廣播電視有線網絡頻譜資源及優化分析

李婷婷，孫黎麗，趙 明，朱里越

(國家新聞出版廣電總局 a. 廣播科學研究院;b. 廣播電視規劃院，北京 100866)

廣播電視有線網絡頻譜資源及優化分析

李婷婷a，孫黎麗b，趙 明a，朱里越a

(國家新聞出版廣電總局 a. 廣播科學研究院;b. 廣播電視規劃院，北京 100866)

首先分析了廣電運營商完成前期雙向網絡整轉后，包括模擬音頻廣播、模擬電視節目、數字音頻廣播、高標清電視節目、雙向互動及寬帶數據業務在內的頻率規劃方案；其次分析了網絡傳輸、用戶接入、視頻編解碼等關鍵技術和業務承載的發展方向；最后提出全數字化后廣播電視網絡頻率劃分建議。關鍵詞: 全數字化；頻率劃分；頻譜資源

伴隨我國下一代廣播電視網絡(NGB)工程建設和三網融合的持續推進，以及“十二五”規劃、“寬帶中國戰略”等相關政策逐步落地，我國有線電視網絡正在全面進行數字化雙向化升級改造。為提高廣電網絡對三網融合新業務和跨域型新興業務的承載能力，有線網絡通過下一代廣播電視網絡正在從傳統的簡單、單向管道升級為智能化雙向管道[1-3]。

2012年初，八部委共同組織起草的《寬帶中國戰略》實施方案提出：到2015年，要實現寬帶接入用戶2.5億戶，在寬帶接入能力上，城市家庭平均達到20 Mbit/s，農村平均達到4 Mbit/s。同年，國務院印發的《“十二五”國家戰略性新興產業發展規劃》，首次明確提出實施寬帶中國工程，要求到“十二五”末期，城市和農村家庭分別實現20 Mbit/s和4 Mbit/s以上寬帶接入能力。同時，要求IPv6實現規模商用，三網融合全面推廣，電視數字化轉換基本完成。到2015年，寬帶接入能力顯著提高，95%的行政村具備寬帶接入能力，相關裝備和智能終端達到國際先進水平，全國縣級(含)以上城市有線電視實現數字化，80%實現雙向化，并基本完成數字地面電視覆蓋。

因此，在完成有線網絡雙向數字化整轉后，如何利用現有極其有限的頻譜資源，既保障原有廣播電視業務逐步向數字化、高清化、3D化升級改造，同時還要穩步開展包括視頻點播、互動業務、寬帶接入、智能家庭等新型業務。將廣播電視網絡賴以生存的頻譜資源合理使用、優化配置、科學管理、積極開發，將社會效益和經濟效益發揮至最大化是各地網絡運營商面臨的巨大難題。

1 有線電視網絡頻譜資源

人們將自由空間內頻率在3 000 GHz以下的電磁波頻譜劃分為無線電頻譜，無線電頻譜段是目前最廣泛利用的頻譜段。根據傳播和使用特性把無線電頻譜劃分為12種。其中有線電視網絡中開展廣播電視及數據類業務主要集中在中波、短波、米波、微波這4個范圍，具體的頻譜范圍如表1所示。

表1 無線電頻譜技術參數表

編號縮寫波段名稱頻譜范圍1ELF極長波3～30Hz2SLF超長波30～300Hz3ULF特長波300～3000Hz4VLF甚長波3～30kHz5LF長波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絲米波300～3000GHz

廣播電視網絡從單純同軸電纜(Coax)網絡升級改造為光纖/同軸電纜混合(HFC)網絡。該網絡架構既利用了光纖傳輸頻帶寬、損耗低的優勢，同時又利用了同軸電纜廉價寬帶接入的特點，大大提高網絡頻譜可用資源和網絡覆蓋能力。HFC網絡具有1 000 MHz的系統帶寬，這使運營商在實際運營角度得到了較高的性價比，因此HFC網絡成為運營商在升級改造有線電視分配接入網絡時的首選模式。我國有線電視網絡在經歷了330 MHz到450/550 MHz，再到750/860 MHz的三個標志性發展階段后，現階段系統帶寬定位于1 000 MHz。

2001年國家廣電總局頒布了HFC網技術規范和標準，于2005年頒布了GY 5075—2005城市有線廣播電視網絡設計規范，確定了有線廣播電視網建設標準和技術規范，在頻率規劃上滿足雙向HFC網的基本要求。根據當前設計規范，有線電視網可用頻段5～1 000 MHz波段劃分如表2所示。

