雙向HFC網(wǎng)

增加一根光纖用于反向信道的回傳，構(gòu)成了雙向HFC網(wǎng)絡(luò)。光纜與同軸電纜間的光節(jié)點(diǎn)設(shè)備是雙向HFC網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備。光節(jié)點(diǎn)設(shè)備簡(jiǎn)稱光節(jié)點(diǎn)，可有多端口的RF輸入/輸出，圖44.7所示的是一端口光信號(hào)輸入，四端口RF輸出，同時(shí)也是四端口RF輸入，一端口光輸出。如圖1所示，它的一端連接光纜，另外四端連接電纜。光節(jié)點(diǎn)一般都掛裝在野外的建筑物上，因此它的密封要求很高。

圖1 光節(jié)點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

在光節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部包括一對(duì)光信號(hào)收/發(fā)機(jī)與干線放大模塊，光纜和同軸電纜分別連接到光節(jié)點(diǎn)中。光纜通常包含12~144芯光纖，但光節(jié)點(diǎn)只用到兩芯，一芯傳輸上行信號(hào)，另一芯傳輸下行信號(hào)。光節(jié)點(diǎn)內(nèi)部的光信號(hào)接收機(jī)將下行的AM光信號(hào)轉(zhuǎn)換成AM電信號(hào)，由內(nèi)部的放大器將信號(hào)放大，分配成三路/四路RF信號(hào)，通過連接的電纜送入用戶分配網(wǎng)。光信號(hào)發(fā)射機(jī)是由半導(dǎo)體激光器構(gòu)成，特別適用于對(duì)模擬信號(hào)的發(fā)送。激光器受上行的RF信號(hào)的強(qiáng)度調(diào)制，把RF電信號(hào)轉(zhuǎn)換成AM光信號(hào)，送入連接的一根光纖。連接光節(jié)點(diǎn)的電纜通常采用大線徑(0.625英寸到0.875英寸)的同軸電纜，外導(dǎo)體為鋁金屬，內(nèi)導(dǎo)體為銅或銅包鋼制成，信號(hào)衰減很小。上下行的RF信號(hào)以頻分復(fù)用的方式在同一根同軸電纜中傳輸?shù)接脩簟?/p>

雙向HFC網(wǎng)的電纜放大器也與單向HFC網(wǎng)不同，增加了反向信號(hào)放大模塊，如圖2所示。電纜上的上、下行RF信號(hào)分別在不同的頻段上傳輸。下行信號(hào)通過正向放大模塊被放大后送入用戶，用戶端的上行RF信號(hào)通過反向放大模塊放大后，被光纖傳送到前端。不同方向的RF信號(hào)進(jìn)入放大器時(shí)被濾波器隔離。濾波器分為高通濾波器和低通濾波器，前者讓高頻信號(hào)通過，阻斷低頻信號(hào)，后者讓低頻信號(hào)通過，阻斷高頻信號(hào)。因?yàn)樵陬l率分配時(shí)將下行信號(hào)放在較高頻率，將上行信號(hào)放在較低頻率，所以，高低通濾波器的頻率截止點(diǎn)一般設(shè)置在50MHz左右。目前一般放大器內(nèi)的濾波器都是高/低通雙向?yàn)V波器，這種濾波器由一端輸入，分高低二端輸出，正向放大器的輸入端接高通，反向放大器的輸入端接低通。

圖2 雙向放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖

在回傳的過程中，正常的回傳信號(hào)與干擾噪聲將會(huì)同時(shí)被放大。噪聲來源分為兩部分，一部分是內(nèi)部電子元件本身的噪聲，另一部分是外界進(jìn)入的干擾噪聲，在雙向網(wǎng)絡(luò)中后者是主要的。進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的噪聲中有50%是從室內(nèi)未接終端的端口侵入，另有20%~30%的噪聲是由用戶電纜的接頭屏蔽不良而引入的。侵入的噪聲沿著電纜上行匯聚，在某些頻率上疊加并放大，成為較強(qiáng)的噪聲信號(hào)，嚴(yán)重干擾正常的信號(hào)傳輸。因此在雙向網(wǎng)絡(luò)中，光節(jié)點(diǎn)設(shè)置的地理位置都是很靠近用戶，一般只經(jīng)過一級(jí)雙向分配放大器就進(jìn)入用戶家庭了。

雙向網(wǎng)絡(luò)的頻率分配

在同軸電纜上傳輸信號(hào)的頻率可達(dá)1000MHz。為了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)廠商的通用性，以及網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，各個(gè)國(guó)家分別建立了網(wǎng)絡(luò)的頻率分配標(biāo)準(zhǔn)。

