如何實(shí)現(xiàn)在1550nm城域網(wǎng)分前端插入IPQAM系統(tǒng)
伍小芳、王彥 上海傲藍(lán)通信技術(shù)有限公司
在HFC網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)互動電視，是數(shù)字電視領(lǐng)域的一個嶄新嘗試，是廣電開展互動電視業(yè)務(wù)的一個重大突破。從單一業(yè)務(wù)走向綜合業(yè)務(wù)，從廣播業(yè)務(wù)走向完全互動業(yè)務(wù)是廣電的必經(jīng)之路?；贖FC網(wǎng)的互動電視的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，廣電可以充分地表現(xiàn)出在數(shù)字電視和互動電視領(lǐng)域內(nèi)的獨(dú)特優(yōu)勢。
二、基于IP QAM的交互電視平臺架構(gòu)
圖2.1 基于IP QAM的互動電視的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造
如圖2.1中所示，在HFC的互動電視方案中，上行控制信息和下行視頻流分別通過不同的通路傳輸。上行的點(diǎn)播請求及其相互認(rèn)證的信息，可以通過IP網(wǎng)絡(luò)送到VOD前端，實(shí)現(xiàn)雙向傳輸。下行視頻流則通過使用了邊緣IP-QAM設(shè)備的HFC網(wǎng)絡(luò)到達(dá)到用戶的機(jī)頂盒上。
IPQAM與現(xiàn)行IPTV系統(tǒng)比較：機(jī)頂盒STB的接入認(rèn)證、信息瀏覽等流程相同，通過IP寬帶網(wǎng)絡(luò)交互，當(dāng)用戶的點(diǎn)播請求被重定向到邊緣流服務(wù)器后，視頻流服務(wù)器并不直接把視頻流通過IP網(wǎng)絡(luò)傳輸給STB，而是將視頻流以恰當(dāng)?shù)姆獍问捷敵鲋吝吘塈P QAM設(shè)備，IPQAM調(diào)制器將視頻流調(diào)制成RF(Radio Frequency)，通過HFC網(wǎng)絡(luò)傳輸給STB，STB對視頻流進(jìn)行解調(diào)和解碼。
IP QAM架構(gòu)包括幾項重要的關(guān)鍵技術(shù)：
采用邊緣IPQAM調(diào)制器實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡：包括全局負(fù)載均衡（GSLB）以及本地負(fù)載均衡(SLB)的策略。
圖2.2 IPQAM邊緣調(diào)制器在網(wǎng)絡(luò)中的位置
其中IP QAM邊緣調(diào)制器是關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備，能把視頻的并發(fā)流實(shí)時動態(tài)地分配到某個下行頻點(diǎn)（或頻道）上，實(shí)現(xiàn)QAM的RF傳輸。一般 ，1個IP QAM邊緣調(diào)制器有64個頻點(diǎn)，傳輸640個SDTV視頻并發(fā)流。IPQAM邊緣調(diào)制器工作原理如圖2.3所示：
圖2.3 IP QAM邊緣調(diào)制器工作原理
(1) 流媒體封包格式：對不同編碼格式的節(jié)目，采取不同的流媒體封包形式。
(2) 內(nèi)容保護(hù)：對不同編碼格式的節(jié)目，采取不同的內(nèi)容保護(hù)策略。
三、邊緣IPQAM及其本地節(jié)目在分前端的插播
用IPQAM實(shí)現(xiàn)互動電視點(diǎn)播（VOD）時，需要在分前端配置多臺邊緣QAM調(diào)制器作下行并發(fā)流的定向廣播，使之服務(wù)于不同用戶群。目前，1臺邊緣QAM調(diào)制器支持64個頻點(diǎn)，640個標(biāo)清電視（SDTV）流。一個頻點(diǎn)支持10套標(biāo)清電視或2套高清電視（HDTV）節(jié)目。那么就需要在1550nm網(wǎng)絡(luò)送入這些邊緣QAM信號。
直調(diào)式1550nm光發(fā)送機(jī)LT2500系列有三種類型：LT2580主要用于傳輸滿頻道的正向數(shù)字或模擬電視信號；LA2581為 IP QAM邊緣光發(fā)送機(jī)，可插入多頻道的IPQAM數(shù)字電視信號（最大64路）；LA2582 是Overlay 光發(fā)送機(jī)，可插播幾套本地節(jié)目電視信號或CMTS下行信號。
