建立县级HFC双向网的方案探讨.doc

建立县级HFC双向网的方案探讨 ( 2008/6/4 )摘要：为保证有线电视信号的优质传输并发挥有线广播电视传输网在今后我国信息高速公路建设中的优势，必须慎重和尽早实施有线广播电视传输网的升级改造。本人结合我县网络实际，对我县的网络升级改造提出了可行性方案。笔者认为在目前的网络升级改造中应尽量使用光接收机直接覆盖用户，每个光节点覆盖用户200500户；单元用户采用集中分配接入方式，以减少信号串接点、故障率及运维成本，使网络及工程设计工作变得简单，并为以后双向回传等业务的开展奠定了良好的基础。 关键词：HFC网络，双向化改造，技术方案1、概述 罗源县是一个山区小县，辖11乡镇，人口25万。2000年实现了全县11个乡镇的光缆联网，并和市、省的光缆干线实现联网，有线电视得到了较快的发展。目前，我县的光缆网络已经覆盖了全县70%的行政村，建立的都是以单向下行广播式的主要为传输有线电视服务的传统HFC网络，其功能仍然局限于视听的原始状态，有线网络还没有发挥自身网络综合业务开发的关键竞争力，没有形成有效统一的综合业务开发思路。2、网络改造发展的必要性和紧迫性 随着网络电视、直播卫星、移动电视和网络流媒体等新型信息媒体的诞生、中国有线向产业化的转型和电信运营商的竞争，广电有线网络在未来网络市场信息服务业中的发展，仅靠传统的有线电视基本业务是无法和其他电信运营商同台竞争的，只有开展增值业务，向综合运营商挺进才是做强做大的唯一道路。 为保证有线电视信号的优质传输并发挥有线广播电视传输网在今后我国信息高速公路建设中的优势，必须慎重和尽早实施有线广播电视传输网的升级改造，以提高其在国家信息产业中的竞争能力。HFC作为当前比较先进成熟的技术,采用光纤到服务区的方案，可提供较高质量和较多频道的传统模拟广播电视节目；随着今后数字综合业务的开展,亦可方便融入较高性价比的语音服务、高速数据传输服务和多种信息增值业务，并可开展交互式数字视频应用。另外，HFC技术方案能够根据市场需求平滑地扩容和升级，逐步向全光纤化和全数字化过渡,减少网络投资风险。随着HFC网的不断发展，光纤在网络中所占的比重越来越大，光节点的数量越来越多，最终要实现光纤到户。3、HFC双向网络的核心竞争力 （1）HFC双向网络支持用户的个性化要求，这是卫星和无线电视网络不具备的独有功能，而满足用户的个性化要求的业务市场份额巨大。 （2）HFC双向网络具有巨大的接入频率（带宽）资源，以每500户一个光节点的资源为例，首先扣除约400M（50个8M频道）安排单向的广播电视（包含数字电视）节目，余下约320M（40个8M频道）作数据传输的下行资源，可以同时满足超过2000个不同用户的IPTV实时点播的要求（一户多机），其上行的有效资源大于40M（约12个3.2M频道），其共享的数据带宽资源大于120Mbps(优质网络用64QAM上行，实际资源大于200Mbps)，一般条件下可同时满足500个以上的用户上网游戏（上行资源开销最大的业务是网络游戏）、VOIP、可视电话和其它网络服务。 （3）HFC双向网络条件下，CMTS和用户Modem支持可持续扩容、信道共享的技术优势，都是网络运营商在科技迅速发展条件下，降低投入，取得最大盈利的核心竞争力。这是以太网或者双绞线网络中的交换设备都不具备的相对优势。 （4）HFC双向网络建设成本比较低（相对于城域以太网和双绞线电缆网），野外只有传输设备而没有交换设备（相对于以太网），可靠性高、易维护。 （5）HFC双向网络是“一网多功能”的基础，即“三网合一”，网络支持开展电视、语音和数据为内容的多样化业务、个性化服务。业务竞争力是核心竞争力。 （6）HFC双向网络对技术不断发展的兼容性明显优于其它的通信网络，是典型的多信号共存的平台，实现了建设一次（或一张）网络，可支撑发展多种业务。这一点在经营管理和经营内容不断变革的实际条件下尤其适用。4、改造的基本思路和实施方案 网络改造实际是对有线电视网进行有条件的重建，将确定本地有线电视网今后至少10年的发展方向，其意义不亚于当年白手起家的建网工作。从技术的角度说，采用的技术与原有网络相比应有质的飞越。 4.1HFC双向网络的基本要求 （a）在进行网络的HFC升级改造中，光传输若采用全星形辐射的网络结构，不仅会造成光纤和光功率的巨大浪费，而且很不安全。一旦光纤干线或总前端出现故障，将引起大面积、长时间停播，造成不可挽回的影响。