双向HFC网络的设计与调试

       在双向 HFC网络中，为保证上行信道的性能指标、顺利开展双向业务，除了选用高屏蔽性能的网络器材、严格工程施工规范外，网络的系统设计及上行信道的调试也非常重要。                                                                                                                                                                                                    一、上行信道载波／噪声比（C／N） 根据国际电信联盟 （ITU）的相关标准，上行信道传输数据的误码率要求： BER≤10-9 。 在HFC上行信道中一般采用QPSK的调制方式，随着双向多功能业务的逐渐开展，为提高上行信道的传输效率，考虑到将来采用16QAM调制方式，其C／N 门限为20dB，考虑到上行通道中的窄带干扰和冲击电磁波干扰的影响，上行信道的 C／N如大于24～26dB，结合使用FEC，就可保证误码率优于10-9，从而满足可靠传输的要求。因此，结合DOCSIS标准上行RF信道，上行 C／N≥25dB。 在实际环境中，因5MHz～18MHZ存在着短波电台的窄带连续波干扰和各种工业电器、家用电器等的脉冲干扰，实际开展双向业务时5MHz～18MHz频段基本不用。参考有关规范标准，上行信道载噪比的确定，一般为： 5MHz～18MHz：C／N≥20dB 18MHZ～65MHZ： C／ N≥26dB
二、网络设计 在理解HFC网络时，一般认为光纤干线部分是星形的，同轴电缆部分是树形的。如果作为双向网络来理解，同轴电缆分配网基本上是总线形结构。 在有线电视分配网下行系统设计中，一般是保证下行最高频率点的下行路径损耗基本一致，如光节点输出电平为98dBμV, 用户电平设计为66dBpV，则从光节点至各用户端的下行路径损耗均为98－66=32dBμV。这样设计的网络对上行信号而言，因其最高频率仅为65MHz，各用户的上行信号由于经由的路径各不相同，从各用户端至光节点的上行路径损耗往往要相差几十dB，造成从各用户端至光节点的上行路径损耗严重不一致。这样的网络对双向业务的开展将是十分困难的，出现的情况是初期开通少数用户时容易，而用户增多后开通信号将非常困难。 电缆调制解调器（CableModem）应用要求所有Cable Modem的信号必须以相同的信号电平到达前端。如果其电平差异过大，即使管理Cable Modem的 CMTS发出电平调整指令，试图使Cable Modem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。另外，如果噪声侵入的环境是均匀的，那么，在上行路径损耗较小的节点处的侵入噪声受到的衰减小，对上行通道的影响较大；而在上行路径损耗较大的节点处的侵入噪声受到的衰减大，对上行通道的影响则较小。因而整个上行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，在网络设计时根据相关技术规范，要求从各用户端至光节点的上行路径损耗差值小于±5dB。按下行下行系统的设计原则确定放大器间距，按上行回传系统进行上行电平的设计。
1， 光节点及光缆干线的设计 对于光节点的覆盖户数，业内倾向于500户一个光节点为标准。但在现阶段根据住宅片区地理情况、网络投入情况和用户经济情况的不同，光节点的覆盖户数500～ 1500户左右较为适宜。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两个（甚至四个）反向光发射模块，这样网络结构上行通道一分为二，不仅使上行汇聚噪声降低了一半，而且上行带宽也扩展了一倍。
2， 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。 （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，上行下行电平必然一致。 （3）对上行通道进行均衡。对于一些特殊的支干线，如果上行路径损耗相对过小，可以设计插入一个上行衰减器，以减小与其它支路的上行路径损耗的差异。
3， 用户分配网的设计 （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，这是一种比较理想的做法。 （2）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。 （3）在楼内分配系统，单元与单元之间的电缆尽量采用铝管电缆，降低不同单元之间的上行路径损耗差。 （4）在楼内分配系统设置上行滤波器。
三、上行系统的调试 上行信号与下行信号不仅传输方式不同，更主要的是下行信号以传输模拟信号为主，上行信号则是以传输数字信号为主。因此，对上行通道的调试与下行通道的调试有不同的要求。
1，上行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上行光接收机注入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。所以上行系统调试总的原则是：在上行光发射机激光器工作在最佳工作点和上行电缆放大器工作在基准电平的情况下，确保前端上行光接收机的输出电平保持恒定。
2，根据设备资料，确定上行先发射机的输入信号总功率。在下行模拟通道里，主要的性能指标是C／N、CTB、CSO。CTB、CSO产物虽然随着频道数的增多而急剧增加，但在数量上还是有限的，在频谱上是离散的，并且存在着一定的分布规律。而上行通道上的数字调制信号在频谱上是连续的，均匀分布的，有无数个载波，所以其非线性失真产物也有无数个，在频谱上是连续的，不象下行通道呈现典型的差拍群，而是看上去更象噪声，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。
3， 上行通道的功率分配。由上行激光器的最佳工作点得出上行光发射机的输入信号总功率，并以此电平调整光链路。对于总的分配带宽，根据国家标准，上行频带为0～65MHz。但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，留有20％的余量。这样计算功率分配时，总的反向带宽为40MHZ。
4， 上行电缆系统的调试。下行放大器调试的衰减片和均衡器一般是插在放大模块之前。而上行放大器的调试，衰减片和均衡器则应插在放大模块之后。因为对于下行放大器来讲，从放大器输入端到前一级放大器输出端的路径是唯一的；而对于反向放大器而言则是从放大器输出端到下一级放大器输入端的路径是唯一的，只有在放大器模块之后插入衰减片和均衡器才可以补偿该段电缆损耗和其它损耗。 上行电缆系统应使 CableModem等上行发射设备在拥有一定余量的情况下，工作在尽可能高的电平状态，以提高C／N。Cable Modem上行端口的输出信号根据公共防辐射安全规定（IE 60728－10／CDV），必须小于114dBμV，考虑上行信号电平受前端CMTS 的管理而留有余地，一般设计在较高的用户电平Vin=105dBμV，以增加抗干扰能力。上行放大器输入端的基准电平是根据CM工作电平和经过最大路径损耗到达输人端时的电平而确定。最大路径损耗一般在最靠近用户放大器的用户分支口，该处的分路器件型号最大，因而上行损耗也最大。上行放大器的调试就是要保证上行放大器工作在基准电平的情况下，使各放大器的输出电平保持一致。 四、结论 有线电视HFC网络正处在升级改造的关键时期，在网络建设中，必须对网络设计、设备选型、网络施工、系统调试等环节严格把关，认真对待每一个工作步骤，只有这样，才能保证网络的性能。