HFC网络基础与概况

HFC网络基础与概况SCNHFC网络基础与概况历史的回顾有线电视的系统组成光通信原理电视原理HFC网络Philips传输设备介绍历史的回顾历史的回顾1949年（美）公共天线电视MasterAerialTelevision（MATV）用电缆将一个高增益天线接收下来的信号下传分配给用户。特点：只接收开路信号，频道少，传输距离近，采用全频道传输和分配。现代的MATV主要指用在公寓大楼，办公大楼，小型住宅区内的小型分配系统。历史的回顾由MATV逐渐发展成具有简易前端的共用天线电视（CATV，CommunityAntennaTelevision）系统。集体收看电视（CommunalTelevision）闭路电视（ClosedCircuitTelevision)现代有线电视CATV已经不是原来意义上的CATV，而是一个集光缆、微波、电缆于一体，具有双向传输功能的全方位服务系统。历史的回顾有线电视网络技术的发展接收开路节目 自行制作节目几个频道 上百个、几百个频道几十个用户 几百万用户几百米 几百公里隔频传输 邻频传输单一的电缆 光缆、微波、电缆单一的传输电视 多种信息的传输单向 双向有线电视的系统组成有线电视的系统组成有线电视系统的组成信号源前端干线传输用户分配用户终端有线电视的系统组成信号源电视接收天线调频广播接收天线卫星地面站微波站其他有线电视网的节目有线电视台自己制作的节目有线电视的系统组成前端

即位于信号源和干线传输系统之间的设备。其任务是报导从信号源送来的信号进行滤波、变频、放大、调制、混合等，使其适于在干线传输系统中进行传输。有线电视的系统组成干线传输系统其任务是报导前端输出的高频电视信号高质量地传输给用户分配系统。传输方式主要为三种

光纤、微波、同轴电缆有线电视的系统组成光纤传输通过光发机将高频电视信号调制到红外光波段1310/1550，远端用光收机将光信号解调。频带宽（单模光纤10G）损耗小（1550nm0.25dB/km）抗干扰力强，保真度高，性能可靠成本低，在长距离传输中优先考虑但光端机设备价格较为昂贵有线电视的系统组成微波传输将高频电视信号变频或调制到微波频段，定向或全向向服务区发射中间无需媒体，只需建立微波发射机，接收机，以及收发天线即可。成本低，工期短，收效快更改线路容易，信号质量也较高容易受建筑物的阻挡和反射容易受天气的影响有线电视的系统组成电缆传输技术最简单，成本低，设备可靠，安装方便对信号电平损失较大，每几百米要加放大器

引入较多的噪声和非线性失真一般用于小系统或大系统的最后分配部分有线电视的系统组成用户分配系统由线路放大器、分支器、分配器、用户终端以及之间的分支线、用户线和各个用户的无源器件。要求有较高的隔离度和合适的输出电平。有线电视的系统组成网络中所使用的设备前端设备：包括各种接收天线、节目源、调制和监控设备、本地电视台等。干线网络：光发机、光缆、光接收机、监控设备、光无源分配器件及各接续附件等分配网络：光节点放大部分、同轴电缆、分支器、分配器，用户终端等，同轴电缆不超过200米。有线电视的系统组成用户终端终端盒（VHF插座，FM插座）电视机有线电视的系统组成HFC混合光纤电缆网

HybridFiberCoaxial-CableNetwork即在干线传输中使用光纤，在接入网部分使用同轴电缆分配到用户的一种传输方式。既发挥了光纤远距离传输的优点，也发挥了电缆网络便于分配的优点。HFC示意图。光通信原理光纤光纤的结构被覆层包层（石英）N2纤芯（石英）N1N2N1全反射临界角为

arcsin(N2/N1)光纤光纤的结构的类别光纤类别折射率分布多模50umSI突变GI渐变单模<10umSM单模SIDSF色散位移光纤PMF偏振保持光纤125umN2N1xN2N0N2N0N2N0N2N0N1y光纤光纤的传输损耗:0.10.515100.60.81.01.21.41.61.8不纯物吸收瑞利散射紫外吸收红外吸收合计光纤多模色散材料色散结构色散-10-505100.60.81.01.21.41.61.8单模光纤的色散特性2.0合成色散SM光纤

