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新一代廣播電視網的發展——有線無線衛星融合覆蓋網

發表時間:2014-12-08

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 作者:鄒峰
(國家新聞出版廣電總局廣播科學研究院)
【摘要】 隨著信息技術快速發展和產業環境不斷變化,傳統廣播電視網正在向雙向、寬帶、融合、智慧化升級,我國廣播電視網絡已進入了一個全新的發展階段。在此背景下,本文面向未來廣電網絡的發展,提出了集有線、無線、衛星網絡于一體的新一代廣播電視網概念,并對新一代廣播電視網的架構、傳輸通道和工作的重點及難點進行了介紹。
【關鍵詞】新一代廣播電視網 融合網 協同覆蓋網
Development of New Generation Broadcasting Network
——Cable,Wireless and Satellite Convergence Network
Zou Feng
(Academy of Broadcasting Science. SARFT)
Abstract: With the rapid development of information technology and the changing industry environment, the traditional broadcasting network is upgrading into the new bidirectional,broadband, convergence and intelligent network, broadcasting network has
entered a new stage of development. In this context, the paper raises the concept of New Generation Broadcasting Network: Cable,Wireless and Satellite Convergence Network, and introduces its architecture,transmission channel and top tasks. 
Key Words: New Generation Broadcasting Network; Convergence Network; Collaborative Convergence Network


一、發展背景
    21世紀隨著數字、網絡和傳輸技術的飛躍發展,信息化浪潮席卷而來。信息已經無所不在地影響著人們的生活,其對社會政治、經濟、軍事、文化發展的影響日益深刻,信息資源日益成為國家發展的戰略性資源。黨中央、國務院高度重視信息化工作,近年來相繼頒布并實施了“三網融合”、“文化與科技融合”、“寬帶中國”、“擴大信息消費”、“信息惠民工程”等國家戰略,在這樣的背景下我國廣播電視網已經從傳統的宣傳和文化基礎設施演變為國家信息化和寬帶通信基礎設施。然而,長期以來我國廣播電視網存在著數字化和雙向化程度低、網絡分散、主體多元、業務模式單一、服務意識和運營支撐能力不足等問題,已經無法滿足廣大人民群眾日益增長的文化生活需求。
    與此同時,移動互聯網時代的到來極大地改變了人們的生活和生產方式,廣播電視服務正在進一步向手機、平板電腦等移動終端遷移,“移動化”正在成為廣播電視發展的重要趨勢。在這樣的背景下,我國廣播電視網必須順應移動互聯網的發展浪潮,充分發揮國家信息基礎設施的作用,統籌發展有線、無線和衛星網絡,積極推動新一代廣播電視有線無線衛星融合網建設,以“低成本、高速率、廣覆蓋”為目標,為我國基本公共服務均等化、信息消費普及化、城鄉一體化提供一條經濟、實際的建設之路。
二、技術發展現狀及趨勢分析
    隨著寬帶應用及信息的發展,終端用戶需要實現無處不在的無縫覆蓋,滿足用戶多元化的通信及數據服務需求。寬帶網絡朝著更高帶寬、各種接入技術和覆蓋技術融合發展的方向演進。目前主要的技術體制[1]如下所示。
表1. 現有技術體制分析
 
