（计算机应用技术专业论文）苏州hfc有线网络分析、解决方案与实践.pdf

苏州i f c 有线髑络分析、解决方案i j 实践 苏州h f c 有线网络分析、解决方案与实践 中文提要 有线电视网络是信息化进程中一个重要的基础网络，m c 有线电视 网有着极好的数据传输环境，具有高带宽、大容量和很高的用户拥有率， 而被国际上公认为是通向广大用户多种信息业务的统一平台，将成为信息 高速公路基础设施之一。本文首先对有线电视行业的产生、现状与将来的 发展作了简要的介绍，然后对苏州有线h f c 双向网络的体系结构总体设 计思路进行了分析，阐述了苏卅l 有线h f c 双向网络的改造和设计思想， 对网络指标做了计算，分析了网络噪声的产生并提出了解决方案，本文并 对苏州h f c 有线网络中的宽带接入解决方案进行了探讨。文章的最后对 笔者独立设计的一个h f c 双向网络进行了详细介绍。 关键宇：h f c电缆调制解调器 宽带接入网 作者：邓海力 指导老师：陆建德 兰鲨堕堕：堑堕塑叁堕堑二塑堡塑塞量壅些 茎皇墼壅 t h e a n a l y s i s o fs u z h o uh f c c a b l et vn e t w o r k a n d p r i m a r ye x p l o r i n go fr e s o l u t i o na n dp r a c t i c e a b s t r a c t c a t vn e t w o r ki sa n i m p o r t a n tn e t w o r ki ni n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r e c o n s t r u c t i o n w i t he x c e l l e n td a t at r a n s f e re n v i r o n m e n t ，h f cc a t v n e t w o r k h a sb r o a db a n d w i d t h ，b i g c a p a c i t ya n dh i g hr a t eo f c u s t o m e r p o s s e s s i o n i ti s r e c o g n i z e da sa l li n t e g r a t e dp l a t f o r mo fd i v e r s ei n f o r m a t i o ns y s t e m st ow i d e c u s t o m e r si nt h ew o r l d ，a n di tw i l lb e c o m eo n eo ft h ei n f r a s t r u c t u r e sf o r n a t i o n a li n f o r m a t i o n h i g h w a y a tf i r s t ，t h i st h e s i sh a sm a d e ab r i e f i n t r o d u c t i o n t ot h eg e n e r a t i o n ，c u r r e n ts t a t u sa n dt h ed e v e l o p m e n ti nt h ef u t u r eo f c a t v i n d u s t r y , t h e ni th a sa n a l y z e dt h eo v e r a l ld e s i g nt h o u g h t st ot h ea r c h i t e c t u r e o fs u z h o uc a t vh f cb i - d i r e c t i o n a ln e t w o r k t h et h e s i sh a sa l s oa c c o u n t e d f o rt h er e c o n s t r u c t i o na n d d e s i g n s c h e m et o i t ，c a l c u l a t e d t h en e t w o r k t e c h n i c a lp a r a m e t e r s ，a n d h a s 孤a l y z e d t h ec 冶u s e so f n e t w o r k n o i s e s , g i v e no u t i t s