有线电视网络有线电视网络的数字化概念

有线电视网络doc有线电视网络的数字化概念金国钧

2002.

4.10众所周知，广播电视的数字化已历经三十多年，大致已走过了节目制作系统的数字化与演播室系统的数字化两个阶段，目前已进入了传输系统的数字化阶段，以最终全面实现广播电视系统的数字化换言之，广播电视系统的数字化，是一个从信源传输到信宿的全面数字化过程，缺一不可亦即，是一个全部以“0”与“1”两个数字符号表征的过程，尽管人们看到的、听到的都仍是模拟的我国广播电视传输系统目前要紧有卫星、地面与有线电视三大系统卫星系统已实现数字化，使用DVB-S标准有线电视系统的数字化刚刚开始，其中数字电视广播系统使用了DVB-C标准（已公布行业标准），前不久全国数据广播已开播；双向数据业务传输系统标准正在制订地面电视广播系统正处于试验阶段

1、什么是有线电视网络的数字化？

1.1什么是有线电视网络？*国际标准中（DOCSIS）的定义它是基于同轴电缆共享媒介、树枝型结构、点对多点的宽带接入网络它能够是全同轴电缆的或者是光纤同轴电缆混合（HFC）结构的模拟传输网络*我国标准中（GY/T106-1999）的定义它是用射频电缆、光缆、多路微波或者其组合来传输、分配与交换声音、图像及数据信号的电视系统2需要建立的网络概念*有线电视网络不管使用何种网络结构、传输媒介及技术体制，其构成都应包含前端、传输系统及分配系统三大部分*有线电视网络视传输环境、规模大小的不一致，其传输系统（干线、支干线系统）能够是同轴电缆（局域网）、光缆（城域网）、多路微波MMDS（局域网或者城域网）或者它们的组合而成由表可见，EuroDOCSISVI.1的下行RF频道传输特性，完全兼容我国行标GY/T106其上行传输特性则完全兼容欧洲标准ETS300800o2上行通道的频谱利用众所周知，HFC网络的上行回传噪声，由于树枝型电缆分配系统的汇合形成所谓“漏斗”效应，使回传噪声累积到前端，将严重恶化上行信道的信噪比并将影响下行业务的正常运行因而，如何减少回传噪声的干扰，提高上行通道的频谱利用率，一直是确保HFC网络的上/下行传输特性及其运行效率的关键问题从回传噪声对电缆系统的入侵途径分析，大致可分为窄带干扰与脉冲干扰两类

①窄带干扰是指上行频带内，已先于指配给各类无线电业务的频率对上行信道所形成的干扰其中包含无线电广播一一要紧是30MHz频段内的诸多大功率AM短波广播所形成的干扰业余无线电与民用波段一一尽管其发射功率远小于广播业务，但它们位于居民区，靠近系统的电缆，因而成为潜在的本地干扰源反之，上行信号经电缆的辐射也会对业余无线电爱好者的接收机形成干扰其它业务一一诸如海事移动通信、航空移动通信、宇航、固定点对点通信及标准频率、时间信号等由于它们的发射功率都比广播业务小的多，且通常不在居民区，通常可不予考虑由于上述窄带干扰的干扰频率与干扰场强因地区而异，故对当地电缆分配系统造成的干扰程度，应由实测而定在DOCSISVI.0标准中，列表提供了北美地区的窄带干扰源的频率使用情况减少本地窄带干扰的办法，只能是在上行通道的安排时，“躲开”经实际测定可能引起干扰的频率，以确保上行信道的正常运行尽管这样做会影响上行频谱的利用率，但却是必要的

②脉冲干扰是指用户端周围的工业电器与家用电器所形成的宽带干扰其中包含工业电器一一要紧是室外电焊、马达等工业电器设备产生的电火花干扰其干扰频谱极宽家用电器一一要紧是室内荧光灯、电吹风、抽风机及电视机等常用电器设备产生的脉冲干扰关于上述电器设备的干扰，尽管各国都有有关的电磁环境干扰标准（EMC）规定，但设备的老化程度甚难操纵，特别是电视机由于脉冲干扰的频谱极宽，其对上行信道的影响程度亦因地而异，因此减少此类干扰的途径，通常是采取加强系统“屏蔽”隔离的办法，即接入同轴电缆、接头的屏蔽特性应予重视，特别是对老化程度极难操纵的电视机接入，必要时终端接入盒可能要插入滤波器隔离为此，在电缆分配系统的构筑中可能要付出经济代价，但这也是必要的当然，亦可采取牺牲上行频谱利用率的办法由于脉冲干扰大多数是在15MHz频带内，因而在EuroDOCSISVI.1中提出，亦可采取“躲开”的办法即可将上行信道优先安排在25〜65MHz频带内只要本地的上行业务需求能满足，这也不失为是一种经济实惠的办法关于回传噪声（窄带/脉冲）可能带来的上行信道传输质量下降的情况，IEC60728-10标准中亦有描述，见表

3.4所示表

3.4上行频谱内传输质量下降的原因上述分析说明，由于回传噪声的影响，上行通道的频谱利用率将与本地的电磁环境有关为此，又涉及到电缆分配系统的构筑质量（终端用户的规模及物理系统的屏蔽特性等）但不管如何，上行通道是不宜作高速率数据业务传输的，因此在信道参数的规定上应有别于下行通道

3.3使用先进的传输系统标准

3.

