有线电视网络技术

有线电视网络技术摘要：本文综合介绍了北京有线电视网络目前实施的系统组成，特别是光纤同轴电缆混合网络-HFC款待接入网的拓扑结构，及双向传输的实现方式。

关键字：线电视网络同轴电缆混合网络HFC双向传输l有线电视系统技术发展的阶段性中国有线电视开始于二十世纪七十年代，经过二十多年的发展，从无到有，从小到大。今天，已经发展成为我国广播电视领域一支新兴产业。中国有线电视技术从自力更生、白手起家，到引进国外先进设备，系统技术水平发展很快。从VHF频段、全频道共用天线系统到750MHz、860MHz有线电视城域网系统，从同轴电缆传输到光缆、电缆、MMDS等多种传输技术的混合应用，从只传输模拟信号到模拟、数字信号的混合传输，从单向广播网到双向交互网络。同时，先进的数据传输设备、数字传输系统以及计算机技术在有线电视系统中的成功运用，中国有线电视技术的发展日益接近国际先进水平。今天已经确立了它在国家信息化结构框架“三网一平台”的基础网络地位。有线电视技术先进，有良好的社会效益和经济效益，是国家的基础设施建设项目。我国有线电视的发展历程，总体上看，可分为三个阶段，即：小型共用天线系统、大型共用天线系统和有线电视系统。1．1小型共用天线系统阶段(1975—1985年)1、生长的自发性2、经费的自筹性3、企业的主动性4、系统的分散性5、节目源的局限性1．2大型共用天线系统阶段(1985—1995年)1．3有线电视系统阶段(1996-现在)有线电视系统的发展阶段。充分借鉴国际上的先进技术，因地制宜地采用光纤、电缆、MMDS微波等传输技术，在省、市、县各行政区域范围内建设有线电视网。目前．正朝着大容量、数字化、双向多功能等方向发展。经过几年的网络实践，一个以传输广播电视节目为主的A平台和一个以传输数据为主的B平台已经取得成功。既保证了千家万户收看高质量的广播电视节目，又为数据通信和各种信息的传输提供高速率、大容量、低资费、安全可靠的传输手段。目前，我国大多数省市己开通采用数字技术的光缆干线，实现了全省、全市范围内的联网。同时，全国骨干网采用先进的数字传输技术，为开展数字、数据传输业务提供了优质的服务平台。我国有线电视进人了实现数字化、交互式高速多媒体信息网的实验阶段。2有线电视系统性能指标及相关标准2．1基本概念1、有线电视Cabletelevition(CATV)：用射频电缆、光缆、多路微波或其组合来传输、分配和交换声音、图像及数据信号的电视系统。2、付费电视Pay-TV：采用加、解扰技术，用户需额外付费方可收看的电视节目。3、双向有线电视Two-way：具有上、下行传输的有线电视系统4、前端Beadend：在有线电视系统中，用以处理需要传输的由天线接收的各种无线信号和自办节目信号的设备。5、分前端hubheadend：系统辅助前端，通常设置在服务区中心。其向下传输模拟和数字电视信号，同时接收源于服务区内所有用户上行传输的信号。6、干线系统Trunkfeedersystem：在有线电视广播系统中，用于各类前端之间或前端与各分配点或各光节点之间传输信号的链路。7、光链路opticallink：利用光纤通信技术传输声音、图像和数据信号的链路。一般由光发送机(电／光转换器)、光纤、光接收机(光／电转换器)及其它必需的光器件(如光放大器、光连接器、光分路器和光衰减器等)组成。8、光纤同轴电缆混合网(HFqhybridfibercoaxial以光纤为干线、同轴电缆为分配网的接入网。9、光节点fibernode：为HFC网络中完成光、电或电、光转换的节点，以光纤与前端(分前端)相连，以同轴电缆与分配网络相连。10、下行传输通道downstreamtransmiwssionpath：HFC网络的一部分，其信号在下行方向从前端或任何其它中心节点分配到用户的网络部分。11、上行传输通道upstreamtransmissionpath：HFC网络的一部分，其信号在上行方向从连接到网络的用户到前端或任何其它中心节点的网络部分。