第六章上行信道系統(tǒng)

第六章雙向HFC網(wǎng)絡(luò)中的上行信道系統(tǒng)陳柏年

2007年8月16.1概述HFC寬帶接入網(wǎng)的實現(xiàn)主要因素：取決于對HFC網(wǎng)絡(luò)的上行信道傳輸能力的開發(fā)程度。開發(fā)HFC網(wǎng)絡(luò)上行信道系統(tǒng)注意問題：既不要過度夸大上行信道噪聲的影響，也不要認為侵入噪聲無關(guān)緊要。實踐證明：只要按照一定的規(guī)范去開發(fā)，做扎實的工作，HFC網(wǎng)絡(luò)完全可以建設(shè)成為一個寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，從而滿足用戶對寬帶通信的需求。2HFC網(wǎng)絡(luò)相關(guān)標準GY/T121-1995有線電視系統(tǒng)測量方法GY/T131-1997有線電視網(wǎng)中光鏈路系統(tǒng)技術(shù)要求和測量方法GY/T106-1999有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范GY/T143-2000有線電視系統(tǒng)調(diào)幅激光發(fā)送機和接收機入網(wǎng)技術(shù)條件和測量方法GY/T180-2001HFC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2003.7有線數(shù)字電視頻道配置指導(dǎo)性意見GB50200-1994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36.2上行系統(tǒng)工作特點及相關(guān)參數(shù)

6.2.1上行系統(tǒng)基本組成（以一個光節(jié)點為例）46.2.2上行系統(tǒng)回傳信號特點上行傳輸方式：多點對一點。上行傳輸過程：從用戶的CableModem（CM）和機頂盒（STB）的RF發(fā)射機通過同軸電纜、上行RF放大器及各種同軸無源器件向光節(jié)點站（光站）發(fā)射已調(diào)制（數(shù)字信號）的RF信號，RF信號在光站中對上行光發(fā)射機進行調(diào)制，變換為光信號通過上行光纖傳輸回前端（中心），由上行光接收機接收后變換成RF信號送到電纜調(diào)制解調(diào)器前端系統(tǒng)（CMTS）進行數(shù)字處理。上行傳輸特點：上行系統(tǒng)中從任何支路或任何用戶引入的噪聲會降低所有支路和所有用戶的回傳性能。56.2.3上行系統(tǒng)的頻譜分配上行頻譜資源規(guī)劃遵循標準：符合GB/T6510—1996《電視和聲音信號的電纜分配系統(tǒng)》、GB50200—1996《有線電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》和GY/T106—1999《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)盡可能與國際電聯(lián)ITU-TJ.112標準、國際電工委員會IEC-60728-10標準接軌。GY/T106—1999規(guī)定我國有線電視上行頻率為5~65MHz范圍。6HFC全業(yè)務(wù)的上行頻譜分配7有線電視網(wǎng)絡(luò)的頻率的規(guī)劃8我國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Ra5.0～20.2上行窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理(上行)共纜Rb20.2～58.6上行寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)共纜Rc58.6～65.0上行窄帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理(上行)共纜9上行頻道RF傳輸特性參數(shù)規(guī)定值EuroDOCSISV1.1DVB-C/DAVIC傳輸時延（ms）≤0.8（通常更小）載噪比（dB）≥22≥22載干功率比（dB）≥22≥22載波干擾比（dB）≥22≥22載波交流聲比（%）7（-23dBc）7（-23dBc）頻率響應(yīng)5-65MHz：2.5dB/2MHz5-65MHz：2.5dB/2MHz群延時波動5-65MHz：300ns/2MHz5-65MHz：300ns/2MHz微反射—單回波-10dBc@≤0.5μs回波比≤15%-20dBc@≤1.0μs-30dBc@>1.0μs突發(fā)噪聲在1kHz平均速率時：≤10μs信號電平變化（dB）≤1210序號 項目 技術(shù)指標

1、標稱系統(tǒng)特性阻抗（Ω） 752、上行通道頻率范圍（MHz） 5～65 3、標稱上行端口輸入電平（dBμV） 100 （此電平為設(shè)計標稱值，并非設(shè)備實際工作電平） 4、上行傳輸路由增益差（dB） ≤10 5、上行通道頻率響應(yīng)（dB）（1）≤10 7.4MHz～61.8MHz（2）≤1.5 7.4MHz～61.8MHz任意3.2MHz范圍內(nèi) 6、上行最大過載電平（dBμV） ≥112 7、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（μs） ≤800 9、回波值（%） ≤10 10、上行通道群延時（ns） ≤300 （任意3.2MHz范圍內(nèi)）11、信號交流聲調(diào)制比（%） ≥7 12、用戶端口噪聲抑制能力（dB） ≥40 13、通道串擾抑制比（dB） ≥54 我國上行傳輸通道主要技術(shù)要求11HFC網(wǎng)的上行系統(tǒng)126.2.4HFC上行系統(tǒng)的噪聲匯聚現(xiàn)象匯聚噪聲或“漏斗噪聲”：由于HFC網(wǎng)絡(luò)反向同軸部分的“漏斗效應(yīng)”，各用戶室內(nèi)和沿線的噪聲沿上行通道匯集到光節(jié)點所形成的噪聲。匯聚噪聲的危害：光節(jié)點的“漏斗噪聲”加上各上行光鏈路的噪聲傳輸回到前端（或中心），對整個上行系統(tǒng)的載噪比產(chǎn)生極大的損傷。13匯聚噪聲電平的計算設(shè)反向總帶寬為60MHz，光節(jié)點內(nèi)共有M=32臺放大器，反向放大器F=10dB，求32臺反向放大器匯聚到光節(jié)點總的熱噪聲功率=？解：60MHz帶寬內(nèi)總熱噪聲功率=-62.5+10lg（60×106）=-62.5+17.8+60=15.3dBμV單臺反向放大器熱噪聲功率=15.3+F=10=25.3dBμV由于“漏斗效應(yīng)”引起的熱噪聲符合功率疊加規(guī)則，所以32臺反向放大器匯聚到光節(jié)點總的熱噪聲功率=25.3+10lgM=25.3+10lg32=25.3+15=40.3dBμV可見，32臺放大器增加了（40.3-15.3）=25dB熱噪聲電平。14光節(jié)點及光纜干線的設(shè)計對于光節(jié)點的覆蓋戶數(shù)，目前業(yè)界傾向認為500戶一個光節(jié)點為標準。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)部選擇安裝一個甚至兩至四個反向光發(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)點覆蓋的戶數(shù)不變，而實際上回傳通道一分為二，不僅使反間匯聚噪聲一分為二，而且反向帶寬也擴展了一倍。15作為接入網(wǎng)的雙向HFC網(wǎng)絡(luò)上行設(shè)計原則：當采用電纜調(diào)制解調(diào)器，要求所有CableModem的信號必須以相同的信號電平到達前端。如果設(shè)計和調(diào)整不當問題：致其電平差異過大，即使管理CableModem的CMTS發(fā)出電平調(diào)整指令，試圖使CableModem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CNR很低，而另一些用戶上行信號產(chǎn)生過載失真。16上行信號電平匯聚均衡匯聚均衡原因：用戶回傳上行信號時，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)不同用戶信號上行到各級匯聚點的電平不一致。如果其電平差異過大，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，也難以達到各用戶電平上行到中心一致的目的。因此，要求對上行信號電平進行匯聚均衡。匯集均衡：對用戶上行信號電平進行調(diào)整，使之到達匯聚點的電平一致所采取的均衡措施。匯集均衡解決方法：引入單位增益的調(diào)試概念，通過合理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計來解決上行電平匯集均衡問題。

