HFC雙向寬帶網

劉前

摘 要：信息交換已然成最重要的資源，它主要表現為圖像、聲音和數據3種形式。信息網絡發展方向是數字化、綜合化、智能化和個人化，支持全數字化業務。HFC網是目前較好的接入網，是信息高速公路寬帶接入網的最佳方案。

關鍵詞：雙向HFC網；寬帶接入

1 HFC網的拓撲結構

現代的HFC網基本上是星形總線結構，由3部分組成，即饋線網、配線網和用戶引入線。饋線網指的是前段至服務區光節點之間的部分，大致對應CATV網的干線段。從前端到服務區的光結點都有一專用的直接無源光連接，即用一根光纖代替了傳統粗大干線電纜及一連串放大器，從結構上則相當于用星型結構代替了傳統的樹形結構。一般來說，一個服務區的用戶數為200戶以下。配線網：指服務區光纖結點與用戶分支點之間的部分。仍采用傳統CATV網的同軸電纜，一般常為簡單的總結構，這一結構的好壞從很大程度上來說，決定了整個HFC網的業務類型和業務量。就將一個大網分解為多個物理上相對獨立的基本相同的配線網即子網，同時各子網允許相同的頻譜安排而互不影響，每個子網為相對較少的用戶服務，最大程度地利用了頻譜資源。用戶引入線：指分支器用戶之間的線路，由于傳輸電平較低，反向噪聲易侵入。

2 HFC網的頻譜安排

HFC網的頻譜資源十分寶貴，一般將低端5-42MHZ共37MHZ的帶寬作為上行通道，即所謂的回傳通道，50-1000MHZ頻段作為下行通道，其中50-550MHZ頻段落用來傳輸數字CATV信號和雙向交互通信業務，假設采用64QAM調制方式的MPEG-2圖像信號，則頻譜效率為5-6bPS/HZ，允許在6-8MHZ的模擬通道內傳輸約30MbPS的速率為數字信號，可傳輸6-8路4MBPS的速率MPEG-2圖像信號，因此，這200MHZ帶寬可傳輸200路數字圖像信號。若采用QPSK（四相相移鍵控）調制方式，每3.5MHZ的帶寬可傳輸540路下行電話通路，將其置入4-3個6-8MHZ的通路，750MHZ-1000MHZ的頻段用于各種雙向通信業務及其它新業務。

3 光纖傳輸系統的有關計算

3.1 三大指標的計算

衡量光纖CATV系統性能的指標有：C/N（載噪比），CSO（組合二次差拍）及CTB（組合三次差拍）。現階段CATV系統基本上可分為前端（H）光纖干線（F），電纜支線（D）和機上變換器（S），每一部分的指標分配要保證總指標能滿足國際的要求，并且還要兼顧當地的自然條件和經濟實力，來合理安排確定設備選型和具體設計依據，對于AM光纖鏈路，一般可考慮C/N=50dB，CSO=61dB（60個頻道），CTB=65dB（60個頻道），對于CATV總的指標，可由以上幾部分疊加計算。

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

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

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

3.2 光功率分配方案的確定

從光發射機到光接收機之間的全部光路衰耗值決定了光纜干線的載噪比，因而功率分配方案是否合理，將直接影響到系統的性能價格比。光纜路由確定后，由于每一光路的長度不同，各光路的光纖損耗不同，為使每一光路具有基本相同的損耗值，可通過計算適當選取合適分光比的光分路器，使各路達到平衡，各光路光接收機具有基本相同的光功率輸入。