12、系统输出口Systemoutlet：连通用户线和接收机引入线的接口装置。13、双向用户端口two-waysubscriderport：用户室内的可向下传输信号和向上传输信号的双工接入端口。2．2性能定义1、图象载波电平：在75Q终端上调制包络峰处(同步头)的图像载波电压的有效值，以dBuv表示。2、伴音载波电平：在75欧姆终端上无调制声音载波电压的有效值，以dBuv表示。3、载噪比(c／N)：图像载波电平有效值与规定带宽内系统噪声电平均方根值之比，用dB表示。4、交扰调制比(CM)：在系统指定点，指定载波上有用调制信号峰一峰值对交扰调制成分峰一峰值之比，用dB表示。5、载波互调比：在系统指定点，载波电平对规定的互调产物的电平之比，用dB表示。6、载波复合二次差拍比(C／CSO)：在系统指定点，图像载波电平与在带内成簇集聚的二次差拍产物的复合电平之比，用dB表示。7、载波复合三次差拍比(C／CTB)：在系统指定点，图像载波电平与围绕在图像载波中心附近群集的复合三次差拍产物的峰值电平之比(多簇产物时应取叠加功率)，用dB表示。8、交流声调制比(HM)：基准调制与峰一峰值交流声调制之比，用dB表示。9相互隔离：在待测系统的频率范围内，任意频率上系统某个输出口与另一个输出口之间的衰减，对任何特定的设施，总是取其频率范围内所测得的最差值做为相互隔离，用dB表示。10、色度／亮度时延差：电视信号中色度和亮度分量通过被测系统之后，它们的延时不等称为色度／亮度时延差，用m表示。11、回波值：在规定测试条件下，测得的系统中由于反射而产生的滞后于原信号并与原信号内容相同的干扰信号的值。12、上行汇集噪声：源自于用户端、电缆和无源传输设备引入的干扰，以及光纤和有源设备自身产生的噪声在前端或分前端汇集形成的噪声。13、上行最大过载电平：保证链路中上行光发射机和放大器不造成严重过载失真条件下，在用户端可以注入的最大上行电平值。14、上行通道群延时：在规定频段内不同频率信号从用户端到前端接收端产生的传输时间差。15、上行通道传输延时：信号从最远路由用户端至双向通信设备上行射频接收端传输的总延时。16、窄带数据频段：适应于传输窄带低速数据的信道频段17、宽带数据频段：适应于传输宽带高速数据的信道频段18、通道串扰抑制比：在双向系统运营时，上行信号(满负载时)对下行电视信号产生干扰导致传输技术指标劣化。下行图象载频电平与因此产生的寄生产物电平的比值。19、上行通道的载波／汇集噪声比(C／N)：用于在规定上行测量信号源电平值为标称值条件下，对上行物理通道作广义性的传输质量判别。C／N=上行信号电平(双向通信设备上行射频接收端口)一上行汇集噪声电平(双向通信设备上行射频接收端口)20、用户端口保护隔离能力：当某用户端引入强干扰时，可能导致某信号频段(信道)停止服务。系统对其引入干扰抑制的分贝值。21、用户电视端口噪声抑制能力：在同一用户室内，规定其用户电视端口(或电视传输物理通道)相对于该用户的双向数据端口(或数据物理通道)对上行传输公共通道具有的抑制(隔离)能力。22、上行电平：上行信号功率(P1)与基准功率(P0)比的分贝值，即101gPl／P0。通常用dBuv表示。以在75欧姆负载电阻上产生luv电压的功率(0.0133uuW)为基准。23、上行传输增益：在双向用户端口注入电平为A1的信号，经过上行传输通道，在前端或分前端双向通信设备上行射频接收端口处测量到的电平为A2，上行传输增益G=A2-A1以dB值表示。2．