數字電視傳輸與HFC組網技術

摘" 要：數字電視信號傳輸質量關系網絡建設的成敗，隨著人們觀念的轉變，看電視的方式也在不斷發生變化。手機實現看電視是機遇也是挑戰，通過對數字信號的深入了解，研究其傳輸組網方式，針對數字電視傳輸技術與組網技術，進行探討和論證，包括數字電視傳輸與組網技術的新技術、新理論，通過介紹數字電視傳輸與組網原理對HFC闡述。實現手機看數字電視，完成數字電視的轉化，實現網絡互傳互通，數字電視信號疊加數據信號的網絡回傳技術，完成電視傳輸方式由固定網絡向移動網絡融合的轉化。

關鍵詞：數字信號；HFC網絡；手機電視業務；數字電視傳輸；新媒體

中圖分類號：TN943.6" " " "文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：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

數字電視傳輸及HFC組網是當前數字通信領域最熱門的技術，電視的傳輸方式發生了質的變化，由傳統的電視傳輸向移動網絡轉變，改變了人們看電視的方式。

1" 電視傳輸數字系統

數字電視是從模擬電視演變而來，數字信號是一種以二進制0或1表示的數字信號，數字電視傳輸就是將模擬信號經過取樣、量化、編程進行模/數（D/A）轉化后進入特定的傳輸介質、設備后還原成音頻、視頻、數據信號。數字電視傳輸系統中對信號的處理方法、關鍵技術及很多名詞術語都來自數字通信系統。

1.1" 數字通信系統

數字通信系統由發射設備、物理傳輸線路和接收設備等部分組成。

在數字電視傳輸系統中，發射設備又稱為信源即前端，主要完成數字視頻壓縮編碼、數字音頻壓縮編碼和數據交換。物理傳輸線路是連接發射端與接收端之間的物理線路，俗稱信道即HFC網絡。接收設備是指用戶端，接受來自前端的信號，對其進行解碼，信源編碼的反過程。發射端信號壓縮后通過HFC網絡傳輸后，進入用戶接收端進行解壓還原，恢復到原始的各類信號。其表現形式是相鄰脈沖之間用二進制符號0和1與雙極性波形基帶信號的正負點位一一對應。

1.2" 數字電視傳輸系統信號處理

為了提高通信的可靠性，數字電視傳輸系統對信號的處理極其嚴格，涉及到信號的采集、編碼、傳輸、解碼及顯示燈多個環節，目的是提高電視節目的高質量傳輸。數字電視信號處理是指將模擬信號轉換為數字信號，并進行壓縮、傳輸、解碼等處理的一系列技術，其重要性是提高圖像質量，減少圖像失真和噪音，提高圖像清晰度和色彩還原度。

數字電視傳輸線路包括衛星、有線傳輸、地面廣播等。

1.3" 數字電視衛星傳輸系統

數字電視衛星傳輸系統是為了滿足衛星信號的傳輸特點及衛星轉發器的帶寬而設計的，它是利用地球同步衛星把數字電視節目信息經編碼壓縮后傳輸到客戶端進行還原的一種傳播方式。它是由同步衛星發出的壓縮信號經地面用戶端通過衛星接收天線和衛星接收機收視電視節目的一種廣播電視技術。它有2種傳輸方式：①將數字電視信號直接傳送到用戶家中；②將數字電視信號通過國家廣播電視總局（以下簡稱“廣電”）網絡的前端進入到HFC網絡送入客戶端。其具有覆蓋范圍廣等特點。

在數字電視衛星傳輸中，將多套數字電視節目壓縮后可以用一個衛星轉發器轉發，實現一個轉發器可以傳輸多套數字電視節目，降低成本也提高了質量。衛星傳輸中通常采用C頻段和Ku頻段傳輸，這2個頻段各有各的用途。衛星轉發器分為單路單載波和多路單載波2種。單路單載波就是一套節目一個載波，可以每套節目在不同的地點上星；多路單載波就是多套節目一個載波，允許多套節目在同一個衛星上傳輸。

1.4" 數字電視有線傳輸系統

數字電視有線傳輸系統是由前端系統、網絡系統HFC網、用戶客戶終端系統三大部分組成。其傳輸的節目不再是單一的節目，而是將多套節目解壓縮后形成一個數碼流，通過介質網絡系統進入客戶端。其中網絡系統即HFC傳輸系統是指前端節目系統與用戶客戶終端之間的傳輸載體，一般由同軸電纜、光纖、光放大器、光分路器、光接收機、中繼站、CATV放大器、集線器、均衡器、供電器、分支分配器和用戶盒等設施、設備組成。數字電視有線傳輸系統信號質量高、色彩逼真，可實現不同分辨率等級接收，可實現加解密和加解擾，便于開展業務。