1、1550（外調(diào)）＋1550nm（直調(diào)）的二級光電轉(zhuǎn)換構(gòu)造，傳輸滿頻道的正向數(shù)字或模擬電視信號：
圖3.1 1550＋1550nm二級光電轉(zhuǎn)換構(gòu)造
如圖3.1所示，這種構(gòu)造與傳統(tǒng)的1550＋1310nm二級光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)完全相同?？偳岸酥粮鞣智岸说囊患壒饩W(wǎng)中，也是采用1550nm技術(shù)構(gòu)建，而在分前端至小區(qū)光節(jié)點(diǎn)二級光網(wǎng)中，也采用了二級光電轉(zhuǎn)換方式。只是將1310nm光發(fā)送機(jī)更換為1550nm直調(diào)式光發(fā)送機(jī)，這樣既可以充分運(yùn)用EDFA光纖放大技術(shù)實(shí)現(xiàn)大功率的光中繼覆蓋，又可以將分前端的本地節(jié)目、邊緣QAM調(diào)制器的并發(fā)流或CMTS的下行信號，通過RF射頻方式混合送入二級光網(wǎng)絡(luò)中。全1550nm有線網(wǎng)，同1310nm結(jié)構(gòu)一樣，也可根據(jù)光節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加或下行帶寬的增加逐步增加EDFA光放大器或1550nm光送機(jī)。
這種構(gòu)造能有效地降低成本，既滿足了未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，又完全繼承了1550＋1310nm二級光電轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)的靈活性和下行帶寬的可擴(kuò)展性，方便實(shí)用。
當(dāng)然，這種結(jié)構(gòu)也同1550＋1310nm一樣，在二級光電轉(zhuǎn)換時，也會引入一倍的系統(tǒng)指標(biāo)劣化，廣播信號的CNR、CSO要下降3dB，CTB也有6dB的劣化。
2、 1550（外調(diào)）＋1550nm（直調(diào)）Overlay網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造：實(shí)現(xiàn)IP QAM數(shù)字電視信號的定向插播
為了避免二級光電轉(zhuǎn)換帶來劣化，可在分前端用LA2581 IPQAM邊緣光發(fā)送機(jī)在光纖放大器的輸入端前面或輸出端的后面插入邊緣QAM調(diào)制器的并發(fā)流信號及其本地節(jié)目，從而實(shí)現(xiàn)分前端或遠(yuǎn)前端的IPQAM數(shù)字信號的插播。
圖3.2 IP QAM數(shù)字信號的插播
如圖3.2所示，Overlay疊加技術(shù)就是在縣（區(qū)）分前端，將要插播的信號用一臺1550nm直調(diào)式光發(fā)送機(jī)輸出，與廣播光波經(jīng)光復(fù)用器混合后入射到同一條光纖線路，用同一個光纖放大器分配傳送給各個光節(jié)點(diǎn)。同理，可根據(jù)并發(fā)流覆蓋用戶的大小，用多臺1550nm直調(diào)式光發(fā)送機(jī)插播IPQAM數(shù)字信號，非常方便靈活。
被窄播或插播的信號可以是數(shù)字電視信號，也可以是模擬電視信號。對VOD數(shù)字電視，載波頻段一般取在550-860MHz，調(diào)制方式為64QAM(或256QAM)。而對本地數(shù)字電視，一般在廣播信號的頻段（50-550MHz）中留出一段空白，供本地的窄播節(jié)目占用。這種疊加傳輸方式既適合當(dāng)前的模擬電視廣播，也適合將來的數(shù)字電視廣播，兩者都工作于副載波復(fù)用光纖傳輸體制，只是副載波頻段和調(diào)制方式不同。
由于每個光節(jié)點(diǎn)都是用同一個光接收機(jī)接收廣播信號和窄播信號。
1）當(dāng)廣播信號頻道數(shù)遠(yuǎn)大于窄播信號頻道數(shù)時，為了使窄播光波所產(chǎn)生的散彈噪聲較少影響廣播信道的載噪比，窄播光波的接收光功率應(yīng)比廣播光波的接收光功率低8-10dB。當(dāng)窄播光波的接收光功率為-10～-6dBm時，廣播信道的載噪比可以維持在50dB以上（注意廣播光波的光功率通常為-1～0dBm）。如圖3.3所示。