结构色散材料色散零色散点光纤色散位移光纤DSF增加结构色散0.60.81.01.21.41.61.82.0合成色散SM光纤

结构色散材料色散DSF光纤

结构色散零色散点-10-50510光纤光缆层绞型带状光缆光器件半导体激光器温度越高，可用的线性区越小电流光光强电流温度上升光器件从工作曲线可以看到，要使用激光器，正常的，稳定的工作，应该使用激光器稳定工作在线性区尽可能大的区域。激光器还要以下两个模块自动温度控制ATC自动增益控制APC光器件分布布接格反射半导体激光器。激光器的反射镜面由光栅代替，在反射时只对固定波长的光进行反射，可以在高速的调制时提供单纵模输出。分布反馈式激光器（DFB）在激光器内有源区内置光栅，光在波纹区来回反射，只有与波纹周期相同的光才会得到加强，其它则会抵消。从而提供单一波长的光。光器件光接收器件光电二极管PD得到与光功率成比例的电流，即光场强度的平方与电流是成比例的，为平方律检波系统PIN光电二极管在P层与N层中加了一个本征层I层的光电二极管，以提高灵敏度。雪崩式光电二极管APD利用雪崩效应，提高增益。光器件其它光器件光放大器光分路器光分波器，光合波器测试设备光功率计（测试光功率值）OTDR光时域反射仪（测试光纤长度）红光计（光缆中检查光纤的对应关系）电视原理电视原理有线电视的频道配置有线电视广播系统的频道配置采取与开路的广播电视频道相同的频率标准。每频道占有8MHz的带宽，图象载频比伴音载频低6．5MHz，每频道的图象载频、伴音载频的频率选取方法均与广播电视相同。8MHzPAL模拟电平视频载波音频载波6.5MHz电视原理标准频道（以下单位为MHz）甚高频(VHF)频段79-111，为DS1－DS4。甚高频(VHF)频段167-223，为DS6－DS12超高频（UHF）频段470-526，为DS13－DS19增补频道（共37个）VHF的111－167MHZ之间，Zl－Z7在223～295MHz之间，Z8－Z16在295～470MHz之间，Z17－Z37电视原理有线电视质量的评定频率范围。系统输出端电平：包括用户端信号电平(技术规定范围为：60～80dBmv、频道间电平差及频道内幅度频率特性等内容。图象信号质量：其中主要包括载噪比、交扰调制、相互调制、交流声调制、微分增益、微分相位及频率的稳定度等内容。电视原理噪声指标：信噪比S／N：视频信号功率与噪声功率之比载噪比C／N：高频载波电压有效值与噪声电压均方根值之比。信噪比与载噪比之间的关系。

S／N(dB)＝C／N(dB)－6.4(dB)

国家标准规定，系统的载噪比不得低于43dB。

噪声系数：噪声系数表示信号通过电气设备之后，噪声增加，信噪比下降的程度

噪声系统(F)＝输入端载噪比／输出端载躁比电视原理交扰调制传输网络中宽带放大器电路的非线性失真，将使所接收频道的图象载波为干扰频道的波形所调制，这就是交扰调制(交调)，由此而产生交调干扰。现象：在被干扰频道的图象上出现白色的、缓慎向左或向右移动的经条，即“雨剧”干扰。一般而言，交扰调制是低电平频道的载波受到高电平频道调制波的调制。

