有线电视HFC双向网设计改造

有线电视HFC双向网设计改造第1页/共258页内容安排：一、我国有线电视网络双向改造综述二、有线电视HFC双向网络综述三、有线电视HFC双向网络系统设计和调试系统标准、前端/分前端设计、光链路设计、电缆线路设计、关键传输设备应用、网络总体调试四、城市有线电视双向HFC网络建设遵循的原则五、乡镇有线电视网络改造六、双向HFC网络的应用(数字电视/互动电视、VoD点播和CableModem宽带数据通信等)第2页/共258页张海涛在2007CCBN的主旨报告中关于有线电视技术政策要点：积极推动有线电视数字化整体转换，促进有线电视网络向下一代网络演进要长期保留至少六套模拟电视节目，确保最基本的公共服务，模拟与数字同步播出将长期共存加快有线电视光纤化、双向化改造步伐加大新业务新服务的开发力度，实现双向、交互、多功能、多业务，全面提升有线电视网络技术水平和业务承载能力加快有线电视网络机构的企业化改制，建立完善网络公司的法人治理结构根据《物权法》规定，有线电视网络整合改制过程中，不能简单地依靠行政命令，要充分运用市场机制和股份制的办法，不能损害物权人的合法权益第3页/共258页

未来趋势全国城镇基本实现有线电视数字化终端需要较长的历史过程模拟电视停播期限已无限期开放的公益性频道适当减少增加频道专业化、服务个性化节目制作专业化与社会化共同发展电视台自己制作与社会上影艺公司制作的比例将发生变化

网络业务支撑和运营支撑两个系统应逐步建立，形成多媒体信息平台确保市场开拓、网络效益和运营管理数字化平移投资多元化青岛模式、杭州模式、佛山模式等，都有特定的历史条件和环境条件，从社会和经济发展的角度来看，市场化运作应是主要途径第4页/共258页1、我国有线电视网络双向改造综述

1）我国有线电视网络双向化改造的发展历程与现状我国有线电视网络双向化改造起步于90年代后期，在1998年3月DOCSIS1.0标准成为ITU的国际标准后，中国有线电视网络开始了双向化改造的浪潮。青岛、广东、上海等沿海发达地区率先开始了双向HFC网络改造，在双向HFC网络上尝试采用CableModem系统发展宽带数据用户。第5页/共258页

2000年，国内最大的有线电视网络运营商上海有线电视网络公司宣布对全网进行全面双向化改造，到2001年底基本完成。在上海进行双向HFC网络改造的同时，杭州有线与杭州网通合作，在改造HFC网络时，采用五类线入户建设了城域范围的以太网络。针对当时各地有线电视网络运营商普遍面临的网络双向化改造中的“做什么”和“怎么做”的困惑，中国广播电视协会技术研究委员会于2001年10月发表了“关于广电有线电视城域宽带网络建设的意见”专家技术研讨建议书，2003年广电总局科技司以指导意见文件发布，该建议书的出台，对全国有线电视网络双向化改造起了积极的指导作用。第6页/共258页

目前，我国绝大部分有线电视网络没有进行双向化改造，有线电视运营商发展的宽带数据用户数量不多。据有关资料统计，全国有线电视运营商的宽带数据用户数量约200万户，其中，东方有线电视网络公司（原上海有线电视网络公司）有约37万CableModem用户，深圳天威视讯公司有20多万CableModem用户，南京有线电视网络公司有约5万CableModem用户，江门有线电视网络公司有近3万CableModem用户，全国CableModem用户总量约100万户，另外还有数十万以太网用户。第7页/共258页2005年底，深圳天威视讯公司宽带数据业务收入已超过模拟电视业务收入，天威公司的有线电视网络双向化改造经验也引起了全国有线电视同行的关注。已完成有线数字电视整体转换的青岛，在先后尝试过CableModem与以太网技术后，最终确定使用EPON技术建设全交互式的网络。深圳的经验与青岛的探索引发了有线电视网络双向化改造的新一轮浪潮，相比于2000年的有线电视网络双向化改造浪潮，此轮“浪潮”从业务与技术层面上都有进一步的深化与发展，也蕴涵了有线数字电视整体转换之后的思索，将会有更多的有线电视运营商加入到此轮有线电视网络双向化改造浪潮之中。第8页/共258页

在有线电视网络双向化改造的技术选型中，存在着

CableModem接入方式，

以太网接入方式两种技术。随着EPON技术的发展成熟，又增加了一种新的技术选择-EPON接入方式。对于CableModem系统的汇聚噪声问题，EPON技术的成熟度与可运营性问题，以太网方式的隐性成本与网络管理问题等，广大有线电视运营商普遍存在着种种疑虑与担忧，在实际工作中难以作出选择与决断。第9页/共258页

2）我国有线电视网络双向化改造的形势分析当前，我国有线电视运营商面临的竞争形势不容乐观，主要的竞争环境有如下四方面：第10页/共258页

a）以IPTV为代表的新媒体业务已威胁到广播电视基本业务

IPTV现在已不是一个新的名词，而是一个实实在在存在的现实。电信运营商的IPTV试验运行在国内发展虽然不顺利，遭遇了发展中的一系列瓶颈问题。但是，随着技术的发展以及传统语音业务的萎缩，电信运营商将坚定不移地加速向能提供语音、数据、视频、移动等综合业务能力的新媒体运营商演进。第11页/共258页2006年IPTV商用的脚步已悄然加快：哈尔滨、上海的IPTV正式进入商用，长春、河南、北京…已进入商用试验。

