HFC网络基础培训

2023/1/151HFC双向有线电视系统

基础培训

重庆有线2023/1/152基础知识分贝噪声概念以及

系统指标2023/1/153一信号的分贝表示法

1贝尔（Bel）：两个相同性质，不同大小物理量的比值的对数

Bel=㏒x1/x2

分贝（dB）：取贝尔的1/10为一个单位，称为分贝

XdB=10㏒x1/x22023/1/1542电平用分贝为单位表示的电量的比值，称为电平值，简称电平。⑴相对电平：把系统中任意两点之间的电平差称为相对电平，用“dB”为单位。相对电平是两个电量比值的对数，具有相对的概念，没有具体大小的意义。比如，用来衡量放大器的放大量，系统的衰减量等。2023/1/155

⑵绝对电平：把系统中考察点与规定参考点之间的电平差称为绝对电平，实质是这两个电量之间的倍数关系，用“dBXX”为单位。绝对电平有表征考察点电量确定大小的意义。2023/1/156⑶电平的实际应用

ⅰ在我国有线电视系统中，规定在75Ω负载上，以1μV为基准参考电压，定义电压电平,单位“dBμV”,读作分贝微伏：

L（dBμV）=20㏒xμV/1μV=20㏒x

当采用1mV为基准参考电压时，绝对电平的单位取“dBmV”。

0dBmV=60dBμV2023/1/157

ⅱ相同的电平变化量代表相同的电压变化率和不同的绝对值。例如，以80dBμV为中心，考察减少和增加20dB的情况：

60dBμV。。。。。。。。。1mV

80dBμV。。。。。。。。。10mV100dBμV。。。。。。。。。100mV

可见，电平每变化20dB，代表10倍的电压变化率。但是，前者电压降低了9mV，后者升高了90mV。ⅲ光发射/接收机的功率通常采用功率电平单位，在75Ω负载上以1mW为参考功率，以为dBm单位，

L（dBm）=10㏒xmW/1mW=10㏒x

在有线电视网络中，特征阻抗Z都是75Ω，由P=U2/Z可知：特征阻抗Z是常数，功率P的大小仅仅与U的高低有关，因此，在网络的反向通道调试中，常常用“dBmV”来代表驱动功率的大小。二噪声1定义来至系统外部和由系统内部产生的紊乱、断续和随机的电磁扰动叫噪声。泛指所有干扰和破坏传输信号的无用信号。

2噪声对系统的影响在模拟系统中，表现为图象背景上的噪波干扰，俗称“雪花”干扰。在数字系统中，会造成数据丢失、误码率上升。2023/1/15103基础热噪声在系统中，无源器件内部电子的无规律运动引起的噪声叫做基础热噪声，其功率为：

PN0=kTBNk—玻尔兹曼常数1.38×10-23J/oKT—器件环境温度oKBN—电视图像噪声带宽5.75MHZ

在PN0=kTBN式中，

k、BN

都是常数，PN0仅仅与器件温度T有关，与传输信号和其他因素无关。T常常用来表示卫星接收下变频器噪声功率的大小。

在常温下（293oK）PN0=2.32×10-14(W),以电压为单位,基础热噪声电平:PN0(dB)

=2.4dBμV4载噪比与信噪比在有线电视传输系统中，传输的是RF载波信号，定义载波信号功率C与噪声功率N之比取其对数为载噪比：

C/NdB=10㏒C/N

在接收机检波以后，用信噪比S/NdB表示噪声影响的程度，载噪比与信噪比的关系为：

C/NdB=S/NdB+6.4三系统指标㈠下行传输系统主要技术参数GY/T106_1999

1系统出口电平(dBμV)电视60~80,调频47~702系统出口任意频道间载波电平差≤10dB

系统出口相邻频道间载波电平差≤3dB

系统出口伴音对图像--17±3dB4载噪比(BN=5.75MHZ)≥43

dB6载波复合三次差拍比(CTB)≥54dB8载波复合二次差拍比(CSO)≥54dB15系统出口相互隔离度≥30dB(VHF)≥22dB(其它)2023/1/1514㈡上行传输通道主要技术要求

GY/T180-2001

1标称系统特性阻抗(Ω)

