雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)設(shè)計與回傳系統(tǒng)的調(diào)試

1、雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)設(shè)計與回傳系統(tǒng)的調(diào)試在雙向HFC網(wǎng)絡(luò)中，為保證回傳通道的性能指標(biāo)，順利開展雙向業(yè)務(wù)，除了選用高屏蔽性能的網(wǎng)絡(luò)器材和嚴(yán)格執(zhí)行工程施工規(guī)范外，網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)設(shè)計及回傳系統(tǒng)的調(diào)試也至關(guān)重要。目前國家尚未制定回傳系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏可供實際操作的相關(guān)規(guī)范。合肥有線電視臺邊摸索、邊實踐，近一兩年來先后進(jìn)行了七八個小區(qū)近萬戶的雙向網(wǎng)建設(shè)和改造，并順利開展了Internet接入等雙向業(yè)務(wù)。在此對雙向網(wǎng)的設(shè)計和調(diào)試總結(jié)一些粗淺的認(rèn)識和經(jīng)驗。 1 回傳系統(tǒng)載噪比的確定 根據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，上行信道傳輸數(shù)據(jù)的誤碼率要求：BER10-9。在HFC上行信道中一般采用QPSK的調(diào)制方式

2、，隨著雙向多功能業(yè)務(wù)的逐漸開展，為提高上行信道的傳輸效率，考慮到將來采用高一階的調(diào)制方式16 QAM，其載噪比門限為20 dB,考慮到上行通道中的窄帶連續(xù)波干擾和沖激干擾的影響，上行信道的C/N大于2426 dB，結(jié)合使用FEC，即可保證誤碼率優(yōu)于10-9，滿足可靠傳輸?shù)囊?。所以DOCSIS標(biāo)準(zhǔn)上行RF信道C/N25 dB。 在實際環(huán)境中，因518 MHz的頻率范圍存在著短波電臺的窄帶連續(xù)波干擾和各種工業(yè)電器、家用電器等的脈沖干擾，使518 MHz的低端噪聲在任何時候都比高端噪聲大，因而對于載噪比的確定應(yīng)區(qū)別對待。參考有關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，一般確定為：518 MHz：C/N20 dB 1865 MH

3、z：C/N26 dB 在實際雙向業(yè)務(wù)開展中，目前階段518 MHz頻段基本不用，所以回傳通道的性能標(biāo)準(zhǔn)主要在于18 MHz以上的性能情況。 2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計我們在理解HFC 網(wǎng)絡(luò)時，一般都是將其當(dāng)作有線電視節(jié)目的傳輸分配網(wǎng)絡(luò)，即它在光纖干線部分是星型的，而在同軸電纜部分是樹型的。如果將HFC網(wǎng)設(shè)計為雙向網(wǎng)絡(luò)作為接入網(wǎng)來理解，其同軸分配網(wǎng)基本上是總線型結(jié)構(gòu)，即不允許將光節(jié)點(diǎn)引出的同軸電纜再作為干線，而是一條分配線。 在傳統(tǒng)的有線電視分配網(wǎng)中，一般是按正向系統(tǒng)設(shè)計。設(shè)計的原則之一是保證下行最高頻率點(diǎn)的正向路徑損耗基本一致，如光節(jié)點(diǎn)輸出電平為99 dBV，用戶電平設(shè)計為64 dBV則從光節(jié)點(diǎn)至各用戶端的

4、正向路徑損耗均為35 dBV。這樣設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)對上行信號而言，因其最高頻率僅為65 MHz，各用戶的上行信號回傳時，由于經(jīng)由的路徑各不相同，從各用戶端至光節(jié)點(diǎn)的回傳路徑損耗往往要相差幾十dB,造成從各用戶端至光節(jié)點(diǎn)的回傳路徑損耗嚴(yán)重不一致。這樣的網(wǎng)絡(luò)對回傳業(yè)務(wù)的開展將是十分困難的，常常出現(xiàn)的情況是初期開通少數(shù)用戶時容易，而回傳用戶增多后開通信號將非常困難。光點(diǎn)小區(qū)面積越大，戶數(shù)越多，使各用戶端的回傳路徑損耗保持一致的目的也越難達(dá)到，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計也越困難，這也是HFC網(wǎng)絡(luò)光點(diǎn)小區(qū)不能太大的一個重要原因。 在Cable Modem TDMA應(yīng)用中，要求所有Cable Modem的信號必須以相同的信號電平

