宽带有线电视接入网系统体系结构及关键设备

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（CATV）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,andW.S.J.Brice,ColorTelevisionSystemPrinciples,EngineeringPracticeandAppliedTechnology,McGraw-Hill1999[2]JohnD.Lenk,Lenk’sVideoHandbook:Operationandtroubleshooting,McGraw-Hill2002[3]Specialissueon“ResidentialBroadbandServicesandNetworks,”IEEECommunicationMagazine,35,no.6(1997)