數字電視雙向網絡HFC優化方案設計與實施

俞向紅

（中廣有線信息網絡有限公司 啟東分公司，江蘇 啟東 226200）

0 引 言

目前，全國各地的數字電視已經基本組成了包括無線網絡、有線網絡以及衛星通信網絡等在內的數字電視信號覆蓋體系架構，即通過數字化改造后形成數字電視雙向網絡，具有用戶定制需求、高速數據傳輸、電視信號服務等各類業務承接能力，實現數字電視信號端-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，FTTH）以及無線Wi-Fi等手段，實現全域95%數字電視信號覆蓋[1]。雙向網絡HFC已經投入建設使用，針對雙向網絡運行環境優化、全域廣電網絡基礎業務服務以及網絡運營場景與終端操作標準改進，依據中國電纜數據服務接口規范（China-Data Over Cable Interface Specifications，C-DOCSIS）打造基于業務運行模式的雙向網絡HFC建設，從信號分布區的前置端口到網絡轉換接口的光纖通道，由雙向信號收發裝置至信號同頻數據軸接口等，全面提升系統運行效率，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；凈化雙向網絡的運行環境，即提升信道內的信噪比（Signal-Noise Ratio，SNR)，目的是為了在一定的基礎帶寬下保證信號數據的高速、穩定傳輸，為對接5G通信技術應用打下堅實基礎。

1 數字電視雙向網絡HFC基礎環境分析

現階段，廣播電視雙向網絡HFC的網絡運行主要是通過閉環（順時與逆時）方式進行物理數據點之間的聯絡，光接收機（Optical Receiver，OR）可以按照時序進行多路光纖信號采集，并結合信道轉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網絡傳輸的系統結構如圖1所示，從光纖信號傳輸方式看，一旦閉環傳輸進程中出現節點故障或網絡斷聯，將極易導致附近節點信號傳輸紊亂，即信道容量、信道干擾等分流傳輸壓力激增。當周邊節點因定點維修難度大而發生信道阻塞，此時會造成環路運行大規模癱瘓，導致系統安全事故發生[3]。這對于系統自動化、智能化運維提出了較高要求，也為遠程監測、自主響應提出了明確要求。

圖1 HFC網絡傳輸的系統結構

（2）從系統整體運行配置看，廣播電視雙向網絡HFC的主機房通常都安裝了同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）多路信源、備用1 500 nm穩頻信源以及衛星通信源等，可以根據信源切換裝置在機房內完成信源的自主切換[4]。這里需要明確的是，一旦機房出現嚴重事故，如遭遇大面積斷電、周邊光纜斷裂等會導致整個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）在雙向網絡HFC的發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，則將導致廣域信號中斷，引起電視節目播出事故。這里采集了某機房數字電視信號的部分參數，如表1所示。

表1 某機房測試的信號參數

2 數字電視雙向網絡HFC優化方案

2.1 設計思路

結合上述雙向網絡HFC存在的問題和可能發生的隱患，以機房實際工作和終端服務體驗為背景，對網絡建設與運行設計進行了優化，基本思路可以概括如下。

（1）重新調整信號覆蓋范圍，對現行機房的部署進行優化。按照“中心輻射，網系直連”原則將物理部署再調整為5個主版塊，板塊間通過某發射機房向外輻射實現多路數字電視信號的自由傳輸[5]。此外，板塊內部通信是基于兩路信號交叉流轉完成區-鎮-村間各機房信號的接收與處置。優化后的雙向網絡HFC組織結構如圖2所示。

圖2 優化后的雙向網絡HFC組織結構

（2）調整EDFA節點，對信號傳輸質量進行改進。增加機房作為EDFA節點的實際數目，且光電信號間的發射與接收是采用異步多路方式實現交叉傳輸，不斷提高終端在接收信號時的技術參數指標[6]。

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

（4）調整備用信源，必要時可以增加1條路由，保證電視節目的正常播出。在廣域范圍內將不同凡響的光纜建設上，增加備用1 500 nm穩頻信源并將其作為復用光纜線路，以提升應對突發故障的能力。

2.2 網路改造

2.2.1 改造原則

實施方法如下：信號網絡的改造應著重調整主干線與分支線間的網絡情況；可以繼續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，并從數據信號輸出端接入終端用戶的使用網路；將信號傳輸到用戶終端，雙向過流型分支、分配器需要統一接口參數與設備型號，即利用“420+416+412+408”設計，預留的數據端口通過75 Ω電阻進行封接，當支線端口數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的數據岔口，此時接口需要利用原接口進行二次連接[8,9]。

圖3 設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-鎮-村間數據傳輸的光纜，信號接收節點可以通過EDFA實現信號遠程全域覆蓋，節點至光纜交接箱實現48芯配置，光纜連接如圖4所示；根據現有信號傳輸通路進行二次設計，即利用6～8組節點進行串接走線，靠近配置96芯壁掛光交接箱作為終端光交箱；終端光交箱的聯網光纜線路可以配置48芯，原預留接口處連接的光交箱全部作為終端處置；從發射機房流轉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。依據信號傳輸通路的遠近，在各個檢測點下行輸出通路內接入插片，此時可以在頻率f=810 MHz上調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，調制誤差比大于34 dB。

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

數字電視傳輸環網優化后，針對上述機房的數字電視信號指標再次進行測試，結果如表2所示。

表2 環網優化后數字電視信號指標

3 結 論

為了有效改進雙向網絡HFC的穩定傳輸和提升C-DOCSIS系統的運行性能，本文設計了新型雙向網絡結構與組織架構，主備信源異地部署架構以及多路傳輸、分布聚合方式能夠在解決現階段系統固有問題的同時極大豐富信號傳輸方式，加強系統抗風險能力，避免突發故障的發生，達到安全播出的目的。經測試后發現，新型HFC能夠提高傳輸網絡各項參數指標和安全指數。