[摘要]文章首先简单介绍HFC网络的现状；其次讨论有线电视网络中传输数字电视存在的问题；最后对HFC网络设计原则和维护等技术问题进行探讨。
[关键词]HFC网络；数字电视；模拟电视；光纤同轴电缆混合网；设计原则；网络维护
[作者简介]韦国宇，广西广播电视信息网络股份有限公司南宁分公司助理工程师，广西南宁，530022
[中图分类号]
[文献标识码]A
[文章编号]1007-7723(2007)08-
一、引言
目前的光纤CATV网是在以同轴电缆为传输介质传统的CATV分配网络上发展起来的光缆于线替换电缆干线，在前端HE(head end)到光节点ONU(optieal network unit)之间采用光缆传输多路AM-VSB电视信号，光节点到用户家中利用同轴电缆分配网传输和向用户分配信息。
在国家广电总局的大力推动下，我国数字电视发展进入实质性阶段，目前在有线电视HFC(HybridFiberCoax)网络中同时传输模拟电视信号和数字电视信号。在适应数字电视传输时存在一些问题，突出地表现为数字电视传输和数据业务传输的不稳定。下面先简单介绍HFC光纤同轴混合网的现状，然后对HFC网络设计原则和维护等
二、HFC光纤同轴混合网的现状
HFC网以其覆盖范围广、频带宽和接续时间长等优点，被认为是综合业务宽带接入向光纤到户(FTTC)过渡的理想方案。和同轴电缆网相比，HFC网损耗小、可靠性高、抗干扰能力强、带宽更宽，为网络多功能综合业务的开发创造了有利条件。且前，HFC在一个500户左右的光节点覆盖区可以提供60路模拟广播电视节目、下行速率至少lOMb/s以上的数据业务，利用550～750MHz频带还可提供至少200路MPEG-2的数字电视业务以及其他双向数据业务。
1998年3月，国际电联ITU-T第9研究组批准了一批新的J系列建议，其中J.93(有线电视系统中数字电视二次分配的条件接人要求)、J.112(交互有线电视业务的传输系统)和J.113(通过PSTN/ISDN的数字视频广播交互通道)等建议规范了HFC接入方式，为HFC交互业务的大规模商业应用铺平了道路，将有力推动HFC网向多功能应用的方向发展。
HFC网是目前世界上公认较好的接入方式，是解决信息高速公路最后1公里宽带接入网的最佳方案。HFC综合网可以提供电视广播(模拟及数字电视)、影视点播、数据通信、电信服务(电话、传真等)、电子商贸、远程教学与医疗以及增值服务(电子邮件、电子图书馆)等极为丰富的服务内容。综合技术、经济等诸多因素权衡并考虑未来发展方向，充分利用有线电视网络资源优势来实现对Internet的宽带接入，已成为众望所归的主流方案。从长远看，HFC网计划提供的是全业务网(FSN)，将来用户数从500户降到25户，实现光纤到路边。最终用户数可望降到一户，实现光纤到户，提供一条通向宽带通信的新途径。
三、现有的HFC网络适应数字电视传输
(一)数字电视对现有HFC网络的要求
目前大多数有线数字电视系统都是执行DVB-C的标准，在该标准下，对于具有中等质量的网络(即达到GY/T106-1999要求)，选用64QAM的调制方式比较合适，它对数字信号的传输能起到积极的作用。数字电视信号抗干扰能力强、对各项参数指标要求低，只要现有HFC网络指标正常，即可开通数字电视信号，通过数字机顶盒收看数字电视节目。
(二)数字电视与模拟电视指标的比较
1、模拟电视传输指标。失真控制主要是通过采取措施让系统满足交扰调制比CM、载波互调比IM、载波组合二次差拍比CSO和载波组合三次差拍比CTB，四项技术指标要求。在750MHz(860MHz)系统中，传输频道多，CTB起主导作用，CTB值满足时，其他非线性指标均会得到满足。因此，控制非线性失真又以控制CTB为主。为此，这里以其主要指标C/N和CTB进行分析。按满负荷79路PLA-D标准频道时的分配网络设计，26dB的放大器级联数小于3，模拟电视系统指标分配见表1。
2、数字电视与模拟电视指标的比较由表2可知。数字电视的CTB指标比模拟电视高3dB，C/N指标比模拟电视低10dB，对数字电视而言，CTB指标要求更高。对光纤到节点的HFC网络而言，光纤传输指标可达到C/N≥50dB，CTB≥65dB。在同轴电缆传输的分配网络中，原模拟电视指标若能满足要求，数字电视指标也一定能够满足要求，这是因为目前数字电视采用64QAM数字信号，传输电平比原模拟信号低10dB μV，这样C/N将下降10dB，但CTB指标将改善20dB。为此，只要现有的HFC网络指标正常，即可进行数字电视传输。
