双向有线电视光纤同轴电缆网基础与设计06260课件

双向有线数字电视光纤同轴电缆网基础与设计

中国广播电视设备工业协会专家委员会委员中国广播电视设备工业协会有线电视分会专家组组长2007年3月1、必须符合国标、行标

及各省、市、自治区的相关法规

关于有线电视系统的部分国标、行标

P-GB50200-1994《有线电视系统工程技术规范》

GB/T6510-1996《电视和声音信号的电缆分配系统》

GY5063-1998《市、县级有线广播电视网设计规范》GY/T106-1999《有线电视广播系统技术规范》

GY/T170-2001《有线数字电视广播信道编码与调制规范》

GY/T180-2001《HFC网络上行传输物理通道技术规范》

GY5075-2005《城市有线广播电视网络设计规范》

GY/T221-2006《有线数字电视系统技术要求和测量方法》

NGN与IPTV

下一代网络NGN，是一个分阶段演进的过程。基于分组交换技术和IP互联协议，网络具有分布性、开放性、标准性、可管理性，功能的实现与各种保证QOS服务质量的宽带传送技术相对独立，提供语音、数据、图像各种服务，用户可以自由地接入不同业务提供商。

NGN包括：

下一代互联网NGI，以IPv6及网络技术为中心，改进TCP/UDP等协议；

下一代电信网NGT，以软交换技术为核心，向IP多媒体子系统无缝演进；

下一代移动网NGM，以3G及3G演进为中心，全IP网络结构；

下一代有线网NGC，DVB-IP及IP软交换，交换式数字广播SDB。

综上所述，IP无所不在，IP必由之路，IP众网所归。

IPTV是流媒体业务的一种，是各种NGN的典型业务。

IPTV集互联网、多媒体、通信、广电、NGN等技术于一体，提供数据、语音、图像三重播放TriplePlay、三网融合的业务，可利用各种互联互通的宽带网络设施运行，终端可以是电视机、计算机、手机等。

各种宽带网络开展三网融合业务各有优缺点

电信网数字用户多，但是，设备配置需升级、线路老化需更新。

以太网是最集约化的网络，但是需全线更新为更高级别的线速路由交换机。

移动网是最方便的随身网络，但是流量小、价格高。

有线电视双向HFC是最佳大容量透明传输网、是最佳广播网、是唯一兼容模拟和数字信号的网络、是目前唯一可传输高清晰度电视HDTV的现实网络。其缺点是，非数字基带信号传输，必须使用大量调制解调器；信号幅度小，容易被干扰。

必须充分认识各种宽带网络的优缺点，知己知彼、扬长避短，方能立于不败之地。

交换式数字广播SDB

数字电视总前端的全部广播、窄播信号，不进行多节目传输流MPTS的组合，不进行QAM调制，以数字基带单节目传输流SPTS群的方式输出；

总前端至分前端，采用至少10千兆位的电信级城域以太网10GEMAN，大容量地向各分前端传输；

各分前端只选择总前端送来SPTS群中的广播信号和与本分前端有关的窄播信号，组成若干MPTS，一一对应于边缘IP-QAM调制器群，向HFC网络传输。为尽量缓解MAN的压力，靠缓冲服务器解决重复点播的问题。电缆调制解调器终端系统CMTS设在分前端，负责双向通信。

2．2有线电视从模拟整体转换为数字的时间表2005年，直辖市、东部地以上、中部部分地以上、西部省会；2008年，东部县以上、中部大部分县以上、西部少数县以上；2010年，中部县以上、西部大部分县以上；2015年，西部所有县。我国将关闭模拟电视。由于种种原因，有线数字电视计划2003年100万户、2004年1000万户、2005年3000万户的计划没有完成，至2005年底总共只完成了500万户，但是，迫于残酷的竞争形势，经过上下努力，2006年必定是大发展的一年。美国原定2006年12月31日全境关闭模拟电视，现在已推迟到了2009年2月17日。令人欣喜的是，美国有线电视业从2000年起数字化改造，采用SDB、双向HFC结构，2004年起，收入已反超电信业。2．3有线数字电视的发展策略变化广电总局普及有线数字电视的策略：政府领导、广电实施、社会参与、群众认可、整体转换、市场运作。理念转变：网络为王→内容为王→服务为王。用户关心：内容、服务、性价比，不关心技术；努力做到使用户，需要，离不开。

服务项目：视频服务，直播、点播、时移；信息服务，阳光政务、社区服务、网络游戏、互动广告、电视短信、交通服务；

电子商务，家庭银行、电视商城、证卷交易、彩票业务；IP电话，可视电话。2．4卫星、地面、有线数字电视的调制方式卫星数字电视广播DVB-S，采用正交相移键控QPSK调制，效率低，但抗宇宙空间的干扰、噪声能力强。地面数字电视广播DVB-T，采用编码正交频分复用COFDM调制；地面数字多媒体广播DMB-T，采用时域扩频同步正交频分复用TDSOFDM。均抗多途径干扰、适应临界区无缝换站接收，适用于地面移动接受和固定接收。有线数字电视广播DVB-C，采用多值正交调幅m-QAM调制，效率高（m值16、32、64、128、256、512、1024）。数字多路微波分配系统MMDS、数字多路超高频分配系统MUDS，采用与DVB-C相同的调制方式。用于地面固定接收，适用于分散、空旷、边远地区的固定接收。2．6有线数字电视机顶盒为开展数字业务，有线数字电视机顶盒STB必不可少。带有用户管理系统SMS信息的IC卡，由当地有线数字电视网络运营商控制。为给用户提供方便，应有电子节目指南EPG、或电子信息指南EIG。为适应自由选用条件接受系统CAS，机顶盒应该通用，方向是软硬分离、机卡分离。目前，三个方案待市场选择：清华大卡USB2.0、国微大卡PCMCIA、交大小卡SC。电视机更新周期长、机顶盒更新周期短，两种更新周期不同的产品不宜合二为一，电视机内置机顶盒基本否定。机顶盒大体分为基本型、增强型、豪华型三类，但是三者之间无严格的界线。功能比较完善的机顶盒应该具备：Java中间键；既有下行解调器，又有上行调制器(DOCSIS2.0以上)；MPEG-Ⅱ、MPEG-Ⅳ、H.264解码，具有自主知识产权的AVS有望取代所有编解码洋标准，以便各种宽带网之间互连互通；SDTV、HDTV兼容；既有模拟音像输出，又有数字音像输出；具有存储功能；具有电缆调制解调器CM的功能；具有IP电话的功能；可以连接其他数字家庭终端设备。机顶盒更进一步的发展是家庭网关：具有RJ-11、RJ-45、USB、IEEE1394、HDMI（具有高带宽内容保护HDCP功能，2006年7月10日已升级至HDMIv1.3，由165MHz、4.95Gbps，升至340MHz、10.2Gbps）、电缆、光纤等各种入出接口；电缆接口具有QPSK、COFDM、TDSOFDM、m-QAM等解调功能；……。