2006年9月1日，上海IPTV业务全面放号，上海电信的宽带网资源已具备支撑10万级的IPTV放号规模。

2006年10月，中国网通宣布使用AVS标准来布局IPTV。

2006年12月，中国网通在哈尔滨的IPTV用户达到10万户。

2007年上海IPTV用户以经发展到30万户。

IPTV已经具备了相当的用户基础，上海、哈尔滨模式为其他地方运商开展IPTV业务提供了参照。第12页/共258页IPTV集成运营商已有四家：上海文广、中央电视台、中国国际广播电台、广东南方广播影视传媒集团。他们都分别与网络运营商合作开展IPTV业务。从某种程度上看，当前IPTV的形势有如2002年的数字电视，正在寻找一种适合中国国情的发展模式，一旦确立了合适的商务模型，将会在全国范围内快速发展普及。第13页/共258页IPTV业务仅仅是新媒体业务的一个代表，手机电视、互联网电视等一系列新媒体方兴未艾，有线电视运营商对城市电视业务传统上的垄断终将会被终结，有线电视赖以生存的基础空间将被压缩。第14页/共258页

b）直播卫星将于近期发射并运营

2006年下半年，酝酿已久的中国直播卫星开始启动，虽然因特殊原因直播卫星未能在2006年开始业务运营，但直播卫星终将会到来。从目前政府的政策导向上看，我国直播卫星将与有线电视形成综合覆盖网，有线电视主要面向城市，直播卫星主要面向农村。从国际市场的经验来看，直播卫星是传统有线电视业务最大的竞争者，在现有政策下，直播卫星将会压缩目前有线电视运营商在城乡结合部的用户，如政策发生变化，直播卫星将会使城市有线电视用户大量流失，对有线电视运营商造成巨大冲击。第15页/共258页

c）家庭信息终端发展将动摇有线电视运营商对电视机的占领现代技术的发展正改变着电视机的含义，未来的家用电器将朝智能化、网络化发展，家庭信息网络将成为家用电器的核心，家庭电视机将转变为未来家庭信息网络的显示终端与娱乐终端。此时，电视机不再为有线电视网络运营商所独占，谁能够提供用户所需要的内容，谁就能在家庭信息网络中占据一席之地。第16页/共258页

d)单向的有线数字电视不能满足用户的需求，互动电视业务是未来发展方向过去的一年多时间里，有线数字电视整体转换获得突破性进展，数字电视整体转换已形成遍地开花之势。数字化的目的是满足用户日益增长的文化需求，增强有线电视运营商竞争力，拓展更宽广的数字业务空间。但是，数字化只是一种手段而不是目的。实践证明，单向广播式的数字电视并不能满足用户的需求，也难以给运营商带来新的赢利，只有互动式的、满足用户需求的数字化业务才是有线电视运营商真正的出路。在步入有线电视“后整体转换时代”后，有线数字电视网络朝互动化，交互式发展的趋势已十分明确。第17页/共258页

3)我国有线电视网络双向化改造的制约因素分析制约我国有线电视网络双向化改造的主要因素有如下四点：

a)数据业务的发展需要全程全网，有线电视行业条块分割的体制不利于网络双向化改造第18页/共258页

当前我国有线电视行业的整合程度较低，大部分城市的有线电视运营商各自为政，独立运营，形成了一个个割裂的“信息孤岛”。数据业务的重要特征之一是互联互通，全程全网，当前各地有线电视运营商的条块分离的格局难以形成合力，难以发挥广电的节目资源与带宽资源双重优势。另一方面，互联网出口普遍被电信运营商所限，互联网出口租用费占据了有限的数据业务收入中很大的比重。不仅导致了有线电视运营商发展新用户困难，而且留住老用户更为困难，在数据业务上的难以盈利，进一步导致有线电视运营商对双向网络改造持审慎态度。第19页/共258页

b)宽带业务具有大投入大产出的本质特性，广大有线电视运营商普遍资本规模太小，难以承担网络改造的大规模投资我国广大有线电视运营商在发展有线电视的过程中，普遍使用了初期小资金投入，滚动式发展的方式，因此，在发展宽带业务的时候，也普遍存在滚动式发展的心态。通常的做法是先上一两台CMTS，先将部分小区的网络进行双向化改造发展用户，待积累部分资金后再购置设备及进一步改造网络。第20页/共258页

一台CMTS汇聚的光节点太多必然导致回传信号NPR的恶化及用户带宽太低，同时，由于大部分网络未能完成双向改造，导致运营商不能及时响应用户开通业务的需求，而工程维护部门却往往疲于应付少量的宽带业务用户近乎无休止的维护需求。究其原因，宽带业务本身需要大投入才能大产出，网络改造与设备购置往往需要一步到位，滚动式发展不符合宽带业务本身的特性。而国内广大有线电视运营商普遍用户数量太少，资本规模不足，难以承受网络双向化改造的投资需求。第21页/共258页

c)双向HFC网络改造对细节要求很高，大部分地方的双向网改工程做得不实不细双向HFC网络改造无论在设计、施工、调试与维护上都对技术细节及管理细节要求很高，大部分有线电视运营商在双向网改时做得不实不细。

在设计分配网络时，很多地方忽视了汇聚均衡的原则，同一个光节点下不同的用户回传电平往往差异过大；

在施工过程中，缺乏对施工队伍的培训及监理，也不使用专用的接头工具，导致接头施工不良，产生公共路径失真及外界噪声侵入；

在调试过程中，不严格遵守单位增益原则，回传通路调整不规范，导致回传NPR劣化；

在日常维护中，往往忽视了广播业务与宽带业务的统一维护，工程人员在维护下行有线电视信号的过程中，往往不经意改动了已调试好的上行信号，导致整个回传链路的故障。

对于双向HFC网络改造而言，细节决定成败，必须明确部门之间的分工及协作，统一管理，统一标准，统一施工，统一维护，方能改造及维护好网络。第22页/共258页

d)各地匮乏真正了解双向HFC网络的人才，对现有人员的技术培训也不够重视大多数的有线电视运营商工程技术人员是从传统的广播电视技术干起，缺乏通信行业的基础知识，对通信网的了解不深。双向HFC网络本身是一个通信的接入网，与单向的广播网有本质的区别，大部分的有线电视运营商严重匮乏真正了解并掌握双向HFC网络的人才，对现有技术人员的专业技术培训也不够重视，导致在双向网改中容易被设备制造和集成厂商误导，吃了很多亏，走了很多弯路。第23页/共258页4）有线电视网络的出路

a）主要业务类型

未来几年内有线网络从网络的承载类型上将承担广播业务、交互业务、数据业务和增值业务四类。

第一类，广播业务是目前的基本业务，主要是以广播电视节目为主，信号由头端设备到用户下行传输，有线电视网可以支持模拟电视信号和数字电视信号(其中包括数据广播业务)。下行信号频率范围在111～862MHz间。业务对网络的要求是单向广播网。