5、到達(dá)前端。如果其電平差異過大，即使管理Cable Modem的CMTS發(fā)出電平調(diào)整指令，試圖使Cable Modem受控地調(diào)整輸出電平，也難以使各用戶電平上行到CMTS時一致,結(jié)果會出現(xiàn)某些用戶上行信號C/N很低，而另一些用戶上行信號產(chǎn)生過載失真。另外，如果噪聲侵入的環(huán)境是均勻的，那么，在回傳路徑損耗較小的節(jié)點(diǎn)處的侵入噪聲受到的衰減小，對回傳通道的影響較大；而在回傳路徑損耗較大的節(jié)點(diǎn)處的侵入噪聲受到的衰減大，對回傳通道的影響則較小。因而整個回傳通道各處的抗干擾能力處在一種不均衡的狀態(tài)。 為保證各支路上行路徑的總損耗近似相等,在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時要求從各用戶端至光節(jié)點(diǎn)的回傳路徑損耗差值小于±5

6、dB。按下行正向系統(tǒng)的設(shè)計原則確定放大器間距， 按上行回傳系統(tǒng)進(jìn)行回傳電平的設(shè)計。2.1 光節(jié)點(diǎn)及光纜干線的設(shè)計 對于光節(jié)點(diǎn)的覆蓋戶數(shù)，目前業(yè)界認(rèn)為500戶/光節(jié)點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)。這實際上是國外的一種經(jīng)驗?zāi)Ｊ?，而國?nèi)城市一般人口密度高、住宅密度大，如果按500戶/光節(jié)點(diǎn)設(shè)計，其費(fèi)用投入將十分巨大。我們認(rèn)為在現(xiàn)階段根據(jù)住宅片區(qū)地理情況及用戶經(jīng)濟(jì)情況的不同，光節(jié)點(diǎn)之下3級放大器級聯(lián)，覆蓋半徑0.8 km左右，覆蓋戶數(shù)1 0002 500戶左右較為適宜。對于用戶經(jīng)濟(jì)條件好、知識層次高的住宅片區(qū)，片區(qū)規(guī)劃時可將光節(jié)點(diǎn)所帶的用戶數(shù)設(shè)計得少一些;對于城郊地段可將光節(jié)點(diǎn)所帶用戶數(shù)設(shè)計得多一些。隨著網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展，待

7、時機(jī)成熟時，再按每個光節(jié)點(diǎn)平均500戶的規(guī)模逐漸拆分。對于用戶數(shù)較多的小區(qū)，隨著多功能業(yè)務(wù)的逐漸開展，可在光站內(nèi)部選擇安裝14個反向光發(fā)射模塊，這樣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基本不變，表面上看光節(jié)點(diǎn)覆蓋的戶數(shù)不變，而實際上回傳通道一分為二，不僅使反向匯聚噪聲一分為二，而且反向帶寬也擴(kuò)展了1倍。2.2 電纜干線的設(shè)計(1)在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)的電纜干線時，盡量采用分配器作為分路器件，禁止使用分支損耗大于10 dB的分支器，以保證各支路的上行路徑損耗近似相等。其代價是使正向電平有所損失,放大器間距縮小。(2)網(wǎng)絡(luò)路由盡量設(shè)計為多級星型傳輸結(jié)構(gòu)。因為多級星型由中心到用戶的分配過程正是由各用戶上行逐級匯集的過程，只要保證了對稱性

8、，上行下行電平必然一致。(3)對回傳通道進(jìn)行均衡。對于一些特殊的支干線，如果回傳路徑損耗相對過小，可以設(shè)計插入一個回傳衰減器，以減小與其他支路的回傳路徑損耗的差異。該回傳衰減器理論上應(yīng)為階躍式的回傳衰減器，只對回傳頻段進(jìn)行衰減，完全獨(dú)立于正向通道。但在實際應(yīng)用中，這種衰減器難以生產(chǎn)，所以實際選用普通電纜均衡器，但要注意這對正向系統(tǒng)也略有影響，需要重新均衡正向系統(tǒng)。2.3 用戶分配網(wǎng)的設(shè)計 用戶分配網(wǎng)在這里指“樓放”至用戶端的分配網(wǎng)絡(luò)。大量的實驗數(shù)據(jù)表明，50%干擾信號來自用戶分配網(wǎng)，分配網(wǎng)的抗干擾能力很大程度上決定了整個系統(tǒng)抗干擾性能。 (1)采用集中分配方式。從理論上講，樓道內(nèi)采用集中分配的