17匯集均衡的舉例如圖，L1支路對65MHz的上行信號損耗約為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Ａ2～Ａ1（22-14-8=0dB）、Ａ3~Ａ1（22-4-18=0dB）鏈路都達到單位增益，從而解決了它們的上行電平匯集均衡問題。18上行系統(tǒng)的噪聲分類同軸分配系統(tǒng)的熱噪聲（ThermoNoise）光纖鏈路噪聲（FiberopticLinkNoise）侵入噪聲（Ingress）191、同軸分配系統(tǒng)的熱噪聲對于我國PAL-D電視制式，系統(tǒng)帶寬B=5.75×106Hz。系統(tǒng)背景噪聲（噪聲本底NoiseFloor）NB=〔20lg(5.75×106)12－125.2〕[dBmV]=－57.6dBmV=2.4[dBμV]噪聲譜功率密度（每Hz噪聲功率）=2.4

－10lg（5.75×106）=－65.2[dBμV/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（dBμV）對于上行信道而言，情況比下行復(fù)雜得多，因為上行信號的種類繁多，上行信號的帶寬變化從100KHz到6MHz。因此，對不同的帶寬背景噪聲亦不同。20不同帶寬的背景噪聲噪聲帶寬（KHz）背景噪聲（dBμV）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（dBμV）1-5.22-2.23-0.440.851.862.621回傳系統(tǒng)CNRC計算舉例設(shè)：典型的光節(jié)點站通常有四個輸出口連接四個同軸分配支線，設(shè)每支線由兩個分配放大器（DA）和兩個延長放大器（LE）組成，并且輸入到每個放大器的信號（按業(yè)務(wù)）為65dBμV，噪聲帶寬為600KHz。已知：光節(jié)點內(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，延長放大器的噪聲系數(shù)F=7dB，求：整個回傳系統(tǒng)的CNRC=？22計算步驟和方法背景噪聲NB=－65.2+10lg（帶寬）單級分配放大器的CNR

=輸入電平－噪聲系數(shù)－背景噪聲兩級分配放大器的CNR=單級分配放大器的CNR-10lg2單級延長放大器的CNR=輸入電平－噪聲系數(shù)－背景噪聲兩級延長放大器的CNR=單級延長放大器的CNR-10lg2每支線CNR=[兩級分配放大器+兩級延長放大器]CNR四條支線的CNR=每支線CNR-10lg4光節(jié)點內(nèi)回傳放大器的CNR同軸回傳系統(tǒng)總載噪比=[四條支線的CNR與光節(jié)點內(nèi)回傳放大器的CNR]按功率疊加合成23回傳系統(tǒng)CNRC求解查表或計算可得背景噪聲NB=－65.2+10lg（600×103）=－65.2+57.8=－7.4dBμV一個DA的CNRDA＝65－11+7.4=61.4dB兩個DA組合CNRDA2=61.4－10lg2=58.4dB一個LE的CNRLE＝65－7+7.4=65.4dB兩個LE組合CNRLE2=65.4－10lg2=62.4dB應(yīng)用指標合成公式每分配支線的CNRD=－10lg[10-58.4/10+10-62.4/10]=57dB四個分配支線組合的CNRD4=57－10lg4=51dB光節(jié)點回傳放大器的CNRRA=65－14+7.4=58.4dB同軸回傳系統(tǒng)總載噪比CNRC=－10lg[10-51/10+10-58.4/10]=50.3dB結(jié)論：同軸回傳系統(tǒng)CNR約為50dB。242、光纖鏈路噪聲影響光鏈路的載噪比因素：光纖、激光器、光檢測器。工程設(shè)計工具：光鏈路CNR與鏈路長度關(guān)系曲線。該曲線測試時的頻道帶寬為4MHz，并且所有的RF功率全部分配到4MHz帶寬的信號上所得到的CNR。實際情況是將RF功率平分到整個5～42MHz（或5～65MHz）上行頻帶上。所以圖中的CNR需要修正，修正后的CNR為CNR=CNR圖+10lg[4/（42-5）]=CNR圖－9.7或CNR=CNR圖+10lg[4/（65-5）]=CNR圖－11.825光鏈路CNR與鏈路長度關(guān)系曲線26光鏈路與同軸部分合成的CNR（O+C）設(shè)光鏈路損耗為5dB（相當于1310nm波長下傳輸距離12Km），光鏈路的修正載噪比CNRO為CNRO=51.5－9.7=41.8(dB)CNRC=50.3(dB)按照指標合成公式，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）=－10lg[10－CNRO/10+10－CNRC/10]=－10lg[10－4.18+10－5.3]=41.3dB規(guī)律：低指標與很高指標合成時，可不考慮高指標對總合成指標的影響，近似認為總合成指標等于低部分指標。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聲決定。光鏈路的噪聲對總的載噪比貢獻最大。273.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，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。主要侵入源：用戶端電子產(chǎn)品短波通信業(yè)余無線電沖擊脈沖雖然，設(shè)計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。28從家中接線到分支分配之間的噪聲侵入源

