广播电视有线网络频谱资源及优化分析

李婷婷，孙黎丽，赵 明，朱里越

(国家新闻出版广电总局 a. 广播科学研究院;b. 广播电视规划院，北京 100866)

广播电视有线网络频谱资源及优化分析

李婷婷a，孙黎丽b，赵 明a，朱里越a

(国家新闻出版广电总局 a. 广播科学研究院;b. 广播电视规划院，北京 100866)

首先分析了广电运营商完成前期双向网络整转后，包括模拟音频广播、模拟电视节目、数字音频广播、高标清电视节目、双向互动及宽带数据业务在内的频率规划方案；其次分析了网络传输、用户接入、视频编解码等关键技术和业务承载的发展方向；最后提出全数字化后广播电视网络频率划分建议。关键词: 全数字化；频率划分；频谱资源

伴随我国下一代广播电视网络(NGB)工程建设和三网融合的持续推进，以及“十二五”规划、“宽带中国战略”等相关政策逐步落地，我国有线电视网络正在全面进行数字化双向化升级改造。为提高广电网络对三网融合新业务和跨域型新兴业务的承载能力，有线网络通过下一代广播电视网络正在从传统的简单、单向管道升级为智能化双向管道[1-3]。

2012年初，八部委共同组织起草的《宽带中国战略》实施方案提出：到2015年，要实现宽带接入用户2.5亿户，在宽带接入能力上，城市家庭平均达到20 Mbit/s，农村平均达到4 Mbit/s。同年，国务院印发的《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》，首次明确提出实施宽带中国工程，要求到“十二五”末期，城市和农村家庭分别实现20 Mbit/s和4 Mbit/s以上宽带接入能力。同时，要求IPv6实现规模商用，三网融合全面推广，电视数字化转换基本完成。到2015年，宽带接入能力显著提高，95%的行政村具备宽带接入能力，相关装备和智能终端达到国际先进水平，全国县级(含)以上城市有线电视实现数字化，80%实现双向化，并基本完成数字地面电视覆盖。

因此，在完成有线网络双向数字化整转后，如何利用现有极其有限的频谱资源，既保障原有广播电视业务逐步向数字化、高清化、3D化升级改造，同时还要稳步开展包括视频点播、互动业务、宽带接入、智能家庭等新型业务。将广播电视网络赖以生存的频谱资源合理使用、优化配置、科学管理、积极开发，将社会效益和经济效益发挥至最大化是各地网络运营商面临的巨大难题。

1 有线电视网络频谱资源

人们将自由空间内频率在3 000 GHz以下的电磁波频谱划分为无线电频谱，无线电频谱段是目前最广泛利用的频谱段。根据传播和使用特性把无线电频谱划分为12种。其中有线电视网络中开展广播电视及数据类业务主要集中在中波、短波、米波、微波这4个范围，具体的频谱范围如表1所示。

表1 无线电频谱技术参数表

编号缩写波段名称频谱范围1ELF极长波3～30Hz2SLF超长波30～300Hz3ULF特长波300～3000Hz4VLF甚长波3～30kHz5LF长波30～300kHz6MF中波300kHz～3MHz7HF短波3～30MHz8VHF米波30～300MHz9UHF分米波/微波300MHz～3GHz10SHF厘米波3～30GHz11EHF毫米波30～300GHz12THF丝米波300～3000GHz

广播电视网络从单纯同轴电缆(Coax)网络升级改造为光纤/同轴电缆混合(HFC)网络。该网络架构既利用了光纤传输频带宽、损耗低的优势，同时又利用了同轴电缆廉价宽带接入的特点，大大提高网络频谱可用资源和网络覆盖能力。HFC网络具有1 000 MHz的系统带宽，这使运营商在实际运营角度得到了较高的性价比，因此HFC网络成为运营商在升级改造有线电视分配接入网络时的首选模式。我国有线电视网络在经历了330 MHz到450/550 MHz，再到750/860 MHz的三个标志性发展阶段后，现阶段系统带宽定位于1 000 MHz。

2001年国家广电总局颁布了HFC网技术规范和标准，于2005年颁布了GY 5075—2005城市有线广播电视网络设计规范，确定了有线广播电视网建设标准和技术规范，在频率规划上满足双向HFC网的基本要求。根据当前设计规范，有线电视网可用频段5～1 000 MHz波段划分如表2所示。

表2 GY 5075-2005中规定的频谱划分范围

波段名称频率范围/MHz业务内容R5～65上行业务X65～87过渡带FM87～108声音广播业务A110～1000下行业务

如表2所示的频谱范围划分是我国现阶段有线电视HFC网络频谱资源配置的统一规范，虽然具有普适性，但是不能针对各地的实际情况。因此，一个实际运营的有线电视系统频谱资源使用需要以规范中的划分方案为基础，结合本地的实际情况实行统一的规划、配置、调度和管理。

