雙向HFC網絡的設計與回傳系統的調試（1）
2019-11-04 23:04:39
供稿：網友
雙向HFC網絡的設計與回傳系統的調試（1）
在雙向 HFC網絡中，為保證回傳通道的性能指標、順利開展雙向業務，除了選用高屏蔽性能的網絡器材、嚴格工程施工規范外，網絡的系統設計及回傳系統的調試也至關重要。目前國家尚未制定回傳系統的技術標準，缺乏可供實際操作的相關規范。近一兩年來，我們邊摸索、邊實踐，先后進行了七八個小區近萬戶的雙向網建設和改造，并順利開展了Internet接入等雙向業務。在此，我們對雙向網的設計和調試總結一些粗淺的熟悉和經驗。
1、回傳系統載波／噪聲比（C／N）的確定
根據國際電信聯盟 （99vU）的相關標準，上行信道傳輸數據的誤碼率要求： BER≤10（的負9次方）在HFC上行信道中一般采用QP－SK的調制方式，隨著雙向多功能業務的逐漸開展，為提高上行信道的傳輸效率，考慮到將來采用高一階的調制方式16QAM，其IC／N門限為20dB，考慮到上行通道中的窄帶連續破干擾和沖擊干擾的影響，上行信道的 C／N只要大于24～26dB，結合使用FEC，即可保證誤碼率優于10（的負9次方），滿足可靠傳輸的要求。所以，DOCSIS標準上行RF信道取 C／N≥25dB。
在實際環境中，因5MHz～18M HZ左右的頻率范圍存在著短波電臺的窄帶連續波干擾和各種工業電器、家用電器等的脈沖干擾，使5MHz～ 18MHz左右的低端噪聲在任何時候都比高端噪聲大，因而對千載噪比的確定應區別對待。參考有關規范標準，一般確定為：
5MHz～18MHz：C／N≥20dB
18MHZ～65MHZ： C／ N≥26dB
在實際雙向業務開展中，目前階段5MHz～18MHz頻段基本不用，所以回傳通道的性能標準主要在于18MHZ以上的性能情況。
2、網絡設計
我們在理解HFC網絡時，一般都是將其當作有線電視節目的傳輸分配網絡，即它在光纖干線部分是星形的，而在同軸電纜部分是樹形的。假如將 HFC網設計為雙向網絡作為接入網來理解，其同軸分配網基本上是總線形結構。即不答應將光節點引出的同軸電纜再作為干線，而是一條分配線。
在傳統的有線電視分配網中，一般是按正向系統設計。設計的原則之一是，保證下行最高頻率點的正向路徑損耗基本一致，如光節點輸出電平為99dBμV, 用戶電平設計為64dBpV，則從光節點至各用戶端的正向路徑損耗均為99－64=35dBμV。這樣設計的網絡對上行信號而言，因其最高頻率僅為65MHz，各用戶的上行信號回傳時，由于經由的路徑各不相同，從各用戶端至光節點的回傳路徑損耗往往要相差幾十dB，造成從各用戶端至光節點的回傳路徑損耗嚴重不一致。這樣的網絡對回傳業務的開展將是十分困難的，經常出現的情況是初期開通某些少數用戶時輕易，而回傳用戶增多后開通信號將非常困難。光節點小區面積越大，戶數越多，要使各用戶端的回傳路徑損耗保持一致的目的也越難達到，網絡設計也越困難，這也是HFC網絡光節點小區不能太大的一個重要原因。
在線纜調制解調器（CableModem） TDMA應用中，要求所有Cable Modem的信號必須以相同的信號電平到達前端。假如其電平差異過大，即使治理Cable Modem的 CMTS發出電平調整指令，試圖使Cable Modem受控地調整輸出電平，也難以使各用戶電平上行到CMTS時一致，結果會出現某些用戶上行信號C／N很低，而另一些用戶上行信號產生過載失真。另外，假如噪聲侵入的環境是均勻的，那么，在回傳路徑損耗較小的節點處的侵入噪聲受到的衰減小，對回傳通道的影響較大；而在回傳路徑損耗較大的節點處的侵入噪聲受到的衰減大，對回傳通道的影響則較小。因而整個回傳通道各處的抗干擾能力處在一種不均衡的狀態。
