[信息与通信]CATV无线信号覆盖系统.doc

CATV无线信号覆盖系统 2010年10月8日 13:17 通信世界网 作 者：烽火科技 移动通信2G网络经过多年的工程建设，网络规模和服务基本形成，同时配合大量网络优化项目的开展，使得过去存在盲点的区域，如村庄、高速公路、桥梁、隧道、城市写字楼等基本都已经得到良好覆盖，整个网络指标得到明显优化。目前电信运营商的竞争越来越激烈，因此，客户及运营商对无线覆盖服务的质量要求也就越来越高。近几年进行的室内覆盖项目使得网络覆盖有了新的目标。网络质量得到改善也使得客户对话音的要求越来越高，尤其是居民区的信号质量尤为关注，对于大型住宅小区，虽然大部分已经建设了室内覆盖系统，但由于各种原因不方便铺设专用射频电缆入户进行覆盖，故信号差的问题不能得到有效的解决，尤其体现在高层的无线信号覆盖上。由于现代建筑物一般为钢筋混凝土结构，对手机信号屏蔽严重，再加上无线信号工作频率高，信号空间损耗大，在建筑物过道上布放天线已经很难满足运营商视频电话业务和高速下载数据业务对信号质量的要求。将天线布放在房间内会极大的提高信号的质量。同时，天线放在室内会大大增加物业协调难度和工程施工进度。网络问题集中表现为由于建筑物阻挡造成的低覆盖、低场强、低接通率、低质量、高掉话率等。因此、需要一种新的无线信号覆盖系统来解决上述问题。针对目前状况，烽火利用有线电视网络(CATV)已基本覆盖了每个家庭住户和酒店房间的网络特点，采用CATV网传送移动通信信号进行无线信号覆盖，实现住宅小区、酒店的信号覆盖。利用这种覆盖方式，可以成功解决建筑物内的移动通信信号覆盖不好的问题。这种无线信号覆盖系统，包括直放站、分合路器、有线电视CATV无源分配网络和有源中继器，CATV干放通过CATV功分器连接到分合路器的一端，直放站接收移动通信信号将信号传输到分合路器的另一端，分合路器将移动通信信号与CATV信号混合通过有线电视CATV无源分配网络传输到有源中继器，有源中继器包括分合路器、双向放大器和天线，可以将CATV信号与移动通信信号分离开来，并对移动通信信号进行放大，通过天线发射出去对覆盖区进行覆盖。系统原理通过覆盖终端来区分，该系统有两种覆盖方式：无源终端覆盖与有源终端覆盖。1、无源终端覆盖在楼内有室内分布提供移动通信信源，通过合路器将移动通信信号馈入CATV网络，在住户家中放置一台有源终端，通过有源终端实现信号的分离，分离出的CATV信号直接传送到电视，而移动通信信号则由天线进行覆盖。2、有源终端覆盖在楼内有室内分布提供移动通信信源，通过合路器将移动通信信号馈入CATV网络，在住户家中放置一台有源终端，通过有源终端实现信号的分离和放大，分离出的CATV信号直接传送到电视，而移动通信信号则经过放大后由天线进行覆盖。CATV无线信号覆盖系统 2010年10月8日 13:17 通信世界网 作 者：烽火科技 对网络与电视的影响在CATV网络中引入移动通信信号，必须考虑移动通信设备及信号对电视造成的影响。下面以GSM与CATV信号合路加以说明：1) 工程设计标准中要求CATV信号载噪比大于43dB（带宽5.75MHz）, CATV每载波信号强度在3050dBm之间，所以当底噪小于90dBm时，GSM信号对CATV网络无影响。在实际引入的GSM设备中，带外（50750MHz）噪声小于120dBm，带内（880960MHz）噪声小于60dBm，由于终端滤波合路器的隔离作用，880MHz960MHz带内噪声到电视端口的强度小于90dBm。所以引入GSM系统对CATV的载噪比没有明显的影响。2) 从交调信号来看，GSM信号与CATV信号在无源器件中进行合路，合路器的交调小于80dB，GSM信号强度不大于10dBm，CATV信号不大于10dBm，实际测试中在可测范围内未发现有交调信号产生，其信号电平小于90dBm，因此二者的交调信号对CATV网络没有影响，GSM自身的交调信号落入到CATV频段中的信号强度在测试中发现也是小于90dBm，综上可知引入GSM系统后在CATV系统中引入的带内杂散信号电平小于90dBm，对CATV没有影响。3) 首先讨论电视机的工作原理。当CATV全电视信号送入电视机后，首先进入电视机高频调谐器内（俗称高频头），经过高频放大和变频后，形成统一频率的中频信号，送入图像中频放大电路。全电视信号（包括图像、伴音、同步信号）经过图像通道的三级中频放大后，再经视频检波器进行检波，取出图像、伴音信号，分别送往视频放大电器和伴音通道。把送入视频放大电路的图像信号放大后，输入显像管中实现重放图像的功能；送入伴音通道的伴音信号经放大后，推动扬声器实现重放声音的功能。所以GSM信号主要是影响电视机高频头的动态范围。到达用户终端盒的GSM信号强度不大于10dBm，经终端合路滤波器滤波后，到达电视的带外信号（880960MHz）信号强度小于20dBm。由于电视机高频头最大输入总功率大于0dBm，在本身满足载波组合三次差拍比大于54dB的前提下，引入小于20dBm的带外信号（880960MHz）对高频头的工作及电视机的解调没有影响。