    基于LTE、超級WiFi、Hotspot2.0、WiFi等多種技術手段,融合網絡把有線、無線和衛星三種技術結合在一起,在一個共享的框架中傳輸多業務,形成“多接入、廣覆蓋、高帶寬”傳輸網絡。目前,從世界各國網絡發展來看,網絡融合已經成為廣電、電信業的主旋律和必然趨勢,寬帶接入總體上將朝著高帶寬方向發展,而用戶需求的多樣化決定了寬帶網絡將長期呈現多種接入技術、覆蓋技術融合協調發展的格局。
    在這樣的技術發展背景下,我們面向未來廣電網絡的發展,提出了集有線、無線、衛星網絡于一體的新一代廣播電視網。
三、新一代廣播電視網的定義及指導思想
    新一代廣播電視網是以廣播電視技術成果為基礎,充分發揮廣播電視有線無線衛星協同覆蓋的資源優勢,綜合利用廣播電視網、蜂窩網和超級WiFi、可運營WiFi平臺、互聯網等成熟技術標準及產業鏈資源,構建的面向三網融合可管、可控、可信的廣播電視數據網。
    新一代廣播電視網的建設遵循以下發展原則和目標。
(一)發展原則
    1、堅持融合發展原則----引入廣播電視網、通信網、互聯網的最新技術和成果,建設一個起點高、有競爭力、可持續發展的新一代廣播電視網絡。
    2、堅持開放性原則----發揮廣電網絡優勢,保證融合網絡接口開放,促進有線、無線、衛星協同覆蓋,統一規范,互聯互通。
    3、 堅持安全性原則----實現網絡可管可控可信,為國家網絡安全、信息安全、文化安全戰略服務,為廣播電視事業安全快速發展提供技術保障。
    4、堅持技術集成創新和自主創新原則----充分考慮技術產業生態發展,推動新技術、新規范和新產品的快速應用部署,打造全新的高性能國家融合網絡基礎設施。
(二)發展目標 
    1、在三網融合總體框架下,以當前廣播電視技術成果為基礎,綜合利用廣電頻率資源,采用廣播電視網、LTE、超級WiFi和WiFi運營平臺等技術標準,發揮產業鏈資源優勢,首先建設一個新一代廣播電視數據(示范)網。
    2、通過廣播電視數據(示范)網開展廣電網絡新技術、新業務、新功能和新運營模式的試驗和示范,探索廣電有線無線衛星一體化融合服務的模式,逐步推進全國范圍廣播電視數據網建設。
    3、廣播電視數據(示范)網在優化傳統廣播電視業務的同時,提供高質量、全方位三網融合業務,協調統一有線無線衛星傳統廣播電視分發渠道,形成“天地一體”無縫覆蓋交互網絡,提供更為豐富、流暢的業務體驗。
    4、在主管部門領導下,通過廣電科研機構與全國各省網絡公司通力合作,協調U頻段頻率復用技術方案,共同推動廣播電視網業務漫游建設,最終實現全國的無縫漫游,無感知認證。 
(三)指導思想
    新一代廣播電視網的建設將以傳統廣播電視大帶寬、高速率、廣覆蓋特點為依托,綜合利用有線電視、地面數字電視和衛星的成熟技術標準和產業鏈資源,輔以U頻段無線雙向技術,結合互聯網,以實現有線、無線、衛星互聯互通和智能協同覆蓋為目標,合理實現有線電視網絡、無線廣播網、無線寬帶數據網的優勢互補,面向個人、家庭、區域和城域等不同覆蓋范圍下的融合業務體驗需求,提供涵蓋“電視、寬帶、通信、物聯網”等服務的綜合業務,形成我國廣播電視網有線無線衛星一體化融合發展的創新模式。
四、  新一代廣播電視網的技術架構及傳輸通道建設
(一)網絡總體架構
    新一代廣播電視網將是有線電視網、無線廣播網、衛星廣播網和無線廣播電視寬帶數據網的有機結合,四張網絡通過優勢互補、合理分布實現室內室外全覆蓋,形成廣電特色的有線無線融合的廣播電視數據網。新一代廣播電視網的網絡架構如下圖所示。
 
圖1.新一代廣播電視網系統架構
    新一代廣播電視網將根據地域及服務人群的不同,采用不同的覆蓋方式及策略。在城區通過有線、LTE、超級WiFi和無線廣播相結合的方式實現大范圍全覆蓋,針對部分人口密集的商圈及居住區,通過WiFi技術實現熱點覆蓋;在城鄉結合地區以無線廣播和無線寬帶協同覆蓋為主,無線廣播提供大范圍的廣播服務,無線寬帶提供雙向交互數據服務;在農村及邊遠地區采用直播衛星、無線廣播及無線寬帶相結合的方式,以直播衛星和無線廣播提供單向廣播信道,以無線寬帶網提供數據回傳通道,助力農村地區雙向化改造及信息化建設。
(二)新一代廣播電視網的互聯互通傳輸通道建設
    1、無線廣播網與無線廣播電視寬帶數據網協同覆蓋的傳輸通道建設
    傳統廣播網絡具有高效的帶寬利用率,但不具備反向信道實現信息交互的能力;單純的無線雙向交互網絡具有回程信道,但下行數據傳輸帶寬是有限的。通過單向廣播信道與雙向交互信道的協同接入,構建無線廣播網與無線寬帶數據網一體化融合網絡,為用戶提供無線廣播和雙向通信服務,實現各類新媒體業務的有機融合。
 