2 有线网络运营商频谱划分方案

近年来，随着广播电视双向网改造工程和省网整合项目，有线网络公司从单纯运营广播电视业务逐渐转型为多业务运营商。根据前期对各地的深入调研，各网络公司为保证各地广播电视业务和双向数据业务开展，在频谱划分规范的基础上结合当地实际情况，对网络频谱有如下划分:

1)某省级网络公司A

根据前期对A地网络公司的实际网络情况调研可知，当地双向网改后采用CMTS和EoC两种技术方案，频谱划分方案如表3所示。

表3 A地网络公司频谱划分方案

序号频率范围/MHz播出内容业务类型15～65CMTS上行通道数据业务2110～550模拟和数字电视广播电视业务3550～750全省集团客户数据业务4750～860SDV、IPQAM点播数据业务5860～1000EoC双向通道/CMTS下行通道数据业务

5～65 MHz用于CMTS上行数据传输；110～550 MHz以传统模拟广播电视业务为主，增加高标清数字电视业务和轮播业务；550～750 MHZ为全省的集团客户应用预留频点资源，用于开展全省集团业务应用；750～860 MHz增加SDV业务及VOD点播等应用；860～1 000 GHz用于高频EOC双向数据传输、CMTS下行数据传输，并扩容了边缘IPQAM的点播频点。

2)某市级网络公司B

根据前期对B地网络公司的调研可知，全市包含整改网和整改+NGB网络两种网络结构，分别采用CMTS、CMTS混合EoC两种技术方案。

(1)对于B市整改网，采用CMTS的组网方式，具体频率划分如表4所示。

(2)对于B市整改网+NGB网，采用CMTS和EOC混合组网方式，具体频率划分如表5所示。

表4 B市整改网频谱划分方案

序号频率范围/MHz播出内容业务类型130～40CMTS上行通道数据业务2111～200模拟电视广播电视业务3200～450CMTS下行通道数据业务4600～1000VOD业务数据业务

表5 B市整改网+NGB网频谱划分方案

序号频率范围/MHz播出内容业务类型15～32EOC双向通道数据业务230～40CMTS上行通道数据业务3111～200模拟电视广播电视业务4200～450数字电视广播电视业务5450～573CMTS下行通道数据业务6600～1000VOD业务数据业务

3 广播电视业务发展趋势

广播电视节目频率遵循模拟电视频道的划分，在111～862 MHz频段按8 MHz频宽提供数字电视节目。此外，有线电视网引入双向交互式的宽带通信网成为其发展的要求，基于HFC网络采用双向网改技术成为解决有线电视双向交互能力的手段。根据前期的调研结果网络情况主要频率范围及频点数量如表6所示。

表6 频率段及频点数量

序号频率范围/MHz频点数量1110～55054个2110～75079个3110～86293个

一个有线数字电视广播频道带宽为8 MHz，采用邻频配置，另外还需要通过数字调制技术进行基带信号的调制。在一个有线数字电视频道内，传输数据率根据调制方式不同，所能提供的带宽也不同，常见的调制方式是采用64QAM调制成每频点38 MHz带宽，其他还有128QAM、256QAM、512QAM和1024QAM，其中心频率根据标准GB/T 17786—1999中所给出的频率范围的中间值。如一个频点以64QAM方式进行调制，其可用带宽的计算方式如下。

首先计算符号率，其定义式为

D=W/(1+a)=8/(1+0.16)=6.896 6 MSample/s

(1)

其次计算总传输速率，其定义式为

S=D×N=6.896 6×6=41.379 Mbit/s

(2)

DVB-C的信道编码是RS(204，188)，有效传输速率为

SS=S×188/204=38.134 Mbit/s

(3)

基于这样一个现状，110～860 MHz有93个频点，在去除干扰和不可用频点的基础上，按照64QAM方式调制，至多可以达到3.6 GHz带宽左右。按MPEG-2标准、高清节目编码，每个频点可以有2路信号，最多不到200路，即便未来全部采用H.264编码方式进行编码也最多增加到300多路。在广电行业主流发展全4K节目的趋势下，采用H.264编码一个频点至多1路，也即实际上通过现有广播方式来传输真4K方式只能传输90多路。

除了基本的直播业务，还有互动业务和网络双向网改造都需要用到频点，还需要考虑到干扰和战备因素，按浙江省内实际使用的情况,24个频点来进行点播覆盖，16个频点用于双向网络改造，加上各地干扰和不可用的频道数(一般在5～8个)，48个频点可用于广播。