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第二类，交互业务是基于数字技术的业务，主要包括电视点播VOD、互动电视iTV、网络电视IPTV、时移电视TSTV、录播电视RDTV等业务种类，。业务对网络要求是双向网络，上下行带宽要求大。

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第三类，数据业务为有线电视新业务，主要有Internet访问、数据下载、邮件收发、办公自动化、在线游戏等信息化应用，提供TCP/IP协议数据的计算机双向通讯服务。业务对网络要求是双向网络，下行带宽要求大，上行可以较小。

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第四类，增值业务：增值业务为双向数据网络提供的新增收费业务，主要有电话VOIP、视频电话V-Phone、视频会议V-Conference、即时通讯IM等新通信业务，提供了视频语音数据的交互通信服务，其特点是点对点或点对多点双向对称的视音频数据通信，视觉、听觉、读写等全互动交流，是完全的宽带数据应用。网络应为支持传输TCP/IP的宽带双向网络。

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b）对承载网的新要求

由于大量新视频及交互业务的引入，原先的网络设计已经不能满足业务发展的需要，使有线运营商对承载网有了更高的要求，在网络建设成本和时间要求，网络的双向性能和可升级性，网络的安全性和可管理性等方面提出了新的要求。

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网络建设的成本和时间要求。由于新业务发展在区域上的不确定性和用户增长的阶段性，要求运营商在网络建设初期，可以在较低初始投入和较短的时间内进行大规模业务覆盖，然后根据用户发展情况和分布特点，有针对性的改造网络，使单位每用户的网改成本最低，同时能够满足未来主要的业务需求。

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网络的双向性能和可升级性。首先要求网络的双向能力强，满足单用户有较大带宽的接入，网络有很强的可靠性和鲁棒性，可以根据业务和用户的发展，平滑升级网络，提高网络性能。在网络发展的大趋势下，提供向全光网的演进方案。

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网络的综合安全性和可管理性。这一点主要是针对网络的运营能力而言，如何提供针对每个用户或每种业务的安全管理方法，并可在多层面对两者进行管理，对网络运营商有重大和现实的意义。第31页/共258页c）几种有线接入技术的比较

CMTSEoCHPNA，MoCA等LANFTTH/FTTBEPON投资情况前期投资头端价格高,项目前期投资大,前期覆盖成本低;用户规模发展后,大带宽需求用户成本依然偏高;户均成本高;头端价格较低,前期投资低,覆盖成本较低;用户规模发展后,成本线性增加;户均成本较低;但目前设备昂贵，尚难普及；前期覆盖成本高,初期投入大;规模后,新增用户成本低;用户密集度越高,户均成本越低;前期投资大,头端OLT终端ONU都较贵;规模发展后,成本线性增加;ONU直接入户时户均成本高;ONU共享时入户成本低；规模发展户均成本工程要求网改难度要求全网双向改造;头端覆盖能力强,可短期内规模覆盖;施工技术要求较高;网络漏斗噪声和电平均衡要求高,对运维人员要求较高;无需对HFC网络举行改造;可在短期内,有选择的区域覆盖;施工难度小,头端终端安装方便;设备易维护,对运维人员要求低;对HFC无改动,但要重铺LAN网络;要进行覆盖建设;小区,楼道,入户走线难度大;网络容易受各种外界条件影响,维护量大;要新布光缆网,将光节点前推;

OLT的覆盖能力强,可大规模覆盖;施工量大,工艺比较复杂,维护较简单;覆盖能力施工难度维护难度功能性能户均带宽共享头端38Mbps带宽,户均带宽低;网管能力强;抗噪能力弱,对网络质量要求高;规模商用,成熟产品;头端带宽大,且靠近用户侧,户均带宽大;网管能力较强;抗噪能力强,维护简单;局部商用,标准完善中;因是铺新网,带宽大,组网灵活;网管能力弱;抗干扰能力较强,电口传输距离有限;成熟技术;户均带宽大,1.25Gbps共享带宽;端到端的网管能力还要加强;光口传输距离长,抗干扰能力强;已商用,

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双向有线电视网络改造目标有线电视网络运营商应根据三网融合的趋势，在现有的有线网络的基础上，对网络进行全面改造，将网络改造成为：

能支持综合业务，按功能分层结构的、各层之间由标准(或运营商自己的规范)接口连接，由统一的网络管理，、内容管理和用户管理的多媒体网络。

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有线网络的分层结构，其结构如图所示，可以分为5层，第34页/共258页

技术方案选择：基于IP的城域骨干网；

基于双向HFC网络的接入网交互信道采用CableModem技术适用于已经完成双向HFC网络改造的地区，但是，随着业务的发展，用户带宽需求增加，应向FTTB/FTTH过渡。

基于HFC+EPON的接入网交互信道采用EPON技术适用于新建网络，直接到达FTTB/FTTH，发展潜力大。第35页/共258页二、有线电视HFC双向网络综述

1、广电城域网的基本构成

1）概述广电城域网是一个多媒体通信网，它由两个信道：广播信道和交互信道组成。它具有宽带城域网的共同特点，即集成性：能处理、存储、传输和显示各种信息媒体的能力；同步性：多媒体通信终端上显示的图象、声音、文字等是以同步方式工作的；交互性：用户对多媒体通信的全过程具有交互控制的能力。宽带城域网上提供的多媒体信息服务是集数据、语音、文字、图象等多种媒介，具有集成性、同步性与交互性的信息服务。第36页/共258页2）广电城域网的广播信道广电城域网的广播信道是一个点到多点的网络，它由三大部分组成：一个总前端和若干个分前端（通常超过三万户就应设分端）；一级和二级光纤干线网；用户分配网（即同轴电缆分配网）。一级光纤干线网通常采用环形网结构；二级光纤干线网一般采用星形网结构。城市范围太大时，二级光纤干线网也可由环形网组成，这时要求构建第三级光纤网，通常采用星形网结构，如图1.1所示。第37页/共258页第38页/共258页

