HFC网络的回传通道设计与调试.ppt

1、感谢阳泉煤业集团有限责任公司 新闻信息中心 邀请 无锡路通电子技术有限公司 参与HFC网络双向改造技术交流！,HFC网络回传通道的设计与调试,无锡路通电子技术有限公司 熊承国 EMail：,1996-2004共投入950亿美元全面改造HFC网络:,每个用户投入1,300 US$,2004年底: 9900(9500-2003)万家庭可接入双向750MHz/(90% 04)85%的网全面改造/改造160万公里的网络 平均: 每个用户投入US$1,300.00 1999: 106亿美元, 2000: 146.1亿美元, 2001: 160.7亿美元, 2002: 145.3亿美元, 2003年106

2、亿美元, 2004: 95亿!,代前言,代前言,美国: 自1996年以来总投入US$950亿美元全面升级改造网络。 到2004年底1.1完成双向改造亿户, 99% 为750MHz系统。 2500万数字电视用户,/2200万CM宽带用户,(ADLS用户1100万) 每季度200万新用户增长 大量用户从1.5Mbps升级为3Mbps速度,用户满意度更高, ADLS难以达到! 有线网为此开了许多丰富视频的网战, E!Online, G4, The Weather Channel。 同时开展VoIP业务! 近300万电话业务。行业总产值: US$494.3亿美元 欧洲: 英国, 法国, 西班牙, 意大

3、利, 德国正开始全面改造现有有线电视网! 日本: 电信分家后NTT先和CATV合作全面开展有线网络业务, 利用PON技术光纤进家庭。 日本一马当先，吹起了FTTH的号角。 2002年1月FTTH户数只有1.2万户，第3季度发展到10万户， 2003年3月已超过26万户，到2003年7月FTTH户数达到了53.1万户， 2003年底达到了100万户。现在每一季度增加150万户, 呈爆炸式增长。 过去日本CATV一直落后, 但在电信的推动下也在快速建设有线电视双向网.,第一章 HFC双向通道的设计原则,有线广播电视网已经成为国家的重要战略资源和国要的 信息化基础设施之一。 各种研究成果认为，双向H

4、FC网可传输任何形式（格式）的电号， 具有带宽优势、结构优势和市场优势。技术的进步已经使得HFC网络 的双向改造完全可以顺利实施： 现在进行HFC网络的设计、新建和改造时，我们的目标都是为 了建造一个宽带、稳定、可逐步扩展的双向综合信息传输网络。因 此，不管是正向通道还是回传通道的设计，都应遵循一些共同的设计 原则。 我们认为主要应遵循： 可靠性原则 开放性原则 扩展性原则 实用性原则,1. 高可靠原则,双向HFC网络设计首先必须遵循高可靠原则。 高可靠原则主要应该包括以下含义： 网络设备、部件的可靠性要明显提高(设备、部件自身的MTBF要高、设备内关键部件应热冗余备份)。可靠的设备是网络实现

5、高可靠运行的基础。国内CATV有源设备MTBF2万小时，无源设备MTBF4万小时；路通公司建议，双向HFC网络中的有源设备MTBF应大于10万小时，无源设备的MTBF应大于20万小时。 设计网络拓朴结构时，要优先考虑网络的可靠性指标。主干网络应该具有自愈（冗余备份）能力。 网络建设和施工遵循高可靠原则（低故障、易维护、易管理）。 网管系统必须满足国标及开放式网管标准（SCTE HMS标准），真正实现对网络设备的有效监控，充分满足网络可靠性要求。 设备的安全性（接地、防雷、抗浪涌）、系统安全性（主机、操作系统、应用系统直到底层硬件平台进行完整的安全设计）也是可靠性设计的重要内容。,2. 开放性原

6、则,开放性原则，主要是指CMCMTS及HFC设备网络管理系统的开放性和兼容性。 软件应有方便的系统扩容和版本升级能力，升级后的软件或版本有向下兼容能力，且不影响已有的设备和器材及系统的正常工作。 CMCMTS遵循国标及DOCSIS标准。 网管软件应完全满足国标并遵循开放式SCTE HMS网管标准。 网管应答器应和国际、国内主要CATV设备供应商的遵循HMS标准的网管应答器兼容。 设备的网络管理向上应遵循SNMP协议，可以将网络管理软件与网络公司的各种内部管理软件(MIS系统,GIS系统等)集成在一个统一的软件平台上，真正实现整个网络的计算机统一管理。 设备接口参数、插件接口、插件规格等要求标准

7、化，归一化。,3. 扩展性(平滑升级)原则,现在进行HFC网的改造及新建，应该也有可能实施扩展性设计，从而最大限度地保护有线网络公司的投资。 扩展性(平滑升级)原则包括以下含义: 网络拓扑结构必须考虑网络升级的要求（例如平滑地缩小光节点）。 无源器件全部按51000MHz选购。 分配放大器全部按5MHz860MHz(或l000)MHz双向放大器要求选购，目前使用频段按网络现状配置。 光通信节点、光工作站内关键部件均应预留热冗余备份插件位置。 回传选件应该预留，可以在现场升级。 网络管理选件应预留接口，可在适当的时机现场升级。 电放大站(器)最好能够平滑升级为相同规格的光通信节点或光工作站。,4

