HFC双向宽带网

    刘前

    

    摘 要：信息交换已然成最重要的资源，它主要表现为图像、声音和数据3种形式。信息网络发展方向是数字化、综合化、智能化和个人化，支持全数字化业务。HFC网是目前较好的接入网，是信息高速公路宽带接入网的最佳方案。

    关键词：双向HFC网；宽带接入

    1 HFC网的拓扑结构

    现代的HFC网基本上是星形总线结构，由3部分组成，即馈线网、配线网和用户引入线。馈线网指的是前段至服务区光节点之间的部分，大致对应CATV网的干线段。从前端到服务区的光结点都有一专用的直接无源光连接，即用一根光纤代替了传统粗大干线电缆及一连串放大器，从结构上则相当于用星型结构代替了传统的树形结构。一般来说，一个服务区的用户数为200户以下。配线网：指服务区光纤结点与用户分支点之间的部分。仍采用传统CATV网的同轴电缆，一般常为简单的总结构，这一结构的好坏从很大程度上来说，决定了整个HFC网的业务类型和业务量。就将一个大网分解为多个物理上相对独立的基本相同的配线网即子网，同时各子网允许相同的频谱安排而互不影响，每个子网为相对较少的用户服务，最大程度地利用了频谱资源。用户引入线：指分支器用户之间的线路，由于传输电平较低，反向噪声易侵入。

    2 HFC网的频谱安排

    HFC网的频谱资源十分宝贵，一般将低端5-42MHZ共37MHZ的带宽作为上行通道，即所谓的回传通道，50-1000MHZ频段作为下行通道，其中50-550MHZ频段落用来传输数字CATV信号和双向交互通信业务，假设采用64QAM调制方式的MPEG-2图像信号，则频谱效率为5-6bPS/HZ，允许在6-8MHZ的模拟通道内传输约30MbPS的速率为数字信号，可传输6-8路4MBPS的速率MPEG-2图像信号，因此，这200MHZ带宽可传输200路数字图像信号。若采用QPSK（四相相移键控）调制方式，每3.5MHZ的带宽可传输540路下行电话通路，将其置入4-3个6-8MHZ的通路，750MHZ-1000MHZ的频段用于各种双向通信业务及其它新业务。

    3 光纤传输系统的有关计算

    3.1 三大指标的计算

    衡量光纤CATV系统性能的指标有：C/N（载噪比），CSO（组合二次差拍）及CTB（组合三次差拍）。现阶段CATV系统基本上可分为前端（H）光纤干线（F），电缆支线（D）和机上变换器（S），每一部分的指标分配要保证总指标能满足国际的要求，并且还要兼顾当地的自然条件和经济实力，来合理安排确定设备选型和具体设计依据，对于AM光纤链路，一般可考虑C/N=50dB，CSO=61dB（60个频道），CTB=65dB（60个频道），对于CATV总的指标，可由以上几部分叠加计算。

    （C/N）总=-10lg[10-（C/N）H/10+10-（C/N）F/10+10-（C/N）D/10+10-（C/N）S/10]

    （CTB）总=-20lg[10-（CTB）H/20+10-（ CTB）F/20+10-（ CTB）D/20+10-（ CTB）S/20]

    （CSO）总=-15lg[10-（CSO）H/15+10-（ CSO）F/15+10-（ CSO）D/15+10-（ CSO）S/15]

    3.2 光功率分配方案的确定

    从光发射机到光接收机之间的全部光路衰耗值决定了光缆干线的载噪比，因而功率分配方案是否合理，将直接影响到系统的性能价格比。光缆路由确定后，由于每一光路的长度不同，各光路的光纤损耗不同，为使每一光路具有基本相同的损耗值，可通过计算适当选取合适分光比的光分路器，使各路达到平衡，各光路光接收机具有基本相同的光功率输入。