3.2.1 光路損耗計算

光路損耗應為光路上所有損耗之和即A=aL+（-10gK）+0.5+1（dB）

A為光路損耗，L為光纜長度KM，a為衰耗常數（dB/KM）

在1.55um波長可取a=0.25dB/KM，0.5dB為光分路器插入損耗；1dB為活動連接器及光路損耗余量，K為分光比

3.2.2 分光比K的計算

Kj=10aLj/∑10aLj/10

Kj為分光器第j個臂的分光比

3.2.3 光接收機所接收的光功率Pr（dBM）計算

Pr（dBM）=Po （dBM）-A（dB），Po為發射光功率，一般光接收機的輸入光功率應在0—— -4dBM，當要求C/N=50dBM

CTB=65dB，CSO=60dB左右時Pr值應在-2dBM左右即可

3.2.4 光發射機的輸出光功率Po的計算

P0=A+2（dBm）

3.3 指標換算

設額定頻道數為N，實際頻道數為N當光發射機每頻道的輸入射頻電平不變時

C/N=C/N+10lgN/N

CTB=CTB+20lgN/N-2（20lgE/E）

CSO=CSO+15lgN/N-20lgE/E

E為額定頻道數N下的各頻道的電平幅度，E為額定頻道數N下的各頻道的電平幅度

4 HFC網上行傳輸存在的問題

由于光纜是多芯結構，所以采用空間分割信道，即上行和下行信道選用不同的光纖芯，這樣上行信道與下行信道互不牽連，而以同軸電纜為傳輸媒質的入戶線網和配線網中，存在著“匯集干擾”和“匯集均衡”之類的問題，使HFC網的傳輸質量受到影響，如何解決這些問題呢？

4.1 解決“匯集干擾”問題

①產生原因：“匯集干擾”是由各用戶室內端引入的各種干擾和傳輸電纜受環境中各種電磁干擾侵入產生的干擾，并經上行傳輸通道匯集形成的干擾，也稱“漏斗效應”，“匯集干擾”不只是“熱燥聲匯集”，其量值比熱燥聲大50-60dB，（近百萬倍），所以“熱噪聲”的作用很小很小可忽略不計。其主要產生的途徑有兩個，一個是能量集中在5-35MHZ頻段的強干擾，通過用戶室內電視機信號輸入端產生，一般在70-90dBuV，以上兩類干擾中以電視輸出口引入的干擾最最嚴重。

解決方法：①對于電視機輸入端產生的干擾，解決的辦法是“堵”，將上行、下行頻段中間空出隔離帶，并選出優質的高低通濾波器。將其分離為兩個單獨通道，并使兩個通道互不干擾，這樣就堵住了源于用戶端的噪聲干擾。

②對于電纜引入的環境電磁干擾，主要途徑是屏蔽層和接頭。當下行信號從用戶放大器輸出，經分支、分配器和入戶電纜到戶內用戶端口，是下行信號由高電平轉為低電平的過程，從上行信號來看，這一段同樣也是電平下降最快的一段，傳輸電平最低的一段，也是環境電磁干擾最易侵入的部分。關于抗干擾的方法有兩種，即屏蔽和提高傳輸信號電平，保證上行電平高于100dBuV，由于這一段為樹枝性結構的電纜網，是接頭工程，接頭工藝缺陷處處都是，徹底屏蔽是不可能的，所以解決問題的最佳方案是，采用集中分配放大入戶方案，提高這一部分電纜中的傳輸電平。這是一種星形入戶結構，即按十余戶為一集中處理單元，將可調放大器與分配器合為一體，并且屏蔽起來。既可使電纜處于高電平中，又可解決接頭的屏蔽作用，同時也方便地實現可尋址管理，這種方法接頭少，不易銹蝕，壽命長。由于處理單元對放大器要求不高，輸出僅為90dBuV，有20dB增益即可，省去了輸出電平高、增益高、價格較貴的用戶放大器和部分分配放大器，所以建網成本不是很高。

4.2 解決“匯集均衡”問題

所謂“匯集均衡”是指各用戶信號上行回傳時，由于經過的路徑不同，各路徑上的傳輸增益不同，而出現的各用戶信號到達匯集點的電平不一致現象。產生的原因是，由于電纜的損耗與信號的頻率平方根成正比，而分支分配器損耗，本質上是能量分配，雖然高端損耗大一點但很小，可以近似地認為，與頻率無關，而不同鏈路上的用戶所使用的電纜長度和使用的分支、分配器各不相同，這就造成了用戶對下行來說電平相同，而對于上行信號到達匯集點的電平卻差別很大。使上行通道的調試工作變得很是困難。

對該問題的解決方法：①采用集中放大分配方式的入戶分配器材（集線器），每十幾戶為一基礎匯集點，安裝集線器，既保證了上行信號各用戶電平近乎一致，也保證了各用戶下行信號電平一致。②網絡設計時，一般來說，不予選用分支損耗大于12dB的分支器，而盡量選用分配器，保證各支路上行路由總損耗近似相等。③網絡路由盡量設計為多級星型傳輸結構，對稱設計。雙向放大器要選用低增益放大器。不選用上行無增益下行高增益放大器，以保證傳輸指標。④正確選用雙向工作站，要求光機能在內部，對各個端口的上行信號電平分別調整后匯集。