数字电视传输与HFC组网技术

摘" 要：数字电视信号传输质量关系网络建设的成败，随着人们观念的转变，看电视的方式也在不断发生变化。手机实现看电视是机遇也是挑战，通过对数字信号的深入了解，研究其传输组网方式，针对数字电视传输技术与组网技术，进行探讨和论证，包括数字电视传输与组网技术的新技术、新理论，通过介绍数字电视传输与组网原理对HFC阐述。实现手机看数字电视，完成数字电视的转化，实现网络互传互通，数字电视信号叠加数据信号的网络回传技术，完成电视传输方式由固定网络向移动网络融合的转化。

关键词：数字信号；HFC网络；手机电视业务；数字电视传输；新媒体

中图分类号：TN943.6" " " "文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2025）06-0169-05

Abstract： The quality of digital TV signal transmission is related to the success or failure of network construction. As people's concepts change， the way they watch TV is also constantly changing. Watching TV on mobile phones is both an opportunity and a challenge. Through an in-depth understanding of digital signals， we study its transmission and networking methods， and conduct discussions and demonstrations on digital TV transmission technology and networking technology， including new technologies and new theories in digital TV transmission and networking technology， expounds HFC by introducing the principles of digital TV transmission and networking. This is supposed to realize mobile phones to watch digital TV， complete the transformation of digital TV， realize network intercommunication， digital TV signals superpose data signals with network backhaul technology， and complete the transformation of TV transmission methods from fixed networks to mobile networks.

Keywords： digital signal; HFC network; mobile TV service; digital TV transmission; new media

数字电视传输及HFC组网是当前数字通信领域最热门的技术，电视的传输方式发生了质的变化，由传统的电视传输向移动网络转变，改变了人们看电视的方式。

1" 电视传输数字系统

数字电视是从模拟电视演变而来，数字信号是一种以二进制0或1表示的数字信号，数字电视传输就是将模拟信号经过取样、量化、编程进行模/数（D/A）转化后进入特定的传输介质、设备后还原成音频、视频、数据信号。数字电视传输系统中对信号的处理方法、关键技术及很多名词术语都来自数字通信系统。

1.1" 数字通信系统

数字通信系统由发射设备、物理传输线路和接收设备等部分组成。

在数字电视传输系统中，发射设备又称为信源即前端，主要完成数字视频压缩编码、数字音频压缩编码和数据交换。物理传输线路是连接发射端与接收端之间的物理线路，俗称信道即HFC网络。接收设备是指用户端，接受来自前端的信号，对其进行解码，信源编码的反过程。发射端信号压缩后通过HFC网络传输后，进入用户接收端进行解压还原，恢复到原始的各类信号。其表现形式是相邻脉冲之间用二进制符号0和1与双极性波形基带信号的正负点位一一对应。

1.2" 数字电视传输系统信号处理

为了提高通信的可靠性，数字电视传输系统对信号的处理极其严格，涉及到信号的采集、编码、传输、解码及显示灯多个环节，目的是提高电视节目的高质量传输。数字电视信号处理是指将模拟信号转换为数字信号，并进行压缩、传输、解码等处理的一系列技术，其重要性是提高图像质量，减少图像失真和噪音，提高图像清晰度和色彩还原度。

数字电视传输线路包括卫星、有线传输、地面广播等。

1.3" 数字电视卫星传输系统

数字电视卫星传输系统是为了满足卫星信号的传输特点及卫星转发器的带宽而设计的，它是利用地球同步卫星把数字电视节目信息经编码压缩后传输到客户端进行还原的一种传播方式。它是由同步卫星发出的压缩信号经地面用户端通过卫星接收天线和卫星接收机收视电视节目的一种广播电视技术。它有2种传输方式：①将数字电视信号直接传送到用户家中；②将数字电视信号通过国家广播电视总局（以下简称“广电”）网络的前端进入到HFC网络送入客户端。其具有覆盖范围广等特点。

在数字电视卫星传输中，将多套数字电视节目压缩后可以用一个卫星转发器转发，实现一个转发器可以传输多套数字电视节目，降低成本也提高了质量。卫星传输中通常采用C频段和Ku频段传输，这2个频段各有各的用途。卫星转发器分为单路单载波和多路单载波2种。单路单载波就是一套节目一个载波，可以每套节目在不同的地点上星；多路单载波就是多套节目一个载波，允许多套节目在同一个卫星上传输。

