雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)及回傳系統(tǒng)的調(diào)試也至關(guān)重要。目前國(guó)家尚未制定回傳系統(tǒng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，缺乏可供實(shí)際操作的相關(guān)規(guī)范。合肥有線電視臺(tái)邊摸索、邊實(shí)踐，近一兩年來先后進(jìn)行了七八個(gè)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(duì)雙向網(wǎng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試總結(jié)一些粗淺的認(rèn)識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。 1 回傳系統(tǒng)載噪比的確定 根據(jù)國(guó)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(shí)際環(huán)境中，因518 MHz的頻率范圍存在著短波電臺(tái)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(shí)候都比高端噪聲大，因而對(duì)于載噪比的確定應(yīng)區(qū)別對(duì)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(shí)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(jì)我們?cè)诶斫釮FC 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，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(jì)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(jì)。設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)的網(wǎng)絡(luò)對(duì)上行信號(hào)而言，因其最高頻率僅為65 MHz，各用戶的上行信號(hào)回傳時(shí)，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(duì)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(shí)容易，而回傳用戶增多后開通信號(hào)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(jì)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(gè)重要原因。 在Cable Modem TDMA應(yīng)用中，要求所有Cable Modem的信號(hào)必須以相同的信號(hào)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(shí)一致,結(jié)果會(huì)出現(xiàn)某些用戶上行信號(hào)C/N很低，而另一些用戶上行信號(hào)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(duì)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(duì)回傳通道的影響則較小。因而整個(gè)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(jì)時(shí)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(jì)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(jì)。2.1 光節(jié)點(diǎn)及光纜干線的設(shè)計(jì) 對(duì)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(shí)際上是國(guó)外的一種經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，而?guó)內(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(jì)，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(jí)放大器級(jí)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(duì)于用戶經(jīng)濟(jì)條件好、知識(shí)層次高的住宅片區(qū)，片區(qū)規(guī)劃時(shí)可將光節(jié)點(diǎn)所帶的用戶數(shù)設(shè)計(jì)得少一些;對(duì)于城郊地段可將光節(jié)點(diǎn)所帶用戶數(shù)設(shè)計(jì)得多一些。隨著網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的發(fā)展，待

7、時(shí)機(jī)成熟時(shí)，再按每個(gè)光節(jié)點(diǎn)平均500戶的規(guī)模逐漸拆分。對(duì)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(gè)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(shí)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(jì)(1)在設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)的電纜干線時(shí)，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(jià)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(jì)為多級(jí)星型傳輸結(jié)構(gòu)。因?yàn)槎嗉?jí)星型由中心到用戶的分配過程正是由各用戶上行逐級(jí)匯集的過程，只要保證了對(duì)稱性

8、，上行下行電平必然一致。(3)對(duì)回傳通道進(jìn)行均衡。對(duì)于一些特殊的支干線，如果回傳路徑損耗相對(duì)過小，可以設(shè)計(jì)插入一個(gè)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(duì)回傳頻段進(jìn)行衰減，完全獨(dú)立于正向通道。但在實(shí)際應(yīng)用中，這種衰減器難以生產(chǎn)，所以實(shí)際選用普通電纜均衡器，但要注意這對(duì)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(jì) 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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，50%干擾信號(hào)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(gè)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(shí)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(hào)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(hào)對(duì)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(shí)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(hào)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(hào)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(duì)回傳通道的干擾大得多。將層間線更換為四屏蔽電纜實(shí)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(zhǎng)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?cè)跇莾?nèi)分配系統(tǒng)沒有設(shè)置回傳衰減（均衡）器。在國(guó)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(zhǎng)，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(hào)以傳輸模擬信號(hào)為主，上行信號(hào)則是以傳輸數(shù)字信號(hào)為主。因此，對(duì)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(duì)各種噪聲成因的分析及對(duì)侵入噪聲的克服對(duì)策，而對(duì)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(shí)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(jì)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(hào)，通過上行回路傳輸至回傳光接收機(jī)注入CMTS(UBR7246)的信號(hào)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(jí)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(cè)，確定回傳光發(fā)射機(jī)的輸入信號(hào)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(hào)在頻譜上是連續(xù)的，均勻分布的，有無數(shù)個(gè)載波，所以其非線性失真產(chǎn)物也有無數(shù)個(gè)，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(hào)電平與反向通道總噪聲功率之比。這個(gè)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(duì)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(huì)改善。在某一輸入功率上，NPR達(dá)到最大值，在這個(gè)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?yàn)镹PR右側(cè)性能下降很快，一般認(rèn)為在NPR最大時(shí)所對(duì)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(duì)于電平的變化及較大沖擊干擾和匯聚噪聲，會(huì)留有足夠的余地。這個(gè)最佳工作點(diǎn)也就是實(shí)際工作時(shí)要求輸入到回傳激光器的信號(hào)總功率。而在一般設(shè)備手冊(cè)里，沒有明確注明回傳激光器在最佳工作點(diǎn)時(shí)的輸入信號(hào)功率電平，而只是給出一定條件下的信號(hào)輸入功率，這是我們實(shí)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(hào)NRT-WB2HP，在設(shè)備手冊(cè)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(shí)，該激光器的最佳工作點(diǎn)為41 dBmV，即實(shí)際工作時(shí)要求輸入到激光器的信號(hào)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(hào)總功率，然后按“每Hz固定功率法”計(jì)算出在此功率下回傳通道的每Hz功率，再根據(jù)各項(xiàng)業(yè)務(wù)的信道帶寬計(jì)算出各項(xiàng)業(yè)務(wù)對(duì)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(duì)于總的分配帶寬，根據(jù)新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，回傳頻帶為065 MHz。實(shí)測(cè)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(duì)噪聲入侵的保護(hù)，留有20%的裕量，這樣計(jì)算功率分配時(shí)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(hào)帶寬為 3.2 MHz ，則