圖3.3 廣播光功率與窄播光功率的關(guān)系
同時，為了使窄播信道也有足夠的載噪比，應(yīng)在發(fā)送端使窄播光波有較大的光調(diào)制度。此時，廣播信號的非線性和CNR指標(biāo)都不會有劣化。
2）當(dāng)廣播信號和窄播信號頻道數(shù)相同或相近時，比如32個頻點(diǎn)的數(shù)字QAM廣播和32個頻點(diǎn)的邊緣QAM并發(fā)流時，應(yīng)使兩者進(jìn)入光接收機(jī)的接收光功率應(yīng)當(dāng)基本相同，此時，同二級光電轉(zhuǎn)換一樣，CNR有3dB的劣化，但廣播信號的非線性指標(biāo)不會有劣化，整體的系統(tǒng)指標(biāo)仍好于二級光電轉(zhuǎn)換模式。
可見，Overlay組網(wǎng)技術(shù)能有效地解決了多套本地電視節(jié)目和IPQAM并發(fā)流的插入，避免二級光電轉(zhuǎn)換，使整個HFC網(wǎng)絡(luò)的廣播信號和插入信號指標(biāo)都能達(dá)到很高水平，同時又可以將各個分前端的IP數(shù)據(jù)流進(jìn)行流量均衡，提高了有線電視用戶的下行有效帶寬（MHz/戶），使更少的用戶能享受更多的下行帶寬。
Overlay組網(wǎng)技術(shù)相對于二級光電轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)具有如下優(yōu)勢：
(1) 避免了二級光電轉(zhuǎn)換級聯(lián)引起的系統(tǒng)指標(biāo)的劣化。
(2) 具有與二級級聯(lián)光網(wǎng)等同的下行帶寬。
(3) 具有更大的靈活性和擴(kuò)展性——可以做到分步實(shí)施
在網(wǎng)絡(luò)初始階段由于無IPQAM業(yè)務(wù)或業(yè)務(wù)量不大，1550nm下行的550-860MHz的數(shù)字帶寬對于全市光網(wǎng)足夠使用。此時不需要購置Overlay光設(shè)備。隨著IPQAM業(yè)務(wù)量增大，可在分前端購置1臺或2臺1550nm直調(diào)式光發(fā)送機(jī)將數(shù)字窄播業(yè)務(wù)插入到各個光節(jié)點(diǎn)，使得個分前端所轄網(wǎng)絡(luò)共享1-2個860MHz的數(shù)字帶寬。
但是，1550nm（外調(diào)）＋1550nm（直調(diào)）Overlay相對于1550nm（外調(diào)）＋1550nm（直調(diào)）二級級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造，有如下復(fù)雜性：
(1) 調(diào)試要復(fù)雜些，要注意光功率和光調(diào)制度的相互間的調(diào)整。
(1) 對EDFA有光譜譜寬平坦性的要求，要有很好的平坦性。否則，在多級光放級聯(lián)后，廣播和插入的窄
播信號接收光功率很難控制，以致兩個信號的輸出電平不一致。
四、基于IP QAM互動電視解決方案的優(yōu)勢與效益分析
一、 基于IP QAM的HFC互動電視架構(gòu)具有如下優(yōu)勢：
（1）能充分利用HFC的帶寬資源以及傳輸特性，適應(yīng)HDTV業(yè)務(wù)對傳輸網(wǎng)絡(luò)要求。
1個8MHz頻道，采用64QAM射頻調(diào)制方式可以傳輸10套SDTV標(biāo)清電視并發(fā)流（10套節(jié)目）或2套HDTV高清電視并發(fā)流。860MHz帶寬有線電視網(wǎng)絡(luò)有100個頻點(diǎn)。
（2）能向用戶提供有QoS保障的視頻服務(wù)。
能保證高等級的視頻質(zhì)量，具有QOS保證，能夠確保電信級的運(yùn)營。
（3）可擴(kuò)展性好：投資可根據(jù)需求逐步擴(kuò)大和增加邊緣設(shè)備。
可以通過有線電視的IP城域網(wǎng)將內(nèi)容推送到邊緣，將流服務(wù)器和IPQAM設(shè)備置于城域網(wǎng)邊緣即分前端，完成全網(wǎng)的負(fù)載均衡，并節(jié)省城域網(wǎng)的帶寬。同時邊緣設(shè)備適應(yīng)性好，適應(yīng)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和便于控制與操作。