3.1标准概况建立交互式有线电视系统的技术标准研制工作已历时近十年，近

五、六年内已见有各类标准版本公布目前见到的国际标准中，最有影响的是国际电联（ITU）在1998年初〜1999年初先后公布的ITU—TJ.83/J.U2标准，它是在欧洲、北美及日本地区工作基础上形成的技术规范，其基本文件是欧洲的DVB一C/DAVIC

1.2与北美的DOCSIS

1.0版本最新的标准版本，有1998年11月6日通过的DAVIC

1.5版本，它在1999年作为ETS300800V2公布；它是在DVB一C/DAVIC

1.2基础上的衍生与扩展，对原版本中的交互信道特征，特别是通信协议作了大量补充与完善，也被称之谓“DAVICCableModem^o还有，在1999〜2000年陆续发表的DOCSISVI.1版本其中仅“射频接口规范”就修订了6次（1999年3次，2000年3次），目前见到的是2000年12月15日公布的“SP-RFIV

1.1—106—00⑵5”版本，即第6次修订后的版本同样，DOCSISV

1.1也是DOCSISV

1.0的衍生与扩展，其增加的动态带宽分配机制，提供的增强型QoS机理及其有效负载标头抑制规定，及扩展的欧洲规范（附录N）与VOIP功能，对提高系统的传输效率及其适用性的扩展，无疑都颇有奉献应该看到，近

五、六年间发表的交互式有线电视系统标准，是全球数据业务市场兴起并急剧增长对网络带宽追求的一种反映因而，这些标准的研制、公布，应是一个在市场需求推动下的网络技术进步过程，也是一个在实践基础上的理论提高过程系统标准的衍生、扩展、升级，其目的是使系统的信道利用率更高、传输速率更快、通信质量更好、信息安全性更强，而系统造价则可望更低

3.

3.2兼容性考虑兼容性，是建立交互式有线电视系统及其标准的制定、使用的过程中必定要考虑的问题，也是上述变革过程中务必解决的问题比如，在有线电视网上建立数据业务交互式系统，务必考虑与/或者习惯模拟电视向数字电视技术体制过渡的要求；即数据交互式系统的建立不能影响现行模拟电视的传输，而这一过渡过程的终止，在全球大致尚需10年（约2010年），我国大致在2015年这是否应视为系统的建立及其标准的制定、使用过程中，要考虑的后向兼容性问题又比如，交互式系统的建立，务必考虑对急剧增长的通信容量与日趋提高的通信质量的习惯性要求；即系统务必具有开放性、扩展性的特性这是否应看作是前向兼容性问题兼容性是上述变革过程中带来的问题，它往往带来技术实现上的复杂性，同时会涉及到系统及其标准的习惯性然而，它又是有线电视业务必考虑的问题，妥善的解决，将使行业进展长期受益

3.3现行标准的兼容性.由于有线电视进展的历史原因，及前述有线电视业务的后向兼容性问题，势必使全球各地区使用的交互系统标准的相互兼容受到一定牵制比如，DVB一C/DAVIC标准是基于欧洲DVB的广播系统标准制定的，它适用于PAL制的有线电视网络，因而能与PAL制模拟电视传输共存于HFC有线电视网络；亦即，它适用于PAL制标准的欧洲市场及相应市场而DOCSISV

1.0标准是基于北美MCNS标准制定的，它适用于NTSC制的有线电视网络，因而能与NTSC制模拟电视共存于HFC网络亦即，它适用于NTSC制的北美市场及相应市场由此可见，两者不兼容其最直接的原因就是交互系统的建立务必考虑的模拟电视传输过渡问题，因而在下行数据信道的设置上务必遵循原有模拟制式的频谱结构（PAL制为7/8MHzNTSC制为6MHz）否则，很可能使问题复杂化信道带宽设定过宽（比如N制网络中使用DVB—C/DAVIC系统），可能要重新计算与测试谐波干扰的影响；信道带宽设定过窄（比如PAL制网络使用DOCSIS系统）则可能造成频谱资源的浪费当然，两者不兼容还有传输的特性参数、信道参数、通信协议等多方面的规定不一致这种系统标准的不兼容，是完全能够懂得的，既有进展历史上的原因，更有市场上的利益问题

2、交互式有线电视系统标准的扩展或者升级版本，通常都具有该系统标准的后向兼容性亦即，该系统标准新的（修订）版本应兼容旧的（原有）版本比如DAVIC

1.5应兼容DAVIC

1.2DOCSISVI.1应兼容DOCSISV

1.0；其意指符合该系统标准新版本的头端设备（INA/CMTS）应能兼容旧版本的终端设备（STB/CM）的互操作维持其旧版本的系统性能比如，DOCSISV

1.1的CMTS能够兼容VI的CM使之与V

1.1的共存于同一HFC网络当然，要达到新版本所规定的系统性能，则务必使用符合新版本的终端设备4通讯协议的比较HFC有线电视网络的双向数据业务传输，事实上就是前端的CMTS与终端的各CM之间的数据业务通信，因此务必遵循一定的传输规则，按一定的通信协议运行现已发表的国际标准中，交互系统的通信协议是按多层结构的协议堆栈规定的通常规定到物理层、数据链路层及网络层，而关于网络接口的规定，仅包含物理层与数据链路层由于网络层以上与网络的业务功能、管理功能密切有关故作为国际通用规则很难描述，J.112在标准中未做全面规定但时隔一年，扩展的DAVIC

1.5版本与升级的DOCSIS

1.1版本，已有了大量补充，特别是后者对网络层及以上也有了更明确的规定

4.1通信协议堆栈图

3.3所示为欧、美现行标准定义的系统协议堆栈图

3.3HFC网络交互系统协议堆栈比较由图

3.3可见，欧、美现行标准定义的系统协议堆栈，都是按开放式的层次设定的，且在网络层及以上的设置相同（DVB-C/DAVICLO〜

1.2只定义到链路层——标准中称之为“传输层”），但在物理层设定是完全不一致的，由此亦导致链路层的MAC规定不一*DOCSIS定义的物理层中，在PMD与MAC层之间插入了下行传输会聚子层这是专为数字视频下行传输设定的（若没有视频下行业务，该子层能够取消），其传输包格式同样使用了MPEG-2编码方式，如图