9、方式入戶，既保證了各用戶的下行路徑損耗一致，又保證了各用戶的上行路徑損耗一致；同時減少了大量的電纜接頭，降低了網(wǎng)絡(luò)故障率，減少了干擾信號的侵入點(diǎn)，是一種比較理想的做法。但這種方式施工難度較大，樓道內(nèi)并行敷設(shè)的線路較多，戶線管管徑要求很粗。折中的辦法是盡量多采用4分支、6分支等分路器件。 (2)層間線改造為四屏蔽電纜。用戶分配網(wǎng)的電纜線全部采用四屏蔽電纜不僅減少了上行噪聲的侵入,而且可以防止空中干擾信號對系統(tǒng)的影響。但在網(wǎng)絡(luò)改造中，入戶線很難重新敷設(shè)，較為實際的做法是層間線改為四屏蔽電纜，而入戶線暫不改變。這樣做避免了重新入室敷設(shè)線路；另外,假如樓內(nèi)的噪聲侵入環(huán)境是均勻的，從入戶線侵入的噪聲干擾

10、經(jīng)分路器件如416，干擾信號將衰減16 dB；而從層間線侵入的噪聲干擾經(jīng)分路器件如416，干擾信號將衰減416的插損1.5 dB?？梢娂偃缜秩胂嗤β实脑肼暎瑢娱g線的侵入噪聲因受到的衰減少,要比入室線的侵入噪聲對回傳通道的干擾大得多。將層間線更換為四屏蔽電纜實際上也就增強(qiáng)了層間線的抗干擾能力。 (3)在樓內(nèi)分配系統(tǒng)，因單元與單元之間的電纜長度較短，一般在25 m左右，由此造成的不同單元之間的回傳路徑損耗相差不大，所以我們在樓內(nèi)分配系統(tǒng)沒有設(shè)置回傳衰減（均衡）器。在國外，居民分散，人口密度低，用戶分配網(wǎng)無法集中分配，干線、支干線及入戶線均很長，因而常采用在用戶端單獨(dú)加裝反向均衡器的辦法。 3 回

11、傳系統(tǒng)的調(diào)試 下行信號以傳輸模擬信號為主，上行信號則是以傳輸數(shù)字信號為主。因此，對回傳通道的調(diào)試與正向通道的調(diào)試應(yīng)有不同的要求。在許多專業(yè)論文里，大量討論的是對各種噪聲成因的分析及對侵入噪聲的克服對策，而對回傳通道如何調(diào)試的深入探討則介紹不多。通過在合工大、通機(jī)所等小區(qū)的實踐，總結(jié)出以下要點(diǎn)。3.1 回傳系統(tǒng)調(diào)試要點(diǎn)(1)回傳系統(tǒng)調(diào)試總的原則?；貍飨到y(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試必須確保用戶電平的歸一性，即從任一用戶端發(fā)送同一頻率的上行信號，通過上行回路傳輸至回傳光接收機(jī)注入CMTS(UBR7246)的信號功率應(yīng)基本恒定。調(diào)試的順序是從光節(jié)點(diǎn)向用戶端逐級調(diào)試，直至系統(tǒng)末端。所以回傳系統(tǒng)調(diào)試總的原則是：在使回傳

12、光發(fā)射機(jī)激光器工作在最佳工作點(diǎn)和回傳電纜放大器工作在基準(zhǔn)電平的情況下，確保前端回傳光接收機(jī)的輸出電平保持恒定。(2)通過深入了解回傳通道的噪聲功率比NPR，根據(jù)設(shè)備手冊，確定回傳光發(fā)射機(jī)的輸入信號總功率。在正向模擬通道里，我們知道主要的性能指標(biāo)是C/N、CTB、CSO。CTB、CSO產(chǎn)物雖然隨著頻道數(shù)的增多而急劇增加，但在數(shù)量上還是有限的，在頻譜上是離散的，并且存在著一定的分布規(guī)律。而回傳通道上的數(shù)字調(diào)制信號在頻譜上是連續(xù)的，均勻分布的，有無數(shù)個載波，所以其非線性失真產(chǎn)物也有無數(shù)個，在頻譜上是連續(xù)的，不像正向通道呈現(xiàn)典型的差拍群，而是看上去更像噪聲，在頻譜上和噪聲疊加在一起，無法區(qū)分，引發(fā)的效