（4） 降低了機(jī)頂盒STB的要求，使基本交互型的機(jī)頂盒用戶也能夠使用互動視頻業(yè)務(wù)。
（5）降低了視頻服務(wù)對IP網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求，不再要求IP網(wǎng)絡(luò)接入層提供較高的帶寬，可以以較低的成本實(shí)現(xiàn)交互視頻業(yè)務(wù)。
節(jié)省下來的IP帶寬，可用于其他交互式視頻業(yè)務(wù)，比如同城游戲、可視電話、遠(yuǎn)程教育和家居安全等。
二、基于IP QAM互動電視解決方案的應(yīng)用
考慮到番禺寬帶綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)在2009年前要實(shí)現(xiàn)1－2套HDTV的廣播或點(diǎn)播，本整體寬帶接入技術(shù)解決方案建議采用基于IP QAM的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)互動電視：
1) 用20－30個頻點(diǎn)用于數(shù)字電視的廣播，傳輸120－180套數(shù)字電視節(jié)目，實(shí)現(xiàn)有線電視網(wǎng)絡(luò)
的基本業(yè)務(wù)。
這20－30個QAM調(diào)制器置于市橋中心機(jī)房，其信號廣播到全區(qū)網(wǎng)絡(luò)中。
2) 采用分布式結(jié)構(gòu)，逐步從前端中心機(jī)房向4個分前端直至小區(qū)布置IPQAM邊緣調(diào)制器，使用其
他64個頻點(diǎn)。
首先，在市橋前端中心機(jī)房安置1－2臺IPQAM邊緣調(diào)制器實(shí)現(xiàn)640－1280個并發(fā)流傳輸，覆蓋全區(qū)，服務(wù)于時移電視。其次，待點(diǎn)播的用戶數(shù)增多后，將IPQAM邊緣調(diào)制器下移至番禺的4個分前端，每個分前端配置1臺IPQAM邊緣調(diào)制器傳輸640個并發(fā)流，增加2560個并發(fā)流，加上市橋的1280個并發(fā)流，全區(qū)共3840個并發(fā)流。再其次，依據(jù)實(shí)際的用戶點(diǎn)播需求，分別在5個機(jī)房（含市橋中心機(jī)房）增置不同數(shù)目的IPQAM邊緣調(diào)制器。最后，隨著點(diǎn)播用戶的進(jìn)一步增加，把更加便宜的小區(qū)型邊緣QAM邊緣調(diào)制器置于小區(qū)中。
在這里，建議番禺區(qū)VOD并發(fā)流的收斂比按1：4配置，即1臺IP QAM邊緣調(diào)制器傳輸640個并發(fā)流覆蓋2560個點(diǎn)播用戶。全區(qū)10萬戶，大約需要50臺IPQAM邊緣調(diào)制器（為減少投資，可以根據(jù)前端、分前端和小區(qū)購置不同性能、不同價格的QAM邊緣調(diào)制器）。
3) IP通道網(wǎng)絡(luò)建議采用EPON Overlay HFC＋EoC模式實(shí)現(xiàn)對稱的雙向接入，使每戶能獨(dú)享到
10Mbps帶寬。
每個用戶最好實(shí)際擁有4－5 Mbps帶寬流量，其中2Mbps用于支持同城游戲、1.5Mbps用于支持可
視電話和家居安全、0.5－1.5Mbps用于Internet上網(wǎng)、VOD點(diǎn)播等其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
五、結(jié)束語：
隨著廣大廣電用戶對于廣電VOD、IPTV、VoIP、Internet接入等多功能交互式業(yè)務(wù)的需求，通過采用IPQAM的架構(gòu)實(shí)現(xiàn)互動電視顯得尤為重要。不管是在投資規(guī)模、業(yè)務(wù)開展難度、未來利潤增長、增值業(yè)務(wù)發(fā)展等方面，都將廣電的優(yōu)勢完整的烘托出來，使得廣電在極短的時間內(nèi)，能夠利用自己的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，以非常有限的投資，在數(shù)字電視和互動電視領(lǐng)域占據(jù)市場先機(jī)。