8、. 实用性原则,在新建或改造HFC网络中，实用性原则是必须要考虑的重要因素。按最低投入，获得最佳性能价格比，建成一个可平滑升级的高可靠双向HFC综合信息网是网络公司和设备供应厂商共同追求的目标。 可平滑升级的设备 。 遵循DOCSIC规范的CMCMTS设备。 开放性网管系统。 尽可能低的供货价格 。 最佳性能/价格比 （既不应该盲目追求技术的先进性，也不可以一味追求低价格）。 。,第二章 正、反向通道设计的异同,1. 正向通道和回传通道设计的相同点 传输链路中的有源设备(光发送机、光站、放大器等)都是用于尽量完善地补偿该站点（光节点或放大器）与相邻的上一个站点之间那段线路的损耗(光路损耗、电缆

9、损耗或无源器件损耗等)。 系统设计的目的是在相邻站点之间实现单位增益(0dB增益)。 力求保持传输信号质量劣化最小，并必须满足国标要求。 追求系统的最高性能/价格比。 设计时必须充分考虑系统的未来发展趋势和规模。,2. 正向通道和回传通道设计的不同点,下行流和上行流的工作特征,城域网广播信道基本结构模型,图1,图2 HFC双向网络正向通道分配系统示意图,小结,根据正、反向传输通道的相同点可以得出以下结论： 设计和调试都遵循“单位增益”原则。 设计和调试都应从前端向用户端逐级进行。 系统设计时必须充分重视网管系统在双向HFC网络中的作用。 根据正、反向传输通道的不同点可以得出以下结论： 回传通道

10、的设计和调试采用每Hz固定功率法。 正向信号建议采用对称分配方式入户，克服回传电平均衡的难题。 适当提高回传信号电平以改善回传信号的NPR。 回传通道的设计和调试必须特别注意侵入噪声和组合互调噪声。 回传通道设计和调试中必须注意信号注入点和单位增益点的选择。,第三章 回传通道设计和调试的关键技术,在HFC双向网络的建设中，回传通道的干扰、噪声和电平均衡始终困拢广大CATV工作者。实践业已证明，只要我们在设计和调试中认真处理好以下三个关键技术，这些问题完全可以很好地解决。 汇聚噪声干扰 电平均衡调节 回传通道的NPR、BER和回传通道的阻塞,1. 汇聚噪声,回传通道的汇聚噪声包括三类噪声：热澡声

11、(机理性噪声)、模拟和数字信号非线性失真产生的互调噪声和侵入干扰噪声(缺限性噪声)。总噪声功率就是这三个噪声分量的功率叠加(对数和)。侵入干扰和互调噪声的贡献要显著大于热噪声。 侵入噪声（ingress noise）是指侵入电缆网络的电磁干扰，即不期望的干扰信号进入了同轴电缆支路，并对系统产生影响。包括：短波通信、短波广播、民用无线电波段信号、家用电气、工业设备、交通设施产生的干扰等等。 国内有人忽视了互调噪声，认为热噪声比侵入干扰对回传通道的影响小得多，可不考虑，回传通道的汇聚噪声就只有侵入噪声。“堵”住了侵入噪声 ，回传通道的汇聚噪声问题就解决了，这个结论是错误的。国内外许多成功的实践都证

12、明了组合互调噪声对回传通道的设计与建设是决不应该忽视的问题。特别是当双向业务的用户显著数增加时，回传突发数据信号功率可能引起反向激光发送机不同程度的过载，回传信号的组合互调噪声会明显劣化回传通道的NPR，这将导致回传误码率的增加,甚至阻塞回传通道的工作。除了仔细设计和正确调试之外，适当减小光节点复盖的用户数，仍然是改善载波/组合载噪比及噪声功率比最稳妥的办法之一。 减小侵入噪声危害的方法是：HFC双向网络中的设备必须满足EMC规范的要求。即激光发送机、光接收机、放大器、分配器、RF连接器、电缆等等都应该具有足够的屏蔽性能和抗扰度。同时在施工中要十分仔细，严格控制施工质量。 此外,用户盒可以选用

13、特制全屏蔽TV-DP式输出口（在TV端加上回传通道抑制电路来减小用户端的侵入干扰可以采用，但存在固有缺陷）。,2. 电平均衡：网络拓扑结构的变化对称分配入户,网络拓朴结构：单向广播网的树技型拓朴 多级星形拓朴结构。 采用对称型集中分配方式入户。 放大器的功能的变化： 单向: 补偿正向损耗 双向： 主要补偿回传损耗（提高抗干扰性能， 适当提升正向电平。 图3 对称入户分配网络示意图,采用集中分配入户方式， 基本上不使用分支方式入户（1）,图4 集中分配入户方式示意图（1） 高增益、高输出电平、大的分配损耗、大回传损耗 （正向分配损耗3540dB，反向回传损耗2530dB）,采用集中分配入户方式，

14、 基本上不使用分支方式入户（2）,图5 集中分配入户方式示意图（2） 低增益、较低输出电平、小的分配损耗、小回传损耗 （正向分配损耗1525dB，反向回传损耗1020dB）,3. 回传通道阻塞和回传通道的NPR,所谓回传通道阻塞，是指回传通因某种原因无法正常通信而处于瘫痪的状态。这是用户和有线网络公司都十分重视的一个问题，也应该是设备供应商重视的问题。在回传通道的设计和调试中必须解决这个问题。 连续过大的侵入干扰功率使回传激光发送机严重过激励，导至回传通道的载波/组合噪声比显著劣化，回传解调器不能正常工作而使回传通道瘫痪。 回传通道调试不当或回传设备性能不良，至使在突发大量回传信号时，使回传激