16、該業(yè)務(wù)對(duì)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(jì)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(shí)，在光站內(nèi)部對(duì)信號(hào)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(jì)時(shí)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(duì)于將來要增加的新業(yè)務(wù)，如機(jī)頂盒、視頻傳輸?shù)?，預(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(shí)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(shí)際的調(diào)試中要特別注意在光節(jié)點(diǎn)內(nèi)部對(duì)回傳信號(hào)進(jìn)行放大，通過調(diào)節(jié)回傳信號(hào)的放大增益，使加載到激光器的信號(hào)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?yàn)閷?duì)于正向放大器來講，從放大器輸入端到前一級(jí)放大器輸出端的路徑是唯一的；而對(duì)于反向放大器而言則是從放大器輸出端到下一級(jí)

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。回傳電纜系統(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(hào)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(hào)電平受前端CMTS的管理而留有裕量，一般設(shè)計(jì)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?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(shí)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(hào)最大，因而回傳損耗也最大?；貍鞣糯笃鞯恼{(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(cè)試儀3010H/3010R及惠普頻譜儀8591C。3010H置于前端，其輸出的下行信號(hào)與電視信號(hào)混合傳輸，并同時(shí)接收來自回傳光接收機(jī)的上行信號(hào)，接收到的信號(hào)電平值通過下行信號(hào)反映給測(cè)試點(diǎn)的3010R。3010R置于線路測(cè)試點(diǎn)，其輸入端接收來自前端的下行信號(hào)，輸出端通過上行回路向前端回送上行信號(hào)。這樣，在線路測(cè)試點(diǎn)不僅可以測(cè)得下行信號(hào)的電平情況，更為方便的是通過雙向回路可以測(cè)得前端光接收機(jī)接收到的信號(hào)電平情

20、況，因而在線路測(cè)試點(diǎn)可以同時(shí)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(cè)，回傳光發(fā)射機(jī)（NRT-WB2HP）激光器的最佳工作點(diǎn)經(jīng)測(cè)算為Pin=41 dBm,這便是回傳激光器實(shí)際工作時(shí)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?；貍鞴怄溌返恼{(diào)試主要是：在使回傳激光器工作在最佳工作點(diǎn)41 dBm時(shí)，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(hào)注入端口通過3010R輸入上行回傳信號(hào), 根據(jù)上面的計(jì)算，調(diào)整3010R注入信號(hào)大小，使3010R的注入信號(hào)功率為Cable Modem業(yè)務(wù)的信道功率30 dBmV。與此同時(shí)在反向監(jiān)測(cè)口（-20 dB）通過惠普頻譜儀8591C檢測(cè)注入信號(hào)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(hào)適當(dāng)放大，直至8591C的檢測(cè)值為21 dBm，此時(shí)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(cè)量數(shù)字信號(hào)功率需要注意的是：信道功率=顯示的功率+1