽带网络营运商，他们都在营运着自己业务，如果一个实体网络可以开展电话、宽带数据和广播电视业务，那么就只要一家营运商就可以了，这就是我国上世纪末本世纪初叫得最响的话题——三网合一。其实从现有技术和营运方面来讲，即使技术上可以用一个网络实现三网业务合一，并不能说全国只要一家营运商，仅是电信业务也有几家，因此人们逐渐认识到三网合一是不现实的，可行的是目前世面上营运的三种网络都可以利用各自的技术优势和营运特点，实行三网业务交叉，即是三种营运商均可经营电话、数据和数字电视业务，称之为三网融合。这样既可业务互补，也构成竞争机制。
1.3 三网融合的技术及标准
电话网络从单机电话传输到市内电话、长途电话，无线移动电话，从模拟到数字传输；广播电视从话音广播到黑白电视机，彩色电视，模拟电视到数字电视；宽带数据网络更是以强大的信息传输优势独占鳌头。这三种网络在发展中都采用了许多先进的技术，也制定了很多适合它们质量保证的技术标准和测量标准。
我想，电话和电视它们经历了近百年，最终会因为数据化而逐渐靠近数据的宽带传输，最后是全IP化，放弃自己过去的标准，拟定共同的标准实现技术标准上完全的真正的三网融合。但营运商仍然不止一个而是多个。
1.4三网融合的测量
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图1 三网融合示意图
图1中Y是指用户端，它以机顶盒连接用户的数字电视、电脑、IP电话、打印机等终端设备。
其中Y——A是数字电视网络，从前端A所传送的数字电视信号到用户端Y。
其中Y——B是数据网络，Y——C是IP电话网络，它们都是以IP方式传输。
值得说明的是E——Y以前大都是在HFC网络采用Cable Modem方式，近年来则较多的采用EPON或EPON+EOC方式。
以上这些网络它们都有着各自的技术标准和技术参数，我们应根据这些技术参数的测试标准采用可行的测量方案，研制、选择合适的仪器，实现准确可靠的测量。
2. 传输网络的测量
前面讲到的数字电视网络，宽带数据网络，IP电话网络，Cable Modem网络，EPON及EPON+EOC网络，它们都是电信号传输网络，即使中间有光传输但也是通过光电转换。无论是整个网络或是其中某一段网络，如数字电视前端到用户端，或是Cable Modem的CMTS前端到用户端，或者OLT到ONU，或者五类线。它们都要对网络进行类似的传输测量，电平、衰减、频响，噪声等。如图2所示，只有这些参数达到技术指标才能证实这个物理网络是合格的，才有资格讨论数字信号传输。
图2 传输网络测量
在数字电视网络中还应该有C/N、CSO、CTB的测量，这对数字电视来说也应于物理网络测量，这里不详细讨论。
这里要说明的是对频谱分析仪除了需要测量的频率范围外，其它指标相差甚远，还要求灵敏度、动态范围、分辨率带宽，视频带宽等。
3. 数字电视测量
关于数字电视测量是按DVB标准中的测试标准TR101290，作者曾有详细论述，这里只有几点说明。
3.1 数字电视参数的测量
数字电视参数主要有数字平均功率电平、误码率BER、调制误差率MER、星座图。
数字电平当然是最重要的，BER小于10–7~10-8就可以了。星座图是对信号质量的分析，它和MER是同一性质的参数，MER是衡量数字电视信号质量最重要的指标，在前端MER应大于39~40dB，用户端应在大于30dB~32dB，数字电视营运是在亚误码状态下工作，是应该远远离开误码状态，MER在大于28dB以上就不会误码，为什么要MER在30dB以上是为了网络能正常营运、如果网络真的达到MER28dB以下，也许这个网络应进行改造了！因此，我认为数字电视除平均功率电平外，最重要的是MER的测量。然而MER却是最难测准，也是最有争议的一个指标，请看作者参考文献。
3.2关于QAM损伤分析