為保證各支路上行路徑的總損耗近似相等，我們在網絡設計時根據康特公司提出的技術規范，要求從各用戶端至光節點的回傳路徑損耗差值小于±5dB。按下行正向系統的設計原則確定放大器間距，按上行回傳系統進行回傳電平的設計。
2.1 光節點及光纜干線的設計
對于光節點的覆蓋戶數，目前業界的一種傾向認為500戶一個光節點為標準。這實際上是國外的一種經驗模式，而國內城市一般人口密度高、住宅密度大，假如按500戶一個光節點規劃設計，其費用投入將十分巨大。我們認為在現階段根據住宅片區地理情況及用戶經濟情況的不同，光節點之下三級放大器級聯，覆蓋半徑0.8km左右、覆蓋戶數1000～2500戶左右較為適宜。對于用戶經濟條件好、知識層次高的住宅片區，片區規劃時可將光節點所帶的用戶數設計得少一些；對于城郊地段可將光節點所帶用戶數設計得多一些。隨著網絡系統的發展，待時機成熟時，再按每個光節點平均500戶的規模逐漸拆分。
對于用戶數較多的小區，隨著多功能業務的逐漸開展，可在光站內部選擇安裝一個甚至兩至四個反向光發射模塊。這樣網絡結構基本不變，表面上看光節點覆蓋的戶數不變，而實際上回傳通道一分為二，不僅使反間匯聚噪聲一分為二，而且反向帶寬也擴展了一倍。
2.2 電纜干線的設計
（1）在網絡的電纜干線設計時，盡量采用分配器作為分路器件，禁止使用分支損耗大于10dB的分支器，以保證各支路的上行路徑損耗近似相等。其代價是使正向電平有所損失，放大器間距縮小。
（2）網絡路由盡量設計為多級星型傳輸結構，因為多級星型由中心到用戶的分配過程正是由各用戶上行逐級匯集的過程。只要保證了對稱性，上行下行電平必然一致。
（3）對回傳通道進行均衡。對于一些非凡的支干線，假如回傳路徑損耗相對過小，可以設計插入一個回傳衰減器，以減小與其它支路的回傳路徑損耗的差異。該回傳衰減器理論上應為階躍式的回傳衰減器，只對回傳頻段進行衰減，完全獨立于正向通道。但在實際應用中，這種衰減器難以生產，所以實際選用普通電纜均衡器，但要注重這對正向系統也略有影響，需要重新均衡正向系統。
2.3 用戶分配網的設計
用戶分配網在這里指樓放至用戶端的分配網絡，大量的實驗數據表明，50％干擾信號來自用戶分配網，分配網的抗干擾能力很大程度上決定了整個系統抗干擾性能。
（1）采用集中分配方式。從理論上講，樓道內采用集中分配的方式入戶，既保證了各用戶的下行路徑損耗一致，又保證了各用戶的上行路徑損耗一致；同時減少了大量的電纜接頭，降低了網絡故障率，減少了干擾信號的侵入點，這是一種比較理想的做法。但這種方式施工難度較大，樓道內并行敷設的線路較多，戶線管管徑要求很粗。折中的辦法是盡量多采用4分支、6分支等分路器件。
（2）層間線改造為四屏蔽電纜。用戶分配網的電纜線全部采用四屏蔽電纜不僅減少了上行噪聲的侵入，而且可以防止空中干擾信號對系統的影響。但在網絡改造中，入戶線很難重新敷設，較為實際的做法是層間線改為四屏蔽電纜，而入戶線暫不改變。這樣做一方向避免了重新入室敷設線路；另一方面的考慮是，假如樓內的噪聲侵入環境是均勻的，從入戶線侵入的噪聲干擾經分路器件（如416），干擾信號將衰減 16dB；而從層間線侵入的噪聲干擾經分路器件（如416），干擾信號將衰減416的插損1.5dB。可見，假如侵入相同功率的噪聲，層間線的侵入噪聲因受到的衰減少，要比入室線的侵入噪聲對回傳通道的干擾大得多。將層間線更換為四屏蔽電纜實際上也就增強了層間線的抗干擾能力。
（3）在樓內分配系統，因單元與單元之間的電纜長度較短，一般在25m左右，由此造成的不同單元之！司的回傳路徑損耗相差不大，所以我們在樓內分配系統沒有設置回傳衰減（均衡）器。在國外，居民分散，人口密度低，用戶分配網無法集中分配，干線、支干線及入戶線均很長，因而常采用在用戶端單獨加裝反間均衡器的辦法，GI等公司的理論介紹非凡強調這一點。
