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利用有线电视网络资源建立宽带用户接入网

2/14/2005来源:视频通信人气:11856

利用有线电视网络资源建立宽带用户接入网(王德秀) 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500万户人网的速度递增发展。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接人系统的关键部分,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 设备终结中心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 话信号和视频信号合并。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络用户接口单元(NIU)。根据情况,N IU可以安置在路边、高层建筑的某一层或用户家中,为同轴电缆提供射频调制器接口,为用 户提供各种信号。NIU接收到同轴电缆送来的混合信号后,将其分为两路,一路仍用同轴电缆 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。 接人网(AN一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1/3)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,人们对通信服务的种类要求越来越多,而且速率越来越 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 接的用户接人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。 我国用户接入网大致有4种可能方式:双绞铜缆构成的接入式、无线接人方式、光纤接入 方式和光纤/同轴混合接人方式(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 接人网的有效途径。 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网之间正在通过卫星信道、微波信道或光纤信道实现互联, 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一VSB光 纤传输系统在有线电视网络得到了大量的应用。AM光纤进入有线电视领域后,对有线电视网 络的拓扑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。由此而引起网络拓扑结构由单向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公司于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用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标准。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 户接人网结构的优点是: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。交换机与光节点间用光纤,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方案。即:ALCATEL1570BB。 当今大多数最新的HFC系统确立在750MHZ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(如机项 变换器STB-Set TOPBOX、Cable Moedm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一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750M HZ带宽的频率资源,目前已有1000MHZ有线电视网投入使用。语育系统带宽为4kHZ左右,一 般铜线能满足其要求。目前基于铜线的ADSL技术,在支持传统电话业务的同时,使用高频段 可以把较高速的数据沈送到用户家里。ADSL技术的最新成果ADSL一3可以传送一路6MbpS的信 息,传输距离1.8km,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 上均有电线入室,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。 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/N VOD、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一ROM、广播等)。 宽带交换技术:交互式定带业务种类繁多,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——一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)在运用于HFC广域网时都有各自的局限性。 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运营业相互独立,不得经营对方业务的局面,以政策来促进CATV业与电 信业务的强烈竞争,繁荣信息业。随着信息市场的开放,电信部门利用其现有大量光纤干线 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CA TV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,通信局面混乱,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,然后结合本国情况逐步开展。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550MHZ、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及相应的设 备,逐步制定出国家标准。 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,用户比电话、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 目制作经验和节目资源,信息服务能力很强;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)。有线电视网发展现状是网络频谱不断拓宽,网络规模不断扩大,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。 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 息高速公路人户网络有着先天的优越性,有线电视在此应有着更广阔的发展天地。