15、光发送机严重过载，导至回传通道的载波/组合噪声比显著劣化，回传解调器不能正常工作而使回传通道瘫痪。这个问题在国内尚未十分重视，因而在此特别强调应深入研究和试验。 国内有人忽视了互调噪声，认为热噪声比侵入干扰对回传通道的影响小得多，可不考虑，回传通道的汇聚噪声就只有侵入噪声。“堵”住了侵入噪声，回传通道的汇聚噪声问题就解决了，这个结论是错误的。国内外许多成功的实践都证明了组合互调噪声对回传通道的设计与建设是决不应该忽视的问题。特别是当光节点复盖用户数增加时，回传突发数据信号功率可能引起反向激光发送机不同程度的过载，回传信号的载波组合载噪比会明显劣化导致NPR降低，有可能导致回传通道阻塞。,回传通

16、道阻塞和回传通道的NPR （续1）,图6 反向激光发送机和反向光接收机所构成的回传链路的本底噪声和NPR,回传通道阻塞和回传通道的NPR （续2）,图7 反向激光器的激励功率增加10dB使噪声本底增加26dB,回传通道阻塞和回传通道的NPR （续3）,图8 反向激光器的RF激励增加15dB使噪声本底抬高了35dB,第四章 回传通道的设计考虑,回传通道的设计计算与正向通道的设计计算有很大差别。 正向通道设计中，我们主要考虑： 系统设计的目的是在相邻站点之间实现单位增益(0dB增益)。 力求保持传输信号质量劣化最小，并必须满足国标要求。 追求系统的最高性能/价格比。 在回传通道设计中，除了必须同样

17、满足以上要求外，我们必须解决的设计问题包括： 系统设计所遵循的标准。 网络拓朴结构的变化.树枝形拓扑结构变为多级星形拓扑结构。 根据数据传输速率（或占有带宽）的要求决定光节点复盖范围.5000户/每节点 2000户/每节点 500户/每节点 250户/每节点。 网络业务内容、频率资源分配。 RF功率分配:在回传通道带宽范围内，按各种业务占有带宽分配回传信号功率（每Hz固定功率法）。 计算加到反向激光器的RF激励功率。 电缆分配网络和RF放大器正向和回传RF信号电平(功率)计算。 前端设计和回传链路NPR估算。,1.回传通道设计依据的标准：,GY/T 18O2000 HFC网络上行传输物理通道规

18、范 GY/T 1852002 有线电视系统双向放大器技术要求和测量方法 GY/T 1942003 有线电视系统光工作站技术要求和测量方法 IEC 6O728-10 电视和声音信号的电缆分配系统 第10部份 反向通道系统性能 IEC 60728-7-1 HFC户外设备状态监测 物理层规范 IEC 60728-7-2 HFC户外设备状态监测 MAC层规范 行标 GY/T 18O-2000: 该标准中尚有有一些技术问题有待研究 1在该标准文本中，将侵入噪声、脉冲噪声、热噪声归为汇集噪声。并且未计及组合互调噪声。标准中提出的测量方法也好像不能保证实现将侵入噪声和脉冲噪声功率与热噪声功率同时可靠测量以得

19、到本标准规定的测试指标。 2本标准测量方法中还规定了一项用户端口保护隔离能力测量方法，但在技术指标中未规定要求。从描述看该项测试是测量三态开关或用户寻址关断开关的关断能力。 3通道串扰比的测试方法：注入信号为扫频仪输出120dBuV，有待对信源二次谐波和反向激光器在高激励下二次失真产物的影响进行验证,1.回传通道设计依据的标准（续）：,下表是从系统输出口至前端（或中心）反向数据信号接收机的输入口这两个参考点之间的反向通道的技术参数限额值（IEC6072810）,2. 网络拓朴结构,双向HFC网络的网络拓朴结构从改善回传通道的信号传输质量出发，应该从传统的树支形拓朴结构变成多级星形拓朴结构。这样

20、改变对回传通道性能的改善是很明显的： A, 解决了回传通道的电平均衡难题,回传通道调试工作量大大减轻. B, 大大减少了RF接头的数量，系统可靠性显著提高. C, 侵入干扰点显著减少，侵入噪声可以明显减小. D. 回传通道的NPR将会明显改善(回传信号始终保持在个合适的 电平上，远高于侵入干扰和组合互调噪声电平)。 路由选择、节点位置设置应考虑到网络未来能平滑升级，例如应考虑到今后将可以很方便地将一个光节点升级成2个甚至3个或4个光节点。 光节点升级也可以考虑采用二级星形拓朴，这样升级将大大减少前端或分前端出纤数量，显著降低系统造价。 在新建网络时，同轴入户分配网最好采用集中方式，对称分配入户

21、(即采用星形拓朴结构，用分配器分配入户)。,图9 对称分配入户方式(正向通道)拓朴结构示意图,3. 光节点复盖范围的大小的确定,光节点复盖范围大小关系到系统造价、性能与性/价比 光节点复盖的用户数取决于： 分配带宽、每个用户使用速率、调制频谱效率、业务渗透率、业务使用因子 例： 分配给CM的带宽（5个信道，每信道3.2MHz) 53.2MHz=16MHz带宽 每个用户上行传输速率： 128Kbp(128K8=1024kbps) 上行采用QPSK调制，频谱效率为 2bps0.9=1.8bps/Hz 在每个光节点复盖的用户中10%的人使用CM(业务渗透率) 任何时侯均有50%的CM用户使用CM（业

22、务使用因子） 光节点复盖的用户数 1.8(16x106)/(1024103)(0.1)(0.5) =562户(取每个光节点复盖500户) 以上计算基本上符合HFC双向网络的实际情况的,4. 网络业务内容、频率资源分配,网络业务内容： CM(电缆调制解调器): 正反向传输速率明显不对称，特别适宜在HFC双向网络中应用 CP(Cable Phone电缆电话): 正反向传输速率对称，但般不提供断电通话功能。还可提供优质可视电话及会议电话业务 个人通信服务(PCS): 用双向HFC网络作为PCS中继传输网，正反向传输速率对称 网络管理，VOD，CA等 频率资源的分配： （GY/T 180-2001）

