新一代广播电视网的发展——有线无线卫星融合覆盖网

发表时间:2014-12-08

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 作者:邹峰
(国家新闻出版广电总局广播科学研究院)
【摘要】 随着信息技术快速发展和产业环境不断变化,传统广播电视网正在向双向、宽带、融合、智慧化升级,我国广播电视网络已进入了一个全新的发展阶段。在此背景下,本文面向未来广电网络的发展,提出了集有线、无线、卫星网络于一体的新一代广播电视网概念,并对新一代广播电视网的架构、传输通道和工作的重点及难点进行了介绍。
【关键词】新一代广播电视网 融合网 协同覆盖网
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、发展背景
    21世纪随着数字、网络和传输技术的飞跃发展,信息化浪潮席卷而来。信息已经无所不在地影响着人们的生活,其对社会政治、经济、军事、文化发展的影响日益深刻,信息资源日益成为国家发展的战略性资源。党中央、国务院高度重视信息化工作,近年来相继颁布并实施了“三网融合”、“文化与科技融合”、“宽带中国”、“扩大信息消费”、“信息惠民工程”等国家战略,在这样的背景下我国广播电视网已经从传统的宣传和文化基础设施演变为国家信息化和宽带通信基础设施。然而,长期以来我国广播电视网存在着数字化和双向化程度低、网络分散、主体多元、业务模式单一、服务意识和运营支撑能力不足等问题,已经无法满足广大人民群众日益增长的文化生活需求。
    与此同时,移动互联网时代的到来极大地改变了人们的生活和生产方式,广播电视服务正在进一步向手机、平板电脑等移动终端迁移,“移动化”正在成为广播电视发展的重要趋势。在这样的背景下,我国广播电视网必须顺应移动互联网的发展浪潮,充分发挥国家信息基础设施的作用,统筹发展有线、无线和卫星网络,积极推动新一代广播电视有线无线卫星融合网建设,以“低成本、高速率、广覆盖”为目标,为我国基本公共服务均等化、信息消费普及化、城乡一体化提供一条经济、实际的建设之路。
二、技术发展现状及趋势分析
    随着宽带应用及信息的发展,终端用户需要实现无处不在的无缝覆盖,满足用户多元化的通信及数据服务需求。宽带网络朝着更高带宽、各种接入技术和覆盖技术融合发展的方向演进。目前主要的技术体制[1]如下所示。
表1. 现有技术体制分析
 
    基于LTE、超级WiFi、Hotspot2.0、WiFi等多种技术手段,融合网络把有线、无线和卫星三种技术结合在一起,在一个共享的框架中传输多业务,形成“多接入、广覆盖、高带宽”传输网络。目前,从世界各国网络发展来看,网络融合已经成为广电、电信业的主旋律和必然趋势,宽带接入总体上将朝着高带宽方向发展,而用户需求的多样化决定了宽带网络将长期呈现多种接入技术、覆盖技术融合协调发展的格局。
    在这样的技术发展背景下,我们面向未来广电网络的发展,提出了集有线、无线、卫星网络于一体的新一代广播电视网。
三、新一代广播电视网的定义及指导思想
    新一代广播电视网是以广播电视技术成果为基础,充分发挥广播电视有线无线卫星协同覆盖的资源优势,综合利用广播电视网、蜂窝网和超级WiFi、可运营WiFi平台、互联网等成熟技术标准及产业链资源,构建的面向三网融合可管、可控、可信的广播电视数据网。
    新一代广播电视网的建设遵循以下发展原则和目标。
(一)发展原则
    1、坚持融合发展原则----引入广播电视网、通信网、互联网的最新技术和成果,建设一个起点高、有竞争力、可持续发展的新一代广播电视网络。
    2、坚持开放性原则----发挥广电网络优势,保证融合网络接口开放,促进有线、无线、卫星协同覆盖,统一规范,互联互通。
    3、 坚持安全性原则----实现网络可管可控可信,为国家网络安全、信息安全、文化安全战略服务,为广播电视事业安全快速发展提供技术保障。
    4、坚持技术集成创新和自主创新原则----充分考虑技术产业生态发展,推动新技术、新规范和新产品的快速应用部署,打造全新的高性能国家融合网络基础设施。
(二)发展目标 
    1、在三网融合总体框架下,以当前广播电视技术成果为基础,综合利用广电频率资源,采用广播电视网、LTE、超级WiFi和WiFi运营平台等技术标准,发挥产业链资源优势,首先建设一个新一代广播电视数据(示范)网。
    2、通过广播电视数据(示范)网开展广电网络新技术、新业务、新功能和新运营模式的试验和示范,探索广电有线无线卫星一体化融合服务的模式,逐步推进全国范围广播电视数据网建设。
    3、广播电视数据(示范)网在优化传统广播电视业务的同时,提供高质量、全方位三网融合业务,协调统一有线无线卫星传统广播电视分发渠道,形成“天地一体”无缝覆盖交互网络,提供更为丰富、流畅的业务体验。
    4、在主管部门领导下,通过广电科研机构与全国各省网络公司通力合作,协调U频段频率复用技术方案,共同推动广播电视网业务漫游建设,最终实现全国的无缝漫游,无感知认证。 
(三)指导思想
    新一代广播电视网的建设将以传统广播电视大带宽、高速率、广覆盖特点为依托,综合利用有线电视、地面数字电视和卫星的成熟技术标准和产业链资源,辅以U频段无线双向技术,结合互联网,以实现有线、无线、卫星互联互通和智能协同覆盖为目标,合理实现有线电视网络、无线广播网、无线宽带数据网的优势互补,面向个人、家庭、区域和城域等不同覆盖范围下的融合业务体验需求,提供涵盖“电视、宽带、通信、物联网”等服务的综合业务,形成我国广播电视网有线无线卫星一体化融合发展的创新模式。
四、  新一代广播电视网的技术架构及传输通道建设
(一)网络总体架构
    新一代广播电视网将是有线电视网、无线广播网、卫星广播网和无线广播电视宽带数据网的有机结合,四张网络通过优势互补、合理分布实现室内室外全覆盖,形成广电特色的有线无线融合的广播电视数据网。新一代广播电视网的网络架构如下图所示。
 