s o l u t i o n ，a n dh a sd i s c u s s e db r o a d b a n da c c e s ss c h e m et os u z h o ui - i f c c a t vn e t w o r k i nt h ee n d ，t h et h e s i si l l u s t r a t e sah f c b i d i r e c t i o n a ln e t w o r k i n d e p e n d e n t l yd e s i g n e db y t h ea u t h o r k e y w o r d s ：h f c c a b l em o d e mb r o a d b a n d a c c e s sn e t w o r k w r i t t e n b yd e n g h a i l i s u p e r v i s e db y l uj i a n d e y 6 4 5 7 2 8 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声i ! i j | ：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立 进行研究工作所h 义得的成果。除文巾已经注明引刚的内容外，本论文 小含其他个人或集体已经发表或撰写过的础f 究成果，也不含为获得苏 州大学或其它教育机构的学位证二b 而使用过的材料。列本文的研究作 出重要贡i 袱的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本 声明的法律责任。 1 i j 究生答名：堑! 垒丝 j ：2 竖垒型 学位论文使用授权声明 苏州人学、i t 国利- 学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、小国社科院文献信息情报中心有耷义保留本人所送变学位论 文的复e i j f l ：和 l _ ! l 子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密沦文外，允即论文被查阅和借阅，司以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 导师签名： f i 期：公始：! f 期：砭吐笔基垡 苏州h f c 有线用络分析、解决方案与实践 刖吾 有线电视网络是信息化进程中一个重要的基础网络，频率资源丰富 ( 5 1 g h z ) ，传输速率高，信息容量大，用户众多，已经在计算机网，电 信网和有线电视网三大网中越来越显示着特殊地位。h f c 有线电视网有 着极好的数据传输环境，具有高带宽、大容量和很高的用户拥有率，而被 国际上公认为是通向广大用户多种信息业务的统一平台，将成为信息高速 公路基础设施之一。本文将对苏州h f c 有线网络的设计进行分析，并对 存在问题与解决的方案作出初步探索。 本文第一章对有线电视行业的产生、现状与将来的发展作了简要的介 绍，从第二章开始，对苏州有线h f c 双向网络的体系结构总体设计思路 进行了分析，第三章阐述了苏州有线h f c 双向网络的改造和设计思想， 并对网络指标做了计算，分析了网络噪声的产生并提出了解决方案，第四 章对苏州h f c 有线网络中的宽带接入解决方案进行了探讨，最后在第五 章对笔者独立设计的一个h f c 双向网络进行了详细介绍。 苏州h f c 有线嘲络分析、解决方案与实践 第一章h f c 有线网络技术概述 第一章h f c 有线网络技术概述 1 1 有线电视的产生、现状与未来展望 世界上最早开办有线电视的是美国，美国于2 0 世纪4 0 年代末在一些 非常偏远的农村开办了一种“公用天线电视系统”( c o m m u n i t ya n t e n n a t e l e v i s i o ns y s t e m ) ，该系统6 0 7 0 年代开始在美国的大中城市出现。9 0 年 代末，光纤同轴电缆混合( h f c ) 系统成为有线电视系统的主要传输模 式。盯c 系统的出现，不仅使有线电视网传送的电视节目数量和质量有 了质的提高，而且服务内容超出了单纯的电视节目播放，各种增值服务开 始在有线电视网络中出现。我国的有线电视是从1 9 6 4 年研究共用天线开 始，经历了技术和系统建设的准备，共用天线进入居民楼及建立以电缆方 式为主的企业城域网，进行邻频传输三个阶段的发展，直到9 0 年代末发 展大容量、数字化、双向多功能有线电视综合业务网及开始跨区域联网。 