1.5" 數字電視地面廣播傳輸系統

數字電視地面廣播傳輸系統是一個寬帶的數字以點到面的多媒體傳輸業務平臺，它通過VHF和UHF兩個頻段進行音視頻和數據傳輸，其特點是信號高清穩定，我們以前看見的車載電視、移動數字電視就是靠它實現的。

地面數字廣播電視系統由發射端和接收端組成。發射端由前端編碼器和復用器、調制器組成，完成節目的制作、編輯、音視頻編碼、進行數據交織，輸出數據塊。接收端由解碼系統和解調器組成。發射端和接收端是一一對應關系。

2" 數字電視HFC組網技術

2.1" 數字電視在HFC網絡上的傳輸

以中國廣電內蒙古網絡有限公司莫爾道嘎分公司（以下簡稱莫爾道嘎廣電分公司）為例，莫爾道嘎在整個內蒙古廣電網絡中起著中繼站傳輸作用，地方很小但具有代表性。莫爾道嘎廣電分公司數字電視傳輸采用HFC的組網技術，由HFC前端、HFC網絡、機頂盒用戶端組成。其信號來源于自治區光纜干線網，利用AOT1550-02-41光放大器放大后將放大功率直接耦合至系列1 550 nm光發射機的輸出信號作為中繼站，提供更高的下行功率。

HFC網絡即混合光纖同軸電纜網絡是以光纖為骨干網，同軸電纜為分支網絡高寬帶接入網系統。下行信號帶寬很寬，上行信號帶寬較窄。骨干網是連接2個城域網的網，又稱廣域網，用光纖遠距離傳輸高質量的信號。城域網使用光纜加電纜組成的樹狀拓撲結構系統可有效傳輸和分配電視信號到用戶端。它既可以傳輸模擬電視信號，也可以傳輸數據交互信號業務。

在前端，數據信號和數/模電視信號進行混合將下行信號通過一根光纖線路傳輸到系統光節點，在光節點位置進行光電或電光轉換為用戶輸送電信號或光信號。

2.2" HFC網前端系統的組成

前端分為總前端和分前端。總前端結構相對復雜，與分前端相比結構大體一致，通常由衛星接收系統、數據交互系統、視頻音頻處理系統、自辦節目系統、接收系統和輸出系統、回傳處理系統及其他輔助系統等組成。

2.3" HFC網絡的設計

莫爾道嘎地區最初的有線電視網絡是采用同軸電纜傳輸，隨著網絡的整合，網絡改造成單向的HFC網絡，隨著業務的增加，網絡逐步改造成雙向的HFC網，現在就連最后的一公里也已被光纖取代。現在的HFC網絡支持交互式雙向服務。HFC網絡的組網非常靈活，通常有7種網絡結構形式：點對點組網、鏈路組網、環形網組網、相切環組網、環帶鏈結構組網、星形結構組網和樹形結構組網。

點對點組網適用于小區與前端或分前端的連接組網。

鏈路組網是一種利用通信鏈路構建網絡的技術。它通過將數據合理地分布到不同的鏈路上，實現數據的并行傳輸，從而提高網絡的帶寬和吞吐量。多鏈路組網具有較高的可靠性和穩定性，能夠在多個鏈路中自動選擇最佳的路徑進行數據傳輸。多鏈路組網還可以降低單鏈路故障對整個網絡的影響，提高網絡的可靠性。

環形網組網是通過2條星形線路來實現的，采用一個總前端加若干分前端的的組網方式。將網絡中的所有節點都一一串聯起來，且首尾相連，沒有任何節點開放時就形成了環形網拓撲結構。其有自愈的功能，具有較高的可靠度。它由一個總前端、無數個分前端組成，省級與市級、市級與縣級，縣級與鄉鎮級或者是省級與縣級、鄉鎮級由1 550 nm做光發射機通過光纖組成一個閉環，實現雙向互聯互通，任何一個分前端故障，都不會影響其性能。

相切環組網是由2個或2個以上的環形網通過網元以相切的方式連接在一起，使得組網配置更為簡潔。當一個環出現故障時不會影響其他的域，以實現快速恢復環網上各節點間的通信。

環帶鏈結構組網是由環形網絡和鏈形網絡2種網絡組合而成的網絡結構。既具有環形組網結構的可靠性和穩定性，又具有鏈形組網結構的簡單性和易實現性。在環帶鏈形組網結構中，數據可以在環路中傳輸，避免了因節點或鏈路故障導致的數據傳輸中斷問題，同時也可以通過鏈路直接傳輸數據，提高了數據傳輸效率。環帶鏈形組網結構適用于大規模、節點數量較多的網絡場景，能夠提供高效、穩定的數據傳輸服務。