广播信道中模拟电视信号和数字电视（含数据信号）信号的传输方式不同：

模拟电视信号在光纤干线中以残留边带调幅∕频分复用（VSB-AM）∕FDM的射频付载波光强度调制IM方式传输；在同轴电缆分配网中以残留边带调幅∕频分复用（VSB-AM）∕FDM的射频载波方式传输。

数字电视和数据信号在光纤干线中以正交振幅调制∕频分复用QAM∕FDM的射频付载波光强度调制IM方式传输；在同轴电缆分配网中以正交振幅调制∕频分复用QAM∕FDM射频载波方式传输。第39页/共258页

3）广电城域网的交互信道广电城域网的交互信道也是一个点到多点的网络，从网络层面看，交互信道由核心层网络、汇聚层网络、接入层网络三大部分组成。从网络物理结构看，交互信道由一个主中心和若干个分中心、一级光纤干线网和二级光纤干线网、以及城域接入网组成。

广电城域网交互信道中，主中心和若干个分中心组成的能完成核心层加汇聚层功能的构件的集合称为城域核心网；从分中心到用户数据终端之间完成接入层功能的构件的集合称为城域接入网，如图1.2所示。第40页/共258页第41页/共258页

城域网交互信道技术的发展有三个主流方向：

IP城域网技术，城域以太网技术，光城域网技术。对应每种技术有相应的组网方案。

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a）IP城域网技术属于城域数据网范畴，IP城域网指利用路由器组网，核心、汇聚节点之间利用POS端口互连。

b）城域以太网也属于城域数据网范畴,城域以太网指利用L2/L3交换机组网，节点之间利用光纤互连。第43页/共258页

c）光城域网属于传送网范畴，它的核心是利用光传输网络直接承载IP/Ethernet，为上层的业务提供更有效的承载。

使用各种光纤链路如SDH/SONET连接、DWDM/CWDM连接或者RPR连接,用以承载IP/Ethernet。

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根据光纤链路类型的不同，光城域网技术可分为

MSTP技术、

RPR技术、

DWDM/CWDM技术。

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广电城域网交互信道核心网采用的组网技术有：千兆万兆以太网（GE/10GEEthernet）技术

IPoverATMIPoverSDHMSTP（多业务平台）

DPT（动态分组传输）

RPR（弹性分组环）

IPoverWDM技术这些技术中除IPoverWDM以外，其余的都已经在广电城域网交互信道中实际采用。

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广电城域网交互信道接入网采用的组网技术有：光纤接入

HFC双向网+CableModem接入以太网接入

EPON+EoC接入本地多点分配业务（LMDS）接入这些接入方式视不同用户群而定。例如：光纤接入用于专门的高端用户，HFC双向网+CableModem接入主要用于广大的公共个人用户，以太网接入（即所谓的五类线接入）既可用于广大的公共个人用户也可用于集体用户，EPON+EoC接入主要用于广大的公共个人用户、也可以用于专门的高端用户，本地多点分配业务（LMDS）接入是一种无线接入方式，目前主要用于无法有线入户的公共个人用户和商业用户。第47页/共258页

2、广电城域网的实际结构广电城域网中的两个信道系统组成的实际网络由以下几大部分组成：主前端/主中心、光传输网、分前端/分中心、同轴分配网、用户设备。

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不同的城市，由于覆盖的区域大小不同，实际网络分为以下几大类：

a）主前端/主中心+一级光网+同轴分配网/双绞线网+CM(STB)/网卡

b）主前端/主中心+一级光网+分前端/分中心+二级光网+同轴分配网/双绞线网+CM(STB)/网卡

c）主前端/主中心+一级光网+分前端/分中心+二级光网+三级光网+同轴分配网/双绞线网+CM(STB)/网卡

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如果考虑到光网的传输光波长有1310/1550nm两个波段，实际网络的结构将演变成6种：

a）主前端/主中心+1310nm一级光网+同轴分配网/双绞线网+CM(STB)/网卡

b）主前端/主中心+1550nm一级光网+同轴分配网/双绞线网+CM(STB)/网卡

c）主前端/主中心+1310nm一级光网+分前端/分中心+1310nm二级光网+同轴分配网/双绞线网+CM(STB)/网卡

d）主前端/主中心+1550nm一级光网+分前端/分中心+1550nm二级光网+同轴分配网/双绞线网+CM(STB)/网卡

e）主前端/主中心+1550nm一级光网+分前端/分中心+1550nm二级光网+1310nm三级光网+同轴分配网/双绞线网+CM(STB)/网卡

f）主前端/主中心+1550nm一级光网+分前端/分中心+1550nm二级光网+1550nm三级光网+同轴分配网/双绞线网+CM(STB)/网卡第50页/共258页

按广电总局对城域网改造意见规定，同轴分配网有三种结构：

a）三级放大器的同轴分配网

b）光工作站+一级分配放大器的同轴分配网

c）光工作站+无源同轴分配网（即FTLA）

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系统的级联：广电城域网设计中，以及市-县-乡镇长距离联网中，都会遇到光系统之间的级联和光系统与同轴系统之间的级联问题。

这些系统级联后构成的传输系统总的RF参数(C/N)t、(CSO)t、(CTB)t，与级联的各个分系统的RF参数(C/N)n、(CSO)n、(CTB)n（n=1,2,3…）之间的关系如何计算是必须解决的问题。

