HFC网络典型结构设计和注意问题

zjol

2004-02-26 世界宽带网络


汪章瑞

　　汪章瑞先生，国家广播影片电视总局计量检测中心高级工程师。

一 HFC双向网的简单先容

　　在研究HFC双向网络时，常按反向通道划分为以下4部分：用户分配部分、电缆传输部分、光缆传输部分和前端接入部分。

　　用户端到楼放下行输出口这部分为用户分配。由于楼放输出口下行信号电平可达100dBμV以上，用户接收设定电平为(65±4)dBμV，用户分配网的损耗一般在(30±4)dB。

　　楼放下行输出口到光站下行输出口这部分为电缆传输。对于双向放大器的下行增益，可根据光站下行输出口的电平高低而定，一般在20~40dB之间，用来补偿分支、分配和线路损耗，使下行最终损耗在0~10dB之间。对于反向通道，因双向放大器中有自己独立的反向放大模块，反向信号介入增益(损耗)可实现0dB。这就是大家通常说的“单位增益”。



图为HFC双向网典型方框图。
　　光站到前端光收/发机部分称为光缆传输。下行要保证光站光接收机的接收光功率在0~-3dBm，以保证光接收机能输出足够电平和载噪比。反向损耗则与反向光设备的选择有关，一旦光设备选定了，损耗也就确定了。一般光接收机上行输出口的组合增益可设在0~20dB之间(在反向光接收机的输入功率为-4.5dBm时)。

　　反向光接收机输出端到CMTS的输入端口部分为前端接入。这部分主要作用是将多路光链路混合成一路输入到CMTS，其插入损耗要根据业务带宽按通道内功率密度(每赫兹功率)来推算出该业务的电平值，然后再减去CMTS要求的输入电平值而得出来。这部分是整个反向通道最大一个汇集点，混入一个CMTS端口的光链路最好是6~8路，若过多会使通道噪声增加，过少又不够经济。上行信号在进入CMTS之前，应接一个3dB左右的固定衰减器，其作用：一是改善通道的驻波性能；二是为其它业务的接入提供余量。

二 HFC双向网改造中应注意的问题

　　HFC双向网改造进行了几年，虽然取得了一定成果，但不够理想，其原因是多方面的，既有认识问题又有措施不力的问题。归纳起来，HFC双向网改造应注意的问题有以下3点，供大家参考。

1. 反向为主，兼顾正向

　　在HFC双向网改造中，设计应以反向为主，兼顾正向。在满足反向要求的前提下，尽量减少改造工作量，并降低改造成本。设计中要注意以下3点：

(1)双向分配网中电缆接头个数尽量少。有人说：“双向分配网改造主要是‘接头工程’”。这句话有一定道理，电缆接头越多可靠性越差，每增加一个接头就降低一部分可靠性。 (2)在反向通道中，反向损耗适当减小，一般要求反向损耗≤30dB。当然，通常反向通道的损耗比30dB略大几dB，这几dB可由楼放反向通道增益来补偿。但是反向损耗不能过大，否则对Cable Modem的输出电平要求太高，会造成反向通道功率饱和，使载噪比降低。

(3)楼放输出端口到各单元分支器(或分配器)的连接电缆长度应不超过30m，否则，楼放均衡不了正向通道高端的损耗。

2. 电缆接头的质量和接头制作工艺

　　双向分配网改造时，电缆接头的质量和接头制作工艺非常关键。否则，一个电缆接头接触不良，就会造成一户甚至多户Cable Modem不能工作。因此，施工时对电缆接头要特别重视，一般应注意以下几点：