4 频谱资源优化方案

由于广播电视业务逐步向数字化、高清化、3D化升级改造，同时根据市场需求，必须增加视频点播、互动业务、宽带接入、智能家庭等新型数据业务，因此频率资源优化是各地网络运营商必不可少的研究方向。根据现有的技术方案，可用的频率优化手段有以下4种：

1)提升调制方式

(1)128QAM调制：SS=D×7×188/204=W/(1+a)×N=44.48 Mbit/s；

(2)256QAM调制：SS=D×8×188/204=W/(1+a)×N=50.84 Mbit/s；

(3)512QAM调制：SS=D×9×188/204=W/(1+a)×N=57.2 Mbit/s；

(4)1024QAM调制：SS=D×10×188/204=W/(1+a)×N=63.56 Mbit/s。

根据上述数据分析，单纯通过提升调制方式对整体网络带宽的提升并不明显。同时，调制方式对网络质量提出了更高的而要求，如果系统从64QAM提升到128QAM，传输质量响应提升一倍，对于运营商的设备、维护成本较高，综合性价比相对较低。

2)缩小广播域范围

通过缩小广播域的方式，实现频率的空分下移。把全部频点分为两部分，一部分进行全网广播，一部分向用户侧下移，达到缩小广播域的目的。举例说明：当系统采用1 310 nm网络，光节点覆盖300户用户，初期采用16个频点下移，下面对全网广播和频点下移两种方案的频点数目进行对比分析：

(1)采用全网广播方式：按照前面的计算方法得出，共93个频点；

(2)采用频率空分下移：93个频点中16个频点采用下移的方式，则频点数目为77个频点(全网)加上16×N(频点数×光节点数)；如一个城市有10万户，可用频点数目=77+16×(100 000/300)，约等于5 405个可用频点。而且频率空分下移全部采用现有技术，网络升级改造的成本相对较低。

3)纯IP化频谱改造

除战备需要预留的频点，其余频点全用于双向化改造使用，整体传输全IP化。这种方式一方面技术上尚未完全成熟，另一方面不能完全发挥出广电的特色，网络升级改造的成本巨大，无法很好地与通信运营商抗衡。

4)DVB-C2标准

DVB-C2由ETSI与2009年7月作为正式标准发布，采用新的编码和调制技术，同等部署情况下，频率利用率提高30%，全数字化改造完成后，下行容量可提升60%以上。有效解决了当前DVB-C标准单频点带宽的扩容问题，采用COFDM更好地支持业务自适应和动态分配。

DVB-C2的实际使用还有待整体产业链的推进和具体标准的落地，因此当前情况下尚不具备成熟使用的前提。

5 总结

根据现有广播电视频谱资源和业务发展趋势的分析，在传统广播电视业务逐步向数字化、高清化、3D化升级的前提下，各地运营商还需根据市场需求拓展包括视频点播、互动业务、宽带接入、智能家庭等新型业务，因此频谱资源的匮乏是各地有线网络运营商亟需解决的实际问题，如何能将广播电视网络赖以生存的频谱资源合理使用、优化配置、科学管理，是广电有线电视网络数字化后面临的重要问题。

[1] 城市有线广播电视网络设计规范：GY 5075—2005[S].北京：国家广播电影电视总局，2005.

[2] 孙丽.广播电视频率干扰原因分析及应对措施[J].数字通信世界，2008(11)：64-66.

[3] 陈旭彬. 我国无线电频率划分现状研究[J].数字通信世界，2015(9)：13-18.

Spectrum resource and optimization analysis of broadcast and TV cable network

LI Tingtinga,SUN Lilib，ZHAO Minga，ZHU Liyuea

(a.AcademyofBroadcastingScience;b.AcademyofBroadcastingPlanning，SARFT，Beijing100866，China)

Firstly, the frequency planning schemes of analog audio broadcasting, analog TV, digital audio broadcasting, high standard definition TV, two-way interaction and broadband data services are analyzed after the network is changed by the radio and television operator. Secondly, the development directions of transmission network, user access, video coding decoding key technologies and business bearing are introduced. Finally, the suggestion of the radio and television network frequency division after digitalization is given.

full digital; frequency division; spectrum resource

李婷婷，孙黎丽，赵明，等.广播电视有线网络频谱资源及优化分析[J]. 电视技术，2017,41(2)：61-64. LI T T,SUN L L，ZHAO M，et al.Spectrum resource and optimization analysis of broadcast and TV cable network [J]. Video engineering，2017,41(2)：61-64.

TN949

B

10.16280/j.videoe.2017.02.013

2016-06-27

李婷婷(1987— )，女，学士，工程师，主要从事有线电视网络、有线无线融合覆盖、无线覆盖网络、智能家庭物联网等相关方向的研究和技术服务工作。

责任编辑：薛 京