另外，在这种网络结构中，所有交互必须集中到总前端交换，难以解决前端回传噪声漏斗汇集问题，而且不利于今后综合业务的发展。所以HFC优势的发挥首先必须要解决的是干线网络结构问题，而利用环-星型拓扑结构组建广播电视HFC网则已基本成为业内人士的共识。在利用环星形拓扑结构进行有线电视网络HFC升级改造的具体实施过程中，各地均根据各自城区的实际情况将整个城区划分为几个基站，各基站之间以环形自愈网连结，基站与其所辖光节点之间以星形结构接入。为了减少上行通道中的噪声同轴电缆网也要求采用星形结构的,即从光节点引出来的同轴电缆只能作为分配线而不允许再作为传输干线。光纤网中一般采用空间分割方式,利用两根光纤一根正向传输下行电视信号,另一根反向传输各种上行信息。同轴电缆网中一般采用频率分割方式传输上行信息,它可把不同的信息内容分成正向和反向传输。每个光节点所服务的用户不宜超过500户,每个光节点到最近用户和最远用户之间的距离也要控制在1公里范围内,光节点后放大器级数要小于5个。 （b）HFC网上开发多功能业务要求网络具备双向传输功能，因而网络的光纤干线和同轴电缆线都应具备双向传输性能且线路上的所有器件都应是双向器件,如网络中的分支、分配器、放大器、光工作站都要改成双向的同时还要有较高的屏蔽指标。终端用户盒要选择高屏蔽的终端盒，同轴电缆要选对入侵干扰防御能力好的电缆，衰减值一般能达到100dB左右的电缆都能有效的抑制各种入侵干扰。 4.2网络的整体规划建设思路 （a）在进行网络的HFC升级改造中，光传输若采用全星形辐射的网络结构，不仅会造成光纤和光功率的巨大浪费，而且很不安全。一旦光纤干线或总前端出现故障，将引起大面积、长时间停播，造成不可挽回的影响。另外，在这种网络结构中，所有交互必须集中到总前端交换，难以解决前端回传噪声漏斗汇集问题，而且不利于今后综合业务的发展。所以HFC优势的发挥首先必须要解决的是干线网络结构问题，而利用环-星型拓扑结构组建广播电视HFC网则已基本成为业内人士的共识。在利用环星形拓扑结构进行有线电视网络HFC升级改造的具体实施过程中，各地均根据各自城区的实际情况将整个城区划分为几个基站，各基站之间以环形自愈网连结，基站与其所辖光节点之间以星形结构接入。为了减少上行通道中的噪声同轴电缆网也要求采用星形结构的,即从光节点引出来的同轴电缆只能作为分配线而不允许再作为传输干线。光纤网中一般采用空间分割方式,利用两根光纤一根正向传输下行电视信号,另一根反向传输各种上行信息。同轴电缆网中一般采用频率分割方式传输上行信息,它可把不同的信息内容分成正向和反向传输。每个光节点所服务的用户不宜超过500户,每个光节点到最近用户和最远用户之间的距离也要控制在1公里范围内,光节点后放大器级数要小于5个。 （a）光节点直接或间接覆盖用户。对于城区人口很密集的用户群用光节点直接覆盖用户，取消放大器。整个网络采用1550nm光传输系统传送信号，做到光接收机直接覆盖用户，光接收机以下不再使用干线放大器和用户放大器等有源器件，使得有源器件覆盖用户数由现在的500户左右提高到100户以下。大大提高了网络的安全性，信号指标得以大幅提高，故障率也大为减少，运行维护成本降低。对于偏远的行政村光节点以下采用不超过两级双向电放大器覆盖小于1km内的有线电视用户。可将300以内户划分为一个光节点，光节点划分越小，投资相应越大，但每个用户所获得的上、下行带宽将越宽，同时可改善双向传输网络中上行通道噪声的影响，为新业务的开展提供一个良好的平台。（b）单元用户采用集中分配接入方式 3 HFC网络的要求3.1 在分配结构方面应遵循以下原则：采用集中式分配结构，增强系统的可靠性；采用星型分配的原则，尽可能不用传统的树枝型分配结构，以减少上行通道的不平度；采用集中供电方式，保证节点系统的完整性；采用“单位增益法”（在一段链路上，放大器的增益与电缆的衰减应当相等），保证系统的电平一致；采用“单位功率密度法”（即每Hz平均功率法）确定上行系统的输入电平。用户终端下行信号接受电平不低于66dB，上行信号到达集线器处电平差不大于2dB，在上行光接收机处各路汇集电平差不大于5dB。3.2 屏蔽要求 支干线和入户电缆应选用使用寿命长、高性能的四层屏蔽电缆，以提供大于100dB的屏蔽能力；分配器应采用1GHz、后盖焊接式、高屏蔽的分配器，外壳应为一体化设计，保证屏蔽能力大于100dB；室外电缆接头可采用针形头，室内电缆接头建议使用螺纹接头或压接式接头，绝不可以采用卡环式简单接头，以提供大于90dB的屏蔽能力；用户终端盒应使用双向高屏蔽的终端盒，以提供大于90dB的屏蔽能力，用户连接也应采用四层屏蔽电缆。