有线电视系统(CATV,Cable Television)也称电缆电视系统。之所以称为有线电视系统是相对于无线广播电视系统;之所以称为电缆电视是指有线系统中采用的物理传输媒质有同轴电缆。那么无线广播电视系统是指采用无线电波的物理传输媒质(即采用空中接口)来将多路电视信号以广播的方式传送到千家万户。因此,不论是无线电视系统还是有线电视系统,它们都属于接入网的范畴,初始目的就是为用户提供广播式电视业务及声音广播业务的接入。
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一、引述
1、广播电视业务接入系统的演变过程
自从有了电视机后,为了向用户提供多频道的电视信号,广播电视业务(包括调频声音广播业务)的接入系统在传输技术体制上是经历了多个阶段的演进变化的。首先是由无线广播电视系统向有线广播电视系统的转变,是电视业务信号的传输质量得到了极大的提高和保障。最初的有线广播电视系统被称为共用天线电视系统,由于该系统存在服务范围较小,当服务范围增大、接入的用户较多时,其电视业务信号的传输质量难以得到保障,关键是该系统在服务区内的主要电视信号的信源仍然来自于无线广播电视系统,仅是在信源传输的末端实现了有线传输。
为改进共用天线电视系统的不足,此时,将共用天线电视系统的天线和前端等设备设置到节目制作中心(我国一般为一个县、市范围配置为一个电视节目制作和管理中心),并在系统的干线部分采用低损耗的同轴电缆,使得系统的服务范围恢复到原地面无线广播电视系统的覆盖范围(服务范围),即干线电缆直接上联到业务节点接口(SNI,Service Node Interface)。此时的有线电视系统才被称为电缆电视(CATV,Cable Television)系统(干线部分和配线部分均采用同轴电缆传输)。
在演进为电缆电视(CATV)系统(全同轴电缆系统)后,此时的干线部分的范围有了很大的扩大,当干线部分传输距离过长时,仍然会对信源信号产生损伤,影响到最终用户接收到的业务信号质量。为了保证有线系统的传输质量,人们开始将干线部分的低损耗同轴电缆用光纤光缆来代替,配线部分仍采用传统的同轴电缆,形成了光纤同轴电缆混合(HFC)网络。此时,人们仍习惯的称为有线电视(CATV)系统,但它是基于HFC网络的有线电视系统。
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综上所述,对于广播电视业务的接入系统,目前其演变过程,经历了无线广播电视系统、共用天线电视系统、电缆电视(CATV)系统(全同轴电缆系统)和基于HFC网络的有线电视系统四个阶段的演进。下附件是对广播电视业务接入系统的演变过程的一个较为详细的描述。
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2、系统的相关概念
在我国国家标准GB/T 7400《广播电视术语》中,对上述所提到的广播电视系统的相关术语都有明确的定义,这里列于下表1-2中,其中包括无线广播电视、共用天线电视、有线电视(CATV)、地面电视广播等及前端和分前端等。
表1-2:相关广播电视的术语与定义
目前基于HFC网络的有线电视系统,具有三大主要特征:一是信源数字化,信源信号全部采用数字信号,包括原来的模拟电视信号全都数字化传输;二是传输双向化,不仅只有下行传输,也可支持上行传输。三是业务的多样性,不仅单单提供广播电视业务的接入,同时可以提供其它宽带数据业务的接入。
二、系统的业务能力
如今由HFC网络所承载的有线电视系统,人们虽然仍习惯的称为电缆电视(CATV)系统,但系统所提供的业务发生了很大的变化。我们知道,地面广播电视系统的初衷就是向用户提供电视广播业务和声音广播业务,且早期仅是单向的下行广播。随着地面广播电视系统的演进,特别是到了HFC网络所承载的有线传输系统,除向用户提供数字广播电视业务和声音广播业务外,还可支持上行业务,同时提供数据业务(如IP数据业务)和交互式视频业务(如VOD、IPTV)等。在我国国家工程建设标准GB/T 50200中,将有线电视网络系统所承载的业务进行了分类,分为应用类业务、传输类业务和信息服务类业务三类,具体涵义详见下表2中。
表2:有线电视网络系统所承载的业务分类
三、系统的网络构成
我们知道,对于有线电视系统随着系统的更新演进,使得系统的网络构成越来越复杂。
1、共用天线电视系统
最初的有线电视系统为共用天线电视系统。此时的系统网络构成相对简单,它分为前端部分、干线部分和用户分配部分,如下图3-1所示。由于其服务范围较小(通常为一个住宅区或一建筑群区),其干线部分通常由分配器的分支连接数个用户分配部分,必要时设置一级或多级干线放大器。用户分配部分一般设置于一栋住宅楼或一栋建筑物,通过分配器、分支器等无源器件连接于各用户。