第52页/共258页a）1550nm与1550nm系统级联

级联后系统总的RF参数为：

第53页/共258页b）1550nm系统与1310nm系统级联

联后系统总的RF参数为：第54页/共258页c）1310nm系统与1310nm系统级联

级联后系统总的RF参数为：第55页/共258页d）1550nm系统与同轴RF系统级联

级联后系统总的RF参数为：第56页/共258页d）1310nm系统与同轴RF系统级联

级联后系统总的RF参数为：第57页/共258页e）同轴RF系统与同轴RF系统级联级联后系统总的RF参数为：第58页/共258页

系统级联小结：从上述各种级联公式中看出，公式的形式都是一样的，只是系数不同。各种级联公式的系数如下表第59页/共258页3、广电城域网广播信道设计特点按国际标准J.83和J.112定义，广电城域网广播信道既能传输模拟信号（下行），也能传输数字信号（包括下行和上行）。因此，它通常由HFC网络构成。

HFC网络是一个光纤-同轴电缆混合网络。光纤网络部分通常由两级光纤网组成（城市大时也有三级光纤网），一级光纤网是由一个总前端和若干个分前端构成的双向双路由环形网，二级光纤网通常是一个同缆分纤的双向星形网；同轴电缆网是一个双向电缆网。

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这种网络设计的特点是：

1）在满足系统指标分配条件下，光纤网和同轴电缆网的设计分别进行，

2）光纤网上、下行各自独立设计，

3）同轴电缆网以上行设计为主要考虑因素，辅之以下行设计考虑。通常只要上行设计满足，则下行一般都能满足。第61页/共258页4）HFC网络的定义国际上标准化组织对HFC网络主要有两种建议：DVB建议和MCNS建议。

a）DVB建议数字视频广播（DVB）规范规定HFC网络为单向分配系统，其下行传输已MPEG-2传送数据流（TS）为基础，不包括上行传输，亦不考虑电话之类的双向通信业务。其构成如图示第62页/共258页b）MCNS组织建议

“多媒体有线电视网络系统”（MCNS）成立于1996年1月，1997年3月MCNS针对HFC网络上的CableModem发布了有线电视系统数据处理接口规范，即DOCSIS。1998年4月，国际电信联盟（ITU-T）正式接纳MCNSDOCSIS为国际标准，即J.112以及2000年12月发布的J.122标准。

DOCSIS在HFC网络上建立了一个支持多种业务、基于分组的高速通信系统，并且在网络层上完全采用了IP协议，传送IP分组，这样可以很好地与支持IP协议的设备兼容，在数据链路层使用802.X标准，在物理层使用MPEG-2标准。DOCSIS在数据链路层的介质访问控制子层（DOCSISMAC）为所有的下行数据流传输定义了一个发射设备CableModem前端设备（CMTS）。由CMTS在前端控制整个HFC网上的双向通信业务。第63页/共258页MCNS发布的HFC网络结构如图示第64页/共258页三、有线电视HFC双向网络系统设计和调试在研究HFC双向网络时，通常按上行通道划分为以下4部分：用户分配部分、电缆传输部分、光缆传输部分、前端接入部分。

图为HFC双向网典型方框图。第65页/共258页第66页/共258页1、HFC网络相关标准广电总局标准所对HFC网络已经制定了如下相关标准

GY/T121-1995有线电视系统测量方法

GY/T131-1997有线电视网中光链路系统技术要求和测量方法

GY/T106-1999有线电视广播系统技术规范

GY/T143-2000有线电视系统调幅激光发送机和接收机入网技术条件和测量方法

GY/T180-2001HFC网络上行传输物理通道技术规范

2003.7有线广播电视网改造指导意见

2003.7有线数字电视频道配置指导性意见

GB50200-1994有线电视系统工程技术规范

GB/T17786-1999有线电视频率配置

第67页/共258页2、HFC双向网络设计概念：

在广电业界，通常理解HFC网络时，一般都是将其当作有线电视节目的传输分配网络，即它在光纤干线部分是星形的，而在同轴电缆部分是树形的。但是，将HFC网络设计为双向网络作为接入网来理解，其同轴分配网基本上是总线形结构。即不允许将光节点引出的同轴电缆再作为干线，而是一条分配线。

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双向网设计及调试中注意的几个问题：双向器材安装不等于双向网络建设完成

CableModem上线不等于双向网络验收下行设计合理不等于上行设计合理增加光节点不会改善系统的SNR(上行)

部分链路的改造不会直接带来系统的SNR提高合理的设置与调整无法改善系统本身结构不合理所带来的缺陷第69页/共258页

a）传统的HFC有线电视网：设计的原则是，保证下行最高频率点的正向路径损耗基本一致，如光节点输出电平为100dBμV,用户电平设计为70dBpV，则从光节点至用户端的下行路径损耗均为100－70=30dB。

这样设计的网络对上行信号而言，因其最高频率仅为65MHz，各用户的上行信号回传时，由于经由的路径各不相同，从各用户端至光节点的回传路径损耗往往要相差几十dB，造成从各用户端至光节点的回传路径损耗严重不一致。

这样的网络对回传业务的开展将是十分困难的，常常出现的情况是初期开通某些少数用户时容易，而回传用户增多后开通信号将非常困难。光节点小区面积越大，户数越多，要使各用户端的回传路径损耗保持一致的目的也越难达到，网络设计也越困难，这也是HFC网络光节点小区不能太大的一个重要原因。

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b）作为接入网的双向HFC网络：

上行设计的原则是：当采用电缆调制解调器，此时要求所有

CableModem的信号必须以相同的信号电平到达前端。

如果设计和调整不当，致其电平差异过大，即使管理CableModem的CMTS发出电平调整指令，试图使CableModem受控地调整输出电平，也难以使各用户电平上行到CMTS时一致，结果会出现某些用户上行信号C／N很低，而另一些用户上行信号产生过载失真。

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假定噪声侵入的环境是均匀的：在回传路径损耗较小的节点处的侵入噪声受到的衰减小，对回传通道的影响较大；在回传路径损耗较大的节点处的侵入噪声受到的衰减大，对回传通道的影响则较小。整个回传通道各处的抗干扰能力处在一种不均衡的状态。

