将有线电视网升级改造成HFC宽带接入网（上）

将有线电视网升级改造成HFC宽带接入网（上） 将有线电视网升级改造成HFC宽带接入网 (上) 有线电视技术网络与多媒体 褥有线电视网升级改逭 戌HFC宽带接入网(上) 孙雪霞 随着科学技术发展,我国已进入高速度,高质量, 高效益的信息时代,广播电视行业正经历一场变革, 信息化,市场化,产业化是必然的趋势有线电视广播 网正向宽带多媒体全业务全面拓展,不仅传输广播电 视,还需传输数据信息等交互式多媒体业务,HFC网 络的升级改造正在全面开展. 本文就有线电视HFC网络升级改造成HFC宽 带全业务接入网谈谈几点看法与建议. 1概述 1.1HFC宽带接入网的优势 (1)整个宽带多媒体全业务网由智能业务层,核 心层,接人层,用户层四个平台组成.智能业务层是全 业务网络的支撑平台,智能化支撑网络的协调管理, 维护,登记,收费与网络升级;核心层是传输骨干层, 包括交换网(如SDH,ATM等),它确保网络高逮,高 效,稳定,安全的传输,是网络上,下连接的枢纽,同时 也决定网络的业务类型与提供的能力;接入网是完成 本地交换机(或前端,分前端)与用户终端之间的连 接,是网络发展与经济回报的关键.用户层由用户终 端设备或接口卡组成,不同的宽带接人方式其用户终 端设备是不同的. 核心骨干网由国家和省,市有关部门承担,这里 不作论述;接入网也称用户分配网,或称本地网,是人 们说的"最后一公里",是面对广大家庭个体用户或集 体用户,工程面广量大,其建设投资约占整个工程投 裹1电酋同与有线电视网的数据传输特性 接^网方式传输速度传输距离使用特性业务能力 电话网PSIN56kb/sn窖 电信罔lSDN128kb/n: HDSLl168Mb/约35kin利用电信周.无需拨号,专与点连接,直 下行15,8Mb/s约3诎m在线,可同时打电话; 数字ADSL上行640, 】5kb,is(离电信局)双绞线抗干扰差,回渡干扰大.高端申扰 :SDSL15Mb/s3.3kin太; 下行l3—52Mb如蚋0,31_5km觅带甲商速瓠据业丹,小1}邑进电租悟芍, VDSL (离电信局)过渡性方案,不宜大规模发展上行2Mb/s 不占用电话线.不拨号,一直在线: 主干线lo0Mb,s,vl'rc:太网,‰ ::量i桌面l0Mb/s 不占用电话线.点到面眼务.共享带宽;抗 下行30—55Mb/s光纤网几km干扰性好.有集噪声;有鲅电视网HH: 上行5.2,IOMb/s电缆】km甩于高速多媒体语音,数据,电视垒业务. 频带宽容量大.网络扩展性,发展性好 资的70%.因此接人网和用户层的建设应充分考虑用 户层的业务需求,终端设备的类型,实现技术方案的 可行性与经济性,网络为用户提供的服务质量等 (2)经济分析有线电视HFC网络改造升级成 HFC宽带接入网是实现宽频带人户,高速度交互式双 向传输的最佳方案(详见另资料).与其他现行的电 2OO2年第8期(总第104期) 网络与多媒体线电视技术 信,数据接人网络比较,有以下优势: ?信息传输带宽宽,容量大,速度高:HFC网络 的接人带宽已做到5,1000MHz,按750MHz带宽系 统而言,比采用铜双绞线电话PSIN接人网(0.3~3.4 MHz)带宽要宽20万倍;HFC网采用CableModem 终端,其下行传输速度为>30Mb/s(64QAM8MHz带 宽),上行传输速度为10Mb/s(16QAM8MHz带 宽),比电话线上ISON传输速度要高200多倍,比电 话网上采用ADSL设备的传输速度要高出20多倍. 在信息传输能力和传输速度方面比以太网也优于许 多倍(1). ?网络结构:HFC网络要在有线电视分配系统 网的基础上升级成"星形"或"环一星形"结构的非对称 型双向传输系统,它既满足广播电视的单向传送,又 能适应数据业务的双向交互式服务无需拨号.