毕业论文《有线电视网络双向改造设计》.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流毕业论文有线电视网络双向改造设计.精品文档.广 西 大 学毕业设计（论文）课题名称 有线电视网络双向改造设计学 院 计电学院 专 业 计算机网络 学 号 010106203482 姓 名 石 磊 指导教师（签名） 年 月 日教研室主任（签名） 年 月 日二OO 年 月 日摘 要本文描述了南宁有线电视网络的现状和正在进行的改造采取方案，对新旧网络进行了比较，新旧网中双向业务的实现。广电网络是基于CATV发展起来的HFC网络，传统的HFC网络主要是为传输有线电视服务的，所以是以单向下行广播式的传输方式。有线电视经过近十年的发展，光缆已经越来越靠近

2、用户，许多光节点覆盖的用户在500200户之间。广电网络为了提供如宽带接入、数字电视点播等更多增值业务，所以必须对传统的HFC网络进行双向网改造。从目前技术选择来看，采用Cable modem方式和采用IPQAM方式实现双向业务的接入是较多为用户所接受和选择的改造方案。关键字：双向网改造、光缆、HFC、Cable modem、IPQAM。SummaryThis text description the city of Nan Ning numeral the present condition of the television network with under way of reform

3、ation adopt a project, rightness new the old network carried on comparison, in the old net double to business of realization, new the receive of program in the system with delivered to carry on analysis.The brocasting network is the HFC network which get up according to the CATV development, traditi

4、on of HFC network main is in order to deliver cabled T.V. service, so with one-way bottom line broadcasting deliver of type way.Cabled T.V. through the development in decade, the fiber optic cable have already more and more closed to a customer, many light the node overlay of customer at 500 of 200,

5、 the electric cable radius be or so in the 500 m.Brocasting network for providing to take to connect to go into such as the breadth, numeral television point sow etc. be more to increase in value business, so have to tradition of the HFC network carry on a double toward the net reformation.From curr

6、ently technique choice to see, The adoptionIPQAM way and way of the Cable modem are more to is accept by customer with choice of reformation project.Keyword: Double to net reformation、Fiber optic cable、HFC、Cable modem、IPQAM。目 录第一章 绪论 5 1.1网络现状 5 1.2改造必要性 5 1.3改造目标 7第二章 网络改造前双向业务的实现 81、系统概述 82、系统频谱规划

7、 9 3、系统特点 94、系统功能模块简介 105、UCLink接入技术特点 11第三章 网络改造设计模型 133.1 Cable Modem方式实现因特网互联 133.2 网络结构选择 143.2.1一级光缆干线环网 153.2.2二级光缆网 153.3、同轴电缆分配网 163.4网络改造模型 173.5有线数字电视同轴分配网络设计要求 17第四章 网络改造后双向业务的实现 184.1 系统原理及上下行信号流程原理 184.2可行性及系统的优点 194.3南宁市IPQAM投资额度估算 21第五章 总结 22参考文献： 23致 谢 24第一章 绪论1.1网络现状南宁有线广播电视网络由原广西有线

8、广播电视网络中心和南宁有线广播电视网络中心所属网络组成。目前，虽然实现了名义上的两网合一，但两个网络的物理结构还是相对独立的，大部分光纤链路和资源还是维持原状，没有真正实现网络资源的优化组合。同时虽然原广西有线与南宁有线网络都已进行了部分改造，但由于改造的标准和目的不同，网络状况有较大区别，网络结构既有光站直接带用户的，也有经过7、8级放大才到用户的，网络带宽则既有750MHz，也有550MHz，甚至450MHz的，网络的不一致性已经不适应网络发展的需要，也达不到广西有线广播电视网络建设规范要求。为实现全区有线广播电视网络统一规划、统一建设、统一管理、统一经营的目标，推进综合多功能业务的开展，