中国有线电视经过几十年的发展，特别是进入9 0 年代以后的飞速发 展，有线电视从单纯传送广播电视节目，逐步向传输广播电视、计算机信 息和数据信息综合业务网方向发展；传输媒介也从原来的电缆逐步发展为 空间以卫星传输、地面以光缆为主干线的s d h ，h f c 系统为主，辅以 m m d s 、a m l 等微波传输手段。将包括模拟信号与数字信号并存、频分 复用与时分复用并存、光缆与电缆并存、信号分配与信号交换并存等多种 新技术。迄今为止，全国已经拥有用户高达9 0 0 0 多万户，各地网络有4 0 0 0 多个，有线电视网络总长度超过3 0 0 万公里，光缆网总长超过4 0 万公里， 1 9 个省份建立了省内的骨干网，全国干线网连通了2 4 个省份，无论从用 户的数量还是网络的资产，在世界上都是数一数二。 ， 苏州h f c 有线用络分析、解决方案与实践 第一章h f c 有线嘲络技术概述 针对有线电视网的现状及未来发展去向，我国广播电影电视总局提出 了全面的有线电视网规划方案，全国有线电视光纤联网工程将分五个层次 建网：第一层次为国家干线网，分东南沿海环、西南环、西北环和东北环 四个环路；第二层次为省级干线网；第三层次为地、市级干线网；第四层 次为县级网；第五层次为h f c 接入网。在业务发展上，不但要保持现存 的广播式宣传业务，而且要发展图文电视、电视会议、数据信息广播、加 密电视、视频点播( v o d ，n v o d ) 。并开展计算机联网、电子邮件、数 据通信和多媒体信息服务，这是有线电视网络的潜力所在，也是国家信息 高速公路的重要组成部分。 1 2h f c 有线网络设计思想 h f c ( h v b r i df i b e rc o a x i a l ) 网是指光纤同轴电缆混合网，它是一种 新型的宽带网络，采用光纤到服务区，而在进入用户的“最后l 公里”采 用同轴电缆。 由于光纤传输具有频带宽、损耗低、不受电磁干扰等优点，因此，利 用光缆作为超干线、主干线传送有线电视信号近年来得到了广泛的应用。 由于光缆与光设备价格的大幅度下降，i - 讲c ( 光，电混合) 网的建设成为经济 可行。另一方面，随着社会对信息服务的需求急剧地增长，有线电视丰富 的频率资源的开发不再限于单向提供广播电视的基本功能上。h f c 网的 建设成本低、易于升级改造、频率资源丰富，因此被广泛采用。 h f c 有线电视系统由前端、光链路( 光发射一光纤一光接收) 与电缆网 络三部分组成。它比较合理有效地利用了当前的先进成熟技术，融数字与 模拟传输为一体，集光电功能于一身，同时提供较高质量和较多频道的传 统模拟广播电视节目、较好性能价格比的电话服务、高速数据传输服务和 1 苏州l c 有线网络分析、解决方案与实践 第一章l i f c 肯线网络技术概述 多种信息增值服务，还可以逐步开展交互式数字视频应用。 1 3h f c 有线网络宽带接入技术 目前，利用有线电视网作为宽带接入市场上也有几种形式，采用哪一 种主要取决于其性能价格比，下面逐一进行比较。 1 - 3 1s - c d m a 同步码分多址技术 1 3 1 1 原理 s - c d m a 技术采用的是直接序列扩频，就是用具有高频率的扩频序 列在发端扩展信号的频谱，而在收端用相同的扩频码序列进行解扩，把展 开的扩频信号还原到原来的信号。 1 3 1 2 特点 s - c d m a 技术在每6 m h z 带宽中使用1 4 m b p s 速率，使用频谱扩展技 术，使上行传输免遭脉冲及窄带干扰的影响，由于s - c d m a 传输方式仅 占6 m h z 带宽，不影响邻频传输，故该技术可在h f c 网中与使用其他调 制方式的传输和谐共存，如使用q p s k 、q a m 等音视频传输。 1 3 1 3 主要技术 在现有单向传输有线电视网络中，把开通的干线放大器更换为双向功 能，并更换支线放大器和分支分配器为双向器材。 1 3 1 4 方案优缺点 优点是可解决低质量信道上进行数据通信问题，采用s - c d m a 技术 的c a b l em o d e m 在一个标准的6 m h z 信道内可传递1 4 m b p s 的下行信号和 1 4 m b p s 的上行信号。 