23、正向：87860MHz，108119MHz 下行网管信息 55086MHz 下行数字信号 反向：565MHz 520.2MHz 上行窄带数据信道,网管信息 20.258.6MHz 上行宽带数据信道 58.665MHz 上行窄带数据信道,网管信息 不同的应用业务将分配不同的带宽，从而保证回传信号回传到前端时，在回传光接收机的RF输出口上，各种应用业务均有大致相同的NPR和比特误码率。,回传通道频率配置表（GY/T 180）,5. 回传通道的射频功率分配,由于正向和回传通道所传输的信号性质不同（正向通道主要传输模拟电视信号，回传通道传输的是抑制载波的数字调制信号），因此正/反向通道信号电平(功率)

24、的计算和测量方法完全不同： 正向通道：最高频道的图像载波电平为参考电平。 回传通道：功率谱密度乘以信号占有带宽。 信号功率功率谱密度（dBuV/Hz）+10Lg【BW(Hz)】 正因为回传通道传输的是抑制载波的数字调制信号，因此就产生了在回传通道采用每Hz带宽恒定功率法进行RF功率分配的设计和调试方法。 采用每Hz带宽恒定功率法进行回传通道的设计和调试可以保证: A, 各种业务回传信号质量基本相当(反向光接收机输出的RF信号解调后具有相近的BER,因而各种业务都可以稳定工作)。 B, 同业务内各用户回传到前端的信号质量相当(反向光接收机输出的RF信号解调后具有相近的BER,因而各用户都可以稳定

25、工作)。 C, 为未来的业务予留足够的带宽。 D, 规范设计和调试方法，确保回传激光发送机的反向激光器不会过激励而产生削波劣化回传NPR。,回传通道的射频功率分配（续）计算示例（图10）,下面对图10所示网络进行RF功率分配的设计计算。事实上回传通道设计计算的任务就是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，就是确定输入到激光发送机、放大模块以及节点端口的信号功率。回传通道的调试则是通过调节放大器或光节点内的相应插件、部件和调节元件，保证激光器、放大模块工作在设计状态，使反向激光发送机的输出光功率、CM、机顶盒或反向放大器的RF输出功率(电平)为设计值。主要的设计计算包括； l

26、针对诸多应用进行RF功率的分配并在前端按系统需要进行必要的信号处理（回传信号的分配与合成）。 l 确定回传激光器、反向RF放大器的合适工作点。 l 补偿射频系统的损耗以及损耗变化，以保证回传信号到达前端反向光接收机的RF输出口电平合适，质量优良。 l 回传通道的噪声特性估算。,回传通道的射频功率分配（续）计算示例,例1：电缆调制解调器(CMcable modem)的RF发送机的输出功率上限为+115dBuV，占有带宽为 3.2 MHz。该发送机的每 Hz功率最大可达+115dBuV-65dB = 50dBuVHz。从图10看出从系统输出口到放大器正向输出口的回传总损耗为30dB，则放大器的回传

27、输入端口信号电平为：50dBuV/Hz30dB20dBuVHz。在3.2MHz占有带宽内的回传信号总功率最大为85dBuV(=20dBuV/Hz+65dB)。 如果双向放大器的回传RF放大净增益为11dB，则回传RF输出信号功率谱密度为11dB+20dBuV/Hz=31dBuV/Hz，在3.2MHz占有带宽内的总功率则为96dBuV(=31dBuV/Hz+65dB) 。 系统设计和调试时，必须保证在正常链路状况下CM发送功率比最大值小510dB；这是因为考虑到为CM的发送机予留一定RF输出能力以保证CMTS的长环路AGC功能的正常工作。图10中示出CM回传信号功率为105dBuV(在3.2MH

28、z带宽内)时其功率谱密度为40dBuV/Hz（105dBuV65dB）。此时回传到放大器正向RF输出口的信号功率谱密度为10dBuV/Hz(40dBuV/Hz30dB)；在60MHz回传带宽内，放大器的回传RF输出总功率为99dBuV（78dB10dBuV/Hz11dB)；在CM的3.2MHz回传带宽内的功率为86dBuV(65dB10dBuV/Hz11dB），其功率谱密度为21dBuV/Hz。 放大器回传输出口到光站的回传损耗11dB，故光站回传入口的信号功率谱密度10dBuV/Hz。放大器回传入口到光站回传入口G0dB。,回传通道的射频功率分配（续）计算示例,例2 ： 数字电视机项盒的RF

29、发送机输出功率上限为110dBuV，占有带宽250kHz。用同样的计算方法得到每 Hz功率最大可达110dBuV-54dB =56dBuVHz。因为系统的衰减是相同的，所以该RF发送机回传到放大器回传输入端口的最大电平为56dBuV/Hz30dB=26dBuV/Hz,在0.25MHz占有带宽内的最大功率则为80dBuV。 同样，设双向放大器的回传RF放大净增益为11dB，则回传RF输出信号功率谱密度为37dBuV/Hz，在0.25MHz占有带宽内的总功率则为91dBuV 。 如果采用每Hz恒定功率法设置回传设备的反向发送功率，则机顶盒的反向RF发送功率谱密度也必须保证与CM相同，即在0.25M