接人 方便,又能满足高速接人,且视频信号与数据同时传 送,因此对非对称性因特网业务的适应性而言.要优 于对称性结构的电信网.同时,由于其宽带优势,所传 输的数据业务容量要大于五类线(100MHz)或超过五 类线的"综合布线"以太网. ?用户普及率:据统计.我国约有80%的有线电 视网采用HFC网,预计到2005年家庭用户市场占 60%,因此有线电视用户市场便成为数据业务的潜在 市场,HFC宽带接人网比其他各种接人网占有明显优 势,更适台于因特网用户的发展 HFC接人多媒体综合网具有各种多媒体业务 扩展的灵活性,适应性,可以最大限度满足近期广大 用户对有线电视,高速数据业务飞速增长的需求 ?HFC接人网的网络建设,改造,管理,维护成 本低,启动资金少,运营效率高,性能价格比高.日前 可根据业务需要分期分批逐步投人,边投人边回收, 降低了网络建设的投资风险. ?HFC接人网有反向汇集噪声等缺点,可选用 优质设备,器件及屏蔽电缆,提高施工质量等措施来 基本消除,提高抗干扰性和网络的信息传送质量. ?HFC接人网在系统规模,用户数量,及业务种 类上具有极强的可扩展性,最适宜于分布,开放式的 Intemet接人,和其他业务接人.不同的用户及不同的 业务要求可采用不同的联网手段和不同的接人设备 1_2系统所能提供的业务 宽带多媒体综合业务网设立A,B,C三个传输信 息平台. 在A平台上高质量传输中央和省,市传统的模拟 与数字电视信号,实现可寻址收费管理; 在B平台上传输扩展性业务(公共数据业务),如 接人高速Intemet,电子邮件,电子报刊,股市行情,电 子商务,远程教育,远程医疗,web浏览,安全报警,查 水电气表等简单的交互式业务; 在C平台上传输增值业务(专用数据业务),按用 户的要求提供不同形式的以图像为基础的增值业务: 如准视频点播(NVOD),视频点播(VOD),视频游戏, 证券交易,电子银行,可视电话及会议电视等复杂的 交互式多媒体业务;为用户提供语音和高速数据服 务,即实现计算机高速联网,在家庭实现高速存取 Intemet网;在电话普及率低的地区,采用HFC网传 输电话等. 多媒体信息网的最终目标是:在同一网络中,同 时传输图像,语音和高速数据信息. 总之,多媒体综台业务网的建立,除为个人提供 上述多功能服务外,还可为党政机关和企业提供虚 拟专网服务,为党政机关和企业内部的信息化建设提 供了很好的途径;还将带动企业上网,电子商务,网上 交易会等网上应用,对当地的经济建设和信息化建设 将起到积极而深远的影响.宽带接人网络对信息化的 建设将起到重要的作用,在各方面都对经济建设和社 会建设有积极的影响. 为适应信息网络的发展,需充分利用国际上的先 进技术,吸收国内地区HFC网建设的经验.分步实 施,逐步建设,获得较好的经济效益必须对原有的有 线电视网络进行改造.以适应双向网络的应用. 1.3HF:O接入系统的功能 多媒体综合业务接人系统是在现有有线电视 HFC网络基础上,引入本地的综合信息业务,建设一 个现代化的通信平台,它必须具备以下的几个功能: (1)形成一个大容量,多功能,高速率,宽频带, 结构灵活的多媒体双向传输平台. (2)实现与高速Intemet的无缝隙对接. (3)易于升级与扩容,网络的各种功能和接口能 与各种骨干网络互联. (4)对于集团用户能够根据用户的不同需求提供 不同层次的服务(COS). (5)对特殊的集团用户,可提供全封闭式的专用 通道(VPN) (6)对于普通用户,提供高速的Intemet接人等 多功能业务. (7)采用最先进的网络平台,具有配置管理,故 2002年第8期(总第l04期) 有线电视技术网络与多媒体 障管理,性能管理,安全管理,多种计费方式管理等, 支持分布式平台的管理,对所有网络设备进行全方 位,动态,在线监视,监测. (8)所有指标和使用的通信和接口符合国际 通信标准,并适应今后的发展. 