有線電視網(wǎng)絡(luò)HFC雙向傳輸初探

山東定陶廣播電視局(臺) 奚魯坤

有線數(shù)字電視系統(tǒng)是一個(gè)軟硬件結(jié)合的復(fù)雜系統(tǒng)，其中應(yīng)用了大量的先進(jìn)的技術(shù)和產(chǎn)品，涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通信網(wǎng)技術(shù)，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)，數(shù)據(jù)庫技術(shù)，視音頻技術(shù)，視頻壓縮技術(shù)，CA技術(shù)，衛(wèi)星接收技術(shù)，HFC傳輸技術(shù)，數(shù)字通信技術(shù)，存儲技術(shù)，播控技術(shù)，機(jī)房技術(shù)等等，是多學(xué)科多領(lǐng)域技術(shù)的交叉融合。數(shù)字電視提供的最重要的服務(wù)就是視頻點(diǎn)播(VOD)。VOD是一種全新的電視收視方式，它不像傳統(tǒng)電視那樣，用戶只能被動地收看電視臺播放的節(jié)目，它提供了更大的自由度，更多的選擇權(quán)，更強(qiáng)的交互能力，傳用戶之所需，看用戶之所點(diǎn)，有效地提高了節(jié)目的參與性，互動性，針對性。因此，可以預(yù)見，未來電視的發(fā)展方向就是朝著點(diǎn)播模式的方向發(fā)展。數(shù)字電視還提供了其它服務(wù)，包括數(shù)據(jù)傳送、圖文廣播、上網(wǎng)服務(wù)等。用戶能夠使用電視現(xiàn)實(shí)股票交易、信息查詢、網(wǎng)上沖浪等，使電視被賦予了新的用途，擴(kuò)展了電視的功能，把電視從封閉的窗戶變成了交流的窗口。

有線電視電纜傳輸網(wǎng)絡(luò)，作為有線電視城域網(wǎng)的一部分。有線電視電纜傳輸網(wǎng)絡(luò)已不再象以往那樣，屬于封閉的、獨(dú)立的單向傳輸系統(tǒng)。今天的HFC網(wǎng)絡(luò)不是單向傳輸電視信號，而是成雙向傳輸寬帶網(wǎng)絡(luò)，它向用戶傳輸模擬電視信號、數(shù)字電視信號以及雙向?qū)拵?shù)據(jù)業(yè)務(wù)。其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要符合達(dá)到相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和省市總體技術(shù)要求。

數(shù)字電視技術(shù)與原有的模擬電視技術(shù)相比，有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)信號雜波比和連續(xù)處理的次數(shù)無關(guān)。電視信號經(jīng)過數(shù)字化后是用若干位二進(jìn)制的兩個(gè)電平來表示，因而在連續(xù)處理過程中或在傳輸過程中引入雜波后，其雜波幅度只要不超過某一額定電平，通過數(shù)字信號再生，都可能把它清除掉，即使某一雜波電平超過額定值，造成誤碼，也可以利用糾錯(cuò)編、解碼技術(shù)把它們糾正過來。所以，在數(shù)字信號傳輸過程中，不會降低信雜比。而模擬信號在處理和傳輸中，每次都可能引入新的雜波，為了保證最終輸出有足夠的信雜比，就必須對各種處理設(shè)備提出較高信雜比的要求。模擬信號要求S/N>40dB，而數(shù)字信號只要求S/N>20dB。模擬信號在傳輸過程中噪聲逐步積累，而數(shù)字信號在傳輸過程中，基本上不產(chǎn)生新的噪聲，也即信雜比基本不變。

(2)可避免系統(tǒng)的非線性失真的影響。而在模擬系統(tǒng)中，非線性失真會造成圖像的明顯損傷。

(3)數(shù)字設(shè)備輸出信號穩(wěn)定可靠。因數(shù)字信號只有“0”、“1”兩個(gè)電平，“1”電平的幅度大小只要滿足處理電路中可能識別出是“1”電平就可，大一點(diǎn)、小一點(diǎn)無關(guān)緊要。

(4)易于實(shí)現(xiàn)信號的存儲，而且存儲時(shí)間與信號的特性無關(guān)。近年來，大規(guī)模集成電路(半導(dǎo)體存儲器)的發(fā)展，可以存儲多幀的電視信號，從而完成用模擬技術(shù)不可能達(dá)到的處理功能。例如，幀存儲器可用來實(shí)現(xiàn)幀同步和制式轉(zhuǎn)換等處理，獲得各種新的電視圖像特技效果。