数字电视信号在传输过程中受到广义噪声干扰，将会影响信号质量，甚至造成误码，上述MER是表征广义噪声影响的数字表达式，而星座图则是表征广义噪声影响的图形表达式，前者是广义噪声的综合反应式，而后者虽然可以用不同的星座图形状表征广义噪声的各项来源（即各种干扰信号）但它只是用图形作定性的反映，当我们要对数字电视信号进行深层次的分析，确切的寻找这些具体噪声时，则需要一个一个地测量出来，这就是信号损伤分析。这就便于我们排除故障、提高数字电视信号质量。信号损伤分析的参数有：群延时、最大电平变化、相位抖动、符号率错误、载波偏移、I/Q增益差异、I/Q相位差异、频响、HUM（哼声）、MER、EVM、载噪比等。
3.3 开/关均衡测试
在传输网络中，大都有放大器、分支器、光发射机、光接收机、光纤、电缆等，它们作为一个独立的部件相互连接，都具有增益或衰减、频响、反射、相移、相位抖动、群延时特性等。在数字传输中，往往都用自适应均衡器进行修正。在终端设备和仪器都采用自适应均衡器，从某种意义来讲这是可以反映数字电视网络状况。但这已是将信号在传输中的真实损伤进行了补偿，如果要进一步深层次的分析时，则需要关掉仪器均衡，如实反映无自适应均衡的广义噪声状态。
目前能关掉均衡的仪器较少。有AT2500、CX380、CX350、CX180等。
4. 以太网的测量
从图1可知，数字电视信号传输是经过A——Y通路，而B——Y和C——Y都是经过以太网传输，因此三网融合测试中除数字电视网络测量以外，以太网的测量是非常重要的。无论你采用什么形式的网络，无论是采用Cable Modem网络或是EPON或EPON+EOC网络，只要实现Ping的功能，并对网络进行Ping测试，实现网页浏览，便可肯定网络是否正常。
4.1 Ping的功能
仪器接在用户端，可采用用户地址或仪器默认地址，从用户端到接通前端DHCP服务器，获得相关地址，DHCP通过（或失败），IP连接成功（或失败），Cateway网关通过（或失败），DNS服务器连接（或失败），即可验证以太网已正常连通。
4.2 Ping功能测试
Ping是在用户端向目标主机发送一个“请求响应”查看是否有“请求响应”回复。从而认证Ping是否通过或失败，并获得目标地址，发送Ping个数，接收Ping个数。同时获得往返时间，即Ping当前请求时间、请求记录最大时间，最小时间，平均时间等。
4.3跟踪路由测试（Trace Route）
这是查找目标地址或URL路由器的一种方法。以求得至目标地址的跳数，生存时间和目标地址。
4.4 地址协议分析（ARP）
是用来验证用户可选IP范围内的每一个地址的状态，在已知主机网络层地址情况下，查找主机硬件地址的方法。
4.5 吞吐量测试（FTP）
是通过发送或接收已知大小文件，检测上行或下行的数据实际吞吐量。当完成相应设置即可得出结果：PASS测试完成，登录至RX服务器时间，根据传输速率，总传输时间，上行或下行相应的平均吞吐量。
4.6 网页浏览
网页浏览是将仪器作为一个用户端的电脑直接上网查看，并测出响应时间、传输时间、数据传输平均吞吐量。
5. WiFi测试
WiFi测试实际上是利用WiFi通道对WiFi特性及以太网进行测试，即当测试完成即WiFi信道畅通，同时以WiFi接口的信道对以太网进行测试。
WiFi测试均按IEEE802.11b和802.11g网络标准。当接入WiFi适配器（接收器），仪器首先对所在空间进行扫描（SIDD），并确定被测点，测出相关参数，如得知密码可解密完成Ping功能测试并浏览网页。WiFi测量还有两个重要指标，信号强度和链路质量。
5.1 信号强度（RSSI）
这是测量WiFi射频信号2.4GHz的射频强度，它可以定量测试，即以电平或功率值表示dBuV、dBmV、dBw、dBm等。但在IEEE802.11标准中未规定WiFi的具体数值，而是由WiFi厂家自己确定其最大值，即RSSIMAX为100，那么强度显示最大为100%，一般使用场合在60%以上电平就合格了。
5.2.信号质量（CRC）
