雙向HFC網絡的系統(tǒng)設計與回傳系統(tǒng)的調試

1、雙向HFC網絡的系統(tǒng)設計與回傳系統(tǒng)的調試在雙向HFC網絡中，為保證回傳通道的性能指標，順利開展雙向業(yè)務，除了選用高屏蔽性能的網絡器材和嚴格執(zhí)行工程施工規(guī)范外，網絡的系統(tǒng)設計及回傳系統(tǒng)的調試也至關重要。目前國家尚未制定回傳系統(tǒng)的技術標準，缺乏可供實際操作的相關規(guī)范。合肥有線電視臺邊摸索、邊實踐，近一兩年來先后進行了七八個小區(qū)近萬戶的雙向網建設和改造，并順利開展了Internet接入等雙向業(yè)務。在此對雙向網的設計和調試總結一些粗淺的認識和經驗。 1 回傳系統(tǒng)載噪比的確定 根據國際電信聯(lián)盟（ITU）的相關標準，上行信道傳輸數據的誤碼率要求：BER10-9。在HFC上行信道中一般采用QPSK的調制方式

2、，隨著雙向多功能業(yè)務的逐漸開展，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，結合使用FEC，即可保證誤碼率優(yōu)于10-9，滿足可靠傳輸的要求。所以DOCSIS標準上行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區(qū)別對待。參考有關規(guī)范標準，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準主要在于18 MHz以上的性能情況。 2 網絡設計我們在理解HFC 網絡時，一般都是將其當作有線電視節(jié)目的傳輸分配網絡，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網設計為雙向網絡作為接入網來理解，其同軸分配網基本上是總線型結構，即不允許將光節(jié)點引出的同軸電纜再作為干線，而是一條分配線。 在傳統(tǒng)的有線電視分配網中，一般是按正向系統(tǒng)設計。設計的原則之一是保證下行最高頻率點的正向路徑損耗基本一致，如光節(jié)點輸出電平為99 dBV，用戶電平設計為64 dBV則從光節(jié)點至各用戶端的

4、正向路徑損耗均為35 dBV。這樣設計的網絡對上行信號而言，因其最高頻率僅為65 MHz，各用戶的上行信號回傳時，由于經由的路徑各不相同，從各用戶端至光節(jié)點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)點的回傳路徑損耗嚴重不一致。這樣的網絡對回傳業(yè)務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用戶時容易，而回傳用戶增多后開通信號將非常困難。光點小區(qū)面積越大，戶數越多，使各用戶端的回傳路徑損耗保持一致的目的也越難達到，網絡設計也越困難，這也是HFC網絡光點小區(qū)不能太大的一個重要原因。 在Cable Modem TDMA應用中，要求所有Cable Modem的信號必須以相同的信號電平

5、到達前端。如果其電平差異過大，即使管理Cable Modem的CMTS發(fā)出電平調整指令，試圖使Cable Modem受控地調整輸出電平，也難以使各用戶電平上行到CMTS時一致,結果會出現(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,在網絡設計時要求從各用戶端至光節(jié)點的回傳路徑損耗差值小于±5

6、dB。按下行正向系統(tǒng)的設計原則確定放大器間距， 按上行回傳系統(tǒng)進行回傳電平的設計。2.1 光節(jié)點及光纜干線的設計 對于光節(jié)點的覆蓋戶數，目前業(yè)界認為500戶/光節(jié)點為標準。這實際上是國外的一種經驗模式，而國內城市一般人口密度高、住宅密度大，如果按500戶/光節(jié)點設計，其費用投入將十分巨大。我們認為在現(xiàn)階段根據住宅片區(qū)地理情況及用戶經濟情況的不同，光節(jié)點之下3級放大器級聯(lián)，覆蓋半徑0.8 km左右，覆蓋戶數1 0002 500戶左右較為適宜。對于用戶經濟條件好、知識層次高的住宅片區(qū)，片區(qū)規(guī)劃時可將光節(jié)點所帶的用戶數設計得少一些;對于城郊地段可將光節(jié)點所帶用戶數設計得多一些。隨著網絡系統(tǒng)的發(fā)展，待

7、時機成熟時，再按每個光節(jié)點平均500戶的規(guī)模逐漸拆分。對于用戶數較多的小區(qū)，隨著多功能業(yè)務的逐漸開展，可在光站內部選擇安裝14個反向光發(fā)射模塊，這樣網絡結構基本不變，表面上看光節(jié)點覆蓋的戶數不變，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，而且反向帶寬也擴展了1倍。2.2 電纜干線的設計(1)在設計網絡的電纜干線時，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)網絡路由盡量設計為多級星型傳輸結構。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為階躍式的回傳衰減器，只對回傳頻段進行衰減，完全獨立于正向通道。但在實際應用中，這種衰減器難以生產，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 用戶分配網的設計 用戶分配網在這里指“樓放”至用戶端的分配網絡。大量的實驗數據表明，50%干擾信號來自用戶分配網，分配網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，降低了網絡故障率，減少了干擾信號的侵入點，是一種比較理想的做法。但這種方式施工難度較大，樓道內并行敷設的線路較多，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。但在網絡改造中，入戶線很難重新敷設，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線路；另外,假如樓內的噪聲侵入環(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分路器件如416，干擾信號將衰減416的插損1.5 dB。可見假如侵入相同功率的噪聲，層間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了層間線的抗干擾能力。 (3)在樓內分配系統(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，所以我們在樓內分配系統(tǒng)沒有設置回傳衰減（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加裝反向均衡器的辦法。 3 回

