Правительство нижегородской области
Официальный сайт
Вход для пользователей
Информатизация

Технологии строительства широкополосных сетей для телевизионного вещания и интерактивных услуг

1 Принципы построения широкополосных сетей по технологии HFC. Организация интерактивных услуг на базе стандарта DOCSIS. Организация цифрового ТВ вещания на базе стандарта DVB-C.

 Сеть HFC (Hybrid Fiber Coax) - многофункциональная, гибридная, иерархическая сеть, предоставляющая абонентам широкий набор телекоммуникационных услуг.

 На базе этой технологии можно предоставлять следующие виды услуг:
- радиовещание;
- аналоговое ТВ вещание;
- цифровое ТВ вещание на базе стандарта DVB-C.

Стандарт DOCSIS позволяет расширить спектр предоставляемых услуг и позволяет организовать интрактивные сервисы:

- внутресетевая передача данных;
- выход в Интернет;
- сетевые игры;
- IP телефония (VoIP);
- сбор данных с датчиков коммунальных услуг;
- и т.д.

Схема организации вещания

Рисунок 1

В основе сети оптическая магистраль (обычно имеющую кольцевую архитектуру) с глубиной проникновения – оптический узел на несколько домов (по опыту не более 3000 аб.) и коаксиальным сегментом в основе которого лежит ОУ. В коаксиальном кластере сигнал распределяется по традиционному коаксиальному кабелю с волновым сопротивлением 75 Ом.

В составе оптического сегмента сети HFC в качестве носителя сигнала используется одномодовое оптическое волокно (ОВ). Передача сигналов по оптическому волокну осуществляется на длинах волн 1550 нм и 1310 нм. Преобразование электрических RF сигналов в оптические осуществляют оптические передатчики которые как правило устанавливаются на ГС. Прием оптических сигналов осуществляют оптические приемники которые входят в состав более сложного устройства – оптического узла (ОУ).

В зависимости от выбранной длинны волны структура HFC сети будет изменяться т.к. для технологии 1310 нм затухание в ОВ составляет 0,35 дБ/км, а для технологии 1550 нм затухание в ОВ составляет 0,25 дБ/км. Так же для технологии 1550 нм существуют оптические усилители.

Головная станция обеспечивает прием и обработку вещаемого контента. В сети HFC всегда установлена как минимум одна головная станция

Все уровни сети (магистральный, доступа и распределительный) могут иметь кольцевую архитектуру с резервированием, которая в состоянии обеспечить высокую надежность сети даже в случае выхода из строя одного из направлений, ведущих к низшему иерархическому уровню

Пропускная способность сети:
- в прямом канала (предназначен для ТВ вещания и передачи данных к абонентам) 47 – 862 МГц;
- в обратном канале (предназначен для передачи данных от абонента) 5 ‑ 30 МГц или 5- 65 МГц с ограничением прямого канала с 85 – 862 МГц.

Для организации цифрового вещания в стандарте DVB-C в кабельную сеть вводятся так называемые цифровые пакеты программ. Для передачи цифровых пакетов как правило используется модуляция 64QAM. В результате максимальная скорость в канале шириной 8 МГц составляет 42 Мбит/c. Т.о. в зависимости от программ составляющих пакет максимальное число программ в пакете 8 в формате MPEG-2.

Для приема цифрового пакета у абонента устанавливается абонентский терминал (Set-top box DVB-C) подключаемый к телевизору. На экране ТВ отображается список программ для просмотра из которых абонент выбирает любую понравившуюся. Для организации условного доступа к ТВ каналам применяется скремблирование сигнала. В этом случае абонент получает возможность просмотра скремблированных программ только посредством специальной карточки устанавливаемой в CAS интерфейс на абонентском терминале.

Для организации интерактивных услуг по широкополосным сетям применяют оборудование работающее по стандарту DOCSIS. В основе этой технологии лежит станция кабельных модемов CMTS которая предает IP пакеты на физическом уровне при помощи модуляции QAM.

Передача данных  от CMTS к абонентам осуществляется в прямом канале диапазона 47/87-862 МГц. Этот канал  обычно называют Downstream. В этом канале сигналы передающие информацию модулируются в формате QAM. Существуют различны типы модуляции QAM: QAM4 (или QPSK), QAM8, QAM16, QAM64, QAM256. Чем выше цифра в типе модуляции тем выше скорость передачи информации по этому каналу, но при этом и ниже помехозащищенность.

