數(shù)字電視雙向網(wǎng)絡(luò)HFC優(yōu)化方案設(shè)計與實施

俞向紅

（中廣有線信息網(wǎng)絡(luò)有限公司 啟東分公司，江蘇 啟東 226200）

0 引 言

目前，全國各地的數(shù)字電視已經(jīng)基本組成了包括無線網(wǎng)絡(luò)、有線網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)等在內(nèi)的數(shù)字電視信號覆蓋體系架構(gòu)，即通過數(shù)字化改造后形成數(shù)字電視雙向網(wǎng)絡(luò)，具有用戶定制需求、高速數(shù)據(jù)傳輸、電視信號服務(wù)等各類業(yè)務(wù)承接能力，實現(xiàn)數(shù)字電視信號端-端的無縫對接。采取混合光纖同軸電纜（Hybrid Fiber Coax，HFC）、光纖到戶（Fiber To The Home，F(xiàn)TTH）以及無線Wi-Fi等手段，實現(xiàn)全域95%數(shù)字電視信號覆蓋[1]。雙向網(wǎng)絡(luò)HFC已經(jīng)投入建設(shè)使用，針對雙向網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境優(yōu)化、全域廣電網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)業(yè)務(wù)服務(wù)以及網(wǎng)絡(luò)運營場景與終端操作標(biāo)準(zhǔn)改進，依據(jù)中國電纜數(shù)據(jù)服務(wù)接口規(guī)范（China-Data Over Cable Interface Specifications，C-DOCSIS）打造基于業(yè)務(wù)運行模式的雙向網(wǎng)絡(luò)HFC建設(shè)，從信號分布區(qū)的前置端口到網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換接口的光纖通道，由雙向信號收發(fā)裝置至信號同頻數(shù)據(jù)軸接口等，全面提升系統(tǒng)運行效率，降低噪聲與干擾等信號對于源信號的影響，即降低接收端的誤碼率；凈化雙向網(wǎng)絡(luò)的運行環(huán)境，即提升信道內(nèi)的信噪比（Signal-Noise Ratio，SNR)，目的是為了在一定的基礎(chǔ)帶寬下保證信號數(shù)據(jù)的高速、穩(wěn)定傳輸，為對接5G通信技術(shù)應(yīng)用打下堅實基礎(chǔ)。

1 數(shù)字電視雙向網(wǎng)絡(luò)HFC基礎(chǔ)環(huán)境分析

現(xiàn)階段，廣播電視雙向網(wǎng)絡(luò)HFC的網(wǎng)絡(luò)運行主要是通過閉環(huán)（順時與逆時）方式進行物理數(shù)據(jù)點之間的聯(lián)絡(luò)，光接收機（Optical Receiver，OR）可以按照時序進行多路光纖信號采集，并結(jié)合信道轉(zhuǎn)換裝置進行自主式切換，將處理后的光纖信號傳輸至終端用戶。該HFC方式主要存在的問題可以概括為以下幾個方面[2]。

（1）HFC網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，從光纖信號傳輸方式看，一旦閉環(huán)傳輸進程中出現(xiàn)節(jié)點故障或網(wǎng)絡(luò)斷聯(lián)，將極易導(dǎo)致附近節(jié)點信號傳輸紊亂，即信道容量、信道干擾等分流傳輸壓力激增。當(dāng)周邊節(jié)點因定點維修難度大而發(fā)生信道阻塞，此時會造成環(huán)路運行大規(guī)模癱瘓，導(dǎo)致系統(tǒng)安全事故發(fā)生[3]。這對于系統(tǒng)自動化、智能化運維提出了較高要求，也為遠程監(jiān)測、自主響應(yīng)提出了明確要求。

圖1 HFC網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南到y(tǒng)結(jié)構(gòu)

（2）從系統(tǒng)整體運行配置看，廣播電視雙向網(wǎng)絡(luò)HFC的主機房通常都安裝了同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）多路信源、備用1 500 nm穩(wěn)頻信源以及衛(wèi)星通信源等，可以根據(jù)信源切換裝置在機房內(nèi)完成信源的自主切換[4]。這里需要明確的是，一旦機房出現(xiàn)嚴重事故，如遭遇大面積斷電、周邊光纜斷裂等會導(dǎo)致整個HFC傳輸信號終端無法正常工作，且無法迅速解決故障問題。

（3）在雙向網(wǎng)絡(luò)HFC的發(fā)射接收機房中均安裝了光信號放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier，EDFA），一旦同時遭遇停電或線路故障，則將導(dǎo)致廣域信號中斷，引起電視節(jié)目播出事故。這里采集了某機房數(shù)字電視信號的部分參數(shù)，如表1所示。

表1 某機房測試的信號參數(shù)

2 數(shù)字電視雙向網(wǎng)絡(luò)HFC優(yōu)化方案

2.1 設(shè)計思路

結(jié)合上述雙向網(wǎng)絡(luò)HFC存在的問題和可能發(fā)生的隱患，以機房實際工作和終端服務(wù)體驗為背景，對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運行設(shè)計進行了優(yōu)化，基本思路可以概括如下。

（1）重新調(diào)整信號覆蓋范圍，對現(xiàn)行機房的部署進行優(yōu)化。按照“中心輻射，網(wǎng)系直連”原則將物理部署再調(diào)整為5個主版塊，板塊間通過某發(fā)射機房向外輻射實現(xiàn)多路數(shù)字電視信號的自由傳輸[5]。此外，板塊內(nèi)部通信是基于兩路信號交叉流轉(zhuǎn)完成區(qū)-鎮(zhèn)-村間各機房信號的接收與處置。優(yōu)化后的雙向網(wǎng)絡(luò)HFC組織結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后的雙向網(wǎng)絡(luò)HFC組織結(jié)構(gòu)