752上行通道频率范围(MHZ)5~654上行传输路由增益差(任意用户端口)≤10dB6上行最大过载电平≥112dBμV7载波/汇集噪声比(Rb,Rc波段)≥26dB12用户电视端口噪声抑制能力≥40dB2023/1/1515概述

HFC有线电视系统的

传输模式及基本拓扑结构

2023/1/1516一有线电视系统的双向传输模式

1总体频率配置—频率分割方式

有线电视双向传输系统对上、下行信号采用中分割方式进行频率配置。根据传输内容的不同，采用不同的上行频带和下行频带，在中间设置过渡频带（既不传上行，又不传下行信号的空闲频带），以减小由于滤波器特性不陡峭而造成的频带交叉影响。2023/1/151756587108550861MHz

中分割方式频谱图上行数据FM111模拟电视数据、数字电视过渡带电平频率2023/1/15182光缆传输干线—空间分割方式空间分割双向传输方式是采用不同的线路分别传输上、下行信号。

特点：是两个单向传输系统的组合，成本高，技术简单，上下行信号间不存在干扰问题。2023/1/1519

3

重庆广播电视网络传输公司网络传输模式

以光纤-同轴电缆混合网（HFC）为基本物理

链路，以频分方式为总体框架、以空分方式的光缆干线的混合传输模式。2023/1/1520二

有线电视系统的基本拓扑结构

双向有线电视系统常由：环形、星形和树枝形三种拓扑结构组成。

1

环形结构常见于城域大型光缆干线网络，在总前端与各分前端之间形成双向闭合环路，具有自愈功能和有较高的可靠性。

2023/1/1521总前端分前端分前端分前端光节点环形结构示意图分前端2023/1/1522

2

星形结构

由总前端星形引出一级光干线独立到达分前端，各分前端再星形引出二级光干线过电缆分配网到用户。

星形结构中间环节少，故障少且空间分布集中，结构噪声低且便于进行“汇聚均衡”。

大型网通常采用与环形结构组成星-环形结构，通过自愈功能提高可靠性。2023/1/1523光节点星形结构示意图分前端分前端分前端分前端总前端分前端2023/1/1524

树形结构是传统的网络形式，具有用料省、成本低的优点。但中间环节多，接头多、可靠性差，除结构噪声重外，还会因“漏斗效应”造成噪声汇聚。3

树形结构：2023/1/1525树形结构示意图2023/1/1526

4重庆广电网络传输公司网络的拓扑结构

以总前端—分前端、分前端—光节点的两级星形光缆干线、以光节点为中心—

用户端的星-树形分配网的复合拓扑结构。2023/1/1527第一节

电缆传输系统

（有、无源器件）

P53

2023/1/1528一射频同轴电缆

1结构

由内导体、绝缘体、外导体、护套组成内导体绝缘体外导体护套2023/1/15292型号a

型号见教材P54

图5-2同轴电缆型号编制方法表5-1电缆名称代号含义2023/1/1530

3

性能参数（1）

特性阻抗：

Za定义

在电缆终端匹配的条件下，电缆上任意点电压与电流的向量之比，称为特性阻抗Z

与电缆的内外导体、绝缘体的直径、物理形状有。关与绝缘体的介电常数有关。2023/1/1531b

等效原理图R0

L0½G0½G0½C0½C0外导体内导体绝缘体

导体中存在着电阻R0，电感L0。平行导体间加上电场，存在着电容C0和电导G0

电缆是一种分布参数器件。

L0与导体的形状有关。C0与内外导体的形状、距离以及绝缘体的介电常数有关。2023/1/1532（2）

衰减常数：

a

定义在20摄氏度温度下，每100m长度电缆对信号衰减的分贝数，称为电缆的衰减常数。

b衰减常数

ax

：

其中：

ax为近似值，以fx靠近fo为好。

ao

为电缆在fo处的衰减值

衰减常数与频率比的平方根成正比。2023/1/1533

（3）温度系数

定义温度每变化1摄氏度，电缆衰减常数变化的百分数叫做温度系数。若温度系数=0.2表示温度每升高（降低）1摄氏度，电缆的衰减值在原值上增加（减少）0.2%。例如某种电缆的衰减值为6dB，温度系数=0.2，在