综上所述，在CATV网络中引入GSM信号，对网络及电视没有影响，通过同样的分析可以得出，CATV网络中引入其它制式信号，对网络及电视都没有影响。利用有线电视网络(CATV)进行无线通信的室内覆盖，可以成功解决由于建筑物阻挡造成的低覆盖、低场强、低接通率、高掉话率等室内覆盖难点，并且工程施工相对容易，设备成本低廉，在处理投诉，尤其是高层问题产生的投诉时具有较大的优势，能够作为一种非常规的覆盖手段进行酒店和住宅等走线困难场景的深度覆盖。为打造精品网络，奉献一流服务，不断替高网络质量，为用户带来更多更好的精彩通讯生活。CATV放大器及其调整 2006年5月9日 12:47 广州电子技术网 一、电缆的特性电缆是组成CATV网络的主要器材，它具有三大特性：阻抗特性、传输特性和温度特性。放大器在网络中的主要作用是用它的增益补偿电缆的损耗，所以，了解电缆的特性将有助于我们理解放大器的组成、原理和调试。1、电缆的传输特性、电缆对不同频率的高频信号有着不同的衰减量，单位长度（一般取100米）的电缆，在其上面传输的信号频率越高，衰减就越大。电缆的损耗大小随频率变化的这种特性我们称为电缆的斜率特性，理想的电缆它的传输衰减量与传送信号频率的平方根成正比。由于电缆存在这种斜率特性，为此在CATV系统中，要进行斜率补偿或叫均衡处理。下面是几种常用电缆的传输特性表：通常我们都是以所传送信号的最高工作频率时电缆的衰减量来设计线路的。这里我们引入一个称为电长度的概念，在CATV系统中，常用电缆在最高工作频率下的损耗分贝数来表示电缆的长度我们称之为电缆的电长度。在网络中对电缆所产生的负斜率进行补偿的器件是均衡器，其均衡量一般有两种表示方式：一种是直接标注高低频参考点的损耗分贝差；一种是标注电长度，这种标注法称当量均衡值。某段电缆的斜率等于其电长度除以系数=1/1-(fL/fH)1/2，式中fL是低端频率，fH是高端频率。根据此公式计算出：频率范围为50750MHZ时=1.35，在50550MHZ则=1.43，这一关系在网络的设计和调试时很有用。上面我们所论述的电缆斜率是线性的，是理想化的，如图1中的黑线所示，而实际上电缆的斜率曲线呈弧形，是非线性的，如图1中的红线所示，这个弧型的顶点在400MHZ附近，也就是说在中间频段电缆的损耗实际上要比理想衰减曲线值要小，至使在线路较长时形成整个通道内靠近中间频段的电平发生凸起的现象。、电缆对高频信号的衰减量与电缆的长度成正比。2、温度特性电缆的斜率和损耗还与环境的温度有关。我们用一个温度系数参数来描述电缆的这种温度特性。一般电缆的温度系数是0.2%/C0，即温度增加一度，损耗将增加0.2%。在我国的大部分地区，气温对电缆所造成的损耗变化量为5%，当电缆网较长时，电缆的温度特性所造成的影响就不容忽视。3、阻抗特性常用的CATV电缆其标称特性阻抗均为75，当电缆因受长期的自身重量、风压负荷等作用使其机械特性变差时，电缆的特性阻抗将会发生变化，其结果使网络的反射损耗变小，严重时使图像产生重影现象。在网络的铺设施工中，我们常对电缆的弯曲程度和绑扎工艺都有一定的要求，其目的就是防止因为施工不当造成电缆的机械性能变差，使电缆的特性阻抗变值，从而使网络的反射损耗指标变差。二、放大器概述1、放大器的增益为了保证CTB的指标正常，必须要降低放大器的输出电平，一般来说电平下降1db，CTB的指标可提升2db。而放大器的输入电平则是由C/N来决定的，这些指标都和网络中所用的放大器台数N有关。把输入电平和输出电平及放大器台数N的关系画成曲线，就形成一个V字形曲线图，如图2所示，图中上下直线之差称为放大器的极限增益。从图2可见，随着台数N的增加，放大器的极限增益也将减少，即放大器的增益不能高于极限增益，否则将会不能满足指标的要求。对某一个N来讲就有一个极限增益以之对应，因此，正确选择放大器的增益是很重要的。当两种放大器的增益不同（如一个为35db,一个为27db）但其最大输出电平和噪声系数相等时，如某CATV系统使用增益为35db的放大器串接数为10个，那么同样一个系统，使用增益为27db的放大器，其串接数为则为13个。在两个系统的CTB相等下，那么后者的C/N将得到改善，其改善值为：35-27-20(lg13-lg10)=5.8db，如果在C/N相等的情况下，那么CTB指标可改善5.8*2=11.6db。从以上分析可见，采用低增益的放大器对一般系统特性的改善有一定作用。那么是不是放大器的增益越低越好呢？回答是否定的。当干线放大器的增益降至8db以下时，C/N和CTB都将会变坏，因为此时串接的放大器数增多，CTB将由于20lgN的增加而变坏；C/N也因为10lgN的增加而变差。另外，如果增益低，对于同一输出电平，在输入端输入的信号值要求变高，各级放大器也因此而容易产生非线性失真。为此，当线路较长时，干线放大器增益选取在27db左右较为合适。