时移电视

时移电视，没有特别严格的定义。一般意义上讲，就是实时存储、带时间标记的延时播放。有几种方法可以实现：

1、实时存储+TVOD（自定时延时播放）；

2、实时存储+NVOD（分时段延时播放）；

3、无须前端存储，带硬盘录像的PVR机顶盒，也可以实现自主时移电视。

低端上行：5～65MHz，适应不同速率的业务，频道带宽分别为0.2、0.4、0.8、1.6、3.2、6.4MHz。送入STB或电缆调制解调器CM的时分复用TDM数字信号，经QPSK、或m-QAM调制器，符合FDM的要求。调频广播：87～108MHz，每频道0.2MHz，载频间隔≥0.4MHz，最多52个频道，调频FM调制。系统管理：108～111MHz，频移键控FSK调制。模拟电视：111～550MHz，每频道8MHz，最多54个频道，调幅残留侧边带AM-VSB调制。数字业务：550～862(750)将来87~862MHz，每频道8MHz，最多96个频道，TDM的数字信号，经m-QAM调制器符合FDM的要求。高端上行：900～1000MHz，预留。至今，高端上行国内外从未用过；而且，随着交互式数字电视业务的开展，下行带宽显得越来越紧张。2004年以来，一些国际大公司，已经将下行带宽上限扩展至1000MHz，下行又可以增加17个频道，变成了最多113个频道。

3．2设备频率范围（MHz）前端 光节点 双向宽放下行：光发47～862、光收47～862、宽放47～862。上行：光收5～≥200、光发5～≥200、宽放5～65。无源设备5～1000。其中，上行光收发65~≥200MHz，用于在光节点通路口EXIT加入电缆分配网以外的信号，提高了上行通道的通信能力，模拟电视信号多时，用DFB上行光发；另一个用途是，光节点的各电缆端口均为5~65MHz输入，分别经频谱搬移至65~≥200MHz，再共用一台上行光发射机的技术，国内还无应用。3．3数字信号容量

目前，下行全数字信号的最大容量：

每台下行光发射机，

64-QAM时，96×38=3.6Gbps、113×38=4.3Gbps；

256-QAM时，96×50=4.8Gbps、113×50=5.7Gbps。

64-QAM时，每户最高38Mbps；

256-QAM时，每户最高50Mbps。

目前，上行全数字信号的最大容量：

每台上行光发射机，

64-QAM时，9×30=270Mbps。

每户最高30Mbps。

数字设备配置与全部交互式业务用户的比例，以最高服务速率并发率估算：

图像、乐音1:4（1：10~1：2）；数据、通话1:10。

4．2八种分贝表示法

四种相对电平：

增益+dB，10lg(px/py)或20lg(ux/uy)，真数部分比值＞1

衰减-dB，10lg(px/py)或20lg(ux/uy)，真数部分比值＜1

指标+dBc，10lg(px/py)或20lg(ux/uy)，真数部分比值＞1

指标-dBc，10lg(px/py)或20lg(ux/uy)，真数部分比值＜1

四种相对电平，除非特殊需要，在一般文语中均用dB，有使用场合及前言后语的限定，不会发生误解；

四种绝对电平：

功率dBm，10lg(px/10-3)；

逆运算px=10(xdBm/10)×10-3

电压dBmv，20lg(ux/10-3)；

逆运算ux=10(xdBmv/20)×10-3

电压dBμv，20lg(ux/10-6)；

逆运算ux=10(xdBμv/20)×10-6

场强dBμv/m，20lg(ux/10-6)/m4．3三种绝对电平的相互换算

0dBm变为dBmv，20lg［(10-3×75)1/2/10-3］=48.75dBmv

0dBm变为dBμv，20lg［(10-3×75)1/2/10-6］=108.75dBμv

dBmv变为dBμv，dBmv＋20lg(103)=dBmv＋60dB

dBμv变为dBmv，dBμv－20lg(103)=dBμv－60dB

绝对电平转换加值表

4-1

转换加值(dB)↘

dBmdBmvdBμvdBm——

＋48.75＋108.75dBmv－48.75——

＋60dBμv－108.75－60——

+dBc的指标叠加及分离：Z＝-Clg(10(-X/C)＋10(-Y/C))(4-5)X＝-Clg(10(-Z/C)－10(-Y/C))(4-6)-dBc的指标叠加及分离：Z＝Clg(10(X/C)＋10(Y/C))(4-7)X＝Clg(10(Z/C)－10(Y/C))(4-8)功率（电压）的叠加及分离：Z＝Clg(10(X/C)＋10(Y/C))(4-9)X＝Clg(10(Z/C)－10(Y/C))(4-10)不同频率的信号相加是功率叠加。相同频率的信号相加是电压叠加；电压叠加与相位有关。

