基于BroadCableTM技术的北京大学有线电视网络的升级改造

管佩森

（北京大学 现代教育技术中心，北京 100871）

数字电视是发展趋势，2009年6月12日美国当地民众彻底告别了模拟电视信号，迎来了数字化电视时代。2011年底北京市普及数字电视，中国将于2015年全面停止播出模拟电视节目。但是目前北京市的大多数高校的有线电视系统都还处于模拟电视状态，北京大学也不例外。系统建设主要内容包括本地节目如何处理，改造成本如何最省，有线电视如何服务教学等。

1 北京大学有线电视系统现状

北京大学有线电视系统起步于1988年，1994年初正式加入北京有线台微波网，1996年并入北京市有线电视光缆网。目前我校有线电视系统为750 MHz，全校的光缆干线基本入地，传送节目66套，其中本地节目18套，全校共有33个光节点，覆盖整个校园和蔚秀园、承泽园、畅春园、燕东园、中关园、科技园、燕北园、万柳公寓等园区。目前系统设备老化、故障率高，并且存在低端干扰严重、高端信号电平低、图像质量差等问题。广大教职工要求收看高清数字电视的呼声也越来越高，因此数字化改造已经到了不能不做的地步了。

2 网络改造

HFC+Cable Modem技术本质上的局限性造成了HFC要演变为有效的双向接入网，必须面对投资过大、可靠性不高、带宽潜力不足的问题[1]。光纤到楼（FTTB）是目前广电网络看好和普遍采用的组网形式，也是现阶段“光进铜退”所能做到的比较切合实际的方法。光纤到楼使光节点更接近用户终端，为今后网络结构向光纤到楼宇单元以及光纤到户（FTTH）发展打下了基础。光纤到楼系统性能大大提高，可充分保障未来新业务对网络的需要，无需再对网络进行大规模改造及反复修补。

基于HFC+Cable Modem技术的缺陷和光纤到楼的优势，本次系统改造拟采用东方广视BroadCableTM技术，利用原有HFC有线电视单向网络，充分利用现有的光纤网和同轴分配网，采用光纤到楼（FTTB）的光纤收发器+EoC组网方式，配置回传通道，实现有线电视传输网络的双向改造。这种在同轴电缆链路采用EoC设备结合在光缆上采用光纤收发器设备实现数据信号传输的方式具有结构简单、易维护、信息容量大、保密性好、低成本、快速组网等优点[2]。系统总体结构如图1所示。

图1 系统总体结构图

2.1 系统带宽的选择及频谱划分

HFC网络的一大优势是频带宽，易实现多功能应用。在我国PAL制式下，550 MHz的网络只够传输邻频配置的50个模拟频道，要传输附加业务的话，至少要有750 MHz的网络，一些业务较繁忙的地方已经开始建设862 MHz，有的甚至是1 000 MHz的网络。

从发展的角度来看，为了以后开发多功能业务的需要，将HFC网络的带宽选为1 000 MHz，这样考虑了日后业务发展的需要。频率分割方案如表1所示。

表1 频率分割方案

2.2 前端机房

交互式数字电视平台包括数字广播电视系统和互动点播系统。数字电视广播系统依托海淀有线基本电视节目，在北大机房建设本地电视节目平台，本校18套本地节目经过编码、复用、加扰、QAM调制、加扰后与海淀有线机房数字电视群信号混合，通过预留频点混入有线电视网，并建立CAS条件接收系统，可对本地电视节目进行管理和小区用户业务管理。

互动平台系统采用集中部署架构，统一建设管理系统、统一的节目注入和分发CDN系统、视频推流系统、播放控制鉴权系统等。采用IPQAM技术方式实现交互功能，IPQAM技术可以实现视频点播、电视网站、交互节目、网络游戏、海量信息等所有业务。支持MPEG-2，MPEG-4，H.264，AVS等多种编码格式的音视频内容传输，发挥高压缩比、带宽资源占用少的优势，并且可以灵活组合。双向HFC网络系统可以通过双向机顶盒终端和CM上行通道实现上行用户指令传输，利用HFC下行通道传输用户点播的内容。可以将有线电视网的多个模拟频点连续使用，也就意味着将同轴电缆网络改造为1个4 Gbit/s（按照64QAM调制计算）到电视机终端的真正宽带网络系统，远远大于ADSL几兆和城域网络百兆或千兆到桌面的带宽。IPQAM技术采用数据和视频分通道传输的方式，业务之间没有任何影响，既保障了视频节目的稳定传输又保障了数据和语音业务的良好传输[3-4]。前端机房总体结构见图2。

图2 前端机房总体结构图

2.3 光传输网络

对HFC网络来说，目前有1 310 nm和1 550 nm这2个波长可供选择，在1 310 nm波长处，激光器的输出功率大、线性好，光纤的色散小，但是传输损耗略大一些。而1 550 nm波长的特点是光纤的传输损耗低，色散较大，价格较贵，一般在有多个距离超过30 km的光节点时才采用。综合各方面的因素考虑，继续采用1 310 nm波长的光发射机。