3.4所示图

3.4带有MCNS数据的MPEG包格式*物理媒介从属子层（PMD）是在HFC网络基础上对上/下行信道参数的一系列规定，包含对频率范围、信道带宽、调制方式、信道编码、接入方式（信令）、保真度、均衡器等规定这些规定都有赖于CMTS与CM的支持，亦即，CMTS与CM的输入、输出特性务必满足这些规定的要求DVB-C/DAVIC标准是基于DVB数字视频广播的数据交互系统，因而其PMD层在前端INA（交互网络转接器）与终端NIU（网络接口单元）或者STB（机顶盒）之间，设置了带外（00B）与带内（IB）两种下行信号方式在00B信号情况下就务必增加指定频率的下行通道来传输交互数据与操纵信息而在IB信号情况下，则将交互数据与操纵信息嵌在DVB-C信道的MPEG-2Ts流中尽管两种系统均可提供相同质量的服务，但00B机顶盒与IB机顶盒会有差别，即在同一网络中通常只能使用一种系统若两种系统一定要在同一网络中运行，则每个系统的频率要不一致从该标准规定的参数看，习惯低速数据交互的是00B系统，下行可使用

1.544Mb/s或者

3.088Mb/s的速率；但其发送的信号是基于T1帧格式的因此务必先将IP数据包（或者信令）封装到ATM信元中，再将ATM信元封装到T1帧中由此可见，基于IP的DOCSIS/EuroDOCSIS系统比基于ATM的DVB/DAVIC系统简单，在数据传输上的延时与抖动亦会小些

3.

4.2信道参数表

3.5所列为欧、美现行标准规定的交互系统信道参数其中欧标DVB-C/DAVIC的下行信道参数为00B下行信道的特性参数前三项括号内是IB参数表

3.5系统交互信道要紧参数注*为可选；注**CMTS中的上行解调器的最大输入功率，在标准有所规定:——DOCSISVI.0规定为W35dBmV并列表规定在

0.32〜

5.12Mb/s的不一致上行速率时，CMTS上行解调器的相应额定接收功率分别在-16〜25dBmV范围内——EuroDOCSISVI.1规定为W95dBUV并亦规定了不一致上行速率时的CMTS上行解调器的额定接收功率范围，见下表

3.

6.表

3.6CMTS上行解调器额定接收功率由表

3.5可见，EuroDOCSISVL1标准在信道参数的规定，可兼容DVB-C/DAVICVI.标准两者在满足HFC网络数据交换业务的传输上，都使用了适用的技术来提高传输效率，这在技术上值得借鉴

①QAM/QPSK调制方式在HFC网络具有较好的传输信道载噪比C/N的情况下，使用了正交调幅QAM与四相移键控QPSK两种调制方式，来满足下行与上行信道的传输要求由于下行要满足视、音频与数据业务的会聚，传输容量大，但C/N能够做得高，故使用64QAM调制C/N高的网络，也能够用256QAM调制以取得较高的传输速率而上行信道传输的电磁环境较差，C/N较低，故使用了抗噪能力较强的QPSK调制方式，以满足较低速率的数据上行业务C/N较高的网络，也可用16QAM以取得较高的传输速率；这样也避免了为提高上行通道C/N而付出更大的经济代价显然，在多速率上行的支持上，EuroDOCSIS比欧标更灵活些，不但有6种上行速率，还多一种16QAM的设置在两种调制方式同时使用的情况下，为增强CM作为终端设备的互换性，系统标准要求它务必同时具有16QAM与QPSK的调制功能，而对前端的上行调制器则能够是两者之一或者两者都提供

②FDM/TDAM接入方式数据业务通信系统使用何种接入方式，一直有好坏、高低之争事实上关键仍在于其适用性的问题，即其对系统传输业务的习惯性及其传输效率问题在HFC网络交互系统中，前端的CMTS面对众多终端CM在MAC操纵下，下行传输多为稳固信息，即下行信道属于媒介共享，因而标准中规定使用频分复用FDM接入方式而CM上行的任何操作亦受控于CMTS即CM使用突发调制方式，争用请求传输时间，并在争用到限定时隙数范围内上行传输数据；CMTS则使用规定上行微时隙与动态混合的争用/预留上行传输机制，来操纵宽带的分配亦即，CM在MAC操纵下，经上行信道与CMTS的信息联系，在本质上是点对点的通信，因而标准中规定使用时分多址TDMA接入方式实践证明，关于交互系统的下行稳固传输，在MAC操纵下，FDM的效率要比TDMA高通常高20〜30%而关于上行不稳固传输，由于期望带宽能动态的分配给更多的用户，故使用TDMA的效率要比FDM或者FDMA高得多因而，在HFC有线电视交互系统中，使用FDM/TDMA接入方式来操纵上、下行信道的带宽分配，有利于提高频谱效率

③信道编码方式从表

3.5中所列的欧、美两种系统标准规定的信道编码可见，两者的纠错编码FEC中的外码均使用了ReedSolomonRS编码方式，为满足MPEG-2视频下行传输，欧标使用了DVB-C规定的RS

（204188）编码内码则使用了卷积编码方式然而，由于DVB-C的数据传输是基于ATM信元的数据包格式，即使用了53字节固定长度的数据包格式；而DOCSIS的数据传输则是基于IP透明传输的数据包格式因而，上行数据的突发长度，欧标为固定53字节，而美标则为可变长度（最小步进为16字节）的固定与缩短FEC编码（16〜253字节）

3.

