第五071010[huaxie].

1、1. 频率间隔8MHz2. CSO、CTB或非线性失真。 调制器的偏置电压3. 降低噪声系数NF输入功率、泵浦功率、 自发辐射。4. 相对强度噪声、输出光功率、边模抑制比、线宽、线性度、驱动电路在额定条件下的失真度（驱动能力）。第2章 数字调制及HFC网络回传系统 2.1 数字调制SCM光纤传输系统 2.1.1 载波数字传输系统基本原理 图 2.1 载波数字传输系统的基本组成 回传通道也称反向通道或上行通道 设计载波数字传输系统的基本思想是设计载波数字传输系统的基本思想是: : 选择一组有限离散的波形来代表二选择一组有限离散的波形来代表二进制或多进制数字信息，而这些波形能进制或多进制数字信息，

2、而这些波形能够适合于在实际信道中传输，够适合于在实际信道中传输，该信道具该信道具有高信噪比、低失真或抗路径衰变的优有高信噪比、低失真或抗路径衰变的优势势。这个过程就是通过数字调制器把。这个过程就是通过数字调制器把基基带数字信号的频谱搬移到射频带数字信号的频谱搬移到射频，然后在，然后在信道中传输信道中传输 香农定理：传输信道的最大容量为：香农定理：传输信道的最大容量为： Cbit/s/Hzbit/s/Hz =Blog2(1+CNR) B为信道带宽为信道带宽(Hz)，CNR为载噪比为载噪比(数值比数值比)。 在实际的调制系统中容量为最大容量的在实际的调制系统中容量为最大容量的一半一半。如果如果CN

3、R100，根据换底公式：，根据换底公式： C实际实际(B/2)2) log10( (CNR)/)/log1022 ( (B/6)6)C/N这意味着这意味着6 6MHz的带宽能够运载与载噪比的带宽能够运载与载噪比C/N相同的相同的Mbit/s数。数。 实际信道实际信道幅频响应特性和群时延特性幅频响应特性和群时延特性内部噪声和外界干扰内部噪声和外界干扰 为增加信道传输数据的可靠性为增加信道传输数据的可靠性在来自信源的二进制序列中引入一些冗余度。在在来自信源的二进制序列中引入一些冗余度。在发送机中引入冗余度有助于接收机对荷载信息的发送机中引入冗余度有助于接收机对荷载信息的序列进行正确的解码，这种编码

4、的目的不同于信序列进行正确的解码，这种编码的目的不同于信源编码，源编码，称为信道编码称为信道编码。如采用高效的前向纠错。如采用高效的前向纠错（FEC）方法可以降低对）方法可以降低对C/N的需要求达的需要求达5dB，Reed-Solomon编码和交织码就是其中之一。编码和交织码就是其中之一。 单载波调制单载波调制频率调制：频移键控频率调制：频移键控(FSK)相位调制：四相相移键控相位调制：四相相移键控(QPSK)幅度调制：多电平残留边带调幅幅度调制：多电平残留边带调幅(MVSB)相位调制与幅度调制的组合：正交幅度相位调制与幅度调制的组合：正交幅度 调制调制(M2QAM)FSK属调频系统，调频系统

5、比调幅系统的抗干属调频系统，调频系统比调幅系统的抗干扰性能强，但所占有的频带较宽，因此主要用扰性能强，但所占有的频带较宽，因此主要用于中、低速传输或衰落信道场合。于中、低速传输或衰落信道场合。QPSK属多相相移键控，特别是四相相移键控属多相相移键控，特别是四相相移键控是目前数字通信中常用的一种载波传输方式。是目前数字通信中常用的一种载波传输方式。它具有较高的频谱利用率，较强的抗干扰性，它具有较高的频谱利用率，较强的抗干扰性，同时在电路实现上也比较简单。在同时在电路实现上也比较简单。在QPSK系统系统中，一个调制波形包含了中，一个调制波形包含了2bit的信息量。的信息量。 QAM属于双边带载波抑

6、制幅度调制，一个调制波属于双边带载波抑制幅度调制，一个调制波形可以包含更多的信息量，形可以包含更多的信息量，QAM系统的频谱利用系统的频谱利用率可以做得很高。率可以做得很高。M2QAM信号的频谱利用率为信号的频谱利用率为2log2M/(1+a)bit/(sHz)。对于那些信息传输量，。对于那些信息传输量，频带资源紧张的场合来说，频带资源紧张的场合来说，QAM是一种有效的传是一种有效的传输方式。在输方式。在HFC系统中，系统中，下行信道的质量较好下行信道的质量较好，而传输的数据速率要求很高，因此国内外专家一而传输的数据速率要求很高，因此国内外专家一致推荐使用致推荐使用QAM调制方式。目前，国内有

