第六章上行信道系統(tǒng)

1、1第六章雙向第六章雙向HFCHFC網(wǎng)絡(luò)中的上行網(wǎng)絡(luò)中的上行信道系統(tǒng)信道系統(tǒng)陳 柏 年 20072007年年8 8月月26.1概述概述 HFC寬帶接入網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)主要因素寬帶接入網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)主要因素：取決于對(duì)HFC網(wǎng)絡(luò)的上行信道傳輸能力的開(kāi)發(fā)程度。 開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)HFC網(wǎng)絡(luò)上行信道系統(tǒng)注意問(wèn)題網(wǎng)絡(luò)上行信道系統(tǒng)注意問(wèn)題：既不要過(guò)既不要過(guò)度夸大上行信道噪聲的影響，也不要認(rèn)為侵入噪度夸大上行信道噪聲的影響，也不要認(rèn)為侵入噪聲無(wú)關(guān)緊要。聲無(wú)關(guān)緊要。 實(shí)踐證明實(shí)踐證明：只要按照一定的規(guī)范去開(kāi)發(fā)，做扎實(shí)的工作，HFC網(wǎng)絡(luò)完全可以建設(shè)成為一個(gè)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，從而滿足用戶對(duì)寬帶通信的需求。3HFC網(wǎng)絡(luò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) GY

2、/T121-1995 有線電視系統(tǒng)測(cè)量方法 GY/T131-1997 有線電視網(wǎng)中光鏈路系統(tǒng)技術(shù)要求和測(cè)量方法 GY/T106-1999 有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范 GY/T 143-2000 有線電視系統(tǒng)調(diào)幅激光發(fā)送機(jī)和接收機(jī)入網(wǎng)技術(shù)條件和測(cè)量方法 GY/T180-2001 HFC 網(wǎng)絡(luò)上行傳輸物理通道技術(shù)規(guī)范 2003.7 有線廣播電視網(wǎng)改造指導(dǎo)意見(jiàn) 2003.7 有線數(shù)字電視頻道配置指導(dǎo)性意見(jiàn) GB 50200-1994 有線電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范 GB/T17786-1999 有線電視頻率配置46.2上行系統(tǒng)工作特點(diǎn)及相關(guān)參數(shù)上行系統(tǒng)工作特點(diǎn)及相關(guān)參數(shù)6.2.1上行系統(tǒng)基本組成（以一個(gè)光節(jié)

3、點(diǎn)為例）上行系統(tǒng)基本組成（以一個(gè)光節(jié)點(diǎn)為例）56.2.2上行系統(tǒng)回傳信號(hào)特點(diǎn)上行系統(tǒng)回傳信號(hào)特點(diǎn) 上行傳輸方式上行傳輸方式：多點(diǎn)對(duì)一點(diǎn)。 上行傳輸過(guò)程上行傳輸過(guò)程：從用戶的Cable Modem（CM）和機(jī)頂盒（STB）的RF發(fā)射機(jī)通過(guò)同軸電纜、上行RF放大器及各種同軸無(wú)源器件向光節(jié)點(diǎn)站（光站）發(fā)射已調(diào)制（數(shù)字信號(hào)）的RF信號(hào)，RF信號(hào)在光站中對(duì)上行光發(fā)射機(jī)進(jìn)行調(diào)制，變換為光信號(hào)通過(guò)上行光纖傳輸回前端（中心），由上行光接收機(jī)接收后變換成RF信號(hào)送到電纜調(diào)制解調(diào)器前端系統(tǒng)（CMTS）進(jìn)行數(shù)字處理。 上行傳輸特點(diǎn)上行傳輸特點(diǎn)：上行系統(tǒng)中從任何支路或任何用戶引入的噪聲會(huì)降低所有支路和所有用戶的回傳性

4、能。66.2.3上行系統(tǒng)的頻譜分配上行系統(tǒng)的頻譜分配 上行頻譜資源規(guī)劃遵循標(biāo)準(zhǔn)上行頻譜資源規(guī)劃遵循標(biāo)準(zhǔn)： 符合GB/T 65101996電視和聲音信號(hào)的電纜分配系統(tǒng)、GB502001996有線電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范和GY/T 1061999有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。 在頻率設(shè)置上應(yīng)盡可能與國(guó)際電聯(lián)ITU-TJ.112標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)際電工委員會(huì)IEC-60728-10標(biāo)準(zhǔn)接軌。 GY/T 1061999規(guī)定我國(guó)有線電視上行頻率為565MHz范圍。7HFC全業(yè)務(wù)的上行頻譜分配全業(yè)務(wù)的上行頻譜分配8波段頻率范圍(MHz)業(yè)務(wù)內(nèi)容R5 65上行業(yè)務(wù)X65 87過(guò)渡帶FM87 108廣播業(yè)務(wù)A110

5、1000模擬及數(shù)字電視,數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)下行業(yè)務(wù)有線電視網(wǎng)絡(luò)的頻率的規(guī)劃有線電視網(wǎng)絡(luò)的頻率的規(guī)劃9我國(guó)HFC上行傳輸通道波段劃分 波段頻率范圍（MHz）業(yè)務(wù)內(nèi)容傳輸媒質(zhì)條件 Ra5.020.2 上行窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理(上行) 共纜 Rb20.258.6 上行寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共纜 Rc58.665.0 上行窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理(上行) 共纜 10上行頻道上行頻道RF傳輸特性傳輸特性參數(shù)參數(shù)規(guī)定值規(guī)定值Euro DOCSIS V1. .1DVB-C/DAVIC傳輸時(shí)延（傳輸時(shí)延（ms）0.8（通常更?。┹d噪比（載噪比（dB）2222載干功率比（載干功率比（dB）2222載波干擾比（載波干擾比（dB）22

6、22載波交流聲比（載波交流聲比（%）7（-23dBc）7（-23dBc）頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)5-65MHz：2.5dB/2 MHz5-65MHz：2.5dB/2 MHz群延時(shí)波動(dòng)群延時(shí)波動(dòng)5-65MHz：300ns/2 MHz5-65MHz：300ns/2 MHz微反射微反射單回波單回波-10dBc0.5s回波比15%-20dBc1.0s-30dBc 1.0s突發(fā)噪聲突發(fā)噪聲在1kHz平均速率時(shí)：10s信號(hào)電平變化（信號(hào)電平變化（dB）1211序號(hào)序號(hào)項(xiàng)目項(xiàng)目 技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)1、標(biāo)稱系統(tǒng)特性阻抗（） 752、上行通道頻率范圍（MHz） 5653、標(biāo)稱上行端口輸入電平（dBV）100（此電平為設(shè)計(jì)

7、標(biāo)稱值，并非設(shè)備實(shí)際工作電平）4、上行傳輸路由增益差（dB）105、上行通道頻率響應(yīng)（dB）（1）107.4 MHz61.8 MHz（2）1.57.4 MHz61.8 MHz任意3.2 MHz范圍內(nèi)6、上行最大過(guò)載電平（dBV）1127、載波/匯集噪聲比（dB）（1） 20（Ra波段）（2）26（Rb、Rc波段）8、上行通道傳輸延時(shí)（s）8009、回波值（%）1010、上行通道群延時(shí)（ns）300（任意3.2 MHz范圍內(nèi)）11、信號(hào)交流聲調(diào)制比（%）712、用戶端口噪聲抑制能力（dB）4013、通道串?dāng)_抑制比（dB）54我國(guó)上行傳輸通道主要技術(shù)要求12HFC網(wǎng)的上行系統(tǒng)136.2.4HFC上