(5)由于采用數(shù)字技術(shù)，與計(jì)算機(jī)配合可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動控制和調(diào)整。

(6)數(shù)字技術(shù)可實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路，充分利用信道容量，利用數(shù)字電視信號中行、場消隱時(shí)間，可實(shí)現(xiàn)文字多工廣播(Teletext)。

(7)壓縮后的數(shù)字電視信號經(jīng)數(shù)字調(diào)制后，可進(jìn)行開路廣播，在設(shè)計(jì)的服務(wù)區(qū)內(nèi)(地面廣播)，觀眾將以極大的概率實(shí)現(xiàn)“無差錯(cuò)接收”(發(fā)“0”收“0”，發(fā)“1”收“1”)，收看到的電視圖像及聲音質(zhì)量非常接近演播室質(zhì)量。

(8)可以合理地利用各種類型的頻譜資源。以地面廣播而言，數(shù)字電視可以啟用模擬電視?quot；禁用頻道(taboo channel)，而且在今后能夠采用“單頻率網(wǎng)絡(luò)”(single frequency network)技術(shù)，例如l套電視節(jié)目僅占用同1個(gè)數(shù)字電視頻道而覆蓋全國。此外，現(xiàn)有的6MHz模擬電視頻道，可用于傳輸l套數(shù)字高清晰度電視節(jié)目或者4-6套質(zhì)量較高的數(shù)字常規(guī)電視節(jié)目，或者16-24套與家用VHS錄像機(jī)質(zhì)量相當(dāng)?shù)臄?shù)字電視節(jié)目。

(9)在同步轉(zhuǎn)移模式(STM)的通信網(wǎng)絡(luò)中，可實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的“動態(tài)組合”(dynamic combination)。例如，在數(shù)字高清晰度電視節(jié)目中，經(jīng)常會出現(xiàn)圖像細(xì)節(jié)較少的時(shí)刻。這時(shí)由于壓縮后的圖像數(shù)據(jù)量較少，便可插入其它業(yè)務(wù)（如電視節(jié)目指南、傳真、電子游戲軟件等），而不必插入大量沒有意義的“填充比特”。

(10)很容易實(shí)現(xiàn)加密/解密和加擾/解擾技術(shù)，便于專業(yè)應(yīng)用（包括軍用）以及廣播應(yīng)用（特別是開展各類收費(fèi)業(yè)務(wù)）。

(11)具有可擴(kuò)展性、可分級性和互操作性，便于在各類通信信道特別是異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)的網(wǎng)絡(luò)中傳輸，也便于與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通。

(12)可以與計(jì)算機(jī)“融合”而構(gòu)成一類多媒體計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，成為未來“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”(NII)的重要組成部分。

1.雙向傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方式

數(shù)字電視的復(fù)用系統(tǒng)是HDTV的關(guān)鍵部分之一。從發(fā)送端信息的流向來看，它將視頻、音頻、輔助數(shù)據(jù)等編碼器送來的數(shù)據(jù)比特流，經(jīng)處理復(fù)合成單路串行的比特流，送給信道編碼及調(diào)制。接受端與此過程正好相反。

模擬電視系統(tǒng)不存在復(fù)用器。在數(shù)字電視中，復(fù)用器把音頻、視頻、輔助數(shù)據(jù)的碼流通過一個(gè)打包器打包(這是通俗的說法，其實(shí)是數(shù)據(jù)分組)，然后再復(fù)合成單路。目前網(wǎng)絡(luò)通信的數(shù)據(jù)都是按一定格式打包傳輸?shù)?。HDTV數(shù)據(jù)的打包將使其具備了可擴(kuò)展性、分級性、交互性的基礎(chǔ)。在HFC接入網(wǎng)中，從光節(jié)點(diǎn)至前端(或骨干網(wǎng)的分前端)的光纖傳輸鏈路中，上下行信號采用雙纖單向傳輸（空分復(fù)用）：從光節(jié)點(diǎn)到用戶的電纜網(wǎng)中，上下行信號采用頻分復(fù)用，數(shù)據(jù)傳輸采用時(shí)分復(fù)用方式。