1.4" 数字电视有线传输系统

数字电视有线传输系统是由前端系统、网络系统HFC网、用户客户终端系统三大部分组成。其传输的节目不再是单一的节目，而是将多套节目解压缩后形成一个数码流，通过介质网络系统进入客户端。其中网络系统即HFC传输系统是指前端节目系统与用户客户终端之间的传输载体，一般由同轴电缆、光纤、光放大器、光分路器、光接收机、中继站、CATV放大器、集线器、均衡器、供电器、分支分配器和用户盒等设施、设备组成。数字电视有线传输系统信号质量高、色彩逼真，可实现不同分辨率等级接收，可实现加解密和加解扰，便于开展业务。

1.5" 数字电视地面广播传输系统

数字电视地面广播传输系统是一个宽带的数字以点到面的多媒体传输业务平台，它通过VHF和UHF两个频段进行音视频和数据传输，其特点是信号高清稳定，我们以前看见的车载电视、移动数字电视就是靠它实现的。

地面数字广播电视系统由发射端和接收端组成。发射端由前端编码器和复用器、调制器组成，完成节目的制作、编辑、音视频编码、进行数据交织，输出数据块。接收端由解码系统和解调器组成。发射端和接收端是一一对应关系。

2" 数字电视HFC组网技术

2.1" 数字电视在HFC网络上的传输

以中国广电内蒙古网络有限公司莫尔道嘎分公司（以下简称莫尔道嘎广电分公司）为例，莫尔道嘎在整个内蒙古广电网络中起着中继站传输作用，地方很小但具有代表性。莫尔道嘎广电分公司数字电视传输采用HFC的组网技术，由HFC前端、HFC网络、机顶盒用户端组成。其信号来源于自治区光缆干线网，利用AOT1550-02-41光放大器放大后将放大功率直接耦合至系列1 550 nm光发射机的输出信号作为中继站，提供更高的下行功率。

HFC网络即混合光纤同轴电缆网络是以光纤为骨干网，同轴电缆为分支网络高宽带接入网系统。下行信号带宽很宽，上行信号带宽较窄。骨干网是连接2个城域网的网，又称广域网，用光纤远距离传输高质量的信号。城域网使用光缆加电缆组成的树状拓扑结构系统可有效传输和分配电视信号到用户端。它既可以传输模拟电视信号，也可以传输数据交互信号业务。

在前端，数据信号和数/模电视信号进行混合将下行信号通过一根光纤线路传输到系统光节点，在光节点位置进行光电或电光转换为用户输送电信号或光信号。

2.2" HFC网前端系统的组成

前端分为总前端和分前端。总前端结构相对复杂，与分前端相比结构大体一致，通常由卫星接收系统、数据交互系统、视频音频处理系统、自办节目系统、接收系统和输出系统、回传处理系统及其他辅助系统等组成。

2.3" HFC网络的设计

莫尔道嘎地区最初的有线电视网络是采用同轴电缆传输，随着网络的整合，网络改造成单向的HFC网络，随着业务的增加，网络逐步改造成双向的HFC网，现在就连最后的一公里也已被光纤取代。现在的HFC网络支持交互式双向服务。HFC网络的组网非常灵活，通常有7种网络结构形式：点对点组网、链路组网、环形网组网、相切环组网、环带链结构组网、星形结构组网和树形结构组网。

点对点组网适用于小区与前端或分前端的连接组网。

链路组网是一种利用通信链路构建网络的技术。它通过将数据合理地分布到不同的链路上，实现数据的并行传输，从而提高网络的带宽和吞吐量。多链路组网具有较高的可靠性和稳定性，能够在多个链路中自动选择最佳的路径进行数据传输。多链路组网还可以降低单链路故障对整个网络的影响，提高网络的可靠性。

环形网组网是通过2条星形线路来实现的，采用一个总前端加若干分前端的的组网方式。将网络中的所有节点都一一串联起来，且首尾相连，没有任何节点开放时就形成了环形网拓扑结构。其有自愈的功能，具有较高的可靠度。它由一个总前端、无数个分前端组成，省级与市级、市级与县级，县级与乡镇级或者是省级与县级、乡镇级由1 550 nm做光发射机通过光纤组成一个闭环，实现双向互联互通，任何一个分前端故障，都不会影响其性能。

相切环组网是由2个或2个以上的环形网通过网元以相切的方式连接在一起，使得组网配置更为简洁。当一个环出现故障时不会影响其他的域，以实现快速恢复环网上各节点间的通信。

环带链结构组网是由环形网络和链形网络2种网络组合而成的网络结构。既具有环形组网结构的可靠性和稳定性，又具有链形组网结构的简单性和易实现性。在环带链形组网结构中，数据可以在环路中传输，避免了因节点或链路故障导致的数据传输中断问题，同时也可以通过链路直接传输数据，提高了数据传输效率。环带链形组网结构适用于大规模、节点数量较多的网络场景，能够提供高效、稳定的数据传输服务。