9、提高南宁有线广播电视网络资源的优化配置和运行效率，特别是满足数字电视整体转换的需要，必须尽快实施南宁有线广播电视网络的改造。1.2改造必要性由于同轴电缆对信号的衰减受温度、湿度的影响，衰减、屏蔽、频响、温度等特性会发生变化，特别是耦芯电缆，使用几年后其各项性能、参数劣化程度更大。线路放大器级联数增多，导致噪声、频率失真和非线性失真的沿线积累增加，劣化了系统指标，增大了系统的失真。同时系统的供电、干扰等问题日益突出，系统的可靠性降低了。此外，由于传输节目套数的不断增多，系统复合三阶失真（CTB）也不断加大，这就使传输网络进一步扩展受到了制约。还有，由于电缆温度特性差，须加精确的自动电平调整和斜率

10、控制措施才能使系统指标保持稳定，这不但耗费了大量的人力物力，还使系统多功能开发受到限制。随着技术的发展和进步，在有线电视系统内各种新业务不断出现，如：因特网高速接入、高速数据传输、信息储存、电子邮件、股市行情、会议电视，视频点播、可视电话、远程教学、数字电视等，这些都对现有传输网络提出了升级改造的要求。随着光纤传输技术的发展，1310nm和1550nm两个波长窗口的光纤技术在有线广播电视领域内得到广泛应用，光纤传输具有同轴电缆传输方式不可比拟的优点：传输损耗低（1310nm波长的光纤损耗0.36dB/km，1550nm波长的光纤损耗0.25dB/km）、频带宽、容量大、频率响应平坦，在1GHz

11、范围内完全不需要均衡；无中继传输距离远（1310nm达40km，1550nm达120km），抗电磁波干扰强，信号传输极为稳定与安全；温度系数极小，几乎可以忽略不计。因此，对于现有450MHz系统的升级改造，关键是采用光缆取代同轴电缆传输主干线及支干线，用户分配网络用屏蔽性能好的同轴电缆，从而在全市（包括两县一郊）范围内构成光纤、同轴电缆混合网（HFC网），把原来的450MHz网络升级改造为860MHz宽带双向网络。改造后，它将具备以下优点：（1）减小线路放大器级联数，提高网络系统技术指标。（2）系统温度特性好，工作稳定。（3）供电单元少，电磁波干扰小，系统可靠性高。（4）光纤损耗不随频率高低而

12、变化，无需均衡和温度补偿，大大减轻系 统的日常维护工作，降低了用户投诉率。（5）极好的线性宽带特性，为网络的多功能开发、增加服务项目提供平台。（6）网络具有灵活的可扩展性。1.3改造目标（1）提高南宁有线广播电视网络的安全性和可靠性，能适应数字电视整体转换及广泛开展多功能增值业务的需要。（2）构筑和完善具有广播和交互两个业务信道的传输接入平台，形成以广播电视业务为主业，集声音、数据、图像传输和交换功能于一体，具有地区影响力、竞争力的综合信息业务网络。（3）改造后的网络具有技术先进、性能完善、安全可靠，系统各项技术指标达到国家标准，建成一个可靠、高效、可扩容和高度模块化的信息网络构架。（4）为南

13、宁市信息化建设提供功能强大、运行可靠的基础网络平台，促进南宁市信息化的宽带化、智能化、网络化、数字化和个人化远景目标的实现。第二章 网络改造前双向业务的实现2.1系统概述用户所在片区没有进行双向网络改造前是使用华为的UCLink数据接入系统。下面对该套系统进行简要的介绍：UCLink数据接入系统是华为公司针对广电网络现状和需求推出的一款全新的基于有线同轴网络的数据接入解决方案，借鉴了华为公司在宽带接入领域的成熟技术和创新思想，是一套可运营、可管理的数据接入系统。UCLink综合同轴多业务接入技术，可以在有线电视同轴网上同时实现模拟电视、数字电视、宽带上网、VOIP话音等多种业务的接入，其中宽带