为保证各支路上行路径的总损耗近似相等，在网络设计时，要求从各用户端至光节点的回传路径损耗差值小于±(5

～6)dB。按下行正向系统的设计原则确定放大器间距。按上行回传系统进行回传电平的设计。

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c）光节点及光缆干线的设计

对于光节点的覆盖户数，目前业界倾向认为500户一个光节点为标准。而国内城市一般人口密度高、住宅密度大，如果按500户一个光节点规划设计，其初期费用投入相对较大。

现阶段，根据住宅片区地理情况及用户经济情况的不同，光节点之下三级放大器级联，覆盖半径0.8km左右、覆盖户数500～1000户左右也是适宜的。

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对于用户经济条件好、知识层次高的住宅片区，片区规划时可将光节点所带的用户数设计得少一些；对于城郊地段可将光节点所带用户数设计得多一些。随着网络系统的发展，待时机成熟时，再按每个光节点平均500户的规模逐渐拆分。

对于用户数较多的小区，随着多功能业务的逐渐开展，可在光站内部选择安装一个甚至两至四个反向光发射模块。这样网络结构基本不变，表面上看光节点覆盖的户数不变，而实际上回传通道一分为二，不仅使反间汇聚噪声一分为二，而且反向带宽也扩展了一倍。

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d）电缆干线的设计

（1）在网络的电缆干线设计时，尽量采用分配器作为分路器件，禁止使用分支损耗大于10dB的分支器，以保证各支路的上行路径损耗近似相等。其代价是使正向电平有所损失，放大器间距缩小。

（2）网络路由尽量设计为多级星型传输结构，因为多级星型由中心到用户的分配过程正是由各用户上行逐级汇集的过程。只要保证了对称性，上行电平一致，下行电平必然一致。

（3）对回传通道进行损耗均衡。对于一些特殊的支干线，如果回传路径损耗相对过小，可以设计插入一个回传衰减器，以减小与其它支路的回传路径损耗的差异。该回传衰减器只对回传频段进行衰减，完全独立于正向通道。

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e）用户分配网的设计

用户分配网在这里指楼放至用户端的分配网络，大量的实验数据表明，50％干扰信号来自用户分配网，分配网的抗干扰能力很大程度上决定了整个系统抗干扰性能。

（1）采用集中分配方式。从理论上讲，楼道内采用集中分配的方式入户，既保证了各用户的下行路径损耗一致，又保证了各用户的上行路径损耗一致；同时减少了大量的电缆接头，降低了网络故障率，减少了干扰信号的侵入点，大大降低了系统中的反射，这是一种比较理想的结构。但这种方式施工难度较大，楼道内并行敷设的线路较多，户线管管径要求很粗。折中的办法是尽量多采用4分支、6分支等分路器件。

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（2）层间线改造为四屏蔽电缆。用户分配网的电缆线全部采用四屏蔽电缆不仅减少了上行噪声的侵入，而且可以防止空中干扰信号对系统的影响。但在网络改造中，入户线很难重新敷设，较为实际的做法是层间线改为四屏蔽电缆，而入户线暂不改变。这样做一方向避免了重新入室敷设线路；另一方面的考虑是，假如楼内的噪声侵入环境是均匀的，从入户线侵入的噪声干扰经分路器件（如416），干扰信号将衰减16dB；而从层间线侵入的噪声干扰经分路器件（如416），干扰信号将衰减416的插损1.5dB。可见，假如侵入相同功率的噪声，层间线的侵入噪声因受到的衰减少，要比入室线的侵入噪声对回传通道的干扰大得多。将层间线更换为四屏蔽电缆实际上也就增强了层间线的抗干扰能力。（3）在楼内分配系统，因单元与单元之间的电缆长度较短，一般在25m左右，由此造成的不同单元之间的回传路径损耗相差不大，所以在楼内分配系统不用设置回传衰减（均衡）器。

第77页/共258页3、HFC反向通道的调整

a）调试的一般概念

进行CATV网络的调整时，为了说明两点或多点之间的电平关系，可以采用两种表示法：*描述信号绝对电平值的“信号电平”dBmV或dBμV；*描述信号相对电平值的“增益”或“损耗”dB。实际的HFC网络中，反向信号是突发的，一般的仪器很难测量。因此，没有必要测量上行信号在每个设备端口的电平值，只要测量出某个设备端口到CMTS上行端口的链路损耗，就可以确定上行信道在这个端口的电平值。

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HFC网络正向通道的设计方法，主要是考虑信号的电平，以及网络如何合理分配信号电平来进行设计。

HFC网络反向通道的设计方法，考虑的主要是链路的损耗，电平并不重要，因为CM的输出电平是不确定的。它由CMTS对每一个CM进行测距后，由AGC控制CM的输出电平（AGC的控制作用是通过通信协议确定每个CM的发射电平，使不同的反向信号到达CMTS的电平值保持一致）。由于每个CM的链路路由长度不同，所以每个CM的链路损耗都不同，因而就造成了每个CM的发射电平都不同。在反向通道的调试中，只需要知道链路的损耗就可推算出网络某一点的反向电平值。

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b）回传系统调试总的原则

回传系统的设计和调试必须确保用户电平的归一性，即从任一用户端发送同一频率的上行信号，通过上行回路传输至回传光接收机注入CMTS的信号功率应基本恒定。

调试的顺序是从光节点向用户端逐级调试，直至系统末端。所以回传系统调试总的原则是：在回传光发射机激光器工作在最佳工作点和回传电缆放大器工作在基准电平的情况下，确保前端回传光接收机的输出电平保持恒定。

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c）回传通道的功率分配

由回传激光器的最佳工作点得出回传光发射机的输入信号总功率，然后按“每Hz固定功率法”计算出在此功率下回传通道的每Hz功率，再根据各项业务的信道带宽计算出各项业务对于回传光发射机的输入电平，并以此电平调整光链路。信道功率=信号功率谱密度(dBμV/Hz)+10lg(BW)