4．5叠加及分离系数C

叠加及分离系数C表

4-2C/CSO/C/CTB

外调制光链路

直调制光链路

电缆线路

外调制光链路

121010直调制光链路

101515电缆线路

101510/20C/N是10NPR是综合表现，应分别使用C/N、C/CSO、C/CTB各自的系数

P是10；U是20

纯电缆网，一种指标，一种系数，由前向后，顺序计算；

光纤电缆混合网，一种指标，几种系数，只能先在每段相同系数的范围内计算；然后，再依次在不同系数的段间计算。

热噪声电平Un0、Pn0对照表

5-1

BMHz（1Hz）

0.20.40.81.63.25.756.48.0Un0dBμv20℃

-65.2

-12.2-9.2-6.2-3.1-0.12.4

2.93.860℃

-64.6-11.6-8.6-5.6-2.60.43.03.44.4Pn0dBm20℃

-173.9-120.9-117.9-114.9-111.9-108.9-106.3-105.9-104.960℃

-173.4-120.4-117.4-114.3-111.3-108.3-105.8-105.3-104.3

5．2失真

失真，包括：线性失真、非线性失真。

线性失真包括：幅度失真、相位失真。

非线性失真，即：多信号工作时，非线性器件产生的新生频率成分。在有线电视系统中，谈到失真，如无特指，都是指非线性失真。

非线性失真，采用三信号fa、fb、fc，三阶以内，三角函数分析法分析。结果如下。

二阶失真三种：

直流成分，设备中的隔直流电容，令其不会叠加；

二次谐波，2fa、2fb、2fc；

二次互调，fa±fb、fa±fc、fb±fc。

二次谐波、二次互调，统称复合二次互调CSO，CSO是一个电平值。载波电平C与复合二次互调电平CSO的差值，就是载波复合二次互调比C/CSO。

C―CSO是+dB，CSO―C是-dB。两种表示方法，绝对值相同，正负号不同。

载波电平C每升高1dB，复合二次互调电平CSO就升高2dB，两者的差值即载波复合二次互调比C/CSO就减少1dB。

电平频率①C+1dB②CSO+2dB③C/CSO-1dB

三阶失真五种：

基波成分，与原信号同频同相，忽略不计；

三次谐波，3fa、3fb、3fc；

三次互调，2fa±fb、2fa±fc、2fb±fa、

2fb±fc、2fc±fa、2fc±fb；

三次差拍，fa±fb±fc；

交扰调制，每频道(N－1)个。

三次谐波、三次互调、三次差拍，统称复合三次差拍CTB，CTB是一个电平值。载波电平C与复合三次差拍电平CTB的差值，就是载波复合三次差拍比C/CTB。

C―CTB是+dB，CTB―C是-dB。两种表示方法，绝对值相同，正负号不同。

载波电平C每升高1dB，复合三次差拍电平CTB就升高3dB，两者的差值即载波复合三次差拍比C/CTB就减少2dB。

载波电平C与交扰调制电平CM的差值，就是载波交扰调制比C/CM。

载波电平C每升高1dB，交扰调制电平CM就升高3dB，两者的差值即载波交扰调制比C/CM就减少2dB。

一般，在一个系统中，两种三次失真，只核算最差的一种：

当频道数N少于30时，只核算按算术规律增加的C/CM；

当频道数N多于30时，只核算按指数规律增加的C/CTB。

现在，几乎所有的系统，频道数N均多于30，今后还会更多。所以，三次失真只需核算C/CTB即可。①C+1dB②CTB+3dB③C/CTB-2dB电平频率5．3双向HFC光电传输上下行通路的噪声和失真

噪声和失真是光电传输的一对基本矛盾，两者同等重要，不能顾此失彼。

正确的处理原则只能是：

噪声失真平衡。

噪声失真平衡要求：

模数共传时，各项系统指标数值不同，噪声和最差的一种失真，电平余量相等；

全数字信号，噪声失真都视同为噪声，噪声和最差的一种失真，指标数值相等。

模数共传时，系统对噪声和失真要求不同，C/N要求较低，是43dB；而对C/CTB、C/CSO要求较高，是54dB。全数字信号，系统对噪声和失真要求相同，是统一的NPR要求，相比之下，原来的C/N低了，C/CTB、C/CSO高了；必须通过提高光发入、宽放出的工作电平，提高C/N，降低C/CTB、C/CSO，达到NPR最高且一致。即，与模数共传时相比，全数字信号所需的信号总功率必然提高了。

系统的数字信号误码率≤10-6

。两种信号下的噪声、失真：

模数共传时，各模拟电视频道的载波功率，都集中在图像载频上，因此，有载噪比C/N、载波复合二次互调比C/CSO、载波复合三次差拍比C/CTB之分，而且，均可分别测量；

全数字信号，由于各数字频道内的载波功率都是平均分布的，C/CSO、C/CTB也成了载波互调噪声CIN，噪声、失真难以区分，C/N、C/CTB、C/CSO无法分别测量，只能用统一的功率噪声比NPR代替。

必须清醒地认识到，全数字信号只有NPR，是就表现和测量两个角度而言的，噪声、失真产生的机理，不会随着模拟改数字而发生改变。因此，全数字信号，虽然，噪声、失真指标只有NPR，但是，具体的噪声、失真，仍然是分别计算C/N、C/CTB、C/CSO。

