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利用电视电线网络资源建立宽带用户接入网

2/14/2005来源:视频通信人气:10078

利用电视电线网络资源建立宽带用户接入网 一、混合光纤同轴网(HFC)简介 有线电视网(CATV)是近几年来发展极为迅速的广播、电视传输网络,据统计资 料显示,我国现今有线电视用户已超过8000万户,而且每年将以500万户入网的速度递 增发展。CATV网从开始建设时,就采用同轴电缆作传输媒介,同轴电缆频带较宽,基 本上可满足综合信息业务网的要求。因此,在实现综合业务网的初期,可以利用有线 电视光纤同轴混合方式组成的分配网作为用户接入网,这种网称作混合光纤同轴网 (HFC)。 HFC基于模拟传输方式,综合接入多种业务信息,可以实现的主要业务有:电话、 模拟广播电视、数字广播电视、点播电视、数字交互业务等。将电话网、计算机网和 有线电视网合并在一起构成的一个HFC网可以提供原来三个网的各种业务,这就是现在 人们常说的“三网合一”。 HFC在干线传输中采用光缆作为媒介,应用副载波复用技术,将多路CATV信号调制 到一路光信号上,通过光纤传输,送到光节点设备。电话信号和各种数字信号也通过 光纤送到光节点设备。 光节点设备是HFC接入系统的关键部分,它包括一个模拟线性宽带光接收机、一个 下行信号光接收机和一个反向上行信号光发射机。另外还有一个下行信号的射频放大 部分,光节点设备终结中局送来的下行光信号,包括各种视频信号和电话信号,进行 光电变换,并将电话信号和视频信号令并。光节点设备通过本身的射频放大部分,将 这种电信号放大后,送往同轴电缆传给各用户。在上行方面,光节点设备接收同轴电 缆支路送来的上行信号,将这些电信号变换成光信号,发往中心局或视频前端的上行 光接收机。 从光节点设备到用户是一个传统的同轴电缆分配网,可以利用一些城市已有的由 树枝形结构组成的CATV分配网,通过同轴电缆将信号送入网路用户接口单元(NIU)。 根据情况,NTU可以安置在路边、高层建筑的某—层或用户家中,为同轴电缆提供射 频调制器接口,为用户提供各种信号。NUI接收到同轴电缆缆直接送往用户电视机, 另一路被转换成音频信号,用双绞线送至用户的电话机。每一个用户接口单元最多可 连接60部电话机,为60个用户提供话音服务。一个光节点设备可服务500个家庭。 HFC的频谱安排:5-50MHZ用于普通电话业务;50-550MHz用于CATV,可传输60-100 路模拟广播的PAL制电视信号;550-750MHz用于400路压缩的数字通道,其中200路用于 点播电视,200路用于交互式业务;750-1000MHZ保留作为个人通信用。HFC可以充分 利用已敷设的同轴电缆和铜线双绞线,为用户提供宽带业务,成本较低,传输以模拟 制式为主体,用户使用方便,运营、维护和管理费用也较低,因而受到用户的欢迎, 很快就形成了一定的市场规模。 接入网(AN——access Net)是近几年为适应当今通信业务需要,由国际电信联 盟(ITU-T)提出并得到迅速发展的新型用户网。它是连接本地交换局(LE)和用户终 端设备(TE)的用户环路,而该用户环路无论从实现业务接入还是占整个通信投资比重 (约占通信网投资额的三分之一)方面都占重要地位。接入网也称为用户网(UN)或称 为本地网(LN)。 由于技术、业务、市场的发展,人们通信服务的种类要求越来越多,而且速串越来 越高。随着信息化社会的不断向前发展,人们不再是满足打电话,看电视而已,而是出 现了众多新的双向交互式业务:电子邮件、影视点播、会议电视、高速数据传真、上因 特网等。这些业务种类多,而且要求高质、高速、可靠、有效及经济地传输。