图1.新一代广播电视网系统架构
    新一代广播电视网将根据地域及服务人群的不同,采用不同的覆盖方式及策略。在城区通过有线、LTE、超级WiFi和无线广播相结合的方式实现大范围全覆盖,针对部分人口密集的商圈及居住区,通过WiFi技术实现热点覆盖;在城乡结合地区以无线广播和无线宽带协同覆盖为主,无线广播提供大范围的广播服务,无线宽带提供双向交互数据服务;在农村及边远地区采用直播卫星、无线广播及无线宽带相结合的方式,以直播卫星和无线广播提供单向广播信道,以无线宽带网提供数据回传通道,助力农村地区双向化改造及信息化建设。
(二)新一代广播电视网的互联互通传输通道建设
    1、无线广播网与无线广播电视宽带数据网协同覆盖的传输通道建设
    传统广播网络具有高效的带宽利用率,但不具备反向信道实现信息交互的能力;单纯的无线双向交互网络具有回程信道,但下行数据传输带宽是有限的。通过单向广播信道与双向交互信道的协同接入,构建无线广播网与无线宽带数据网一体化融合网络,为用户提供无线广播和双向通信服务,实现各类新媒体业务的有机融合。
 
图2.广播网和双向网的融合
 
图3.无线广播和无线交互系统协同覆盖框图
    在融合网络传输系统架构中,以传统大区制广播网构建传统广播网络,主要实现广播信号的大区域覆盖。用户终端至广播大塔的窄带直连回传链路由无线宽带网络承担,以双向交互小塔的形式呈现。双向交互小塔同时接收单向广播业务与双向交互业务的信号,并转换成终端可接收的LTE、WiFi信号在中小区域内进行业务覆盖。此种方案充分发挥数字广播和无线通信技术和器件设备成熟优势,但是需要在数字广播与无线宽带接入实现后台的协同融合,从而将单向地面广播网低成本升级为交互广播网。
 
图4.无线广播和无线宽带协同覆盖
2、无线广播电视宽带数据网与有线电视网协同覆盖的通道建设
    本文介绍的无线广播电视宽带数据网是U频段LTE无线宽带网和广播电视WiFi数据网的有机结合,其与有线网的传输通道建设采用不同的技术机制。
  (1)U频段LTE与有线电视网
    目前,世界范围内信息服务行业的发展趋势是支持全业务的运营模式,即同时支持移动、固定的网络接入,提供宽带接入服务,全方位开展通信业务、增值业务、内容应用的运营模式。广电网络应按照业务网络、基础网络两层架构开展有线和无线的融合。基础网络向IP化承载、能方便提供融合性业务的有线无线融合架构演进。同时,在网络基础设施之上构造有融合业务能力的业务网络,提供统一的业务和应用。
    具体来说,应推进有线电视网和无线宽带网在核心网架构和协议上的统一;在未完成有线电视网双向网络改造的农村区域,U频段LTE构建的无线宽带网络将形成有线电视的交互网络,支持交互业务的开展;U频段LTE[2]通过eMBMS开展广播与组播,并着重支持双向移动数据接入业务,与有线电视网和无线广播网形成差异化的业务模式。总之,以U频段LTE为基础形成广电网络中面向移动互联发展的重要接入方式。
 
图5.无线宽带和有线电视网的协同覆盖
(2)广播电视WiFi数据网与有线电视网
    有线电视双向HFC网络由光纤作干线、同轴电缆作分配网,组成光纤同轴混合网。它结合了光纤和电缆二者所具有的优良特性,完成有线电视信号的高质量传输与分配。从而构成了这一独特的光纤/同轴电缆混合网络结构。HFC网络以前端为中心、光纤呈放射状向外覆盖用户。
    WiFi网络[3]是一种无线边缘接入网技术,可以作为有线HFC网在无线领域的有效延伸,主要解决最后几米和几十米的无线终端接入。它可以实现手机、Pad、PC等支持WiFi终端的数据互通。有线电视运营商通过WiFi技术可以实现无线上网、无线看电视、多屏互动以及多样化特色无线业务。
    WiFi与有线电视网融合的通道建设应以现有有线电视网为基础,根据不同用户使用场景,可分为两种:第一种场景为家庭室内,通过具备WiFi功能的家庭网关或智能机顶盒来覆盖;第二种场景为HFC网络能够覆盖的室外区域,如广场、学校、公园等,利用现有的HFC双向技术布放室外型AP热点来覆盖。
 