8、行系統(tǒng)的噪聲匯聚現(xiàn)象上行系統(tǒng)的噪聲匯聚現(xiàn)象匯聚噪聲或匯聚噪聲或“漏斗噪聲漏斗噪聲”： 由于由于HFC網(wǎng)絡(luò)反向網(wǎng)絡(luò)反向同軸部分的同軸部分的“漏斗效應(yīng)漏斗效應(yīng)”，各用戶室內(nèi)和沿線的，各用戶室內(nèi)和沿線的噪聲沿上行通道匯集到光節(jié)點(diǎn)所形成的噪聲噪聲沿上行通道匯集到光節(jié)點(diǎn)所形成的噪聲。匯聚噪聲的危害匯聚噪聲的危害：光節(jié)點(diǎn)的“漏斗噪聲”加上各上行光鏈路的噪聲傳輸回到前端（或中心），對(duì)整個(gè)上行系統(tǒng)的載噪比產(chǎn)生極大的損傷。14匯聚噪聲電平的計(jì)算匯聚噪聲電平的計(jì)算 設(shè)反向總帶寬為60MHz，光節(jié)點(diǎn)內(nèi)共有M=32臺(tái)放大器，反向放大器F=10dB，求32臺(tái)反向放大器匯聚到光節(jié)點(diǎn)總的熱噪聲功率=？ 解：60MHz帶寬內(nèi)

9、總熱噪聲功率帶寬內(nèi)總熱噪聲功率=-62.5+10lg（60106）=-62.5+17.8+60=15. 3dBV 單臺(tái)反向放大器熱噪聲功率單臺(tái)反向放大器熱噪聲功率=15.3+F=10=25.3dB V 由于“漏斗效應(yīng)漏斗效應(yīng)”引起的熱噪聲符合功率疊加規(guī)則引起的熱噪聲符合功率疊加規(guī)則，所以 32臺(tái)反向放大器匯聚到光節(jié)點(diǎn)總的熱噪聲功率臺(tái)反向放大器匯聚到光節(jié)點(diǎn)總的熱噪聲功率=25.3 +10lgM = 25.3 + 10lg 32=25.3+15=40.3dB V 可見(jiàn)， 32臺(tái)放大器增加了（40.3-15.3）=25dB熱噪聲電平。15光節(jié)點(diǎn)及光纜干線的設(shè)計(jì)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

10、戶數(shù)，目前業(yè)界傾向認(rèn)為500戶一個(gè)光節(jié)點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)。 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(kāi)展，可在光站內(nèi)部選擇安裝一個(gè)甚至兩至四個(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，不僅使反間匯聚噪聲一分為二，而且反向帶寬也擴(kuò)展了一倍。16作為接入網(wǎng)的雙向作為接入網(wǎng)的雙向HFC網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò) 上行設(shè)計(jì)原則上行設(shè)計(jì)原則：當(dāng)采用電纜調(diào)制解調(diào)器，要求所有所有Cable Modem的信號(hào)必須以相同的信號(hào)電平到達(dá)前端的信號(hào)必須以相同的信號(hào)電平到達(dá)前端。 如果設(shè)計(jì)和調(diào)整不當(dāng)問(wèn)題：如果設(shè)計(jì)和調(diào)整不當(dāng)問(wèn)題：致其電平差異過(guò)大，即使管理Cable Modem的 CMTS發(fā)出

11、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)CNR很低，而另一些用戶上行信號(hào)產(chǎn)生過(guò)載失真。17上行信號(hào)電平匯聚均衡上行信號(hào)電平匯聚均衡 匯聚均衡原因匯聚均衡原因： 用戶回傳上行信號(hào)時(shí)，由于路由各不相同，各路由的上行傳輸損耗各不相同，必然出現(xiàn)不同用戶信號(hào)上行到各級(jí)匯聚點(diǎn)的電平不一致。如果其電平差異過(guò)大，即使管理CM的CMTS發(fā)出電平調(diào)整指令試圖使CM受控調(diào)整輸出電平，也難以達(dá)到各用戶電平上行到中心一致的目的。因此，要求對(duì)上行信號(hào)電平進(jìn)行匯聚均衡。 匯集均衡匯集均衡：對(duì)用戶上行信號(hào)電平進(jìn)行調(diào)整，使之對(duì)用戶上行信號(hào)電

12、平進(jìn)行調(diào)整，使之到達(dá)匯聚點(diǎn)的電平一致所采取的均衡措施。到達(dá)匯聚點(diǎn)的電平一致所采取的均衡措施。 匯集均衡解決方法匯集均衡解決方法： 引入單位增益的調(diào)試概念，通過(guò)合理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)來(lái)解決上行電平匯集均衡問(wèn)題。 18匯集均衡的舉例匯集均衡的舉例 如圖，L1支路對(duì)65MHz的上行信號(hào)損耗約為6dB，加上分支器的插入損耗，總損耗約8dB；L2 支路上行分支損耗18dB。上行放大器的增益22dB，在放大器之間要達(dá)到單位增益，可在A2中插入14dB衰減量的反向輸出衰減器，在A3中插入4dB衰減量的反向輸出衰減器。這樣21（22-14-8=0dB）、31（22-4-18=0dB）鏈路都達(dá)到單位增益，從而解決了它們

13、的上行電平匯集均衡問(wèn)題。19上行系統(tǒng)的噪聲分類(lèi)上行系統(tǒng)的噪聲分類(lèi)同軸分配系統(tǒng)的熱噪聲（同軸分配系統(tǒng)的熱噪聲（Thermo Noise）光纖鏈路噪聲（光纖鏈路噪聲（Fiberoptic Link Noise）侵入噪聲（侵入噪聲（Ingress）201、同軸分配系統(tǒng)的熱噪聲、同軸分配系統(tǒng)的熱噪聲 對(duì)于我國(guó)PAL-D電視制式，系統(tǒng)帶寬B=5.75106Hz。 系統(tǒng)背景噪聲（噪聲本底系統(tǒng)背景噪聲（噪聲本底Noise Floor） NB=20lg(5.75106)12 125.2dBmV = 57.6dBmV=2. .4dBV 噪聲譜功率密度（每噪聲譜功率密度（每Hz噪聲功率）噪聲功率） =2.4 10

14、lg（5.75106） =65. 2 dBV/Hz 放大器的噪聲系數(shù)為F，放大器輸出端的載噪比為 （CNR）AMP=Vin F NB=輸入電平噪聲系數(shù)噪聲本底（dBV） 對(duì)于上行信道而言，情況比下行復(fù)雜得多，因?yàn)樯闲行盘?hào)的種類(lèi)繁多，上行信號(hào)的帶寬變化從100KHz到6MHz。因此，對(duì)不同的帶寬背景噪聲亦不同對(duì)不同的帶寬背景噪聲亦不同。21不同帶寬的背景噪聲不同帶寬的背景噪聲噪聲帶寬（KHz）背景噪聲（dBV）100-15.2200-12.2300-10.4400-9.2500-8.2600-7.4700-6.7800-6.2900-5.7噪聲帶寬（MHz ）背景噪聲（dBV）1-5.22-2.

