宽带有线电视接入网系统体系结构及关键设备

1、宽带有线电视接入网系统体系结构及关键设备何婕 欧鑫 任刚 翁芸 杨万全（四川大学电子信息学院 成都 610064）【摘要】首先回顾宽带接入技术的发展历史，介绍传统有线电视网络结构，在此基础上，提出双向宽带有线电视接入网的系统体系结构，并对双向宽带有线电视网络的主要设备原理及结构进行系统级分析。关键词：宽带接入，有线电视，体系结构1 宽带技术发展历史回顾宽带接入网已经有了十几年的发展历史，主要用于为企业和用户提供中继业务，例如模拟和数字视频、高速数据和电话业务。在过去的20年间，通信网络在各个不同的方面得到飞速发展，在这个发展过程中，按使用目的通信网被分成了三个互不相连的部分，即公用天线电视（C

2、ATV）网络、局域和广域计算机网、公共交换电话网（PSTN）。在传统技术中，有线电视网无法向用户提供电话和高速数据业务，而PSTN网也无法向用户提供模拟和数字视频广播业务。进入20世纪90年代中期，廉价而便捷的Internet接入为很多企业和用户打通了信息高速公路，电子商务、网上购物、广告和信息服务得到迅速普及。在美国1996年通过了联邦电信条例，条例的主要思想是破除电信企业的垄断，允许电话公司（本地和长途）、无线通信运营商、有线电视运营商和广播公司进入对方的市场。这项条例为不同的公司打开了相互融合的大门。并且美国的公共事业公司（如天然气公司和铁路公司）也开始沿它们的管线铺设光缆，建立自己的通

3、信骨干网。在这一时期，各种接入技术竞相发展起来，以满足用户对多样化通信业务的大量需求。有线电视网络作为分布最广的网络系统，日益受到网络设备商和运营商的重视，同时同轴电缆有较大的带宽潜力，这是传统的双绞线电话网络所无法比拟的。为满足用户对大量娱乐和互动信息业务的需求，现有有线电视接入网必须在结构上有所演变。有线电视接入网的结构已经从单向宽带同轴网络向双向光纤/同轴混合网和密集波分复用（DWDM）网络发展。图1 双向HFC宽带接入系统2 宽带有线电视接入网系统体系结构目前，我国传统电视信号有线传输系统的组成模式是：前端+传输干线（电缆干线、光缆干线、微波干线）+电缆用户分配系统。为了实现高质量、高

4、效率、大容量、远距离传输电视信号，传输部分的拓扑结构通常采用星型或星一树型传输结构，选用同轴电缆、光缆、微波等作为传输媒介。从理论上讲，星型结构是一种比较理想的网络结构，最大优点是可以方便地实现双向对称/不对称传输，在前端可以非常方便的直接对用户进行实时控制，从速度和功能上考虑都是传输数据信息的最佳方案，但工程造价太高。近年来，星一树结构网络在我国现有的HFC网络中比较流行，该网络经济实用，在多套电视和调频广播节目传输中有较好的性能表现。因此，在今后相当长的一段时间内我国的有线电视网都会选用这种结构。一个具体的双向CATV宽带接入系统框图如图1所示，从传统的单向CATV网向双向CATV宽带接入

5、系统转换的过程中，为充分利用同轴电缆频谱资源，将上行信号安排为5-30MHz，下行信号安排为45-550MHz，同时将低压交流电注入同轴电缆进行传输，以利于对传输系统放大器供电。双向CATV宽带接入系统主要用于传递传统电视信号，数字电视信号，数据业务信号。3 宽带有线电视接入网系统的关键设备3.1 传输系统在有线电视系统中，电视信号的传输系统部分处于前端和分配系统之间，包括干线放大器、桥路放大器和延长放大器，其作用是把前端的射频电视信号不失真地、稳定地传输给用户分配系统，它是电视系统的重要组成部分。作为关键有源传输器件的干线放大器，分支放大器和延长放大器是双向CATV宽带接入网的关键设备。干线

6、放大器的作用是对干线上的干线信号进行放大，以补偿干线电缆的传输损耗，图2中的双向干线放大器采用集中供电方式，作为一种实用的双向干线放大器，必须有较好的带内平坦度，较低的噪声系数，较大的输出电平。图3是分支放大器，用于系统的分配点。图4是延长放大器，用于补偿支线损耗，后接楼栋放大器和无源分配网络。图2 双向干线放大器图3 分支放大器图4 延长放大器3.2 调制解调系统调制解调系统是有线电视网络中的前端关键设备，通过调制解调器，可以将本地制作的视频节目信号、录象节目信号以及由卫星电视接收、微波中继传输来的音、视频信号变换成射频以调制信号，可以在同轴电缆频段中插入数字电视信号，数据业务信号，进行数据

7、信号的双向传输。图5是用于局端的调制解调系统。电视信号调制器的输入信号（音、视频信号），可以来自导播室的摄像机、录象机、电视视盘机等，也可以是卫星接收机和微波接收机解调出来的音、视频信号。用户端使用电缆调制解调器(CM)进行接入，根据DOCSIS1.0版本技术标准，CM下行数据率可达30Mbit/s，上行数据率可达10Mbit/s，远高于一般的电话调制解调器系统。图5 局端调制解调系统参考文献1 G.H. Hutson, P.J. Shepherd, and W.S. J. Brice, Color Television System Principles, Engineering Practice and Applied Technology, McGraw-Hill 19992 John D. Lenk, Lenks Video Handbook: Operation and troubleshooting, McGraw-Hil