14、上网上下行带宽可达每户512Kbps。UC6201用户终端开机即上网在线，不占用电话线并无需拨号，能够支持高速数据下载，并支持多种宽带多媒体业务，这些特点相对于传统上网方式具有比较优势和较强的吸引力。在不影响基本的模拟电视和数字电视业务的前提下，UCLink综合同轴多业务接入系统以有线电视网中的同轴电缆为传输介质，借助数字调制解调技术和特有的媒体访问控制（MAC）协议，建立从位于小区的数据接入模块到用户终端UCM之间的透明数据通道，为有线电视用户提供一线到户的宽带接口，有线电视经营者可以在此基础上开展高速上网、宽带交互视频、话音、交互数字电视、电子商务、家庭办公、网上教育、网上购物等宽带多媒体

15、业务。2.2系统频谱规划如下图2.1所示:图2.1UCLink II系统将传输信号放在HFC网的最高端，800-900MHz为上行频率，900-1000MHz为下行频率，在此频段内，一是信道内常规干扰最低，二是 800-1000MHz信号绕过网内的单向放大器最容易，仅需高通滤波器即可以解决此问题。UCLink II系统将信号放在800-1000MHz的频段，相应的在同轴电缆上，信号在此频段的信号衰减率也会比较大，与此对应UCLink系统接收设备的灵敏度也会比较高，达到-80dB，UCLink系统设备的发射功率可以达到20dB，如此一来，收发设备间有100 dB的衰减量，无论对于HFC网中的-5

16、电缆还是-9电缆，这个衰减量已经是能够充分地满足数据信号在网内的传输要求了。2.3系统特点UCLink系统有以下主要特点：（1）良好的网络适应性对于现有的HFC网络，无需进行双向化改造，安装相应的UCLink设备，即可实现数据接入功能。针对同轴网侵入噪声较大的问题，UCLink采用高频谱规划和独特的抗噪技术，可以基本解决网络噪声对系统的影响。（2）单路成本低廉单路成本较同类产品低廉，在用户接入率较低的情况下成本优势明显，且建网成本与宽带用户成线性关系，初期启动成本很低。（3）布放快捷初期投入小，可迅速开展业务。在用户容量上升的情况下，可持续扩容，保证投资的有效性。2.4系统功能模块简介（1）U

17、C8001数据接入设备（简称UC8001）UC8001位于用户终端与汇聚设备之间，是UCLink数据接入系统的网络节点。每一个UC8001对应的UCLink用户终端最多为64个，建议使用30个。UC8001主要负责完成用户终端的接入，数据的转发以及接入用户的控制和管理。上行链路是通过10/100Base-T以太网接口与汇聚端设备相连，下行链路是通过同轴电缆射频接口，经过CATV同轴分配网与用户终端相连。（2）UC6201数据用户终端（简称UC6201） UC6201上行链路是通过同轴射频接口，经过CATV同轴分配网与UC8001相连，下行链路是通过10/100Base-T以太接口与计算机或其他

18、数据设备相连。实现射频数据与标准以太数据之间的相互变换。（3）UMIX：UCLink信号与CATV信号混合器（简称混合器）UMIX主要是将UC8001输出的双向UCLink信号与CATV的有线电视信号进行混合。UMIX分为单路混合器、双路混合器、四路混合器。（4）UJUMP：放大器短接器（简称短接器）UJUMP主要是完成对目前CATV放大器的短接，为UCLink信号提供一个无源双向通道。UJUMP分为单路短接器、双路短接器。2.5 UCLink接入技术特点 网络拓扑结构：树型/星型/混合型。 适应当前CATV网络多种拓扑结构，无需改造。 网络噪声：网络噪声对系统基本没有影响。 由于调整了信号频

19、点到高端，相应频段的网络噪声对系统基本没有影响。 对电缆接头质量要求与CMTS相比要低很多。 网络要求：CATV网络可以为单向网络，改动很小。 CATV为单向，只需在放大器位置增加UCLink跳接器。 现有一般的同轴电缆可以利用，不必更换。 带宽：下行和上行均为共享带宽。 每个用户的上下行带宽根据需要可以提供对称512K（典型值）。 用户之间可以实现二层隔离。 用户：初期投入小，扩容方便。 单个UC8001的带用户能力：假设：上网用户比例RB50、网络使用百分比UF20（2秒下载、8秒阅读）预计：保证用户最低速率BW0.5Mbps已知：UC8001下行速率BD5Mbps（10M/16QAM）计

