提要:本文將主要結合濟寧市實例,粗淺介紹利用模擬、數字傳輸方式進行城區HFC升級改造和市縣兩級有線電視的光纖聯網,同時對設備選型提供部分已實施成功的參考。

　　要害詞: HFC 基站 數字傳輸設備 復用 編解碼器

一、前言

　　廣播電視作為我國最大的傳播媒體,提供從無線到有線、從衛星到地面的廣播電視節目傳播服務,信息受眾擁有數量最多。另外,我國自八十年代初開始發展有線電視,至今已形成世界最大、用戶最多的集有線無線于一體、融數模光電于一身的星網結合、上下貫通、技術先進、覆蓋全國的有線電視網絡。經過幾十年的發展,廣播電視已形成了獨特的系統優勢、節目源優勢、網絡優勢和人才優勢,在信息的采集、處理、存儲、傳輸等方面也積累了豐富的經驗。由于廣播電視網、計算機網、電信網以及相關技術的迅猛發展,電信、計算機和有線電視網絡業務開始互相滲透,通過單一網絡向用戶提供話音、數據、圖像等綜合業務,最終實現"三網合一"已成為人們的普遍要求。隨著我國有線電視事業的不斷發展,廣播電視部門在完成基本主導業務的同時,也積極發掘網絡資源,充分利用網絡寬帶、用戶規模大等優勢,努力拓展數字傳輸業務,利用有線電視網開展數據業務等多功能應用已成為有線電視事業的發展方向,同時也成為許多城市信息化建設的重點。

　　為保證有線電視信號的優質傳輸并發揮有線廣播電視傳輸網在今后我國信息高速公路建設中的優勢,必須慎重和盡早實施有線廣播電視傳輸網的升級改造,以提高其在國家信息產業中的競爭能力。而選用什么樣的骨干網則又成為傳輸網升級改造的重點。HFC作為當前比較先進成熟的技術,采用光纖到服務區的方案,可提供較高質量和較多頻道的傳統模擬廣播電視節目；隨著今后數字綜合業務的開展,亦可方便融入較高性價比的語音服務、高速數據傳輸服務和多種信息增值業務,并可開展交互式數字視頻應用。另外,HFC技術方案能夠根據市場需求平滑地擴容和升級,逐步向全光纖化和全數字化過渡,減少網絡投資風險。隨著HFC網的不斷發展,光纖在網絡中所占的比重越來越大,光節點的數量越來越多,最終要實現光纖到戶。但由于HFC改造極大改進了網絡性能,因此早期在資金不足、用戶群相對較小時開展數字綜合業務時,使得"光纖到戶"的要求不再認為是必須的。這樣,HFC就為將寬帶業務接入解決了最后一公里的"瓶頸"問題。在HFC網絡中,有線電視信號可以直接進入用戶的電視機,假如采用新的數字調制技術和數字壓縮技術,則可以向用戶提供數字電視和高清楚度數字電視（HDTV）。同時,復用不同的頻段,可以進行話音和高速的數據的交互傳輸,這樣就使HFC全面支持窄帶和寬帶業務,成為所謂的綜合業務數據網（ISDN）。本文將主要結合濟寧市實例,介紹利用模擬、數字傳輸方式進行城區HFC升級改造和市縣兩級有線電視的光纖聯網,僅供參考。

二、城區HFC升級改造

　　濟寧市位于魯西南腹地,為山東省直轄市,城區有線電視網始建于1989年,和其他地市一樣,全部采用同軸電纜傳輸。在網絡內,既有300MHz系統,又有450MHz系統,隨著運行時間的增加,問題越來越多,維修任務繁重,更無法滿足綜合業務數據網(ISDN)開發的要求,進行城區原有網絡的HFC升級改造已勢在必行。在進行網絡的HFC升級改造中,光傳輸若采用全星形輻射的網絡結構,不僅會造成光纖和光功率的巨大浪費,而且很不安全。一旦光纖干線或總前端出現故障,將引起大面積、長時間停播,造成不可挽回的影響。另外,在這種網絡結構中,所有交互信息必須集中到總前端交換,難以解決前端回傳噪聲漏斗匯集問題,而且不利于今后綜合業務的發展。所以HFC優勢的發揮首先必須要解決的是干線網絡結構問題,而利用環-星型拓撲結構組建廣播電視HFC網則已基本成為業內人士的共識。在利用環－星形拓撲結構進行有線電視網絡HFC升級改造的具體實施過程中,各地均根據各自城區的實際情況將整個城區劃分為幾個基站,各基站之間以環形自愈網連結,基站與其所轄光節點之間以星形結構接入?；诖?我們把市區的有線電視用戶按地理分布情況分成4個服務區。