星形結構組網是指以網絡中的一個核心樞紐點為核心節點，所有其他節點都與該節點相連而形成的網絡，而每個節點之間通過環形連接，形成一個閉合的環路。莫爾道嘎局域網采用的就是星形結構組網，一旦分前端出現故障，整個局域網都受到影響，而某個節點本身出現故障只會影響該節點信號，不會影響其他節點正常通信。

樹形結構組網是指等效于T形網絡，由多個層次的星型結構縱向連接而成，形狀類似于一棵倒置的樹，頂端是樹根，樹根以下帶分支，每個分支還可再帶子分支。在樹形網絡拓撲結構中，每個節點都是相互獨立的，這使得節點之間的通信更加方便快捷。同時，由于樹形結構的特點，每個節點之間流量的傳輸路徑是明確的，這也保證了數據傳輸的可靠性。

2.4" HFC網絡的功能應用

現代的HFC網絡服務包括音頻、視頻、數據通信及電信業務，未來的網絡要實現手機看電視功能。在進行網絡規劃時必須根據運營需要考慮今后業務發展的總目標，提出合理的技術方案，結合網絡的具體功能，包括未來系統的功能，開展交互式數字電視業務的要求。設計時在總前端和分前端之間，光節點和分配接入網的配置一般根據用戶數及入戶率來考慮。

網絡劃分是根據國家新聞出版廣電總局標準，按照HFC網絡的下行帶寬從87 MHz到862 MHz，上行帶寬從5 NHz到65 MHz來計算的。估算出最大入戶率，來確定光節點。莫爾道嘎城域網的光節點按照500戶的標準設計。每個光節點最少預留出6根光纖，以便于日后的網絡升級改造。莫爾道嘎城域網的分前端機房接收來自骨干網的數據信號，通過光接收機、光發射機、前置放大器、光分射機和數據交換機等有源器件進入HFC網絡送入客戶端。也就是說，HFC網絡前端通常只有一個前端，所有信號處理及服務都集中于前端，從骨干網上傳輸下來的業務，通過光纖干線傳輸到各個分前端，分前端的輸出就是普通的HFC光纖傳輸網。

在當今的通信領域，電信公網采用SDH和SONET標準。數字電視骨干網可以采用與電信公網相同的標準，這樣能做到兼容，使數字電視骨干網能夠很好地接入公網。

在HFC應用中，通常選用波長為1 310 nm的光纖發射機作為局域網的光鏈路和1 550 nm的光纖發射機作為骨干網的光鏈路。1 310 nm損耗在0.35 dB/km左右，1 550 nm損耗在0.22 dB/km左右，可以看出1 550 nm波段在光纖傳輸中損耗要比1 310 nm波段小得多，1 550 nm適用遠距離傳輸。因為鏈路損耗是從光發射機至光接收機的總損耗，所以1 310 nm和1 550 nm是根據網絡傳輸的距離來確定的，當距離小于30 km時，一般采用1 310 nm光纖。在有交互式服務的網絡中，是以交換機為中心構造的網絡體系，在不同的端口之間傳信息，告別速度慢的特點。

2.5" HFC網絡的回傳系統

現在的HFC網絡都已經實現了雙向傳輸。在信息化浪潮席卷全球的時代，HFC網絡在CATV網絡中起到了極其重要的作用，HFC網絡的回傳通道部分是整個HFC網絡的重點。它完成了數據交換、電信業務，對三網融合起到了至關重要作用，提高了CATV生存空間。總之，建成一個高質量的HFC雙向網絡，才能使其在業務能力方面或網絡安全上都具有更強的競爭力。

2.6" 回傳通道調試方法

1）等效數字調試信號法：在調試時，從任何一個光節點回傳到前端的射頻信號RF電平保證基本一致。這樣才能避免相互干擾。

2）掃頻法：這種方式比較麻煩不容易成功，很少使用。大概意思就是先用信號發生器輸入一個單一的正弦信號，通過改變輸入信號的頻率、幅度得到一個已知的輸出結果。

3）單信號或多信號法：和掃頻法類似。

回傳通道的調試步驟：從任何一個光節點回傳到前端的RF信號電平相同，這是回傳通道調試應當遵循的規律。

1）從前端向終端方向，分段進行調試，在進行分配網回傳信號調試前，一定要先完成前端機房回傳平臺信號的調試，光鏈路和電纜網絡應分別進行電平平衡，電平要設置合理，到達前端的回傳信號NPR、BER滿足系統要求，使雙向回傳工作穩定；用場強儀調試光發射機最佳輸出電平為105 dB，在回傳接收點，調整光接機回傳衰減，使進入光接收機的信號電平為78 dB。