20、算：用户数BD/（BW*RB*UF）5M/（0.5M*0.5*0.2）100（户） 实际使用过程中推荐一个UC8001带2030户。优点：可以充分利用现有网络上的同轴电缆、分支分配器等资源，节省建网成本。 基本消除同轴网络上的噪声对系统传输质量的影响，降低了工程施工中对同轴电缆系统质量的要求。 UCLink系统采取模块化设计，可以根据楼栋实际的接入用户数灵活配置功能模块，解决入户率较低情况下的低接入成本问题，实现较低的单线接入成本。缺点：由于采用高频谱规划，在同轴网络中的传输距离有限。第三章 网络改造设计模型3.1 Cable Modem方式实现因特网互联Cable Modem也是一种上下行带

21、宽不对称的技术，适合提供上网及VOD这两种业务。其中，提供因特网接入业务可以采用“HFCCable Modem以太网/ATM”的方式。局端需要配备一台HFC头端设备，通过ATM或快速以太网与因特网进行互联，并且完成信号的调制和混合功能。数据信号通过光纤同轴混合网（HFC）传至用户家中，Cable Modem完成信号的解码、解调等功能，并通过以太网端口将数字信号传送到PC机。反过来，Cable Modem接收PC机传来的上行信号，经过编码、调制后通过HFC传给头端设备。 (如图3.1)如图3.1 以下为cable modem方式对HFC网络进行双向网改造： Cable Modem的前期用户一定可

22、以享受到非常优质的服务，这是因为在用户数量很少的情况下线路的带宽以及频带都是非常充裕的。但是，每一个Cable Modem用户的加入都会增加噪声、占用频道、减少可靠性以及影响线路上已有的用户服务质量。这将是Cable Modem迫切需要解决的一大难题。同时，也阻碍了广电运营商进一步大幅推广宽带双向网改造。 3.2 网络结构选择南宁有线电视传输网络的选择定根据南宁市地理环境、建筑物、城市街道、住户、城市发展、规划及改造，经济条件以及考虑到今后综合业务开展的需要而确定。网络为环-星形结构，由一级光缆干线环网和 二级光缆网以及同轴电缆分配网组成。网络选择采用光纤，同轴电缆双向混合网（HFC），即传输

23、干线采用光纤，用户分配网络采用同轴电缆。光缆干线采用双环星形结构，分配网采用树形结构。光缆干线网中的双环结构是以南宁市内环路、外环路及主要街道为路由设立13个信号分配中心（分前端），组成一级光纤网络，其中8个形成自愈的超干线闭合环路。再由每个信号分配中心以星形结构向外辐射到各个光节点，组成二级光纤网络。另外，采用光缆或多路微波方式传送将远郊区进行覆盖。这种环、星形的宽带有线电视网络结构是应实施未来信息高速公路计划而推出的最佳网络结构之一，它具有传输容量大、传输速率高、自愈能力强、可靠性好、结构简单、中心前端汇集噪声小，易拓展等特点。3.2.1一级光缆干线环网一级光缆干线环网由一个主前端和8个分

24、前端组成：即葛村路前端，新民路、朝阳路、五一路、火炬路、琅东、北湖、发射台、金湾花城8个分前端。一级光缆干线网分为内环和外环两部分，其中葛村路前端、新民路分前端、朝阳路分前端构成内环主干网，琅东分前端、金湾花城分前端、五一路分前端、火炬路分前端、北湖分前端、发射台分前端构成外环主干网。内环主干网和外环主干网互为相连，起到互为备份和自愈的作用。骨干环网基本芯数按596芯配置。同时为适应光纤租用及分前端之间业务的发展，适当增加预留芯数。一级光缆干线网采用1550nm系统，在广电中心总前端采用两个1550nm光发射模块经EDFA放大后通过正环和反环分别将信号传到各个分前端，各个分前端按并发选收方式接