fvfcfafo模拟频道频谱数字频道频谱模数共传时数字信号的传输环境：

模拟信号系统指标C/N≥43dB、C/CTB≥54dB；

数字信号需要的C/N，64-QAM时≥26dB、256-QAM时≥30dB。

通常，数字频道功率比模拟频道低，64-QAM时低10dB，256-QAM时低6dB。两种数字频道电平的差值，正好是两种数字频道C/N的差值。

64-QAM时：

C/N≥43-10-10lg（8/5.75）≥43-11.4≥31.6dB；

C/CTB≥54-10-10lg（8/0.3）≥54-24.3≥29.7dB。

256-QAM时：

C/N≥43-6-10lg（8/5.75）≥43-7.4≥35.6dB；

C/CTB≥54-6-10lg（8/0.3）≥54-20.3≥33.7dB。

结论：合格的模拟信号系统传输数字信号毫无问题。

但是，有些模拟信号系统并不合格，为了保证数字信号的正常传输，模拟信号系统中，加入数字信号的频道，指标下限不得低于：

C/N≥43-（31.6-26）≥37.4dB；

C/CTB≥54-(29.7-26)≥50.3dB。光发入：

噪声失真平衡。取决于光发驱动电平，即调制度，低时噪声差、失真好，高时噪声好、失真差；

光收输入光功率同时影响噪声。

宽放出：

输入电平决定噪声，输出电平决定失真，增益不宜太高。

模数共传时，干放应噪声失真平衡；支放不属于传输，而属于分配，以失真合格为前提，使用最高输出电平。

全数字信号，无论干放、支放，无论下行、上行，均应以各自统一的NPR为准，噪声失真平衡。只是下行支放，稍有特殊。下行支放的输出电平，由用户分配部分的需要决定，一般，会偏离噪声失真平衡电平，但是，必须予以严格限制。SiSoC/NC/CTBSi+G=SoG5．4指标分配原则众所周知，系统的噪声和失真，是由各部分有源设备叠加而成的，必须控制各部分有源设备的指标，才能保证整个系统的指标。关于指标分配，有两种思路：

第一种思路，以指标分配比例为基础，先分配指标，后选配设备。将各部分指标分配比例，按下列各式，计算成为分指标（系统指标基础都是系统指标+1dB）：C/NX=C/NS+1－10lg(x%)(5-3)C/CSOX=C/CSOS+1－Clg(x%)(5-4)C/CTBX=C/CTBS+1－Clg(x%)(5-5)由于系统规模千差万别，产品又各不相同，要事先正确合理地设定分配比例，并且事后准确无误地实现分配比例，可能性很小；况且，静态的指标分配，不符合系统实际，指标余量各留1dB远远不够；不少情况下，是倒过来，根据产品指标，确定指标分配比例，再反过来，算回产品指标，比如，光链路指标，基本属于这种情况。因为，光链路指标，是由光收发产品决定的，改变了，就破坏了噪声、失真平衡的原则。

第二种思路，以合理使用产品为基础，根据规模、实力、环境，先优选设备，后核算指标。原则是：前端指标尽量高；光电传输噪声失真平衡；分配放大器充分利用最恶劣条件下前端、光电传输叠加后剩余的系统指标，确定输出电平范围。这种思路的优点是：可操作性强，强调动态合格，符合系统实际。缺点是：必须由前向后逐段认真计算，比较麻烦。

6．前端

前端是系统的信号源，应尽可能选用高质量设备。

此外，还应注意：

应根据广播、窄播的需要，搭好多路混合的架子，避免随加随改的麻烦；采用插入损耗小的分配式多路混合器，空闲端口必须终接；为了保证噪声和失真，不宜采用带放大器的混合器。

大中型系统，前端肯定需要宽频带放大器。前端宽放，是系统的首台干放，必须严格控制噪声和失真。必须采用高线性（硅前馈、砷化镓倍功率）、低增益（18~22dB）宽放，必须使用干放中心输出电平，宁可并行多台，也要避免串接。

执行两次一点接地的原则。每个插盒在机柜内的汇流条（棒、板、管）第一次一点接地；每个机柜的汇流条单独引线，在机房的地线汇流条第二次一点接地。同时，机房内必须执行电源地、信号地彻底分离的原则，所有插盒电源插头的地线端必须无效。送入各下行光发射机的信号，信号交流声比≥60dB，即≤0.1%。

前端上下行信号强而集中，容易相互干扰，无论射频、音视频，均应采用高屏蔽电缆和连接器。7．光纤、光缆、连接器、分路器

主用G-652二氧化硅石英玻璃单模光纤，相互熔接的两根光纤，模场直径必须一致；

主要使用光纤素线光缆、谨慎使用带状光纤光缆；

跳线做设备互联；

尾纤做光缆转接或设备连接；

专用尾缆做光缆与室外光节点的转接；

光连接器（含两个插头、一个法兰盘），主用SC/APC，尽量少用FC/APC，彻底更换光缆线路中的PC连接器（C/N、C/CSO将严重劣化），并定期清洁。各种损耗：

光纤损耗，1310nm0.29～0.35dB/Km，1550nm0.18～0.22dB/Km；

设计平均值0.32dB/Km，0.20dB/Km；

熔接损耗，素线≤0.03dB，带状≤0.05dB，最大≤0.08dB；

连接器损耗，选用≤0.25dB；

分路器附加损耗，两路0.2dB，三路0.3dB，四路0.4dB，

五、六路0.5dB，七、八路0.6dB，九、十路0.7dB……；

分路器严禁空端，否则，反射损耗严重降低，C/N、C/CSO变差。

微弯损耗将导致反射损耗降低，应避免。1550nm的微弯损耗比1310nm更严重。调制信号传输时，不能利用微弯损耗代替光衰减器。

8．双向HFC接入网的光电交接

光链路：光发高频入至光收内光电转换出的线路。

下行光收内，光电转换后的宽放，属于电缆线路中的第一台宽带放大器，具有两重性：光节点下有宽放时，按干放使用；无宽放时，按支放使用。

光节点：下行接收光电转换、上行发射电光转换的组合。

至少光纤到支线FTTF，光节点以下≤2000户、串接宽放≤3台；

一般光纤到路边FTTC，光节点以下≤500户、串接

宽放≤2台；

最好光纤到建筑FTTB，光节点以下≤125户、串接

宽放≤1台。宽放宽放光/电电/光光链路电缆网光发射机光接收机

当下行窄播占一半频带时，双向交互群体规模如下（初期可归并）：

MPEG-2编码，约2000户；

MPEG-4编码，约4000户；

H.264编码，约6000户。

光发带光收：

下行FTTF约1台、FTTC约4台、FTTB约16台；

上行均1对1；若干上行光收混合中继时，应严格控制上行光收的数量，以避免过多的噪声叠加。

光节点尽量小，系统可靠性高，且：

下行通道，信号质量高；

上行通道，户均速率高、干扰噪声小。

FTTC与FTTB的比较

FTTB比FTTC串行环节少，任何一条从前端至用户线路的串行可靠性肯定提高了。但是，虽然FTTB比FTTC少了一级宽放，全系统光设备的数量却大大增加了，是FTTC的四倍；而且，任一光设备中均包含光、电两部分电路。所以，全系统的并行可靠性并未提高。