HometoTap29從分支分配器到前端之間的侵入噪聲源

Tap

toHeadend30HFC網(wǎng)三種上行噪聲類型

1、加性高斯白噪聲（連續(xù)和隨機）AdditiveWhiteGaussianNoise(AWGN)-continuous&randomwithaninfinitefrequencyrange312、侵入噪聲IngressNoise-continuous(orlengthyinduration)withanarrowfrequencyrange(upto100kHzwide)…ex:60Hzpowerlinehum323、突發(fā)性脈沖噪聲Impulse(Burst)Noise-shortinduration(100nsec-100msec),butpossiblyperiodic,andwithabroadfrequencyrange…ex:motorcontacts33對回傳噪聲分析有用的結(jié)論

從最遠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整個回傳噪聲的控制有關(guān)鍵作用。由于用戶回傳信號電平差的存在，回傳噪聲對于不同用戶影響會不一樣。雖然侵入噪聲的存在給HFC上行系統(tǒng)帶來很多麻煩，但由于對上行系統(tǒng)認識的深化以及技術(shù)的進步，侵入噪聲帶來的問題現(xiàn)在已不難解決。346.3HFC網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)字調(diào)制技術(shù)

6.3.1基帶數(shù)字信號基帶數(shù)字信號：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，即由0和1兩種狀態(tài)組成的數(shù)字信號?；鶐?shù)字信號特點：由計算機產(chǎn)生或?qū)⒛M信號經(jīng)取樣、量化、編碼后組成。通常采用時分復(fù)用（TDM）技術(shù)處理，即以時間內(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，成為更高等級數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)流?，F(xiàn)在已運行的數(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)。356.3.2HFC網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字信號的調(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)的過程。HFC網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字信號特征：一個高速數(shù)據(jù)流通過一個有限帶寬的射頻信道。在HFC網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)字信號必須要通過調(diào)制，即將數(shù)字基帶信號對RF載波進行調(diào)制，然后以頻分復(fù)用（FDM）調(diào)制載波的方式進行傳輸。HFC網(wǎng)絡(luò)中數(shù)字信號調(diào)制技術(shù)選擇的三個因素：帶寬利用率（或頻譜利用率）穩(wěn)定性（信道中的噪聲、干擾和反射對數(shù)字信號傳輸?shù)挠绊懀┏杀荆ㄔO(shè)備成本和維護成本）36數(shù)字信號的頻帶傳輸數(shù)字信號的頻帶傳輸：對基帶數(shù)字信號進行調(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。把基帶數(shù)字信號變換為頻帶數(shù)字信號的過程。數(shù)字調(diào)制：對基帶數(shù)字信號所進行的調(diào)制。通過調(diào)制把基帶數(shù)字信號進行了頻率搬移，而且數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成了模擬信號，所以頻帶傳輸實際傳輸?shù)氖悄M信號。37基帶傳輸與頻帶傳輸?shù)谋容^

傳輸方式基帶傳輸頻帶傳輸波形數(shù)字信道碼（數(shù)字信號波形）數(shù)字調(diào)制的正弦波（模擬信號波形）頻譜結(jié)構(gòu)信號頻譜分量處在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。信號頻譜分量處在f0為中心的（f0-fB）到（f0+fB）之間，且呈現(xiàn)出上、下邊帶頻譜分量對稱的結(jié)構(gòu)特點。適用信道低通型信道帶通型信道382、基本的二進制數(shù)字調(diào)制1、數(shù)字調(diào)幅（幅移鍵控ASK）2、數(shù)字調(diào)頻（頻移鍵控FSK）3、數(shù)字調(diào)相（絕對相移鍵控）4、數(shù)字相對調(diào)相（差分相移鍵控DPSK）39DPSK信號波形圖403.M進制數(shù)字調(diào)制M進制數(shù)字調(diào)制：數(shù)字信號不是只采用0和1兩個電平，而是采用多個電平來表示的數(shù)字調(diào)制。M進制數(shù)字調(diào)制特點：①在碼元速率（傳碼率）相同條件下，可以提高信息速率（傳信率）。②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?。③在接收機輸入信噪比相同條件下，多進制系統(tǒng)的誤碼率比相應(yīng)的二進制系統(tǒng)要高。④設(shè)備復(fù)雜。41（1）四相相移鍵控（QPSK）多進制數(shù)字相位調(diào)制（多相制）：利用載波的多種不同相位（或相位差）來表征數(shù)字信息的調(diào)制方式。

原理圖

矢量圖42QPSK調(diào)制器框圖及波形圖輸入串行二進制信息序列串-并變換電平轉(zhuǎn)換器分別產(chǎn)生I(t)和Q(t)分別對載波進行正交調(diào)制相加QPSK已調(diào)信號。

43QPSK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。它是通過對同一載波源產(chǎn)生的相互正交（相位差90°）的兩個載波各自進行獨立的BPSK調(diào)制，從而得到四個狀態(tài)。正交調(diào)制：從單一信號源產(chǎn)生相位上相差90°的兩個載波，每個載波單獨調(diào)制（通常用I和Q表示），然后將兩個已調(diào)信號合成的調(diào)制方式。44QPSK調(diào)制特點I和Q兩個載波在數(shù)學上彼此正交，互不影響?？梢院喜⒃谝黄饌魉汀＝庹{(diào)時，兩個信號I和Q可以被分開單獨解調(diào)，解調(diào)后I和Q比特位又可合并在一起重建原始信號。從狀態(tài)圖上可以看出，QPSK的四個狀態(tài)相隔很遠，即使噪聲的影響使收端將一個狀態(tài)誤判為其相鄰的狀態(tài)，也只有一個二元碼產(chǎn)生錯誤。因此，抗干擾性能極強，而且其頻帶利用率也達到2bit/s/Hz。實踐中重要計算公式：占有帶寬=符號率×（1+滾降系數(shù)）45（2）正交幅度調(diào)制QAMM－QAM調(diào)制器方框圖4616QAM調(diào)制器框圖及星座圖

輸入二進制數(shù)據(jù)流經(jīng)過串-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，分別進入兩個電平轉(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)分別對載波cos2πfct和sin2πfct進行調(diào)制然后相加，即可得到16QAM已調(diào)信號。