这是指保证数据或语言无错误比特时为100%，即为信号的信噪比好的状态，如信号质量降低时百分比下降，当60%以上可以正常工作。
其实在测量中这两项指标都是定性的测试，因为WiFi适配器生产厂家不同差异很大，而且更重要的是与WiFi发射器距离有关，关键是它是要达到60%，然后实现Ping功能，并实现上述的以太网项目的测量，Ping功能、Ping测试、路由测试、吞吐量测试、地址协议分析、并可浏览网页。这是很实际的测试。
6. Cable Modem测量
在CATV数字电视传输中采用HFC网络，如图3所示前端连接CMTS，用户端CM（Cable Modem）机顶盒，信号上行和下行均在HFC网络中进行。前端有一个CMTS，仪器在用户端，它首先是一个仿真的CM作为用户与前端CMTS连接，在下行又预置一个专用频道，CM在用户端发送DOCSIS信号到前端CMTS，连接上后发送相关信息到CM，从而在仪器上获得上行和下行信号的参数，频率、电平、调制方式、SNR等。这都是按每个步骤进行的，如某一步连接失败即可直接显示。有关连接步骤及相关规定，我国采用欧洲标准DOCSIS2.0和DOSIS3.0版本。通过以上步骤验证DOCSIS网络接通可工作，便可以进行以太网项目测量，Ping功能、Ping测试、路由测试、吞吐量测试、地址协议分析，并可浏览网页。
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图3 Cable Modem 网络
7. EPON+EOC测量
EPON是CATV数字电视网络三网融合，或者说双向网络的方案之一，它较Cable Modem网络各有特点，这里不作讨论，笔者认为两种方案都可满足三网融合传输业务的要求，关键是要严格重视设备、安装和维护的质量。有人说EPON方案好，没有问题，这是错的，任何一个网络或电子工程都有技术问题，都有质量和可靠性的问题，都需要严格控制质量。EPON的技术是电信方面较为成熟的技术，但对于长期从事广播电视的人来说，需要增加一些新的概念，那就是数据传输的概念和测量方法。
在EPON网络中又加入EOC，而且目前EOC的技术方案尚不成熟，难以统一，因此对于质量的控制更应严格。
对于EPON和EPON+EOC网络最重要的是要进行一般传输网络的测试，即前叙的电平、衰减、频响、噪声等参数的测量，如果说传输网络没问题，基本可以判断这个物理网络是好的。在EPON网络OLT到ONU这段应进行相应的测试，那么整个网络可以进入前述的以太网参数的测试分析并浏览网页，对于网络中的EOC段的前端和用户端也可以用此方法，也就很容易判断好坏。
7.1 数据网络的测量
数据网络的测量一般是综合反映数据链路层、网络层、传输层的质量，是千兆以太网测试标准，即RFC2544。尽管有些场合会表述不完全一致，但大都有四项指标。
1）吞吐量（Throughout）
这是指单位时间从源发送方到目的接收方可传输的最大数据量，常指被测网络在不丢包条件下每秒转发的数据率的极限，单位Mbps。
2）延时（Latency）
这是指网络在吞吐率范围内从收到包到转发出该包的时间间隔。一般取20次重复测量的平均值，单位mS。
3）丢包率（Packet loss rate）
这是指网络在吞吐率范围内丢失数据包数量占发送数据包的比率，用%表示。
4）背靠背帧数（Back to back frame）
这是指网络在接收到以最小包间隔传输时、不丢包条件下所能处理的最大包数。
在EPON网络中各部分都具有光口和电口，当网络开通时，我们可以对网络在其任一端口对上述指标进行测量，其中包括EOC端，如图4所示，称之为单端测试。用仪器A（光口或电口）在测试点2、3、4、5、6测试
当EPON网络安装、验收和监测，要进行所谓数据网络分析，即环回测试，如图4所示，这需要两台仪器进行，仪器B（光口或电口）在前端发射信号，仪器A在各测试点（光口或电口）进行测试，其结果是上述四项参数。这时，两台仪器实际上就是一台数据网络分析仪。
