有线电视网络HFC双向传输初探

山东定陶广播电视局(台) 奚鲁坤

有线数字电视系统是一个软硬件结合的复杂系统，其中应用了大量的先进的技术和产品，涉及计算机网络技术，通信网技术，计算机软件技术，数据库技术，视音频技术，视频压缩技术，CA技术，卫星接收技术，HFC传输技术，数字通信技术，存储技术，播控技术，机房技术等等，是多学科多领域技术的交叉融合。数字电视提供的最重要的服务就是视频点播(VOD)。VOD是一种全新的电视收视方式，它不像传统电视那样，用户只能被动地收看电视台播放的节目，它提供了更大的自由度，更多的选择权，更强的交互能力，传用户之所需，看用户之所点，有效地提高了节目的参与性，互动性，针对性。因此，可以预见，未来电视的发展方向就是朝着点播模式的方向发展。数字电视还提供了其它服务，包括数据传送、图文广播、上网服务等。用户能够使用电视现实股票交易、信息查询、网上冲浪等，使电视被赋予了新的用途，扩展了电视的功能，把电视从封闭的窗户变成了交流的窗口。

有线电视电缆传输网络，作为有线电视城域网的一部分。有线电视电缆传输网络已不再象以往那样，属于封闭的、独立的单向传输系统。今天的HFC网络不是单向传输电视信号，而是成双向传输宽带网络，它向用户传输模拟电视信号、数字电视信号以及双向宽带数据业务。其技术标准要符合达到相关的国家标准和省市总体技术要求。

数字电视技术与原有的模拟电视技术相比，有如下优点：

(1)信号杂波比和连续处理的次数无关。电视信号经过数字化后是用若干位二进制的两个电平来表示，因而在连续处理过程中或在传输过程中引入杂波后，其杂波幅度只要不超过某一额定电平，通过数字信号再生，都可能把它清除掉，即使某一杂波电平超过额定值，造成误码，也可以利用纠错编、解码技术把它们纠正过来。所以，在数字信号传输过程中，不会降低信杂比。而模拟信号在处理和传输中，每次都可能引入新的杂波，为了保证最终输出有足够的信杂比，就必须对各种处理设备提出较高信杂比的要求。模拟信号要求S/N>40dB，而数字信号只要求S/N>20dB。模拟信号在传输过程中噪声逐步积累，而数字信号在传输过程中，基本上不产生新的噪声，也即信杂比基本不变。

(2)可避免系统的非线性失真的影响。而在模拟系统中，非线性失真会造成图像的明显损伤。

(3)数字设备输出信号稳定可靠。因数字信号只有“0”、“1”两个电平，“1”电平的幅度大小只要满足处理电路中可能识别出是“1”电平就可，大一点、小一点无关紧要。

(4)易于实现信号的存储，而且存储时间与信号的特性无关。近年来，大规模集成电路(半导体存储器)的发展，可以存储多帧的电视信号，从而完成用模拟技术不可能达到的处理功能。例如，帧存储器可用来实现帧同步和制式转换等处理，获得各种新的电视图像特技效果。

(5)由于采用数字技术，与计算机配合可以实现设备的自动控制和调整。

(6)数字技术可实现时分多路，充分利用信道容量，利用数字电视信号中行、场消隐时间，可实现文字多工广播(Teletext)。

(7)压缩后的数字电视信号经数字调制后，可进行开路广播，在设计的服务区内(地面广播)，观众将以极大的概率实现“无差错接收”(发“0”收“0”，发“1”收“1”)，收看到的电视图像及声音质量非常接近演播室质量。

(8)可以合理地利用各种类型的频谱资源。以地面广播而言，数字电视可以启用模拟电视?quot；禁用频道(taboo channel)，而且在今后能够采用“单频率网络”(single frequency network)技术，例如l套电视节目仅占用同1个数字电视频道而覆盖全国。此外，现有的6MHz模拟电视频道，可用于传输l套数字高清晰度电视节目或者4-6套质量较高的数字常规电视节目，或者16-24套与家用VHS录像机质量相当的数字电视节目。

(9)在同步转移模式(STM)的通信网络中，可实现多种业务的“动态组合”(dynamic combination)。例如，在数字高清晰度电视节目中，经常会出现图像细节较少的时刻。这时由于压缩后的图像数据量较少，便可插入其它业务（如电视节目指南、传真、电子游戏软件等），而不必插入大量没有意义的“填充比特”。