30摄氏度时，电缆的衰减值为：

6+6x0.002x10=6.12dB。2023/1/1534（4）屏蔽特性

天线的接收与发射的互易性

性能差的电缆等效为一根天线，损失信号，引入干扰。

a

屏蔽效果

铝管、双重铝塑带加编织网效果好。铝皮、铝塑带加编织网效果差。导体的趋肤效应，使电缆对65MHz以下的干扰屏蔽效果变差。

b屏蔽系数

（50MHz以下）双重复合铝塑带加编织网型≥85dB

铝管型≥100dB2023/1/1535

（6）

最小弯曲半径定义10倍于电缆外径

d的弯曲半径R为最小弯曲半径。

(a)

竖直安装线卡间距：0.5m(b)

水平安装线卡间距：0.3m~0.4m(c)

架空安装挂钩（扎线）间距：0.5m~0.6mdR

（5）直流回路电阻以直流代交流内外导体构成回路2023/1/1536自从美国贝尔实验室1929年发明同轴电缆以来，已经过了数十年历史。在这期间，同轴电缆通过了多次改进。第一代电缆采用实芯材料作为填充介质，由于它对高频衰减大，现在通常主要把它用于传输视频信号。后来人们把聚乙烯采用化学方法发泡作为填充介质。其发泡度可达30%，高频传输特性有所提高。我们把这称为第二代电缆。80年代，第三代纵孔藕芯电缆出现，它的高频衰减达到目前新型电缆的水平。但化学发泡电缆和纵孔藕芯电缆的防潮特性都不好。90年代初，市场推出了物理发泡电缆和竹节电缆。我们称为第四代电缆。竹节电缆虽然能防潮和高频损耗低，但介质具有不均匀性，在高频有反射点。后来无人使用。物理发泡电缆的发泡度可达80%。介质主要成分是氮气，气泡之间是相互隔离的。因此，它具有防潮和低损耗的特点，是目前综合特性最好的同轴电缆2023/1/1537集肤效应

当交流电流流通过内导体时，在导体周围产生交变的磁场。该磁场会使内导体（铜芯）内部生成新的感应电流（涡流），该涡流的电流方向与内导体(铜芯）中心的信号电流方向相反。铜芯内部的信号电流被反向涡流抵消，即在铜芯内部没有信号电流通过，但感应电流与导体（铜芯）表面的信号电流方向相同。即信号只流经铜芯的外表面。这种电流只通过导体表面的现象就叫集肤效应。集肤效应使导体的有效电阻明显增加，流经铜芯的电流减小，但随信号频率的增高有效电阻不断增加这是因为导体内部的涡流能量来自于信号源本身，涡流在导体中流动，最终变成热被耗散掉。频率越高涡流越大，趋肤越严重，导体的有效电阻越大，而传输信号损耗也就越大，这就是同轴电缆传输信号的频率越高损耗越大的主要原因，这种集肤效应就越加明显。即电缆的低频损耗小而高频损耗大。2023/1/1538影响电缆损耗六因素：介质、频率、直径、长度、温度、老化2023/1/1539二常用无源器件

2023/1/15401分配器

是用来平均分配系统信号的器件（1）

分配损耗Ls

定义在冗余端口阻抗匹配的条件下，输入端与输出端之间的传输信号之差叫分配损耗。方向可逆。利用分配损耗Ls方向可逆性，可反过来将它作为多路信号混合器用。分配损耗INOUTOUT

2023/1/1541

（2）相互隔离

定义在冗余端口阻抗匹配的条件下，由输出端注入的信号与其他任意输出端测得之信号差叫相互隔离。INOUTOUT

相互隔离

相互隔离表征分配器各输出端之间的相互影响，其值越大，相互影响越小。邻频传输要求达到30分贝以上。2023/1/1542（3）反射损耗定义为入射波与反射波电压之比的分贝值。表征分配器端口与其联接器件的阻抗匹配程度。要求≥14dB（4）阻抗分配器的输入（出）阻抗定义为输入（出）端电压与电流之比，是75Ω。分配器的冗余端口要加75Ω负载给予匹配。（5）屏蔽衰减

