HFC雙向?qū)拵ЬW(wǎng)

劉前

摘 要：信息交換已然成最重要的資源，它主要表現(xiàn)為圖像、聲音和數(shù)據(jù)3種形式。信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向是數(shù)字化、綜合化、智能化和個(gè)人化，支持全數(shù)字化業(yè)務(wù)。HFC網(wǎng)是目前較好的接入網(wǎng)，是信息高速公路寬帶接入網(wǎng)的最佳方案。

關(guān)鍵詞：雙向HFC網(wǎng)；寬帶接入

1 HFC網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

現(xiàn)代的HFC網(wǎng)基本上是星形總線結(jié)構(gòu)，由3部分組成，即饋線網(wǎng)、配線網(wǎng)和用戶引入線。饋線網(wǎng)指的是前段至服務(wù)區(qū)光節(jié)點(diǎn)之間的部分，大致對(duì)應(yīng)CATV網(wǎng)的干線段。從前端到服務(wù)區(qū)的光結(jié)點(diǎn)都有一專用的直接無源光連接，即用一根光纖代替了傳統(tǒng)粗大干線電纜及一連串放大器，從結(jié)構(gòu)上則相當(dāng)于用星型結(jié)構(gòu)代替了傳統(tǒng)的樹形結(jié)構(gòu)。一般來說，一個(gè)服務(wù)區(qū)的用戶數(shù)為200戶以下。配線網(wǎng)：指服務(wù)區(qū)光纖結(jié)點(diǎn)與用戶分支點(diǎn)之間的部分。仍采用傳統(tǒng)CATV網(wǎng)的同軸電纜，一般常為簡(jiǎn)單的總結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)的好壞從很大程度上來說，決定了整個(gè)HFC網(wǎng)的業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)量。就將一個(gè)大網(wǎng)分解為多個(gè)物理上相對(duì)獨(dú)立的基本相同的配線網(wǎng)即子網(wǎng)，同時(shí)各子網(wǎng)允許相同的頻譜安排而互不影響，每個(gè)子網(wǎng)為相對(duì)較少的用戶服務(wù)，最大程度地利用了頻譜資源。用戶引入線：指分支器用戶之間的線路，由于傳輸電平較低，反向噪聲易侵入。

2 HFC網(wǎng)的頻譜安排

HFC網(wǎng)的頻譜資源十分寶貴，一般將低端5-42MHZ共37MHZ的帶寬作為上行通道，即所謂的回傳通道，50-1000MHZ頻段作為下行通道，其中50-550MHZ頻段落用來傳輸數(shù)字CATV信號(hào)和雙向交互通信業(yè)務(wù)，假設(shè)采用64QAM調(diào)制方式的MPEG-2圖像信號(hào)，則頻譜效率為5-6bPS/HZ，允許在6-8MHZ的模擬通道內(nèi)傳輸約30MbPS的速率為數(shù)字信號(hào)，可傳輸6-8路4MBPS的速率MPEG-2圖像信號(hào)，因此，這200MHZ帶寬可傳輸200路數(shù)字圖像信號(hào)。若采用QPSK（四相相移鍵控）調(diào)制方式，每3.5MHZ的帶寬可傳輸540路下行電話通路，將其置入4-3個(gè)6-8MHZ的通路，750MHZ-1000MHZ的頻段用于各種雙向通信業(yè)務(wù)及其它新業(yè)務(wù)。

3 光纖傳輸系統(tǒng)的有關(guān)計(jì)算

3.1 三大指標(biāo)的計(jì)算

衡量光纖CATV系統(tǒng)性能的指標(biāo)有：C/N（載噪比），CSO（組合二次差拍）及CTB（組合三次差拍）?，F(xiàn)階段CATV系統(tǒng)基本上可分為前端（H）光纖干線（F），電纜支線（D）和機(jī)上變換器（S），每一部分的指標(biāo)分配要保證總指標(biāo)能滿足國(guó)際的要求，并且還要兼顧當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件和經(jīng)濟(jì)實(shí)力，來合理安排確定設(shè)備選型和具體設(shè)計(jì)依據(jù)，對(duì)于AM光纖鏈路，一般可考慮C/N=50dB，CSO=61dB（60個(gè)頻道），CTB=65dB（60個(gè)頻道），對(duì)于CATV總的指標(biāo)，可由以上幾部分疊加計(jì)算。