（2）調(diào)整EDFA節(jié)點，對信號傳輸質(zhì)量進行改進。增加機房作為EDFA節(jié)點的實際數(shù)目，且光電信號間的發(fā)射與接收是采用異步多路方式實現(xiàn)交叉?zhèn)鬏敚粩嗵岣呓K端在接收信號時的技術(shù)參數(shù)指標(biāo)[6]。

（3）增加多部自主式、智能化監(jiān)控設(shè)備，完成發(fā)射、接收機房對于整個信號傳輸流程的采集與檢測。通過信號監(jiān)測設(shè)備可以將電視信號（圖片或視頻）以H.264/H.265編碼方式實時回傳至機房[7]。即使機房遭遇突發(fā)故障或問題，監(jiān)控設(shè)備可以實時發(fā)送預(yù)警信號至遠程數(shù)據(jù)中心，并反饋技術(shù)人員進行操作或干預(yù)。

（4）調(diào)整備用信源，必要時可以增加1條路由，保證電視節(jié)目的正常播出。在廣域范圍內(nèi)將不同凡響的光纜建設(shè)上，增加備用1 500 nm穩(wěn)頻信源并將其作為復(fù)用光纜線路，以提升應(yīng)對突發(fā)故障的能力。

2.2 網(wǎng)路改造

2.2.1 改造原則

實施方法如下：信號網(wǎng)絡(luò)的改造應(yīng)著重調(diào)整主干線與分支線間的網(wǎng)絡(luò)情況；可以繼續(xù)使用雙向過流型分支、分配器，如鋁管-9電纜、入戶YJV5電纜；在主干線的信號傳輸鏈路中間隔50～80 m串接1組分支器，并從數(shù)據(jù)信號輸出端接入終端用戶的使用網(wǎng)路；將信號傳輸?shù)接脩艚K端，雙向過流型分支、分配器需要統(tǒng)一接口參數(shù)與設(shè)備型號，即利用“420+416+412+408”設(shè)計，預(yù)留的數(shù)據(jù)端口通過75 Ω電阻進行封接，當(dāng)支線端口數(shù)目無法滿足實際需求時，可以利用204/306計劃就近拆解入戶，設(shè)備與終端信號接入方式如圖3所示；寬帶終端用戶接入主干線與支線間信號流轉(zhuǎn)的數(shù)據(jù)岔口，此時接口需要利用原接口進行二次連接[8,9]。

圖3 設(shè)備與終端信號接入方式

2.2.2 實施方法

實施方法如下：減少或者取消鄉(xiāng)-鎮(zhèn)-村間數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓饫|，信號接收節(jié)點可以通過EDFA實現(xiàn)信號遠程全域覆蓋，節(jié)點至光纜交接箱實現(xiàn)48芯配置，光纜連接如圖4所示；根據(jù)現(xiàn)有信號傳輸通路進行二次設(shè)計，即利用6～8組節(jié)點進行串接走線，靠近配置96芯壁掛光交接箱作為終端光交箱；終端光交箱的聯(lián)網(wǎng)光纜線路可以配置48芯，原預(yù)留接口處連接的光交箱全部作為終端處置；從發(fā)射機房流轉(zhuǎn)出的信號需要通過一系列的光交箱后接入末端，并在中間通路處可以得到多路信號[10]。

圖4 光纜連接

2.3 信號測試

（1）下行信號通路的測試。依據(jù)信號傳輸通路的遠近，在各個檢測點下行輸出通路內(nèi)接入插片，此時可以在頻率f=810 MHz上調(diào)整遠距最佳分配器輸出值，即終端用戶的接入電平大于65 dBu，調(diào)制誤差比大于34 dB。

（2）上行信號通路的測試。首先，依據(jù)發(fā)射端的原始參數(shù)設(shè)置，選擇頻率f=50 MHz，經(jīng)408分支分配器后可以將信號電平衰減至95 dB，作為測試用的基準(zhǔn)信源；其次，調(diào)整插片位置，不斷優(yōu)化信號，衰減幅度為±3 dB，即將發(fā)射模塊中-20 dB測試點的電平控制在（75±3）dB；最后，檢測發(fā)射模塊的底部噪聲電平是否小于30 dB。

數(shù)字電視傳輸環(huán)網(wǎng)優(yōu)化后，針對上述機房的數(shù)字電視信號指標(biāo)再次進行測試，結(jié)果如表2所示。

表2 環(huán)網(wǎng)優(yōu)化后數(shù)字電視信號指標(biāo)

3 結(jié) 論

為了有效改進雙向網(wǎng)絡(luò)HFC的穩(wěn)定傳輸和提升C-DOCSIS系統(tǒng)的運行性能，本文設(shè)計了新型雙向網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與組織架構(gòu)，主備信源異地部署架構(gòu)以及多路傳輸、分布聚合方式能夠在解決現(xiàn)階段系統(tǒng)固有問題的同時極大豐富信號傳輸方式，加強系統(tǒng)抗風(fēng)險能力，避免突發(fā)故障的發(fā)生，達到安全播出的目的。經(jīng)測試后發(fā)現(xiàn)，新型HFC能夠提高傳輸網(wǎng)絡(luò)各項參數(shù)指標(biāo)和安全指數(shù)。