图6.WiFi数据网和有线电视网的协同覆盖
    广播电视WiFi数据网采用集中式的管理模式,整个网络需要高级别的安全性能,由于广电拥有自己天然的回传上联HFC网络通道,可以把相应的管理配置等信息上传给移动设备控制器,将大大加强整个系统的安全性。
3、新一代广播电视网络中的卫星
    在新一代广播电视网中,卫星以低成本完成最大范围的覆盖,满足农村、偏远山区、海岛等区域的广播电视节目信号的接收。但是当前我国卫星网络仍为单向传输信道,融合网中双向数据交互仍需要双向有线电视网和无线广播电视宽带数据网来协助完成。未来卫星技术发展的方向将是双向卫星传输网络,卫星双向网络的构建将为新一代广播电视网提供新的发展思路。
 
图7.新一代广播电视网中的卫星
4、新一代广播电视网的智能调度分发
    智能调度分发系统是融合网络的智能控制后台和策略支撑手段,可有效提升融合网络的综合服务能力。智能调度分发系统以满足用户需求为出发点,建立内容资源、网络资源、用户及终端之间的智能关联,通过业务均衡调度、多维感知分析、流量集成控制实现无线广播网与无线广播电视宽带数据网、无线广播电视宽带数据网与有线网的智能协同,保证网络资源的共享,提高现有资源的利用率,满足对多网络接入的需求和多种业务接入的需求,真正实现有线无线卫星一体化融合网络。
    智能调度分发系统采用一种智能驱动的方式,利用广播网承载共性内容,通过流量集成控制提高共性内容的传输和覆盖效率并为双向网节省带宽;利用双向网承载个性内容,通过业务均衡调度为用户提供灵活便利的个性化需求服务;同时,根据网络特性为用户提供高效、高质服务,提高用户在融合网的服务体验。智能调度分发系统将充分实现网络资源与业务形式的精细化匹配,充分利用融合网的特性, 智能融合“内容”、“用户”、“网络”和“终端”四个维度的资源,为用户高效、高质地提供三网融合业务需求。
 
图8.智能调度分发系统
5、融合网络的统一管理
    广电的四种基础网络形成多网融合、集中管理控制的网络架构。实现有线电视传输网络、无线广播网、无线广播电视宽带数据网络及卫星网络的一体化融合,充分利用现有网络及相关城市资源,构建立体型综合网络结构,创造数字化建设的新模式。
    统一用户管理,形成各有线网络公司备份用户数据,通过全国统一管理平台备份和协调用户信息的管理机制,统一注册和认证系统,在用户跨区域是仍可获得认证,并支持无线接入。
    统一双向有线电视网、无线宽带网络的互联网出口,形成全国统一的互联网出口,从而有利于降低出口费用,并通过即将建设的国网具备独立的互联网出口。统一网络门户,提供无差别的用户体验。实现网络互联接口的通用化和规范化。
 
图9. 融合覆盖的统一管理
五、  新一代广播电视网下一步工作的重点及难点
    新一代广播电视网的建设目前正在启动中,未来一段时期内,工作组将着力突破以下重点及难点问题。
    1、全国范围U频段双向无线频率规划研究。面向全国范围U频段频谱,开展无线频率规划设计研究,建立频谱规划地理信息数据库和无线资源管理机制,提高频谱利用率,实现省网间的无缝漫游。
    2、有线无线卫星组网模式和覆盖模型研究。探索空天地一体混合组网模式,研究广播电视有线无线卫星协同传输覆盖关键技术,面向全国范围综合覆盖,研究融合网络系统架构及解决方案,形成相关的技术规范和覆盖模型。
    3、有线无线融合接入关键技术研究。重点研究基于无线宽带数据网的有线无线协同技术、基于有线无线广播的家庭组网技术、融合网系统平台接入层和网络层技术指标等。
    4、融合网业务协同机制和运营保障机制研究。针对有线、无线和卫星混合组网、空天地集成覆盖的技术特征和业务特征,探索业务协同机制和运营保障流程,形成具有广电特色、高效安全的运营模式,实现公益服务、商业服务和应急服务的一体化承载。
    5、无线覆盖关键技术研究。对无线覆盖中的白频谱、超级WiFi,eMBMS、hotspot2.0等特征技术进行综合集成研究,推进广播电视技术体系下的相关技术和服务的设备研制、系统研发和综合集成。
六、  参考文献
[1] 王海涛,付鹰. 异构网络融合--研究发展现状及存在的问题. 数据通信, 2012.
[2] 王映民,等. TD-LTE技术原理与系统设计[M].人民邮电出版社, 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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