5 有线电视网
5.1 概述
有线电视（ＣＡＴＶ）源于共用天线系统（ＭＡＴＶ）。ＭＡＴＶ是为了解决城市郊区或城市内高大建筑物阴影区收看广播电视效果差而建立的。ＭＡＴＶ采用几个具有良好接收效果的天线接收电视信号，经滤波、放大处理后，用同轴电缆分配给各用户。
在ＭＡＴＶ基础上通过引入卫星转播节目、交换节目和自办节目等多种节目源，并加大用户覆盖范围，就逐步形成了以同轴电缆为传输媒体的闭路电视（ＣＣＴＶ）。
随着ＣＣＴＶ规模的不断扩大，为了解决信号的远距离传输问题，在主干线路上用光缆代替了同轴电缆，而分配网络沿用了原有的同轴电缆分配网络。新形成的光纤与电缆混合作为传输媒体的有线电视网称为ＨＦＣ有线电视网。ＨＦＣ有线电视网使局部网扩展到城域网，节目源从几个发展到几十个、上百个，形成了现代有线电视（ＣＡＴＶ）网。
5.2 有线电视系统的组成
有线电视系统主要由信号源、前端、干线传输和用户分配网4个部分组成，如图13所示。
5.2.1 信号源
有线电视台的信号源包括接收广播节目；接收来自卫星、微波、光缆的转播节目及自办节目。信号源所需配置的设备如下：
（1）优质电视接收天线；
（2）卫星电视地面接收站；
（3）微波接收机；
（4）光端机；
（5）自办节目所需设备。
5.2.2 前端
前端是指有线电视系统中处理来自各种信号源的信号并进行复用的设备，包括以下的设备：
（1）频道处理器；
（2）调制器；
（3）导频信号发生器；
（4）混合器。
5.2.3 光缆干线传输系统
早期的有线电视采用同轴电缆干线传输系统。由于同轴电缆的固有衰耗，使得经过几百米的传输距离后信号就衰耗了一半。为了补偿衰耗，在干线传输系统中每隔600ｍ左右就得插入一级干线放大器，大量的串接放大器造成噪声非线性的累积，限制了干线传输系统的传输距离。随着模拟信号在光纤中传输技术问题的突破，目前在ＣＡＴＶ干线电路中用光缆替代了同轴电缆，这不仅极大地扩展了有线电视的覆盖范围，且大大地提高了传输线路的质量与可靠性。
光缆干线传输网一般采用星型结构，目前可做到光纤到小区（ＦＴＴＺ）或光纤到大楼（ＦＴＴＢ），即光纤从前端一直延伸至居民小区或大楼，并终止于一个光节点（ＯＮＵ），如图14所示。光节点的主要功能是完成光纤中继与同轴电缆分配网之间的光电转换，每个光节点一般有3～4个同轴支路输出。前端至光节点的距离一般为25 ｋｍ，从光节点到用户的距离一般＜2ｋｍ。一个光节点所带用户数大约为500～2000户。
5.2.4 同轴电缆分配网
由于光纤到户成本太高，目前只能做到光缆到小区或大楼，然后采用同轴电缆分配网将ＣＡＴＶ群信号送到千家万户。同轴电缆分配网一般采用树型拓扑结构，如图15所示。该分配网由分支分配放大器、分配器、分支器及用户终端盒等组成。
5.3 有线电视网和通信网的关系
前些年，我国有线电视网和通信网的建设隶属于不同的行政部门管辖，故建成了基本上是互相隔离的两个网。笔者认为从技术的角度出发，有线电视台完全可以利用已经建成的通信基础网，实现全国范围的各有线电视台联网交换节目。其业务节点应是各有线电视台前端的配线架或ＤＸＣ设备。即在通信基础网的平台上构成一个类似于ＤＤＮ的半固定连接专网。各有线电视台经过压缩编码的数字电视信号，可以通过落地的Ｅ1／Ｅ3支路进入通信基础网互相交换节目。而有线电视网中从前端到用户的ＨＦＣ网，经改造后可以成为一个经济实用的宽带接入网。在这个接入网中不仅可接入有线电视，而且可以实现点播电视、远程教育、电视会议等交互式多媒体接入业务及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ（包括ＩＰ电话）高速接入业务。
有线电视网和通信网的取长补短、互相融合将减少重复投资，极大地提高了设备与线路的利用率。
5.4 双向传输ＨＦＣ网的实现
传统ＣＡＴＶ网是一个具有星型树状拓扑结构的单向广播式网络，为了将交互式多媒体接入业务和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ高速接入业务引入ＣＡＴＶ网，必需将现有的ＣＡＴＶ网改造为一个双向传输的ＨＦＣ网。解决ＨＦＣ网回传的方法一般是在干线上采用收发光纤分开的空间分隔法，而在同轴电缆分配网中采用了频率分割法。
频率分割法利用不同频带来分别传送上、下行信息。一般说来，如点播电视、Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入等业务的上行信息远小于下行信息。故目前ＨＦＣ网络主要采用低频率分割的双向复用方式，且要求下行频段的划分应与现有的ＣＡＴＶ频段分配兼容。750ＭＨｚ和1ＧＨｚ带宽的ＨＦＣ网络的典型频率为5～42ＭＨｚ为上行通道，一般将这37ＭＨｚ回传带宽划分成不同频段，用于不同的双向业务。下行通道用于传输模拟、数字电视和高速数据等业务。