25、收信号。3.2.2二级光缆网二级光缆网采用星型结构：传输到各分前端的有线广播电视信号，经安装在各分前端的1310nm的光发射机发射，以星形方式覆盖所辖各光节点。每个光节点基本芯数为4芯，特殊的按6-8芯配备，以满足部分集团用户或智能化小区特殊业务的需求。根据对已经完成的部分南宁有线广播电视网络改造进行统计（主要为原广西有线网络改造），无源到户每个光节点覆盖用户数平均为200户，南宁市目前网络覆盖用户约40万户，目前有效用户约37万户。依据此统计结果及南宁市网络现状及和用户分布情况，南宁市全市范围内还需增设光节点约1700个。3.3同轴电缆分配网用户分配网采用星型无源分配原则，不经过用户放大器，

26、由光节点直接提供信号。在充分考虑光节点回传通道的基础上，采用模块化设计，用户接入方式为无源集中分支分配器方式。系统带宽按750MHz设计，采用中分割方式:业务总带宽5-750MHz调频广播节目 87-108MHz电视节目 110-650MHz数字通信业务 上行5-65MHz, 下行 650-750MHz预留 750-1000MHz 3.4网络改造模型如图3.2所示：图3.23.5有线数字电视同轴分配网络设计要求光节点设计模型：光工作站有4个输出端口，每个输出端口设计由1-3个基本模块组成，因此每个光节点设计由4-12个基本模块组成，实际设计方案根据具体实际情况灵活应用。（1）光工作站输出端口至

27、用户入户端口在550MHz频点的电平损耗35dB。（2） 从光工作站至用户终端的用户分配网采用无源集中分配方式接入，每816个用户汇集至1个集中分配器，用户终端至集中分配器的电缆长度40m,每个光工作站所带的无源集中分配器数为1640个，覆盖用户数在200500户之间。（3）光工作站至集中分配器的连接电缆采用铝管-13、-12和-9电缆，楼栋间采用-12、-13电缆架设，单元（楼层）间采用-9电缆架设，电缆接头使用掏空型5/8英寸防水针型连接器，禁止使用针转F座型5/8英寸连接器；光工作站至集中分配器之间的分支分配器采用防水过流型分支分配器，分支器分支口最大衰减14dB。（4）光节点设计的常用

28、典型分支分配器组合模块（基本模块）有3种，如图3.3所示基本模块1：基本模块2：基本模块3：图3.3108表示一分支（分支口衰减为8 dB）208表示二分支（分支口衰减为8 dB）210表示二分支（分支口衰减为10 dB）204表示二分配;306表示三分配。第四章 网络改造后双向业务的实现4.1 系统原理及上下行信号流程原理。 网络改造完成后采用IPQAM方式实现双向业务的接入，下行信号流程：VODserver响应点播请求，将单节目传输流（SPTS）封装成UDP包经IP骨干网络传输至IPQAM，IPQAM完成解封装并将多个SPTS流复用成多节目传输流（MPTS）,MPTS流经IPQAM调制输出

29、RF信号经HFC传输到STB。上行信号流程：物理网络可以为HFC的上行通道，以太网，ADSL等，STB端集成相应的上行模块：DOCSIS或网卡或ADSL解调模块。DSM-CC（SSP，LSCP）RTSP等各种协议通过上行通道完成与前端服务器之间的交互。4.2可行性及系统的优点可行性：用IPQAM开展视频点播的条件已经具备（1）经过近几年的有线网络改造，一般大中型的有线网络均形成了主前端到各个分前端的750M分布式结构，甚至部分网络已达到双向，主前端与各分前端之间都有光缆环网，这种网络结构比较适合开展IPQAM点播，如果不是这种结构的网络，建议先进行网络改造。 （2）前端设备技术的进步，一般主流