47M-QAM調(diào)制的比特率與波特率調(diào)制方式每符號比特數(shù)n[bits]波特率[Bd]比特率[bps]16QAM4N4N32QAM5N5N64QAM6N6N128QAM7N7N256QAM8N8N48多進制QAM調(diào)制MQAM=x2QAM=2nQAMM：調(diào)制狀態(tài)數(shù)、調(diào)制符號數(shù)、星座圖上的星點數(shù)X：符號的進制數(shù)。n：每次調(diào)制（每個符號）所攜帶的比特數(shù)。4932-bitto4-levelconverter2-bitto4-levelconverter90度PhaseShifterDataSplitterQuadratureInPhaseFrequencySource(LO)DigitalBitStreamFromMPEG-2Encoder30Mbps3210210BPF15Mbps15MbpsDSB-SCAM-MODDSB-SCAM-MOD16-QAM框圖5064QAM調(diào)制器513bit8電平變換器52QAM信號星座圖Constellationdiagramfor16-QAM星座圖Constellationdiagramfor64-QAM星座圖Q-axisI-axis1001*1000*0001*0000*1011*1010*0011*0010*1101*1100*0101*0100*1111*1110*0111*0110*****************************************************************Q-axisI-axis536.3.3各種數(shù)字調(diào)制技術(shù)比較HFC網(wǎng)絡(luò)對數(shù)字調(diào)制兩個基本工程標準：頻譜利用率[bps/Hz]

：每單位調(diào)制帶寬所能傳送的比特數(shù)；每比特能量和噪聲譜密度N0之比[Eb/N0]：在規(guī)定傳送準確度下（即保證要求的BER所需的載噪比）的每比特能量。541、頻帶利用率—bps/Hz頻帶利用率EOS（或頻譜效率、頻譜利用率）定義：比特率除以調(diào)制帶寬。EOS=S/W=Wlog2M/W=log2M式中S為比特率（bit/s）W為帶寬（Hz）M為一個碼元所取的離散值個數(shù)log2M為一個碼元攜帶的bit數(shù)理論上，QPSK的頻帶利用率為2bit/s/Hz，16QAM的頻帶利用率為4bit/s/Hz，64QAM為6bit/s/Hz。實際上，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)α有關(guān)。55QAM調(diào)制方式的頻帶利用率EOS（bps/Hz）滾降系數(shù)α00.51調(diào)制方式4QAM21.33116QAM42.67264QAM643256QAM85.33456不同調(diào)制方式的頻帶利用率EOS（bps/Hz）滾降系數(shù)α00.331調(diào)制方式2PSK10.750.5QPSK21.528PSK32.251.54QAM21.5116QAM432572、保證要求誤碼率下的載噪比誤碼率BER定義：BER=接收端出現(xiàn)的差錯比特數(shù)/總的發(fā)射比特數(shù)×100%BER表示一個誤碼出現(xiàn)的概率。如BER=1×10-9表示傳輸109bit信息只有1bit錯誤，即誤碼的概率為十億分之一。實際傳送數(shù)字信號時，接收端采用判決電路來確定所接收的數(shù)字信號，而BER則確定了判決電路區(qū)分不同狀態(tài)的難易程度。58QPSK傳輸?shù)膶嶋H狀態(tài)圖CNR=28dBBER=1×10－9CNR=11dBBER=6×10－4在給定信號和噪聲功率下，星座點之間的距離越遠的調(diào)制方式的BER愈佳。59每比特能量與噪聲功率強度比Eb/N0Eb/N0：每比特能量與噪聲功率強度之比。Eb代表平均到每個比特上的信號能量，N0代表噪聲的功率譜密度。Eb/N0－BER關(guān)系曲線則可以同時反映系統(tǒng)的有效性和可靠性。Eb/N0與CNR直接的關(guān)系如下：式中：m是每個符號的比特數(shù)，對QPSK，m＝2；對64QAM，m＝6。Rs為波特率，BW為信號帶寬。60Eb/N0與CNR的關(guān)系如果噪聲恒定，每比特能量越高越能改善誤碼率。因為此時各星座點間的距離越遠。所以，在給定信號功率和噪聲功率的情況下，星座點間的距離越遠的調(diào)制方式BER性能就越好。一旦Eb/N0已知，達到一定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)。61瀑布曲線

BER和CNR的關(guān)系曲線62不同調(diào)制方式下所需的Eb/N0（dB）調(diào)制方式BER=10－6BER=10－42PSK10,58,4QPSK10.58.48PSK13.811.716PSK18.216.164PSK26.34QAM10.58.416QAM17.012.364QAM16.563香農(nóng)（Shannon）定理信道容量C：信道極限的傳輸能力，即對在給定條件、給定通信路徑或信道上的極限數(shù)據(jù)傳送速度，用最大信息速率來表述。香農(nóng)公式（針對白色高斯噪聲干擾的信道）C=B×log2（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dB)64香農(nóng)定理的簡化公式簡化：①實際的調(diào)制系統(tǒng)運載能力大約為最大能力的一半，可加上1/2因子。②如果CNR為100（20dB）或更高，可略去公式中的1。③換成以10為底的對數(shù)表示。