7、线电视调制方式。目前，国内有线电视系统就是采用的系统就是采用的64128QAM调制方式。调制方式。 2log2M/(1+)bit/(sHz) 表示：表示： 在实际的限带信道中，一般对发送的在实际的限带信道中，一般对发送的基带信号进行升余弦滚降滤波，调制后的基带信号进行升余弦滚降滤波，调制后的M2QAM信号带宽为信号带宽为 ， 所以实际所以实际的的M2QAM信号的频谱利用率为信号的频谱利用率为 : 2log2M/(1+)bit/(sHz)(1)Sf 多电平残留边带调幅多电平残留边带调幅(MVSB)属于局部频属于局部频谱被抑制的双边带调制谱被抑制的双边带调制(DSB)的变种。只的变种。只要残留边带

8、滤波器的截止特性在载频附近要残留边带滤波器的截止特性在载频附近具有互补对称特性，那么，接收端通过相具有互补对称特性，那么，接收端通过相干解调就可以准确恢复所传送的基带信号。干解调就可以准确恢复所传送的基带信号。 频谱利用率可接近于频谱利用率可接近于2log2Mbit/(sHz) 相位连续相位连续FSK信号的功率谱密度信号的功率谱密度MVSB信号功率谱密度信号功率谱密度图图2.3 在误比特率为在误比特率为105时几种调制方式的比较时几种调制方式的比较（Eb/N0)/dB图图2.4 几种调制方法误码率与比特信噪比的关系曲线几种调制方法误码率与比特信噪比的关系曲线2.1.3 2.1.3 多载波调制技

9、术多载波调制技术多载波调制可被看做将时分复用多载波调制可被看做将时分复用(Time Division Multiplexing)信号转换为频分复用信号转换为频分复用(Frequency Division Multiplexing)信号的一种复用转换器。信号的一种复用转换器。 在常规的数据传输系统中，符号是一个接一个在常规的数据传输系统中，符号是一个接一个串行传输的，每一个符号都占用了整个传输频串行传输的，每一个符号都占用了整个传输频带。在多载波调制技术中，采用了并行传输的带。在多载波调制技术中，采用了并行传输的概念。概念。 优点优点：在多载波调制系统中，子载波的数目很多，在多载波调制系统中，子

10、载波的数目很多，总的信号频谱总的信号频谱非常接近于矩形谱，频谱利非常接近于矩形谱，频谱利用率理论上可以达到用率理论上可以达到Shannon信息论的极信息论的极限，限，这一点同单载波系统相比具有明显的这一点同单载波系统相比具有明显的优越性。优越性。延长了单个符号的传输持续时间，因而延长了单个符号的传输持续时间，因而提高提高了对脉冲干扰的抵御性能了对脉冲干扰的抵御性能。在单载波系统中，。在单载波系统中，冲激干扰可能会彻底破坏相邻的好几个码元。冲激干扰可能会彻底破坏相邻的好几个码元。多载波系统在一个较长的符号周期中同时传多载波系统在一个较长的符号周期中同时传输很多个符号，它们分摊了在这个符号周期输很

11、多个符号，它们分摊了在这个符号周期中出现的冲激脉冲的影响，每个符号所受的中出现的冲激脉冲的影响，每个符号所受的影响大大地减小，在没有前向纠错码的情况影响大大地减小，在没有前向纠错码的情况下也能正确恢复大部分数据下也能正确恢复大部分数据由于将传输频带划分为许多个窄带子信由于将传输频带划分为许多个窄带子信道，若某个子带的干扰较大，则可在保道，若某个子带的干扰较大，则可在保证一定误比特率的情况下，通过少分配证一定误比特率的情况下，通过少分配比特数或干脆取消该子带来提高抗击窄比特数或干脆取消该子带来提高抗击窄带干扰的能力带干扰的能力图图2.5 DMT功率谱密度功率谱密度 2.2 数字调制信号的互调噪声