13、果和噪聲一樣。NPR是數(shù)字信號電平與反向通道總噪聲功率之比。這個總噪聲是由熱噪聲、干擾噪聲和數(shù)字非線性失真的交調(diào)噪聲按功率疊加而成。NPR是數(shù)字回傳通道最主要的性能指標(biāo)。對回傳光發(fā)射機(jī)的回傳激光器而言，其NPR特性如圖1所示。(圖1略) 在輸入功率較低的情況下，NPR等于由激光器RIN、光纖和接收機(jī)噪聲引起的C/N。隨著功率的增加，NPR將會改善。在某一輸入功率上，NPR達(dá)到最大值，在這個功率之上，互調(diào)產(chǎn)物及削波產(chǎn)物急劇增加，NPR下降，初始的下降主要是二階互調(diào)，然后很快進(jìn)入激光器削波起作用的范圍，下降很快。因為NPR右側(cè)性能下降很快，一般認(rèn)為在NPR最大時所對應(yīng)的輸入功率之下7 dB為回傳激

14、光器的最佳工作點(diǎn)，這樣對于電平的變化及較大沖擊干擾和匯聚噪聲，會留有足夠的余地。這個最佳工作點(diǎn)也就是實際工作時要求輸入到回傳激光器的信號總功率。而在一般設(shè)備手冊里，沒有明確注明回傳激光器在最佳工作點(diǎn)時的輸入信號功率電平，而只是給出一定條件下的信號輸入功率，這是我們實際工作中要特別注意的地方。如飛利浦設(shè)備，其回傳光發(fā)射機(jī)型號NRT-WB2HP，在設(shè)備手冊里只是給出：視頻輸入電平1020 dBmV，數(shù)據(jù)輸入電平-1320 dBmV，我們據(jù)此經(jīng)過換算，并向飛利浦公司技術(shù)人員咨詢求實，該激光器的最佳工作點(diǎn)為41 dBmV，即實際工作時要求輸入到激光器的信號總功率。 (3)回傳通道的功率分配。由回傳激光

15、器的最佳工作點(diǎn)，得出回傳光發(fā)射機(jī)的輸入信號總功率，然后按“每Hz固定功率法”計算出在此功率下回傳通道的每Hz功率，再根據(jù)各項業(yè)務(wù)的信道帶寬計算出各項業(yè)務(wù)對于回傳光發(fā)射機(jī)的輸入電平，并以此電平調(diào)整光鏈路。對于總的分配帶寬，根據(jù)新的國家標(biāo)準(zhǔn)，回傳頻帶為065 MHz。實測表明，15 MHz以下因各種干擾較大基本不用，這樣可用反向帶寬為50 MHz，考慮到頻帶預(yù)留及移頻等措施對噪聲入侵的保護(hù)，留有20%的裕量，這樣計算功率分配時總的反向帶寬為40 MHz: 每Hz功率=回傳光功率-lg(回傳通道帶寬)=-35 (dBmV/Hz)目前我們開展的Cable Modem業(yè)務(wù)信號帶寬為 3.2 MHz ，則

16、該業(yè)務(wù)對激光器的輸入信道功率為： 信道功率=-35(dBmV/Hz)+lg(3.2 MHz)=30(dBmV)(4)類似于正向傳輸系統(tǒng)，回傳系統(tǒng)光鏈路的調(diào)試也存在著滿負(fù)荷加載與目前部分業(yè)務(wù)加載的調(diào)整與換算關(guān)系。如在上面的計算中，回傳激光器的最佳工作點(diǎn)為41 dBmV，而目前Cable Modem 業(yè)務(wù)的信道功率只有30 dBmV，雙向光站回傳電路部分均沒有AGC功能，此時，在光站內(nèi)部對信號功率如不進(jìn)行仔細(xì)的調(diào)整將使光鏈路的C/N比系統(tǒng)設(shè)計時下降許多，見圖2。(圖2略) 目前，回傳業(yè)務(wù)主要是開展Cable Modem業(yè)務(wù)，“每Hz固定功率法”對于將來要增加的新業(yè)務(wù)，如機(jī)頂盒、視頻傳輸?shù)龋A(yù)留了所