15、23-0.440.851.862.622回傳系統(tǒng)回傳系統(tǒng)CNRC計(jì)算舉例計(jì)算舉例 設(shè)：典型的光節(jié)點(diǎn)站通常有四個(gè)輸出口連接四個(gè)同軸分配支線，設(shè)每支線由兩個(gè)分配放大器（DA）和兩個(gè)延長(zhǎng)放大器（LE）組成，并且輸入到每個(gè)放大器的信號(hào)（按業(yè)務(wù)）為65 dBV，噪聲帶寬為600 KHz。 已知：光節(jié)點(diǎn)內(nèi)回傳放大器的噪聲系數(shù)F=14dB，分配放大器的噪聲系數(shù)F=11dB，延長(zhǎng)放大器的噪聲系數(shù)F=7dB， 求：整個(gè)回傳系統(tǒng)的CNRC =？23計(jì)算步驟和方法計(jì)算步驟和方法背景噪聲NB = 65.2+10lg（帶寬）單級(jí)分配放大器的CNR =輸入電平噪聲系數(shù)背景噪聲兩級(jí)分配放大器的CNR =單級(jí)分配放大器的CN

16、R-10lg2單級(jí)延長(zhǎng)放大器的CNR=輸入電平噪聲系數(shù)背景噪聲兩級(jí)延長(zhǎng)放大器的CNR =單級(jí)延長(zhǎng)放大器的CNR-10lg2每支線CNR=兩級(jí)分配放大器+兩級(jí)延長(zhǎng)放大器 CNR四條支線的CNR=每支線CNR-10lg4光節(jié)點(diǎn)內(nèi)回傳放大器的CNR同軸回傳系統(tǒng)總載噪比同軸回傳系統(tǒng)總載噪比=四條支線的CNR與光節(jié)點(diǎn)內(nèi)回傳放大器的CNR 按功率疊加合成24回傳系統(tǒng)回傳系統(tǒng)CNRC求解求解 查表或計(jì)算可得背景噪聲背景噪聲NB=65.2+10lg（600103）= 65.2+57.8 = 7.4 dBV 一個(gè)一個(gè)DA的CNRDA65 11 + 7.4=61.4dB 兩個(gè)兩個(gè)DA組合組合CNRDA2= 61.

17、4 10lg2=58.4dB 一個(gè)一個(gè)LE的CNRLE 657 + 7.4=65.4dB 兩個(gè)兩個(gè)LE組合組合CNRLE2= 65.4 10lg2=62.4dB 應(yīng)用指標(biāo)合成公式 每分配支線每分配支線的CNR D= 10lg10-58.4/10+10-62.4/10=57dB 四個(gè)分配支線組合四個(gè)分配支線組合的CNR D4= 57 10lg4=51dB 光節(jié)點(diǎn)回傳放大器回傳放大器的CNRRA= 6514+7.4=58.4dB 同軸回傳系統(tǒng)總載噪比同軸回傳系統(tǒng)總載噪比CNRC= 10lg10-51/10+10-58.4/10 =50.3dB 結(jié)論結(jié)論：同軸回傳系統(tǒng)同軸回傳系統(tǒng)CNR約為約為50d

18、B。252、光纖鏈路噪聲、光纖鏈路噪聲 影響光鏈路的載噪比因素影響光鏈路的載噪比因素：光纖、激光器、光檢測(cè)器。 工程設(shè)計(jì)工具工程設(shè)計(jì)工具：光鏈路CNR與鏈路長(zhǎng)度關(guān)系曲線。 該曲線測(cè)試時(shí)的頻道帶寬為4MHz，并且所有的RF功率全部分配到4MHz帶寬的信號(hào)上所得到的CNR。實(shí)際情況是將RF功率平分到整個(gè)542MHz（或565MHz）上行頻帶上。所以圖中的CNR需要修正，修正后的修正后的CNR為 CNR=CNR圖+10lg4/（42-5）=CNR圖9.7 或 CNR=CNR圖圖+10lg4/（65-5）=CNR圖圖11.826光鏈路光鏈路CNR與鏈路長(zhǎng)度關(guān)系曲線與鏈路長(zhǎng)度關(guān)系曲線27光鏈路與同軸部分

19、合成的光鏈路與同軸部分合成的CNR（O+C） 設(shè)光鏈路損耗為5dB（相當(dāng)于1310nm波長(zhǎng)下傳輸距離12Km），光鏈路的修正載噪比CNR O為 CNR O = 51.59.7=41.8(dB) CNR C =50.3(dB) 按照指標(biāo)合成公式，可以得出回傳系統(tǒng)光鏈路與同軸部分在前端合成的組合CNR（O+C）為 CNR（O+C）=10lg10CNRO /10+10CNRC /10= 10lg104.18+105.3 =41.3dB 規(guī)律規(guī)律：低指標(biāo)與很高指標(biāo)合成時(shí)，可不考慮高指標(biāo)對(duì)總合低指標(biāo)與很高指標(biāo)合成時(shí)，可不考慮高指標(biāo)對(duì)總合成指標(biāo)的影響，近似認(rèn)為總合成指標(biāo)等于低部分指標(biāo)。成指標(biāo)的影響，近似認(rèn)

20、為總合成指標(biāo)等于低部分指標(biāo)。 結(jié)論結(jié)論：HFC的回傳系統(tǒng)的載噪比主要由上行光纖鏈路的噪的回傳系統(tǒng)的載噪比主要由上行光纖鏈路的噪聲決定。聲決定。光鏈路的噪聲對(duì)總的載噪比貢獻(xiàn)最大。光鏈路的噪聲對(duì)總的載噪比貢獻(xiàn)最大。283. .侵入噪聲侵入噪聲 侵入噪聲（侵入噪聲（Ingress）：由于同軸電纜系統(tǒng)屏蔽性能不完善，由于同軸電纜系統(tǒng)屏蔽性能不完善，造成外界輻射干擾侵入電纜系統(tǒng)內(nèi)部引起的噪聲造成外界輻射干擾侵入電纜系統(tǒng)內(nèi)部引起的噪聲，包含有不連續(xù)的和彌漫性的信號(hào)。 主要侵入源主要侵入源： 用戶端電子產(chǎn)品 短波通信 業(yè)余無(wú)線電 沖擊脈沖 雖然，設(shè)計(jì)及安裝良好的同軸電纜系統(tǒng)能保證高度的RF“密封”，但是，電

21、纜系統(tǒng)中仍然有一些薄弱環(huán)節(jié)導(dǎo)致外界RF干擾的侵入。最容易侵入的地方是用戶家里。29從家中接線到分支分配之間的噪聲侵入源從家中接線到分支分配之間的噪聲侵入源Home to Tap30從分支分配器到前端之間的侵入噪聲源從分支分配器到前端之間的侵入噪聲源 Tap to Headend31HFCHFC網(wǎng)三種上行噪聲類(lèi)型網(wǎng)三種上行噪聲類(lèi)型1、加性高斯白噪聲（連續(xù)和隨機(jī)）、加性高斯白噪聲（連續(xù)和隨機(jī)）Additive White Gaussian Noise (AWGN)- continuous & random with an infinite frequency range322、侵入噪聲、侵入噪聲I

22、ngress Noise- continuous (or lengthy in duration) with a narrow frequency range (up to 100 kHz wide) ex: 60 Hz power line hum333、突發(fā)性脈沖噪聲、突發(fā)性脈沖噪聲Impulse (Burst) Noise- short in duration (100nsec-100msec), but possibly periodic, and with a broad frequency range ex: motor contacts34對(duì)回傳噪聲分析有用的結(jié)論對(duì)回傳噪聲分析有

23、用的結(jié)論 從最遠(yuǎn)小分支器用戶引入回傳噪聲大于最近大分支器用戶，小分支器用戶噪聲對(duì)整個(gè)回傳噪聲的控制有關(guān)鍵作用。由于用戶回傳信號(hào)電平差的存在，回傳噪聲對(duì)于不同用戶影響會(huì)不一樣。雖然侵入噪聲的存在給HFC上行系統(tǒng)帶來(lái)很多麻煩，但由于對(duì)上行系統(tǒng)認(rèn)識(shí)的深化以及技術(shù)的進(jìn)步，侵入噪聲帶來(lái)的問(wèn)題現(xiàn)在已不難解決。356.3 HFC網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)6.3.1基帶數(shù)字信號(hào)基帶數(shù)字信號(hào) 基帶數(shù)字信號(hào)基帶數(shù)字信號(hào)：占據(jù)基本頻帶，未經(jīng)調(diào)制（頻率占據(jù)基本頻帶，未經(jīng)調(diào)制（頻率搬移）的原始數(shù)字信號(hào)，搬移）的原始數(shù)字信號(hào)，即由0和1兩種狀態(tài)組成的數(shù)字信號(hào)。 基帶數(shù)字信號(hào)特點(diǎn)基帶數(shù)字信號(hào)特點(diǎn)： 由計(jì)算機(jī)產(chǎn)