Поэтому в канале Downstream обычно используется формат модуляции QAM64 или QAM256. Максимальная скорость, с учетом накладных расходов на обрамление, коррекцию ошибок и т. п., совокупная пропускная способность может достигать 42 Мбит/с в случае 64QAM и 56 Мбит/с в случае 256QAM.

Передача данных от абонента к CMTS осуществляется в обратном канале 5-30/65 МГц. Канал передачи данных называется upstream. В виду большой зашумленности обратного канала для передачи используется более помехозащищенная модуляция QPSK или QAM16. Скорость передачи для одного upstream варьируется от 5,12 Мбит/с в случае QPSK и 10,24 Мбит/с в случае 16-QAM для ширины полосы upstream 3,2 МГц. Для EuroDOCSIS 2.0 возможна модуляция QAM64 с полосой 6,4 МГц и максимальной скоростью до 30 Мбит/с.

2 Принципы построения широкополосных сетей по технологии FTTB и FTTH. Организация интерактивных услуг на базе технологии Ethernet. Технология ТВ по IP сетям.

Технология строительства FTTB (fiber-to-the-building) и FTTH (fiber-to-the-home) являются технологиями с более глубоким проникновением оптики чем в HFC. Эта технология подразумевает установку ОУ в каждом доме. В этом случае для организации ТВ вещания используется полностью схема аналогичная схеме в сетях HFC, но для предоставления интерактивных услуг в этом случае появляется возможность организации сети на базе технологии Metro Ethernet. Т.о. параллельно сети кабельного телевидения строится сеть Ethernet использующая ту же оптическую магистраль. На магистральном уровне эта сеть имеет кольцевую архитектуру, а на уровне распределения до абонентов строится звездообразная архитектура.

Сеть Ethernet позволяет обеспечить следующие услуги:

- внутресетевая передача данных;
- выход в Интернет;
- сетевые игры;
- IP телефония (VoIP);
- сбор данных с датчиков коммунальных услуг;
- Live ТВ (вещание ТВ по IP сетям)
- VOD (видео по запросу);
- дополнительные услуги сопутствующие ТВ вещанию по IP сетям
- и т.д.

Т.о. в сетях Ethernet появляется новая интересная возможность ТВ вещания по IP сетям.

Список оборудования для организации ТВ вещания по IP сетям:

- Спутниковые приемники обеспечивают приём и декодирование ТВ программ вещаемых со спутника;
- Кодеры MPEG-2 обеспечивают кодирование студийных аналоговых и цифровых сигналов в цифровой формат MPEG-2 и формируют однопрограммный транспортный поток SPTS;
- Мультиплексоры позволяют сформировать многопрограммные MPTS пакеты из однопрограммных потоков от кодеров и приемников цифрового ТВ. т.е. они осуществляет функции мультиплексирования и ремультиплексирования входных потоков;
- IP инкапсулятор упаковывает кадры транспортного потока MPEG-2 в IP пакеты для их передачи по IP сетям
- Видеосервер выполняет функции хранения и передачи цифрового контента  для организации услуги VoD (nVOD).
- Система условного доступа (CAS) или ПО защиты цифрового контента. Защита доступа к услугам позволяет предоставлять доступ  к ним только авторизованным (оплатившим доступ) клиентам. CAS может обеспечивать авторизацию как собственными методами, так и средствами сторонних систем, автоматизированной системы расчётов или middleware.
- Абонентское устройство (IP Set-top box). Устройство представляет из себя небольшой компьютер со своей операционной системой, веб-браузером, MPEG-декодером и видеопроцессором (кодером аналогового видеосигнала).
- Middleware – это ПО, обеспечивающее доступ клиента мультисервисной сети к ее услугам. При этом обеспечивается не просто сессия между к примеру, сервером VOD и абонентским терминалом, но и обмен сообщений об этом с биллинговой системой, системами обеспечения безопасности и т.д. Middleware также обеспечивает авторизацию, ведение персональной  статистики и предоставляет визуальные интерфейсы пользователям, администраторам и программные интерфейсы. Middleware  — ключевой компонент архитектуры Video over IP.

Это ПО необходимо для активации следующих функций:

- видео по запросу (Video on Demand,VoD);
- сетевой видеомагнитофон (nPVR);
- сетевые приложения и игры (T-Mail…);
- управление контентом;
- биллинг;
- управление подпиской;
- интерфейс абонента (STB);
- электронный справочник телепрограмм (Electronic Program Guide).

Особенности трафика в сети Ethernet:

- групповое вещание (multicast) адресовано группе подписчиков IGMP, MPEG/RTP/UDP/IP;
- персональное вещание (unicast) адресовано индивидуальному хосту
 HTTP/RTSP, MPEG/RTP/TCP/UDP/IP.

