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IPQAM技术在HFC88必发国际平台:网络中的应用分析

浏览次数: 日期:2018-10-15 15:13

  随着通信技术的迅猛发展,我国有线电视正从传统的模拟广播电视向高清数字交互电视逐步转换。网络和媒体的双重融合,正在改变现有广播电视系统的网络结构。用户对于交互等个性化业务需求的增多,则改变着现有网络的运营模式。可以说有线电视已经从传统的模拟时代经过单向数字时代,进入了高清互动时代。 2010年,随着三网融合试点方案的正式公布,三网融合进入了实质性推进阶段。为了更好的保证自己在视频传输领域中的主导地位,各广电运营商都在积极推广VOD(视频点播)业务。要在传统的有线电视网络上开展VOD业务,IPQAM技术成为众多有线电视运营商的首选技术,在VOD系统中得到了广泛应用。

  近年来以太网技术以及IPQAM视频点播技术日趋成熟,已成为各地有线电视运营商开展视频点播业务的首选技术,各设备提供商也在不断根据运营商的需求更新换代自己研发的IPQAM设备。传统的HFC有线电视网络在经过双向改造后,已完全可以承载基于以太网的IPQAM技术,实现真正的视频点播。

  VOD服务器响应点播请求,将单节目传输流(SPTS)封装成UDP(用户数据报协议)包,以IP的方式(MPEG-2 SPTS over IP)经IP骨干网络传输至边缘IPQAM调制器,IPQAM调制器接收到IP网络传输来的数据包后,完成UDP包的解封,解析分离出MPEG-2 SPTS码流,把多个点播请求的SPTS流复用成多节目传输流(MPTS),MPTS流经IPQAM调制输出RF信号,和CMTS下行信号混频后经过传输网络,最后进入机顶盒。点播时上行信号的回传是通过CMTS上行通道传输的。

  IPQAM技术主要利用IP骨干网传输SPTS,由于它把数据和视频分开,带宽不会冲突;基于HFC网络下行带宽足,节目品质有保证;因为SPTS over IP,所以大大降低了节目流的传输成本,提高了系统的可扩展性;另外,还可以开展其他业务,可适用性好,便于有线电视VOD业务的广泛开展。

  随着有线电视网络承载的业务的多样化,各地网络运营商大都早已开始网络改造,相当一部分网络已改造为双向网,主前端与各分前端之间也进行了光缆环网的建设,这些都为开展基于HFC双向网络的IPQAM点播业务提供了网络支持。

  IPQAM调制器作为全IP组网的调制设备,不仅拥有原有调制器的所有优点,并且纠错编码完全符合DVB-C标准,具有IP数据路由功能,PID过滤和重映射功能等。可以通过千兆以太网IP接口,接受来自IP编码器、IP复用器、视频服务器等设备的IP流,进行QAM数字调制,输出的射频信号可以直接在有线电视网上传送,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。对一些规模大的网络,大都采用模块化的IPQAM调制器,每个RF口能输出6~8个连续频点的QAM,采用的调制方式为64QAM,视频编码格式为MPEG-2。若节目源还是以标清为主,这样每个频点通常拥有38Mbps的网络带宽速率,按照MPEG-2节目源的峰值5Mbps来看,每个频点最多可以容纳7个VOD MPEG-2的节目,这样根据频谱规划和网络现状可以灵活制定方案。

  2010年,各有线运营商开始大规模推广高清双向点播业务, 当时主流IPQAM设备的频点设置为每端口可输出6~8个连续频点。但由于业务初期仍保留了较多的模拟频道,要规划出多个连续频点作为高清点播的频点,并不是一件容易的事情。很多运营商只能因地制宜,规划出一个或几个频段用于点播,而频段之间并不连续。比如,某城市的高清点播频率规划为:474~482MHz,802~866MHz。根据此频率规划,如果选用6连频的IPQAM设备,需要占用3个射频输出口,此时只利用了11/18的频率资源,如果选用8连频的设备,则只利用了11/24的频率资源,并且474~482MHz经常为各小区插入自办节目的频道,所以机房对此两个频点的关断率也较高,这就造成了更大的设备频率资源的浪费,以及相应的机柜空间、电力资源、空调制冷等相关资源的浪费。

  随着高清业务的发展,模拟频道较高清业务推广初期,已经逐渐减少。在这种情况下,可根据减少模拟频道的情况,适当对频率规划做相应的调整。仍以上述城市为例,若保持点播频点数量不变,可考虑通过一定的调整将474~482MHz频点开展其他业务,而IPQAM点播频段适当下移,变为786~866MHz。这样只要占用两个IPQAM的射频输出口就可以满足目前的频率需求,设备的利用率也大幅提升为11/12和11/16,今后在点播业务需要频点扩容时,也最好优先考虑将相邻频点扩容为点播频点,可大大节约设备成本,相应的电力资源等成本也有所缩减。

  高清点播平台的频率规划,除了频段的考虑,频点的数量也是各运营商重点考虑的问题之一。频点数量设置越多,投入的设备成本及电力等相关资源的成本就越高,但频点数量设置过低,又会导致点播通道的拥塞。如何权衡考虑这两个问题呢?