24、生或?qū)⒛M信號(hào)經(jīng)取樣、量化、編碼后組成。 通常采用時(shí)分復(fù)用（TDM）技術(shù)處理，即以時(shí)間內(nèi)插的方式將較低數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)流組合（或稱復(fù)用）起來(lái)，成為更高等級(jí)數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)流。 現(xiàn)在已運(yùn)行的數(shù)字通信系統(tǒng)如SDH光纖通信系統(tǒng)、基于IP的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等都屬于基帶數(shù)字系統(tǒng)。366.3.2HFC網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字信號(hào)的調(diào)制網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字信號(hào)的調(diào)制 調(diào)制調(diào)制：改變載波波型的某些屬性，使之成為輸入信息的函數(shù)的過(guò)程。 HFC網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字信號(hào)特征網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字信號(hào)特征：一個(gè)高速數(shù)據(jù)流通過(guò)一個(gè)高速數(shù)據(jù)流通過(guò)一個(gè)有限帶寬的射頻信道。一個(gè)有限帶寬的射頻信道。在在HFC網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)字信號(hào)必須要通過(guò)調(diào)制信號(hào)必須要通過(guò)調(diào)制，即將數(shù)字基

25、帶信號(hào)對(duì)RF載波進(jìn)行調(diào)制，然后以頻分復(fù)用（FDM）調(diào)制載波的方式進(jìn)行傳輸。 HFC網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字信號(hào)調(diào)制技術(shù)選擇的三個(gè)因素網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字信號(hào)調(diào)制技術(shù)選擇的三個(gè)因素： 帶寬利用率（或頻譜利用率） 穩(wěn)定性（信道中的噪聲、干擾和反射對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)挠绊?）1. 成本（設(shè)備成本和維護(hù)成本）37數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸 數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸： 對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將其頻帶搬移到射頻、光波或微波頻段上，利用同軸電纜、光纜、微波和衛(wèi)星等信道傳輸數(shù)字信號(hào)。把基帶數(shù)字信號(hào)變換為頻帶數(shù)字信號(hào)的過(guò)程把基帶數(shù)字信號(hào)變換為頻帶數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制： 對(duì)基帶數(shù)字信號(hào)所進(jìn)行的調(diào)制對(duì)基帶

26、數(shù)字信號(hào)所進(jìn)行的調(diào)制。通過(guò)調(diào)制把基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行了頻率搬移，而且數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成了模擬信號(hào)，所以頻帶傳輸實(shí)際傳輸?shù)氖悄M信號(hào)頻帶傳輸實(shí)際傳輸?shù)氖悄M信號(hào)。38基帶傳輸與頻帶傳輸?shù)谋容^基帶傳輸與頻帶傳輸?shù)谋容^ 傳輸傳輸方式方式基帶傳輸基帶傳輸 頻帶傳輸頻帶傳輸 波形波形數(shù)字信道碼（數(shù)字信號(hào)波數(shù)字信號(hào)波形形）數(shù)字調(diào)制的正弦波（模擬模擬信號(hào)波形信號(hào)波形）頻譜頻譜結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)信號(hào)頻譜分量處在0到（1/T）或0到（1.5/T）之間，且呈現(xiàn)出高、低頻頻譜分量很小，中間頻譜分量較大的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。信號(hào)頻譜分量處在f0為中心的（f0 - fB）到（f0 + fB）之間，且呈現(xiàn)出上、下邊帶頻譜分量對(duì)稱的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。適用適用

27、信道信道低通型信道帶通型信道392、基本的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制、基本的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 1、數(shù)字調(diào)幅數(shù)字調(diào)幅（幅移鍵控ASK） 2、數(shù)字調(diào)頻數(shù)字調(diào)頻（頻移鍵控FSK） 3、數(shù)字調(diào)相數(shù)字調(diào)相（絕對(duì)相移鍵控） 4、數(shù)字相對(duì)調(diào)相數(shù)字相對(duì)調(diào)相 （差分相移鍵控DPSK）40DPSK信號(hào)波形圖信號(hào)波形圖413. .M進(jìn)制數(shù)字調(diào)制進(jìn)制數(shù)字調(diào)制 M進(jìn)制數(shù)字調(diào)制進(jìn)制數(shù)字調(diào)制：數(shù)字信號(hào)不是只采用0和1兩個(gè)電平，而是采用多個(gè)電平來(lái)表示的數(shù)字調(diào)制。 M進(jìn)制數(shù)字調(diào)制特點(diǎn)進(jìn)制數(shù)字調(diào)制特點(diǎn)： 在碼元速率（傳碼率）相同條件下，可以提高信息速率（傳信率）。 在信息速率相同條件下，可降低碼元速率，以提高傳輸?shù)目煽啃浴?在接收機(jī)輸入信噪比

28、相同條件下，多進(jìn)制系統(tǒng)的誤碼率比相應(yīng)的二進(jìn)制系統(tǒng)要高。 設(shè)備復(fù)雜。42（1）四相相移鍵控（）四相相移鍵控（QPSK） 多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（多相制）多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制（多相制）：利用載波的多：利用載波的多種不同相位（或相位差）來(lái)表征數(shù)字信息的調(diào)制種不同相位（或相位差）來(lái)表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。方式。 原理圖原理圖矢量圖矢量圖43QPSKQPSK調(diào)制器框圖及波形圖調(diào)制器框圖及波形圖輸入串行二進(jìn)制信息序列串-并變換電平轉(zhuǎn)換器分別產(chǎn)生I(t)和Q(t)分別對(duì)載波進(jìn)行正交調(diào)制相加QPSK已調(diào)信號(hào)。 44QPSK調(diào)制狀態(tài)圖調(diào)制狀態(tài)圖 QPSK調(diào)制方式是HFC網(wǎng)絡(luò)上行信道采用的數(shù)字調(diào)制方式之一。它是通過(guò)對(duì)同

29、一載波源產(chǎn)生的相互正交（相位差90）的兩個(gè)載波各自進(jìn)行獨(dú)立的BPSK調(diào)制，從而得到四個(gè)狀態(tài)。正交調(diào)制正交調(diào)制：從單一信號(hào)源產(chǎn)生相位上相差從單一信號(hào)源產(chǎn)生相位上相差90的兩個(gè)載波，的兩個(gè)載波，每個(gè)載波單獨(dú)調(diào)制（每個(gè)載波單獨(dú)調(diào)制（通常用通常用I和和Q表示），然后將兩個(gè)已調(diào)表示），然后將兩個(gè)已調(diào)信號(hào)合成的調(diào)制方式。信號(hào)合成的調(diào)制方式。45QPSK調(diào)制特點(diǎn)調(diào)制特點(diǎn) I和Q兩個(gè)載波在數(shù)學(xué)上彼此正交，互不影響?？梢院喜⒃谝黄饌魉?。 解調(diào)時(shí)，兩個(gè)信號(hào)I和Q可以被分開(kāi)單獨(dú)解調(diào)，解調(diào)后I和Q比特位又可合并在一起重建原始信號(hào)。 從狀態(tài)圖上可以看出，QPSK的四個(gè)狀態(tài)相隔很遠(yuǎn)，即使噪聲的影響使收端將一個(gè)狀態(tài)誤判為其