行业标准规定：在双向网络中≥100dB2023/1/1543

B1B2INOUT1OUT2L1L2L3R

（6）内部结构:由两个绕在双孔磁芯上带抽头的线圈B1、B2组成。CL42023/1/15442分支器

分支器是从网络中获取部分信号的无源器件INOUTBRB1B2R分支器原理图GND2023/1/1545INOUT插入损耗分支器损耗示意图分支损耗BRBR（1）插入损耗和分支损耗

插入损耗被定义为主入端与主出端的电平之差。

与分支端口数成正比，与分支损耗成反比。方向可逆。

分支损耗被定义为主入端与分支端的电平之差。方向可逆。2023/1/1546

（2）

相互隔离

被定义为由分支口注入的信号与其它分支口的测得信号之差。用来衡量分支口之间的相互影响的程度。方向可逆。（3）

反向隔离

被定义为由分支口注入的信号与输出口的测信号之差。方向可逆。用来衡量分支口与下级链路之间的相互影响的程度。因此分支器是一种定向藕合器。INOUTBRBR相互隔离反向隔离分支器隔离示意图2023/1/1547（4）屏蔽衰减

行业标准规定：在双向网络中≥100dB

（5）

分支器与分配器的区分

分支器只有一个输出口（OUT），至少有一个分支口(BR)。

分配器至少有二个输出口（OUT），没有分支口(BR)。

分支器的输出口（OUT）与输入口（IN）不能颠倒。

分配器的输出口（OUT）与输入口（IN）可以颠倒作混合器用2023/1/15483

衰减器

有固定式与可调式，内置式与外置式之分。公司主要使用内置式，并以内置固定插片式为主，内置可调式为辅。

4

均衡器

均衡器是用来补偿电缆衰减倾斜特性的器件。有固定式与可调式，内置式与外置式之分。公司以使用内置式为主。衰减频率电缆衰减倾斜特性均衡器衰减倾斜特性矫正后的幅频特性FLFH插损均衡量5

系统输出口

系统输出口也叫用户盒，有单孔、多孔之分，明装与暗装之分。

插入损耗＜2.5dB(TV口)

反射损耗≥14dB

相互隔离≥26dB

(TV口对FM口)

屏蔽衰减≥90dB三放大器

放大器是系统中使用量最大的有源器件，也是系统中故障率最高的有源器件。随着电缆传输级数减少,主城区可以逐渐淡化干放、支干放和栋放的概念。主城区不使用带AGC、ALC、ASC的放大器。

2023/1/15521放大器的典型方框图HLHL下行入测试口-20dB前置衰减

前置均衡G1级间衰减

级间均衡G2下行出测试口-20dB上行出测试口-20dB输出均衡输出衰减

G3上行输入衰减上行入测试口上行注入口开关电源+24/DC

(以爱美克LEK-2I8/32-65/85为例）2工作原理

a前置级，采用插片式衰减和均衡，处理输入信号。采用推挽型模块工作在平坦输出状态。

b输出级，采用内置衰减和均衡，处理G2输入信号，用一个功率倍增型模块G2作功率放大，输出电平高，工作在倾斜输出状态。-20dB前置衰减前置均衡G1G2-20dB下行入测试口下行出测试口级间衰减级间均衡下行通道：上行通道：

在G3模块上行输入端设测试信号注入口供调试时注入测试信号；为提高上行载噪比，输入衰减器的值可以设定为零；上行输入端测试口用来测试输入信号；

G3模块放大上行信号。输出端的插片式衰减和均衡，能够方便地进行汇聚均衡的调试。上行输出端测试口供调试输出信号监测用。上行出测试口上行入测试口测试注入口G3输出均衡输出衰减上行输入衰减2023/1/15573其他特点

最小增益：上行32dB下行20dB

采用内供电方式：35V~90V供电，提高了可靠性；有利于防雷。主板插损：

下行插损=G1+G2–最小增益

=22+18–32=8

上行插损=G3–最小增益

=24–20=42023/1/1558第二节

电缆传输网络的

设计与调试一电缆传输网络的原理1方框图经栋放入户过光节点直接入户过光节点经延放、栋放入户光节点2传输系统的载噪比

C/N(dB)