光传输环节比较简单，是完全标准的做法，从北大机房到各个小区机房，采用2芯光纤网络，1芯用于传输交互式电视信号，另外1芯用于双向回传信号传输。小区机房使用光分路器做到光纤直接到楼栋，光分路器输出信号无须放大器放大，直接送用户分配网络。建设光纤收发器系统，实现前端机房与全部光节点之间的双向数据通信。

2.4 同轴分配网络

光纤到楼后需要把光信号转换成电信号通过电缆经用户分配网络接入到用户终端。同轴分配网环节主要解决入户网络的回传问题，有线电视的广播业务采用同轴电缆将信号按分支分配方式接入到户。双向数据上、下行业务的电信号传送采用东方广视BroadCable™架构的无放大器EoC方案，在光站输出处接入EoC网关设备。EoC网关用于与各用户所使用的EoC调制解调器进行通信，对串口调制解调器上传的指令进行汇聚、解调、再调制，转为低频信号继续上传。由于EoC网关已经有效屏蔽了汇聚噪声的影响，因此在此将信号重新调制为更适于长距离传输的低频信号进行上传。EoC网关通过内置的光纤收发器建立与前端机房的双向链路，实现在有线电视网络上开展互动电视、宽带接入业务和VoIP业务。EoC网关设备高频方案采用FSK调制技术，支持串口EoC调制解调器用于互动电视业务。低频方案采用HOMEPNA技术支持网口EoC调制解调器，用于宽带接入业务及VoIP业务，支持PC上网或网口机顶盒的双向互动应用[5]。EoC方案充分利用现有网络的同轴电缆、分支分配器资源，能够有效节省网改成本。支持多个独立信道，可同时共缆传输，如今后用户数和带宽需求增加时只需叠加多个信道即可实现。EoC方案利用高频传输和OFDM调制技术有效抑制回传噪声，增加了网络的稳定性，减少网络维护成本。同轴分配网络示意图如图3所示。

图3 同轴分配网络示意图

2.5 入户网络

视频互动业务和宽带接入业务在用户家里分属于不同的功能区，前者属于客厅和卧室，后者属于书房。采用两类用户终端回传调制解调设备，一类专用于处理机顶盒指令，一类专用于宽带上网业务。因此在终端用户区，电缆进入楼栋并入户后，经过分支分配器，分成了两股分支，一股可以直接连接电视机，另一股连接CM。由CM再分成两股，一股连接计算机或交换机，另一股连接电话机，从而实现3类设备通信链路的融合。

3 改造后的预期效果

改造完成后，有线电视网络的节目传输能力达到几百套，并提供丰富的服务[6]。广大用户可以欣赏到与DVD，CD相媲美的视频、音频效果，获得高品质的享受。实现时移电视、视频点播、宽带上网等许多新的交互功能。届时用户坐在电视机前，手持遥控器就可以缴纳水费、煤气费、固定电话费、手机费，或选择医院预约挂号服务，真正让观众从被动收看到主动选择，享受到一对一的服务。此外，改造后网络干线全部都是光缆，主干线路故障率将大大降低，法轮功等邪教和反动组织搞破坏的难度加大，可以确保学校有线电视网络的政治安全。

4 小结

作为高等院校，经费都很紧张，要拿出上百万元甚至数百万元的资金来对有线电视系统进行改造是不容易的。因此要充分发挥有线电视系统的现有功能，逐步开发使用其潜在功能，实现打电话、看电视、宽带上网的三网融合，还可以把学校的教学资源上传到服务器，用户手持遥控器就可点播这些教学资料，这不但给用户带来了极大方便，还可以实现有线电视服务教学科研工作[7]。

应用基于东方广视BroadCableTM技术的双向网改造方案，投资少，改造简单，噪声汇聚小，具有良好的开放性和标准性，为用户系统提供自主管理和分布管理支持。具有良好的业务流设计和人机界面设计，提供自主管理平台和定制化接口，支持我校将图文、音频和视频等资料注入系统。通过双向高清机顶盒，用户可在家中、校园内点播共享到教育资讯浏览、视频影片点播、图文教材及远程视频教育等多媒体资源。因此基于东方广视Broad-CableTM技术的光纤收发器+EoC解决方案，实现光纤到楼的有线电视双向网改造，对于尚未改造的兄弟高校具有一定的借鉴意义。

[1]林如俭，胡斌，宋英雄，等.光纤到楼（FTTB）是NGB的必由之路[J].世界宽带网络，2009（12）:77.

[2]王胜平，李增军，程俊刚.光纤到楼（FTTB）构建双向网络的EPON＋EoC应用[J].有线电视技术，2009（8）：32-36.

[3]陈勇，商彬.IPQAM设备关键技术的研究[J].电视技术，2008，32（S1）：122-124.

[4]李晓峰，王曦，崔卫，等.有线电视视频点播解决方案分析[J].电视技术，2007，31（4）：44-46.

[5]北京东方广视科技股份有限公司.双向交互数字电视系统技术方案[EB/OL].[2011-05-05].http://wenku.baidu.com/view/097f66fd04a1 b0717fd5dd92.html.

[6]任伶俐，査澜.基于EoC的HFC接入网络双向改造技术及应用[J].信息通信技术，2010（3）：7-14.

[7]李文，梁江华，赵开权.广西大学有线电视网络升级改造技术方案[J].广西大学学报：哲学社会科学版，2000（12）：202-204.