2、放大器的工作方式在CATV网络中放大器的幅频特性必须与电缆传输特性相关，为此，放大器主要有如下三种工作方式。、使干线放大器的输入信号电平与频率无关（即输入信号是平坦的），输出信号电平补偿电缆的衰减变化值，即输出信号的正斜率（高低端输出电平差为正值）刚好补偿电缆所产生的负斜率（高低端输出电平差为负值），该方式称为输出全倾斜方式。如图3a、使干线放大器的输出信号电平与频率无关（即输出信号是平坦的），放大器的增益补偿电缆的衰减变化值（即放大器所产生的正斜率刚好补偿电缆所产生的负斜率），该方式称为平坦输出方式。如图3b、介于上述两者之间的方式，称为半倾斜输出方式。如图3c工作于全倾斜方式的放大器出现在早期，这种放大器将整个传输频率范围分为高低两个通道分别进行放大，高端通道增益比低端通道高，现在已经很少采用。工作于平坦输出方式的放大器是使用均衡与具有平坦特性的放大器组合在一起的，这种工作方式由于输入到放大模块的信号是平坦的，所以对改善非线失真有好处，但要使用大均衡量的均衡器，所以多使用在450MHZ及以下的CATV系统。现在的放大器由于其工作的最高频率达750MHZ甚至860MHZ，所以无论是干线放大器、延长放大器，基本上都采用半倾斜输出方式。这种放大器通常由两块以上的放大模块所组成，它内部设置了两个均衡器，一个是输入均衡器，它的作用是保证输入到第一块放大模块的信号是平坦的；一个是级间均衡器，它使输出信号产生我们所需要的斜率。放大器工作方式的选择并非是随意的。例如放大器在设计时确定为平坦输出工作方式，如在实际应用中，该放大器不是置于平坦输出状态下工作，而是在半倾斜输出方式下工作，这样在调试时势必通过加大放大器输入端的均衡器的均衡量来达到半倾斜输出方式，这将会导致低端信号的C/N严重劣化。3、放大器的增益控制功能放大器对电平的波动控制方式有：手动控制（MGC）、自动增益控制（AGC）、自动电平控制（ALC）、自动斜率控制（ASC）。手动控制由手动控制增益及均衡所组成，控制单元可以是机械的也可以是电调的，这种控制方式的放大器多用在网路较短的网络上。当网络较长时，由于电缆的温度特性影响，用户端的信号电平将会有较大的变化，这是不容许的，为此必须要采用具AGC控制的放大器，这类放大器是将工作频带内，靠近中间点的频道载波作为参考导频，来控制放大器的增益，从而稳定放大器的输出电平。但是从电缆的温度特性可知，当温度变化时不只是信号的电平会发生变化，信号的斜率也会发生变化，为此引入了自动斜率控制（ASC），通常将既有AGC功能又具有ASC功能的称为自动电平控制（ALC），ALC常采用如下两种方式：、用检温器，如使用热敏电阻或热敏半导体等温感元件取出温度的变化量来控制放大器的斜率和增益。、采用二个频率的导频信号，一个作AGC控制，而另一个作ASC控制。通常用低导频作ASC（可采用我国标准频道1或3的载频）；用高导频信号作AGC（可选标准频道42频的载频），这样使高端电平牢牢钳位不变，ASC以此作为参考电平通过其控制使低导频点与高导频点的相对电平保持在最佳值。第一种的办法控制精度不高，但电路简单；第二种方法控制精度很高，但电路较复杂。通常高档的放大器均用第二种方法。4、放大器的供电放大器的供电电压一般有两种：一种是交流220V供电，属于市电供电方式；一种是交流60V供电，属于线路供电方式。市电供电方式的放大器其电源电路结构是：变压器+桥式整流+简单的稳压电路所组成。它对市电电压变化的适应能力较差，在10%范围内，当市电电压波动较大时会出现交流声调制指标下降，造成50HZ或100HZ的干扰，反映在电视屏幕上是一条上下滚动的黑带（50HZ）干扰或两条黑带（100HZ）干扰。线路供电方式的放大器其电源电路一般是采用开关式稳压电源，其电路结构是利用一个振荡器，产生几十KHZ的振荡信号，经放大、稳压、整流处理后，产生放大器所需的工作电压。这种电源电路稳压范围宽，当外电源在35V-90V变化时都能输出稳定的工作电压，所以现在大多主干放大器或延长放大器都使用这种电源电路。在线路供电方式中，我们在线路上还需安装供电器和电源插入器。供电器是供给放大器电源的一个设备，此设备实际上是一个铁磁式的交流稳压器，输入市电220V的交流电压后，在其输出端将输出稳定的60V交流电压。电源插入器是供电器与线路间的接口器件。5、放大器的几项重要参数、放大器的最大输出电平：此参数的意义是指放大器在满负荷（对于750MHZ系统为78个PAL频道）时，放大器在一定的失真指标下所输出的上限电平。、放大器的噪声系数：由于放大器是一个有源器件，自身也必会产生噪声，放大器在对信号进行放大的同时也将噪声叠加到输出端，这样输出信号的载噪比必然低于输入信号的载噪比，噪声系数是输入载噪比和输出载噪比的比值。、CTB与CSO：这两个参数都是放大器的失真参数。CTB称为组合三次失真，CSO称为组合二次失真，它反映了满负荷下放大器在最大输出电平时所产生的失真状况。、增益：放大器对信号的放大能力。以上几个参数在进行CATV网络设计和调试时都必不可少。