2）回傳光纖鏈路調試：首先正向鏈路安裝調試好后，建立回傳光鏈路，安裝前端反向光接收模塊，在光節點安裝并固定回傳模塊，用場強儀測量光接收機的輸入光功率，具體數值由設計時演算確定，用跳線把回傳通道建立后，檢測前端光接收機的光功率是否正常，是否達到設計要求，保證調試后所有反向到光接收機后出來的RF信號電平為一個數值，這個值就是前端機房混合后的一個輸入值。

3）放大器鏈路調試：根據雙向放大器操作指南，明確其性能、了解回傳放大模塊輸入電平的激勵幅度，調解回傳增益旋鈕和回傳均衡插片，使放大器輸出的增益能滿足反向信號的損失，邊調整邊仔細聽放大器輸出端的監聽器聲音是否悅耳、查看圖像是否逼真。

4）無源分配網測試：通常采用無衰減的無源分配器進行測試，保證輸入與輸出信號電平基本一致。

5）回傳通道NPR指標調試：NPR即信噪比S/N，通常采用3種方式：①過零增益調試。進行零增益調試時，要保證光發射機的S/N處于最佳狀態；②同軸電纜阻抗傳輸失配。通常引起同軸電纜傳輸阻抗失配的原因是電纜因屏蔽層阻抗失配引起屏蔽系數下降，莫爾道嘎廣電分公司通常采用四屏蔽同軸電纜，其用戶接頭由專人做，保證用戶接頭達到標準且接觸良好；③上行時隙反射。上行時隙反射是指同軸電纜的內導體發生阻抗失配所產生的噪聲，最常見的就是電纜抽芯。發現故障點后對接頭進行檢查，如果有條件就在網絡中插入帶故障尋址的BOSS系統，通過BOSS系統可查出每個MAC對應的用戶地址，進一步判斷出故障點。

2.7" 數字電視傳輸系統中手機移動數據業務的實現

移動手機數據業務簡單說就是利用手機終端看電視、打電話的業務。如何實現這一功能？廣電運營商和移動運營商都進行了深入探討。現在的手機電視業務跟廣電一點關系都沒有，它是移動運營商利用移動通信網絡實現的，需要客戶上傳，并沒有真正地實現手機看電視功能。廣電運營商也沒有實現手機移動數據功能。該功能需要廣電運營商和手機生產商進行合作，生產出廣電運營商需要的手機，該手機支持廣電運營商提供的數字電視業務。廣電運營商應當充分借鑒移動運營商的經驗，為移動手機用戶提供電視功能，同時也為電視實現移動和通話功能，車載電視功能怎么才能搬運到手機上，理論上是完全可以實現的。

有線電視向移動電視跨越，增加手機功能的趣味性，從而分取手機業務這杯羹。移動手機數據業務的實現方式移動運營商和廣電運營商的理念是不一樣的。移動運營商實現手機電視業務是依據蜂窩移動網絡、數字電視傳輸網絡、蜂窩移動網絡數字電視傳輸網絡相融合的方式。手機電視數據業務對廣電網絡來說是一個新興的產業，廣電運營商怎么做才能實現手機電視數據業務，筆者總結以下幾點。

1）依托現有的有線電視網絡體系，打造屬于自己的移動多媒體體系。根據廣電要求建立空天地三位一體的有線電視多媒體系統。借助車載電視技術和公共服務平臺，在手機終端下載一個電視多媒體軟件，實現有線電視無線化。

2）與移動運營商合作，建立自己的移動基站鐵塔，利用廣電網絡數字廣播網絡的優勢，爭取廣電的支持，廣電運營商開發出一款能在手機終端上安裝的電視播放軟件，由廣電運營商把相關的電視節目打包提供給用戶使用，實現手機看電視等多種互動增值業務。

2.8" HFC網絡結構的演變

隨著技術的進步，網絡結構也在不斷優化。為適應人民日益增長的文化需求，數字新媒體的出現改變人民的認知，數據業務的不斷增加，對網絡要求越來越高。廣電網絡在走集團化發展，HFC網絡也因勢而為形成全國一張網，以便于其語音、數據交換傳輸。現代HFC網絡帶寬越來越寬，可以支持多種業務。其結構演變完成了從單向向雙向的升級，融入了數據和語音業務。隨著HFC光纖網絡的不斷演變，手機數字電視業務終將實現。

總之，隨著電子信息技術的發展，數字新媒體網絡數據化、寬帶化、光纖化，無論在設備還是技術上，同軸接入逐步讓位光纖接入，模擬電視機讓位數字電視機，電視機正逐步計算機化，電路交換正逐步讓位以IP為主的數據交換等。三網融合為移動視頻行業的發展提供了機遇，數字電視傳輸應利用其自身的優勢，組建自己的手機終端服務業務，實現手機看電視，謀取更長遠的發展。

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作者簡介：張善明（1974-），男，電子工程副高級工程師。研究方向為人工智能與5G通信技術。