30、Hz带宽内的反向发送功率应该设置为94dBuV（40dBuV/Hz+54dB）94dBuV）。此时，电视机顶盒的反向RF发送机实际上预留了16dB功率余量。这样设置时，对于机顶盒应用，在占有带宽内放大器回传RF输出信号功率为75dBuV(10dBuV/Hz+11dB+54dB=75dBuV)。,回传通道的射频功率分配（续）计算示例,例3：网络管理系统（NMS）应答器的RF发送机输出功率上限为105dBuV，占有带宽0.2MHz。（假设回传应答器采用QPSK调制）用同样的计算方法得到每 Hz功率谱密度为105-53 =52dBuVHz。因为假设该应答器为双向放大器的内置插件，并在放大器内通过(一

31、20)dB分支器耦合到放大器反向放大单元的输入点，则其衰减为20dB。所以在双向放大器反向放大级的RF输入脚的功率谱密度为52 dBuVHz 20dB=32dBuV/Hz,在0.2MHz占有带宽内的总功率则为85dBuV。 同样，采用每Hz恒定功率法设置回传反向发送功率，CM回传到双向放大器反向放大级的RF输入脚的功率谱密度为3dBuV/Hz；故网管应答器的发送机在0.2MHz带宽内的反向发送功率应该设置为76dBuV（3dBuV/Hz+53dB20dB76dBuV）。此时，网管应答器的反向RF发送机实际上预留了29dB功率余量;双向放大器的回传RF放大增益为20dB时，回传RF输出信号在0.

32、2MHz占有带宽内的总功率则为74dBuV（3dBuV/Hz+20dB+53dB-2dB74dBuV）。,根据计算结果和以上分析，我们可以得出以下结论：,a，即使正向分配损耗达40dB左右时，在双向放大器的回传输入口，仍然可以得到比较高的回传信号的功率谱密度，从而保证回传通道具有良好的抗干扰特性。 b，为保证回传通道稳定工作，三种业务(在反向放大级输入点的最大)回传发送信号功率谱密度都不应该超过回传功率谱密度最小的那个业务（在本示例中为电缆调制解调器，其发送信号功率谱密度为40dBuV/Hz）。 c，实际上为了保证长环路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

33、状态，一般都会留出51OdB的余量。因此在实际设计和调试时，希望双向放大器回传口的回传信号功率谱密度在515dBuV/Hz左右（60MHz带宽内的总功率控制在8393dBuV）。在例1中，为CM业务预留10dB长环路AGC能力后，CM回传到放大器输出口的回传信号功率谱密度设计为10dBuV/Hz。从双向放大器反向输出回传到光站的回传RF输入口的信号功率谱密度也为10dBuV/Hz（放大器到光站回传口为单位增益：0dB）。,此外，根据以上分析还可以得出下述结论：,反向放大器的增益是根据放大器回传输入口到前级放大器(或光站)的回传输入口的回传链路损耗大小不同，保证实现0dB单位增益的原则进行设置的

34、。这样三种业务在反向放大器的回传输出口的回传信号功率谱密度均为21dBuV/Hz（入口功率谱密度10dBuV/Hz，反向放大级净增益G11dB），经反向放大后回传信号输出电平（在60MHz带宽内的总功率）为99dBuV。 根据单位增益原则可以看出，光站RF回传口的回传信号功率谱密度（回传信号电平）并不是在网络设计时人为地设置的，实际上是由无源分配网的回传损耗决定的；当无源分配网的拓扑结构、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）到用户放大器回传输入口之间的回传损耗就确定了， CM回传到放大器回传输入口的信号功率谱密度就一定了，在正确设置回传通道的前提下，放大器回传入口到光站

35、回传入口是0dB增益，故光站回传口的信号功率谱密度就等于放大器回传口的信号功率谱密度。,回传通道的射频功率分配（续）计算结果列表,线缆调制解调器 机项盒 NMS 确保的发送功率电平(dBuV) 115 110 110 占用带宽(MHz) 3.2 0.25 0.2 最大发送功率谱密度(dBuV/Hz) 50 56 52 回传到放大器输入口 的功率谱密度(dBuV/Hz) 20 26 32 放大器反向输入口处在占有带宽内 的RF功率为(dBuV ） 85 80 / 预留10dB长环路AGC能力后，各种 业务采用相同的功率谱密度时， 放大器回传RF输入口处信号功率 谱密度(dBuV/Hz) 10 1

36、0 10 回传放大器反向RF输入口处60MHz 带宽内的RF信号总功率(dBuV) 88 88 88 反向放大器净增益G10dB时，反向 输出口处的RF信号总功率为(dBuV) 99 99 99 预留10dB长环路AGC能力后，占有带 宽内反向输出口的RF信号功率为(dBuV) 86 75 74,7. 反向激光器的RF激励功率与噪声功率,研究业已证明，回传通道的RF激励功率限制取决于激光器的削波特性。 有文献指出无隔离DFB和FP激光器RF激励总功率一般在100dBuV左右,（即在60MHz回传带宽内信号功率谱密度22dBuV/Hz）。但是，实验研究表明，不同激光器离散性很大，约从95dBuV

37、110dBuV。发送机生产厂商应提供准确数据，该数据将用于回传通道设计和调试时确定激光器的激励功率，非常重要。 因隔离器价格高昂，早期国内有线网络公司基本上不采用带隔离激光器。 现在已经性能良好的反向激光器都具有相似的削波特性和过激励特性。 回传通道设计和调试的核心问题其实就是采取合理的措施保证加到光节点(光工作站)内的回传激光发送机中反向激光器上的RF信号总功率在一个合适的范围之内，既不可太小又不能过大。 这个RF信号总功率的范围就是光工作站行业标准中所规定的“动态范围”。规范中规定的由反向激光发送机和反向光接收机构成的光链路的NPR太小，路通公司建议：当链路损耗为5dB，NPR大于30dB