4.3MAC层从标准定义的系统协议堆栈图

3.3中能够看出，MAC子层作为链路层最要紧的技术规范（链路层还包含逻辑连接操纵、连接安全两个子层），处于整个系统协议中物理层与更高层之间的“管理实体”的位置，它起着承上启下的作用即关于CMTS与CM之间的每一种连接，它都务必同意更高层的指令，作为更高层的执行层；而关于物理层，它却是链路管理的集合，即它是由MAC分配与管理协议作上/下行信道的集合，如图

3.5所示（为DOCSIS规定的CMTS与CM间的数据传输的协议栈）CMTS堆栈CMTS-NSICM堆栈CMCI接口去/来用户前端设备应注意，这个称之谓MAC传输器的“管理实体”是一个“抽象实体”其存在的必要性，要紧是由于HFC的下行信道是共享介质的，而上行信道在本质上则是点对点的，因而有这个MAC层以便在站点之间提供连接性

4.

3.1MAC帧格式*有线电视网络的分配系统是基于同轴电缆、树枝型结构的宽带接入网络即使用树枝型结构来实现点对多点的用户接入，并在一根同轴电缆上使用非对称的频谱分割来实现非对称双向业务的传输*有线电视网络的功能，是传输、分配及交换图像、声音及数据业务信号即以传输分配广播电视节目为基本业务，亦可传输、交换多媒体业务，即所谓的扩展业务与增值业务3HFC有线电视网络

3.1HFC的进展历程

1988.2加拿大试验成功AM-VSB光纤系统，点对点光纤传送20套N制电视节目，传输距离13Km；

1988.4美国ATC公司试验成功AM-VSB光纤系统；

1991.12美国Timewarner在纽约皇后区建成150个频道（N制）的HFC局域网Quantum设计用户规模1万户.1993年美国ATT公司提出HFC网络结构.1994年后，HFC被有线电视业广为使用，成为有线电视城域网进展阶段的要紧结构模式目前在中国＞80%城域网使用，在美国＞95%

3.2HFC结构模式“星树型”一一小型城镇可使用“星”型光纤干线、“树枝”型同轴电缆分配接入；中型城市可使用“多星”（FTF）光纤干线、“树枝”型同轴电缆分配接入“环一星一树”型一一“环”型主干光纤（自愈环）、“星”型支干光纤及“树枝”型同轴电缆分配接入，适用于人口密集的大中型城市

1.

3.3HFC有线电视网络的带宽优势由表可见，HFC网络利用光缆干线、支干线延长网络的传输距离（DOCSIS规定前端到终端的最大距离为160Km）；并利用了共享媒介的同轴电缆的射频特性（1GHz）确保网络的宽带接入，其优势与使用铜双绞线接入的电信网与以太网相比十分明显这里的帧，指的是数据链路层的两个或者多个实体间数据交换的单元MAC帧，即是MAC子层CMTS与CM之间数据传输的基本单元为此，欧、美的系统标准中，对MAC帧的格式都作了统一规定图

3.6所示，为DOCSIS规定的通常MAC帧格式PMD开销（上行）MAC标头PDU数据（可选）MPEGPSI标头MAC帧（下行）图

3.6通常MAC帧格式由图

3.6可见，通常MAC帧格式由物理层（PMD）开销、MAC标头与数据包数据单元（PDU）构成其中，PMD开销包含前同步信号、上行的同步模式及下行的MPEGPSI标头MAC帧的第一部分是MAC的信息标头，它描述跟在后面的PDU数据的格式及其是否存在，因而它唯一地说明了MAC帧的内容为此，标准中对MAC帧的标头又作了格式上的分类规定其中包含通常MAC帧标头格式、MAC专用标头（定时标头、管理标头、请求标头）等的一系列规定

3.

2、组帧方式前已述及，由于欧、美的系统标准使用的数据包格式不甚相同，因而组帧方式也不一样下表

3.7所列为欧、美标准的组帧方式表

3.7组帧方式比较由表可见，由于上行突发数据包与下行传输数据流的帧格式不一致影响到数据传输的效率欧标规定的系统中，由于有IP数据封装到ATM信元的过程00B下行还要封装到T1帧格式中，因而开销要大些，传输效率亦低些，为此亦影响到信道利用率的降低

3.

3.管理功能MAC管理CMTS与CM之间的信息传输，其协议可划分为三类

①初始化管理图

3.7所示，为初始化管理程序这是每一个CMNIU/STB在开机后务必完成的程序该程序只要CMNIU/STB开机，就在CMTSINA与CMNIU/STB间周期行进行，但程序中没有信息主体的运行，仅作连接前的准备CMTSCMNIU/STB〈MAC开播信息►x〈MAC〉开播响应信息〈MAC开播测距与功率校正信息——MAC测距与功率校正响应信息MAC初始化完成►图

3.7测距与校正信令由图可见，CMTSINA将周期性地发出MAC开播申请信息，当CMNIU接收到后将在测距操纵时隙中发回MAC开播响应信息；当INA接收后，即表示初始化完成上述初始化程序中开播申请与响应的过程，要紧是CMNIU的地址核对过程，以确认CMNIU/STB是否已在MAC地址中登记；测距与功率校正过程，要紧是对距离不一的CMNIU/STB进行对其输出功率与时间偏移的调整，以确保时间同步及众多终端CM上行信号在到达CMTSINU时，电平处于同一量值范围，以免过大或者过小

②连接管理图

3.8所示，为连接管理程序这是在完成初始化管理程序化后，在CMTSINA与CMNIU/STB之间建立连接的管理程序CMTSCMNIU/STB〈MAC〉连接信息——Q1AC〉连接响应〈MAC〉连接确认图