1.4HFO接入系统的升级改造必须遵守的原则 在HFC接人系统升级改造必遵守的原则是: (1)在方案选择与设备选型上要"统一规划,统 一 设计,分步实施,逐步完成".在技术上要"统一的协 议,统一的平台,统一的接口,统一的标准". (2)要与国际,国内网络标准接轨,新的标准出现 要能升级,各种业务的网络技术西议要兼容,便于网络 间进行信息交换和运行. (3)为了将来能与省际网,市际网互联,应尽量采 用先进成熟的技术,网络系统与设备选择要具有较好 易用性,很强的兼容性与灵活的扩展性,才能适应综合 业务开发的长远目标 (4)网络要在先进的业务平台上,网络规模,用户 数量,业务扩展速度提高上都要具有足够的带宽和升 级能力,及具有承载多种服务类型的能力,接人速率与 接人方式要灵活,操作简便 (5)网络管理要有很强的控制能力和安全灵活的 计费方式,网络性能测试及故障监控与维护. (6)网络要有极高的可靠性,稳定性和可维护性; 以及卓越的安全性和保密性 (7)网络在建设与改造时要分步实施,逐步扩展. 在兼顾网络社会效益和经济效益的前提下,实现网络 的平措升级与发展. 1.5HFO接入系统升级改造的依据 HFc网络在升级改造成宽带接入网的工程方案 制定和设计时,必须依据国家有关标准,文件和规定, 及国际电联(flu)的有关规范,主要有: (1)国际电联(1TO)发布的交互式有线电视业务 传输标准: ITU—TJ83(电视,声音和数据有线分配的数 字节目系统》(1998年发布); ITU—TJ.112《交互式有线电视业务传输系 统》(1999年发布); ?DOCSIS1.0/1.1版本《有线电视数据接口规 范》 (2)国务院第228号文1997年8月l1日发《广 播电视管理条例》,广电部(1998)69号文1998年2月 19日发《全国有线广播电视传输覆盖总体方案》,广发 技字11993F96号《关于有线电视现阶段网络技术体制 的意见》(修订稿)及《广播电视数字传输技术体制》, 《全国有线广播电视专用网总体规划》等文件. (3)GY,/T106—1999《有线电视广播系统技术 规范》等有线电视方面的国标,部标规定. 2宽带多媒体综合业务 网HFG接入系统组成 宽带多媒体综合业务网HFC接人系统由中心前 端,光纤网,电缆分配网,用户终端四大部分组成. 3多媒体综合业务 网HFG接入系统总体规划 3.1系统带宽的选择及频段划分 31.1东统带宽 宽带多媒体综合业务网的主要优势,在于其频带 宽,容易实现多功能.目前新建HFC接入网,国内外 普遍采用的频宽是750MHz/l000MHz系统,即采用 750MHz光端机及电缆用户放大器和l000MHz的无 源分支分配器;对于原有的旧电缆网改造,目前仍可 暂时保留550MHz系统,原有的300/450MHz系统必 须重新改建. 上行,下行频率分割按照GY/Tl06—1999《有线 电视广播系统技术规范》标准要求,采用目前推行的 中分割方式5,65MHz传输上行业务,其中5,l5MHz 因干扰源多,可用于信噪比要求低,传输速率低的业 务,如网络管理,状态监测,用户地址密码,节目管理 等业务;87一lO8M传输FM广播业务;1l1—550M 传输模拟电视节目;550,750MHz传输交互式数字电 视节目和数据信息.这种应用也能传送54套模拟电 视节目(其中标准频道l7个,增补频道37个),200套 数字压缩电视节目和数据通信,能实现数据传输及语 音进网,三网合一,这也能满足近l0年的发展需要. 31.2频段划分 在系统频宽范围内,频段的划分与网络的多功能 开发应用密切相关,目前,HFC多媒体综合业务网的 频率配置既无国家标准,也无国际标准(但有国际通 行的先进企业标准).