30、相鄰的狀態(tài)，也只有一個(gè)二元碼產(chǎn)生錯(cuò)誤。因此，抗干 擾 性 能 極 強(qiáng) ， 而 且 其 頻 帶 利 用 率 也 達(dá) 到2bit/s/Hz。 實(shí)踐中重要計(jì)算公式實(shí)踐中重要計(jì)算公式： 占有帶寬占有帶寬=符號(hào)率符號(hào)率（1+滾降系數(shù)）滾降系數(shù)）46（2）正交幅度調(diào)制）正交幅度調(diào)制QAMMQAM調(diào)制器方框圖調(diào)制器方框圖4716QAM調(diào)制器框圖及星座圖 輸入二進(jìn)制數(shù)據(jù)流經(jīng)過(guò)串-并變換后變成四路并行數(shù)據(jù)流。四路數(shù)據(jù)兩兩結(jié)合，分別進(jìn)入兩個(gè)電平轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成兩路4電平數(shù)據(jù)。這兩路4電平數(shù)據(jù)g1(t)和g2(t)分別對(duì)載波cos2fct和sin2fct進(jìn)行調(diào)制然后相加，即可得到16QAM已調(diào)信號(hào)。 48M-QAM調(diào)

31、制的比特率與波特率調(diào)制方式調(diào)制方式每符號(hào)比特?cái)?shù)每符號(hào)比特?cái)?shù)nbits波特率波特率Bd比特率比特率bps16QAM4N4 N32QAM5N 5 N64QAM6N6 N128QAM7N7 N256QAM8N8 N49多進(jìn)制多進(jìn)制QAM調(diào)制調(diào)制 MQAM=x2QAM=2nQAMM：調(diào)制狀態(tài)數(shù)、調(diào)制符號(hào)數(shù)、星座圖上的星點(diǎn)數(shù)X：符號(hào)的進(jìn)制數(shù)。n：每次調(diào)制（每個(gè)符號(hào)）所攜帶的比特?cái)?shù)。5032-bit to 4-levelconverter2-bit to 4-levelconverter 90度度PhaseShifterDataSplitterQuadratureI n PhaseFrequencySou

32、rce (LO)Digital BitStreamFromMPEG-2Encoder30 Mbps3210210BPF15 Mbps15 MbpsDSB-SCAM-MODDSB-SCAM-MOD16-QAM框圖框圖5164QAM調(diào)制器調(diào)制器523bit 8電平變換器電平變換器53QAM 信號(hào)星座圖信號(hào)星座圖Constellation diagramfor 16-QAM星座圖Constellation diagramfor 64-QAM星座圖Q-axisI-axis1001*1000*0001*0000*1011*1010*0011*0010*1101*1100*0101*0100*1111*1

33、110*0111*0110*Q-axisI-axis546.3.3各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)比較各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)比較HFC網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)字調(diào)制兩個(gè)基本工程標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)字調(diào)制兩個(gè)基本工程標(biāo)準(zhǔn)：頻譜利用率頻譜利用率bps/Hz ：每單位調(diào)制帶寬所能傳送的比特?cái)?shù)； 1. 每比特能量和噪聲譜密度每比特能量和噪聲譜密度N0之比之比Eb / N0 ：在規(guī)定傳送準(zhǔn)確度下（即保證要求的BER所需的載噪比）的每比特能量。551、頻帶利用率、頻帶利用率bps/Hz 頻帶利用率頻帶利用率EOS （或頻譜效率、頻譜利用率）定（或頻譜效率、頻譜利用率）定義義：比特率除以調(diào)制帶寬。 EOS=S / W=Wlog2M / W = log2

34、M 式中 S為比特率（bit/s） W為帶寬（Hz） M為一個(gè)碼元所取的離散值個(gè)數(shù) log2M為一個(gè)碼元攜帶的bit數(shù) 理論上理論上，QPSK的頻帶利用率為2bit/s/Hz，16QAM的頻帶利用率為4 bit/s/Hz，64QAM為6 bit/s/Hz。 實(shí)際上實(shí)際上，帶寬應(yīng)該是調(diào)制器和解調(diào)器中濾波器的帶寬，頻帶利用率和濾波器的滾降系數(shù)有關(guān)。56QAMQAM調(diào)制方式的頻帶利用率調(diào)制方式的頻帶利用率E EOSOS（bps/Hzbps/Hz）滾降系數(shù)滾降系數(shù)00.51調(diào)制調(diào)制方式方式4QAM21.33116QAM42.67264QAM643256QAM85.33457不同調(diào)制方式的頻帶利用率不同

35、調(diào)制方式的頻帶利用率E EOSOS（bps/Hzbps/Hz）滾降系數(shù)滾降系數(shù)00.331調(diào)調(diào)制制方方式式2PSK10.750.5QPSK21.528PSK32.251.54QAM21.5116QAM432582、保證要求誤碼率下的載噪比、保證要求誤碼率下的載噪比誤碼率誤碼率BER定義定義：BER=接收端出現(xiàn)的差錯(cuò)比特?cái)?shù) / 總的發(fā)射比特?cái)?shù)100%BER表示一個(gè)誤碼出現(xiàn)的概率。如BER=110-9表示傳輸109bit信息只有1bit錯(cuò)誤，即誤碼的概率為十億分之一。實(shí)際傳送數(shù)字信號(hào)時(shí)，接收端采用判決電路來(lái)確定所接收的數(shù)字信號(hào)，而B(niǎo)ER則確定了判決電路區(qū)分不同狀態(tài)的難易程度。59QPSK傳輸?shù)膶?shí)際

36、狀態(tài)圖傳輸?shù)膶?shí)際狀態(tài)圖CNR=28dB BER=1109CNR=11dB BER=6104在給定信號(hào)和噪聲功率下，星座點(diǎn)之間的距離越遠(yuǎn)的調(diào)制方式在給定信號(hào)和噪聲功率下，星座點(diǎn)之間的距離越遠(yuǎn)的調(diào)制方式的的BER愈佳。愈佳。60每比特能量與噪聲功率強(qiáng)度比每比特能量與噪聲功率強(qiáng)度比Eb/N0 Eb/N0：每比特能量與噪聲功率強(qiáng)度之比。 Eb代表平均到每個(gè)比特上的信號(hào)能量， N0代表噪聲的功率譜密度。 Eb/N0BER關(guān)系曲線則可以同時(shí)反映系同時(shí)反映系統(tǒng)的有效性和可靠性。統(tǒng)的有效性和可靠性。 Eb/N0與與CNR直接的關(guān)系如下：直接的關(guān)系如下： BWmRNCNEsblg10/0式中：m是每個(gè)符號(hào)的比特

37、數(shù)，對(duì)QPSK，m2；對(duì)64QAM，m6。Rs為波特率，BW為信號(hào)帶寬。 61Eb /N0與與CNR的關(guān)系的關(guān)系 如果噪聲恒定，每比特能量越高越能改善誤碼率。因?yàn)榇藭r(shí)各星座點(diǎn)間的距離越遠(yuǎn)。所以，在給定在給定信號(hào)功率和噪聲功率的情況下，星座點(diǎn)間的距離信號(hào)功率和噪聲功率的情況下，星座點(diǎn)間的距離越遠(yuǎn)的調(diào)制方式越遠(yuǎn)的調(diào)制方式BER性能就越好。性能就越好。 一旦Eb/N0已知，達(dá)到一定BER所需載噪比(C/N)就可由下式得到： CNR =(Eb /N0 )(R/B) 式中，B 是檢波器中濾波器的噪聲帶寬，R 是比特率(bps)。62瀑布曲線BER和和CNR的關(guān)系曲線的關(guān)系曲線63不同調(diào)制方式下所需的不同