这就给整 个电信网(或信息高速公路)最后一公里这一制约通信的“瓶颈”(用户接入网)提出 了巨大的挑战。为支持这些高速宽带的新业务,网络节点和中继设备的改造相对说来比 较容易,而直接和用户连接的用户接入网的改造是最困难的。我国幅员辽阔,有几亿家 庭用户,建设适合我国国情的用户接入网,实在是一个重大迫切的课题铜缆构成的接入 式、无线接入方式、光纤接入方式和光纤/同轴混合接入方式(即:HFC)。由于我国 有线电视普及率远大于电话普及率,且还有较强劲的大发展势头,利用现有CATV网发展 用户的宽带综合业务潜力很大,市场需求也大。从现在的形势发展来看,电信部门联合 广电部门共同开发HFC网是发展我国宽带用户接入网的有效途径。 我国现有3.2亿台电视机,电视机数量已超过电话机许多倍,CATV网络发展惊人, 仅有线电视台便超过千家。各地CATV网这间正在通过卫星信道、微波信道或光纤信道关 现互联,形成地理覆盖范围更大的CATV网。显然,如果将CATV网从目前的广播式网络改 造为双向的交互式网络,让电视与电信业务集成一体,那将使CATV网成为一种新的计算 机接入网。目前,CATV网多采用同轴电缆,各局部CATV网之间的互联用光缆比较理想, 因此HFC网技术成为研究开发的热点。利用HFC技术已经实现将PC接人Internet,故此HFC 网络将可能发展成为宽带通信网的主体,并与多媒体计算机结合实现多媒体通信。 HFC有两种结构方式,一种来自有线电视网,另一种来自电信网,进入90年代以来. 由于高线性DFB(分布反馈式)激光器制造技术日趋成熟,其售价大幅度下降,促使AM- VSB光纤传输系统在有线电视网络得到大量的应用。AM光纤进入有线电视领域后,对有线 电视网络的拓朴结构产生了重大的影响。首先,传统的多级放大器级联的同轴电缆干线 被高质量的AM光纤干线代替,提高了有线电视的传输质量;其次,使有线电视的双向传 输得到了实际的应用。由此而引起网络拓朴结构由单间树形转变为星形和总线形,其结 构有:光纤到支线、光纤到路边、光纤到最后一个放大器。AM光纤技术的引入,使得单 一传送多频道电视一节目的有线电视网向传送电视、电话、数据及多媒体业务的综合性 多功能网发展。 与此同时,电信界也提出了HFC方式。具有代表性的是美国AT&T公司,AT&T 司于 1994年提出了最新的HFC方案,它一提出就引起电信界的极大关注,并迅速被美国很多电 信公司所采用。这一突破传统双绞铜缆有户网思路的方案一提出来,就受到信息界的推 崇,并称之为“革命性的突破”,立即成为美国宽带用户网的事实际准。美国几家大通 信公司如太平洋贝尔、贝尔大西洋、西南方贝尔已放弃现有的双绞线用户网,改建HFC宽 带用户网。这种用户接入网结构的优点是:可以充分利用现有CATV同轴电缆网作HFC的关 键部分;网络建设投资可以根据用户对业务的需求而逐步投入;可以融合当今新技术于 HFC网络一体;易于向未来全光纤化过渡等。 AT&T公司的HFC是采用副载波技术的宽带通信网。。交换机与光节点闯用光纤,光节 点至用户端的网络接口单元用同轴电缆,既可以传送电视节目(宽带业务),也可以通 电话和窄带数据。HFC每一个光节点可向400-2500个用户提供综合业务。在欧洲,世界最 大的生产电信设备的法国ALCATEL公司,也从欧洲的实际出发提出了自己的HFC方突,即: ALCATEL1570BB。 当今大多数最新的HFC系统确立在7500MHZ带宽 上,也有在1GHZ带宽上的。HFC的网 络结构简单,一般由两级光纤,一级电缆构成。主前端到分前端,分前端到分配节点 (ODN)一般采用光纤,分前端到用户一般采用电缆。在宽带传输的HFC网上,加上相应 的设备(如机顶变换器STB-Set ToP BOX CableMoedm等)就可以实现双向数据通信, 从而进一步为用户提供全面服务(FSN-RULL Service Network)。