    3.2.1 光路损耗计算

    光路损耗应为光路上所有损耗之和即A=aL+（-10gK）+0.5+1（dB）

    A为光路损耗，L为光缆长度KM，a为衰耗常数（dB/KM）

    在1.55um波长可取a=0.25dB/KM，0.5dB为光分路器插入损耗；1dB为活动连接器及光路损耗余量，K为分光比

    3.2.2 分光比K的计算

    Kj=10aLj/∑10aLj/10

    Kj为分光器第j个臂的分光比

    3.2.3 光接收机所接收的光功率Pr（dBM）计算

    Pr（dBM）=Po （dBM）-A（dB），Po为发射光功率，一般光接收机的输入光功率应在0—— -4dBM，当要求C/N=50dBM

    CTB=65dB，CSO=60dB左右时Pr值应在-2dBM左右即可

    3.2.4 光发射机的输出光功率Po的计算

    P0=A+2（dBm）

    3.3 指标换算

    设额定频道数为N，实际频道数为N当光发射机每频道的输入射频电平不变时

    C/N=C/N+10lgN/N

    CTB=CTB+20lgN/N-2（20lgE/E）

    CSO=CSO+15lgN/N-20lgE/E

    E为额定频道数N下的各频道的电平幅度，E为额定频道数N下的各频道的电平幅度

    4 HFC网上行传输存在的问题

    由于光缆是多芯结构，所以采用空间分割信道，即上行和下行信道选用不同的光纤芯，这样上行信道与下行信道互不牵连，而以同轴电缆为传输媒质的入户线网和配线网中，存在着“汇集干扰”和“汇集均衡”之类的问题，使HFC网的传输质量受到影响，如何解决这些问题呢？

    4.1 解决“汇集干扰”问题

    ①产生原因：“汇集干扰”是由各用户室内端引入的各种干扰和传输电缆受环境中各种电磁干扰侵入产生的干扰，并经上行传输通道汇集形成的干扰，也称“漏斗效应”，“汇集干扰”不只是“热燥声汇集”，其量值比热燥声大50-60dB，（近百万倍），所以“热噪声”的作用很小很小可忽略不计。其主要产生的途径有两个，一个是能量集中在5-35MHZ频段的强干扰，通过用户室内电视机信号输入端产生，一般在70-90dBuV，以上两类干扰中以电视输出口引入的干扰最最严重。

    解决方法：①对于电视机输入端产生的干扰，解决的办法是“堵”，将上行、下行频段中间空出隔离带，并选出优质的高低通滤波器。将其分离为两个单独通道，并使两个通道互不干扰，这样就堵住了源于用户端的噪声干扰。

    ②对于电缆引入的环境电磁干扰，主要途径是屏蔽层和接头。当下行信号从用户放大器输出，经分支、分配器和入户电缆到户内用户端口，是下行信号由高电平转为低电平的过程，从上行信号来看，这一段同样也是电平下降最快的一段，传输电平最低的一段，也是环境电磁干扰最易侵入的部分。关于抗干扰的方法有两种，即屏蔽和提高传输信号电平，保证上行电平高于100dBuV，由于这一段为树枝性结构的电缆网，是接头工程，接头工艺缺陷处处都是，彻底屏蔽是不可能的，所以解决问题的最佳方案是，采用集中分配放大入户方案，提高这一部分电缆中的传输电平。这是一种星形入户结构，即按十余户为一集中处理单元，将可调放大器与分配器合为一体，并且屏蔽起来。既可使电缆处于高电平中，又可解决接头的屏蔽作用，同时也方便地实现可寻址管理，这种方法接头少，不易锈蚀，寿命长。由于处理单元对放大器要求不高，输出仅为90dBuV，有20dB增益即可，省去了输出电平高、增益高、价格较贵的用户放大器和部分分配放大器，所以建网成本不是很高。

    4.2 解决“汇集均衡”问题

    所谓“汇集均衡”是指各用户信号上行回传时，由于经过的路径不同，各路径上的传输增益不同，而出现的各用户信号到达汇集点的电平不一致现象。产生的原因是，由于电缆的损耗与信号的频率平方根成正比，而分支分配器损耗，本质上是能量分配，虽然高端损耗大一点但很小，可以近似地认为，与频率无关，而不同链路上的用户所使用的电缆长度和使用的分支、分配器各不相同，这就造成了用户对下行来说电平相同，而对于上行信号到达汇集点的电平却差别很大。使上行通道的调试工作变得很是困难。

    对该问题的解决方法：①采用集中放大分配方式的入户分配器材（集线器），每十几户为一基础汇集点，安装集线器，既保证了上行信号各用户电平近乎一致，也保证了各用户下行信号电平一致。②网络设计时，一般来说，不予选用分支损耗大于12dB的分支器，而尽量选用分配器，保证各支路上行路由总损耗近似相等。③网络路由尽量设计为多级星型传输结构，对称设计。双向放大器要选用低增益放大器。不选用上行无增益下行高增益放大器，以保证传输指标。④正确选用双向工作站，要求光机能在内部，对各个端口的上行信号电平分别调整后汇集。