38、調(diào)制方式下所需的Eb/N0 （dB）調(diào)制方式BER=106BER=1042PSK10,58,4QPSK10.58.48PSK13.811.716PSK18.216.164PSK26.34QAM10.58.416QAM17.012.364QAM16.564香農(nóng)（香農(nóng)（Shannon）定理）定理 信道容量信道容量C：信道極限的傳輸能力，即對(duì)在給定條件、給定通信路徑或信道上的極限數(shù)據(jù)傳送速度，用最大信息速率來(lái)表述。 香農(nóng)公式香農(nóng)公式（針對(duì)白色高斯噪聲干擾的信道） C =Blog2（1+CNR ） bps 式中 C為信道容量（bps） B是信道帶寬（Hz） CNR為載噪比的真值(單位用比率表示，不用d

39、B)65香農(nóng)定理的簡(jiǎn)化香農(nóng)定理的簡(jiǎn)化 公式簡(jiǎn)化公式簡(jiǎn)化： 實(shí)際的調(diào)制系統(tǒng)運(yùn)載能力大約為最大能力的一半，可加上1/2因子。 如果CNR為100（20dB）或更高，可略去公式中的1。 換成以10為底的對(duì)數(shù)表示。 C實(shí)際實(shí)際(B/2)log10(CNR)/log102 (B/6)CNR dB 規(guī)則說(shuō)明：高效率的調(diào)制方式必須具有好的載噪比高效率的調(diào)制方式必須具有好的載噪比。 換言之，每每Hz的運(yùn)載能力的運(yùn)載能力bps近似等于近似等于CNR 除以除以6，即頻帶利用率利用率EOS= CNR dB/6。 例如，當(dāng)C/N=25.5dB時(shí),信道的最大數(shù)據(jù)運(yùn)載能力為4.25(b/s)/Hz。666.3.4數(shù)字調(diào)制

40、信號(hào)的頻譜及峰值因子數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻譜及峰值因子 1、數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻譜、數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻譜 數(shù)字信號(hào)調(diào)制的載波頻譜與模擬電視信號(hào)載波頻譜不同。 （1）模擬調(diào)制信號(hào)）模擬調(diào)制信號(hào)的能量主要集中在視頻載的能量主要集中在視頻載波周?chē)ㄖ車(chē)?（2）數(shù)字調(diào)制信號(hào)）數(shù)字調(diào)制信號(hào)的能量均勻地分布在整個(gè)的能量均勻地分布在整個(gè)頻帶上，頻帶上，與帶限噪聲頻譜類(lèi)似與帶限噪聲頻譜類(lèi)似，呈現(xiàn)平坦的頻，呈現(xiàn)平坦的頻譜。譜。67數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻譜數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻譜 原因原因：發(fā)送端對(duì)數(shù)字信號(hào)在編碼和調(diào)制之前要進(jìn)行隨機(jī)化處理（如交織處理），處理后的數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制。 意義意義：可以將一個(gè)寬帶噪聲源（白噪聲源）通過(guò)一

41、個(gè)帶通濾波器后加到回傳光發(fā)射機(jī)上，用它來(lái)模擬許多類(lèi)型的數(shù)字調(diào)制載波信號(hào)，稱為噪聲塊信號(hào)噪聲塊信號(hào)。68模擬模擬VSB-AM信號(hào)頻譜圖信號(hào)頻譜圖69數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻譜圖數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻譜圖702. .數(shù)字調(diào)制信號(hào)的峰值因子數(shù)字調(diào)制信號(hào)的峰值因子 峰值因子峰值因子：信號(hào)的峰值（振幅值）與有效值之比。 (PI)S=正弦波峰值/正弦波有效值=1.414 (20lg 1.414=3dB) 相同峰值E并且相位鎖定的N個(gè)正弦波混合，則混合波所包含的功率為N個(gè)獨(dú)立正弦波的功率之和，均方根（RMS）功率為均方根電壓（有效值）的平方與負(fù)載電阻之比，即： V2RMS / R=N單個(gè)正弦波的功率= N(單個(gè)正弦波電壓

42、均方根值)2 / R=NE2/2R 71數(shù)字信號(hào)的峰值因子數(shù)字信號(hào)的峰值因子 化簡(jiǎn)后得： VRMS=0.707EN1/2 合成信號(hào)的峰值因子：(PI)C=NE/VRMS=1.414N1/2 dB表示可得合成波峰值因子合成波峰值因子： (PI)C = 3+10lgN（dB） 由于實(shí)際測(cè)量中多載波發(fā)生器產(chǎn)生的載波信號(hào)之間的相位是非鎖相的，即這些載波的相位是不相關(guān)的，因此這些載波的振幅不能直接相加，所以，測(cè)量的峰值因子比理論值小。當(dāng)載波個(gè)數(shù)超過(guò)10個(gè)，峰值因子比理論值峰值因子比理論值要低要低1015dB。 由于數(shù)字信號(hào)的頻譜是多個(gè)正弦波頻譜的組合，所以數(shù)數(shù)字信號(hào)的峰值因子比單個(gè)正弦波的峰值因子大得多

43、字信號(hào)的峰值因子比單個(gè)正弦波的峰值因子大得多。 討論目的討論目的：為的回傳激光器調(diào)制電平（包括下行光發(fā)射機(jī)調(diào)制電平）應(yīng)加多大打下理論基礎(chǔ)。72各種信號(hào)的峰值因子各種信號(hào)的峰值因子信號(hào)類(lèi)型信號(hào)類(lèi)型測(cè)得的峰測(cè)得的峰值因子值因子（dB）CW信號(hào)（正弦波）3.2未濾波的噪聲塊（51000MHz）7.8被濾波的噪聲塊（540MHz）13.5調(diào)制解調(diào)器“A”QPSK10Mbit/s9.2信號(hào)類(lèi)型信號(hào)類(lèi)型測(cè)得的峰測(cè)得的峰值因子值因子（dB）16QAM20 Mbit/s11.316QAM30 Mbit/s10.2調(diào)制解調(diào)器“B”QPSK256Kbit/s6.7QPSK2Mbit/s6.673峰值因子峰值因子

44、測(cè)量測(cè)量：高速示波器（或記憶示波器）。 峰值因子表的分析峰值因子表的分析： 正弦波的峰值因子為3.2dB，與理論值3.0dB基本符合 噪聲塊信號(hào)未加濾波器通過(guò)放大器時(shí)被壓縮，因此峰值減少 經(jīng)過(guò)540MHz濾波器后，由于噪聲塊中很多信號(hào)未通過(guò)放大器，從而均方根電壓值（VRMS）減小，但峰值不受影響（因示波器是瞬時(shí)取樣），所以濾波器的作用是增加了峰值因子。 540MHz噪聲塊信號(hào)的峰值因子測(cè)量得到的值為13.5dB。746.4上行系統(tǒng)中射頻（上行系統(tǒng)中射頻（RF）功率分配）功率分配 6.4.1概述概述 回傳信號(hào)占有的帶寬和調(diào)制方式各不相回傳信號(hào)占有的帶寬和調(diào)制方式各不相同。同。 狀態(tài)監(jiān)控和機(jī)頂盒（