（C/N）總=-10lg[10-（C/N）H/10+10-（C/N）F/10+10-（C/N）D/10+10-（C/N）S/10]

（CTB）總=-20lg[10-（CTB）H/20+10-（ CTB）F/20+10-（ CTB）D/20+10-（ CTB）S/20]

（CSO）總=-15lg[10-（CSO）H/15+10-（ CSO）F/15+10-（ CSO）D/15+10-（ CSO）S/15]

3.2 光功率分配方案的確定

從光發(fā)射機(jī)到光接收機(jī)之間的全部光路衰耗值決定了光纜干線的載噪比，因而功率分配方案是否合理，將直接影響到系統(tǒng)的性能價(jià)格比。光纜路由確定后，由于每一光路的長(zhǎng)度不同，各光路的光纖損耗不同，為使每一光路具有基本相同的損耗值，可通過計(jì)算適當(dāng)選取合適分光比的光分路器，使各路達(dá)到平衡，各光路光接收機(jī)具有基本相同的光功率輸入。

3.2.1 光路損耗計(jì)算

光路損耗應(yīng)為光路上所有損耗之和即A=aL+（-10gK）+0.5+1（dB）

A為光路損耗，L為光纜長(zhǎng)度KM，a為衰耗常數(shù)（dB/KM）

在1.55um波長(zhǎng)可取a=0.25dB/KM，0.5dB為光分路器插入損耗；1dB為活動(dòng)連接器及光路損耗余量，K為分光比

3.2.2 分光比K的計(jì)算

Kj=10aLj/∑10aLj/10

Kj為分光器第j個(gè)臂的分光比

3.2.3 光接收機(jī)所接收的光功率Pr（dBM）計(jì)算

Pr（dBM）=Po （dBM）-A（dB），Po為發(fā)射光功率，一般光接收機(jī)的輸入光功率應(yīng)在0—— -4dBM，當(dāng)要求C/N=50dBM

CTB=65dB，CSO=60dB左右時(shí)Pr值應(yīng)在-2dBM左右即可

3.2.4 光發(fā)射機(jī)的輸出光功率Po的計(jì)算

P0=A+2（dBm）

3.3 指標(biāo)換算

設(shè)額定頻道數(shù)為N，實(shí)際頻道數(shù)為N當(dāng)光發(fā)射機(jī)每頻道的輸入射頻電平不變時(shí)

C/N=C/N+10lgN/N

CTB=CTB+20lgN/N-2（20lgE/E）

CSO=CSO+15lgN/N-20lgE/E

E為額定頻道數(shù)N下的各頻道的電平幅度，E為額定頻道數(shù)N下的各頻道的電平幅度

4 HFC網(wǎng)上行傳輸存在的問題

由于光纜是多芯結(jié)構(gòu)，所以采用空間分割信道，即上行和下行信道選用不同的光纖芯，這樣上行信道與下行信道互不牽連，而以同軸電纜為傳輸媒質(zhì)的入戶線網(wǎng)和配線網(wǎng)中，存在著“匯集干擾”和“匯集均衡”之類的問題，使HFC網(wǎng)的傳輸質(zhì)量受到影響，如何解決這些問題呢？

4.1 解決“匯集干擾”問題

①產(chǎn)生原因：“匯集干擾”是由各用戶室內(nèi)端引入的各種干擾和傳輸電纜受環(huán)境中各種電磁干擾侵入產(chǎn)生的干擾，并經(jīng)上行傳輸通道匯集形成的干擾，也稱“漏斗效應(yīng)”，“匯集干擾”不只是“熱燥聲匯集”，其量值比熱燥聲大50-60dB，（近百萬倍），所以“熱噪聲”的作用很小很小可忽略不計(jì)。其主要產(chǎn)生的途徑有兩個(gè)，一個(gè)是能量集中在5-35MHZ頻段的強(qiáng)干擾，通過用戶室內(nèi)電視機(jī)信號(hào)輸入端產(chǎn)生，一般在70-90dBuV，以上兩類干擾中以電視輸出口引入的干擾最最嚴(yán)重。