6、放大器的放大模块现在的CATV放大器内部都使用了放大模块，一般放大模块有三种：普通放大模块、功率倍增输出放大模块、四倍增功率输出放大模块。这些模块内部的放大电路均采用推挽型放大电路，这种电路能减少谐波失真，特别是二次失真。所以在进行系统设计时，我们只考虑CTB指标就行了，只要CTB指标达到了，CSO指标也就达到了。功率倍增型是并联了两个或四个推挽电路同时工作，采用这种模块的放大器在同样的失真指标下，输出电平可提高3db或6db。7、反向放大通道由于多功能业务开展的需要，现在的放大器都设有反向通道，反向通道常采用手动增益控制，手动斜率控制电路和放大模块组成，可根据系统是否需要反向功能而选择。反向放大器带宽根据双向分割频率分3种：低分割（540MHZ）、中分割（5112MHZ）和高分割（5174MHZ）。三、放大器的调试放大器的调整主要包括两个方面，一是电平的调整，二是斜率的调整。一般是先调整好斜率再调整电平。1、干放的调试在这里我们以GI的MB-75SH型干线放大器为例加以说明，它是一个四模块的放大器，有一个输入口，三个输出口（一个主输出口和两个副输出口）。里面配备了插入式输入均衡器和衰减器，还配有频响特性校正板和波特板（ALC板），采用线路供电方式，工作在半倾斜输出方式。放大器的工作增益为：304db。频响特性校正板（MDR）：它主要是为了校正放大器在整个工作带宽内的幅频特性而设。它将放大器的整个通带分成六个点、段进行补偿校正，使得放大器的整个通带特性趋于平坦均匀。此板的调整必须要用专用设备进行调整。此板还附设了一个均衡量（750MHZ）为10db的均衡器。波特板（BODE）：此板主要是与ADU板或TDU板（又叫自动增益控制板或温度补偿控制板）配合使用，达到ALC的目的，ADU板或TDU板都是自动控制插件，它通过对高低导频的取样比较产生控制电压或通过对环境温度的取样比较产生控制电压，去控制波特板，从而达到AGC和ASC的目的。该板的控制量为4db。桥口输出方式选择跳线（SPLIT）：如果将跳线1和2连接，则桥口4有信号输出，桥口3为空口；如果将跳线2和3连接，则桥口3有信号输出，桥口4为空口；如果在此位置插上二分配器或一分支器，则桥口3和桥口4都有信号出。设此干放的调整要求：主输出口和输出桥口输出电平为100db。它补偿电长度为29db（750MHZ）的电缆损耗，电缆所产生的斜率为：-29/1.35=-21db，那么输出斜率应为21/2=10.5db。首先测量输入电平，比较高低端频道的电平差（低端的参考频道选3频，高端频道选42频），选择均衡值与电平差相等的均衡器，插入放大器中，这样做的目的是使得输入到第一个放大模块的信号为平坦信号。由于放大器内的频响特性校正板已经预设了+10db的斜率，所以，此时输出电平的斜率就应该是10db。然后作下面的调整：、安装自动增益控制（ADU板）的调整：a、选择好作为控制用的导频信号，把信号电平测试仪器连结到放大器测试点，测量高端频道信号，例如：743.25MHZ。将ADU板插上（ADU板上的所要求的导频信号必需与所选择的导频信号频率一致）同时将DRIVEUNIT的跳线接到“自动”位置。b、旋转主板上标记为ADU的电平控制旋扭使其衰减量到最大值。计算目前温度下要求的控制余量值。计算过程：设气温的变化范围是-21C0-49C0，在最高温度下的控制余量设为2db，温度每升高一度所引起的附加损耗是29*0.2%=0.058（29是电缆的电长度），以14C0为一个温度变化数量级来推算出所需的控制余量：0.058*14=0.82db，取1db，我们将温度的变化范围分为六级并将它们所对应的控制余量列于表2。仪器测到的电平应该等于要求的输出电平加上目前温度下要求的余量。如果输出电平过大，则应插上适当衰减量的输入衰减器，使输出电平与要求的电平误差在0.5db以内。放大器要求的输出电平是100db。如果测量的电平是105db，并且周围的温度是21度C。查表2，找出在此温度下要求的余量是4db。应插入衰减器的衰减量是105-(100+4)=1db。表2c、调整ADU电平控制旋扭，使输出电平等于我们需要的输出电平（100db）。这样通过ADU板的控制，导频信号输出变化在95db-105db范围内，放大器的输出能维持在我们所需要的输出电平不变。、安装温度补偿控制（TDU板）的调整：a、将TDU板补偿电缆的电长度选择跳线跳至30db处（有10db、20db、30db供选择）并调整TDU上的Thermallevel电位器使波特板在损耗最小状态。b、把信号电平测试仪器连结到放大器测试点,测量输出端最高频率信号的电平记为V0，根据周围的温度，查表2找出在此温度下要求的控制余量，调整TDU上的Thermallevel电位器，使输出的最高频率信号电平=V0-余量值。c、插入相应的输入衰减，使输出的最高频率信号电平等于要求的输出电平。、供电方式的选择MBS-75SH干放是采用线路供电，供电电压范围是38V-90V，供电方式非常灵活，有输入口供电、主输出口供电、桥口供电。