38、时动态范围应大于20dB；NPR40dB时，动态范围应该大于8dB。 回传激光发送机的NPR和满足一定NPR指标的动态范围是回传激光发送机 最主要的两个指标。NPR也是回传通道最重要的技术指标，进行回传通道 性能检测时，应该检测该指标。,反向激光发送机典型NPR曲线（LTOS8601GROT选件特性）图11,反向激光发送机NPR与动态范围的关系曲线（图12）,8. 双向电缆分配网络的设计考虑,建议光节点均选择4个高电平输出口，其后只设置一级RF 放大器。 电缆分配网分为两段分别考虑： 光节点同一RF输出口至分配放大器(楼放)输出口为一段； 楼放输出口至系统输出口(通信终端)为另一段。 电缆分配

39、网络的设计基本步骤如下： 1）确定分配放大器回传信号输入功率(电平)值（取决于CMTS设置的接 收信号电平及无源分配网络的回传损耗值）。 2）确定双向放大级的RF增益（根据单位增益原则）。 3）,一般情况下，光节点应选择4个高电平输出口，其后只设置一级RF放大器。电缆分配网分为两段分别考虑：光节点同一RF输出口至分配放大器(楼放)正向RF输出口为一段；分配放大器(楼放)正向RF输出口至系统输出口(通信终端)为另一段。在设计和调试时也必须采用每Hz恒定功率法与单位增益原则。,8. 双向电缆分配网络的设计考虑（续）,4), 设计中双向分配(楼栋)放大器RF回传输入口到光站RF回传输入口之间的回传损

40、耗（电缆损耗加上分配损耗）一般为1020dB之间(包括分配损耗及-9或-12传输电缆损耗)。设计和调试时原则上应该遵循单位增益原则，保证双向分配(楼栋)放大器RF回传输入口至光节点同一RF输出口的回传损耗相同，实现回传电平均衡。 5），建议将系统输出口到双向分配(楼栋)放大器回传RF输入口之间的回传损耗（电缆损耗加上分配损耗）控制在2035dB之间(包括50米SKYV755进户电缆及对称分配损耗)。如果这段回传损耗太大，回传信号抵达分配放大器输出口的电平太低将不利于抑制侵入干扰。 6), 设计中应尽量使系统输出口至分配放大器同一RF回传输入口的回传损耗尽可能相同。采用集中对称分配入户方式时基本

41、上可以实现这样的要求。 7）估算回传通道的NPR性能及通道性能的验证测试。,9. 回传通道的NPR估算与验证测试,l根据国际电联 （ITU）的相关标准，上行信道传输数据的误码率要求： BER应优于10-9。在HFC上行信道中一般采用QPSK的调制方式，因此要求相应的NPR大于25dB。该指标将是决定CMTS前端能否正确识别Cable Modem的上行信号并稳定工作的重要参数。 lDOCSIS标准中规定上行RF信道NPR（ CN）应该大于25dB。在NPR 大于25dB时，结合使用FEC，可保证误码率优于109，满足可靠传输的要求。,9. 回传通道的NPR估算与验证测试（续）,单级回传放大器噪声

42、： 75欧电阻每Hz带宽的热噪声谱密度：65.25dBuv/Hz 3.2MHz回传信道带宽内的 75欧热噪声功率： 65.25dBuV/Hz65.05=0.2dBuV 回传RF放大级噪声系数： 5dB CM回传到放大级输入脚的信号功率（见图10）： 3dBuV/Hz65.05dB=68.05dBuV 单个放大器级的噪声功率比： 68.0550.2dB63.25dB 光站每个RF口16个放大器： 63.2510lg（16）51.2dB 光站4个RF回传信号 合成后的回传信号的NPR： 51.2dB10lg（4）45.2dB,9. 回传通道的NPR估算与验证测试（续）,回传光链路的NPR： 40d

43、B 回传链路(电缆链路光链路) NPR45.2dB/40dB 合成NPR(噪声按功率叠加) 401.238.8dB 计算表明，回传通道的NPR主要取决于回传光链路 。 按图10所示，光站回传口的信号功率谱密度为： 10dBuV/Hz 回传信号的噪声功率谱密度： 10dBuV/Hz45.2dB35.2dBuV/Hz 如果回传信号的噪声功率谱密度升高15dB，回传到光站的信号噪声功率谱密度变成20.2dBuV/Hz，回传信号的NPR30.2dB(10(-20.2)。 当回传光链路的NPR仍然是40dB时 回传通道合成NPR40dB/30.2dB=30.20.4=29.8dB （CM在其合理的发送电

44、平范围内，回传信号的NPR极佳，CM对回传链路合成NPR的贡献可以不考虑）,10.回传通道的前端信号处理与分配,回传通道的前端信号分配原则： l不管回传电缆和光纤链路的差异多大，每条回传链路的电长度（dB值）必须相同。回传电缆长的链路，反向RF放大级的增益应该高一些；回传光链路长的，反向光接收机的RF放大增益应该相应高一些。总之，任何一个用户回传到前端反向光接收机的RF回传信号电平必须相同。 l前端信号分配需按业务要求并预留一定扩展能力（例如CM、数字电视、网管应用、预留一路共需4路输出，则反向光接收机输出应该首先进行四分配，然后再按业务分别合成）。 l按系统设计需要，可以将几路相同业务回传信