HFC網(wǎng)絡(luò)的頻率寬度標(biāo)準(zhǔn)早期的有450MHz、550MHz。以后隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能的提高和價(jià)格下降，又有了750MHz、862MHz。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)新建的網(wǎng)絡(luò)大多是750MHz或862MHz。隨著業(yè)務(wù)需求的增加，以及早期建成的網(wǎng)絡(luò)最佳的使用期已過，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)許多地方都在進(jìn)行舊網(wǎng)絡(luò)改造升級(jí)，升級(jí)的網(wǎng)絡(luò)頻帶寬度都為750MHz或862MHz。

各國(guó)網(wǎng)絡(luò)頻率分配的標(biāo)準(zhǔn)，主要差別是在上行/下行的分割上。目前能見到的上行/下行分割有26MHz/42MHz、30MHz/50MHz、42MHz/54MHz及65MHz/87MHz等多種。我國(guó)廣電總局規(guī)定的分割為65MHz/87MHz，即上行頻段是從5MHz到65MHz，下行頻段從87MHz到550MHz用于模擬廣播頻道，550MHz以上為數(shù)字下行頻段。

除此以外，各國(guó)的有線電視頻率分配也都各不相同，美國(guó)的有線電視網(wǎng)絡(luò)頻率的典型分配是5MHz至42MHz為上行數(shù)字頻段，550MHz至750MHz/862MHz為下行數(shù)字頻段。美國(guó)的電視是NTSC制，模擬頻道占6MHz/頻道，我國(guó)的電視是PAL制式，模擬頻道占8MHz/頻道。圖3和圖4分別給出了65/87分割的862MHz帶寬的頻率分配標(biāo)準(zhǔn)，前者表示下行頻段全部用于PAL制式電視廣播，它可容納93個(gè)模擬頻道，后者是普遍使用的模擬和數(shù)字混合使用的頻率分配，這種頻率分配可提供54個(gè)PAL制式模擬頻道，312MHz帶寬的下行數(shù)字通道。在兩圖中DS表示正規(guī)的電視頻道，Z表示增補(bǔ)頻道，F(xiàn)M表示調(diào)頻廣播。表1列出了上海市較完善的有線電視廣播網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)頻率分配。

圖3 862MHz頻率分配-1:下行頻段全部用于電視廣播，可容納93個(gè)模擬頻道

圖4862MHz頻率分配-2:下行頻段50MHz以下用于電視廣播，550MHz以上用于數(shù)據(jù)下行傳輸

表1 上海市有線電視廣播網(wǎng)絡(luò)的頻率配置

波段

頻段(MHz)

用 途

R

5~65

上行數(shù)字業(yè)務(wù)

X

65~87

保護(hù)頻段

FM

87~108

廣播業(yè)務(wù)

A

110~550

下行模擬業(yè)務(wù)

A

550~862

下行數(shù)字業(yè)務(wù)

A

862~1000

備用

雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和主要技術(shù)指標(biāo)特點(diǎn)

雙向HFC網(wǎng)絡(luò)的主要特點(diǎn)是在回傳(上行)通道中無法嚴(yán)格控制噪聲的混入，使得網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營(yíng)者開展雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)變得困難。對(duì)于正向(下行)通道，信號(hào)從前端進(jìn)入HFC網(wǎng)，即信號(hào)從一點(diǎn)廣播到多點(diǎn);但對(duì)于上行通道，由于分配網(wǎng)本身的樹型結(jié)構(gòu)，信號(hào)與噪聲由每個(gè)家庭同時(shí)進(jìn)入到網(wǎng)絡(luò)，繼而匯聚到前端，多點(diǎn)的噪聲匯聚到一點(diǎn)并疊加，最終影響正常數(shù)據(jù)傳輸。

在回傳通道里，噪聲干擾的主要來源有三個(gè):有源器件(放大器和接收機(jī))產(chǎn)生的熱噪聲;回傳激光器、光纖和前端接收機(jī)產(chǎn)生的光纖鏈路噪聲;住宅中未接終端設(shè)備的分配端口和周圍環(huán)境中通過電纜接頭或電纜屏蔽不良而侵入的噪聲。第三部分噪聲是通過室內(nèi)用戶線和入戶電纜進(jìn)入系統(tǒng)的，它在回傳通道噪聲成分中占很大的比例。

為了減少上述噪聲的干擾，在同軸電纜分配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮平衡所有到達(dá)用戶路徑上的損耗，同時(shí)在用戶未接終端設(shè)備的分配端口加上低通濾波器，這樣就能使用戶末端接口處的侵入噪聲大為減少。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，規(guī)范野外安裝的工藝、保證分配設(shè)備和連接電纜的良好密封性，是減少噪聲干擾的主要手段。