它内置了四个保险丝，通过对这四条保险丝的接插或空置来达到15种供电方式的设置。2、楼放的调试楼层放大器设计的工作方式多为平坦输出方式，它一般为单模块放大器，所以各项指标相对较低，为此建议输出电平调整不要超过100db。在斜率调整方面，由于其工作在平坦方式下，所以输出的信号斜率不能5db，否则会使低端信号的载噪比劣化。按规定用户输出端口的高低端频道电平差（即斜率）不能大于10db，在调整斜率时，我们可以这样进行估算：分配网的分接线是采用SYWV-75-9类型的电缆，一般最长不超过100米，100米的SYWV-75-9电缆所产生的斜率是-7db；入户线为SYWV-75-5电缆，一般不超过20米，20米的SYWV-75-5电缆所产生的斜率是-3db。分支分配器所造成的斜率为-1db左右，那么所产生的总斜率是：7+3+1=11db。用户端的电平斜率最大容许量为9db，所以楼放输出电平的斜率应为11-9=2db。上面曾提到，电缆对射频信号所产生的负斜率不是线性的，在靠近工作带宽的中段，电缆的损耗比理想情况要小，形成的斜率特性如图1的红色曲线所示，从而造成信号电平在中端凸起的现象。在网路较长的情况下，我们必须要采取一些补偿措施，有两种方法：、在网络上隔两个或三个放大器（以电平凸起34db为准）安装一种均衡特性具有图1蓝线所示特性曲线的均衡器，从图中可看到，此种均衡器能很好地补偿电缆所造成的中段电平凸起的现象。、在网络中安装可调陷波器，这种陷波器的陷波点频率和陷波量均可调整，这样我们可根据网络电平的实际情况来调整陷波点频率和陷波量，从而达到较好的补偿作用。三、总结CATV网络中放大器的主要作用是补偿电缆对传输信号所造成的损耗，根据电缆的传输特性和温度特性，放大器内设置了自动增益控制电路（AGC）、自动斜率控制电路（ASC）和温度补偿电路。放大器的输入电平大小由载噪比（C/N）指标来确定，放大器的输出电平则由组合三次失真（CTB）指标来确定，放大器的增益则由串接的级数来定。放大器的工作方式有输出全倾斜方式、平坦输出方式、半倾斜输出方式三种，现在大多数主干放大器都是半倾斜输出方式的，而楼层放大器多是平坦输出方式的。放大器的调整主要包括两个方面，一是电平的调整，二是均衡的调整。一般是先调整斜率再调整电平。如果放大器采用导频控制模块（ALC）则要合理选取高低端的导频信号，一般来说低端的导频信号是利用低端信号的视频载波频率，高端的导频信号是利用高端信号的视频载波频率。如果放大器采用温度补偿模块则要注意该模块所标定的温度补偿范围和该模块的控制量，然后根据这两个参数设置好余量值以便调试。如何在CATV中应用SDH技术 2003年7月31日 14:18 通信世界网 何淑贞 摘要 本文重点介绍SDH在广播电视传输网中的应用：SDH技术如何传输广播电视信号，在HFC接入网中IP是如何传送的，以及SDH技术在我国广播电视传输网中的应用概况。一 传输体制SDH简介1 SDH同步数字系列产生的时代背景SDH传送网的概念最初于1985年由美国贝尔通信研究所提出，称之为同步光网络(Synchronous Optical NETwork .SONET)。它是由一整套分等级的标准传送结构组成的，适用于各种经适配处理的净负荷(即网络节点接口比特流中可用于电信业务的部分)在物理媒质，如光纤、微波、卫星等上进行传送。该标准于1986年成为美国数字体系的新标准。国际电信联盟标准部(ITU-T)的前身国际电报电话咨询委员会(CCITT)于1988年接受SONET概念并与美国标准化协会(ANSI)的TI委员会达成协议，将SONET修订后重新命名为同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy，SDH)，使之成为同时适用于光纤、微波、卫星传送的通用技术体制。 2 SDH数字传输网的传输原理1) SDH传输网的基本构成SDH传输网是由一些SDH网络单元组成的，在光纤、微波或卫星上进行同步信息传送，融复接、传输、交换功能于一体，由统一的网络管理操作的综合信息网。可实现网络有效管理、动态网络维护、对业务性能监视等功能，能有效的提高网络资源的利用率，能满足广播电视干线传输网的信息传输和交换的要求，对提高广播电视传输质量有了质的飞跃，因而SDH技术正成为广播电视领域传输技术方面的发展和应用热点。SDH有全世界统一的网络节点(NNI)，从而简化了信号的互通以及信号的传送、复用、交叉连接和交换过程，它有一套标准化的信息结构等级，称为同步传送模块(Synchronous Transport Module)，STM-N。当n=1、4、16时，其最基本的模块为 STM-1、STM-4和STM-16，并具有一种块状帧结构，允许安排丰富的开销比特(即在网络节点接口比特流中扣除净负荷后的剩余部分)用于网络的运行、管理和维护(OAM)。