45、号合成后送入相应的前端设备（例如可将4路回传信号合成后送入CMTS、将8路回传信号合成后送入HMTS等等）。 l在前端进行回传信号合成时，应该避免将几条NPR都比较差的链路直接合成（这样合成的回传信号NPR必然较差）；尽可能将不同NPR的链路进行合成，通过折衷以保证全部回传通道都具有比较好的NPR指标，满足所有双向业务的性能要求，各种双向业务都能稳定工作 。,第五章 回传通道的调试,回传通道调试的目的是： 保证CM及其他回传发送设备发射功率处于合理的水平。 保证双向放大器具有合适的回传信号输入/输出RF电平。 保证反向激光器合适的激励功率。 保证回传到前端的信号合理分配，各种业务前端设备有合适

46、的接收信号电平。,回传通道的调试方法： 等效数字调制信号法（LT2000等效数字测试系统）。 扫频法（HP3010H/R，SDA5500）。 单信号或多信号法（国产多载波发生器）。 回传通道的调试步骤： u 从前端向终端方向，分段进行调试。 u 前端信号分配、合成。 u 回传光纤链路调试。 u 放大器链路调试。 u 无源分配网验证测试。 u 回传通道NPR指标测试。,回传通道的简要设置步骤如下：(IEC60728-10),试验研究与理论分析已经证明下述结论成立：,l回传光链路的NPR主要取决于回传激光器的性能以及正确的RF激励功率。 l反向光接收机在接收光功率1dBm9dBm范围内，FP激光器

47、构成的反向激光发送机的链路NPR值与反向光接收机的接收光功率基本无关；DFB激光器构成的反向激光发送机的链路NPR值与反向光接收机的接收光功率关系也不大。 l设计良好的双向放大器回传RF放大级的NPR最大值约50dB。 l 由放大器级连和光链路构成的回传链路的总NPR值主要取决于光链路，正确设计和调试的双向放大器中的反向RF放大级对回传链路总NPR的贡献不大。 l反向光接收机里的RF放大级增益大小，与光链路的NPR值关系不大；正因为如此，在进行回传通道调试时才应该在正确设置了回传光发送机的RF激励功率之后，通过调节反向光接收机的RF放大增益来设置其输出电平，不允许只调节反向光发送机的RF增益去

48、设 置反向光接收机的RF输出电平。 l性能优异的CM，其发送信号功率自80dBuV/3.2MHz 115dBuV/3.2MHz变化时，发送信号自身的S/N极佳。只要回传通道性能良好，CM回传信号抵达CMTS时，其NPR指标完全可以满足CMTS的要求。,一. 回传通道调试的一般原则：,1， 根据设计资料，从前端向终端方向进行调试。 2, 光纤链路和电缆网应分别进行电平平衡。 3，调试中尽量保证从任何一个光节点回传到前端的信号电平相同，从而具有相近的载噪比和BER。 4，最好采用等效数字调制信号法进行回传通道的设置；当然也可以采用扫频法，或多信号法调试。如果采用等效数字调制信号法，则可以方便地进行

49、链路增益、链路NPR、链路平坦度等重要指标的实时测量。采用扫频法可以方便地实时测量链路增益和平坦度，但是无法测试链路NPR。 5，如果在反向通道设计和规划时能够较好地遵循多级星形网络拓朴原则，采用对称分配入户方式，则同轴电缆网部份的调试工作量将大大减少。如果器件质量优异，设计、施工严格按规范执行，甚至可以做到只需检查，免调试。,回传通道调试的一般原则（续）,6，只有保证各光节点回传到前端的信号电平一致，从而使得小区内最靠近前端的第一个用户 CM 通过电缆网及光链路回传到前端的信号电平与小区内最远的用户 CM 回到前端的信号电平一致，才能避免互相干扰。对此可以通过选择优异的反向光接收机来保证，反

50、向光接收机最好应该具有1520dB范围的光AGC能力。 7, 我们在进行回传通道调试的时候，应该尽可能的把由光纤链路长度不同引起的电平变化减少至最小程度。也就是说，仅仅让所有节点的反向光发送机都由正确的RF功率激励还不够，我们还需要确保到达前端的所有链路具有相同的增益。注意，此处所说的“增益”不仅仅是光纤损耗的dB值，而是包括整个传输链路中的全部设备、部件的增益和损耗的总和，即通道中光纤和无源器件的损耗以及RF放大级的增益之和。,回传通道调试的一般原则（续）,任何双向传输业务对回传通道的要求都是保证从回传RF发送机（如CM的射频调制器）到前端信号处理设备（如CMTS、HMTS等）入口的回传通道

51、的衰减量（传损耗）为设计值，并保证回传通道各部分的信号电平设置合理，从而保证回传信号的NPR、BER满足系统要求，使双向传输稳定工作。例如，对于CMTSCM而言，设计中我们希望CM在3.2MHz占有带宽内的发送功率为105dBuV，设定的CMTS接收功率为60dBuV；则从CM到CMTS的传输损耗等于： 105dBuV60dBuV45dB,图13 CMCMTS应用示例,CM回传信号传输损耗示例: CM发送功率105dBuV/3.2MHz CMTS接收功率设定为60dBuV/3.2MHz 整个HFC回传网络总损耗45dB（10560）,CM回传信号传输示例图14（续）,CMCMTS回传信号传输示