若宽带多媒体信息传输网属于 中型网络,使用上行/下行频段中分割方案已能满足 系统应用要求.表2按国际通行的规范给出建议,建 设时可根据实际情况予以调整. 3_2嘲络结构与上级网的接口 2002年第8期(总第104期) 网络与多媒体有线电视技术 3.21网络结构 宽带综合业务网HFC接人系统的网络结构,在 考虑目前HFC网络的基础上,又必须考虑到网络的 升级和发展,以利于将来与市网,省网接轨. 宽带综合业务网络的骨干网网络拓扑结构为:双 向环型,或环一星型结构,采用4芯双向复用保护自 愈环连接.这种结构具有一主一备两条沿相反方向传 输的双光纤环路,可靠性高.覆盖面大,有故障时可自 动倒换,而且易于升级,业务适应能力强,可最大限度 的利用光纤带宽,缺点是光纤芯数较多,成本略高,但 综合性价比高一 接入网络采用双向星一树相结合的结构,这既保 证了多媒体业务传输的需要,又保证了原有资源的合 理利用.根据网络覆盖区域的地理条件,人口密度,用 户对象及所提供的业务级别分成若干个服务区. 为实现光纤网络的升级和发展.需按国际标准的 宽带信息网络结构设计网络,即光纤以星型网络结构 到片区光接点,片区光接点又以同轴星型网络的形式 到下一个射频接点,再用树枝方式分配到达用户.同 轴传输网的最大距离控制在lkm以内.采用这种网 络结构的显着特点是: (1)采用光纤到片区的方式不仅具有光纤传输线 裹2撅率配置裹 5-8MHz网络管理,状惠监测回传数据信息65MHz.FSK,38Akb/s 上8一 l1MHz可寻址拉制地址码回传信号数据信息 行 11,28MHz电缆电话(11.75,2775MHz)上行传输9PSK.16QAM,64kb/s 传 28~48NFIz计算机数据E行传输或双向特定用户专用数据业务10Mb/s输 48,64MHz告议电视或实况转播电视上秆节目(2路) 65,87MHz保护带 87—107MHzFM广播或数字声广播t可设52十蓑额点) l07,109MHz可寻址控帝I数据,地址码FSK #l09,1llMHz网珞管理监测数据下行传输FSK384kb/s 111-550MHz传输模拟电视广播节目【共37十增补期遭和17十标准频道)传 输550,750MHz传输200路数字压缩电视,高清晰度电视及 下行计算机数据信号电缆电话 750—1OO0MHz未来的数据通信业务 路上的优势,而且大大提高了网络的传输性能与可靠 性 (2)网络升级容易:当反向传输用户量增加和要 求提高后,光纤网极易向同轴网络的射频接点逐步延 伸,使每个光接点片区的用户数减少.反向传输能力 增强如果需要,网络结构可过渡到无放大器的结构. (3)成本合理:建设初期.一个光节点可覆盖较 多的用户,服务区较大,网络成本较低.随着建网效益 的增加和用户要求的增长,再逐步升级网络,增加投 入扩大光纤网,缩小服务区. 3.2.2与上级网的接口连接 省级,市级广电网和宽带综合网(SDH或ATM 网)光纤信号向本地多媒体综合业务网传输多媒体信 息,在本地广电局经光节点转换为RF信号.并与本 地广电局的自办节目信号混合后,再用一级或二级光 纤向下传输.本地网的上行数据和语音信号可再回传 到上级广电网和宽带综合网. 33本地双向光纤网 本地光纤网应根据本地区的地理环境,人口分布 和经济发展状态等因素来设计和建设网络.光纤干线 由广电局向多个方向架设,市区和最大传输距离在 30km以内的各镇乡采用一级光纤传输,由各镇乡至 备村采用二级光纤传输;或在乡,镇可设立分前端两 级光纤网传输. 3.3.1设立分前端 根据地理环境,行政区的划分,群体用户的分布 情况设立分前端,即在中心前端与光节点之间,在城 市社区居民点或在乡,镇设立分前端.