4.3光传输系统建设思路 1310nm光发射机价格低、使用简单、灵活，具有较高的载噪比及非线性失真指标、性能稳定可靠，但由于激光器采取直接调制方式，输出功率不可能很大，若采用光/电/光中继，不但投资增加，而且CNR、CSO、CTB等技术指标均产生很大劣化。1550nm光发射机的激光器采用了外调制方式，输出功率大，能够进行光放大级联，光放大器对CTB和CSO指标几乎没有影响，在远距离传输上具有1310nm光传输不可比拟的优势，与1310nm光发射机相比，1550nm光传输更适合解决我县山区分布不均匀的组群式网络的传输和覆盖。 4.3.1技术方案 在综合考虑各方面因素的基础上，我们采取了如下技术方案：主干网络全部采1550nm光传输设备，县台机房通过1550nm光发射机、光放大器传送有线电视信号至各（乡）镇前端机房；各（乡）镇前端机房将接收到的光信号通过光放大器的中继放大，经过一系列的光分配后，实现光接收机直接或通过两级双向放大器覆盖用户，从而实现每个光节点覆盖200500户的网络建设方案。 4.3.2实施方案 通过近几年我县“村村通”的光缆工程建设，全县网络从前端机房至各小区、乡镇乃至行政村基本上都敷设了四芯光缆，对已规划而未建设的小区（村庄）也留有光缆冗余，个别光缆紧张的地方可新敷设部分光缆，依据以上实际情况，制定了实施方案： (1)在县城从前端机房到各小区及城乡结合部的外围村采用两级光分路器，其中第一级放置于各前端机房，第二级放置于各小区，对于特殊情况将进行适当调整。 (2)前端机房配置一台双端口输出的1550nm光发射机、光放大器(22dB)和一级光分路器进行功率分配及路由调整。其中一级光放大器除用作信号激励外，还直接带部分光节点，一级光放大器向各光节点传输光信号，为适应城市建设发展需要适当留有余量。 (3)各小区每个光节点覆盖住户约200300户，通过二级光分路器实现无缝直接覆盖用户，二级光分路器应适当留有冗余，用于今后扩建小区的覆盖。光接收机直接带用户确有困难的(电平不够)，可加一级用户放大器进行覆盖。 (4)为了充分利用现有的光发射设备，减少浪费，对暂定为1310nm传输模式的区域光节点进行细致组合，需要改为1550nm传输时，可通过简单的接插件操作实现转换。(5)为了便于设备备份，降低成本，网络升级改造统一采用22dB光放大器和2、4、6、8、10等均分光分路器；无源器件均采用高质量产品，不把宝贵的光功率浪费在无源器件上。 (6)作为分前端的乡镇广播站为保证系统指标，机房1550nm光放大器输入光功率必须不小于4dB。这样不但减少一次光电转换，而且利于乡镇从1310nm传输模式平稳的过渡到1550nm传输模式。 (7)在原有光缆余芯的基础上敷设部分光缆，在各小区间建设光缆冗余，进行信号传输路由备份，在各个分前端之间建立连接使之构成环路，提高网络的安全性。 4.4单元用户的入户方式 我县原有入户网络主要采用树枝型结构(分支分配方式)，也存在相当数量的串接式。这种网络结构主要适用于传统CATV业务，系统指标难以保证，而集中分配接入方式，是用一个集中分支器或分配器覆盖用户，减少了接点，降低了故障率及运维成本，网络设计工作变得简单。经过科学论证分析和其他县（市）实际使用证明是可行的，因此在网络升级改造中，全面推行这种集中分配的接入方式。 4.5基于HFC网开展有线电视增值 有线电视网传输频带宽的优点使其不仅可传输更多的广播电视节目还可利用网络的富裕容量在网上开发其他业务。近年来其他城市纷纷在有线电视网上开发多功能业务并取得显著成效,可以说有线电视网上多功能业务的开发必将促进我县广播电视事业乃至信息产业不断地更快更好地向前发展。改造后的广播电视网络应具有单向广播业务功能、宽带数据业务功能、HFC接入功能。我县有线电视多功能主要涉及如下一些业务： （1）利用有线电视网实现Internet接入,为网内用户提供网上浏览、发布信息、邮件服务、提供WWW主页和主页空间等。 （2）提供中继业务,为单位用户提供点对点连接或其它中继业务。 （3）利用计算机通过有线电视网传递高速数据流,提供社会公众信息及政府部门专用信息服务。 （4）通过有线电视网建立安全监控系统如防火防盗、现场监控、公路交通管理等。 （5）开展用户视频点播等各种数字综合业务。 （6）其它增值业务如远程