HFC可传数字、模拟 信号,且以模拟为主。故HFC很适合现阶段大量使用,且将来很容易向全光纤网(光纤到 户)过渡,真不失为最佳选择。 有线电视网是目前唯一的宽带入户网,它一般使用同轴电缆,为用户提供300MHZ到 750MHZ带宽的频率资源,目前已有1000MHZ有线电视网投入使用。语音系统带宽为4KHZ左 右,一般铜线能满足其要求。目前基于铜线成uDSL技术,在支持传统电话业务的同时, 使用高频段可以把较高的数据流送到用户家里。ADSL技术的最新成果ADSL-3可以传送一 路6MBPS的信息,传输距离1.8公里,相当于一路广播级量的视频节目。 从90年代开始,有线电视在我国的发展很快,尤其是近几年。各大中小城市每一户 基本上均有电缆入室,各县、镇、乡也在积极发展CATV,且发展迅速。有线电视的干线 传输采用微波(如MMDS或同轴电缆(以后要逐步被光纤代替),用户分配网一般采用同 轴电缆。我国具有广泛的宽带同轴电缆网,给发展宽带HFC用户网提供了很有利的条件。 三、实现HFC宽带网业务的4个关键技求问题 目前,我国有线电视网和电信网这两个大网是互相独立又互相垄断的,为了发展我 国的宽带高速信息网,急需有关部门通过立法打破这种局面。随着新业务的不断涌现, 而且这些新业务没有限制哪部门经营,这样就会造成两大网的重复建设。现代电信科技 正向着宽带化、综合化和个人化方向发展。向用户提供语音、数据、视频综合通信服务, 是世界各国通信贵的奋斗目标,为达到这个目标,必须在国家建设的高速信息网与用户 网之间建立一个宽带接入网,使不同用户之间,用户与各种信息媒体之间实现信息交换。 而现有电信接入网的双绞线显然不能满足用户要求。试图通过改进现有双绞铜线又受到 技术性能等限制,用FTTH取代现有的网络又受到经济及用户终端设备(基本都是模拟设 备)的限制。故近几年提出了基于CATV网的光纤/同轴混合宽带接入网,即前文所提到 的HFC网。 HFC网络可以提供的业务有语音(如电话)、数据传输(如计算机通信、电子邮件)、 视频传输(如VOD/NVOD、模拟/数字广播电视)等,基本上综合了当今的新技术。HFC 宽带网业务的关键技术要解决4个问题:数字压缩技术、宽带交换技术、有限制度接受系 统和HFC LAN互联技术。 数字压缩技术:带宽一直是困扰通信界的大问题,尤其是传输数字化的运动图像。 如何充分利用现有带宽传输尽可能宽的信号就自然而然地成为摆在我们眼前的课题。数 字压缩编码这一新技术的出现给解决带宽的问题提供了途径。比如运用帧间预测、运动 补偿预测、变换编码等技术制定的各种压缩图像标准:JPEG(传真等)、PX64(会议电 视、视频电话等)、MPEG-LII(多媒体、CD-ROM、广播等)。 宽带交换技术:交互式宽带业务种类繁多,而且要求交换速率高。为此,CCITT设计 了一种新的信息交换方式——ATM。ATM是一种采用异步时分复用技术,融合了电路交换 和分组交换优点的面向连接的交换方式,实时性很强。交换方式从STM发展到ATM可以说 是交换技术的一次重大革命。 有限制接受系统:该系统是根据用户的权限,对用户进行收视管理,帐户管理及授 权的网络管理系统。整个系统大致包括前端用户管理系统、加密系统及用户机上变换器 的解密、授权系统等。目前被大多数有线电视网采用的是一种加解密智能卡。 HFC LAN互联技术:在ISO/OSI模型基础上,对物理层、媒体存取层(MAC)的协议 上作些必要的修改就可实现HFC网络互联。物理层是解决底层连接的电气特性问题,其 中用户设备Cable Modem的国际标准目前已推出,其产品已上市;但MAC层协议IEEE802. 