3.8连接信令由图可见，CMTSINA将发出MAC连接信息；当CMNIU接收到后就应调到所指配的下行与下行信道频率上，并发回MAC连接响应信息；在CMTSINA接收到连接响应后，即表示连接完成上述连接程序，事实上是在MAC管理下指定上、下行通道频率，分配上行时隙数，确定访问模式争用/非争用/预约的过程

③链路管理链路管理的要紧任务，是对上行资源利用的连续监视与优化，包含功率与定时管理、非争用固定速率的分配管理、信道误差的管理及重试时的动态服务管理QoSo这些管理信息均将在连接管理过程中周期性地发送，以确保较好的动态QoSo从欧、美标准规定的管理功能看，由于EuroDOCSISVI.1版本在其VI.0版本的基础上有所改进，增加了包分段、包头压缩、包级联及包附带发送等功能使MAC的管理效率提高，有利于更灵活的支持带宽的动态调整，以便于各类实时宽带综合数据业务的顺利接入相比之下，欧洲标准在这方面就显得单薄些5使用符合传输系统标准的CMTS与CM1输入/输出电气特性参数CMTS与CM的电气输入/输出特性务必支持交互系统信道参数的规定表

3.8为CMTS的RF调制信号输出特性，表

3.9为CM的RF输入特性，表

3.10为CM的RF输出特性表

3.8CMTS输出特性表

3.9CM输入特性表

3.10CM输出特性

5.2EuroDOCSISVI.1的兼容性CMTS/CMEuroDOCSISVI.1作为兼容DVB/DAVIC的DOCSIS

1.1欧洲规范其兼容性表达在它既可与DOCSISVI.0共存于同一HFC网络，亦可与DVB/DAVIC共存于同一HFC网络

①与DOCSISVI.0的兼容性*EuroDOCSISVI.1下行按8MHz频道划分频谱，而DOCSISVI.0是6MHz频道间隔，两者能够共存于同一HFC网络，但频道规划应互相独立*若需从原有的DOCSISVI.0系统过渡到DOCSISVI.1系统则需要更换前端CMTS中的调制卡由于前者的调制卡中频输出是44MHz而后者是

36.125MHzo当然，这种调制卡的更换只适用于模块化的CMTS设备，对集成式的则只好完全更换了关于终端CM则需整个更换

②与DVB/DAVIC的兼容性由于EuroDOCSIVI.1与DVB/DAVIC兼容，且均为8MHz频道间隔，因而亦可共存同一个HFC网络，无须进行频道规划的更换但网络终端宜使用兼有两者功能的STB以支持实时视频接收与高速数据接入好在这种终端设备的芯片已有生产，成本亦增加不多

4、结束语XHFC双向数据传输系统的提出，是有线电视业界为习惯急剧增长的数据业务需求与多元化网络竞争格局、扬其优势的战略性考虑其相应的欧、美标准与国际标准的陆续发表，标志着该系统技术的不断进步与系统设备商品化程度的不断提高而近几年来欧、美地区有线电视网络的大规模升级改造，又说明了现行国际标准的推广应用在技术、经济上的可行性*现行国际标准中的欧标（DVB-C/DAVIC）与美标（DOCSIS）都是优秀的HFC双向数据传输系统技术规范，都表达了系统技术上的先进性与经济上的有用性，均能支持优于IO误码率的高质量数据通信但鉴于地区习惯性的需要，两者又各有特点欧标是基于DVB的数据传输系统，具有实时视频传输的优势；而美标是基于IP的数据传输系统，则具有灵活的高速数据传输优势因而，兼容欧标的EuroDOCSISVI.1标准似应前景看好，目前已有众多设备厂商支持该系统标准的推广应用，使该系统既有先进性、兼容性，又有协同性*HFC双向数据传输系统的建立，要紧取决于本地数据业务与数字广播电视业务的需求即大多是在有业务需求的城镇地区，因而该系统的建立（或者原有系统的升级改造）费用将因地而异，可采取技术、经济效益最佳的方案我国城市有线电视网络已有约10年进展历程，尽管起步晚，但起点高、市场大建立或者升级改造HFC双向数据传输系统，不仅是未来10年内（或者更长些）网络数字化的必定，也是强化我国有线电视网络管理的需要，由于我们从未用有过管理到户的技术手段目前国内有些城市网的局部试验或者某些公司在推广的数据广播业务，都是很好的尝试，亦积存了这方面的运营经验，但最终都应规范到我国已制定或者正在制定相应标准中表

1.1地面有线网物理底层传输带宽比较*传输容量大一一其物理带宽是电信网双绞线的20多万倍、以太网五类线的10倍；按现行HFC频谱分割，下行接入总容量（64QAM）3Gb/S上行（QPSK）500Mb/S;传输距离远一一铜双绞线的传输距离随传输速率的提高而减少；HFC可在较长的传输距离上保持高速数据传输信道成本低——在DOCSIS标准中，推荐用［IEEE