3系统性能指标1、下行传输系统主要技术参数要求(1)系统输出口电平(dBuv)60-80(2)载噪比(dB)≥43(B=5.75MHz)(3)载波互调比(dB)≥57(对电视频道的单频干扰)≥54(电视频道内单频互调干扰)(4)载波复合三次差拍比(dB)≥54(5)载波复合二次差拍比(dB)≥54(6)交扰调制比(dB)≥46+10Lg(N一1)(N为电视频道数)(7)载波交流声比(%)≤3(8)色亮度时延差（ns）100(9)回波值(%)≤7(10)微分增益(%)≤10(11)微分相位(度)≤10(12)系统输出口相互隔离度(dB)330(VHF)≥22(其它)(13)特性阻抗75欧姆2、上行传输通道主要技术要求：(1)特性阻抗75欧姆(2)频率范围(MHz)5-65(基本信道)(3)标称上行端口输人电平(dB,V)100(设计标称值)(4)上行传输路由增益差(dB)≤10(任意用户端口上行)(5)上行通道频率响应(dB)≤109．4—61．8MHz)≤1．5(32MHz范围内)(6)上行最大过载电平(dBuv)≥112(三路载波输人，当二次或三次非线性产物为-40dBc时测量)(7)载波／汇集噪声比(dB)≥20(Ra波段)≥26(Rb、Rc波段)(电磁环境最恶劣时间段测量，一般为18点--22点，注入上行载波电平为l00dBuv，波段划分见附表)(8)上行通道传输延时(us)≤800(9)回波值(%)≤10(10)上行通道群延时(回≤30(任意3．2MHz范围内)(11)信号交流声调制比㈤≤7(12)用户电视端口噪声抑制能力㈣≥40(13)通道串扰抑制比(dB)≥54附表：上行传输通道波段划分波段频率范围(MHzz)业务内容传输媒质条件Ra上行窄带数据业务务、网络管理理(上行)共缆Rb20.2—58__6上行竟带数据业务务共缆Rc上行窄带数据业务务、网络管理理(上行)共缆2．4相关国家标准和行业标准1、GB／T6510-1996<电视和声音信号的电缆分配系统>2、GY／T106-1999<有线电视广播系统技术规范>3、GY／T121-1995<有线电视系统测量方法>4、GY／T131-1997<有线电视网中光链路系统技术要求和测量方法>5、GY／T132-1998<多路微波分配系统技术要求>6、GY／T180-2001<HFC网络上行传输物理通道技术规范>7、GY／T135-1998《有线电视系统物理发泡聚乙烯绝缘同轴电缆入网技术条件和测量方法>8、GY／T130-1998<有线电视用光缆入网技术条件>9、GB／T11318-1996<电视和声音信号的电缆分配系统设备与部件>10、GB50200-1994<有线电视系统工程技术规范>11、GBJ42-81<工业企业通信设计规范>12、GBJ79-85<工业企业通信接地设计规范>13、GB57-83<建筑防雷设计规范>14、GBJl20-88<工业企业共用天线电视系统设计规范>15、GB7393-87<声音和电视信号的电缆分配系统输出口基本尺寸》16、SJ2708-86<声音和电视信号的电缆分配系统图形符号》3有线电视系统的组成有线电视系统由三部分组成：前端系统、传输系统和电缆分配系统。3．1前端位于信号源和传输系统之间，对传输信号进行各种技术处理的设备组合。它是系统信号处理的中枢。前端设备的性能，对整个系统的信号质量起着决定性的作用。3．2传输系统对于超大型或大型CATV系统而言，传输系统指远距离传输的超干线或干线。它位于前端系统和电缆分配系统之间。对于干线系统的技术要求是将前端信号传送到各个干线分配点所连接的电缆分配系统。同时必须达到载噪比和非线性失真指标要求。传输系统一般分别采用电缆、光纤或微波多路MMDS三种方式。3．3电缆分配系统位于传输系统和用户终端设备之间，把前端经干线系统传输的信号进行放大和分配。将信号均匀地分配给各用户，并使各用户终端得到规定的电平。同时，各用户终端之间具有良好的相互隔离作用互不干扰。对于双向有线电视系统还必须符合反向回传通道的技术要求。4有线电视系统传输技术4．1电缆传输技术1，电缆传输系统的构成电缆传输系统采用同轴电缆做传输线，构成CATV网的干线或超干线。电缆传输系统主要由同轴电缆和干线放大器间隔配置、级连构成，附属设备有过电型分支器、分配器，用于干线分路。供电器和电源插入器用于干线放大器的电缆芯线供电。