C實際≈(B/2)×[log10(CNR)/log102]≈(B/6)×CNR[dB]規(guī)則說明：高效率的調(diào)制方式必須具有好的載噪比。換言之，每Hz的運載能力bps近似等于CNR除以6，即頻帶利用率EOS=CNR[dB]/6。例如，當C/N=25.5dB時,信道的最大數(shù)據(jù)運載能力為4.25(b/s)/Hz。656.3.4數(shù)字調(diào)制信號的頻譜及峰值因子1、數(shù)字調(diào)制信號的頻譜數(shù)字信號調(diào)制的載波頻譜與模擬電視信號載波頻譜不同。（1）模擬調(diào)制信號的能量主要集中在視頻載波周圍。（2）數(shù)字調(diào)制信號的能量均勻地分布在整個頻帶上，與帶限噪聲頻譜類似，呈現(xiàn)平坦的頻譜。66數(shù)字調(diào)制信號的頻譜原因：發(fā)送端對數(shù)字信號在編碼和調(diào)制之前要進行隨機化處理（如交織處理），處理后的數(shù)字信號對載波進行調(diào)制。意義：可以將一個寬帶噪聲源（白噪聲源）通過一個帶通濾波器后加到回傳光發(fā)射機上，用它來模擬許多類型的數(shù)字調(diào)制載波信號，稱為噪聲塊信號。67模擬VSB-AM信號頻譜圖68數(shù)字調(diào)制信號的頻譜圖692.數(shù)字調(diào)制信號的峰值因子峰值因子：信號的峰值（振幅值）與有效值之比。(PI)S=正弦波峰值/正弦波有效值=1.414(20lg1.414=3dB)相同峰值E并且相位鎖定的N個正弦波混合，則混合波所包含的功率為N個獨立正弦波的功率之和，均方根（RMS）功率為均方根電壓（有效值）的平方與負載電阻之比，即：V2RMS/R=N×單個正弦波的功率=N×(單個正弦波電壓均方根值)2/R=N×E2/2R70數(shù)字信號的峰值因子化簡后得：VRMS=0.707E×N1/2合成信號的峰值因子：(PI)C=N×E/VRMS=1.414N1/2dB表示可得合成波峰值因子：(PI)C=3+10lgN（dB）由于實際測量中多載波發(fā)生器產(chǎn)生的載波信號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，測量的峰值因子比理論值小。當載波個數(shù)超過10個，峰值因子比理論值要低10～15dB。由于數(shù)字信號的頻譜是多個正弦波頻譜的組合，所以數(shù)字信號的峰值因子比單個正弦波的峰值因子大得多。討論目的：為的回傳激光器調(diào)制電平（包括下行光發(fā)射機調(diào)制電平）應(yīng)加多大打下理論基礎(chǔ)。71各種信號的峰值因子信號類型測得的峰值因子（dB）CW信號（正弦波）3.2未濾波的噪聲塊（5～1000MHz）7.8被濾波的噪聲塊（5～40MHz）13.5調(diào)制解調(diào)器“A”QPSK@10Mbit/s9.2信號類型測得的峰值因子（dB）16QAM@20Mbit/s11.316QAM@30Mbit/s10.2調(diào)制解調(diào)器“B”QPSK@256Kbit/s6.7QPSK@2Mbit/s6.672峰值因子測量：高速示波器（或記憶示波器）。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未加濾波器通過放大器時被壓縮，因此峰值減少經(jīng)過5～40MHz濾波器后，由于噪聲塊中很多信號未通過放大器，從而均方根電壓值（VRMS）減小，但峰值不受影響（因示波器是瞬時取樣），所以濾波器的作用是增加了峰值因子。5～40MHz噪聲塊信號的峰值因子測量得到的值為13.5dB。736.4上行系統(tǒng)中射頻（RF）功率分配6.4.1概述回傳信號占有的帶寬和調(diào)制方式各不相同。狀態(tài)監(jiān)控和機頂盒（STB）回傳信號，通常其帶寬為幾個300KHz寬度，調(diào)制方式為FSK；CableModem的數(shù)據(jù)回傳信號，占帶寬由運營商根據(jù)用戶的數(shù)目進行設(shè)置，比如用15MHz帶寬作為CableModem應(yīng)用，調(diào)制方式為QPSK或16QAM。74不同類型信號如何設(shè)置工作電平要解決三個問題：（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）各項業(yè)務(wù)如何分配RF功率。756.4.2上行系統(tǒng)的RF功率上限在一個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系統(tǒng)中，光發(fā)射機中的激光器在受到RF信號調(diào)制時，當輸入RF信號足夠大，使其在負的方向低于激光器的閾值電流時，就將產(chǎn)生削波失真。通常，在光發(fā)射機中加上的預(yù)失真電路補償?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功率不能過大。無論是下行還是上行系統(tǒng)中，總的RF功率的限制都是由激光器的削波所決定。76激光器的削波現(xiàn)象77廣義的載噪比

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，數(shù)字調(diào)制信號的頻譜像噪聲塊信號，多個這種“噪聲塊信號”之間由于削波失真產(chǎn)生的差拍失真產(chǎn)物仍然像是噪聲塊。通常對數(shù)字調(diào)制信號之間差拍產(chǎn)生的失真用組合互調(diào)噪聲比（CIN）來表示，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載波互調(diào)噪聲比C/（I+N）=數(shù)字信號功率/反向總噪聲功率C/（I+N）[dB]=數(shù)字信號電平－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。78HFC反向通道測試指標

噪聲功率比NPR

（NoisePowerRatio）噪聲功率比（NPR）：相對于頻道內(nèi)噪聲與互調(diào)失真電平的信號電平。NPR測試框圖噪聲功率比（NPR）[dB]=信號電平－頻道內(nèi)噪聲與互調(diào)失真電平測試內(nèi)容：檢驗頻道內(nèi)噪聲與互調(diào)失真電平。測試信號：“噪聲塊信號”，5~65MHz帶寬內(nèi)平坦高斯噪聲信號。開槽濾波器（陷波器）：刪除窄頻段（頻道）內(nèi)的噪聲。79NPR與輸入回傳激光器的RF電平關(guān)系曲線80噪聲功率比NPRNPR：數(shù)字信號電平與反向通道總噪聲功率之比。NPR是數(shù)字回傳通道測試最主要的性能指標，本質(zhì)上，NPR是空槽的深度。NPR與輸入回傳激光器的RF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、光纖和接收機噪聲貢獻的CNR。隨著功率的增加，NPR將會改善。在某一輸入功率時，NPR達到最大值，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)，然后很快進入激光器削波起作用的范圍，NPR急劇下降。81回傳通道設(shè)計與調(diào)試的核心問題采取合理的措施，保證加到光工作站內(nèi)的上行激光發(fā)送機中回傳激光器上的RF信號總功率在一個合適的范圍內(nèi)，既不能太小，也不能過激勵。加到回傳激光器上的RF信號總功率這個合適的范圍是多少？行業(yè)標準GY/T194-2003《有線電視系統(tǒng)光工作站技術(shù)要求和測量方法》規(guī)定：“在由反向激光發(fā)送機和反向光接收機構(gòu)成的光鏈路中，當鏈路損耗為5dB，NPR大于30dB時，采用FP激光器的發(fā)送機動態(tài)范圍應(yīng)大于10dB，采用DFB激光器的發(fā)送機動態(tài)范圍應(yīng)大于15dB。”82QPSK和噪聲塊正常加載