对于总的分配带宽，根据新的国家标准，回传频带为5～65MHz。实测表明，15MHz以下因各种干扰较大而基本不用，这样可用反向带宽50MHz，考虑到频带预留及移频等措施对噪声入侵的保护，可留20％的余量。

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这样计算功率分配时，总的上行带宽为40MHZ：每Hz功率=输入激光器总RF功率一10lg（回传通道带宽）

=41dBmV一10lg（40MHz）

=－35dBmV／Hz

如果CableModem业务信号带宽为3.2MHz，则该业务对激光器的输入信道功率为：

信道功率=-35dBmV／Hz＋10lg（3.2MHz）=30dBmV

如果CableModem业务信号带宽为6MHz，则该业务对激光器的输入信道功率为：

信道功率=-35dBmV／Hz＋10lg（6MHz）=33dBmV第82页/共258页

以下举一个实际例子，计算回传链路中回传信号的传输损耗和各点电平：

第83页/共258页图中用户盒数据端口的插入损耗=－4dB，用户盒端口到分配器的出口的损耗=－19dB(65MHz,3dB电缆损耗,16dB分配损耗)，分配器输入口到放大器的RF回传口的损耗=－7dB(65MHz,3dB电缆损耗,4dB分配损耗)，放大器的RF回传口到反向放大器RF输入脚的传输损耗=－7dB(65MHz,3dB插入损耗,4dB分配损耗)，反向放大器增益=24dB,

反向放大器RF输出脚到放大器回传输出口的损耗=－6dB，放大器回传输出功率谱密度=21dBμV，

反向放大净增益=24－

6－

2－

5=11dB,

放大器回传输出口到光工作站RF输入口的损耗=－11dB7(65MHz,3dB电缆损耗,8dB分配损耗)，

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电缆调制解调器（CM）的RF发射功率上限为115dBμV，占有带宽为

3.2MHz。发送信号功率谱密度最大值为

115dBμV－10lg(3.2MHz)=115－65=50dBμV/Hz

为保证CM发射电平留有余地，设计电平值=105dBμV3.2MHz带宽内的功率谱密度=105－10lg(3.2MHz)=40dBμV/Hz

从给出的图中可看出从系统输出口到放大器的回传信号输入口的回传总损耗=30dB

回传放大器回传信号输入口信号功率谱密度=40dBμV/Hz－30dB=10dBμV/Hz

回传放大器回传信号输入口信号总功率=10dBμV/Hz+10lg(3.2MH)=10+65=75dBμV

如果回传放大器的RF净增益为11dB，则回传放大器RF输出信号功率谱密度=11dB+10dBμV/Hz=21dBμV/Hz

在3.2MHz带宽内的RF总功率=21+10lg(3.2MHz)=86dBμV

回传放大器到光工作站的损耗为11dB，则回传放大器输入口到光工作站回传输入口的增益为0dB。

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从上述讨论可知：

光工作站RF回传口的回传信号功率谱密度（回传信号电平）既不是在网络设计时人为地设置的，也不是由设备生产商给出的，其本质上是由无源分配网络的回传损耗决定的。当无源分配网络的拓扑结构、传输电缆型号和长度确定之后，自系统输出口（CM的RF输出口）到分配放大器回传输入口之间的回传损耗就确定了，CM回传到分配放大器回传输入口的信号功率谱密度也就确定了。如果正确设置回传通道，则分配放大器回传输入口到光工作站回传输入口是0dB增益。于是光工作站回传口的信号功率谱密度与分配放大器回传输入口的信号功率谱密度相等。显然，在正确设计和设置回传通道前提下，光工作站回传口的RF信号功率谱密度的大小取决于无源分配网的回传损耗。第86页/共258页

为保证回传信道稳定工作，在回传放大器输入口各种业务最大回传发射信号的功率谱密度都不应该超过回传功率谱密度最小的那种业务。通常，CableModem（CM）业务回传发射信号的功率谱密度在现有的各种业务中最低，所以,回传信道设计以CM业务为设计目标。为保证长环路AGC正常工作，CM或其它任何业务的RF发送电平都不应该设置在最大发射功率状态。通常，都应留出(5—10)dB的余量。实际设计和调试时，一般希望双向放大器的回传口的回传功率谱密度在(5—15)dBμV/Hz范围，在60MHz带宽内的总功率控制在(83—93)dBμV。为了实现单位增益，根据放大器回传输出口，到前一级放大器或光工作站的回传输入口回传链路损耗的大小，进行回传放大器的增益设置。使各种业务在回传放大器的输出口的回传信号功率谱密度相等。

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d）回传通道的噪声功率比（NPR）与激光器的RF激励总总功率

ⅰ）回传激光器的NPR

回传通道的数字调制信号在频谱上是连续、均匀分布的，如图示

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所以其非线性失真产物也有无数个，在频谱上是连续的，不象正向通道呈现典型的差拍群，看上去更象噪声，在频谱上和噪声叠加在一起，无法区分，引发的效果和噪声一样。因此不能用C／N、CSO、CTB来描述其特性。

NPR是数字信号电平与反向通道总噪声功率之比。这个总噪声是由热噪声、干扰噪声和数字非线性失真的交调噪声按功率叠加而成。NPR是数字回传通道最主要的性能指标。

第89页/共258页NPR与输入回传激光器的RF电平关系曲线如下图，在图中：输入功率较低的情况下，NPR等于由激光器RIN噪声、光纤和接收机噪声贡献的C／N。随着功率的增加，NPR将会改善。在某一输入功率时，NPR达到最大值，在这个功率之上，互调产物及削波产物急剧增加，NPR下降。初始的下降主要是二阶互调，然后很快进入激光器削波起作用的范围，NPR急剧下降。

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ⅱ）回传激光器的RF激励总功率研究表明：无隔离的DFB和FP激光器RF激励总功率一般在

100dBμV左右，即在60MHz带宽内的信号功率谱密度为22dBμV/HZ。但是，不同品牌的回传激光器的RF激励总功率有较大的分散性，大约在(95—110)dBμV范围。回传通道设计与调试的核心问题是，采取合理的措施，保证加到光工作站内的上行激光发送机中回传激光器上的RF信号总功率在一个合适的范围内，既不能太小，也不能过激励。加到回传激光器上的RF信号总功率这个合适的范围是多少？