另外，在數(shù)據(jù)信號(hào)的處理上，常使用一些去噪技術(shù)，以提高物理信道通信成功的機(jī)會(huì)。這些技術(shù)中最常用的是前向糾錯(cuò)(FEC)和交織傳送，前者是通過增加"冗余"比特位來達(dá)到糾錯(cuò)的目的，后者是以增加時(shí)延為代價(jià)來達(dá)到糾錯(cuò)目的。

主要技術(shù)指標(biāo)

在設(shè)計(jì)雙向HFC網(wǎng)絡(luò)時(shí)，一般仍然是從下行模擬電視信號(hào)傳輸通道的信號(hào)指標(biāo)入手。因?yàn)槟M信號(hào)對(duì)傳輸系統(tǒng)的要求比數(shù)字信號(hào)高，因此在一個(gè)既要傳輸模擬信號(hào)，又要傳輸數(shù)字信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)中，首先要考慮的是滿足模擬信號(hào)的正常傳輸。

在雙向HFC網(wǎng)絡(luò)中，主要的指標(biāo)如下所列:

1)射頻電平(RF電平)

《有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GY/T106)中規(guī)定，模擬信號(hào)射頻電平，在用戶端的指標(biāo)為:60~80dBμV。

為了減少數(shù)字信號(hào)在傳輸過程中對(duì)模擬信號(hào)的干擾，數(shù)字信號(hào)調(diào)制后的射頻電平要比模擬信號(hào)調(diào)制電平低10 dB。

2)載噪比(C/N)

對(duì)模擬信號(hào)載噪比的測(cè)試，根據(jù)《有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GY/T 106-1999)和《市、縣級(jí)有線廣播電視網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GY 5063-1998)，分別為:到用戶端的指標(biāo)大于等于43dB;全系統(tǒng)的指標(biāo)大于等于44 dB。

由于輸入系統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)射頻電平比模擬信號(hào)低10 dBμV，顯然對(duì)數(shù)字信號(hào)載噪比的測(cè)試結(jié)果，正常情況下也要低10 dB。

3)非線性失真

在節(jié)目信號(hào)超過20套的有線電視系統(tǒng)中，最主要的非線性失真指標(biāo)是CTB和CSO。

根據(jù)我國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GY/T 106-1999)和《市、縣級(jí)有線廣播電視網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GY 5063-1998)，到用戶端的指標(biāo)和全系統(tǒng)的指標(biāo)分別為:CTB≤-54dB，CSO≤-54dB和CTB≤-55dB，CSO≤-55dB。

雙向HFC網(wǎng)是在原來的單向HFC網(wǎng)上增加了回傳信號(hào)的通道，其傳輸介質(zhì)還是光纖和電纜的結(jié)合。其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般還是星型和樹型的結(jié)合，即從前端到光節(jié)點(diǎn)的干線網(wǎng)是星型結(jié)構(gòu)，從光節(jié)點(diǎn)以下到用戶的分配網(wǎng)絡(luò)是樹型結(jié)構(gòu)。

在雙向HFC網(wǎng)絡(luò)中前端到光節(jié)點(diǎn)增加了一芯光纖，用于回傳信號(hào)，從光節(jié)點(diǎn)到用戶的樹型電纜上，采用頻分復(fù)用技術(shù)傳輸不同方向的上、下行信號(hào)。由于在樹型電纜網(wǎng)上傳輸信號(hào)的方式是廣播式的，因此，連接在電纜上的各用戶設(shè)備在發(fā)送信號(hào)時(shí)必須是分時(shí)的，即介質(zhì)共享、時(shí)分復(fù)用。

雙向HFC網(wǎng)絡(luò)由于回傳反向信號(hào)頻率段是在低頻段(5~42MHz)，而在低頻段的頻譜上存在許多日常所用電器的噪聲信號(hào)，這些噪聲信號(hào)通過家中電纜的接頭竄入網(wǎng)絡(luò)。雖然這些噪聲信號(hào)能量很微弱，但由于樹型電纜的結(jié)構(gòu)，這些微弱的噪聲信號(hào)在某些頻率上的能量被疊加增強(qiáng)，這種現(xiàn)象被稱為"漏斗效應(yīng)"。在原來單向網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)光節(jié)點(diǎn)下面有多級(jí)放大器串聯(lián)，但在雙向網(wǎng)絡(luò)中為避免噪聲信號(hào)在回傳信道中被放大器不斷放大，所以通常在光節(jié)點(diǎn)下只有一級(jí)分配放大器，信號(hào)覆蓋的用戶群數(shù)量就沒有單向網(wǎng)絡(luò)的 10 000戶至20 000戶那么多，在美國(guó)，一般的用戶分配網(wǎng)絡(luò)覆蓋的用戶群只有500戶，甚至250戶。這樣噪聲信號(hào)疊加的能量就不會(huì)很高，不至于達(dá)到影響正常通信的程度。