星形结构组网是指以网络中的一个核心枢纽点为核心节点，所有其他节点都与该节点相连而形成的网络，而每个节点之间通过环形连接，形成一个闭合的环路。莫尔道嘎局域网采用的就是星形结构组网，一旦分前端出现故障，整个局域网都受到影响，而某个节点本身出现故障只会影响该节点信号，不会影响其他节点正常通信。

树形结构组网是指等效于T形网络，由多个层次的星型结构纵向连接而成，形状类似于一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带子分支。在树形网络拓扑结构中，每个节点都是相互独立的，这使得节点之间的通信更加方便快捷。同时，由于树形结构的特点，每个节点之间流量的传输路径是明确的，这也保证了数据传输的可靠性。

2.4" HFC网络的功能应用

现代的HFC网络服务包括音频、视频、数据通信及电信业务，未来的网络要实现手机看电视功能。在进行网络规划时必须根据运营需要考虑今后业务发展的总目标，提出合理的技术方案，结合网络的具体功能，包括未来系统的功能，开展交互式数字电视业务的要求。设计时在总前端和分前端之间，光节点和分配接入网的配置一般根据用户数及入户率来考虑。

网络划分是根据国家新闻出版广电总局标准，按照HFC网络的下行带宽从87 MHz到862 MHz，上行带宽从5 NHz到65 MHz来计算的。估算出最大入户率，来确定光节点。莫尔道嘎城域网的光节点按照500户的标准设计。每个光节点最少预留出6根光纤，以便于日后的网络升级改造。莫尔道嘎城域网的分前端机房接收来自骨干网的数据信号，通过光接收机、光发射机、前置放大器、光分射机和数据交换机等有源器件进入HFC网络送入客户端。也就是说，HFC网络前端通常只有一个前端，所有信号处理及服务都集中于前端，从骨干网上传输下来的业务，通过光纤干线传输到各个分前端，分前端的输出就是普通的HFC光纤传输网。

在当今的通信领域，电信公网采用SDH和SONET标准。数字电视骨干网可以采用与电信公网相同的标准，这样能做到兼容，使数字电视骨干网能够很好地接入公网。

在HFC应用中，通常选用波长为1 310 nm的光纤发射机作为局域网的光链路和1 550 nm的光纤发射机作为骨干网的光链路。1 310 nm损耗在0.35 dB/km左右，1 550 nm损耗在0.22 dB/km左右，可以看出1 550 nm波段在光纤传输中损耗要比1 310 nm波段小得多，1 550 nm适用远距离传输。因为链路损耗是从光发射机至光接收机的总损耗，所以1 310 nm和1 550 nm是根据网络传输的距离来确定的，当距离小于30 km时，一般采用1 310 nm光纤。在有交互式服务的网络中，是以交换机为中心构造的网络体系，在不同的端口之间传信息，告别速度慢的特点。

2.5" HFC网络的回传系统

现在的HFC网络都已经实现了双向传输。在信息化浪潮席卷全球的时代，HFC网络在CATV网络中起到了极其重要的作用，HFC网络的回传通道部分是整个HFC网络的重点。它完成了数据交换、电信业务，对三网融合起到了至关重要作用，提高了CATV生存空间。总之，建成一个高质量的HFC双向网络，才能使其在业务能力方面或网络安全上都具有更强的竞争力。

2.6" 回传通道调试方法

1）等效数字调试信号法：在调试时，从任何一个光节点回传到前端的射频信号RF电平保证基本一致。这样才能避免相互干扰。

2）扫频法：这种方式比较麻烦不容易成功，很少使用。大概意思就是先用信号发生器输入一个单一的正弦信号，通过改变输入信号的频率、幅度得到一个已知的输出结果。

3）单信号或多信号法：和扫频法类似。

回传通道的调试步骤：从任何一个光节点回传到前端的RF信号电平相同，这是回传通道调试应当遵循的规律。

1）从前端向终端方向，分段进行调试，在进行分配网回传信号调试前，一定要先完成前端机房回传平台信号的调试，光链路和电缆网络应分别进行电平平衡，电平要设置合理，到达前端的回传信号NPR、BER满足系统要求，使双向回传工作稳定；用场强仪调试光发射机最佳输出电平为105 dB，在回传接收点，调整光接机回传衰减，使进入光接收机的信号电平为78 dB。

2）回传光纤链路调试：首先正向链路安装调试好后，建立回传光链路，安装前端反向光接收模块，在光节点安装并固定回传模块，用场强仪测量光接收机的输入光功率，具体数值由设计时演算确定，用跳线把回传通道建立后，检测前端光接收机的光功率是否正常，是否达到设计要求，保证调试后所有反向到光接收机后出来的RF信号电平为一个数值，这个值就是前端机房混合后的一个输入值。