45、STB）回傳信號(hào)，通常其帶寬為幾個(gè)300KHz寬度，調(diào)制方式為FSK； Cable Modem的數(shù)據(jù)回傳信號(hào)，占帶寬由運(yùn)營(yíng)商根據(jù)用戶的數(shù)目進(jìn)行設(shè)置，比如用15MHz帶寬作為Cable Modem應(yīng)用，調(diào)制方式為QPSK或16QAM。75不同類(lèi)型信號(hào)如何設(shè)置工作電平不同類(lèi)型信號(hào)如何設(shè)置工作電平 要解決三個(gè)問(wèn)題： （1）上行系統(tǒng)中的RF功率的上限； （2）上行系統(tǒng)的總RF功率容量； （3）各項(xiàng)業(yè)務(wù)如何分配RF功率。766.4.2上行系統(tǒng)的上行系統(tǒng)的RF功率上限功率上限 在一個(gè)單純的同軸電纜系統(tǒng)中，傳輸RF功率的上限是由系統(tǒng)中RF放大器的失真決定，即二階及三階的組合差拍CSO和CTB決定。 在HFC

46、系統(tǒng)中，光發(fā)射機(jī)中的激光器在受到RF信號(hào)調(diào)制時(shí)，當(dāng)輸入RF信號(hào)足夠大，使其在負(fù)的方向低于激光器的閾值電流時(shí)，就將產(chǎn)生削波失真。通常，在光發(fā)射機(jī)中加上的預(yù)失真電路補(bǔ)償?shù)氖羌す馄鞯腜-I特性的非線性失真，而非削波失真。因此，削波失真限制了RF功率不能過(guò)大。無(wú)論是下行還是上行系統(tǒng)中，總無(wú)論是下行還是上行系統(tǒng)中，總的的RF功率的限制都是由激光器的削波所決定功率的限制都是由激光器的削波所決定。77激光器的削波現(xiàn)象激光器的削波現(xiàn)象78廣義的載噪比廣義的載噪比載波互調(diào)噪聲比載波互調(diào)噪聲比C/（I+N） 上行系統(tǒng)中由于傳輸?shù)氖菙?shù)字調(diào)制信號(hào)，數(shù)字調(diào)制信號(hào)的頻譜像噪聲塊信號(hào)，多個(gè)這種“噪聲塊信號(hào)”之間由于削波失真

47、產(chǎn)生的差拍失真產(chǎn)物仍然像是噪聲塊。 通常對(duì)數(shù)字調(diào)制信號(hào)之間差拍產(chǎn)生的失真用組合互調(diào)噪聲比（CIN）來(lái)表示，而不用表示多模擬調(diào)制載波產(chǎn)生的差拍失真CSO和CTB。 上行系統(tǒng)衡量噪聲和失真性能指標(biāo) 載波互調(diào)噪聲比載波互調(diào)噪聲比C/（I+N） =數(shù)字信號(hào)功率/反向總噪聲功率 C/（I+N）dB =數(shù)字信號(hào)電平反向總噪聲電平 反向總噪聲電平反向總噪聲電平：包括所有上行通道由熱噪聲、干擾噪聲所有上行通道由熱噪聲、干擾噪聲和數(shù)字非線性失真的交調(diào)噪聲按功率疊加而形成的電平和數(shù)字非線性失真的交調(diào)噪聲按功率疊加而形成的電平。79HFC反向通道測(cè)試指標(biāo)反向通道測(cè)試指標(biāo)噪聲功率比噪聲功率比NPR （Noise Po

48、wer Ratio） 噪聲功率比（噪聲功率比（NPR）：相對(duì)于頻道內(nèi)噪聲與互調(diào)失真電平相對(duì)于頻道內(nèi)噪聲與互調(diào)失真電平的信號(hào)電平。的信號(hào)電平。 NPR測(cè)試框圖測(cè)試框圖噪聲功率比（噪聲功率比（NPR）dB =信號(hào)電平頻道內(nèi)噪聲與互調(diào)失真電平測(cè)試內(nèi)容測(cè)試內(nèi)容：檢驗(yàn)頻道內(nèi)噪聲與互調(diào)失真電平。測(cè)試信號(hào)測(cè)試信號(hào)：“噪聲塊信號(hào)”，565MHz帶寬內(nèi)平坦高斯噪聲信號(hào)。開(kāi)槽濾波器（陷波器）開(kāi)槽濾波器（陷波器） ：刪除窄頻段（頻道）內(nèi)的噪聲。80NPR與輸入回傳激光器的與輸入回傳激光器的RF電平關(guān)系曲線電平關(guān)系曲線81噪聲功率比噪聲功率比NPR NPR：數(shù)字信號(hào)電平與反向通道總噪聲功率之比：數(shù)字信號(hào)電平與反向通道

49、總噪聲功率之比。 NPR是數(shù)字回傳通道測(cè)試最主要的性能指標(biāo)，本質(zhì)上， NPR是空槽的深度 。 NPR與輸入回傳激光器的與輸入回傳激光器的RF電平關(guān)系曲線電平關(guān)系曲線 輸入功率較低的情況下，NPR等于由激光器RIN噪聲、光纖和接收機(jī)噪聲貢獻(xiàn)的CNR。 隨著功率的增加，NPR將會(huì)改善。在某一輸入功率時(shí)，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，NPR急劇下降。82回傳通道設(shè)計(jì)與調(diào)試的核心問(wèn)題回傳通道設(shè)計(jì)與調(diào)試的核心問(wèn)題 采取合理的措施，保證加 到光工作站內(nèi)的上行激光發(fā)送機(jī)中回傳激光器上的RF信號(hào)總功率在

50、 一個(gè)合適的范圍內(nèi)，既不能太小，也不能過(guò)激勵(lì)。 加到回傳激光器上的RF信號(hào)總功率這個(gè)合適的范圍是多少？ 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T194-2003有線電視系統(tǒng)光工作站有線電視系統(tǒng)光工作站技術(shù)要求和測(cè)量方法技術(shù)要求和測(cè)量方法規(guī)定規(guī)定： “在由反向激光發(fā)送機(jī)和反向光接收機(jī)構(gòu)成的光在由反向激光發(fā)送機(jī)和反向光接收機(jī)構(gòu)成的光鏈路中，當(dāng)鏈路中，當(dāng) 鏈路損耗為鏈路損耗為5dB，NPR大于大于30dB時(shí)，時(shí)，采用采用FP激光器的發(fā)送機(jī)動(dòng)態(tài)范激光器的發(fā)送機(jī)動(dòng)態(tài)范 圍應(yīng)大于圍應(yīng)大于10dB，采用采用DFB激光器的發(fā)送機(jī)動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)大于激光器的發(fā)送機(jī)動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)大于15dB。”83QPSK和噪聲塊正常加載和噪聲塊正常加載

51、QPSK信號(hào)46dB，槽底4dB，CNR=42dB ，BER=110-984高于正常值高于正常值18dB加載加載 85高于正常值高于正常值18dB加載加載 當(dāng)信號(hào)和噪聲塊高于正常值18dB加載到激光器上，對(duì)照線性關(guān)系，理論上應(yīng)當(dāng)是理論上應(yīng)當(dāng)是： 信號(hào)上升到46+18=64dB 槽底上升到4+18=22dB 結(jié)果出現(xiàn)情況是： 實(shí)際上測(cè)得實(shí)際上測(cè)得QPSK信號(hào)60dB，槽底48dB， 信號(hào)只上升信號(hào)只上升（60 46）=14dB ， 噪聲卻上升噪聲卻上升（48 4）=44dB 。 噪聲急劇上升是由于削波和數(shù)字失真，許多奇次和偶次的噪聲急劇上升是由于削波和數(shù)字失真，許多奇次和偶次的互調(diào)產(chǎn)物大大增多的