圖2.廣播網和雙向網的融合
 
圖3.無線廣播和無線交互系統協同覆蓋框圖
    在融合網絡傳輸系統架構中,以傳統大區制廣播網構建傳統廣播網絡,主要實現廣播信號的大區域覆蓋。用戶終端至廣播大塔的窄帶直連回傳鏈路由無線寬帶網絡承擔,以雙向交互小塔的形式呈現。雙向交互小塔同時接收單向廣播業務與雙向交互業務的信號,并轉換成終端可接收的LTE、WiFi信號在中小區域內進行業務覆蓋。此種方案充分發揮數字廣播和無線通信技術和器件設備成熟優勢,但是需要在數字廣播與無線寬帶接入實現后臺的協同融合,從而將單向地面廣播網低成本升級為交互廣播網。
 
圖4.無線廣播和無線寬帶協同覆蓋
2、無線廣播電視寬帶數據網與有線電視網協同覆蓋的通道建設
    本文介紹的無線廣播電視寬帶數據網是U頻段LTE無線寬帶網和廣播電視WiFi數據網的有機結合,其與有線網的傳輸通道建設采用不同的技術機制。
  (1)U頻段LTE與有線電視網
    目前,世界范圍內信息服務行業的發展趨勢是支持全業務的運營模式,即同時支持移動、固定的網絡接入,提供寬帶接入服務,全方位開展通信業務、增值業務、內容應用的運營模式。廣電網絡應按照業務網絡、基礎網絡兩層架構開展有線和無線的融合。基礎網絡向IP化承載、能方便提供融合性業務的有線無線融合架構演進。同時,在網絡基礎設施之上構造有融合業務能力的業務網絡,提供統一的業務和應用。
    具體來說,應推進有線電視網和無線寬帶網在核心網架構和協議上的統一;在未完成有線電視網雙向網絡改造的農村區域,U頻段LTE構建的無線寬帶網絡將形成有線電視的交互網絡,支持交互業務的開展;U頻段LTE[2]通過eMBMS開展廣播與組播,并著重支持雙向移動數據接入業務,與有線電視網和無線廣播網形成差異化的業務模式。總之,以U頻段LTE為基礎形成廣電網絡中面向移動互聯發展的重要接入方式。
 
圖5.無線寬帶和有線電視網的協同覆蓋
(2)廣播電視WiFi數據網與有線電視網
    有線電視雙向HFC網絡由光纖作干線、同軸電纜作分配網,組成光纖同軸混合網。它結合了光纖和電纜二者所具有的優良特性,完成有線電視信號的高質量傳輸與分配。從而構成了這一獨特的光纖/同軸電纜混合網絡結構。HFC網絡以前端為中心、光纖呈放射狀向外覆蓋用戶。
    WiFi網絡[3]是一種無線邊緣接入網技術,可以作為有線HFC網在無線領域的有效延伸,主要解決最后幾米和幾十米的無線終端接入。它可以實現手機、Pad、PC等支持WiFi終端的數據互通。有線電視運營商通過WiFi技術可以實現無線上網、無線看電視、多屏互動以及多樣化特色無線業務。
    WiFi與有線電視網融合的通道建設應以現有有線電視網為基礎,根據不同用戶使用場景,可分為兩種:第一種場景為家庭室內,通過具備WiFi功能的家庭網關或智能機頂盒來覆蓋;第二種場景為HFC網絡能夠覆蓋的室外區域,如廣場、學校、公園等,利用現有的HFC雙向技術布放室外型AP熱點來覆蓋。
 
圖6.WiFi數據網和有線電視網的協同覆蓋
    廣播電視WiFi數據網采用集中式的管理模式,整個網絡需要高級別的安全性能,由于廣電擁有自己天然的回傳上聯HFC網絡通道,可以把相應的管理配置等信息上傳給移動設備控制器,將大大加強整個系統的安全性。
3、新一代廣播電視網絡中的衛星
    在新一代廣播電視網中,衛星以低成本完成最大范圍的覆蓋,滿足農村、偏遠山區、海島等區域的廣播電視節目信號的接收。但是當前我國衛星網絡仍為單向傳輸信道,融合網中雙向數據交互仍需要雙向有線電視網和無線廣播電視寬帶數據網來協助完成。未來衛星技術發展的方向將是雙向衛星傳輸網絡,衛星雙向網絡的構建將為新一代廣播電視網提供新的發展思路。
 