一台光节点的上行光发，对应前端的一台上行光收；由于FTTB光节点的数量是FTTC的4倍，在CMTS总数不变的前提下，每个上行解调器接入上行光收的数量，FTTB是FTTC的4倍。每个上行解调器的NPR，以FTTC为基准，FTTB会降低10lg4=6dB；如保持FTTC时的NPR，FTTB时上行解调器的数量，必须增加至FTTC时的4倍。

所以，FTTC、FTTB各有利弊。下行光发平坦输入电平设置：根据下行光发射机说明书设置平坦输入电平。基于87~550MHz正常电平，550MHz悬崖跌落10dB。模数共传时，以AM-VSB为准，FM和64-QAM－10dB、256-QAM－6dB。以AM-VSB为准，QAM电平最大范围，-10~0dB（GY/T170）。全数字信号，以原C/N0、C/CTB0、C/CSO0和原平坦输入电平为基数，为达到NPR一致，应将电平提高xdB：C/N0+x=C/CTB0－2xx=(C/CTB0－C/N0)/3(8-1)或C/N0+x=C/CSO0－xx=(C/CSO0－C/N0)/2(8-2)以上两个x，以小者为准。特殊的，若两x相等，恰好符合下式：C/N0+x=(C/CTB0－2x+C/CSO0－x)/2C/N0+x=1/2C/CTB0+1/2C/CSO0－1.5xx=(1/2C/CTB0+1/2C/CSO0－C/N0)/2.5(8-3)下行光发平坦输入电平提高xdB之后，核算NPR的最简算式是：NPR=C/N0+x(8-4)或依(10-1、2、3)被取中者，分别用：NPR=C/CTB0－2x或(8-5)NPR=C/CSO0－x或(8-6)NPR=(C/CTB0－2x+C/CSO0－x)/2(8-7)公式(8-4)与(8-5、6、7)中的被取中者，NPR的计算结果相同。模数共传时，一/二级光链路指标：C/N≥50/48dB、C/CSO≥60/58dB、C/CTB≥65/63dB。全数字信号，一/二级光链路指标：以模数共传时的一/二级光链路指标为基础，用公式(8-1~7)算得，NPR≥55/53。一/二级光链路的数字信号误码率BER≤10-8/10-7。下行光发数字信号输入电平。模数共传时，数字信号比模拟信号低6~10dB；全数字信号，提高了6~10dB，同时，由于NPR的统一，又增加了约5dB，两项之和，总共提高了约11~15dB。

9．下行1550nm光链路

光发射机：DFB恒定光源无Chirp噪声，外调制有效降低了二次失真，受激布里渊散射SBS抑制提高了注入光纤功率，输出双路≥6mw。

掺铒光纤放大器EDFA：输入0～10dBm，饱和输出光功率13～22dBm系列，只附加噪声、几乎无失真。钇铒共掺光纤放大器YEDFA，饱和输出光功率达27dBm，现有线电视系统中应用极少。

光发经光放送入光链路，实用光放入3～6dBm，注入光纤功率≤光发SBS限制（16.5、18、19dBm）；防色散宜≤100Km，超出时，如用G-652标准光纤应加色散补偿光纤或色散补偿器，或改用G-655非零色散位移光纤；输入光功率低时应使用拉曼光放大器。

大中城市市内链环形，地至县、县至乡镇链形；在双向HFC系统中，双向网不用大功率集群分配。

1550nm链形逆算法：

先求输入分路器的两路光功率dBm，并转成mW：

Pa=Pr+La×0.20+(Ma+2)×0.03+Ca×0.25(dBm)，

pa=10(Pa/10)(mW)；

Pb=Pr+Lb×0.20+(Mb+2)×0.03+Cb×0.25(dBm)，

pb=10(Pb/10)(mW)。

再求各自的分路比、插入损耗：

a%=pa/(pa+pb)，la=10lga%－0.2；

b%=pb/(pa+pb)，lb=10lgb%－0.2。

任一路dBm与插入损耗的代数和，均为分路器的输入光功率：

Pi=Pa―la=Pb―lb。

10．上下行1310nm光链路

下行光发射机：直接调制，DFB激光器光功率随信号变，2～20mw/3～13dBm系列光功率。为防止SBS，不用≥14dBm的光功率。

一/二级星形模拟光链路光收输入光功率：

-2～0/0～1dBm。

1310nm星形逆算法：

先求输入分路器的各路光功率dBm，并转成mW：

Pa=Pr+La×0.32+(Ma+2)×0.03+Ca×0.25(dBm)，

pa=10(Pa/10)(mW)；

Pb=Pr+Lb×0.32+(Mb+2)×0.03+Cb×0.25(dBm)，

pb=10(Pb/10)(mW)；

……

Pn=Pr+Ln×0.32+(Mn+2)×0.03+Cn×0.25(dBm)，

pn=10(Pn/10)(mW)

再求各自的分路比、插入损耗：

a%=pa/(pa+pb……+pn)，la=10lg(a%)－0.n；

b%=pb/(pa+pb……+pn)，lb=10lg(b%)－0.n；

n%=pn/(pa+pb……+pn)，ln=10lg(n%)－0.n

任一路dBm与插入损耗的代数和，均为分路器的输入光功率：

Pi=Pa―la=Pb―lb……=Pn―ln上行光发射机和上行光接收机：

各种上行光发的C/N、NPR：FP≥30dB，带隔离FP≥40dB，DFB≥50dB（模拟电视必用）。

每个光节点内的上行光发射机，各对应分前端的一台上行光接收机，上行光接收机实用输入光功率的最大范围-7±3dBm。

常用的FP上行光发射机，至少有三种功率，分别适于不同的光缆长度：

-3dBm对应6±4.5Km；

0dBm对应15±4.5Km；

3dBm对应24±4.5Km。

则，上行光接收机的实际输入光功率-7±1.5dBm，只有0~1.5Km的光缆长度，会高≤0.5dB。

（以上条件是：光纤损耗0.32±0.3dB/Km，无微弯损耗，熔接损耗均≈0.03dB，两个插入损耗≤0.25dB的光连接器。如条件差异太大，须按1310nm星形逆算法另算。）