（1）定义系统中信号S的载波功率与噪声N的功率之比为载噪比。

C代表信号S的载波功率

N代表系统中的噪声功率，是包括基础热噪声、放大器噪声系数F、级联数n的10倍对数等项之和。根据载噪比的定义：

C/N(dB)

=Si_（2.4+F）

=Si_2.4_F

即为单级放大器系统的载噪比。单个放大器的载噪比基础热噪声噪声系数F

信号S级联数n电平L载噪比12023/1/1561（2）多级相同放大器级联的载噪比：

C/N(dB)

=Si–F–2.4–10lgn

多级相同放大器级联系统噪声按10lgn的规律随级联数n的增大逐级上升。

系统的载噪比随级联数n增大按10lgn的规律逐级下降。2.4FSi级联数n电平L载噪比123410lgn2023/1/1562

例1：按照每2000户一个光节点的规划，分配系统保留三台下行放大器级联，采用爱美克一类的放大器，净输入电平Si=70dB，噪声系数F=10。求：分配系统的下行载噪比C/N(dB)

解：根据载噪比的定义及题意

C/N(dB)=Si-F-2.4-10lgn=70-10-2.4-10*0.477=52.8(dB)3电缆传输系统的载波组合三次差拍比

C/CTB

定义在系统的指定点，图象载波电压C与围绕在图象载波中心附近群集的组合三次差拍产物的峰值电压之比为载波组合三次差拍比。

(1)

一般计算公式:

C/CTB=CTB+2(Somax–So)–15lg(N–1)–20lgn

式中：CTB—放大器在输出为S(omax)时的测试值

N—系统传输的频道数

n—放大器级联数2023/1/1564

(2)组合三次差拍产物(CTB)的特点以群集的方式,围绕在图象载波中心附近。

(3)组合三次差拍比(C/CTB)的变化规律系统的C/CTB指标与系统传输的频道数N,放大器级联数n成反比。有源器件的输出电平每升高1dB,C/CTB指标降低2dB。

4系统中放大器的工作电平范围

①为了确保系统的指标，比较公式：

C/N(dB)=Si–F–2.4–10lgn

和

C/CTB=CTB+2(Sot–So)–20lgn

可知：C/N要求放大器有较高的输入电平。C/CTB

要求放大器有较低的输出电平。所以，最低输入电平S(imin)受的C/N制约、最高输出电平S(omax)受C/CTB的制约。

②

放大器的最低输入电平

Simin

由：

C/N(dB)=Si–F–2.4–10lgn导出：

Si=C/N(dB)+F+2.4+10lgn

将式中的C/N(dB)换为分配给电缆网络的C/Nb时，得到最低输入电平:

Simin=C/Nb+F+2.4+10lgn2.4F级联数n电平L载噪比10lgnSimin

③放大器的最低输出电平Somin

由:Somin=Simin+G得:Somin=

C/Nb

+

F+

2.4+

10lgn+G

此式确定在满足指标C/Nb要求时放大器的最低输出电平所以，当系统指标和放大器确定以后，C/Nb、F、G都是常数。Simin

Somin

随级数n的增大按照10㏒n的规律逐级上升。12342.4F级联数n电平L载噪比10lgnGSominSimin

④

放大器的最高输出电平

Somax级联数n1234电平LSomax

=S0t–1/2(C/CTBb–CTBt)10lgn

由：

C/CTB=CTB+2(Sot-So)-20lgn

导出：

So=Sot–1/2(C/CTB–CTB

)-10lgn

将式中的C/CTB取为分配给电缆网络的C/CTBb时，则：

S(omax)