行业标准GY/T194-2003规定了回传激光器工作的的动态范围，该标准规定：“在由反向激光发送机和反向光接收机构成的光链路中，当链路损耗为5dB，NPR大于30dB时，采用FP激光器的发送机动态范围应大于10dB，采用DFB激光器的发送机动态范围应大于15dB。”

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实际上，对于一个良好的回传系统，回传激光发送机NPR为30dB时，动态范围大于20dB，NPR为40dB时，动态范围大于10dB。如图所示第92页/共258页

回传通道的光纤部分和同轴电缆部分的最佳工作点设计，就是确定输入到回传放大模块、光工作站端口以及上行激光发送机的回传激光器上的RF信号总功率。回传通道的调试，则是通过调节回传放大器或光工作站内的相应插件、部件和可调元件，保证回传激光器、放大模块工作在设计状态，使回传激光发送机的输出光功率、CM、机顶盒和回传放大器的RF输出功率（电平）达到设计值。回传射频系统的电平选择与回传光链路不同：对于回传激光器要保证RF输入电平不要太高，以免产生削波而劣化NPR；对于RF系统来说，则需要确保其电平达到一个合理的高电平，以提高其抗干扰能力。第93页/共258页

美国CableLabs对回传通道的测试报告给出的结论是：

设计和调试回传通道时，总是使加到回传激光器上的RF信号总功率处在NPR动态范围的中部。这样的设计和调试，即使在全频带满负荷激励时，回传激光器也不会过激励；而仅有一个回传信道工作时，也处于回传激光器的动态范围内。若由于某种原因是激励功率增大或减小，回传激光器既不会过载削波，也不会因激励太小而使NPR过分劣化。因此，选择回传激光器时，应选择NPR最大值在(40—50)dB的回传激光器。第94页/共258页

从NPR曲线图看出，NPR曲线右侧下降较快。通常，回传激光器的最佳工作点定义为NPR从最大值下降7dB（平均5—10dB）所对应的输入功率，此即为回传激光器的最佳工作点。这样，对于电平的变化及较大冲击干扰和汇聚噪声，留有足够的余量。

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这个最佳工作点也就是实际工作时要求输入到回传激光器的RF信号总功率。在生产厂家设备手册里，没有明确注明回传激光器在最佳工作点时的输入信号功率电平，而只是给出一定条件下的RF信号输入功率。如某公司回传光发射机型号NRT－WB2HP，在设备手册里只是给出：视频输入电平10～20dBmV，数据输入电平-13～20dBmV。据此经过换算，该激光器的最佳工作点为40～45dBmV，即实际工作时要求输入到激光器的总功率。

第96页/共258页e）HFC反向通道损耗的确定

HFC反向通道可分为四大块（如图所示）：第97页/共258页A块：CM至楼放输出口，反向损耗一般设定为-30±4db。

B块：电缆干线网部分（包括干放、延放与楼放）至光站（具有双向传输功能的光节点）的输出端口，反向损耗设定0db（采用单位增益设计）。

C块：光站至光接收机部分，损耗与光设备的选择有关，一但光设备选定了，损耗也就确定了。例如安泰克LLRX200光站与LLRR光接收机组合损耗为+15db（光接收机的输入功率为-7dbm时）。

第98页/共258页

D块：光接收机输出端至CMTS的输入端口部分，这块的作用是将多条光链路输出的信号混合成一路输入CMTS，此块的插入损耗按下公式计算：插入损耗＝（业务带宽×上行通道的每赫芝RF功率）－CMTS要求的输入电平值为了使整个通道达到长链路AGC的要求，需要对这一块进行精确的设计，否则，即使光接收机之前的反向通道工作得很好，但由于反向光接收机至CMTS之间的通路没有设计好，仍然会使反向通道工作不正常。第99页/共258页

D块设计：以ANTEC的LLRR上行光接收机为例，当其输入光功率为-7dBm时，其输出总RF功率为100dbμV，每赫芝RF功率是

100-10Lg(40MHz)=24dbμV/Hz，

CM的业务带宽为6MHz时，则CM业务在反向光接收机总的RF输出功率中占有的RF功率为

24+10Lg(6MHz)=92dbμVCMTS要求的输入电平值为60dBμV，所以，插入损耗为

60-92=-32dB(±1db)，

D块是整个反向通道最大的一个汇集点，一个CMTS端口可以容许4—6路光链路混合后输入，若混合的光链路过多会使通道的噪声增加，使CM频繁掉线。实践证明，2--4路光链路混合后输入CMTS为佳。上行信号在进入CMTS之前，应接一个3db左右的固定衰减器，作用是：改善通道的驻波性能，提供其它业务的接入余量。

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目前，CM的最大输出电平为120dbμV，为了保证系统有较高的CNR值（要求CNR≥25db,BER≤10-9），将CM的发射电平范围设定为103--117dbμV，动态范围14db作为CMTS的测距AGC控制余量（CMTS的输入电平通过AGC控制被钳定在60±1dbμV）。动态范围14dB分配如下：

*分配网：由于各CM的路由差别所造成的汇集电平差较大，分配余量为8db，所以，在楼放的输出端口处分配网的汇集电平均差不超过±4db。

*电缆干线网部分：在调试中按单位增益的概念调试。通过调试使网络中的每一级放大器间的增益均为0db，从而实现图中B块总增益为0db的目的。这块只需分配4db的余量作为温度所造成电缆损耗的变化和放大器增益变化的补偿。

*光纤链路：由于采用了归一化的调试，只需考虑设备增益变化的影响，分配2db的补偿余量。

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CM的最大发射电平为（由安泰克LLRX200光站与LLRR光接收机组合的反向光链路）

CM的最大发射电平=CMTS的输入电平－D块的损耗值－

C块损耗－分配网A块的标称损耗－附加的最大损耗值

=60+32-15+30+10=117dbμV