(10)很容易实现加密/解密和加扰/解扰技术，便于专业应用（包括军用）以及广播应用（特别是开展各类收费业务）。

(11)具有可扩展性、可分级性和互操作性，便于在各类通信信道特别是异步转移模式(ATM)的网络中传输，也便于与计算机网络联通。

(12)可以与计算机“融合”而构成一类多媒体计算机系统，成为未来“国家信息基础设施”(NII)的重要组成部分。

1.双向传输的实现方式

数字电视的复用系统是HDTV的关键部分之一。从发送端信息的流向来看，它将视频、音频、辅助数据等编码器送来的数据比特流，经处理复合成单路串行的比特流，送给信道编码及调制。接受端与此过程正好相反。

模拟电视系统不存在复用器。在数字电视中，复用器把音频、视频、辅助数据的码流通过一个打包器打包(这是通俗的说法，其实是数据分组)，然后再复合成单路。目前网络通信的数据都是按一定格式打包传输的。HDTV数据的打包将使其具备了可扩展性、分级性、交互性的基础。在HFC接入网中，从光节点至前端(或骨干网的分前端)的光纤传输链路中，上下行信号采用双纤单向传输（空分复用）：从光节点到用户的电缆网中，上下行信号采用频分复用，数据传输采用时分复用方式。

2.频率规划

HFC网传输信号采用频分复用技术，将5-1000MHz的频段分割为上行和下行通道。5-65MHz为上行通道，87-1000MHz为下行通道。上行通道为非广播业务，主要传输包括状态监控信号、视频点播信号以及数据通信业务等。下行通道将87-550MHz为普通广播电视业务，该频段全部用于模拟电视广播时，除调频广播业务外，可安排约54个频道的模拟电视节目。550-750MHz为下行数字通信信道，用于传输数字广播电视、VOD数字视频以及数字电话下行信号和数据，上行数据一般利用5-65MHz频段，为了提高抗干扰能力，采用QPSK(或16QAM)调制。

3.HFC分配网络的组成

(1)传输系统

包括光纤传输节点中的下行、上行RF放大模快、双向延长放大器、线路分支器、分配器、供电器、同轴电缆等。光纤传输节点中的下行光接收机将下行光信号转换成电信号后，经RF宽带放大器放大至较高电平，再由延长线上的延长放大器、同轴电缆和线路分支、分配器，将信号下行信号分路传送给各分配系统。来自分配系统回传的上行信号，通过频分复用，从分配放大器的输入端口沿着下行传输的途径进行上行回转，经同轴电缆、线路分支器、分配器、延长放大器，进入光节点的上行光发射机。有分前端接收。

(2)分配系统

包括双向分配放大器(即楼头放大器)，分支器分配器，双向用户终端和同轴电缆等。延长线路将下行信号传送到各分配放大器的输入端。分配放大器将信号放大至所需电平后，经过同轴电缆、分配器、分支器，传送给每个用户终端。来自用户回传的上行信号，从用户应用设备（机顶盒）的发出，通过用户电缆回送人用户终端，经过分支器、分配器和同轴电缆，送到分配放大器的输出端，经分配放大器放大到合适的电平，从分配放大器的输入端送入传输系统。

4.终端：数字电视机顶盒的应用

数字电视机顶盒是交互应用中比较重要的设备，数字电视机顶盒不仅是用户终端，也是网络终端，它能使模拟电视机从被动接收模拟电视转向交互式数字电视（如视频点播等），并能接入因特网，使用户享受电视、数据、语言等全方位的信息服务。随着数字技术、多媒体技术和网络技术的发展，数字电视机顶盒功能将逐步完善，让大多数用户在普通模拟电视机上实现既能娱乐，又能上网等多种服务。它的使用推广了数字电视。它也扩展电视机的功能。

我县有线电视网络自从1995年建立以来，经过二十多年的发展，从无到有，从小到大。随着有线电视技术的发展，有线电视从同轴电缆单一的传输方式到光缆、电缆的HFC传输技术的应用，从模拟电视信号到模拟、数字电视信号的混合传输，从单向电缆传输有线电视网络到双向交互信息网络的转变。同时，先进的数据传输设备、数字传输系统以及计算机技术和机顶盒在有线电视系统中的成功运用，建立了它在双向交互信息化结构框架的基础网络地位。