3）放大器链路调试：根据双向放大器操作指南，明确其性能、了解回传放大模块输入电平的激励幅度，调解回传增益旋钮和回传均衡插片，使放大器输出的增益能满足反向信号的损失，边调整边仔细听放大器输出端的监听器声音是否悦耳、查看图像是否逼真。

4）无源分配网测试：通常采用无衰减的无源分配器进行测试，保证输入与输出信号电平基本一致。

5）回传通道NPR指标调试：NPR即信噪比S/N，通常采用3种方式：①过零增益调试。进行零增益调试时，要保证光发射机的S/N处于最佳状态；②同轴电缆阻抗传输失配。通常引起同轴电缆传输阻抗失配的原因是电缆因屏蔽层阻抗失配引起屏蔽系数下降，莫尔道嘎广电分公司通常采用四屏蔽同轴电缆，其用户接头由专人做，保证用户接头达到标准且接触良好；③上行时隙反射。上行时隙反射是指同轴电缆的内导体发生阻抗失配所产生的噪声，最常见的就是电缆抽芯。发现故障点后对接头进行检查，如果有条件就在网络中插入带故障寻址的BOSS系统，通过BOSS系统可查出每个MAC对应的用户地址，进一步判断出故障点。

2.7" 数字电视传输系统中手机移动数据业务的实现

移动手机数据业务简单说就是利用手机终端看电视、打电话的业务。如何实现这一功能？广电运营商和移动运营商都进行了深入探讨。现在的手机电视业务跟广电一点关系都没有，它是移动运营商利用移动通信网络实现的，需要客户上传，并没有真正地实现手机看电视功能。广电运营商也没有实现手机移动数据功能。该功能需要广电运营商和手机生产商进行合作，生产出广电运营商需要的手机，该手机支持广电运营商提供的数字电视业务。广电运营商应当充分借鉴移动运营商的经验，为移动手机用户提供电视功能，同时也为电视实现移动和通话功能，车载电视功能怎么才能搬运到手机上，理论上是完全可以实现的。

有线电视向移动电视跨越，增加手机功能的趣味性，从而分取手机业务这杯羹。移动手机数据业务的实现方式移动运营商和广电运营商的理念是不一样的。移动运营商实现手机电视业务是依据蜂窝移动网络、数字电视传输网络、蜂窝移动网络数字电视传输网络相融合的方式。手机电视数据业务对广电网络来说是一个新兴的产业，广电运营商怎么做才能实现手机电视数据业务，笔者总结以下几点。

1）依托现有的有线电视网络体系，打造属于自己的移动多媒体体系。根据广电要求建立空天地三位一体的有线电视多媒体系统。借助车载电视技术和公共服务平台，在手机终端下载一个电视多媒体软件，实现有线电视无线化。

2）与移动运营商合作，建立自己的移动基站铁塔，利用广电网络数字广播网络的优势，争取广电的支持，广电运营商开发出一款能在手机终端上安装的电视播放软件，由广电运营商把相关的电视节目打包提供给用户使用，实现手机看电视等多种互动增值业务。

2.8" HFC网络结构的演变

随着技术的进步，网络结构也在不断优化。为适应人民日益增长的文化需求，数字新媒体的出现改变人民的认知，数据业务的不断增加，对网络要求越来越高。广电网络在走集团化发展，HFC网络也因势而为形成全国一张网，以便于其语音、数据交换传输。现代HFC网络带宽越来越宽，可以支持多种业务。其结构演变完成了从单向向双向的升级，融入了数据和语音业务。随着HFC光纤网络的不断演变，手机数字电视业务终将实现。

总之，随着电子信息技术的发展，数字新媒体网络数据化、宽带化、光纤化，无论在设备还是技术上，同轴接入逐步让位光纤接入，模拟电视机让位数字电视机，电视机正逐步计算机化，电路交换正逐步让位以IP为主的数据交换等。三网融合为移动视频行业的发展提供了机遇，数字电视传输应利用其自身的优势，组建自己的手机终端服务业务，实现手机看电视，谋取更长远的发展。

参考文献：

[1] 余兆明，李欣.数字电视传输与组网技术[M].北京：邮电大学出版社，2021.

[2] 关良柱.卫星数字广播电视技术[M].北京：中国广播电视出版社，2003.

[3] 卢官明.数字电视原理[M].北京：机械工业出版社，2009.

[4] 斯通贝克.有线电视宽带HFC网络回传系统[M].北京：中央广播电视大学出版社，1999.

[5] 彭明全.有线电视技术教程[M].北京：电子工业出版社，1999.

作者简介：张善明（1974-），男，电子工程副高级工程师。研究方向为人工智能与5G通信技术。