12、数字调制信号的互调噪声 及对模拟信号的影响及对模拟信号的影响 互调噪声互调噪声(intermodulation noise)的产生的产生 模拟载波的频谱是单根谱线单根谱线，它们的互调产物在频互调产物在频域中也以离散谱线域中也以离散谱线的形式出现的形式出现。 数字调制信号却并非如此，64QAM已调波的频谱看起来像限带白噪声看起来像限带白噪声。 两种信号按频分方式一道传输会产生互调噪声。 许多互调噪声相加将产生组合互调噪声组合互调噪声 (CIN)。该噪声电平取决于模拟、数字频道的频率和电平图图2.6 数字载波与模拟载波的差拍产物数字载波与模拟载波的差拍产物2路模拟和1路数字载波 1路模拟和2路数字

13、载波 3路数数字载波 互调噪声对模拟信号的影响及改进互调噪声对模拟信号的影响及改进 按模拟频道的功率分配，在全频带范围内工作有有几几dB的斜率的斜率。那么，在模拟/数字混合HFC网系统中，处在高端的数字信号处在高端的数字信号对系统的对系统的CIN3性能影响很大性能影响很大 （影响） 数字传输只要较低的数字传输只要较低的C/N就可以保证图像质就可以保证图像质量，因此，数字载波的工作电平不必与模拟载量，因此，数字载波的工作电平不必与模拟载波工作电平相同，可以波工作电平相同，可以低几个分贝低几个分贝。（改进） 频率/MHz图图2.7 数字调制信号产生的组合互调噪声数字调制信号产生的组合互调噪声 数字

14、载波的引入对系统非线性的影响数字载波的引入对系统非线性的影响 不会产生不会产生附加的离散附加的离散CTB和和CSO产物产物加入数字载波后，放大器的加入数字载波后，放大器的总负载相应增总负载相应增加，加，系统模拟频段内的系统模拟频段内的CTB、CSO有不同有不同程度的劣化程度的劣化数字载波功率的增加对数字载波功率的增加对CSO的影响不太明的影响不太明显，显，但引起的但引起的CTB劣化较为严重劣化较为严重数字电平相对于模拟电平的降低量数字电平相对于模拟电平的降低量/dB）图图2.8 互调噪声引起的模拟频道载噪比降低互调噪声引起的模拟频道载噪比降低输出电平/dBmV图图2.10 数字载波加入引起数字

15、载波加入引起CTB的劣化的劣化2.3 回传信道的噪声源与干扰2.3.1 2.3.1 回传噪声漏斗回传噪声漏斗 信号从与系统相连的每个家庭进入到回传系统，信号从与系统相连的每个家庭进入到回传系统，同时，所有这些信号在向前端的传送过程中同时，所有这些信号在向前端的传送过程中汇汇集集到一起。到一起。 在回传通路里，除热噪声和光纤链路噪声外，在回传通路里，除热噪声和光纤链路噪声外，侵入噪声是需特别考虑的，侵入噪声是需特别考虑的，侵入噪声的来源是侵入噪声的来源是周围环境。周围环境。 2.3.2 热 噪 声 CNamp输入电平NF噪声本底 噪声本底10log噪声带宽(以赫兹表示) 125.2dBmV 不同

16、噪声带宽的噪声本底见表2.1。如6MHz噪声带宽，其噪声本底为57.4dBmV。（2.6dBV） 在已知放大器的噪声系数NF的条件下，如何计算其输出载噪比，多个放大器接连后输出载噪比又如何计算。2.3.3 2.3.3 光纤链路噪声光纤链路噪声 系统设计者根据制造商提供的数据，和实际链路衰耗求得系统光路C/N。 数据业务所占带宽不尽相同，有必要考虑对有限的光功率进行合理分配 光功率分配原则光损耗图2.12 光纤链路载噪比(Fabry-Ptrot激光器 4MHz噪声带宽) 基于每基于每Hz固定功率的原则进行信道功率分配至少有五固定功率的原则进行信道功率分配至少有五个方面的好处：个方面的好处：不管它

17、们的带宽如何，所有的服务具有相同的载噪比，测量CN时也没必要指定一个特别的带宽；当频道适当设定以后，在频谱仪上观测到的频谱看上去很平坦；功率分配方式简单，分配给任何服务的功率很容易计算，取决于该服务的带宽；较窄的信道受到的侵入汇聚噪声少，分配的总功率也少，较宽的信道受到的侵入多，分配的总功率也多；回传通道会自动地把功率容量分配给以后要增加的服务。l还需要注意以下缺点：还需要注意以下缺点：对所有的服务都提供相同的CN，并不见得是最有效的功率分配方式，不同的服务应该有不同的CN需求。某些用在用户端的发射机有可能不具备足够的输出功率以满足回传系统的需要。它对于未来要增加新的应用，预留了所需要的功率容