电缆传输干线示意图2，电缆的传输特性及其补偿(1)同轴电缆的结构：同轴电缆由内导体、外导体和中间的绝缘介质组成。常用的有：藕芯型、封闭竹节型和物理发泡型。(2)同轴电缆的传输特性：A、特性阻抗：75欧姆B、衰减特性：高频衰减大于低频衰减。细芯径电缆衰减大于粗芯径电缆衰减。衰减与电缆长度成正比。C、温度特性：随温度的升高，电缆的衰减量增大。一般电缆的温度系数约为0.2%／度。D、屏蔽特性：优质的电缆外导体有良好的屏蔽作用，传输信号不受外界干扰，也不会向外幅射、干扰其它信号。同轴电缆的屏蔽特性用屏蔽衰减表示，单位为dB。E、机械特性：包括抗弯曲性能、防潮抗腐蚀性能和结构稳定性。(3)电缆传输特性的均衡和补偿：由于同轴电缆的衰减与电缆的长度成正比，干线要远距离传输，必须对电缆的传输特性进行补偿。干线放大器用来补偿电缆对信号电平的衰减，均衡电缆的频率特性和温度特性。干线放大器使用特性相同的放大器，各放大器的输入和输出电平值相同。采用“单位增益法”设计。3，对远距离传输的限制同轴电缆传输系统采用干线放大器级联的方法实现对电视信号的远距离传输，传输距离越远，需要放大器的级连N越大，系统指标下降越多。随着区域性有线电视网络建设的发展，干线传输系统的传输距离越来越大，而放大器级联增多导致噪声、频率失真和非线性失真的积累，使得信号指标下降。而且电缆的温度特性增加了系统设备的复杂度，远距离传输时，可靠性差。系统的维护管理任务繁重，服务水平难以提高。4．2微波多路MMDS传输技术1，MMDS的技术特征(1)多路微波分配系统MMDS的定义：用微波频率以一点发射，多点接收的方式把电视、声音广播及数据信号传输到各有线电视站、共用天线电视系统前端或直接到各用户的微波系统。(2)频率范围：空间传输2500-2700MHz接收分配111-750MHz(3)传输方式：多路微波信号采用空间传输方式。发射与接收应在视距范围内进行。2，MMDS传输系统的构成：由发射系统和接收系统组成，发射系统的设备包括发射机、合成器、馈缆和发射天线；接收系统的设备包括接收天线、下变频器和供电器。3，受无线传输缺陷的局限性MMDS传输系统属于无线传输，带有无线传输的通用缺点，如信号怕遮挡、反射出重影、易受干扰。这种方式不适用于人口稠密、高层建筑林立的大中城市。4．3光纤传输技术1，光纤传输技术的特征(1)光纤传输损耗小，可实现电视信号的远距离干线传输，保证电视信号的技术指标。CATV系统中用于干线的同轴电缆，即使很粗(例如美国MC750电缆)，在750MHz的损耗，也要40dB／km左右。而采用波长1310nm的光信号，其损耗约为40dB／100km。光纤的损耗比同轴电缆降低100倍。显然，用光纤替代每隔几百米必须设置一台放大器的同轴电缆干线，可以实现跨越几十公里的直传。彻底解决了干线放大器级联造成传输信号技术指标下降的问题。(2)光纤频带宽，可以保证多路有线电视信号均衡地传输到各光节点。(3)光纤无中继传输距离长，且抗干扰能力强，系统可靠性高。(4)光纤传输技术不仅仅局限于传输有线电视信号，它为开展宽带综合业务传输提供一个开放平台，是宽带综合业务网的重要组成部分。2，光纤传输系统的构成最基本的光纤传输系统由电光变换器（E/o)、光纤和光电变换器(O／E)组成。也称之为光链路。光纤传输系统具有很大的传输容量，在系统中实行着多工传输。(1)空分多工：：(SDM)。(上下各一光光纤)(2)时分多工：：(TDM)。(3)波分多工：：(WDM)。(4)副载波多工工：(SCM)。3，为开展宽带综合合业务传输提提供开放平台台光纤有线电视视网不仅仅局局限于有线电电视业务，它它可以为开展展宽带综合业业务传输提供供一个开放的的平台，是宽宽带综合业务务网的一个重重要组成部分分。用光缆构构成广域的包包括电视业务务在内的多媒媒体网络具有有广阔的前景景。4．4光纤同轴混合网---HFC宽带接入网网的拓扑结构构HFC有线电视网网由光纤作干干线、同轴电电缆作分配网网，构成光纤纤同轴混合网网。