802.Id］以太网标准使用的公式进行比较［IEEE

802.Id］中使用的公式为:信道成本=1000/已连接的局域网速度（Mb/s）HFC使用CableModem接入的公式为信道成本=1000/（上行符号率X长数据授权的每个符号的bit数）即上行使用不一致调制方式（QPSK或者16QAM）的符号率决定了标准的信道成本，按照DOCSIS规定的五种上行速率可算出信道成本如下表表1-2CM的信道成本对CMTS该公式变为信道成本=1000/（下行符号率*每个符号的bit数）业务习惯性强一一HFC的非对称结构对非对称信息业务的习惯性的优于对称结构的电信网（ADSL/VDSL正是将对称结构的双绞线接入网转变成具有非对称结构的传输特性，来习惯非对称信息业务的）；HFC的非对称结构对视音频广播业务的习惯性，至今仍是电信网与以太网所难以满足的由此可见，HFC网络是一个传输容量大、传输距离远、信道成本低、业务习惯性强、结构简单、运行可靠、建设成本低的宽带接入网络4有线电视网络的数字化上述情况说明，有线电视网络的数字化，应是指从前端、传输、分配及整个处理过程的数字化即前端务必具有信源的数字处理能力，并以数字视音频及数据信号的下载，经数字化传输、分配系统由数字终端接收（STB或者CM）鉴于对有线电视网络数据传输系统的研究与有关标准的制订，有线电视网络的数字化将是一个由模拟向数字技术体制的过渡过程即目前是模拟的，将来最终是数字的，其间则是两者兼容的过渡期间，模拟与数字将共存于HFC网络，且互不干扰当然，涉及到传输系统的数字化，本来就广播电视系统数字化中技术难度最大、涉及面最广、运作最复杂的进展阶段然而，有线电视网络的数字化已为期不远了

2、为什么有线电视网络要数字化？1数字化的好处假如从受众视听特征考虑，包含有线电视网络在内的任何广播电视传输系统的输入/输出信号，在本质上都应是模拟的然而，从数字化所能带来的好处看还务必进行网络的数字化改造网络数字化至少有三大好处其一，是提高网络传输质量即数字信号的抗干扰性与保真度要优于模拟信号这是由于模拟信号在时间与幅度上都是连续的，因而在信号的采、编、录、制、播及接收的整个过程中，所产生的非线性失真与引入的附加噪声，都是“累加”的，保真度再好的系统亦难以使信号“复原”而数字信号是只有两个电平值“1”与“0”的离散信号，即是在时间上与幅度上都离散化的信号，尽管在传输过程亦会衰减并受到噪声干扰，但由于两个电平值构成的数字脉冲序列，在传输过程中可经“判定”而再生，只要“判定”无差错，接收端的“再生”的数字信号并非“原”信号的复制，因而在理论上能够认为相当于将传输过程中引入的失真与噪声完全去除了其二，是增强网络传输功能即数字信号能够“会聚”，使系统的传输功能优于模拟系统这是由于数字信号的比特流能够在一个传输信道内复接、交织，因而能够使辅助信号或者数字信号与视音频一起被发送、存储或者处理，从而使原先的广播电视频道具有拓展综合信息业务的能力这就是实现了所谓图像、声音、数据在网上的“会聚”，或者叫做“融合”其三，是加大网络传输容量即数字信号能够“压缩”，使系统的传输容量要远大于模拟系统这是由于数字信号能够使用冗余度缩减的压缩编码MPEG技术，来提高频谱利用率；并利用前向纠错FEC编码技术，来增加系统传输的可靠性因而使系统能以较低的运行成本，传送成百套高质量的数字声音、标清电视SDTV乃至高清电视HDTV节目比如，现行的模拟电视信号PAL-D的传输带宽为8MHz按CCIR601建议进行数字化处理若亮度Y信号取样频率为

13.5MHz色差信号R-YB-Y的取样频率各为

6.75MHz；按均匀量化PCM编码方式，每个取样按10比特量化视频带宽为6MHz；则可算得亮度信号的码率为

13.5X10=135Mb/S色差信号的码率为

6.75X2X10=135Mb/S亦即，编码后的数字电视信号为270Mb/S显然，要传送这样数字化处理的电视信号占用的信道带宽太大[

0.5-1270MHz]o然而，若使用压缩比大致在1401的MPEFT编码，则一路视频信号可操纵码率在

1.5/2/3Mb/S其图像清晰度相当于VCD水平；若使用压缩比大致在701的MPEG-2编码，则一路视频信号可操纵在码率在2/3/4/5/6/8Mb/S其图像清晰度相当于DVD水平码率的选取视图像活动程度而定由于8MHz带宽的信道经信道编码处理后的有效速率为38Mb/S64QAM/52Mb/S256QAM则传送6Mb/S的MPEG活动图像就可传送6套64QAM〜8套256QAM其图像质量高于专业级，要好于目前的模拟电视接收质量上述三大好处，最终将导致网络带宽资源的优化分配与最佳利用，使资源的利用率提高、成本下降2广播电视数字化进程加快模拟电视终止由日一一世界上发达国家与地区，全面实现数字广播电视、终止模拟电视体制的时间表已基本确定在2010年前后美国宣布在2006年，加拿大2007年，澳大利亚2008年，英、法、德、日、西班牙、新加坡、韩国等在2010年有线电视数字化先行——国家广电总局规划在2015年全面实现数字化电视广播2005年数字有线电视广播将率先实现，目前正在进行13省市的试验

2.3数据业务市场急剧增长-从上个世纪90年代中期兴起的因特网推动下的信息革命，已风云全球其网民数量以每6〜9个月翻番的速度急剧增长，我国从1997年至今的进展速度亦有过之而无不及据美国国际数据公司最近的报告预测，今年底全球网民将突破6亿，我国将接近3500万2002年1月是3370万美国加特电子产品公司预测，到2003年，我国的网民将超过日本；届时，中国与日本的因特网用户总数将达到

1.515亿户，占亚太地区的61%（预测亚太地区的市场价值约172亿美元）——因特网推动下的信息革命，在个性化通信上至少带来两方面的直接效果家庭PC机拥有率急剧增长据对全国31个大中城市的调查说明，我国家庭PC机的拥有率从1999年的