图3-1:共用天线电视系统的网络构成
2、基于HFC网络的有线电视系统
目前的有线电视系统是基于HFC网络,其服务范围通常涉及到一座城市(县区域或市区域),又由于系统要支持包括IP数据业务的接入,使得采用光纤光缆的干线部分变得异常庞大,即它需要由宽带城域网所承载。我们知道,宽带城域网是由核心层、汇聚层和接入层所构成,此时,通常将前端设置在核心节点,必要时,应增加分前端设置在汇聚节点。因此将此时的有线电视网络称为城市有线电视网络,如下图3-2所示。图中的数字基带交换传输体系是指向电视用户提供IP数据业务的传输体系。对于前端部分可包括(但不限于)的技术系统这里汇列于下表3-2中。
图3-2:城市有线电视网络的构成
表3-2:前端部分的职能
实际上,目前的就广播电视业务等数据业务而言,又形成了一个本地网络,该广播电视业务的本地网络,就服务的用户数,已经远超过了固定电话的本地网,成为了最大的业务接入网络系统。
3、级联的有线电视网络
对于有线电视系统,为了信源的制作分发、监控管理、接入支撑等的需要,实际上,往往将多个城市有线电视网络进行级联,形成省级有线电视网络,在省会城市设置一个前端,并在所辖的另一个城市设置备用前端。此时的省级有线电视网络可由省际干线网、城域干线网和接入分配网所构成,如下图3-3所示。
图3-3:级联的有线电视网络
四、系统的频率配置
1、频段配置
依据ITU-R的规定,地面无线广播电视业务所使用的频段被分配于甚高频(VHF,30MHz~300MHz范围)频段和特高频(UHF)的一部分(300MHz~1000MHz范围)频段。即30MHz~1000MHz频段范围,但其中包括了声音广播业务频段(87MHz~108MHz)和其它无线电业务所使用的频段,这部分频段地面无线广播电视业务是不能使用的。
到了早期的有线广播电视系统,我国也是沿用无线广播电视系统的频段规划,仍然使用频段范围为30MHz~1000MHz,此时由于是有线传输,除87MHz~108MHz的声音广播频段外,该频段范围都可用于电视广播业务。但此频段规划仅考虑的是单向下行业务的安排,随着有线电视系统双向业务的开展,应考虑上行业务的频段安排。因此,我国相关标准对有线电视广播系统的工作频段进行了重新的规划,规定为5MHz~1000MHz频段,其中5MHz~65MHz频段为上行数据业务的频段。
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2、下行频道配置
在无线广播电视系统时,在划定的频段内,除去不能使用的频段,共配置了68个下行电视频道(一个频道按模拟电视信号,占用8MHz带宽),用DS-1~DS-68表示。在早期的有线广播电视系统时,除保留了大部分DS频道外,又增加了42个增补频道(仍然是8MHz带宽)的配置,用Z-1~Z-42表示,使有线系统的下行电视频道数大大地增加,这些频道既可以安排传输电视信号(或模拟电视或数字电视)业务,也可以安排数据业务的传输。在我国相关标准中,对有线电视广播系统的下行工作频道的配置有详细的规划。
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3、上行频道配置
在基于HFC网络的有线电视广播系统,调整了系统的工作频段,即5MHz~65MHz为系统的上行业务的工作频段。在我国相关标准中,对有线电视广播系统的上行工作频道的配置(包括2.4MHz和3.2MHz两种带宽)有详细的要求。
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五、系统的传输技术要求
1、下行广播电视业务传输要求
对于有线电视广播系统的下行广播电视信号及声音调频广播信号的传输技术要求,是在我国广电行业标准GY/T 106-1999《有线电视广播系统技术规范》及相关标准中规范的。
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2、上行业务的传输要求
对于有线电视广播系统的上行业务传输通道的技术要求,是由我国广电行业标准GY/T 180-2001《HFC网络上行传输物理通道技术规范》及相关标准中所规范的。
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3、数据业务的传输要求
对于有线电视广播系统的数据业务传输技术要求,是由我国广电行业标准GY/T 200.x-2004《HFC网络数据传输系统技术规范》及相关标准中所规范的。
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