30、设备，除了ASI输出以外，都有GEIP输出，通过骨干IP传输网络，可以很方便地将前端视音频节目送到分前端的IPQAM。 （3）用IP骨干网代替传统SDH传输ASI（TS流）信号，效率高，成本低。 （4）2004年刚推向市场的新设备IPQAM将现代IP骨干网与传统有线HFC网络完美结合，解决了用传统CMTS下行频道扩容开展视频点播成本高，带宽有限的问题。 （5）随着数字电视整体转换，HFC网络中传输的模拟信号减少，在频谱规划中可以将550M-750M中的25个频道用于IPQAM。 相比较以太网的VOD点播，这种技术方式主要有以下优点: （1）点播信号采用3.75M的MPEG-2TS流，图象质量大

31、大高于MPEG-4的传统以太网IP点播。 （2）前端可利用原DVB平台的MPEG-2信源，无需进行MPEG-2至MPEG-4的转码。 （3）相比全城全网进行网络升级，更换支持IP组播的交换机，IPQAM方式只需在需要开通业务的分前端架设设备，前期投入小，随着业务的增加，扩容相当方便，只需在分前端增加IPQAM设备。 （4）STB为符合DVB标准的通用产品，无需采用目前尚不是很稳定且价格较高的双模STB。 （5）点播时为每个用户开通3.75M的单独通道，相比以太网“尽力而为”的点播机制，QOS有保证。（6）HFC专网点播，网络安全性能高,相比以太网开放性是它的优点，但对广电这种特殊的行业领域应用

32、来说，也是它致命的缺点。4.3南宁市IPQAM投资额度估算 南宁市区数字电视用户数为50万户，假设有30%用户(高端用户)开通了视频点播业务，峰值点播率（即在同一时间有多少比例的用户在点播）为50%，那么在同一时间需要产生的并发流数为：50万*30%*50%=7.5万个，一个IPQAM可以支持的并发流数为：38M*24/3.75M=250个，共需要300个IPQAM设备，以每个15万元计算，IPQAM设备的投入为4500万元。平均每户的成本为4500万/15万=300元，假如投资回收期5年，既每个月为5元。假设光互联网接入费每月为30，用户为30%，那么仅互联网的接入收入就有：（30-5）*1

33、50000*30%=1125000元，一年是1350万；再看看点播方面按一个月一个用户仅点播一部影片，每部3元，每个月的收入为：15万*3=45万，一年就是540万。 仅此两项不到三年就可收回IPQAM的成本，还没算别的各种各样增值业务。第五章 总结长期以来，人们一提到广电网络，就认为广播电视网络只有传输电视信号的功能，而且是单向的，功能单一传统的被动收视的方式，网络资源的利用率低。但通过进行双向网改造后，使用IPQAM的方式实现了视频点播。利用IPQAM提供上行信号，通过机顶盒可以为用户提供视频点播、互动游戏、股票信息、网页浏览等各种增值业务，观众对有线电视功能的看法有很大变化，有线电视网络

34、不仅能流畅的看视频点播（可以随意控制播放速度和暂停），还能够上网，并且不需要多敷设一条入户的5类线，而且上网的速度会很快，网络的稳定性也很好。数字电视双向网络改造大力推进了南宁有线广播电视数字化进程，实现了南宁有线电视网络数字电视整体转换的目标，促进南宁广播电视信息网络多功能业务的开发和应用，继续开展与电信部门的增值业务合作开发，拓宽收费渠道，提高南宁有线广播电视网络乃至广西有线广播电视网络的经济效益和社会效益。参考文献：1广西南宁有线电视网络设计规范2广西有线广播电视网络建设和改造总体规划3广西有线广播电视网络建设规范4有线电视系统工程技术规范 GB50200-19945HFC网络上行传输物理通道技术规范GY/T180-20016UCLink数据接入系统在广电HFC网络中的应用贺 锋、曾勇华、王 东、刘铁华致 谢 学院领导、唐老师、各位老师和同学