　　HFC網一級骨干網采用1550nm光發射機環形路由自動保護方式,這是目前技術成熟、投資合理、輕易實現的多頻道模擬電視傳輸手段。前端設有兩臺光發射機,其中1號發射機的A輸出端沿順時針方向傳輸主用信號到各基站,2號發射機的A輸出端沿逆時針方向傳輸備用信號到各基站。在每個基站,都從環上取下兩路信號分別輸入到兩臺光接收機,射頻開關工作在路由備份狀態。當主用光路出現故障或信號質量變差時,射頻開關將自動接通備份光路,從而保證信號不中斷。對于光纖干線來說,其拓撲結構仍是星形,但卻做成了一個物理環型自愈網,所以它有100%的保護率。二級HFC接入網利用1310nm星形光纖網絡,將信號送到各光節點,然后進入電纜分配系統,形成片區的HFC網絡。至于中心前端基站,在具體實施中可以考慮利用1號和2號發射機的B輸出端加光開關（Optical Switch）和摻鉺光纖放大器（EDFA）,直接進行二級光纖接入。

　　對于模擬光鏈路指標的設計、計算和驗證等此處不作詳述。


　　由于中心前端光發射機是整個光纖系統的核心部件,對于它的選擇必須十分慎重,須從技術指標、性價比、可靠性、故障造成停播時間長短等多方面綜合考慮。單從節約投資的角度,中心前端只配備一臺具有雙輸出端口的1550nm光發射機也可以滿足系統的要求,但從系統的可靠性角度分析,這種方案并不可行：假如該發射機出現故障,整個系統將陷入癱瘓,加之中心前端1550nm光發射機一般選用進口設備,維修周期比較長,從而會引發長時間停播,造成不可挽回的影響和損失。另外,選用1550nm光發射機提供主用信號、1310nm光發射機提供備用信號的做法也是不可取的,具體原因如下：當1550nm光發射機出現故障時,由于其維修周期較長（通常情況下都是這樣）,1310nm光發射機提供的備用光路信號將在較長時間內工作。由于1310nm光發射機額定指標（C/N、CTB、CSO等）較1550nm光發射機低,加上前端系統指標已固定,在滿足整個系統指標、保證用戶收視效果的前提下,勢必將對二級光纖接入網系統和用戶分配系統的C/N、CTB、CSO等指標提出更嚴格的要求,這在后二者指標分配十分苛刻和拮據的情況下,一般是很難做到的；在這種情況下,假如二級光纖接入網采用1550nm系統,反而會造成系統總體成本的提高,從而使系統性價比降低,這在具體工程實施中是很不經濟的。因此,我們在具體實施中,選用Scientific Atlanta公司產品,該產品為單機雙口輸出,光發及電源選用模塊化結構設計,安裝調試方便,性價比高,運行穩定可靠。1999年運行至今,工作狀況良好,

　　以上是環形骨干網中心前端發端設備配置時的一些考慮,下面討論環形骨干網收端設備的配置。環形骨干網接收端設備目前有4種典型配置方式可供選擇。

　　這四種方式,在許多已經實施HFC升級改造的地方均有應用。第二種方式比較直觀而且安裝方便,加之由于其是對電信號進行切換,開關機制相對簡單,因而技術比較成熟,價格也較低。但也有其致命的弊端：當模塊中的射頻開關(RF Switch)部分出現故障時,該基站所轄區域會出現較長時間的停播。第三種方式設備也較第一種方式少,安裝也比較方便,但由于其是對光信號直接切換,開關機制比較復雜,因而價格偏高；另外,雖然光開關出現故障時可將其暫時拆除而利用光接收機直接接收有用信號,但是,假如光接收機出現故障就可能造成長時間停播事故的發生。第四種方式比較直觀,而且CTB、CSO等指標較高（對C/N指標損失也較?。?但由于其也是對光信號直接切換,開關機制比較復雜,加之光放大器（EDFA）價格較高,因而系統總體成本較高；另外,由于這一種方式網絡的拓撲結構近似為星-樹形結構,由于沒有光-電轉換,較難實現今后要開展的業務數據的本地處理和交換,因而難以適應將來綜合數據雙向業務開展的需要。