11．射频同轴电缆

决定电缆损耗，最根本的是两个因素：高频集肤效应

、介质损耗。

高频集肤效应要求，内导体表面、外导体内表面电阻率必须小，为此，必须有防氧化措施。由于低频透入深度深，为保证低频损耗符合规律地小，外导体必须有足够的厚度，否则，低频损耗会增大。

理想的介质是真空，只有在真空条件下，才会是理想电缆。即，在双对数坐标上，电缆损耗特性，是一条斜的直线。但是，内外导体之间，必须有介质支撑，才能保持同轴，所以，不可能有理想电缆。实际电缆，总有高频跌落现象，介质损耗越大，高频跌落越严重。

fα理想实际内导体是回路线之一，其材料依直径不同，分别是：铜包钢、紫铜、铜包铝、铜管。

外导体是回路线之一，同时担负对内导体的屏蔽作用，其屏蔽系数：连续氩弧焊铝管≥120dB、四屏蔽≥100dB、两屏蔽≥60dB。为保证屏蔽系数、减少供电压降，室外应使用硬电缆。室内使用软电缆。注意：外导体的厚度不足时，由于低频干扰透入深度深，低频屏蔽系数会降低。

外护套，室外PE抗紫外线老化、绝水；室内PVC阻燃、柔软。

影响电缆损耗六因素：介质、频率、直径、长度、温度、老化。介质：

对介质的基本要求是：尽量增大空气的比例，同时封闭防潮防水。

真空的介电常数ε0=1，空气的相对介电常数εr≈1，低密度高压聚乙烯的相对介电常数εr=2.3。

目前使用的竹节、物理发泡两种半空气电缆，参数中，没有εr，可以通过传输速率r（又称波长缩短系数），间接地得到εr。

因为r=1/（εr）1/2，则εr=（1/r）2(11-1)

进口竹节介质，r=0.93，εr=1.16；

进口发泡介质，r=0.89，εr=1.26；

国产发泡介质，r=0.87，εr=1.32；

全聚乙烯介质，r=0.66，εr=2.30；

如果电缆进水，r=0.11，εr=78。

介质的εr决定电缆损耗曲线高频端的弯曲度。εr越大，高频损耗越大；电缆损耗曲线高频端的弯曲度越大，越难校正。应该尽量选择传输速率r高，也就是相对介电常数εr小的介质。

介质的发泡度，与内导体外径、外导体内径一起决定特性阻抗75Ω。如果发泡度不均匀，阻抗偏离，就会发生反射，造成某些频率的陷波现象。频率：

对于r大、εr小的电缆，不同频率的电缆损耗，可以用下式近似求得：

Lx=Lh(fx/fh)1/2(11-2)

直径：

电缆越细，缆损越大。

长度：

电缆越长，缆损越大。

温度：

电缆温度系数0.2%/℃。

生产厂给出的是20℃时的电缆损耗值L0，各地温度范围不同，应根据本地的电缆温度范围，确定中心缆温℃m和等值正负差±Δ℃，算出中心缆温的电缆损耗Lm，及正负极限温度时的等值偏差±ΔL。

Lm=L0［1+0.2%/℃(℃m－20℃)］(11-3)

±ΔL=±Δ℃×0.2%/℃×Lm(11-4)老化：

美国规定，电缆寿命50年，20年电缆损耗增加≤5%。

我国尚无规定，一般，按5年电缆损耗增加≤20%。

室外电缆，按老化后取段长；室内电缆，预留3dB老化余量。

12．双向高频无源设备

分配器是可逆器件：正用分路；反用混合。

分支器的核心是定向耦合器，特点是：

电路全对称、对角线隔离、横向是插损、纵向是支损。

模数共传双向系统输出口：

TV、FM端内经高通、DP端双向损耗小。

数字信号双向系统输出口：

系统输出口仍是一体化铸铝外壳、塑料面板；

电路则以用户需要为准。只需一端的，就是一个转接器；需两端以上的，就是普通分配器电路。

应特别注意，由于没有滤波器隔离，不允许有空闲端；端口可以连接STB、CM，不允许直接连接普通电视机、调频广播接收机。

13．下行宽带放大器(包括前端和光节点内宽放)

13．1两种宽放及其增益

双向宽带放大器分为干放、支放，两种宽放的基本配置大致相同，关键是增益不同。必须做到干支分离。

干放，低增益、中心输出电平、只级连、不带户；

支放，高增益、较高输出电平、不级连、只带户。

主输出模块：

硅推挽硅倍功率或砷化镓倍功率

砷化镓推挽

干放增益(dB)18～2218～2618～30

支放增益(dB)各种模块均为30～40

13．2电平倾斜改善失真

平坦输出时的信号总功率PF=Ph+10lgN

倾斜输出时的信号总功率PS=(Ph+Pl)/2+10lgN

倾斜比平坦信号总功率降低了

PF－PS=Ph－(Ph+Pl)/2=(Ph－Pl)/2=Slope/2(13-1)