这有以下好 处: (1)在分前端中配置小型交换机等装置,可分解 中心前端对用户的管理压力和数据交换能力,可减少 上行集噪声对中心前端的影响. (2)中心前端与各分前端之间构成环形路由,每 个分前端都能接收两个路由传来的信号,互为备份, 系统可靠性高而且各个相对独立的分前端和光节 点,也增加网络的可靠性和安全性,局部发生故障不 会威胁整个网络. (3)分前端周围的光节点由分前端馈送,这可减 2OO2年第8期(总第l04期) 有线电视技术网络与多媒体 少光纤传输长度和光发射功率,节约光纤用量: (4)有利于网络的升级与发展,覆盖范围的扩大, 用户数增多,或业务升级,可就近从分前端,分片区逐 个进行. 33.2光纤波长的选择 骨干网采用1550rim光纤及光放大器传输,接入 网的环形主干线采用1550nm渡长光纤.1550rim光 纤设备价格虽贵,但传输距离可达100kin以上;距离 在30km以内的一级和二级光缆网,可选用131Ohm 波长系统,16rowDFB分布反馈式光发射机可传输 20kin,20mW光发射机可传输30km;传输距离大于 35km以上的镇乡.可采用中继转发,或选用1550nm 渡长光纤传输. 3.3.3光节点用户数的确定 宽带多媒体业务接入网是一个多功能全双向系 统,系统中光节点用户数的确定主要取决于系统中用 户多功能业务的需求量,同时还应考虑同轴电缆网传 输半径的限制和自然地理条件. 一 般而言,城镇用户因经济条件较好,双向上网 开展数据通讯的需求较高,每个光节点用户数按500 户考虑.随着用户双向多功能业务的增长和用户数 的增多,可逐步将原来的光节点用户数从500户减少 到200-300户左右,即将原来的光节点向同轴网方向 射频接点延伸一级(减少同轴网干线放大器级数).由 于同轴分配网采用星型结构.这样的延伸无须对同轴 网做大的调整. 农村地区及经济不发达地区,按1000户设计光 节点,光节点服务半径约1,2km.并根据各用户群的 自然环境,地理条件,人口疏密和居住情况或以行政 区为界分成相应的服务片区,各服务片区采用星型网 与光节点相连,尽量使星型网络各支线上的用户数大 致相等. 随着双向多功能业务的进一步扩展,光纤网还可 向同轴方向的第二级,第三级射频接点延伸,使光节 点用户数减少为100户以下,甚至可以做到光纤到楼 栋,从而成为真正的信息高速公路"用户网". 3.3.4光路由确定 光路由应按总体规则分步建设,先乡镇后村社 选择光缆路由的原则是: (1)光缆应尽量短,特别重要的干线应考虑备用 路由; (2)根据地理环境,架空杆线或管道的实际情况, 应选择易于施工并节约投资的路由确定是直埋或管 道.或是架空敷设; (3)尽可能利用原有广播信号杆路或管道,以减 少投资; (4)尽量减少光缆野外接头,做到施工简便; (5)通向不同方向的光缆,尽量走同一路由,争 取多纤共缆,以节约投资. 3.35光缆纤芯数量的确定 在每个光节点,光缆纤芯数量视对光纤网的要求 而定.对于只限于传送下行有线电视信号的光节点, 只要2根纤芯就够了(1芯下行传输,1芯备用);对于 有回传要求的光节点,就应考虑4根光芯(1芯上行,1 芯下行,1芯数据通信,1芯备用).过多的芯数,会造 成光纤闲置,浪费资金.原则上,市区及到各乡镇的光 节点配备4芯光纤;各乡镇到各村社的光节点配备2 芯光纤. 除发射机,光分器,接收机用接头连接外,光缆全 部采用熔接接续,以减少损耗 3.36反向传输问题 光纤同轴混合网中都用独立光纤(光纤空间复 用)作反向传输通道,独立的反传回路易于控制,无噪 声汇流等问题.需要时可以将星型同轴网支线回传信 号变换成与下行信号不同的频段传输,两者混合后再 送人反向传输光纤,其优点可减少各线路的噪声汇 流,并充分利用了上行传输的频带资源.