=Sot–1/2(C/CTBb–CTB)-10㏒n

所以，当系统指标和放大器确定以后，Sot

、CTB

、C/CTBb都是常数。S(omax)随级数n的增大按照10lgn的规律逐级下降。

⑤“v”型曲线将直线：

Somin=C/Nb+F+2.4+G+10lgn

和

Somax

=Sot–1/2(C/CTBb–CTB

)-10lgn

画在同一个坐标图形中，就得到经典的“V”型曲线。

Somin=C/Nb+F+2.4+10lgn+GSomax

=Sot

–1/2(C/CTBb–CTB

)–10lgnSimin=C/Nb+F+2.4+10lgn0G2.4FC/NbSoLn

Somin=C/Nb+F+2.4+10lgn+GSomax

=Sot

–1/2(C/CTBb–CTB

)–10lgnSimin=C/Nb+F+2.4+10lgn0G2.4FC/NbSoLn

ⅰ两直线的交点Somax

–

Somin=0所对应的电平即为系统所有放大器的工作电平。

ⅱ两直线的交点所对应的级数n即放大器没有工作电平余量的最大级数nm。nmSomax–

Somin=0L

由图可知：取级数ni＜nm时,

Somax

–

Somin=

⊿≠0⊿就是系统的动态范围放大器工作在范围So±1/2⊿之间So=100±2SominSomax⊿100⊿=Somax–Somin

nnmni2023/1/1572二单位增益与“零”分贝增益

1关于增益与损耗

增益—把事件（传输）过程的末状态对初状态进行比较得到的结果。

损耗—把事件（传输）过程的初状态对末状态进行比较得到的结果。二者绝对值相等，参考方向正好相反。2023/1/15732

单位增益—把末状态电压与初状态电压之比等于1

的增益称为单位增益。即：G=Vo/Vi=1

相应的参考点称为单位增益点。3“零”分贝增益—用对数表示的单位增益，即为“零”

分贝增益。

G（dB）=20*lgG=20*

lg1

=0三电缆传输网络的单位增益点

1根据“V”曲线,下行各级放大器的输出电平全为

So。也就确定了下行通道的单位增益原则和定义了放大器的输出口即为单位增益点。SoSoSoAtAtAt单位增益点单位增益点单位增益点2023/1/1575SoSoSoAtAtAt单位增益点单位增益点单位增益点

操作时，通过调整本级输入衰减器At，来控制本级输出电平，使链路中各个放大器输出电平都等于

So，达到“零”分贝增益的目的。2023/1/1576

2

为了做到上行链路信号的汇聚均衡，即保证各支路上行至汇聚点的路由增益差基本一致，定义上行通道的输入端为单位增益点。AtAtAtSiSiSi单位增益点单位增益点单位增益点2023/1/1577AtAtAtSiSiSi单位增益点单位增益点单位增益点

操作时，通过调整上一级输出衰减器At，来控制下一级输入电平

Si，达到“零”分贝增益

的目的。

综上所述，上下行通道的单位增益点重合在双向放大器的下行输出口处。单位增益点单位增益点下行上行AtAtAtSiSiSoSo

At—放大器上行输入端、下行输出端内置衰减器

So—放大器下行输出电平

Si—放大器上行输入电平四电缆有源链路的设计与调试

1上行通道的设计与调试At=20-4-4.8110-12/300m-4.8At=20-6-4.8-12/300m-4.8At=20-4.8-2At=20-0.48-10-12/300m-4.8-12/30m-0.48单位增益点单位增益点单位增益点单位增益点零分贝增益零分贝增益上行输出衰减：At=G-X1-X2-X3……其中

上行模块增益G=20At=20-4-4.8110-12/300m-4.8At=20-6-4.8-12/300m-4.8At=20-4.8-2At=20-0.48-10-12/300m-4.8-12/30m-0.48单位增益点单位增益点单位增益点单位增益点零分贝增益零分贝增益

这样上行通道通过输出衰减：At=G-X1-X2-X3……

的设计、调整，控制各个单位增益点处的电平，来达到各路路由增益差相一致的目的。

从上行的第一级放大器输入的电平的高低就确定了各个单位增益点电平值。其值为：80dB。单位增益点2023/1/15812下行通道的设计与调试

（1）放大器的工作方式放大器的前置级处在平坦工作状态，输出级处在倾斜工作状态。

（2）放大器的工作电平放大器的输入电平和输出电平,按照系统中放大器的工作电平范围进行设计和调试。五电缆分配网的设计1分配网设计的一般规定⑴图纸一律采用A3幅面、统一的图框和CAD

格式。⑵采用公司行业标准所规定的图形符号。⑶原理图中的信号流程按照从左到右的方向排布。⑷采用集中分配入户的设计方式。

⑸光工作站（含光机）、放大器均按几个特定的频点标示输入输出电平。⑹在用户端，应选指标最劣化点，按几个特定的频点标示系统出口电平和CM的发送电平。110MHZ168MHZ550MHZ860MH