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图4 EPON、EOC单端环回测试
7.2 数字电视与数据信号传输干扰测试
在基于EPON的三网融合的光网络中，一般数字电视信号是1550nm波长，数据信号是1490nm波长，回传信号是1310nm波长，在光纤传输中，尽管有光分波器，但仍然有相互干扰，因此我们需注意设置保证信号传输的合适的电平，并进行数字电视信号与数据电视信号相互干扰的测试。
1）首先是将数字电视信号在网络中设置到足够的电平，如前端设置到100dBuV，那么我们在EPON网络中用环回的测试法设置一个数据信号电平，测量其前述的数据质量指标，并达到要求，然后并增加或减少数字信号电平、观察数据信号质量变化。
2）反之EPON在回环测试中预置一个数据信号电平，设置数字电视信号在可正常工作的指标，并查看数字电视指标是否符合要求（其中特别是MER值），然后改变数据信号电平大小，观察数字电视信号是否具有达到要求的数字电视指标。
这样我们可以确定在两种信号互不干扰的情况下获得较大电平，以获得好的信噪比，稳定可靠的环境。
8. 三网融合测量与仪器
8.1 三网融合测量
以CATV数字电视为基础的三网融合测试，除数字电视参数测量外还有Cable Modem、EPON、EOC、WiFi、以太网等测试。这对于安装、验收和监测是必不可少的。并应配置相应功能的仪器。
对于一般网络维护来说这应该具有数字电视参数和以太网参数测量就够了，因以太网参数通过，那么 Cable Modem网络、EPON网络、EPON+EOC网络、WiFi网络也已经正常了。
8.2 数字电视测量
关于数字电视测量的仪器很多功能，测量范围、精度、质量相差较大。目前世界上最高水准的仪器应是美国韦克斯生产的AT2500。能够满足关掉均衡测量，QAM损伤分析的仪器较少，有韦克斯CX系列的仪器。
8.3 三网融合分析仪
由于三网融合业务开展不久，很多是用数字电视仪器，数据网络部分大都用数据网络分析仪，但那样成本较高，而且不太方便。现在美国韦克斯的CX系列仪器（CX350、CX380、CX180）、它是将三网融合测试的多方面组合起来。即仪器的基本功能是数字电视和以太网分析，其他均作选项。详细功能指标请看其有关资料及说明书。
8.4 关于仪器的测试接口
由于三网融合测试项目繁多，又相互有关联，因此测试时连接口也较多，最典型的是美国韦克斯CX系列，它是三网融合综合分析仪，以CX350为例，如图5所示。
图5 CX350接口示意图
1）RF射频电视接口——频谱分析、数字电视测量
2）Rj45水晶接口——以太网测试、浏览网页
3）RF射频Cable Modem接口——仿真Cable Modem测量和参数，以太网测量，网页浏览
4）USB接口——接入WiFi适配器进行WiFi测试、以太网测量、网页浏览
5）光口——EPON、EOC测量，数据网络分析，单端，环回测试
6）电口——EPON、EOC测量，数据网络分析，单端，环回测试
7）反向信号源口——可提供反向频段的CW、QPSK-16、QAM-64、QAM-128信号
8）电缆故障测试口——测量电缆故障
结束语
本文只对三网融合测量作一个粗略的介绍，而且是以电视网络为基础，如果是电信网络为基础那么接入方式和重点也就不同了。即使如此，因篇幅有限，很多问题都只是点到为止，我想有机会将一一剖析。
关于IP电视、IP电话也属三网融合测量范围，因篇幅有限也只有另行讨论。
本文是作者与从事三网融合测试工作的朋友们平时常探讨的问题作一个小结，仅供大家参考、讨论。其目的是推动我国广电网络三网融合，呼吁大家重视广电三网融合质量，重视三网融合测量。恕我坦言，在目前广电系统比较重视网络开通建设，对其质量和测量重视非常不够，如果是这样下去，要与电信竞争很难。但愿是杞人忧天吧！