表2 GY 5075-2005中規定的頻譜劃分范圍

波段名稱頻率范圍/MHz業務內容R5～65上行業務X65～87過渡帶FM87～108聲音廣播業務A110～1000下行業務

如表2所示的頻譜范圍劃分是我國現階段有線電視HFC網絡頻譜資源配置的統一規范，雖然具有普適性，但是不能針對各地的實際情況。因此，一個實際運營的有線電視系統頻譜資源使用需要以規范中的劃分方案為基礎，結合本地的實際情況實行統一的規劃、配置、調度和管理。

2 有線網絡運營商頻譜劃分方案

近年來，隨著廣播電視雙向網改造工程和省網整合項目，有線網絡公司從單純運營廣播電視業務逐漸轉型為多業務運營商。根據前期對各地的深入調研，各網絡公司為保證各地廣播電視業務和雙向數據業務開展，在頻譜劃分規范的基礎上結合當地實際情況，對網絡頻譜有如下劃分:

1)某省級網絡公司A

根據前期對A地網絡公司的實際網絡情況調研可知，當地雙向網改后采用CMTS和EoC兩種技術方案，頻譜劃分方案如表3所示。

表3 A地網絡公司頻譜劃分方案

序號頻率范圍/MHz播出內容業務類型15～65CMTS上行通道數據業務2110～550模擬和數字電視廣播電視業務3550～750全省集團客戶數據業務4750～860SDV、IPQAM點播數據業務5860～1000EoC雙向通道/CMTS下行通道數據業務

5～65 MHz用于CMTS上行數據傳輸；110～550 MHz以傳統模擬廣播電視業務為主，增加高標清數字電視業務和輪播業務；550～750 MHZ為全省的集團客戶應用預留頻點資源，用于開展全省集團業務應用；750～860 MHz增加SDV業務及VOD點播等應用；860～1 000 GHz用于高頻EOC雙向數據傳輸、CMTS下行數據傳輸，并擴容了邊緣IPQAM的點播頻點。

2)某市級網絡公司B

根據前期對B地網絡公司的調研可知，全市包含整改網和整改+NGB網絡兩種網絡結構，分別采用CMTS、CMTS混合EoC兩種技術方案。

(1)對于B市整改網，采用CMTS的組網方式，具體頻率劃分如表4所示。

(2)對于B市整改網+NGB網，采用CMTS和EOC混合組網方式，具體頻率劃分如表5所示。

表4 B市整改網頻譜劃分方案

序號頻率范圍/MHz播出內容業務類型130～40CMTS上行通道數據業務2111～200模擬電視廣播電視業務3200～450CMTS下行通道數據業務4600～1000VOD業務數據業務

表5 B市整改網+NGB網頻譜劃分方案

序號頻率范圍/MHz播出內容業務類型15～32EOC雙向通道數據業務230～40CMTS上行通道數據業務3111～200模擬電視廣播電視業務4200～450數字電視廣播電視業務5450～573CMTS下行通道數據業務6600～1000VOD業務數據業務

3 廣播電視業務發展趨勢

廣播電視節目頻率遵循模擬電視頻道的劃分，在111～862 MHz頻段按8 MHz頻寬提供數字電視節目。此外，有線電視網引入雙向交互式的寬帶通信網成為其發展的要求，基于HFC網絡采用雙向網改技術成為解決有線電視雙向交互能力的手段。根據前期的調研結果網絡情況主要頻率范圍及頻點數量如表6所示。

表6 頻率段及頻點數量

序號頻率范圍/MHz頻點數量1110～55054個2110～75079個3110～86293個

一個有線數字電視廣播頻道帶寬為8 MHz，采用鄰頻配置，另外還需要通過數字調制技術進行基帶信號的調制。在一個有線數字電視頻道內，傳輸數據率根據調制方式不同，所能提供的帶寬也不同，常見的調制方式是采用64QAM調制成每頻點38 MHz帶寬，其他還有128QAM、256QAM、512QAM和1024QAM，其中心頻率根據標準GB/T 17786—1999中所給出的頻率范圍的中間值。如一個頻點以64QAM方式進行調制，其可用帶寬的計算方式如下。

首先計算符號率，其定義式為

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

(1)

其次計算總傳輸速率，其定義式為

S=D×N=6.896 6×6=41.379 Mbit/s

(2)

DVB-C的信道編碼是RS(204，188)，有效傳輸速率為

SS=S×188/204=38.134 Mbit/s

(3)