CM＝20log(需要的调制电平／其他频道转来的调制电平)dB交扰调制比越大，表示交调干扰越小，系统质量越高。国标规定，CM＞46dB电视原理相互调制有线电视系统中，某一频道图象载频的谐波．或其他几个频道之间差拍后产生的新的频率分量落入某一频道的带宽之内，和该频道的有用信号一起进人接收机，将造成相互调制(互调)，而产生互调干扰。互调干扰在电视屏幕上呈“网纹”状，有时也产生模条纹或竖条纹。

电视原理互调的产生有两种情况：一是几个频道之间所产生的干扰．称二次互调及三次互调等。另一种是同一频道内，图象载频、伴音载频和彩色副载波三者产生的干扰，称为“三音互调干扰”。互调干扰的大小程度在有线电视中以载波互调比IM来衡量。IM＝201g(图象载波电平／互调产物电平)电视原理载波组合三次差拍(CTB)即指在多频道传输系统中，由于设备的非线性传输特性中的三阶项引起的所有互调产物。具体是指三次项谐波(例如3f)、三次差拍(例如f＋f＋f等)、三次互调(例如2f＋f等)等内容。载波组合两次差拍(CSO)即指在多频道传输系统中，由于设备的非线性传输特性中的二阶项引起的所有互调产物。具体是指二次项谐波(例如2f)、二次差拍(例如f＋f，f－f等)、二次互调(例如3f－f等)等内容。电视原理

CTB，CSO分量在图象中以类似于噪声的形式出现，在画面上产生一种横向的差拍干扰杂波，影响正常的收看。CTB与CSO两个指标是频道数比较多的系统的主要指标。经验公式：频道的功率提高1dB，则CTB恶化2dB，CSO恶化1dB电视原理互调干扰和交调干扰都是系统非线性传输特性的产物，它们是同时发生的。传送的频道越多，互调产物也越多；干线网络中串接放大器的数量越多，互调干扰也越大。在频道数少的系统中为主要影响指标。电视原理交流声调制HM

交流声调制指某一电视频道的载波信号被电源频率或电源频率的高次谐波所调制．而产生交流声调制干扰。用交流声调制比HM来衡量：HM＝(交流声调制信号个峰电压／图象载波峰值电压)×100%当系统出现这类交流声调制干扰时，画面上将产生交流50Hz的干扰信号：屏幕上出现横的、宽的干扰条纹以50Hz的频率上下滚动，这种情况即俗称的“滚条”现象。电视原理反射当连接CATv网络的同轴电缆的特性阻抗与系统中各种有源、无源器件的阻抗不匹配时，所传输的高频信号将在系统中产生反射。电视画面上出现‘重影”现象电视原理信号电平系统工作电平：指网络各个部分的输入、输出电平值。用户端输入电平：在VHF波段为57－83dBuv，在UHF波段为60－83dBuv。公司要求为68±3dBuv。当用户端的电平太低时．电视画面将出现“雪花”状的噪声。当用户端的电平太高时，将超出电视接收机内部放大电路的动态范围，使电路产生饱和，并产生非线性失真。画面上将出现各种干扰信号，严重影响接收效果。电视原理对电视质量的主观评价载噪比 图象上的噪声，即雪花干扰声音的质量 背景噪声，丝丝声，哼声及蜂声载波交流声 图象上下滚动的水平条纹．即滚条交扰调制比 图象是移动的垂直或惯斜干扰，即串台载波互调 图象中的垂直、倾斜或水平条绞干扰回波 图象中沿水平方向分布在图象右边的“重影’色度亮度时延差

彩色和亮度信号没有重合，即彩色鬼影电视原理C/N

载噪比 >=43dB非线性失真指标：CTB 载波复合三次差拍比 >=54dBCSO 载波复合两次差拍比 >=54dBIM 载波互调比 >=54dBHM 载波交流声比 <=3%用户电平68±3dBv电视原理同轴电缆（四屏蔽）阻抗正比于lg(D/d)内铜芯绝缘层屏蔽铜网屏蔽铝箔绝缘外护套dD电视原理高频电流流过金属导体时，由于电流集中于导体的表面．因而使导体的有效模截面积减小、电阻增大，我们将此现象称为趋肤效应。趋肤效应与导体的材料及结构以及通过此导体的信号频率有关。电视原理对于同轴电缆，当物理结构及绝缘材料决定以后、其衰减员就取决于流过信号的频率。我们称信号经同轴电缆传送后产生的衰减随着被传送信号的频率增加而加大的特性为斜率，斜率符合下述经验公式描述的规律：