缺点是s - c d m a 是一种厂家技术，不是标准，国内应用很少，s - c d m a 的抗干扰性是通过牺牲带宽来实现：s - c d m a 技术中的c a b l em o d e m 很 4 苏州k 有线网络分析、解决方案与实践 第一章i t f c 有线罔络技术概述 少厂家生产，市场小无法批量生产，绝大多数的c a b l em o d e m 不支持 s - c d m a ，兼容性差，扩展性不强，市场前景不明。 1 3 2 “视网通”技术 1 3 2 1 原理 “视网通”有线电视宽带接入网技术只解决光节点以下的同轴电缆双 向传输问题，其前提条件是在光节点以前要构建i p 传输用2 芯光纤。 1 3 2 2 特点 “视网通”技术从用户终端、台式机、局域网、城域网到广域网，使 用统一的以太网结构，运行统一的i p 协议。 1 3 2 3 主要技术 ( 1 ) 光节点处的光端设备。其一端和同轴电缆相连，另一端通过光纤收 发器和若干骨干m 网相连。有线电视信号和宽带伊信号在头端混合和分离。 ( 2 ) 跨接单向放大器的路由设备。路由设备跨接放大器，使得线路由单 向变成双向，同时路由设备对于模拟信号是高阻( 关断) ，对碑信号是通路， 不影响单向模拟信号的传输。 1 3 2 4 方案优缺点 优点是技术升级路线清晰，用户端相对改造成本低。 缺点是头端和路由器设备有多个输出口，网络做起来麻烦、费事；用 户楼需要l 台中继器；上下行工作在同一频带上，高通为2 0 m ，不符合 国家标准，设备在升级过程中必须全部淘汰；所有用户全部完成，否则没 有换掉的用户将不能看电视，更不能开展其他业务；信号的格式被改动， 不具备可持续发展；c m ( 视网通) 是专用设备不能升级。此方案仅局限 于数据传输。 1 3 3c m t s + 集中分配入网技术 e 苏州耶c 有线网终分析、解欢方案与实践 第一章h f c 有线网络技术概述 1 3 3 1 原理 总前端配置头端设备c m t s 和用户端设备c a b l em o d e ，开展交互式 数据业务，其结构是：中心( 总前端) 一分中心( 分前端) 一光节点一支 干线、分配( 或接入) 网。 1 3 3 2 特点 c m t s 与c a b l em o d e m 国内已批量生产，价格逐步向老百姓靠拢。 1 3 3 3 主要技术和设备 当光节点的交互式用户数达到一定数量后，为进一步提高通信速率和 加强管理，控制设备c m t s 会移动各光节点。 调制方式：下行采用6 4 2 5 6 q a m 调制方式，速率可达3 0 3 8 m b p s ( 6 m 带宽) 。 1 3 3 4 方案优缺点 优点是集中分配可方便实现有条件接收可寻址用户管理和控制；保证 了输出电平相互隔离、均衡特性、非线性失真等重要技术指标的一致性： 减少了因串接分支分配方式接头过多引入的嗓声，减少了空间干扰；采用 频段分路器等隔离措施，堵住了用户盒噪声侵入。 缺点是必须改造原用户串接单元网，需重新敷设电缆明线，因原暗装 穿线孔直径太小，用户分配电缆比串接式要用得多，另外回传单独占1 根光纤。 通过以上比较，作为有线电视宽带接入方案，选择c m r s + 集中分配 式技术方案最佳，无论从性能价格比还是从可持续发展方面来讲，都是占 优势的。 苎型竺! 蔓丝壁堡坌堑：竺壅查墨皇壅墼第二章苏州h f c 有线网络体系结构 第二章苏州h f c 有线网络体系结构 2 1 苏州h f c 有线网络总体设计思想 苏卅 有线电视网络总体设计遵循了以下的原则：层次型的网络结构， 整体网络分成骨干层、会聚层和接入层。建成的网络将成为i p 业务的骨 干网，解决目前企业高速联网和小区宽带接入的需求，并最终发展为在本 地范围内承载图象、语音和数据的统一平台，成为新时代的多业务承载网。 考虑到有线电视网中除了传统的模拟信号传输之外，数字信号传输的 成分会越来越大，光信号传输的覆盖范围会越来越大，光信号通信量也会 迅速增加。在h f c 网络的设计和建设中要考虑到城市的地理环境、城市 建设和道路建设，网络的建设与发展，今后技术的发展趋向，网络发展的 适应性、可靠性与冗余保护能力等多方面的因素。 结构上考虑到三种平台，模拟电视传输的a 平台，综合业务数据传 输的b 平台，专用业务的c 平台，c 平台随机因素比较多，网络结构不 易确定。 2 2 苏州h f c 有线网络体系结构 苏州市分为三大区域，西面为苏州新区，东面为苏州工业园区，中间 为老城区。居民7 0 - 8 0 在老城区，企事业单位大部分也在老城区。考虑 到这些因素，确定在市区范围内建立两个骨干光缆传输网，两个环网在古 城区内汇接，东环网连接老城区和苏州工业园区，西环网连接老城区和苏 州新区。