17、需要的功率容量，但這些將來的業(yè)務(wù)可能相當(dāng)一段時間沒有開展，這樣回傳頻帶沒有被完全使用而使得目前的業(yè)務(wù)到達(dá)光節(jié)點(diǎn)的功率（30 dBmV）比激光器最佳工作點(diǎn)所要求的加載功率(41 dBmV)低。因此，在實際的調(diào)試中要特別注意在光節(jié)點(diǎn)內(nèi)部對回傳信號進(jìn)行放大，通過調(diào)節(jié)回傳信號的放大增益，使加載到激光器的信號電平達(dá)到最佳工作點(diǎn)的電平值41 dBmV。 (5)回傳電纜系統(tǒng)的調(diào)試。正向放大器調(diào)試的衰減片和均衡器一般是插在放大模塊之前；而回傳放大器的調(diào)試，衰減片和均衡器則應(yīng)插在放大模塊之后。因為對于正向放大器來講，從放大器輸入端到前一級放大器輸出端的路徑是唯一的；而對于反向放大器而言則是從放大器輸出端到下一級

18、放大器輸入端的路徑是唯一的，只有在放大器模塊之后插入衰減片和均衡器才可以補(bǔ)償該段電纜損耗和其他損耗?；貍麟娎|系統(tǒng)應(yīng)使Cable Modem等回傳發(fā)射設(shè)GK!18備在擁有一定裕量的情況下工作在盡可能高的電平狀態(tài)，以提高C/N。Cable Modem上行端口的輸出信號根據(jù)公共防輻射安全規(guī)定IEC60728-10/CDV，必須小于114 dBV，考慮上行信號電平受前端CMTS的管理而留有裕量，一般設(shè)計較高的用戶電平Vin=105 dBV，以增加抗干擾能力。回傳放大器輸入端的基準(zhǔn)電平是根據(jù)Cable Modem工作在較高電平的情況下經(jīng)過最大路徑損耗到達(dá)輸入端時的電平而確定的。最大路徑損耗一般在最靠近用

19、戶放大器的用戶分支口，該處的分路器件型號最大，因而回傳損耗也最大。回傳放大器的調(diào)試就是要保證回傳放大器工作在基準(zhǔn)電平的情況下，使各放大器的輸出電平保持一致。(6)系統(tǒng)調(diào)試主要儀器:安捷倫雙向測試儀3010H/3010R及惠普頻譜儀8591C。3010H置于前端，其輸出的下行信號與電視信號混合傳輸，并同時接收來自回傳光接收機(jī)的上行信號，接收到的信號電平值通過下行信號反映給測試點(diǎn)的3010R。3010R置于線路測試點(diǎn)，其輸入端接收來自前端的下行信號，輸出端通過上行回路向前端回送上行信號。這樣，在線路測試點(diǎn)不僅可以測得下行信號的電平情況，更為方便的是通過雙向回路可以測得前端光接收機(jī)接收到的信號電平情

20、況，因而在線路測試點(diǎn)可以同時進(jìn)行雙向回路的調(diào)試。3.2 回傳系統(tǒng)調(diào)試內(nèi)容總結(jié)(1)回傳光鏈路的調(diào)試 根據(jù)飛利浦寬帶網(wǎng)絡(luò)公司的設(shè)備手冊，回傳光發(fā)射機(jī)（NRT-WB2HP）激光器的最佳工作點(diǎn)經(jīng)測算為Pin=41 dBm,這便是回傳激光器實際工作時要求的加載總功率。系統(tǒng)調(diào)試前在前端機(jī)房設(shè)定CMTS(UBR7246)的接收功率為10 dBm。回傳光鏈路的調(diào)試主要是：在使回傳激光器工作在最佳工作點(diǎn)41 dBm時，保證前端回傳光接收機(jī)注入到CMTS(UBR7246)的RF功率為設(shè)定值10 dBm?；貍鞴怄溌氛{(diào)整的內(nèi)容總結(jié)如圖3所示。(圖3略)具體調(diào)試步驟如下：在光站反向信號注入端口通過3010R輸入上行回傳信號, 根據(jù)上面的計算，調(diào)整3010R注入信號大小，使3010R的注入信號功率為Cable Modem業(yè)務(wù)的信道功率30 dBmV。與此同時在反向監(jiān)測口（-20 dB）通過惠普頻譜儀8591C檢測注入信號大小。因目前階段只有Cable Mldem業(yè)務(wù),回傳頻帶沒有被完全使用，總的加載功率較小，因此在光站內(nèi)部調(diào)整回傳輸入端衰減器的衰減量，使回傳信號適當(dāng)放大，直至8591C的檢測值為21 dBm，此時回傳激光器的加載功率為41 dBm，從而保證了回傳激光器工作在最佳工作點(diǎn)。用頻譜儀測量數(shù)字信號功率需要注意的是：信道功率=顯示的功率+1