5.5 电缆调制解调器（Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ）
Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ类似于电话线上使用的音频Ｍｏｄｅｍ，其主要作用是完成数字信号的远距离传送。由于数字基带信号不能远距离传送，必须调制到某一高频载波上才能远距离传送，Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ是基于上述原理设计制作的。
Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ尚未形成统一的国际标准，目前我国ＨＦＣ网普遍采用ＤＯＣＳＩＳ协议的1.0和1.1版本作为标准。其中1.1版本支持ＩＰ电话。
ＤＯＳＩＳ1.0和1.1版本规定了Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ的下行载波带宽为6 ＭＨｚ；数据速率在采用64ＱＡＭ调制方式时为31.2 Ｍｂｉｔ／ｓ采用256ＱＡＭ调制方式时为41.6 Ｍｂｉｔ／ｓ。上行采用ＱＰＳＫ或16ＱＡＭ调制方式，在200 ｋＨｚ～3.2 ＭＨｚ带宽范围内，数据速率可达320 ｋｂｉｔ／ｓ ～10 Ｍｂｉｔ／ｓ，多个用户的Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ上行信号可在同一载波上分时隙发送。
用Ｃａｂｌｅ ＭｏｄｅｍＣＭ进行高速数据通信的ＨＦＣ网络典型结构如图16所示。
（1）前端设备：由Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ前端控制设备（ＣＭＴＳ）、以太网交换机、本地服务器群和下行信号混合器等组成。
图16中ＣＭＴＳＣａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ Ｔｅｒｍｉｎａｌ Ｓｅｒｖｅｒ通过100 Ｍｂｉｔ／ｓ接口连接以太网交换机，以太网交换机通过1000Ｍｂｉｔ／ｓ接口连接ＷＷＷ、ＤＮＳ、Ｅ－ｍａｉｌ、ＦＴＰ等服务器，通过100Ｍｂｉｔ／ｓ接口经防火墙、边缘路由器接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ。
来自以太网交换机的数字基带信号经ＣＭＴＳ调制器，调制到某一数字频道上，并通过混合器与ＣＡＴＶ群信号相混合，组成频分复用的下行信号送下行光纤。来自上行光纤的数字频道经ＣＭＴＳ的解调器还原为数字基带信号送以太网交换机。前端的每一台ＣＭＴＳ对应一个远端的光节点及一个包括500～2000个用户的同轴电缆分配网络。这一点不同于电话Ｍｏｄｅｍ，使用电话Ｍｏｄｅｍ的ＩＳＰ端必须用Ｍｏｄｅｍ Ｐｏｏｌ去分别对应每个拨入的用户电话Ｍｏｄｅｍ。Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ一个载频的下行带宽为40Ｍｂｉｔ／ｓ左右，若1000个用户时分或频分共享这40Ｍｂｉｔ／ｓ带宽，则每个用户平均带宽仅为40ｋｂｉｔ／ｓ左右，但ＣａｂｌｅＭｏｄｅｍ采用统计复用方法分配带宽，当某一用户传送数据时，可以占用它空闲用户的带宽，故其用户使用实际带宽远大于40ｋｂｉｔ／ｓ。
ＨＦＣ网上行噪声在前端的汇聚作用（漏斗效应）使上行用户数受限。在ＤＯＣＳＩＳ1.2版本中上行采用同步ＣＤＭＡ（Ｓ－ＣＤＭＡ）调制技术，可以有效抑制上行噪声。
（2）用户端设备：在用户端，用户电缆经用户分支器将射频群信号一分为二，一端接电视接收机；另一端接用户Ｃａｂｌｅ Ｍｏｄｅｍ（ＣＭ）。ＣＭ对相应的下行信息进行解调，然后通过双绞线接10Ｂａｓｅ－Ｔ以太网接口卡与ＰＣ机相连。 在ＨＦＣ网中下行为一点对多点，前端的ＣＭＴＳ向下行广播信息，各ＣＭ接收对应地址的信息。上行为多点对一点，可采用载波侦听多点接入／冲突检测（ＣＳＭＡ／ＣＤ）的竞争机制。但在多用户、长数据帧情况下，效率会大大地降低。一般在某一指定竞争时隙由ＣＭ向ＣＭＴＳ预约上行信道的使用，ＣＭＴＳ通过下行通道通知预约ＣＭ发送信息，并通过对时隙（一个时隙为一基本带宽）的分配来实现上行带宽的分配。
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