11、傳系統(tǒng)的調試 下行信號以傳輸模擬信號為主，上行信號則是以傳輸數字信號為主。因此，對回傳通道的調試與正向通道的調試應有不同的要求。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試的深入探討則介紹不多。通過在合工大、通機所等小區(qū)的實踐，總結出以下要點。3.1 回傳系統(tǒng)調試要點(1)回傳系統(tǒng)調試總的原則?；貍飨到y(tǒng)的設計和調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注入CMTS(UBR7246)的信號功率應基本恒定。調試的順序是從光節(jié)點向用戶端逐級調試，直至系統(tǒng)末端。所以回傳系統(tǒng)調試總的原則是：在使回傳

12、光發(fā)射機激光器工作在最佳工作點和回傳電纜放大器工作在基準電平的情況下，確保前端回傳光接收機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，根據設備手冊，確定回傳光發(fā)射機的輸入信號總功率。在正向模擬通道里，我們知道主要的性能指標是C/N、CTB、CSO。CTB、CSO產物雖然隨著頻道數的增多而急劇增加，但在數量上還是有限的，在頻譜上是離散的，并且存在著一定的分布規(guī)律。而回傳通道上的數字調制信號在頻譜上是連續(xù)的，均勻分布的，有無數個載波，所以其非線性失真產物也有無數個，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、干擾噪聲和數字非線性失真的交調噪聲按功率疊加而成。NPR是數字回傳通道最主要的性能指標。對回傳光發(fā)射機的回傳激光器而言，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達到最大值，在這個功率之上，互調產物及削波產物急劇增加，NPR下降，初始的下降主要是二階互調，然后很快進入激光器削波起作用的范圍，下降很快。因為NPR右側性能下降很快，一般認為在NPR最大時所對應的輸入功率之下7 dB為回傳激

14、光器的最佳工作點，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。而在一般設備手冊里，沒有明確注明回傳激光器在最佳工作點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。如飛利浦設備，其回傳光發(fā)射機型號NRT-WB2HP，在設備手冊里只是給出：視頻輸入電平1020 dBmV，數據輸入電平-1320 dBmV，我們據此經過換算，并向飛利浦公司技術人員咨詢求實，該激光器的最佳工作點為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，得出回傳光發(fā)射機的輸入信號總功率，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，再根據各項業(yè)務的信道帶寬計算出各項業(yè)務對于回傳光發(fā)射機的輸入電平，并以此電平調整光鏈路。對于總的分配帶寬，根據新的國家標準，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，考慮到頻帶預留及移頻等措施對噪聲入侵的保護，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)務信號帶寬為 3.2 MHz ，則

16、該業(yè)務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)光鏈路的調試也存在著滿負荷加載與目前部分業(yè)務加載的調整與換算關系。如在上面的計算中，回傳激光器的最佳工作點為41 dBmV，而目前Cable Modem 業(yè)務的信道功率只有30 dBmV，雙向光站回傳電路部分均沒有AGC功能，此時，在光站內部對信號功率如不進行仔細的調整將使光鏈路的C/N比系統(tǒng)設計時下降許多，見圖2。(圖2略) 目前，回傳業(yè)務主要是開展Cable Modem業(yè)務，“每Hz固定功率法”對于將來要增加的新業(yè)務，如機頂盒、視頻傳輸等，預留了所

17、需要的功率容量，但這些將來的業(yè)務可能相當一段時間沒有開展，這樣回傳頻帶沒有被完全使用而使得目前的業(yè)務到達光節(jié)點的功率（30 dBmV）比激光器最佳工作點所要求的加載功率(41 dBmV)低。因此，在實際的調試中要特別注意在光節(jié)點內部對回傳信號進行放大，通過調節(jié)回傳信號的放大增益，使加載到激光器的信號電平達到最佳工作點的電平值41 dBmV。 (5)回傳電纜系統(tǒng)的調試。正向放大器調試的衰減片和均衡器一般是插在放大模塊之前；而回傳放大器的調試，衰減片和均衡器則應插在放大模塊之后。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償該段電纜損耗和其他損耗?；貍麟娎|系統(tǒng)應使Cable Modem等回傳發(fā)射設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，一般設計較高的用戶電平Vin=105 dBV，以增加抗干擾能力?；貍鞣糯笃鬏斎攵说幕鶞孰娖绞歉鶕﨏able Modem工作在較高電平的情況下經過最大路徑損耗到達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?；貍鞣糯笃鞯恼{試就是要保證回傳放大器工作在基準電平的情況下，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的3010R。3010R置于線路測試點，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接收到的信號電平情

20、況，因而在線路測試點可以同時進行雙向回路的調試。3.2 回傳系統(tǒng)調試內容總結(1)回傳光鏈路的調試 根據飛利浦寬帶網絡公司的設備手冊，回傳光發(fā)射機（NRT-WB2HP）激光器的最佳工作點經測算為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)調試前在前端機房設定CMTS(UBR7246)的接收功率為10 dBm?；貍鞴怄溌返恼{試主要是：在使回傳激光器工作在最佳工作點41 dBm時，保證前端回傳光接收機注入到CMTS(UBR7246)的RF功率為設定值10 dBm?；貍鞴怄溌氛{整的內容總結如圖3所示。(圖3略)具體調試步驟如下：在光站反向信號注入端口通過3010R輸入上行回傳信號, 根據上面的計算，調整3010R注入信號大小，使3010R的注入信號功率為Cable Modem業(yè)務的信道功率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,回傳頻帶沒有被完全使用，總的加載功率較小，因此在光站內部調整回傳輸入端衰減器的衰減量，使回傳信號適當放大，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。用頻譜儀測量數字信號功率需要注意的是：信道功率=顯示的功率+1