(1)在双向网改造前，对施工人员必须进行技术培训。考试合格后，方能上岗。

(2)在施工中，必须对工程质量认真地进行监督和检查。发现不合格的地方，必须及时纠正。

(3)工程结束后，要对双向网改造的质量进行验收。验收应包括：客观测试、主观评价和工程质量检查。

3. 把好选材关

　　双向网改造中，所选用器材必须严把质量关，特别是下列器材必须达标。

(1)双向网改造中，分配网所用的 -5和-7同轴电缆须用四屏蔽电缆，并且四屏蔽电缆的两层编织网的编织密度和编织网丝的粗细，都应达到行业标准要求。

(2)分配网中的分支器分支损耗应适当地小，以降低反向通道的损耗值。

(3)-5和-7同轴电缆的接头必须选用压接式F头，应禁用卡环式接头。

(4)用户盒的下行电视输出端口必须加一个高通滤波器。此高通滤波器在65MHz以下衰减应达40dB以上。

三 HFC双向网的电平描述方法和设计原则

1. HFC双向网电平描述方法

　　通常，在HFC双向网中，大家采用两种方法来描述信号电平关系：第一种方法是信号的绝对电平值以dBmV表示，适合于描述下行信号；第二种是描述信号相对电平值的“增益”或“损耗”，以dB表示，常用于描述上行信号。因为上行信号是突发性的，一般仪器很难测量上行信号的电平值。因此大家通常采用测量某个设备端口CMTS上行接收端口的链路损耗办法，来推算上行通道在这个端口的电平值。

2. HFC双向网设计原则

a. 下行通道

　　在设计时，大家主要考虑到达用户的下行信号电平的高低以及网络如何对电平进行合理分配。设计方法与单向网基本相同，这里不再重复。

b. 上行通道

　　在设计时，对上行通道大家主要的考虑是链路损耗。要求有以下几点：

　　(1)上行通道的链路损耗在一定范围内实现平衡和协调。楼放之后有分配器、分支器和用户盒，还包括连接电缆和电缆接头。这些器件的衰减之和是分配网的反向总损耗，可达三十几dB。一般上行通道设计中，分配网的反向总损耗按30 dB考虑，多余的几dB由楼放上行增益来补偿。因此，上行分配网的反向总损耗尽量接近30dB，也就是说，分配网中分支器的分支损耗应适当用小的。

　　光站以下到分配网前的电缆分配部分，包括楼放在内，放大器总级数不超过两级。分配或延长放大器的增益与传输电缆的损耗相抵消，达到“零增益”或“零衰减”。

　　(2)关于分配网的结构：在具体设计中，光站以下尽量采用星型结构，但也可局部采用低分支损耗的树型结构。从本质上讲，从光站出发到每个用户的电缆的电气长度和长度差尽量短。

　　(3)关于双向放大器：在大家设计的HFC双向网中，一个四端口光站下带的用户一般不超过2000个，每个端口带的用户最多只有500户左右，这样光站下最多只有两级放大器，有的则是光站下直接带楼放。因此，双向放大器的正向增益可根据下行链路最大损耗来选择，通常稍大一些。如延长放大模块增益可在30dB左右，楼放模块增益可为35~40dB。反向模块的增益则要根据上行链路最大损耗，一般选择高出5~ 6dB的反向放大模块，但反向放大模块的增益也不是越大越好，选得过大，既浪费，又不利于调整。

　　(4)从光站到延放，从延放到楼放或从光站到楼放的任何一级有源器件之间的链路损耗必须比担当上行放大的反向模块增益低5~6dB左右，以确保调试中有一定余量。

　　(5)同轴电缆的使用问题：通常多数人认为，在HFC双向网中应使用铝管电缆(主要是主干网络)或四屏蔽电缆(主要是分配网络)。因为，用户分配网的无源器件对噪声和反向信号有一定衰减作用。而在主干电缆传输部分，由于它对反向信号没有衰减作用(增益衰减相抵消后约为0dB)。因此，大家建议采用铝管或四屏蔽电缆为好。

　　综上所述，在实施设计过程中，大家就不能只考虑下行信号，而要上、下行信号一并考虑，并且当二者出现矛盾时应优先考虑上行信号的要求，必要时不惜牺牲一些工程设计中的经济指标——浪费一些光站和放大器输出的电平。但由于上行频率最高只有65MHz，上行信号的百米损耗要比下行高端信号的百米损耗低得多，因此在一般情况下，如果按以上原则设计，只要下行高端信号能满足设计要求，上行参数基本上也能满足设计要求。