解決方法：①對(duì)于電視機(jī)輸入端產(chǎn)生的干擾，解決的辦法是“堵”，將上行、下行頻段中間空出隔離帶，并選出優(yōu)質(zhì)的高低通濾波器。將其分離為兩個(gè)單獨(dú)通道，并使兩個(gè)通道互不干擾，這樣就堵住了源于用戶端的噪聲干擾。

②對(duì)于電纜引入的環(huán)境電磁干擾，主要途徑是屏蔽層和接頭。當(dāng)下行信號(hào)從用戶放大器輸出，經(jīng)分支、分配器和入戶電纜到戶內(nèi)用戶端口，是下行信號(hào)由高電平轉(zhuǎn)為低電平的過程，從上行信號(hào)來看，這一段同樣也是電平下降最快的一段，傳輸電平最低的一段，也是環(huán)境電磁干擾最易侵入的部分。關(guān)于抗干擾的方法有兩種，即屏蔽和提高傳輸信號(hào)電平，保證上行電平高于100dBuV，由于這一段為樹枝性結(jié)構(gòu)的電纜網(wǎng)，是接頭工程，接頭工藝缺陷處處都是，徹底屏蔽是不可能的，所以解決問題的最佳方案是，采用集中分配放大入戶方案，提高這一部分電纜中的傳輸電平。這是一種星形入戶結(jié)構(gòu)，即按十余戶為一集中處理單元，將可調(diào)放大器與分配器合為一體，并且屏蔽起來。既可使電纜處于高電平中，又可解決接頭的屏蔽作用，同時(shí)也方便地實(shí)現(xiàn)可尋址管理，這種方法接頭少，不易銹蝕，壽命長(zhǎng)。由于處理單元對(duì)放大器要求不高，輸出僅為90dBuV，有20dB增益即可，省去了輸出電平高、增益高、價(jià)格較貴的用戶放大器和部分分配放大器，所以建網(wǎng)成本不是很高。

4.2 解決“匯集均衡”問題

所謂“匯集均衡”是指各用戶信號(hào)上行回傳時(shí)，由于經(jīng)過的路徑不同，各路徑上的傳輸增益不同，而出現(xiàn)的各用戶信號(hào)到達(dá)匯集點(diǎn)的電平不一致現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因是，由于電纜的損耗與信號(hào)的頻率平方根成正比，而分支分配器損耗，本質(zhì)上是能量分配，雖然高端損耗大一點(diǎn)但很小，可以近似地認(rèn)為，與頻率無關(guān)，而不同鏈路上的用戶所使用的電纜長(zhǎng)度和使用的分支、分配器各不相同，這就造成了用戶對(duì)下行來說電平相同，而對(duì)于上行信號(hào)到達(dá)匯集點(diǎn)的電平卻差別很大。使上行通道的調(diào)試工作變得很是困難。

對(duì)該問題的解決方法：①采用集中放大分配方式的入戶分配器材（集線器），每十幾戶為一基礎(chǔ)匯集點(diǎn)，安裝集線器，既保證了上行信號(hào)各用戶電平近乎一致，也保證了各用戶下行信號(hào)電平一致。②網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，一般來說，不予選用分支損耗大于12dB的分支器，而盡量選用分配器，保證各支路上行路由總損耗近似相等。③網(wǎng)絡(luò)路由盡量設(shè)計(jì)為多級(jí)星型傳輸結(jié)構(gòu)，對(duì)稱設(shè)計(jì)。雙向放大器要選用低增益放大器。不選用上行無增益下行高增益放大器，以保證傳輸指標(biāo)。④正確選用雙向工作站，要求光機(jī)能在內(nèi)部，對(duì)各個(gè)端口的上行信號(hào)電平分別調(diào)整后匯集。