3 Организация ТВ вещания по сетям xDSL.

Благодаря технологии ТВ вещания по IP сетям появилась возможность вещания ТВ каналов в сетях xDSL которые как известно используют существующую телефонную сеть для предоставления услуг передачи данных. Т.к. по участку абонентской линии в один момент времени транслируется только один канал со средней скоростью 3,5 Мбит/c для MPEG-2 и до 1,7 Мбит/c для MPEG-4 (стандартного разрешения SD) этот канал также можно передавать по абонентской линии xDSL. Во всем остальном схема организации вещания будет полностью аналогична схеме организации вещания по Ethernet.

4 Эфирное ТВ вещание на базе стандарта DVB-T.

В основе эфирного цифрового вещания стандарта DVB-T лежит использование модуляции COFDM (Coded Ortigonal Frequency Division Multiplexing).

Основная идея системы COFDM заключается в устранении ухудшения качества сигнала при наземном распространении радиоволн. На сегодняшний день COFDM - единственная система модуляции, позволяющая решить задачу построения одночастотных сетей. Разумеется, на одинаковых несущих должна передаваться одна и та же информация, а передатчики должны синхронизироваться от общего источника. В противном случае неизбежны помехи из-за биений одинаковых частот разных передатчиков.

За счет использования COFDM может быть решена и немаловажная задача качественного приема на движущуюся антенну. СOFDM подразумевает разделение цифрового потока на большое количество субпотоков, каждый из которых модулирует отдельную несущую частоту. Тип модуляции выбирается в зависимости от требуемой скорости передачи, линейности передатчика и требований помехозащищенности. Стандарт DVB-T предусматривает три типа модуляции - QPSK, 16-QAM и 64-QAM.

Стандарт DVB-T предлагает 2 возможных режима модуляции - 8К и 2К:

- режим 8К - предусматривает частотный разнос между несущими (f1 -f2) чуть больше 1 кГц, а длительность рабочей части символа (Т) — чуть меньше 1мкс.
- режиме 2К частотный разнос в 4 раза больше, а длительность символа - в 4 раза меньше.

Ввод защитного интервала:
Поскольку эхо-сигналы представляют собой задержанные во времени копии основного сигнала, начало данного символа СOFDM подвергается «загрязнению» задержанным окончанием предыдущего (взаимные помехи между символами). Для устранения этого эффекта между двумя соседними символами СOFDM вводится защитный интервал. Во время интервала приемные устройства игнорируют поступающий сигнал, что приводит к снижению пропускной способности канала передачи.

Прием сигналов DVB-T осуществляется абонентскими терминалами поддерживающими этот стандарт. Для организации большой площади покрытия используется принцип построения одночастотных SFN сетей. Характерной особенностью этих сетей является все передатчики в этой сети работаю с перекрытием зон покрытия на одной частоте. В этом режиме все передатчики синхронизируются одним эталонным источником (как правило системой GPS). Размер элементарной зоны покрытия зависит от выбранного режима работы 2К или 8К и от мощности передатчика.

Принципы организация формирования цифрового контента остаются неизменными по сравнению с вышеприведенными технологиями.

5 Эфирное ТВ вещание на базе стандарта DVB-H для мобильных устройств.

Для организации эфирного цифрового ТВ вещения для мобильных устройств (мобильные телефоны, смартфоны или PDA «карманные» компьютеры) была создана технология DVB-H. Эта технология базируется на технологии DVB-T и использует те же способы модуляции сигнала. Но главным отличием остается то, что вещание всех ТВ каналов осуществляется в IP пакетах упакованных в свою очередь по протоколу MPE т.е. в стандартном TS стандарта MPEG. Это позволяет ввести большое количество совершенно новых сервисов:

Также характерной особенностью этого стандарта является использование технологи Time Slicing для экономии мощности потребления приемником интегрированным в мобильное устройство. Это является очень важным фактором, т.к. ресурсы по электропитанию мобильного устройства очень ограничены. Эта технология заключается в том, что данные передаются в пакетном режиме и в интервале между пакетами приемник уходит в спящий режим, что и обеспечивает сохранение энергии.

Так же при использовании иерархической модуляции появляется возможность наложить сервисы DVB-H поверх существующей трансляции DVB-T c использованием физически одного передатчика и одного эфирного канала.

Дата создания страницы: 07.06.2006
Дата модификации страницы: 28.06.2011