14标准尚未制定出来,以前的MAC层协议(如802.3等)在运用干HFC广域网时都有各自的 局限性。 四、开发我国相应的设备并逐步制定国家标准 最近几年,世界各国(尤其是发达国家,如美国、法国等)陆续通过相应的立法打 破以往电信运营业与CATV运营相互独立,不得经营对方业务的局面,以政策来促进CATV 业与电信业的强烈竞争,繁荣信息光纤干线的优势,首先瞄准CATV业务;而CATV公司也 一改其传统的单向广播式视频业务,利用现有CATV网,架设SDH光纤干线逐步拓展其宽带 网实现语音、数据、视频等双向综合服务。电信部门和CATV公司相互独立的重叠网的建 设,势必造成了大量资金浪费,通过局面混乱,也不利于信息业的长远发展。从国内外 发展趋势看,CATV与电信联合开发宽带用户网是通信发展的必然趋势。 我国HFC网建设应在借鉴国外经验的基础上,然后结合本国国情逐步开展。应该充分 利用我国有线电视网络资源建立宽带用户接入网,从现在起建CATV网的起点要高,为以 后发展考虑,应以5500MHZ、750MHZ带宽为主。可以先建几个小区域的试验网,通过试验 获取运营经验,了解用户对业务的需要及对价格的承受力,开发出适合我国国情的网络 结构相应的设备,逐步制定出国家标准。 通信网络、计算机网络都有一致命的弱点,就是与现行的广播电视模拟标准不能兼 容,现在,电视广播已经成为人们生活不可缺少的部分,完全以数字/模拟转换来模仿传 统的电视广播又面临一个需要用户和运营者大量再投入的问题也不现实。作为有线电视 网的发展原本就是基于传送更高质量的电视信号,它的问题是要在现有基础上发展,兼 容是自然的事情。从技术发展上来看,它将形成一个开放构网络平台,能为计算机通讯、 交互视频传输和语音电话等提供实现的条件。这—点在技术上和实践上都已证明是可行 而且是有效率的。为用户提供模拟电视和广播、电话、数字电视和广播、计算机通讯及 回传视频声频接口,在全网提供全新的多媒体通讯服务,这样的一种发展模式是广和渐 进的模式,将受到经营者与用户的欢迎。 五、“最后一公里”问题 有线电视网在国家信息基础设施(NIS)建设中具有一定的优势:CATV在城镇居民中 的覆盖率较高,用户比电视、计算机网用户都多;有线电视台具有丰富的服务经验,丰 富的节日制作经验和节目资源,信息服务能力很强Z拥有最广泛的光纤网络和电缆网络, 有线电视网络带宽宽、信息传输能力优于目前的计算机网,特别是多媒体信息(如影视 节目、游戏娱乐等等)。有线电视网发展现现状是网络频谱不断拓宽,例给规模不断扩 大,区域联网成为趋势,网络结构多样化,HFC网成为网络发展的主流,多功能综合业务 的开发成为有线电视发展的第二次高潮。目前,网络的多功能开发广受重视,网络由单 向网向双向网发展。但是如何实现接入段双向传输则存在着众多分歧,必须考虑与用户 现有设备的兼容。以SDH光纤传输为主导的光传输网络是良好的信息传输平台,而作为 “信息高速公路的最后一公里”则是最困难的一段。 一般认为有两种方法可以解决“最后一公里”的问题:一是邮电通讯网络,通过电 话网完成视频传输要求,ADSL网络技术即为这种方式的代表,Internet计算机网络也是 基于通讯网络的,其改造与通讯网络的改造基本上是一种附属的关系;二是改造已有的 有线电视网络,使之具备交换能力,搭载电话功能,最终完成宽带用户接入网。信息高 速公路不倡不会取代现在的有线电视网,反而为其发展提供了一个全新的天地,其发展 方向是交互式有线电视网。 六、结束语 有线电视的发展前景十分光明,电信与电视融合所产生的行业将是一个全新的行业。 它将是信息革命——第三次产业革命的中坚,建立宽带用户接入网和交互式有线电视网 作为信息高速公路玉户网络有着先天的优越性,有线电视在此应有着更的发展天地。