QPSK信號46dB，槽底4dB，CNR=42dB，BER=1×10-983高于正常值18dB加載

84高于正常值18dB加載當信號和噪聲塊高于正常值18dB加載到激光器上，對照線性關(guān)系，理論上應(yīng)當是：信號上升到46+18=64dB槽底上升到4+18=22dB結(jié)果出現(xiàn)情況是：實際上測得QPSK信號60dB，槽底48dB，信號只上升（60－46）=14dB，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，許多奇次和偶次的互調(diào)產(chǎn)物大大增多的緣故。此時CNR=60－48=12dB，BER=1.6×10-5856.4.3每Hz固定功率法分配上行RF功率1、上行光發(fā)射機中激光器加載的RF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=4.73×IS/（Ib-Ith）式中：4.73為數(shù)字調(diào)制的射頻信號的峰值因子86上行激光器加載87上行激光器的最大輸入射頻電平臨界狀態(tài)：M=1，即4.73×IS=Ib-Ith最大輸入的信號電流(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=20mA，由上式計算出(IS)max=（20-5）/4.73=3.17mA最大輸入射頻電壓(Vin)max=(IS)max×75Ω=238mV最大輸入射頻電平(Lin)max=20lg238=47.5dBmV=107.5dBμV為了保證不產(chǎn)生削波，取上行激光器的最大輸入射頻電平為45dBmV=105dBμV。882、每Hz固定功率法含義：各種業(yè)務(wù)功率譜密度（1Hz上功率）相等。方法：首先將總的可用功率以1Hz增量劃分，然后以每種業(yè)務(wù)占有的帶寬為依據(jù)，將每Hz的功率指派到每個業(yè)務(wù)信道上。計算公式：每Hz功率=激光器的可用總驅(qū)動功率（dBmV）/上行信道可用總帶寬（MHz）89每Hz固定功率法的特點（1）各種業(yè)務(wù)帶寬可以不同，但可使各種業(yè)務(wù)的CNR相同。（2）便于測試和檢查，各種業(yè)務(wù)在頻譜儀上觀察到的頻譜高度一致，即1Hz上功率（功率譜密度）相等。（3）保證未來業(yè)務(wù)開展，不致造成回傳激光器驅(qū)動電平的過載；還可以針對當前業(yè)務(wù)選擇合適的電平而不受將來新加入業(yè)務(wù)的影響。（4）功率的分配簡單，對任何一項新的業(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。90每Hz功率計算用對數(shù)表示：91每Hz固定功率法92信道功率計算93計算舉例已知：上行激光器的總驅(qū)動功率（最大輸入射頻電平）=45dBmV，上行信道可用帶寬=65–5MHz=60MHz，則每Hz功率=45dBmV–10log（60MHz）=–32.8dBmV=27.2dBμV，上行信號的功率譜密度為27.2[dBμV/Hz]。若CM的發(fā)射帶寬為1.6MHz，則CM功率電平=每Hz功率+10log信道帶寬=27.2+10log1600000=27.2+62=89.2dBμV94回傳激光器RF輸入電平計算已知：在上行信道中安排6個帶寬為600KHz的信道供CableModem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=-32.8dBmV/Hz6個帶寬為600KHzCableModem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=-32.8dBmV/Hz+10lg（6×600×103）=32.8dBmV95多種業(yè)務(wù)時功率的全部分派業(yè)務(wù)類型信道間隔信道數(shù)總帶寬（MHz）每信道功率（dBmV）總功率（dBmV）CableModem600KHz50302542電話2MHz10203040其它1MHz10102737總計604596第六章附錄

雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、安裝及調(diào)試一、對雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的要求1、每個光節(jié)點用戶數(shù)以500戶為宜，在可能條件下進一步減小至500戶以下。2、線路放大器級連在兩級以內(nèi)，最好不超過三級。3、對于規(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、用戶信號分配采用集中分配式較理想（但受諸多因素制約，實現(xiàn)不易）。97二、雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的改造方式1、對于所有干線和分配網(wǎng)同時進行改造，全網(wǎng)一次完成。2、分步進行改造：先改造干線網(wǎng)，逐步改造分配網(wǎng)。3、分片區(qū)改造，在一個片區(qū)的干線與分配網(wǎng)同時改造。4、視業(yè)務(wù)的開展和用戶的發(fā)展分散地改造。以上改造方式，不管采用哪一種，其共同的一個要點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。98三、雙向HFC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計概述1、HFC雙向網(wǎng)絡(luò)設(shè)計分為三個部分（1）從前端至光節(jié)點/光節(jié)點至前端正、反向光鏈路計算（2）從光節(jié)點至各放大器正、反向增益計算（3）從分配放大器至最終有戶正、反向損耗計算99雙向HFC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計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)點處的侵入噪聲受到的衰減小，對回傳通道的影響較大；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。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)進行回傳電平的設(shè)計。100HFC正向或反向設(shè)計對比下行（正向）設(shè)計

傳輸特點：一點到多點 設(shè)計原則：每戶電平一致 1、保證到所有用戶端電平一致 2、從發(fā)射源至所有用戶接收機的增益一致 各頻道的電平一致 1、方便用戶端調(diào)整 2、保障用戶接收質(zhì)量上行（反向）設(shè)計