  在开展高清点播业务之前,机房内的电视传输平台已经搭建,本着减少信号中断时间的原则,我们不再打乱现有系统的系统构架,而只在此基础上混入IPQAM和CMTS信号,来完成高清点播业务的开展。在IPQAM设备的选择上,我们仅以两种参数的设备进行讨论,分别为18端口6连频的IPQAM设备和12端口8连频的IPQAM设备。高清点播平台IPQAM信号插入原理如图2所示。

  在这里,我们以一个拥有30000户的中型网络为例,按每个光节点覆盖用户数500户计算,则有光节点数60个。假设原有光传输平台每个光发射机覆盖4个光节点,那么每个光发射机覆盖用户数为2000户,共有光发射机15台。假设全部用户都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10%,88必发国际平台:那么每个光发射机需要200个并发流支持点播,每个点播流为3.75M(MPEG-2的平均码率3.75Mbps),那么总带宽为750 M (200*3.75M),进一步推算出用于视频点播的频点数为20个(750M/38M)。假设此20个频点为连续频点,此时如果选用18端口6连频的IPQAM设备,设备的频率利用率为20/24,需要设备4台,浪费端口数为12个。如果选用12端口8连频的IPQAM设备,设备的频率利用率为20/24,需要设备4台,浪费端口数为3个。

  以上的举例是比较理想的状态,从实际的网络运行来看,峰值点播率往往达不到10%。由于调制技术的改变、网络带宽的提升等综合因素,每个光节点所覆盖的用户数正逐渐减少。而且随着网络上承载的业务越来越多,频率资源显得更为宝贵,因此用于VOD系统的频点也不会那么多。下面我们就以更加贴近实际的状态来分析,每个光节点用户数为300户,那么每个光发射机覆盖用户1200户,峰值点播率为5%,那么每个光发射机需要60个并发流支持点播,每个点播流为3.75M(MPEG-2的平均码率3.75Mbps),那么总带宽为225 M (60*3.75M),进一步推算出用于视频点播的频点数为6个(225M/38M)。假设此6个频点为连续频点,此时如果选用18端口6连频的IPQAM设备,设备的频率利用率为6/6,需要设备1台,浪费端口数为3个。如果选用12端口8连频的IPQAM设备,设备的频率利用率为6/8,需要设备2台,浪费端口数为9个。

  以上例子可以看出,在对高清点播的网络进行规划时,用户数量、用户行为、现有频段的利用等信息,对高清点播平台频点数量、频段选择以及设备选型上都具有较强的指导意义。因此各运营商应该综合考虑各地区的网络现状、现有频率资源的分布、今后网络的发展规划、所选IPQAM设备的特点以及当地用户行为等因素进行个性化的分析,不可生搬硬套其他网络的建设模式,打破固有思维,摒弃拿来主义,开发和建设属于自己的网络结构。

  农村有线电视用户具有分布地区广、用户数量小、传输距离长等特点,在农村网中发展交互电视业务面临着投入高,网络建设维护困难等难题,而且在农村地区也很难找到合适的地方建设有线电视机房,那么如何发展我们的农村有线电视交互业务呢?

  如果在村镇机房中安装IPQAM,因为设备对机房空间、耗电量都有较高要求,并且现在的IPQAM设备大都为高密度集成设备,每台IPQAM能提供大量的QAM输出,但是农村用户较少的用户数量无法保证IPQAM设备的有效使用,这就造成了设备资源的浪费。根据这种情况,我们考虑可以根据需求建设多级的传输机房支撑整个网络,即在农村网络建设中,分别建设乡镇汇聚机房和乡镇接入机房。

  汇聚机房的用途主要为安装高密集度的IPQAM、推流交换机等设备,并且为远距离用户的信号传输提供中继功能。汇聚机房应该建设在多个村镇的中心位置,为附近区域的各个村镇提供点播信号和一些数据业务。

  接入机房的用途为接收城区机房传输过来的有线电视信号和附近汇聚机房传输过来的IPQAM点播信号,并对这些信号转为电信号并进行混合处理,传输至用户,为用户提供交互电视服务。

  A乡镇干线个乡镇机房,覆盖农村网用户数约6万户,由于政府投资和补贴用户收视费,农村网用户入网比率较高,达到了90%。目前网络全部采用1550nm传输,在B0乡镇中心机房安装1550nm光放大器。乡镇机房中B11机房开通160个光节点,覆盖用户为9000户,是覆盖用户最多的乡镇;最少覆盖用户的机房,覆盖用户不足2000户。平均一个光节点覆盖用户在60户左右。

  我们的设计方案是将B11机房建成一个汇聚机房,其余乡镇机房均按接入机房建设。中心机房周边B1~B10的10个接入机房由中心机房提供VOD点播信号,其推流交换机和IPQAM设备安装在中心机房内;东部的六个接入机房B12~B17由B11机房提供VOD点播信号,其推流交换机和IPQAM设备安装在B11机房内。在接入机房安装小型CMTS设备、1310nm光发射机和回传光接收机设备。在分配网改造时,应尽量扩大光节点覆盖用户数,这样可以减少机房设备使用量,降低系统总造价。

  这种机房建设模式的优点是在减少IPQAM信号的传输距离的同时,88必发国际官网:保证了IPQAM等大型设备安装在一个机房内,可以最大限度的提高设备利用率,并且为广播信号提供中继功能。缺点是因为汇聚机房需要向接入机房传输大量点播信号,所以需要增加安装较多的光发、光收模块,并且占用较多光纤资源。此外,设备厂商正在研发集合IPQAM、CMTS、交换机等多种功能为一体的传输设备,如果能够投入使用,将大大降低农村网络用户交互业务发展的困难。

  在信息量激增的今天,传输信息的载体和平台都在发挥着自己不同的优势。如何挖掘网络潜能、如何选择更适合自己网络的技术方案已经成为众多运营商关注的话题。我们应力求在满足业务发展、满足用户需求的前提下,尽量减少能耗,减少资金的投入,以达到更高的投入产出比。有线电视运营商在利用IPQAM开展视频点播业务时,应立足于网络,着眼于未来,不断推出吸引眼球的新业务,坚持走节能减排的可持续性发展道路。随着IPQAM相关技术及产业链的完善,有线电视行业在三网融合的时代背景下,必将迎来属于自己的春天。

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