它的基本网络单元有同步光纤线路系统或SDH微波传送系统、同步复用器(SM)、分插复用器(ADM)和同步数字交叉连接设备(SDXC)等等，其功能各异，但都有统一的标准光接口或电接口，能够在基本的传送线路上实现横向兼容性，即允许不同厂家的设备在传送线路上互通。它有一套特殊的复用结构，允许现存的PDH体系、SDH体系和B-ISDN信号都能进入其帧结构，因而具有广泛的适应性。SDH还大量采用软件进行网络配置和控制，使得新功能和新特性的增加比较方便，适于将来不断发展。SDH传送网最重要的两个网络单元是终端复用器和分插复用器。以STM-1为例，终端复用器的主要任务是将低速支路信号和155Mb/s电信号纳入STM-1帧结构，再经CMI(符号反转码)变换后进入微波传送系统，其逆程正好相反。分插复用器，将同步复用与数字交叉连接功能综合于一体，具有灵活的分插任意支路信号的能力，在网络设计上有很大的灵活性。由这两种基本网络单元组成的典型网络应用有多种形式，有点到点应用、线型应用、构成枢纽网、构成环形网、构成双环形网和网孔形应用，在实际应用中还可出现其他以外的形式。2) SDH技术的传输原理SDH用来承载信息的是一种块状帧结构，块状帧由纵向9行和横向270N列字节组成，每个字节含8b(bit)。整个帧结构由段开销区、净负荷区和管理单元指针区三部分组成。其中段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配，以保证信息能够正常灵活地传送，管理单元指针用来指示净负荷区域内的信息首字节在STM-N帧内的准确位置，以便接收时能正确分离净负荷。净负荷区域用来存放用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节。SDH的帧传输时，按由左向右，由小到大的顺序排成串型码流依次进行。每帧传输时间为125S，每秒传输1/125106 =8000帧。对STM-1而言，每帧能传输的比特数为8(27091)=19940b，则STM-1的传输速率为194408000=155.52Mb/s，而STM-4为622.080Mb/s、STM-16为2488.320Mb/s。各种业务信号进入SDH的帧结构都要经过三个步骤，即映射、定位和复用。映射就是将各种进来的速率不等的信号先经过码速调整，再装入相应的标准容器C中，同时加入通道开销POH形成虚容器VC。定位就是将帧相位发生偏差的(称帧偏移)的信息收进支路单元或管理单元，它通过支路单元指针或管理单元指针的功能来实现。复用就是将多个低阶通道层信号通过码速调整进入高阶通道或将多个高阶通道层信号通过码速调整进入复用层的过程。以139.264Mb/s信号到STM-1的形成为例来说明这三个步骤。139.264Mb/s信号首先进入标准容器，速率调整后输出149.76Mb/s数字信号，进入虚拟容器，加入通道开销576kb/s后输出150.336Mb/s的信号，在管理单元内加入管理单元指针576kb/s，输出150.336Mb/s的信号，因N=1，故由一个单元组加人段开销4.608Mb/s后，输出155.520Mb/s的STM-1信号。3 SDH的特点1) SDH统一了北美、日本和欧洲三个地区性标准，各种数字传送信号在STM-1等级以上获得统一，使国际电信互通成为可能。2) 由于SDH电信传送采用了同步复用方式和灵活的映射结构，可以利用软件实现高阶信号与低阶支路信号之间所谓的一步复用，上下业务十分容易，大大简化了交叉连接设备。3) 由于SDH帧结构中安排了大约占总信号5%的丰富的开销比特，极大的加强了网络的运行、管理和维护能力。4) SDH传送网具有信息传送透明性。5) 统一了网络接口标淮，使不同厂家的产品可以直接互通，各种传送媒质如光纤、数字微波等可以直接连接，组网十分方便。6) 网络兼容能力强，它能与现有的PDH完全兼容，并容纳各种新的业务信号。二 如何应用SDH技术传输广播电视信号广播电视领域的SDH网起着公共物理传输平台的作用，在此平台上，一部分带宽用来传输广播电视节目，另一部分用来直接传输用户数据或从ATM、IP交换机汇聚来的数据流等。下面将介绍目前广播电视信号将如何由SDH技术传输。1 将模拟电视信号变换为数字信号SDH是同步数字系列，所传输的信号是数字信号，而我国目前的广播电视节目是模拟信号，用SDH技术传输广播电视信号必须先对信号进行数字化处理，其步骤为抽样、量化、编码等步骤。1) 抽样：抽样是以一定的频率抽取电视输入信号的一个瞬时幅度值，称为抽样值，抽样后得到一系列脉冲式的抽样值，称为抽样系列。我国的彩色电视采用的是PAL制，亮度信号(Y)抽样频率是13.5MHz、色差信号(R-Y、B-Y)的抽样频率为6.75MHz。2) 量化：模拟信号进行抽样以后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的。当这些连续变化的抽样值通过噪声信道时，接收端不能准确地估值所发送的抽样。如果发送端用预先规定的有限个电平来表示抽样值，且电平的间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能准确地估值所发送的抽样。