二次失真改善了Slope/2；三次失真改善了2Slope/2，即Slope。

干放按说明书使用倾斜，单模块干放不能使用倾斜；支放按用户分配部分的需要使用倾斜，并根据倾斜的变化量，相应修正失真。

为了保证倾斜不损失C/N，只能使用半倾斜方式，不能使用全倾斜方式。Lf平坦倾斜PhPlPlSlopeSlope/2PmPm13．3模数共传宽放电平

干放。先选二、三次失真差者与噪声一起求中心输出电平；根据中心输出电平求各单台干放的噪声、失真；然后，干放指标叠加。

支放。选二、三次失真差者与噪声一起，根据剩余指标，求输出电平范围。13．3．1干放中心输出电平及其噪声、失真

宽放最低输出电平：

SOmin=C/N+G+NF+Un0+10lgn+ΔL(13-2)

宽放最高输出电平：

SOmax3=SO0－10lg(N/N0)－［C/CTB－(C/CTB0+Slope－Slope0)］/2－10lgn－ΔL(13-3)

或

SOmax2=SO0－10lg(N/N0)－［C/CSO－(C/CSO0

+Slope/2－Slope0/2)］－10lgn－ΔL(13-4)

两个SOmax应选用低的。

SOmin和SOmax共同描述的，就是传统的倒“V”形曲线。

干放使用中心输出电平：噪声失真平衡；适应电平波动；级连能力最强。

So10lgnSmaxSmidSmin干放中心输出电平，即，最低、最高输出电平的平均值：

SOMID=(SOmin+SOmax)/2(13-5）

（13-5）式在合并同类项时，原来(13-2)、(13-3)、（13-4）式中的10lgn和ΔL均被约掉。说明，中心输出电平与宽放串接台数、波动电平无关。一般情况下，宽放最差的失真是C/CTB，干放中心输出电平：

SOMID=｛C/N+G+NF+Un0+SO0－10lg(N/N0)－

［C/CTB－(C/CTB0+Slope－Slope0)］/2｝/2(13-6a)

干放一般Slope/2－Slope0/2=0，（13-6a）可实用化为：

SOMID=［C/N+G+NF+Un0+SO0－10lg(N/N0)－

(C/CTB－C/CTB0)/2］/2

(13-6b)

个别情况下，宽放最差的失真是C/CSO，干放中心输出电平：

SOMID=｛C/N+G+NF+Un0+SO0－10lg(N/N0)－

［C/CSO－(C/CSO0+lope/2－Slope0/2)］｝/2(13-7a)

干放一般Slope/2－Slope0/2=0，（13-7a）可实用化为：

SOMID=［C/N+G+NF+Un0+SO0－10lg(N/N0)－

（C/CSO－C/CSO0)］/2(13-7b)

实际系统中，使用中心输出电平，单台干放的噪声、失真：

C/Nt=SOMID－ΔL－G－NF－Un0(13-8)

C/CTBt=C/CTB0+Slope－Slope0－20lg(N/N0)－2(SOMID+ΔL－SO0)(13-9a)

干放一般Slope/2－Slope0/2=0，（13-9a）可实用化为：

C/CTBt=C/CTB0－20lg(N/N0)－2(SOMID+ΔL－SO0)

(13-9b)

C/CSOt=C/CSO0+Slope/2－Slope0/2－10lg(N/N0)－(SOMID+ΔL－SO0)(13-10a)

干放一般Slope/2－Slope0/2=0，（13-10a）可实用化为：C/CSOt=C/CSO0－10lg(N/N0)－(SOMID+ΔL－SO0)

(13-10b)核算噪声、失真，均应以全年最差的温度环境为准。噪声，应按温度最高、电平最低、噪声最差时计算；失真，应按温度最低、电平最高、失真最差时计算。在其他温度环境下，噪声、失真均有程度不同的余量。

ΔL是逐段电缆累加的，每台串接干放的ΔL各不相同，实际输出电平也就各不相同，噪声、失真随之不同，无法使用±10lgn的简单叠加方法。只能逐台算出噪声、失真，然后，使用(4-5)式逐台叠加。

13．3．2支放输出电平范围

支放最低输出电平：

SOMINf=C/Nf+G+NF+Un0+ΔL(13-11)

C/CTB0最差时，支放最高输出电平：

SOMAXf3=SO0－ΔL－10lg(N/N0)－［C/CTBf－(C/CTB0+Slopef－Slope0)］/2(13-12)

C/CSO0最差时，支放最高输出电平：

SOMAXf2=SO0－ΔL－10lg(N/N0)－［C/CSOf－(C/CSO0+Slopef/2－Slope0/2)］(13-13)

这种算法可以保证，温度最高时，系统噪声仍然合格；温度最低时，系统失真仍然合格。

C/Nf、C/CTBf、C/CSOf均应是在最恶劣条件下，前端、光电传输叠加后剩余的系统指标。作为验证式的估算，也可以粗略地认为，噪声、失真指标，支放均约占整个系统指标的一半，即，分别是：46dB、60dB、57dB。13．4全数字信号宽放电平

随着我国有线电视按地区由模拟向数字的整体转换，将取消调频广播和模拟电视，下行通道87~862MHz，将全部传送数字信号。这就带来了两个重要的变化：

模数共传时，数字比模拟信号低6~10dB的条件将不复存在。

所有数字频道的电平，至少可以提升至原来模拟频道的水平，即，提高6~10dB；统一的NPR将代替C/N、C/CTB、C/CSO。原来，C/N≥43dB，C/CTB、C/CSO≥54dB；现在，统一的NPR，就意味着，C/N提高了，C/CTB、C/CSO降低了，也就是说，电平提高了。

用C/CTB和C/N计算，电平提高了(54－43)/3=3.7dB；

用C/CSO和C/N计算，电平提高了(54－43)/2=5.5dB。

两个变化，使数字信号的宽放输出电平至少提高了9.7~13.7dB。

全数字信号电缆传输的NPR，将比模数共传时数字信号的C/N提高9.7~13.7dB，有利于256-QAM或更高速率数字信号的传输。

模数共传时，数字信号用户频道电平的中心值是60dBμv，改为全数字信号以后，也可适当提高。机顶盒处NPR的提高，也将有利于256-QAM或更高速率数字信号的传输。