傳輸特點：多點匯聚到一點 設(shè)計原則： 每戶電平一致 1、保證到回傳光發(fā)射機輸入電平一致 2、多個發(fā)射源至前端反向光接收機的增益一致 各頻道的電平一致 1、方便調(diào)整和增加業(yè)務(wù) 2、保障業(yè)務(wù)接收質(zhì)量101HFC正向設(shè)計和反向設(shè)計的不同HFC網(wǎng)絡(luò)正向通道的設(shè)計方法，主要是考慮信號的電平，以及網(wǎng)絡(luò)如何合理分配信號電平來進行設(shè)計。HFC網(wǎng)絡(luò)反向通道的設(shè)計方法，考慮的主要是鏈路的損耗，電平并不重要，因為CM的輸出電平是不確定的。它由CMTS對每一個CM進行測距后，由AGC控制CM的輸出電平（AGC的控制作用是通過通信協(xié)議確定每個CM的發(fā)射電平，使不同的反向信號到達CMTS的電平值保持一致）。由于每個CM的鏈路路由長度不同，所以每個CM的鏈路損耗都不同，因而就造成了每個CM的發(fā)射電平都不同。在反向通道的調(diào)試中，只需要知道鏈路的損耗就可推算出網(wǎng)絡(luò)某一點的反向電平值。1022、回傳設(shè)計準則（1）光鏈路單位增益準則（光鏈路0dB準則）（2）每Hz固定功率法準則（3）RF單位增益準則—同軸線路單位增益準則（RF0dB準則）（4）前端混合準則（高低信號混合準則）（5）適當RF運行電平準則—從最差用戶到最近放大器損耗在30～32dB以下。（32dB準則）（6）用戶電平差異準則—努力減少而不是消除用戶之間的電平差，6～8dB以內(nèi)。（8dB準則）單位增益準則：每個站點的增益精確補償站點之間和站點內(nèi)部的損耗，相鄰站點的凈增益為零dB。103HFC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計特點1、在滿足系統(tǒng)指標分配條件下，光纖網(wǎng)和同軸電纜網(wǎng)的設(shè)計分別進行；2、光纖網(wǎng)上、下行各自獨立設(shè)計；3、同軸電纜網(wǎng)以上行設(shè)計為主要考慮因素，輔之以下行設(shè)計考慮。通常只要上行設(shè)計滿足，則下行一般都能滿足。104四、回傳光鏈路1、根據(jù)光鏈路長度選擇回傳激光器通常，回傳激光器輸出功率從-3dBm至+3dBm，為得到較好的載噪比，接收光功率范圍應(yīng)在-10dBm至0dBm范圍選取。2、光鏈路的單位增益—基準光鏈路參考準則選擇一個“參考光鏈路”，以其鏈路增益（損耗）為基礎(chǔ)，將其它光鏈路的增益（損耗）調(diào)整為與參考光鏈路相同。實現(xiàn)方法：將最長的光鏈路作為參考鏈路，其光接收機的輸出電平最低，以其輸出電平為基準，將其余回傳光鏈路光接收機的輸出電平都調(diào)整到與其相等即可。105光工作站回傳口的RF信號功率譜密度的大小取決于無源分配網(wǎng)的回傳損耗光工作站RF回傳口的回傳信號功率譜密度（回傳信號電平）既不是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計時人為地設(shè)置的，也不是由設(shè)備生產(chǎn)商給出的，其本質(zhì)上是由無源分配網(wǎng)絡(luò)的回傳損耗決定的。當無源分配網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)、傳輸電纜型號和長度確定之后，自系統(tǒng)輸出口（CM的RF輸出口）到分配放大器回傳輸入口之間的回傳損耗就確定了，CM回傳到分配放大器回傳輸入口的信號功率譜密度也就確定了。如果正確設(shè)置回傳通道，則分配放大器回傳輸入口到光工作站回傳輸入口是0dB增益。于是光工作站回傳口的信號功率譜密度與分配放大器回傳輸入口的信號功率譜密度相等。106回傳信道設(shè)計以CM業(yè)務(wù)為設(shè)計目標為保證回傳信道穩(wěn)定工作，在回傳放大器輸入口各種業(yè)務(wù)最大回傳發(fā)射信號的功率譜密度都不應(yīng)該超過回傳功率譜密度最小的那種業(yè)務(wù)。通常，CableModem（CM）業(yè)務(wù)回傳發(fā)射信號的功率譜密度在現(xiàn)有的各種業(yè)務(wù)中最低，所以，回傳信道設(shè)計以CM業(yè)務(wù)為設(shè)計目標。107回傳放大器的增益設(shè)置為保證長環(huán)路AGC正常工作，CM或其它任何業(yè)務(wù)的RF發(fā)送電平都不應(yīng)該設(shè)置在最大發(fā)射功率狀態(tài)。通常，都應(yīng)留出(5～10)dB的余量。實際設(shè)計和調(diào)試時，一般希望雙向放大器的回傳口的回傳功率譜密度在(5～15)dBμV/Hz范圍，在60MHz帶寬內(nèi)的總功率控制在(83～93)dBμV。為了實現(xiàn)單位增益，根據(jù)放大器回傳輸出口，到前一級放大器或光工作站的回傳輸入口回傳鏈路損耗的大小，進行回傳放大器的增益設(shè)置。使各種業(yè)務(wù)在回傳放大器的輸出口的回傳信號功率譜密度相等。108五、同軸鏈路RF單位增益準則-“0dB準則”：回傳同軸鏈路的線路損耗應(yīng)等于放大器的增益，從而使鏈路實現(xiàn)單位增益。即放大器之間的增益為0dB。使各類回傳信號都能達到正確的電平。不采用單位增益設(shè)計，將會出現(xiàn)下列問題：（1）如果放大器沒有AGC，信號電平不對將引起失真或CNR降低；（2）如果放大器有AGC，但超出應(yīng)用發(fā)射機的調(diào)節(jié)范圍，則會出現(xiàn)同樣的結(jié)果；（3）如果設(shè)計者允許出現(xiàn)這樣的增益差別，則其它區(qū)段的電平則會導(dǎo)致相應(yīng)的變化，從而引起失真和CNR劣化；（4）如果放大器有AGC，且有足夠的調(diào)節(jié)范圍，則不會出現(xiàn)問題。109雙向HFC電纜干線的設(shè)計（1）在網(wǎng)絡(luò)的電纜干線設(shè)計時，盡量采用分配器作為分路器件，禁止使用分支損耗大于10dB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，上行電平一致，下行電平必然一致。（3）對回傳通道進行損耗均衡。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，以減小與其它支路的回傳路徑損耗的差異。該回傳衰減器只對回傳頻段進行衰減，完全獨立于正向通道。110雙向HFC用戶分配網(wǎng)的設(shè)計用戶分配網(wǎng)：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，大大降低了系統(tǒng)中的反射，這是一種比較理想的結(jié)構(gòu)。但施工難度較大，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。111用戶分配網(wǎng)的設(shè)計（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。這樣做一方向避免了重新入室敷設(shè)線路；另一方面的考慮是，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經(jīng)分路器件（如416），干擾信號將衰減16dB；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1.5dB。