2.頻率規(guī)劃

HFC網(wǎng)傳輸信號采用頻分復(fù)用技術(shù)，將5-1000MHz的頻段分割為上行和下行通道。5-65MHz為上行通道，87-1000MHz為下行通道。上行通道為非廣播業(yè)務(wù)，主要傳輸包括狀態(tài)監(jiān)控信號、視頻點(diǎn)播信號以及數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)等。下行通道將87-550MHz為普通廣播電視業(yè)務(wù)，該頻段全部用于模擬電視廣播時(shí)，除調(diào)頻廣播業(yè)務(wù)外，可安排約54個(gè)頻道的模擬電視節(jié)目。550-750MHz為下行數(shù)字通信信道，用于傳輸數(shù)字廣播電視、VOD數(shù)字視頻以及數(shù)字電話下行信號和數(shù)據(jù)，上行數(shù)據(jù)一般利用5-65MHz頻段，為了提高抗干擾能力，采用QPSK(或16QAM)調(diào)制。

3.HFC分配網(wǎng)絡(luò)的組成

(1)傳輸系統(tǒng)

包括光纖傳輸節(jié)點(diǎn)中的下行、上行RF放大?？臁㈦p向延長放大器、線路分支器、分配器、供電器、同軸電纜等。光纖傳輸節(jié)點(diǎn)中的下行光接收機(jī)將下行光信號轉(zhuǎn)換成電信號后，經(jīng)RF寬帶放大器放大至較高電平，再由延長線上的延長放大器、同軸電纜和線路分支、分配器，將信號下行信號分路傳送給各分配系統(tǒng)。來自分配系統(tǒng)回傳的上行信號，通過頻分復(fù)用，從分配放大器的輸入端口沿著下行傳輸?shù)耐緩竭M(jìn)行上行回轉(zhuǎn)，經(jīng)同軸電纜、線路分支器、分配器、延長放大器，進(jìn)入光節(jié)點(diǎn)的上行光發(fā)射機(jī)。有分前端接收。

(2)分配系統(tǒng)

包括雙向分配放大器(即樓頭放大器)，分支器分配器，雙向用戶終端和同軸電纜等。延長線路將下行信號傳送到各分配放大器的輸入端。分配放大器將信號放大至所需電平后，經(jīng)過同軸電纜、分配器、分支器，傳送給每個(gè)用戶終端。來自用戶回傳的上行信號，從用戶應(yīng)用設(shè)備（機(jī)頂盒）的發(fā)出，通過用戶電纜回送人用戶終端，經(jīng)過分支器、分配器和同軸電纜，送到分配放大器的輸出端，經(jīng)分配放大器放大到合適的電平，從分配放大器的輸入端送入傳輸系統(tǒng)。

4.終端：數(shù)字電視機(jī)頂盒的應(yīng)用

數(shù)字電視機(jī)頂盒是交互應(yīng)用中比較重要的設(shè)備，數(shù)字電視機(jī)頂盒不僅是用戶終端，也是網(wǎng)絡(luò)終端，它能使模擬電視機(jī)從被動接收模擬電視轉(zhuǎn)向交互式數(shù)字電視（如視頻點(diǎn)播等），并能接入因特網(wǎng)，使用戶享受電視、數(shù)據(jù)、語言等全方位的信息服務(wù)。隨著數(shù)字技術(shù)、多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電視機(jī)頂盒功能將逐步完善，讓大多數(shù)用戶在普通模擬電視機(jī)上實(shí)現(xiàn)既能娛樂，又能上網(wǎng)等多種服務(wù)。它的使用推廣了數(shù)字電視。它也擴(kuò)展電視機(jī)的功能。

我縣有線電視網(wǎng)絡(luò)自從1995年建立以來，經(jīng)過二十多年的發(fā)展，從無到有，從小到大。隨著有線電視技術(shù)的發(fā)展，有線電視從同軸電纜單一的傳輸方式到光纜、電纜的HFC傳輸技術(shù)的應(yīng)用，從模擬電視信號到模擬、數(shù)字電視信號的混合傳輸，從單向電纜傳輸有線電視網(wǎng)絡(luò)到雙向交互信息網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)字傳輸系統(tǒng)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)頂盒在有線電視系統(tǒng)中的成功運(yùn)用，建立了它在雙向交互信息化結(jié)構(gòu)框架的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)地位。