四、HFC网络在适应数字电视传输时存在的问题及其原因
(一)存在的问题
数字电视开通后，有一个问题，就是用户家中接收数字电视信号不太稳定，严重时无法收看数字电视。数字电视传输时引发的各种故障反映到图像上就是马赛克、静帧、“断崖效应”，这给数字电视的维护、故障排除造成一定的困难。
(二)存在问题的主要原因
数字电视信号不稳定，其实质是HFC网络的C/N、CTB等技术指标下降，或者系统严重老化，质量较差。此时模拟电视信号的技术指标也不能满足要求，反映到图像质量上是质量等级下降，因此HFC网络的改造势在必行。
五、HFC光纤网络设计原则与维护
(一)HFC光纤网络设计原则
1、光波长的选择。在进行光纤网络设计时，首先应确定传输光波长。在光纤传输的三个波长中，由于850nm波长损耗较大，不宜在有线电视系统中使用。1310nm波长损耗较低、色散最小，价格也较便宜，目前国内有线电视系统中用得最多。1550nm波长损耗最小，而且可以采用光纤放大器进行中继放大，可以传输更远的距离；但其色散较大，价格较贵。近年来，1550nm技术逐渐成熟、应用也逐渐广泛。就目前而言，当传输距离小于35km，覆盖范围大时，采用1310nm技术具有较高的性价比。当传输距离较远，覆盖范围大时，若采用1310nm技术，需加接中继放大，不但会加大成本，也会降低传输指标，这时，采用1550nm技术成本反而更合算。当然，在进行网络设计时成本不是唯一要考虑的因素，可靠性、灵活性和可扩展性等多种因素也是必须考虑的。
2、确定光纤网络频带宽度。目前，广电总局有线电视所提出的一种新型有线电视网络频带划分：5～65MHz作反向传输频带；65—87MHz作过渡带；87～550MHz作正向传输频带，用于传输模
拟信号，可传55路电视和52路调频广播信号；550-750MHz用于数字业务传输；750～1000MHz用于未来通信。事实上，上限频带宽度的确定对光纤传输网络来讲，主要取决于光发射机的工作带宽。所以网络设计对光端机的选用应优先上限频率750MHz，这样可使网络的容量一步到位。
3、光纤芯线用量的选择。在系统设计时，预算中的光缆投资并不大，而系统建好后因增容再增设光缆，投资会更大；而且16芯较12芯、12芯较8芯光缆在价格上相差不大。因此，在系统设计时，应考虑在每个光接收点处至少预留3～4根光纤。
4、光纤网结构和光节点布局。有线电视最终发展方向是要实现双向传输和开展交互式业务，所以树状结构已不适应这一形势的要求。目前最流行的是星形FTF结构。这种光纤到节点(FTF)的结构，具有很高的价格优势，并具有结构灵活、很容易升级到FTLA(光纤到最后一个有源体)、达到光分配一次到位的优点，所以建议新建及改造的系统采用FIT结构模式。
根据用户的居住情况适当划分分片区，连片楼房取2000户为一小区，特别密集的地区取5000户为一小区，住户稀疏地区和平房住户取1000户为一小区，每个小区设置一个光节点。光节点的设置考虑与光缆路由协调一致，以便于系统网络的分期、分批、分片实施建设。每个光节点的服务区，一般以半径不超过1km的范围为宜，即不用加更多的干线放大器就能覆盖，并为今后的发展，缩小服务区范围提供基础。
5、光路由的选取。光路由的选取，除了遵守前面网络规划中的基本原则以外，在自愈式环形网中，还应尽量考虑环网中两个支路的平衡(等距)，以便于设计安排光发、光收设备。
6、光纤链路设计功率裕量。光纤传输虽然具有低损耗的优点，但光纤传输链路所允许的光损耗范围是有限的。一般AM光发射机输出功率最小，只有4～16mW，光纤传输链路的光损耗通常为10～14dB，而光端机成本又比较高，所以每1dB的成本都相当高，同时每1dB折算到传输距离上，对1310nm光纤是2.5kin，对1550nm光纤是4km。可见每1dB的光损耗具有很高的经济效益，因而在设计光链路损耗和进行光功率分配时，一定要精打细算。通常在光链路设计时，应预留0.5～1dB的的裕量。