52、例分解： 无源分配网回传损耗30dB 双向放大器反向放大净增益11dB 双向放大器回传输出到光站RF回传入口的损耗11dB 回传光链路净增益7dB 前端信号处理损耗22dB CMCMTS回传总损耗45dB301111722（dB）,图14,二. 前端信号处理网络的调试(图15)：,二. 前端信号处理网络的调试(图15),前端信号分配/合成系统正确的调试方法如下： 1)当反向光接收机的RF输出信号功率谱密度17dBuV/Hz,CMTS的接收信号电平设置为60dBuV（3.2MHz）时，CMTS RF入口的回传信号功率谱密度5dBuV/Hz;采用等效数字调制信号发生器进行前端分配/合成网络的调试时

53、，在A1An注入17dBV/Hz功率谱密度的等效数字信号，调节ATT1ATT4，使CMTS入口处的信号功率谱密度为5dBV/Hz(前端信号处理网络损耗17dBuV/Hz（5dBuV/Hz）22dB)。 如前所述，反向光接收机的RF信号输出电平取决于信号处理网络的损耗大小。如果分配/合成的路数增加，则反向光接收机的RF输出电平必须增加。 2)如果采用的连续波信号进行调试，则在A1An注入95dBuV的连续波信号，在CMTS处测试该信号电平，调节ATT1ATT4使该信号电平95dBuV22dB73dBuV（不是60dBuV）。,三， 回传通道光纤链路的调试,1，首先应通过设计计算确定光纤链路的基准

54、值。 光纤链路的基准值应以网络中大部分光纤链路损耗值为基准，一般为58dB，也可以取为35dB，视网络覆盖范围大小而异。 2, 根据前端设计计算的结果，按上面确定的光链路基准值和反向激光发送机的RF激励功率要求，首先将光站置于前端，在前端机房进行基准校准调节：通过调整反向光发送机和反向光接收机内置RF增益控制插件，保证反向光接收机RF输出为设计值。该RF输出值即为今后反向通道调试的基准。 3, 如果反向光接收机只具有光AGC功能和RF MGC功能，则在设定光纤链路基准值时将RF MGC置于最大衰减状态，设置完反向激光发送机的RF激励功率后再调节RF MGC，使反向光接收机的RF输出电平等于设计

55、值。,光链路调试方法（续）：,如果反向光接收机同时具有有光AGC/MGC功能和RF MGC功能，则应在设定光纤链路基准值时将增益控制方式AGC/MGC功能置于MGC位置，设置电调衰减器在中等衰减水平，RF MGC置于最大衰减状态，设置完反向激光发送机的RF激励功率后再调节RF MGC，使反向光接收机的RF输出电平等于设计值；完成上述设置后再将光AGC/MGC控制开关置于AGC位置。 4, 进行光节点(或光站)设置时，可先断开全部回传的RF信号通道，注入调试信号，与前端基准校准调试时一样进行设备的设置。 5, 调试完成后，测试链路NPR值并记录下回传链路本底噪声曲线频谱。然后接通回传RF信号通道

56、（接入RF输出电缆），对比链路NPR及前端反向光接收机输出RF信号频谱的本底噪声和侵入干扰，观察有无异常。如果有异常干扰或本底噪声异常升高，则必须解决。,一种光链路调试方法：,用等效数字调制信号发生器进行回传光纤链路的调试时，在光站回传信号入口处注入2（15根据系统设计决定注入信号谱密度）dBuV/Hz功率谱密度的等效数字信号，调节ATT01使回传激光器的激励功率等于厂家推荐的激励功率；然后调节反向光接收机RF放大级增益，使反向光接收机RF输出口处的信号功率谱密度为1725dBuV/Hz（按系统设计要求选取）。 如果采用的连续波信号进行调试，则在光站回传信号入口处注入8088dBuV功率的连续

57、波，调节ATT01使回传激光器的激励功率等于厂家推荐的激励功率；然后调节反向光接收机RF放大级增益，使反向光接收机RF输出口处的信号功率为95103dBuV。 这样调试将使回传光链路的NPR处于厂家推荐的最大NPR附近。,一种光链路调试方法图16（续）,图17 采用连续波进行光链路调试示例,回传通道调试的一个非常重要的内容是要求将激光器的RF激励总功率调节到处于NPR曲线线性段的中点偏上；这样就为侵入噪声干扰预留了足够的余量；因此回传光链路的正确调试方法如下：,1)用等效数字调制信号发生器进行前端分配/合成网络的调试时，在图18所示的光站回传信号入口处注入2（15）dBuV/Hz功率谱密度的等

58、效数字信号，调节ATT010dB，ATT52dB；经BGY67A放大24dB后，使回传激光器的激励功率谱密度为12dBuV/Hz(在60MHz带宽内总功率为12dBuV/Hz78dB90dBuV)。该激励功率比厂家推荐的激励功率低58dB。光站内的反向RF放大净增益10dB（12dBuV/Hz2dB）。完成以上调节后再调节反向光接收机RF放大级增益，使反向光接收机RF输出口处的信号功率谱密度为17（25）dBuV/Hz。 2)如果采用的连续波信号进行调试，则在光站回传信号入口处注入80dBuV功率的连续波，调节ATT012dB，ATT52dB；经BGY67A放大24dB后，使回传激光器的激励功率为90dBuV。该激励功率比厂家推荐的激励功率低58dB。光站内的反向RF放大净增益10dB（90dBuV80dBuV）。完成以上调节后再调节反向光接收机RF放大级增益，使反向光接收机RF输出口处的信号功率为95dBuV。,图18 回传通道的正确调试方法示例(续)：,光链路调试小结:,A. 在进行回传系统调试之前，应按上述调节方法，在前端进行模拟调试。确认调试方法正确，设备性能优良之后，再将光站移至野外开通。 B. 在前端完成模拟试验之后，如果可能，应