21.2%增长到2001年的38%其中，北京高达

64.7%厦门

50.5%广州

49.7%上海

49.1%杭州

45.4%南京

41.5%郑州

40.9%长沙

40.6%济南

39.7%昆明

39.6%南宁

39.2%均高于全国城市平均数网站数量急剧增长据统计，我国2001年的网站总数已达约24万个，其中在北京占20%以上——数据业务急剧增长，必定导致对网络带宽的急切追求，造就网络运行商的巨大商机因此电信业在改造城市电话网的基础上，使用ISDN（一线通）或者ADSL（超一线通）来开发数据业务市场，满足用户需求据报道，2001年全球ISDN用户约为

1.04亿，我国约100万户（其中北京近22万户）估计VDSL在明、后年亦将推出商用从表

1.1能够看出，这些DSL技术是基于窄带的铜双绞线上来拓宽等效带宽的，尽管有其局限性（速度越高，传输距离越短），但在开发数据业务市场上无疑是有奉献的专业通信业，如联通、网通、铁网、吉通等，亦都在各自独有的网络基础上，通过不一致方式组建城域接入网，以图直接拥有数据业务市场份额有线电视业开始了数据业务的试运营据熟悉全国有约20多个城市、地区的有线电视系统开始了数据业务的运营其经济效果是10%的家庭PC机接入的年收入，相当于100%有线电视用户的年收入其技术效果，是在线通信、速率高、容量大、不掉线显然，若能充分利用广电行业的节目、信息源优势，、HFC网络的宽带资源优势及有线电视用户市场的潜在优势，有线电视网上开发数据的前景，似应十分看好

3、如何实现有线电视网的数字化？1升级改造HFC网络（物理底层）

1.1单向传输改成双向传输（要点）表

3.1HFC双向数据传输系统频谱划分（MHz）

①使用“主前端+分前端”的多中心网络结构

②光路上使用空间分割，即上/下行各用一根光纤

③电缆上使用频率分割，即我国应使用上行频谱为5〜65MHz下行频谱为108〜862MHz其间87-108MHz为FM广播频段，65〜87MHz为隔离带见表

3.Io

④光节点尽量后移（靠近用户群），即每个光节点用户数量应操纵在500〜2000户内，或者更少

⑤光节点后的放大器（双向）数量应尽量少（1〜3级）

⑥树枝型分配系统拟使用分配一分支接入方式，以免终端用户设备开路造成的失配

⑦终端盒拟使用TV/PC接头盒（F型/75Q）应有一定隔离度（＞22dB）oFM端口是否设置，拟视实际需要，但切忌开路，以免入侵干扰

⑧严格操纵网络工程施工质量，切忌接头松动、电缆屏蔽层脱落

3.

1.2上/下行RF频道传输特性升级改造后的双向HFC网络，应达到表

3.2与表

3.3规定的上/下行传输特性要求表

3.2下行RF频道传输特性参数比较表

3.3上行RF频道传输特性参考比较频率响应5〜42MIIz:

0.5dB/MIIz5〜65MHz:

2.5dB/2MHz5〜65MHz:

2.5dB/2MIIz群延时波动5〜42MHz:200ns/MHz5-65MHz:300ns/2MHz5〜65MHz:300ns/2MHz微反射一单回波-10dBc@W

0.5K-20dBc@WL0AS-30dBc@10gS回波比W15%突发噪声在IKHz平均速率时W10NS信号电平变化dBW8〈12干扰频率传输质量下降的原因5〜15MHz脉冲干扰、窄带干扰、FM广播中频、群延时变化

7、

10、

14、

18、

21、28MHz业余无线电发射机可使用频率27MHz地面民用（CB）广播（ISM频带）

38.9MHz电视中频（也有其它频率的）DOCSISVI.0（ITU-TJ.112附件B）EuroDOCSISV

1.1DVB-C/DAVIC

1.0-

1.2（ITU-TJ.112附件A）更高层应用传输层用户数据协议（UDP）或者传输操纵协议（TCP）网络层互联网协议（IP）链路层DOCSIS媒体访问操纵（MAC）DAVICMAC（VI.5）物理层下行传输会聚子层（为视频下行设）PMD（带内/带外）物理媒介从属子层（PMD）HFCMPEG标头指针域MCNS有效负载（4字节）（1字节）（183或者184字节）标准参数DOCSISVI.0EuroDOCSISVI.1DVB-C/DAVICVI.0-

1.5下行上行下行上行下行上行调制方式64/256QAMQPSK16QAM64/256QAMQPSK16QAMQPSK64/256QAMQPSK传输速率Mb/s27/

380.32/

0.64/

1.

282.56/

5.12/

10.24*38/

520.32/

0.64/

1.

282.56/

5.12/

10.24*

1.544*

3.08838/

520.

25671.544*

3.088/

6.176*信道带宽MHz

60.2/

0.4/

0.

81.6/

3.2/

6.

480.2/

0.4/

0.

81.6/

3.2/

6.41/

280.27172/4*频率响应奈奎斯特滤波特性64QAMa=18%256QAMa=12%QPSKa=25%64/256QAMa=15%QPSKa=25%QPSKa=30%信道编码MPEG-2RS128122卷积1=128格形编码RST=0-10加扰，预均衡K固定与缩短16〜253字节MPEG-2RS204188卷积1=12RST=0〜10加扰，预均衡K固定与缩短16〜253字节MPEG-2RS204I88卷积1=12ATM5553交叉卷积RS5953频率稳固度±50PPm符号率准确度±50PPm接入方式同右VI.1FDMATDMAFDMTDMA输入电平-16〜25dBmV**44〜86**43〜7364QAM42〜75dBW-15〜15dBmV47〜77256QAM输出电平dBAV50〜61dBmV8〜55dBmV16QAM8〜58dBlnVQPSK110-12168〜11516QAM68〜118QPSK85〜113或者85〜122输入/出阻抗75上行速率Mb/s接收电平范围dBW