它充分发发挥了光纤和和电缆所具有有的优良特性性，有机地结结合而完成了了有线电视信信号的高质量传输与与分配。从而而构成了这一一独特的光纤纤／同轴电缆缆混合网络结结构。HFC是一个以前前端为中心、光光纤延伸到小小区并以光节节点为终点的的光纤星形布布局，同时，以一个星树型同轴电缆网络从光节点延伸覆盖用户。因而，HFC有线电视网络拓扑是一个星一树形结构。在HFC宽带带接入网中，模模拟电视和数数字电视、综综合数据业务务信号在前端端或分前端进进行综合，合合用一台下行行光发射机，将将下行信号用用一根光纤传传输至相应的的光节点。在在光节点，将将下行信号变变换成射频信信号。每个光光节点通过同同轴电缆，以以星树形拓扑扑结构覆盖用用户。从用户户来的上行信信号在光节点点变换为上行行光信号，通通过上行光发发射机和上行行回传光纤传传回前端或分分前端。上下行行信号在光传传输中采用的的是空分复用用，在电缆传传输中采用的的是频分复用用。HFC网采用频分分复用技术，将5-1000MHz的频段分割为上行和下行通道。5-65MHz为上行通道，87-1000MHz为下行通道。上行通道为非广播业务，主要传输包括状态监控信号、视频点播信号以及数据通信业务等。下行通道将87-550MHz为普通广播电视业务，该频段全部用于模拟电视广播时，除调频广播业务外，可安排约54个频道的模拟电视节目。550-750MHz为下行数字通信信道，用于传输数字广播电视、VOD数字视频以及数字电话下行信号和数据，上行数据一般利用5-65MHz频段，为了提高抗干扰能力，采用QPSK(或16QAM)调制。有线电视HFFC网上综合多多种数字业务务是依靠电缆缆调制解调器器Cableemodeem和机顶盒Set-ttop-Boox。Cableemodeem系统由置于于用户端的Cableemodeem(CM))和设置于前前端的CMTS(电缆调制解解调端接系统统)组成。用户户端CM的基本功能能是将上行的的数字信号调调制成RF信号，将下下行的RF信号解调为数字信号号。HFC接入网的主主要优势为：：巨大的接入入带宽，可提提供各种模拟拟和数字业务务；Cableemodeem系统的下行行速率高是显显著的优势，提提高了网络资资源的利用率率；同时，还还具有永久在在线、无须拨拨号的优点。有线电视接入网络络的主要业务务可分为两大大类，即广播播电视业务和和交互业务。广广播电视业务务包括目前的的模拟电视节节目的传输和和正在逐步发发展的数字广广播、数字电电视等其它广广播业务。交交互业务包括括INTERRNET接入、视频频点播VOD、可视电话话、会议电视视、远程教育育、远程医疗疗等。5有线电视电缆传传输网络有线电视电缆缆传输网络，作作为有线电视视城域网的一一部分，其规规划设计，从从规划思路、设设计标准、技技术指标、施施工工艺规范范等方面，都都发生了很大大变化。有线线电视电缆传输网网络已不再象象以往那样：：每个小区都都自成体系，具具有接收电视视信号的前端端、传输外线线和楼内分配配网络，属于于封闭的、小小型独立的共共用天线系统统。今天的电电缆传输网络不不需要前端，要要建成双向传传输宽带网络络，它不但要要符合达到相相关的国家标标准，还必须须执行所在地地域有线电视视网的总体技技术要求。5．1双向传输的实现方方式：在HFC接入入网中，为了了实现信号的的双向传输，同同时采用了空空分复用、频频分复用和时时分复用技术术。从光节点点至前端(或骨干网的的分前端)的光纤传输输链路中，上上下行信号采采用空分复用用：从光节点点到用户的电电缆网中，上上下行信号采采用频分复用用，数据传输输采用时分复复用方式，5．2回传通道的噪声在HFC网络络中，反向通通道的汇集噪噪声是影响双双向数据传输输的主要问题题。由于反向向噪声大，数数据传输链路路的C／N大大降低。因因此，解决反反向回传通道道的噪声问题题，是Ⅲc网络顺利开开展双向业务务的关键。上行通道中汇汇集的噪声来来源于多种形形式。