因此，有可能消除随机噪声的影响。利用预先规定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。抽样是把一个时间连续信号变换成时间离散的信号，而量化则是将取值连续的抽样变成取值离散的抽样。3) 压缩编码：编码就是用二进制代码表示量化值，在信号的接收端将量值转换为信号的过程称为解码。由于编码后数据量大，因而须进行压缩，称压缩编码。我们前面介绍的彩色PAL制对亮度信号Y、色差信号R-Y、B-Y，每个抽样信号被8b量化，总的传输码率为216Mb/s，对传输速率为2.5Gb/s的STM-16来说，也只能传输8路彩色电视信号，因而首先要对其进行压缩码处理。当前电视编解码的标准是差值脉冲编码调制(DPCM)和MPEG-2压缩技术，使用MPEG-2技术，可将信号压缩到1.5-15Mb/s，这样一个STM-16的容量就可传输由没有压缩时的8套电视节目提高到300多套数字电视信号。2 数字电视信号如何由SDH传输网传输SDH的传输速率中34.368Mb/s和139.264Mb/s最适合电视图像传输。广播电视模拟信号，经过处理变换成数字电视信号后，压缩形成139.264Mb/s码率进入C-4容器，或者形成34.368Mb/s进入C-3容器并最终形成STM-1。广播电视节目的视频和音频信号存放在SDH帧结构中的净负荷区域中，SDH设备的34.368Mb/s和139,264Mb/s接口用于与图像编码器相连，2Mb/s接口用于数据和话音输入设备相连。经这样转换成SDH形式的STM-1广播电视信号通过光纤或者微波发射进行传输，信号传到业务站点后经解码器将图像数据信号还原成模拟信号，通过调制器将其变换到相应的频道，经有线电视HFC网传到用户家中。三 在CATV网中采用SDH传输IP在有线电视网中用何种技术传输IP，取决于CATV网所采用的传输技术。现在我国的CATV网络在省内和省外均采用了SDH传输体制，所以，在CATV网中的IP传输技术有IP over ATM、IP over SDH和IP over DWDM三种形式。下面简单介绍这三种方式并作比较。1 IP Over ATMATM作为多业务平台，具有很强的多业务支持能力，ATM的优势主要是它的可扩展性和灵活性。在广播电视SDH环网中，可以容易地实现有线电视台间节目交换，应用ATM的流控制可以实现视频传输的分级服务，ATM还可以实现电视节目实时的非对称传输，部分省内和地市以下的传输网仍采用ATM技术。优点：可利用ATM的QoS特性，保证网络的服务质量；网络具有很好的可扩展性和灵活性；支持多种业务、数据、语音、视频汇集到一个网络上，并为不同业务类型提供不同的服务质量QoS；有很好的网络流量管理和控制性能，表现在ATM流量控制方面非常精细，这一点对带宽是非常宝贵的、线路费用非常高的广域网来说就显得十分重要，这是目前ATM能在广域网中被广泛采用的原因之一。缺点：由于IP数据包须映射成ATM信元，由此形成的传输开销称为“信元税”，故传输效率低；网络管理比较复杂；不太适用于超大型IP骨干网。2 IP Over SDHATM能支持多种业务曾经是它独一无二的特点，但随着IP技术的发展和网络硬件的不断完善，今天的IP已成为各种业务的核心，数据、语音和视频业务都可由IP承载，ATM的优点已由IP技术取代，特别是当数据的业务量超过语音和视频时，更显得ATM没有存在的必要，况且去掉ATM还可以提高传输效率。因此，IP Over SDH应运而生，这一技术也极大的动摇了ATM在广域网中的地位。IP Over SDH是IP数据包通过采用点到点协议PPP，映射到SDH帧上, 采用的是高速路由器逐包转发方式，按各次群相应的线速进行连续传输。 优点：省去了ATM层, 简化了网络结构，提高了传输效率百分之二十到三十；可以充分发挥SDH技术的各种优点， 如SDH使国际电信互通成为可能，SDH帧结构中安排了丰富的开销比特，可以加强网络的运行、管理和维护能力，网络有很好的兼容性等；将IP网络技术建立在SDH传输平台上，可以很容易的跨越地区和国界，兼容不同技术和标准，实现全球联网。在广电网络的平台上IP over SDH适用于省际网络和省内网络上的IP传输。缺点：IP Over SDH目前尚不支持虚拟专用网VPN和电路仿真；在所有包交换技术中，ATM的QoS是最好的，它可以做到电路仿真，而IP Over SDH技术只能进行业务分级，不能提供较好的QoS；对大规模的网络须处理庞大、复杂的路由表，而且查找困难，路由信息占用较大的带宽。3 IP Over WDM随着传输技术的发展，以IP业务为主对网络的进一步优化设计将是IP over DWDM。波分复用技术(WDM)是在一根光纤中能同时传输多个波长的光信号的一种技术。