圖7.新一代廣播電視網中的衛星
4、新一代廣播電視網的智能調度分發
    智能調度分發系統是融合網絡的智能控制后臺和策略支撐手段,可有效提升融合網絡的綜合服務能力。智能調度分發系統以滿足用戶需求為出發點,建立內容資源、網絡資源、用戶及終端之間的智能關聯,通過業務均衡調度、多維感知分析、流量集成控制實現無線廣播網與無線廣播電視寬帶數據網、無線廣播電視寬帶數據網與有線網的智能協同,保證網絡資源的共享,提高現有資源的利用率,滿足對多網絡接入的需求和多種業務接入的需求,真正實現有線無線衛星一體化融合網絡。
    智能調度分發系統采用一種智能驅動的方式,利用廣播網承載共性內容,通過流量集成控制提高共性內容的傳輸和覆蓋效率并為雙向網節省帶寬;利用雙向網承載個性內容,通過業務均衡調度為用戶提供靈活便利的個性化需求服務;同時,根據網絡特性為用戶提供高效、高質服務,提高用戶在融合網的服務體驗。智能調度分發系統將充分實現網絡資源與業務形式的精細化匹配,充分利用融合網的特性, 智能融合“內容”、“用戶”、“網絡”和“終端”四個維度的資源,為用戶高效、高質地提供三網融合業務需求。
 
圖8.智能調度分發系統
5、融合網絡的統一管理
    廣電的四種基礎網絡形成多網融合、集中管理控制的網絡架構。實現有線電視傳輸網絡、無線廣播網、無線廣播電視寬帶數據網絡及衛星網絡的一體化融合,充分利用現有網絡及相關城市資源,構建立體型綜合網絡結構,創造數字化建設的新模式。
    統一用戶管理,形成各有線網絡公司備份用戶數據,通過全國統一管理平臺備份和協調用戶信息的管理機制,統一注冊和認證系統,在用戶跨區域是仍可獲得認證,并支持無線接入。
    統一雙向有線電視網、無線寬帶網絡的互聯網出口,形成全國統一的互聯網出口,從而有利于降低出口費用,并通過即將建設的國網具備獨立的互聯網出口。統一網絡門戶,提供無差別的用戶體驗。實現網絡互聯接口的通用化和規范化。
 
圖9. 融合覆蓋的統一管理
五、  新一代廣播電視網下一步工作的重點及難點
    新一代廣播電視網的建設目前正在啟動中,未來一段時期內,工作組將著力突破以下重點及難點問題。
    1、全國范圍U頻段雙向無線頻率規劃研究。面向全國范圍U頻段頻譜,開展無線頻率規劃設計研究,建立頻譜規劃地理信息數據庫和無線資源管理機制,提高頻譜利用率,實現省網間的無縫漫游。
    2、有線無線衛星組網模式和覆蓋模型研究。探索空天地一體混合組網模式,研究廣播電視有線無線衛星協同傳輸覆蓋關鍵技術,面向全國范圍綜合覆蓋,研究融合網絡系統架構及解決方案,形成相關的技術規范和覆蓋模型。
    3、有線無線融合接入關鍵技術研究。重點研究基于無線寬帶數據網的有線無線協同技術、基于有線無線廣播的家庭組網技術、融合網系統平臺接入層和網絡層技術指標等。
    4、融合網業務協同機制和運營保障機制研究。針對有線、無線和衛星混合組網、空天地集成覆蓋的技術特征和業務特征,探索業務協同機制和運營保障流程,形成具有廣電特色、高效安全的運營模式,實現公益服務、商業服務和應急服務的一體化承載。
    5、無線覆蓋關鍵技術研究。對無線覆蓋中的白頻譜、超級WiFi,eMBMS、hotspot2.0等特征技術進行綜合集成研究,推進廣播電視技術體系下的相關技術和服務的設備研制、系統研發和綜合集成。
六、  參考文獻
[1] 王海濤,付鷹. 異構網絡融合--研究發展現狀及存在的問題. 數據通信, 2012.
[2] 王映民,等. TD-LTE技術原理與系統設計[M].人民郵電出版社, 2010.
[3] M.V.Ramkumaer, Neeli R.Prasad, Ramjee Prasad. Middleware Architecture for Next Generation Heterogeneous Networks. Wireless Pers Commun 2012.
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