其中，影影响上行信号号传输的主要要是信号的削削波失真、网网络结构噪声声和侵入噪声声。(1)削波失真主主要由系统中中的反向回传传光发射机和和双向放大器器等传输设备备的非线性失失真造成。(2)结构噪声主主要来源于系系统中的有源源设备的器件件自身产生的的基础热噪声声。同时，由由于放大器的的级联以及各各支路回传信信号的汇集，造造成噪声的功功率叠加，形形成“漏斗效应”。(3)侵入噪声声主要由外界界电磁波的侵侵入造成。是是一种随机的的、不规则的的射频干扰。它它是HFC网络开展双双向数据通信信需要努力克克服的技术难难题。系统中中的侵人噪声声主要有两种，即：A窄带短波信信号的干扰：：B冲击脉冲干干扰：主要包包括雷电、电电动机、发动动机，以及家家用电器设备备产生的脉冲冲干扰。5．3电缆分配网络的组组成1、传输系统包括光节点中的的正、反向RF放大模快、双双向延长放大大器、线路分分支器、分配配器、供电器器、同轴电缆缆等。光节点点中的正向光光接收机将下下行光信号转转换成电信号号后，经置于光节节点内的RF宽带放大器器放大至较高高电平，再由由延长线上的的延长放大器器、同轴电缆缆和线路分支支、分配器，将将信号下行信信号分路传送送给各分配系系统。来自分分配，系统的的反向回传上上行信号，从从分配放大器器的输入端口口沿着正向传传输的途径进进行反向回转转，经同轴电电缆、线路分分支器、分配配器、延长放放大器，进入入光节点，送送人回传激光器。2、分配系统包括双向分配放大大器(即楼头放大大器)，分支器分分配器，双向向用户终端和和同轴电缆等等。延长线路将下行信号传传送到各分配配放大器的输输入端。分配配放大器将信信号放大至所所需电平后，经经过同轴电缆缆、分配器、分分支器，传送送给每个用户户终端。来自自用户的反向向回传上行信号，从从用户应用设设备的回传发发射机，通过过用户电缆回回送人用户终终端，经过分分支器、分配配器和同轴电电缆，送到分分配放大器的的输出端，经经分配放大器器放大到合适适的电平，从分分配放大器的的输入端送入入传输系统。5．4电缆分配网络的规规划与设计由于住宅小区区的网络规划划受土建规划划的制约，各各种形式风格格住宅小区的的土建设计千千差万别，建建筑物大小、高高低、形状各各异。特别是是各小区内建建筑群体布局局各不相同。因因此，住宅小小区的网络规规划也不可能能有统一的模模式，只能因因地制宜。1光节点的位置光节点应设置在服服务区的中心心建筑物内，以以达到尽量减减少延长线电电缆传输的最最远距离，并并减少延长放放大器的级联联的目的。进进而降低传输输信号的噪声声和非线性失失真。2光节点服务区的划划分应按照各建筑筑物内的用户户数量，将相相近的建筑物物组成500左右的服务务区。由于不不同结构的建建筑物中的用用户数量差别别较大，因此此不宜按照建建筑物数量划划分服务区。3、器材选用(1)同轴电缆的的选用系统内所有电电缆均选用物物理发泡电缆缆。延长线的的电缆，应选选用外导体为为铝管结构的的一12电缆。所有有外线电缆均均采用稳定的的聚乙烯外护护套。(2)延长放大器器由于光接点服服务区都不太太大，采用手手动增益控制制放大器(MGC)能够满足使使用要求。延延长放大器按按使用的模块块不同，有推推挽放大器和和功率倍增放放大器延长放放大器一般应应选用双模块块功率倍增放放大器。4、双向放大器上下下行通道结构构双向放大器总体上上由正向放大大通道、反向向放大通道、分分波器、混合合器、稳压电电源组成。正向放大通道由前前置衰减器和和均衡器、一一级放大模块块、级间衰减减器和均衡器器、二级放大大模块组成。反向放大通道由反反向放大模块块、衰减器和和均衡器组成成。5、设计计算公式(1)放大器输出出信号的载噪噪比与噪声系系数的关系：：C／N=Si-NF--2．4式中：Si为放大大器输入电平平NF为放大器的噪声系系数(2)放大器级联联后的载噪比比(各级放大器器工作状态相相同)(C／N)n=(C／NN)1-100Lgn式中：n为级联数(3