　　相對其它三種方式而言,第一種方式是最合理的,但由于其光接收機和射頻開關是分離的,系統總體成本會略高于第二種方式,但又低于第三、四種方式。從故障造成的停播時間長短上來看,這一種方式也是最短的：當主用光接收機出現故障時,第二部光接收機即刻可提供備用信號；另外,由于兩部光接收機同時出現故障的概率很?。ǖ皇菦]有）,因而當射頻開關出現故障時,完全可將射頻開關暫時拆除而直接利用光接收機提供射頻信號,從而大大縮短停播時間,提高了系統的可靠性。因此,我們在具體實施中,選用ANTEC公司產品,該產品選用模塊化結構設計,安裝調試方便,性價比高,運行穩定可靠。1999年運行至今,工作狀況良好,未出現因設備故障造成的長時間、大面積停播事故。

　　網絡改造升級后,除可以完成廣播電視節目傳輸功能外,尚可進行綜合數據業務（ISDN）的開發,如：Internet、數據廣播、VOD、電纜語音等。目前濟寧有線電視臺已開展圖文電視及數據廣播業務,實現了正程圖文傳輸、股票和期貨信息傳送、遠程教育以及部分Internet瀏覽等功能。

三、市縣兩級有線電視的光纖聯網

　　一般情況下,我國市縣距離一般在一百公里以內,市縣聯網若采用1310nm波長光纖傳輸系統,鑒于光發射機采用直接調制方式,雖具有較高的載噪比及非線性失真指標、性能亦穩定可靠,但由于激光器直接調制輸出功率不可能很大,而光纖傳輸損耗在1310窗口約為0.4dB（含熔接損耗在內）,不加中繼則難以滿足長距離傳輸的要求。增加光/電/光中繼后,不但投資增加,而且CNR、CSO、CTB均產生不同程度地劣化。因此,一般不宜采用1310nm波長的光纖傳輸系統。在1550nm光傳輸系統中,激光器采用外調制方式,不但具有輸出功率大、可靠性高、單位光功率成本現已大幅度下降、光纖損耗小(含熔接損耗在內約為0.25dB)等優點,并且能夠進行多次光放大,而光放大器對CTB和CSO指標幾乎沒有影響,相對比較適合我國人口密集地區市縣兩級的大范圍網絡傳輸。而縣至鄉信號采用模擬傳輸一般有下述三種方法：

　　1.在縣覆蓋鄉鎮不太多、距離不太遠的情況下,直接從前端注入光功率到縣后再直接進行分配。這時由于只有前端一次光放大損失CNR,所以信號質量好（0 dBm接收時,CNR=51.5 dB）,到鄉鎮的光節點光接收功率可設計為0 dBm,此時各光節點的指標可達到：CNR＞51dB、CSO＜-69dB、CTB＜-69dB。

　　2.當各縣所覆蓋鄉鎮非常多、距離比較遠時,縣級發射功率要求比較高,需要在其有線電視站安裝一臺相當功率的光放大器。值得注重的是：為保證光放大器指標,其注入功率不應太小,一般大于等于3dB。如需要在縣至鄉的信號中插入一套縣自辦節目,利用WDM波分復用器即可實現。

　　3.利用1310nm系統作再生中繼,即將1550nm 光信號光/電轉換后的射頻信號加到1310nm光發射機上,再進行下行分配。這種方法的最大弱點是：再生中繼損失CNR3dB、CTB6dB、CSO4dB,使得系統指標降低,網絡總體造價升高。下面將重點討論利用數字傳輸方式進行市縣兩級有線電視的光纖聯網的設計及實施方法。

當前,采用數字光纖傳輸技術進行市縣兩級有線電視的光纖聯網有以下兩種典型方式：

　　⑴采用SDH傳輸體制加MPEG-Ⅱ或淺壓縮的編解碼方式：這種方式傳輸距離遠、圖象質量高,容量大,具有多功能開發的潛力,但投資相對較高。

　?、撇捎脭底謱＞W設備：發端利用不壓縮的數字編碼器,多路數字信號復合為一路高速數據流,經電光轉換后進行傳輸,收端進行相反處理。這種方式傳輸距離遠、圖象質量高,投資相對較低,具有一定的多功能開發潛力,而容量不大,但作為有線電視信號的傳輸平臺并開展小容量數據業務相對比較經濟。