18、量。但这个所谓的未来应用可能永远不需要。2.3.4 侵入噪声 侵入噪声来源侵入噪声来源 有不连续弥漫性的干扰。 侵入噪声的进入点侵入噪声的进入点 最易侵入的地方是用户的家里 ，占50或更多。接入电缆侵入系统，2030。 图2.13 从家中接线到分支分配之间的噪声侵入源 图2.14从分支分配到前端之间的噪声侵入源 2.3.5 失真与削波 采用组合互调噪声采用组合互调噪声(CIN)表示数字信号失表示数字信号失真，真，CIN类似类似CTB和和CSO，CTB与与CSO是是离散的多音信号失真的度量离散的多音信号失真的度量。因为回传通。因为回传通路上所传输的路上所传输的数字载波信号就像是噪声块数字载波信号

19、就像是噪声块(图图2.15)，当这些噪声块之间产生差拍时，当这些噪声块之间产生差拍时，它们的互调产物仍然像是噪声。它们的互调产物仍然像是噪声。 频率(MHz)图2.15 回传频带中的数字信号图2.16(a)所示。当关掉QPSK信号，空槽的深度显示光纤链路的固有噪声(低于信号电平42.2dB)。当信号电平和噪声块升高10dB图2.16(b)时，槽内的噪声底也上升了。实际情况下它上升了24dB，这是由激光器的互调失真引起的。当信号电平再增加6dB时图2.16(c)，噪声底差不多再上升20dB。注意到槽里填充的是类似噪声的东西，它的增加既不是由纯二阶失真预计的2 1的比率，也不是由纯三阶失真预计的3

20、 1的比率。实际上槽里填充的是许多偶次和奇次互调产物的混合物。表表2.4 QPSK信号信号BER的恶化情况的恶化情况 测试测试 输入电平输入电平 C CN BERN BER测量值测量值图图2.16(a) Nom 42.2 2.16(a) Nom 42.2 1 11010-9 -9 图图2.16(b) 2.16(b) 十十10 28.2 10 28.2 1 11010-9-9 图图2.16(c) 2.16(c) 十十16 14.5 4.316 14.5 4.31010-7-7 十十17 12.8 1.917 12.8 1.91010-6-6 图图2.16(d) 2.16(d) 十十18 11.7

21、 1.618 11.7 1.61010-5-5 表表2.5 当当BER1106时，时，QPSKQPSK、16-QAM16-QAM和和64-QAM64-QAM 的载波白噪声值和载波交调值的载波白噪声值和载波交调值 调制调制 载波白噪声载波白噪声 载波交调载波交调 QPSK 23 22QPSK 23 22 16-QAM 24 2716-QAM 24 27 64-QAM 28 4364-QAM 28 43以以16-QAM测试信号进行同样的测试，测试信号进行同样的测试， 我们会得到相似的特性我们会得到相似的特性16-QAM信号对互调的敏感程度相对于纯信号对互调的敏感程度相对于纯噪声来说要多噪声来说要多

22、23dB 64-QAM的的BER开始恶化的时间要比单纯开始恶化的时间要比单纯提升噪声要早得多。归因于提升噪声要早得多。归因于64-QAM的各的各个状态比较紧凑个状态比较紧凑(a)有噪声加载， (b)有削波现象 图2.18 BER为10-6时16-QAM的星座分布示意图 汇聚噪声通常并不引起削波 图2.19 侵入噪声和削波 2.3.6 公共路径失真 图2.20 公共路径上有问题的地方 地点：地点： 双向双向HFC中的电缆系统有许多机械触点，正向中的电缆系统有许多机械触点，正向和回传信号在该点都经过同一导体。和回传信号在该点都经过同一导体。 机理：机理：这些机械触点的任何一处有氧化层，就会形成这些

23、机械触点的任何一处有氧化层，就会形成一个电势差，其功能类似一个微型二极管。由于二极一个电势差，其功能类似一个微型二极管。由于二极管的非线性，将导致正向信号间的相互混频。混频中管的非线性，将导致正向信号间的相互混频。混频中的差拍产物有一些会落入回传频段。的差拍产物有一些会落入回传频段。 这些不想要的差拍信号就会一起进入回传通路频谱中这些不想要的差拍信号就会一起进入回传通路频谱中(图图2.21)。因为这种损害出现在正向和回传信号都要经。因为这种损害出现在正向和回传信号都要经过的点上，过的点上，故称为公共路径失真故称为公共路径失真 2.3.7 2.3.7 哼声调制与电源干扰哼声调制与电源干扰 回传信