基于這樣一個現狀，110～860 MHz有93個頻點，在去除干擾和不可用頻點的基礎上，按照64QAM方式調制，至多可以達到3.6 GHz帶寬左右。按MPEG-2標準、高清節目編碼，每個頻點可以有2路信號，最多不到200路，即便未來全部采用H.264編碼方式進行編碼也最多增加到300多路。在廣電行業主流發展全4K節目的趨勢下，采用H.264編碼一個頻點至多1路，也即實際上通過現有廣播方式來傳輸真4K方式只能傳輸90多路。

除了基本的直播業務，還有互動業務和網絡雙向網改造都需要用到頻點，還需要考慮到干擾和戰備因素，按浙江省內實際使用的情況,24個頻點來進行點播覆蓋，16個頻點用于雙向網絡改造，加上各地干擾和不可用的頻道數(一般在5～8個)，48個頻點可用于廣播。

4 頻譜資源優化方案

由于廣播電視業務逐步向數字化、高清化、3D化升級改造，同時根據市場需求，必須增加視頻點播、互動業務、寬帶接入、智能家庭等新型數據業務，因此頻率資源優化是各地網絡運營商必不可少的研究方向。根據現有的技術方案，可用的頻率優化手段有以下4種：

1)提升調制方式

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

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

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

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

根據上述數據分析，單純通過提升調制方式對整體網絡帶寬的提升并不明顯。同時，調制方式對網絡質量提出了更高的而要求，如果系統從64QAM提升到128QAM，傳輸質量響應提升一倍，對于運營商的設備、維護成本較高，綜合性價比相對較低。

2)縮小廣播域范圍

通過縮小廣播域的方式，實現頻率的空分下移。把全部頻點分為兩部分，一部分進行全網廣播，一部分向用戶側下移，達到縮小廣播域的目的。舉例說明：當系統采用1 310 nm網絡，光節點覆蓋300戶用戶，初期采用16個頻點下移，下面對全網廣播和頻點下移兩種方案的頻點數目進行對比分析：

(1)采用全網廣播方式：按照前面的計算方法得出，共93個頻點；

(2)采用頻率空分下移：93個頻點中16個頻點采用下移的方式，則頻點數目為77個頻點(全網)加上16×N(頻點數×光節點數)；如一個城市有10萬戶，可用頻點數目=77+16×(100 000/300)，約等于5 405個可用頻點。而且頻率空分下移全部采用現有技術，網絡升級改造的成本相對較低。

3)純IP化頻譜改造

除戰備需要預留的頻點，其余頻點全用于雙向化改造使用，整體傳輸全IP化。這種方式一方面技術上尚未完全成熟，另一方面不能完全發揮出廣電的特色，網絡升級改造的成本巨大，無法很好地與通信運營商抗衡。

4)DVB-C2標準

DVB-C2由ETSI與2009年7月作為正式標準發布，采用新的編碼和調制技術，同等部署情況下，頻率利用率提高30%，全數字化改造完成后，下行容量可提升60%以上。有效解決了當前DVB-C標準單頻點帶寬的擴容問題，采用COFDM更好地支持業務自適應和動態分配。

DVB-C2的實際使用還有待整體產業鏈的推進和具體標準的落地，因此當前情況下尚不具備成熟使用的前提。

5 總結

根據現有廣播電視頻譜資源和業務發展趨勢的分析，在傳統廣播電視業務逐步向數字化、高清化、3D化升級的前提下，各地運營商還需根據市場需求拓展包括視頻點播、互動業務、寬帶接入、智能家庭等新型業務，因此頻譜資源的匱乏是各地有線網絡運營商亟需解決的實際問題，如何能將廣播電視網絡賴以生存的頻譜資源合理使用、優化配置、科學管理，是廣電有線電視網絡數字化后面臨的重要問題。

[1] 城市有線廣播電視網絡設計規范：GY 5075—2005[S].北京：國家廣播電影電視總局，2005.

[2] 孫麗.廣播電視頻率干擾原因分析及應對措施[J].數字通信世界，2008(11)：64-66.

[3] 陳旭彬. 我國無線電頻率劃分現狀研究[J].數字通信世界，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，孫黎麗，趙明，等.廣播電視有線網絡頻譜資源及優化分析[J]. 電視技術，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，學士，工程師，主要從事有線電視網絡、有線無線融合覆蓋、無線覆蓋網絡、智能家庭物聯網等相關方向的研究和技術服務工作。

責任編輯：薛 京