HFC网络基础HFC网络HFC混合光纤电缆网

HybridFiberCoaxial-CableNetwork即在干线传输中使用光纤，在接入网部分使用同轴电缆分配到用户的一种传输方式。在干线上，发挥了光设备失真指标高，噪声系数小，传输距离远的优点。在接入上，也发挥了同轴电缆网络便于分配，灵活多变，成本低廉的优点。HFC网络分级结构结合上海有线电视网络的特点，我们在网络传输中采用了两级级联主干光网络，一级级联放大器网络的分配网络的传输结构。从总前端到分前端的光传输为第一级光网络从分前端到光节点的传输为第二级光网络。光节点以下为同轴电缆接入网络，光节点到用户终端最多经过一级放大器，采用同轴电缆树型分配网络的结构。HFC网络分级示意图FRX2RRX2RRX2RRX2RRXNRTNORRTXFRXRRXTX2RRX2RRX2RRX2RRXTXTXTXTXAMP第一级光网络第二级光网络同轴电缆分配网络TXHFC同轴分配网络放大器最多一级级联用户分配网络采用分配器与级联分支器组合的形式，级联的分支器的末端用匹配器终结。NRTNORNAMP传统有线电视网为单向广播

式网络，无双向传输能力。有线电视的双向改造，实际

就是使用网络的各个节点与

连接具有双向的能力。改造后，HFC网络为双向860M网络。采用65/85的中分割方案。采用双工滤波器的模块的双向光节点

与放大器采用。各分支器、分配器，电缆，改进了反射与屏蔽的要求。双向HFC网络RF反向回传双工滤波器

65/85RF正向下行光纤传输方式有线电视网络中采用光纤传输能提高传输的可靠性，改善系统的性能，增加传输带宽，同时能降低运行维护费用。目前，有线电视光纤传输系统主要有FM、数字和AM-VSB三种方式。光纤传输方式FM调制系统的传输质量很好，中继距离也比较远。但是由于FM调制系统是视音频基带传输，与现有的同轴系统不兼容，收发设备也较贵，所以一般只用于传送上行的视音频基带信号。光纤传输方式FM调制系统的传输质量很好，中继距离也比较远。但是由于FM调制系统是视音频基带传输，与现有的同轴系统不兼容，收发设备也较贵，所以一般只用于传送上行的视音频基带信号。光纤传输方式目前，工作在1310nm波长窗口的AM-VSB光发射机，一般采用直接调制的分布反馈(DFB)激光器，单级光链路允许的光纤链路损耗已达到其饱和值14dB，如光纤损耗以0.4dB/km计，也就是说工作在1310nm波长窗口的单级光链路系统能覆盖35km的半径。若要扩大覆盖半径，可采用多级光链路级连的方式，但系统指标将下降，主要是非线性指标不能满足要求。光纤传输方式光纤1550nm窗口的损耗最小，随着工作波长为1550nm的掺铒光纤放大器(EDFA)和光发射机中受激布里渊散射(SBS)抑制电路的应用，使AM-VSB1550nm光发射机和EDFA结合应用得到了很好的效果，这时因为由于EDFA的高增益和非线性指标好的特点，使EDFA用来中继时能在保证系统指标的情况下大大扩展传输覆盖的范围。HFC网络频谱规划采用65/85中分割方案，0-65MHz为上行

85-550MHz为下行模拟信号频段

550-862MHz为下行数字信号频段56585550862上行频段下行模拟信号频段下行数字信号频段10dB单位通常网络中以频道内功率的大小作为频道能量的标志。用dBmv或dBuv作单位。dBmv=10log(mv为单位的功率值）dBuv=10log(uv为单位的功率值）功率＝电压2