112用戶分配網(wǎng)的設(shè)計可見，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(nèi)分配系統(tǒng)，因單元與單元之間的電纜長度較短，一般在25m左右，由此造成的不同單元之間的回傳路徑損耗相差不大，所以在樓內(nèi)分配系統(tǒng)不用設(shè)置回傳衰減（均衡）器。113樹型分配方式導(dǎo)致匯聚均衡困難114樹型分配方式優(yōu)點：1、樓棟電纜出線少；2、節(jié)省入戶電纜。缺點:1、接頭太多；2、分布式器材管理困難.；3、回傳電平差大，不容易均衡，系統(tǒng)CNR低.。115集中分配的用戶分配系統(tǒng)116集中分配方式優(yōu)點：1、減少了大量的接頭，提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性，減少從接頭引入的噪聲干擾。2、分配器的接頭集中在一個金屬箱內(nèi)，既容易做到高質(zhì)量的屏蔽，又方便管理和維護。3、每個終端到雙向放大器的反向鏈路損耗大致相等，從而提高整個系統(tǒng)的CNR。117六、前端混合準則由于所有回傳接收機都置于前端，各回傳接收機的輸出信號將混合后進入CMTS。然而，由于各個回傳支路的C/N各不相同，因此混合后對系統(tǒng)總的CNR有顯著的影響。因此，在前端回傳信號混合時，應(yīng)遵循如下準則：1、混合的路數(shù)為4-8路信號。2、應(yīng)將長、短不同的鏈路信號混合，因為將所有長鏈路的信號混合一定會得到最壞的CNR。例如將4條C/N為35dB的信號混合，總的C/N為29dB。將4條C/N分別為43dB、41dB、38dB、35dB的信號混合后，總的載噪比為32.2dB。118在前端各種信號（如CM、機頂盒、網(wǎng)管回傳信號）分配合成圖119正向系統(tǒng)單位增益原理120正向系統(tǒng)單位增益舉例放大器G2的輸入端只對應(yīng)一個路徑L1；放大器G2輸出端則對應(yīng)兩個路徑L2、L3。所以，放大器的增益是補償上一段鏈路的傳輸和分配損耗，其衰減器、均衡器的位置是在放大器的輸入端。調(diào)整放大器G2的衰減器、均衡器即可補償鏈路L1的損耗；而將衰減器、均衡器加在放大器的輸出端，就無法同時補償鏈路L2、L3的損耗。G1、G2、G3、G4分別為四個延長放大器且增益相同；R1、R2、R3、R4分別為四個放大器輸入端的衰減器；L1、L2、L3、分別為兩級放大器之間的鏈路損耗（包括電纜損耗和分配損耗）。雖然放大模塊與衰減的位置顛倒后仍然能夠滿足上述電平的數(shù)學關(guān)系，但是系統(tǒng)中單位增益關(guān)系將被打亂。所以在正向系統(tǒng)中單位增益點在放大器的輸出端口，級聯(lián)的放大器輸出端的電平都相同，即單位增益（0dB）。121反向系統(tǒng)單位增益原理122反向系統(tǒng)單位增益舉例反向放大器G2的輸出端只有唯一的路徑L1；而輸入端則來自兩個路徑L2、L3，所以，放大器的衰減器、均衡器的位置應(yīng)該在其輸出端，用來補償、均衡鏈路L1的損耗。123反向放大器的增益為20dB，L1鏈路反向損耗為10dB、L2鏈路反向損耗5dB，則放大器G2的衰減器R2應(yīng)該調(diào)整為10dB，放大器G3的衰減器R3應(yīng)該調(diào)整為15dB，兩個反向放大器的輸入電平都是17dBmV，輸出電平都是37dBmV，如果放大器的噪聲系數(shù)為8dB，那么對于3.2MHz的上行帶寬來說，放大器的CNR為：CNR=Vi-NF-NB=17dBmV（輸入電平）－8dB（噪聲系數(shù)）－（－60dBmV）（3.2MHz帶寬的基礎(chǔ)熱噪聲）=69dB。兩級放大器的合成指標為CNR總69dB。124如果將反向衰減器加在反向放大模塊輸入端，將會出現(xiàn)什么結(jié)果呢？鏈路的各個數(shù)值與原來相同，為了保持端口的單位增益點17dBmV不變，放大器G2的衰減器仍然為10dB，放大器G3的衰減器仍然為15dB，則放大器G2的輸入電平為：VG2=17dBmV－10dB=7dBmV，載噪比為：CNRG2=7dBmV（輸入電平）－8dB（噪聲系數(shù)）－（－60dBmV）=59dB放大器G3的輸入電平為：VG3=17dBmV－15dB=2dBmV，載噪比為：CNRG3=2dBmV（輸入電平）－8dB（噪聲系數(shù)）－（－60dBmV）=54dB兩個放大器的合成載噪比為CNR總=52.8dB，比前一種情況低了16.2dB。125小結(jié)：反向衰減器加在反向放大模塊的輸入端口時，衰減量越大，反向放大模塊的輸入電平越低，合成的反向CNR越低，對反向系統(tǒng)的影響越大。雙向放大器（包括光站）中反向衰減器的位置對提高整個反向系統(tǒng)載噪比有著非常重要的意義。126七、每Hz固定功率法127上行信道電平=每Hz功率+10lg（信道帶寬）上行光發(fā)激光器總驅(qū)動功率為45dBmV，上行總帶寬35MHz，每Hz功率=45dBmV－10lg（35×106）=－30.4dBmV/Hz對8個1MHz載波，P1=－30.4+10lg（1×106）+10lg8=－30.4+60+9=38.6dBmV對36個192kHz載波，P2=－30.4+10lg（192×103）+10lg36=－30.4+52.8+15.6=38dBmV對10個2MHz載波，P1=－30.4+10lg（2×106）+10lg10=－30.4+63+10=42.6dBmV上行激光器總驅(qū)動功率功率PT=10lg[103.86+103.8+104.26]=10lg31751=45dBmV128八、雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的安裝及調(diào)試1、同軸電纜以及同軸器件的選擇（1）同軸電纜——提供大于100dB屏蔽能力·干線電纜選用無縫鋁管電纜·支線和入戶電纜選用壽命長高性能屏蔽性好的電纜（2）分支分配器室內(nèi)分支分配器都采用1GHz、后蓋焊接式、高屏蔽的器件，其外殼應(yīng)一體化設(shè)計，保證屏蔽大于100dB。（3）電纜連接頭——提供90dB屏蔽能力·室外電纜接頭采用針型頭·室內(nèi)電纜接頭采用內(nèi)螺紋接頭或六角型壓接式接頭·不可用卡環(huán)式簡單接頭（4）用戶終端盒及連接電纜·用戶盒應(yīng)采用雙向高屏蔽終端盒，提供大于90dB屏蔽能力·連接電纜建議采用四屏蔽電纜1292、線路設(shè)備選擇1、上行設(shè)備包含上行光發(fā)射機、光接收機、上行延放、分配放大器，應(yīng)按上行設(shè)計要求的指標進行選擇。2、通常上行光發(fā)/收機選用帶寬≥200MHz的模塊，上行光發(fā)射模塊選輸入電平高的模塊，比如輸入電平45dBmV的模塊。反向放大模塊（延放）增益21dB，分配放大器增益26dB模塊。3、安裝時采用專用工具、規(guī)范操作。4、接地應(yīng)嚴格按照相關(guān)國家標準執(zhí)行。5、雙向網(wǎng)需要采用不間斷電源供電。1306、正、反向電平設(shè)置和調(diào)整131（1）正向電平正向電平指用戶入戶電平，建議電平為69±3dBμV（A點）正向電視端（V端口）電平為65±3dBμV。正向數(shù)據(jù)信號電平設(shè)置：以CableModem為例，Motorola