0.3244〜

740.6447〜

771.2850-

802.5653〜

835.1256〜86IP数据链路层传送

802.2/DIXLLC链路安全电缆MAC物理层下行传输会聚电缆PMDIP

802.2/DIXLLC透明桥

802.2/DIXLLC链路安全电缆MAC

802.3/DIXMAC下行传输会聚

802.310Base-T电缆PMD准分类DOCSISVl.O/EuroDOCSISVI.1DVB-C/DAVIC

1.5组帧方式上行IP一突发IP-ATM-突发下行IPfMPEGIB IP-MPEG00B IP-ATM-Tl传输效率约80%50-72%参数规定值DOCSISVI.0EuroDOCSISVI.1中心频率（fc）91〜857MHz±30KHz112〜858MHz±30KHz输出电平50~61dBmV可调110—121dBW可调调制方式64QAM与256QAM同VLO符号率（标称）64QAM256QAM

5.056941Msym/s

5.360537Msym/s

6.952Msym/s

6.952Msym/s标准信道间隔6MHz8MHz频率响应64QAM256QAMa=18%（升余弦均方根）a=12%a=15%a=15%寄生与噪声带内总离散寄生fc±3MHz-57dBcfc±4MHz-57dBc带内寄生与噪声fc±4MHz-46dBc*邻近信道fc±3MHz-fc±

3.75MHz在750KHz内-58dBcfc±4MIIz~fc±

4.75MIIz在750KHz内-58dBc邻近信道fc±

3.75MHz-fc±9MHz在

5.25MHz内-62dBc**fc±

4.75MHz〜fc±12MHz在

7.25MHz内-

60.6dBe**下一个邻近信道fc±9MHz~fc±15MHz在6MHz内-65dBc**fc±12MHz-fc±20MHz在8MHz内-

63.7dBc**其它信道47~1000MHz每6MHz内-65dBc80~1000MHz每8MHz内〈-

63.7dBc**相位噪声l-10KHz-33dBc10-50KHz-51dBc50KHz-3MHz-51dBc输出阻抗75Q输出反射器在750MHz内〉14dB在750MHz以上13dB连接器F型注*包含所有的离散寄生、噪声、载波泄漏、时钟线、合成器产物及其它不良发射机产物在载波±50KHz范围内的噪声除外**有3个离散寄生除外，当每个以lOKHz带宽测量时均务必G60dBc.参数规定值DOCSISVI.0EuroDOCSISVI.1中心频率91〜857MHz±30KHz112-858MHz±30KHz输入电平（一个信道）-15~+15dBmV64QAM:43-73dBW256QAM:47-77dBW调制方式64QAM与256QAM同V

1.0符号率（标准）64QAM:

5.05694IMsym/s256QAM:

5.360537Msym/s64QAM与256QAM

6.952Msym/s信道间隔6MHz8MHz频率响应64QAM a=18%256QAM a=12%64QAM与256QAM a=15%总输入功率40~900MHz30dBmV80〜862MHz90dBW输入功率75Q输入反射损耗6dB连接器F型参数规定值DOCSISVI.0EuroDOCSISVI.1频率范围5〜42MHz5〜65MHz输出电平一个信道16QAM:8-55dBmVQPSK:8-58dBmV16QAM:68~115dBWQPSK:68-118dBW符号率Ksym/s

160、

320、

640、

1280、2560信道带宽KHz

200、

400、

800、

1600、3200输出阻抗75Q输出反射损耗6dB连接器F型网络类别接入介质物理带宽接入方式传输速率（Mb/s）传输距离（Km）备注电信网铜双绞线4KHz300-3400HzNISDN

0.128几十HDSL

0.784约

3.6DSL已商用ADSL

1.5（下行）

0.256（上行）约

5.4SDSL

1.5（上/下行）约

3.6DSL未商用VDSL26（下行）1（上行）约

0.3DSL未商用有线电视网同轴电缆1000MHz5〜860MHzHFC41/558MHz下行

0.32—

10.

240.2-6MHz上行几十64/256QAMQPSK计算机五类线/超五类线100MHz以太网10局域网（LAN）10BaseT符号率缺省信道成本ksym/sQPSK16QAM1603125156332015637816407813911280391195256019598ITU—TJ.112EuroD0CSIS

1.1GY-T106-1999欧DVB-C/DAVIC

1.0〜

1.2美DOCSISLO日本上行5〜655〜4210〜555〜655〜65下行70〜130300〜86288〜86090-770108〜862FM87〜108TV110-1000参数规定值DOCSISVI.0EuroDOCSISVI.1GY-T106-1999频道间隔（MHz）688传输延时msW

0.8W

0.8带内载噪比dB235244243载干功率比dB235252257单频干扰254单频互调干扰载波复合二次差拍比dB250257254载波复合二次差拍比dB250257254交调电平dBcW-40在考虑中交扰调制比246+lOLgN-1带内频响dB

0.

52.5±2载波交流声比%W5-26dBcW

0.5-46dBc3CMTS带内群延时波动ns

751000.5-

4.43MHz主回波的微反射界限-10dBc@^

0.5NS-15dBc@WL0吃-20dBc@Wl.5AS-30dBc@l.5处回波值《7%突发噪声在10Hz平均速率时W25心系统输出口电平-5~17dBmv60〜77dBW60〜80dBAV信号电平变化dB88信号电平斜率dB50〜750MHz1685~862MHz12参数规定值DOCSISVI.0EuroDOCSISVI.1ETS300800传输延时msW

0.8通常更少W

0.8通常更少载噪比dB225222222载干功率比dB225222222载波干扰比dB225222N22载波父流声比％7-23dBc7-23dBc7-23dBc。