其原理是：在发送端将不同波长的光信号组合，在接收端又将组合的光信号分开并送入不同的终端，这就意味着，原来只能采用一个波长作为载波的单一光信道，变为数个不同波长的光信道同时在光纤中传输，从而使光通信的容量成倍的提高。WDM技术的实现，主要由波分复用器来完成。波分复用器是一个无源光学器件，器件结构简单，体积小，可靠性高，易于和光纤耦合。WDM系统有三种基本结构，即光多路复用单向单纤传输，光多路复用双向单纤传输和光分路插入传输。组网灵活，对开发带宽新业务，充分挖掘和利用光纤带宽的能力，实现超高速通信具有十分重要的意义。 IP Over WDM通俗的说法就是让IP数据包直接在光路上跑，减少网络层之间的冗余部分。由于省去了中间的ATM和SDH层，其传输效率最高，节省了网络运营商的成本，同时也降低了用户的费用，是一种最直接、最经济的IP网络结构体系，非常适用于特大型IP骨干网。主要特点：充分利用光纤的低损耗波段，增加光纤的传输容量，效率最高，成本最低；可同时在一根光纤中实现双向多媒体通信传输；可在不改变光缆设施的条件下，改变通信系统的组态，在网络设计中有很大的灵活性，自由度大，扩容更方便；对器件性能要求不高，使用的主要器件波分复用器可靠性高，故障率低，便于维护。4 三种方案比较及发展趋势 从图1上的表中可见，在相当长一段时间里，三种技术方案还将视不同情况并存，而较理想的IP Over WDM在国际上正处在开发研制和进一步完善之中，距离商业应用还有一段距离。到IP over WDM商用时，广电网络已十分接近光纤入户的理想接入方案，广大的用户被HFC宽带接入信息高速公路的骨干网上，而成为不断发展的网络平台。四 SDH技术在我国CATV网中的应用概况原广播电影电视部在1995年研究制定全国有线电视联网规划时已明确规定，国家部级和省级干线全部采用SDH传输技术，数据流的传输码率为2.5Gb/s，即STM-16。为方便读者，现列表介绍如图2上的表2。五 结束语SDH传输技术，广泛应用于传输领域，它的一系列优点非常适合于广播信号的传输。但由于SDH技术原主要是为传输话音和数据业务而制定的，对视频而言它还有许多需完善的地方，如使用SDH技术传输广播电视信号时，要求有较好的时钟同步性能和抖动性能。网络的同步性能差会引起指针调整，而指针调整会使彩色电视信号瞬时变色，网络的抖动性能不好，会引起解码器输出端产生抖动，引起信号色彩变化。这些问题有待在应用、发展中不断完善。如何构建CATV宽带IP网络 2003年6月23日 10:49 通信世界网 桂 玲随着业务量持续地呈指数形式地增长，宽带网络的建设会在未来的网络建设中起到决定性的作用。在新一代宽带网络的建设中，有线电视网具有明显的优势，即网络覆盖率非常广、接入带宽最后一公里带宽非常高和信息资源丰富。我国有线电视网在国家没有投资的情况下，依靠自己的力量，建设成公里的国家级干线光缆网络，许多地方还建设成光纤同轴混合网络。我国已拥有世界上最大的有线电视网。同时，有线电视台具有丰富的信息资源，其信息服务能力强，服务经验非常丰富，同时有线电视台在经营宽带多媒体业务和点到多点广播业务方面具有很多优势。CATV宽带IP网络的建设设计原则及其业务一、建设原则有线电视台建设的宽带网络应是一个以协议为基础、具有大容量高速传输能力的、能可靠稳定地保证服务质量的运营级宽带网络。目前，许多省市或大型城市都在计划建设运营级宽带城域网，这些网络将进一步相互演化成为未来的国家信息基础设施的网络主体。作为运营级网络，有线电视台建设的宽带网在总体上需满足以下几个原则： 先进性有线电视台建设的宽带网络应采用世界先进的千兆线速路由器交换机或多业务交换机，能与宽带传输交换平台充分互联，能够承载和交换各种信息并将其接入公众用户。 可用性与可靠性有线电视台建设的宽带网络是一个运营级的网络，不允许由于网络的故障而长时间中断面向用户的业务，造成关键用户如政府机关、抢险救灾部门、公安、银行等单位 的损失，因此网络中必须具备必要的技术措施来保证网络的可用性和可靠性。 普遍服务性有线电视台建设的宽带网络应考虑到各省市公众用户的实际情况，以相应的可接受的价格向用户提供不同接入服务。 统一性有线电视台建设的宽带网络必须遵循各省市信息基础设施建设方案及规划，科学统一地建设。 可扩展性有线电视台建设的宽带网络应能随着需求的增加而扩展，即充分留有扩充余地。 安全性及可管理性有线电视台建设的宽带网络应注意保证整个网络的可管理性、安全性和可靠性。二、设计原则根据宽带网络的建设原则，在设计网络时，必须为上述建设原则提供相应的技术支持和保证，主要包括： 网络结构的优化网络体系结构以为设计基础，体现在网络的层次化体系结构，可以减少对传统传输体系的依赖。 路由协议的优化 包转发的优化适合大型、高速宽带网络和下一代因特网的特征，提供高速路由查找和包转发机制。 带宽优化在合理的控制下，最大限度地利用光纤的带宽。 稳定性优化最大限度地利用光传输在故障恢复方面快速切换的能力，快速恢复网络连接，避免路由表颤动引起整网震荡，提供符合高速宽带网络要求的可靠性和稳定性。三、开放的业务宽带网络能开放基于的业