7、HFC网络设计指标分配。合理分配指标可以优化整个系统的性价比，达到预期的设计目标。指标分配的主要依据是《声音和电视信号的电缆分配系统》(GB/T6510-1996)、《有线电视系统工程技术规范》(GB50200-1994)、《有线电视广播系统技术规范》(GY/T106-1999)和《市、县级有线广播电视网设计规范》(GY5063-1998)等标准。
一个完整的HFC有线电视网络由前端、光纤网、电缆网和分配网组成。这几部分的指标可根据需要和可能适当搭配，使用户端口达到国标GB6510-1996的要求。其主要指标是：载噪比(c/N)＞43dB，复合二次差拍CSO＞54dB和复合三次差拍CTB＞54dB。
(二)HFC网络维护
1、HFC网络光传输系统的技术维护。HFC网络光传输系统的技术维护包括三部分：光发射部分的技术维护、光缆干线的技术维护和光接收部分的技术维护。
(1)光发射部分的技术维护。光发射部分是光传输系统的核心部分，一般由前馈干线放大器、光发射机、光放大器和光分路器组成。其功能是把前端的射频信号转换成光信号，并把光功率按不同的比例分成多路光信号，使其在光纤中传输。这部分的设备比较昂贵，对外界环境要求较高，因此技术维护要做到以下三点：
第一，机房配备足够容量的不间断电源UPS，机房温度要保持在25℃左右，各种设备的面板要保持无尘。
第二，对光发射机和光放大器进行检测，检查和分析各项运行数据，判断光发射机的射频输入电平和输出光功率、光放大器的输入和输出光功率是否正常。
第三，检查声光报警装置、各种按键和指示灯的状态是否正常，检查各种设备接地是否良好。
(2)光缆干线的技术维护。光缆干线的主要功能是传输光信号，其敷设方式分为地埋和架空两种。架空光缆由于费用低而常被采用，但容易被人为破坏和受环境条件影响而损坏，因此主要探讨架空光缆的技术维护。
第一，经常巡查光缆干线线路，每月至少一次徒步巡线，重要路段要重点巡查，主要检查光缆的垂度是否过大、挂钩的间隔密度是否合适、吊线与其他线路交叉处的防护装置是否符合规定。
第二，检查光缆干线的防雷设施，定期进行测试、检修，保证性能良好。
第三，用光时域反射仪对整条光缆干线进行衰减特性、熔接头损耗和光链路损耗的测试，对损耗超标的熔接点要重新熔接。
(3)光接收部分的技术维护。光接收部分的主要设备是光接收机，其功能是进行光，电转换，并对射频信号放大。它一般安装在野外，工作环境较差，因而更要注意维护。
第一，检查光接收功率的射频输出电平是否正常。
第二，检测光接收机的接地电阻是否符合要求。
第三，检测整条光链路的主要技术指标C/N，C/CSO，C/CTB，并对数据进行分析。
2.数字电视机顶盒在HFC网络维护中的运用。HFC网络整改后的最远终端数字电视机顶盒上“信息显示”的指标内容，实践证明，当数字电视终端电平≥50dBμV时，数字电视机顶盒“信息显示”反映系统信噪比S/N均为40dB。这里需要强调的是个别频道受某种原因影响(如干扰)会使信噪比下降，但就信噪比S/N而言，只要S/N≥24dB，数字电视就不会出现马赛克。下面举例说明数字电视机顶盒在网络维护中的运用。
(1)比如低端z5频道中的中央1台等节目出现马赛克，其他频道正常，机顶盒显示信号强度63dBμV，信噪比40dB，这是由于放大器的输出电平过高导致CTB指标下降造成的。解决方法是适当加大均衡量使放大器低端输出电平降低或降低放大器的输出电平。
(2)比如高端DS30频道中的安徽卫视等节目出现马赛克，低、中端频道正常，机顶盒显示信号强度40dBμv，信噪比23dB,这是信噪比S/N指标下降造成的，配合使用场强仪确定放大器工作电平正常，说明故障在分配网络。
六、结论
目前，我国数字电视铺开、整合如火如荼。本文首先简要介绍数字电视传输的HFC网络技术现状，并展望其计划提供全业务网(FSN)的美好未来；其次，分析指出现有的HFC网络适应数字电视传输；再次讨论有线电视网络中传输数字电视存在的问题及其原因；最后文章重点研究和分析HFc网络设计原则，并讨论了HFC网络光传输系统的技术维护和数字电视机顶盒在HFC网络维护中的运用。通过对HFC网络设计与维护详细地讨论，希望能够给予HFC网络技术工程师一定帮助。
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