干放。先选二、三次失真差者与噪声一起求出NPR，进而求出中心输出电平；根据中心输出电平求各单台干放的噪声、失真；然后，干放指标叠加。

支放。选二、三次失真差者与噪声一起，根据剩余指标，求输出电平范围。

13．4．1最佳NPR、干放中心输出电平、噪声和失真

全数字信号的宽放工作电平，基础是最佳噪声功率比NPR。

基本公式与模数共传时完全相同。C/CSO0、C/CTB0仍然按说明书，只是用统一的NPR要求，逐一代替C/N、C/CSO、C/CTB的不同要求。

宽放最低输出电平：

SOmin=NPR+G+NF+Un0+10lgn+ΔL(13-14)

宽放最高输出电平：

SOmax3=SO0－10lg(N/N0)－［NPR－(C/CTB0+Slope－Slope0)］/2－10lgn－ΔL(13-15)

或

SOmax2=SO0－10lg(N/N0)－［NPR－(C/CSO0+Slope/2－Slope0/2)］－10lgn－ΔL(13-16)

由于是统一的NPR，噪声和两种失真要同时考察。

模数共传时的中心输出电平，已证明与10lgn、ΔL两项无关。全数字信号只能先求NPR，再求中心输出电平，必须首先忽略10lgn、ΔL两项，以保证NPR计算准确。另外，由于累加ΔL的影响，计算干放的噪声、失真，只能是各单台分别计算，然后再用(4-5)式叠加，不能使用10lgn进行指标叠加。

SOMID=SOmin=SOmax3

NPR+G+NF+Un0=SO0－10lg(N/N0)－［NPR－(C/CTB0+Slope－Slope0)］/2

NPR+G+NF+Un0=SO0－10lg(N/N0)－NPR/2+C/CTB0/2+Slope/2－Slope0/2

NPR=［SO0－10lg(N/N0)+C/CTB0/2+Slope/2－Slope0/2―G―NF―Un0］/1.5(13-17a)

干放一般Slope/2－Slope0/2=0，（13-17a）可实用化为：NPR=［SO0－10lg(N/N0)+C/CTB0/2―G―NF―Un0］/1.5

(13-17b)

式中的SO0、10lg(N/N0)、C/CTB0，均应以全通带加满数字频道的参数为准，今后，光电有源产品应符合要求；

原有光电有源产品，虽然上限频率没有问题，但是，所有参数，均以550MHz内加满模拟频道、550MHz外电平低10dB为基础，不符合全数字信号的实际，不可直接使用。按SO0不变、C/CTB0降低10dB、N=96、Un0=3.8dBμv计算。根据全数字信号的最佳功率噪声比NPR，求全数字信号的宽放中心输出电平：

SOMID=SOmin=NPR+G+NF+Un0(13-18)

考虑到电缆温度损耗的变化，会引起电平的变化。电平降低1dB，C/N降低1dB；电平升高1dB，C/CTB却降低2dB。所以，为使NPR动态平衡，计算出SOMID后，降低3dB使用。

使用公式(13-8)、(13-9)、(13-10)，分别计算各单台干放的C/Nt、C/CTBt、C/CSOt，然后，用公式(4-5)逐台叠加。

13．4．2剩余NPR及支放输出电平范围

宽放中心输出电平，是宽放的最佳工作电平，原则上，无论干放、支放均应使用。

由于支放输出电平又必须符合用户分配的需要，不可能正好使用中心输出电平，但是，不能突破以下两式的限制。

支放最低输出电平：

SOMINf＝NPRf＋G＋NF＋Un0+ΔL(13-19)

支放最高输出电平：

SOMAXf3＝SO0－ΔL－10lg(N/N0)－［NPRf－(C/CTB0＋Slopef－Slope0)］/2(13-20)

或

SOMAXf2=SO0－ΔL－10lg(N/N0)－［NPRf－(C/CSO0+Slope/2－Slope0/2)］(13-21)13．5电平自动控制

各种自动控制方式：

为了补偿电缆损耗的温度系数，经常采用自动控制措施：

自动温度控制ATC，依设备感知温度为准，而不是依电缆感知温度为准，难以准确补偿；

自动功率控制APC只能控制信号总功率，不能控制频道电平；

自动增益控制AGC使用导频，只能控制导频点的电平，不能控制斜率，如果若干台串接，AGC几乎无用；

自动斜率控制ASC使用导频，只能控制斜率，不能控制增益；

自动电平控制ALC，是AGC+ASC，分为单体AGC+ASC或AGC、ASC交错串接两种，是较完善的控制方式，但是，电路比较复杂。

HFC电缆网规模大大缩小了，也可不用电平自动控制。

13．6电缆和宽放的不平度校正

光收发、宽放都有不平度累加，电缆损耗也有两端跌落、尤其是高频跌落现象。只能采用至少两级宽放模块、带有不平度校正的光收、宽放予以克服。

为了保证系统的回波值，不能在设备外另加不平度校正。

14．光电传输供电

为了提高系统的可靠性，应该集中供电。集中供电，可减少供电故障、减少雷击损坏、便于采用不停电供电措施。

应采用磁饱和、准方波供电器，适应市电波动的能力强。响声大的缺点，可以用选择安装位置、采取防震措施解决。供电器的功率，应能满足：实际用电功率不超过其供电能力的60%。

光节点、宽放的用电电源，应优选开关电源，适应电压范围宽、效率高。由于开关电源是大电流方波工作，处理不当，容易产生对上下行通带的高频干扰，选购设备时，应注意检查频谱是否干净。

15．双向用户分配系统

用户分配线路设计控制：下行分配损耗约36dB、上行混合损耗约30dB。

用户分配部分是系统的末端，优质的前端、光链路、电缆线路，全年约有±3dB的电平波动，下行用户电平也将随之波动；用户分配部分的设计用户电平，必须控制在±3dB以内。两部分用户电平误差之和，总共±6dB。

各用户输出的上行数字信号，传输路径刚好相反。先通过用户分配，混合误差控制在±3dB以内；再通过电缆线路、光链路、前端，误差也在±3dB以内。两部分用户电平误差之和，总