52、緣故互調(diào)產(chǎn)物大大增多的緣故。 此時(shí)CNR=6048=12dB ，BER=1.610-5866.4.3每每Hz固定功率法分配上行固定功率法分配上行RF功率功率 1、上行光發(fā)射機(jī)中激光器加載的、上行光發(fā)射機(jī)中激光器加載的RF功率功率 上行激光器加載RF功率的上限受制于激光器的削波效應(yīng)。因此，為保證不產(chǎn)生削波，可以計(jì)算出激光器在臨界狀態(tài)下（即剛剛要產(chǎn)生削波的情況）的輸入射頻功率。 上行激光器的RF加載情況如后圖所示。設(shè)激光器工作點(diǎn)電流為Ib，閾值電流為Ith，射頻輸入電流有效值為Is。 激光器的峰值光調(diào)制度M=4.73IS /（I b-Ith） 式中：4.73為數(shù)字調(diào)制的射頻信號(hào)的峰值因子87上行激

53、光器加載上行激光器加載88上行激光器的最大輸入射頻電平上行激光器的最大輸入射頻電平 臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)：M=1，即4.73IS=Ib-Ith 最大輸入的信號(hào)電流(IS)max=（Ib-Ith）/ 4.73 已知上行激光器的Ith典型值為5mA，工作電流Ib=20 mA，由上式計(jì)算出 (IS)max=（20-5）/ 4.73=3.17mA 最大輸入射頻電壓(Vin)max=(IS)max75=238mV 最大輸入射頻電平 (Lin)max =20lg238 =47.5dBmV=107.5dBV 為了保證不產(chǎn)生削波，取上行激光器的最大輸入射頻上行激光器的最大輸入射頻電平為電平為45dBmV=105d

54、B V 。892、每、每Hz固定功率法固定功率法 含義含義：各種業(yè)務(wù)功率譜密度（1Hz上功率）相等。 方法方法：首先將總的可用功率以首先將總的可用功率以1Hz增量劃分，然后以每種增量劃分，然后以每種業(yè)務(wù)占有的帶寬為依據(jù)，將每業(yè)務(wù)占有的帶寬為依據(jù)，將每Hz的功率指派到每個(gè)業(yè)務(wù)的功率指派到每個(gè)業(yè)務(wù)信道上。信道上。 計(jì)算公式：計(jì)算公式： 每Hz功率=激光器的可用總驅(qū)動(dòng)功率（dBmV）/上行信道可用總帶寬（MHz）90每每HzHz固定功率法的特點(diǎn)固定功率法的特點(diǎn)（1）各種業(yè)務(wù)帶寬可以不同，但可使各種業(yè)務(wù)的使各種業(yè)務(wù)的CNR相同相同。（2）便于測(cè)試和檢查便于測(cè)試和檢查，各種業(yè)務(wù)在頻譜儀上觀察到的頻譜高度

55、一致，即1Hz上功率（功率譜密度）相等。（3）保證未來(lái)業(yè)務(wù)開(kāi)展保證未來(lái)業(yè)務(wù)開(kāi)展，不致造成回傳激光器驅(qū)動(dòng)電平的過(guò)載；還可以針對(duì)當(dāng)前業(yè)務(wù)選擇合適的電平而不受將來(lái)新加入業(yè)務(wù)的影響。 （4）功率的分配簡(jiǎn)單功率的分配簡(jiǎn)單，對(duì)任何一項(xiàng)新的業(yè)務(wù)，按照其帶寬可以很容易分配功率。保證所有的可用功率得到分配。91每每HzHz功率計(jì)算功率計(jì)算Power per Hz=Tot al PowerTot al BWPower per HzTotal Power-Total BW)10*log(Power per Hz dBmV/Hz30用對(duì)數(shù)表示：用對(duì)數(shù)表示：Power per Hz dBmV - MHz)451035*

56、log(92-4 0-3 0-2 0-1 001 02 051 01 52 02 53 03 54 0F r e q u e n c y ( M H z )Level (dBmV)P o w e r = -3 0 d B m V /H z每每HzHz固定功率法固定功率法T otal Pow er:45 dB m VT otal payload B W :35 M H zPow er per H z:-30 dB m V / H z93信道功率計(jì)算信道功率計(jì)算Chan. Power Power per Hz 10*log(Channel BW)Chan. Power dBmV/Hz*log(20

57、0 kHz)3010Chan. Power dBmV2394計(jì)算舉例計(jì)算舉例 已知：上行激光器的總驅(qū)動(dòng)功率（最大輸入射頻電平）=45dBmV，上行信道可用帶寬= 655 MHz = 60MHz，則 每每Hz功率功率= 45dBmV10log（60MHz） =32.8dBmV = 27.2dBV，上行信號(hào)的功率譜密度為27.2dBV/Hz。 若CM的發(fā)射帶寬為1.6MHz，則 CM功率電平功率電平= 每Hz功率+10log信道帶寬= 27.2+10log1600000 = 27.2+62 =89.2 dBV 95回傳激光器回傳激光器RF輸入電平計(jì)算輸入電平計(jì)算 已知：在上行信道中安排6個(gè)帶寬為6

58、00KHz的信道供Cable Modem業(yè)務(wù)。 求：該業(yè)務(wù)施加在回傳激光器上的RF電平為多少？ 解：功率譜密度功率譜密度= -32.8dBmV/Hz 6個(gè)帶寬為600KHz Cable Modem業(yè)務(wù)施加在回傳激光器上RF電平=每Hz功率+10log業(yè)務(wù)信道總帶寬 =-32.8 dBmV/Hz+10lg（6600103）= 32.8 dBmV96多種業(yè)務(wù)時(shí)功率的全部分派多種業(yè)務(wù)時(shí)功率的全部分派業(yè)務(wù)類(lèi)型業(yè)務(wù)類(lèi)型信道間隔信道間隔信道數(shù)信道數(shù)總帶寬總帶寬（MHz）每信道功率每信道功率（dBmV）總功率總功率（dBmV）Cable Modem600KHz50302542電話2MHz10203040其它

59、1 MHz10102737總計(jì)604597第六章附錄第六章附錄 雙向雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試 一、對(duì)雙向一、對(duì)雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的要求網(wǎng)絡(luò)的要求 1、每個(gè)光節(jié)點(diǎn)用戶數(shù)以500戶為宜，在可能條件下進(jìn)一步減小至500戶以下。 2、線路放大器級(jí)連在兩級(jí)以內(nèi)，最好不超過(guò)三級(jí)。 3、對(duì)于規(guī)模較大的網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)建立分布式HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 4、用戶信號(hào)分配采用集中分配式較理想（但受諸多因素制約，實(shí)現(xiàn)不易）。98二、雙向二、雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的改造方式網(wǎng)絡(luò)的改造方式 1、對(duì)于所有干線和分配網(wǎng)同時(shí)進(jìn)行改造，全網(wǎng)一次完成。 2、分步進(jìn)行改造：先改造干線網(wǎng)，逐步改造分配網(wǎng)。 3、分片區(qū)改造，在一個(gè)

60、片區(qū)的干線與分配網(wǎng)同時(shí)改造。 4、視業(yè)務(wù)的開(kāi)展和用戶的發(fā)展分散地改造。 以上改造方式，不管采用哪一種，其共同的一個(gè)要點(diǎn)是將光纖盡量延引至用戶群，以縮短同軸分配網(wǎng)的覆蓋半徑。99三、雙向三、雙向HFC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)概述網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)概述 1、HFC雙向網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)分為三個(gè)部分雙向網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)分為三個(gè)部分 （1）從前端至光節(jié)點(diǎn)/光節(jié)點(diǎn)至前端 正、反向光鏈路計(jì)算 （2）從光節(jié)點(diǎn)至各放大器 正、反向增益計(jì)算 （3）從分配放大器至最終有戶 正、反向損耗計(jì)算100雙向雙向HFC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)考慮網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)考慮 假定噪聲侵入的環(huán)境是均勻的： 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； 在回傳路徑損耗較大的