因此,在近 期回传业务量不大时,这种规模的光节点用户数量是 适应的. 3.4双向同轴电缆分配网 AM光纤一同轴系统中,同轴传输部分性能的好 坏是网络能否实现多功能应用的关键,应一步到位, 不应先建后改 34.1网络结构 为减少上行汇集噪声,双向同轴电缆网采取星型 网络和树枝型网络的混合结构,形成以射频接点为中 心与终端用户相连,这样的网络结构有利于整个光纤 同轴网的升级当反向传输的用户数与业务要求提高 后,光纤网易于向同轴网络方向的射频接点逐级延伸, 使每个光接点的用户数减少,反向传输的能力增强. 34.2放大器与无源设备类型选择 考虑到资金投入,效益和实际使用的要求,双向 传输系统中的反向传输网应逐步实施.网络建设初 期,具有回传要求的光节点片区,其支干线放大器采 用双向放大器并可留有反向平台;其他光节点可采用 单向放大器,以免造成浪费. 2002年第8期(总第104期) 网络与多媒体专程截术 由于用户分配系统涉及到千家万户,施工工作量 大,应一步到位,应全部使用1000MHz双向型无源器 件(包括分支分配器和用户盒等).网络建设后期,再 在需要的线路和片区逐步开通上行传输通道. 343放大器级联数 对于多功能双向HFC接人网,是按用户数来进 行同轴支干线的设计的,回传时要求每支线的用户数 大致相当.因传输数据和电话信号时,由于反向汇集 噪声.要求光节点处的载噪比达到30dB以上,因此一 个光节点所带用户不应超过500户,采用桥接光接收 机2,4路射频输出同轴电缆传输网的传输半径应 限制在1公里以内,放大器需采用低增益放大器,每 条支线上放大器的级联数为3~4级.因考虑到近期回 传业务量不会太大,一个光节点所带放大器不宜超过 16个. 3.5用户终端 用户终端有两种接人方式:一种是,采用高隔离 度双L用户盒.内含高隔离度二分配器,输入信号一 路到电视机一路到CableModel'/l电缆调制解调器. CM输出通过电脑上的网卡和RJ45接口及五类线接 人计算机系统,可以实现个人上网与其他人看电视同 时进行.这方式适用于非集中型用户;另一种是,采用 CableModem加HUB进局域网集线器方式,多个用 户通过HUB共享一个CM适宜用于集中型用户.如 楼幢一个单元中,每个单元安装一个控制箱,内放 CM,HUB,配线架,电源等.用五类双绞线连接用户计 算机. 3.6供电系统 综合业务网的供电系统采用集中供电与分离供 电相结合方式.中心前端采用双路供电方式,光节点 以后的双向同轴网可采用电缆芯线供电的集中供电 方式,用户分配部分可采用市电供电方式. 系统的安全性和稳定性与供电系统密切相关.应 选用高质量的供电器供电.确保传输安全可靠.另外, 在主干线上可采用2个供电点(常供电点和备用供电 器),减少信号中断. 3.7网络系统的可靠性和安全问题 在数据平台方面主要考虑与外界网络的安全问 题,必须建立很好的数据防火墙,插入滤波器等网络 安全体系.对于内部网络而言设备采用的ATM交换 技术就具备了数据网络的安全性. HFC网络的设备主要集中在前端,前端设备的自 身的可靠性非常重要.另外正确使用和维护设备,为 室内设备创造标准的环境条件和供电状况,是减少故 障率,提高可靠性的关健 一 级光纤干线网采取冗余备份设计,环形网采用 自愈型结构,确保网络运营的高可靠性.另外按计划 对线路定期巡视,技术维护,可避免或尽量减少线路 故障,保证网络传输安全 有线电视台宽带信息网的安全防护十分重要,考 虑到具体的气候条件,必须要做好系统的避雷防护和 防避强电的侵入 系统避雷防护接地必须按照国家有关标准执行. 系统避雷防护由天线部分前端部分,传输部分,用户 分配部分和用户盒等避雷防护环节构成.防护接地电 阻根据不同部位的要求,分别选择小于4欧姆和20 欧姆的接地电阻.A(未完待续) 2002年第8期(总第104期)