1mv2＝(1000uv)20dBmv=60dBuv模拟信号与数字信号对模拟信号，功率集中在载波处，而数字信号的功率分散在整个频道中。为保持各个频道的总功率相同（交互调最小），一般要求数字信号的电平值比模拟信号的电平值小10dB。6MHzNTSC模拟电平数字电平视频载波前端机房反向RRXRF

放

大

分

配

网

络信号源主路TX备路TX回传信号主路FRX备路FRX反向RRX总前端机房分前端机房反向RRX主路TX备路TX分前端机房接收从总前端送来的主备路模拟信号，经切换器完成信号的保护倒换。使用RF放大分配网络，在满足光发机输入电平的指标的情况下，馈送给每一个光发机。分前端也是数据分中心机房，完成RF网络与IP网络的连接。以及本地数字设备与IP骨干网络的汇接。模拟干线双路由保护主用路由为1310nm波长，光缆直联，路由较近。备用路由为1550nm波长，环网光纤，路由较远。主备FRX接收的信号，经RF切换控制，进入RF分配网络。反向信号，目前无备份。RTX反向RF汇总放大网络2RRX2RRX2RRX2RRXRRX主TX1310nm2RRX2RRX2RRX2RRXTXTXTXTX备TX1550nm主FRX备FRXRF切换控制正向RF放大分配网络分中心机房模拟干线与数字干线分前端分前端分前端数字环网分前端模拟设备主电视信号备路电视信号总前端RF信号电视+数字服务模拟干线采用1310nm光波长信号，备份路由则使用1550nm光信号。数字干线采用SDH环网，ATM环路与DPT环等形式构成。在分前端以上，模拟干线数字干线分离。在分前端以下，模拟与数字通过共同的HFC网络传输。CMTS系统与HFCCMTS完成数据包与RF信号之间的转换，是连接数字平台与电缆平台的中间设备。CMTS支持一个下行口27M，支持1~6个上行口，每口为10M。下行数据流CMTSSDH2.5G

SDH环网TXRRXRRXRRXRRXRRXRRXTV上行数据流POS155MPhilips传输设备介绍Philips传输设备介绍机房设备光节点放大器Philips传输设备介绍

机房设备 Philips光传输网络框图 光发机800-TX 光收机801-FRX 反向光发机200-TX 反向光收机2RRX 射频放大器

光节点设备

NOR正向光收模块

NRT反向光发模块

RSS反向切换开关

FOTO网管模块

DNA498节点放大器Philips传输设备介绍Philips传输设备介绍

放大器

AMP51-33

AMP52-33

AMP51-39Philips机房设备 Philips光传输网络框图 光发机800-TX 光收机801-FRX 反向光发机200-TX 反向光收机2RRX 射频放大器815Philips光传输网络框图正向光发机800-TX45~862MHz1310(10)nm3~12dBm(型号）15dBmv(77ch)AGC3dB功耗25W正向光发机800-TX正向光收机801-FRX45~862MHZ1200~1600nm-10~+1dBm+15dBmv@-3dBm0~-6dB电平可调1mW/V光测试口功耗13W正向光收机801-FRX反向光发机200-TX5~200MHZ131010nm6、8、10dBm18dBmv（主输入）-10dB辅助输入口-20dBRF测试口3dBAGC范围功耗25W反向光发机200-TX反向光收机2RRX5~200MHZ1200~1600nm-18~+1dBm光输入20dBmv（min）功耗12.7W1mW/V光测试口反向光收机2RRX射频放大器81545~862MHZ10~15dB增益范围30dBmv(77ch输出)-20dB测试口功耗<15W射频放大器815

NOR正向光收模块

NRT反向光发模块

RSS反向切换开关DNA节点放大器

FOTO网管模块Philips光节点