24、号被交流所调制 DC电源中的寄生辐射 总总 结：结： 只要回传系统的结构有噪声积聚，就应考虑只要回传系统的结构有噪声积聚，就应考虑HFC分片设计。分片设计。 光链路噪声是系统中噪声的主要贡献者。光链路噪声是系统中噪声的主要贡献者。 减少侵入噪声的方法是维护保养和技术解决。减少侵入噪声的方法是维护保养和技术解决。 16-QAM以上的调制方式对激光削波很敏感，以上的调制方式对激光削波很敏感，在回传通路用起来困难。在回传通路用起来困难。 对付像共模、公共路径和哼声等系统噪声，需对付像共模、公共路径和哼声等系统噪声，需要注重维护保养。要注重维护保养。2.4 回传系统设计和设置2.4.1 比较回传与正向

25、通路设计上的不同 正向系统正向系统 固定的RF输入功率输入给前端的激光发射机，系统的单位增益单位增益点位置就设在各放大器的输出点 。 回传系统回传系统 采用与正向的单位增益点的物理端口处于同一位置的点作为回传单位增益点，但传输方向相反。 2.4.2 选择工作电平选择工作电平 选择回传通路的光纤部分和同轴部分的最佳工选择回传通路的光纤部分和同轴部分的最佳工作点。更确切地讲，即确定输入到激光发射机、作点。更确切地讲，即确定输入到激光发射机、放大模块以及节点端口的功率放大模块以及节点端口的功率l确定回传激光器的合适工作点；l针对诸多应用进行RF功率的分配；l补偿射频系统的损耗以及损耗变化。激光发射机

26、及光功率激光发射机及光功率激光器有FP激光器和DFB激光器，实际使用取取决于工程要求。决于工程要求。 光节点回传放大器的最佳驱动电平受器件特性驱动电平受器件特性所限所限通常在45dBmV55dBmV 每每Hz功率功率功率功率(dBmV)10log带宽带宽(Hz) 按业务给定各数字信号的功率，并依据线路按业务给定各数字信号的功率，并依据线路衰耗设计激光器的输出功率。衰耗设计激光器的输出功率。 射频系统功率射频系统功率 如何决定RF系统的功率，目标是尽可能选择得高一点，使得所传输的信号能够远远高于汇聚噪声干扰。要找出当用户家中设备工作在满功率而同时信号传输经过系统的最大损耗路径这样的条件下，有多大

27、的功率传送到放大器站点的回传端口上。 为此需要以下两类信息 用户发射机到放大器之间的最大损耗；发射机的最大输出电平及其占有带宽(对每一个应用) 表表2.8 正向和回传调整的关键差别正向和回传调整的关键差别 正正 向向 回回 传传 基本的调整目标基本的调整目标 失真恒定输出失真恒定输出 噪声最小噪声最小 的恒定输入的恒定输入衰减片和均衰减片和均 在放大模块之前在放大模块之前 在放大模块之后在放大模块之后衡器位置衡器位置调整的方法调整的方法 在站点测量输出在站点测量输出 在站点上注入测试信在站点上注入测试信 号，在前端测量输出号，在前端测量输出无论是放大器站点还是光节点，回传通路单位增益参考点应设

28、在回传输入端口的双向滤波器处； 基于每Hz功率原理，在用户发射机的输出能力所允许的情况下，RF系统的电平应尽可能设定得高一些； 利用节点增益和注入信号的方法，把激光发射机的输入电平设定到预定的工作点上； 需要在前端中进行回传信号功率分配以及C/N的确定。图2.24 四端放大器的简化方块图 2.4.3 可靠性 可靠性定义可靠性定义 ：平均无故障时间(MTBF) 什么是合格的标准什么是合格的标准 作用时间：作用时间：时间比电话要长。就显得Bellcore所定的服务标准太低。危险性：危险性：宽带网络的故障并不会造成直接重大损失。也就意味着其标准相对来说可以定得低些。容忍的水平：容忍的水平：当网络上刚开通一些新的业务时，用户对停机现象或多或少地会抱宽容的态度。双向系统的可靠性评估双向系统的可靠性评估随着级联长度的增加，分支电缆越来越随着级联长度的增加，分支电缆越来越成为主要的故障因素。成为主要的故障因素。光纤链路对故障的贡献