　?、逑到y功能設計及設備配置

　　系統除完成12套電視節目下傳任務外,為適應節目交互和多功能開發需要,還必須能夠進行雙向傳輸。下行光波長我們采用1550nm,因部分縣市光鏈路較長（80～110Km）,上行光波長1550 nm、1310 nm均有采用。據此,經過反復論證,我們選用DV6000系列數字傳輸設備。這是一種全編碼數字視頻傳輸系統,視音頻傳輸指標較高,具有一次群、三次群數據傳輸模塊,可將視音頻編解碼器和數據模塊置于同一機框。每個編解碼器對視音頻信號抽樣、量化、編碼后的數碼率為140Mbps,16個通道復用后總的數碼率為2.38Gbps,系統答應最大鏈路損耗30 dB?？偳岸撕涂h市11個分前端使用相同的機框,分別插入不同的設備以完成各自的功能。每個機框內各配置有兩個相同的電源模塊,除完成熱備份功能外,還可進行負載的自動平衡分擔。總前端光發系統分別使用12個8bit和一個10bit編碼器,經復分器將多路140Mbps信號復合為一路2.38Gbps信號,送入兩臺DFB光發射機下傳至各分前端。各分前端通過一臺光接收機將光信號恢復為高速數據流,按與發送端相同的幀結構經復分器同步復分為多路數字信號,分別相應送入12個8bit和一個10bit解碼器,經D/A轉換生成AV信號。上行系統由一個10bit編碼器（帶4路音頻）和一臺光發射機組成,總前端使用相應的光接收機和解碼器還原出上行信號。上、下行光發射機輸出功率均為0dBm(1mW),滿損耗（30dB）時的誤碼率不大于10-9。通過合理設計,使分前端光接收機輸入光功率基本一致（均不低于-28 dBm）,不僅滿足系統指標設計要求,而且解決了難以設置光中繼點的問題。

　?、嫘∪萘繑祿I務的開展

　　說明：濟寧市寬帶、大容量綜合數據平臺已經建成開通,采用ATM+ip技術。具體方案另有介紹,此處不作贅述。

　　目前,濟寧數字傳輸系統已向市轄各縣（市）傳送12套電視節目,此外,利用網絡的雙向功能,可實現全市電視會議、各縣（市）新聞聯播及話務聯絡、數據傳輸等功能。

　　在數據傳輸中,根據業務量大小有兩種方案可供選擇。系統編譯碼器有8 bit和10 bit兩種量化標準,都能傳輸16個通道,利用波分復用技術可使傳輸容量增加數倍。每個通道除可傳輸一路視頻外,還可傳輸2路（8 bit）和4路（10 bit）音頻,各路音頻相互獨立。上行采用DV6300單路回傳設備,可同時傳輸一路視頻和4路音頻。4路音頻除開通一路伴音、一路話務外,其余兩路伴音通道也可進行數據傳輸。在利用10bit編碼器DV6101和解碼器DV6102的C、D伴音通道進行低速廣播共享數據傳輸時,編碼器要求模擬信號輸入（帶寬20kHz）,利用QPSK和QAM等調制方式,每路可傳輸19.2kbps至64 kbps數據。如要求進行點對點數據傳輸,可以利用DV6081HE 和DV6082（8bit編、譯碼器）兩路伴音中的CHB來進行,在DV6081前加調制器,而在DV6082輸出后加解調器,并通過路由器進行交換。

　　為利用該數字傳輸設備傳輸證券信息或作為Internet傳輸干線將各縣（市）LAN進行互聯,由于利用伴音通道傳輸數據速度太慢,可在總前端和分前端DV6000機框內任一空閑通道配置E1/E3盤。E1/E3盤有4個輸入口,上下行系統的編碼譯器接口完全相同,傳輸速率為2×2 Mbps和2×34 Mbps,而且是共享的。另外,可采用時分復用技術,每個分前端分配一個時隙以實現點對點通信。假如利用一個視頻雙向通道,同時配置接口盤與DV6100以太網設備復接。由于DV6100以太網設備具備一個100Base-T和10個10Base-T接口,可滿足較小容量網絡的組網要求。該系統開通以來,主要承載市至縣部分有線電視節目的下傳及電視會議的下傳、回船業務,圖象、聲音清楚,設備穩定可靠、運行良好,各項技術指標經測試均滿足國標要求。