想法是建立一个安全可靠的有线电视模拟信号骨干传输平台；构 建一个骨干数据传输平台，也可提供专用服务。 蔓型! 竖蔓垡璺垒坌堑：塑壅查塞皇壅璧 兰三皇苎型望鉴皇丝塑塾竺墨苎塑 在进行建网的全局设想时，要考虑到分中心的建设，多业务平台接入网 的建设。如果所有的业务都集中在中心处理效率低，资源浪费，设备占用 空间，对中心会产生很大的压力。随着网络技术的发展和有线电视用户的 不同要求，中心制一级星型结构的网络已经难以满足要求。光纤都到中心 对光资源是一种浪费，一旦出现故障影响也比较大。根据我市的情况，在 环网上先设置8 个分中心，如图2 1 所示。分中心是骨干网和接入网的交 汇点，起承上启下的作用。分中心的任务是：首先是传输电视节目，分担 原来中心的工作。第二作为多功能数据流的分流聚汇交换处理结点。第三 处理一些特殊业务。分中心在 玎 c 网络中起着非常重要的作用，它要向 中心送监控信息，各分中心之间传输骨干网数据信息，骨干网上模拟电视 信号和数据信号分纤传输。在分中心对数据信号和电视信号进行混合，然 后送入接入网，苏州有线电视光缆骨干环网如图2 1 所示： 图2 - 1 各中心分布图 苏州 m c 有线嗍络分析、解决方案与实践 第二章苏州h f c 有线罔络体系结构 2 3 网络结构分析 由上图可见，苏州有线电视光缆骨干网首先将前端机房的有线电视信 号通过一级光链路传送至市区和新区、工业园区的各个汇接分中心，在从 汇接分中心以二级光链路传送至各个用户小区，二级光链路可采用 1 3 1 0 n m 也可采用1 5 5 0 n m 光波长。 2 4 网络频率划分 苏州有线电视网络的频率划分按照国家统一标准来进行划分， 见表2 2 。 频带( m h z )用途 5 缶5数据上行 8 7 1 0 8 调频广播 1 1 1 5 5 0 模拟电视 5 5 0 7 5 0 数字电视、数据下行 表2 2 苎型竖查丝塑竺坌堑：塑堡查壅皇塞壁第三章苏州h f c 有线嘲络改造、设计初步撵讨 第三章苏州h f c 有线网络改造、设计初步探讨 3 1 苏州h f c 有线网络改造的任务分析 以前传统的有线电视网络存在着种种不足之处，施工工艺陈旧，选用 的器材仅仅是5 5 0 m h z 的器材，网络拓扑链路过长，设计方式是简单的树 枝型，这种传统网络不可能满足用来传输数据业务。特别是网络的结构主 要是由同轴电缆组成的树枝型结构，存在着很大的问题： ( 1 ) 放大器串接数太多，可靠性降低； ( 2 ) 电缆接头太多，故障率高； ( 3 ) 供电复杂； ( 4 ) 图象质量随温度而变，不易保证； ( 5 ) 传输距离较短，只能达到1 5 k i n 左右： ( 6 ) 双向传输比较困难，反向的噪声累加影响了多功能的实现。 随着模拟光缆技术的进步和价格的逐步降低，有线电视网改造为h f c 光缆电缆混合网已成为种流行的方案。 在进行网络改造时，支线系统仍保持原样，干线放大器所在处用光接 收机代替。一台发射机可用光分器分成几路输出，分别送给几台光接收机， 干线采用星形分配的方式。用光缆代替干线电缆的优点是： ( 1 ) 减少了许多放大器级连，使可靠性大为提高； ( 2 ) 减少了放大器性能随温度而交的缺点，使图象质量提高； ( 3 ) 将来的升级换代比较容易； ( 4 ) 成本目前已降到比较合理的程度。 当传输长距离时，用调频的方法来代替调幅。调频系统的噪声指标大 1 0 苏州l 耽有线朋络分析、解次方案与实践 第三豪苏州h f c 有线网络改造、设计初步探讨 大优于调幅系统，多路运用时的交扰效果也轻得多，因此可以很多段级连， 使传输距离达到5 0 0 k i n 以上。 现有的支线系统的质量常常是很低的。改造时原则上是每一个小 范围的用户用一个信号源供给，若干个小范围又用一个信号源星型分 配构成。 在对现有有线电视网络的改造中还需要考虑的问题有： ( 1 ) 光纤设备应选用7 5 0 m h z 或8 6 0 m h z 的。 ( 2 ) 设计时要预留一根反向光芯，以备将来发展双向业务时使用。 ( 3 ) 电分配网上所用放大器选用7 5 0 m h z 或8 6 0 m h z 的双向放大器。 ( 4 ) 无源部件应选用5 - 1 0 0 0 m h z 系列，避免重复建设。 3 2 苏州h f c 有线网络拓扑结构 h f c 网络的光链路部分一般分为两级，从前端到一级分中心的光干 线传输和一级分中心到光节点的光分配网络。在光干线传输网络中，一般 采用具有双向保护的星型结构，而自小区光节点至用户的电缆分配网大都 采用树枝型网络，上行必须是h u b 到h e 的点到点传输。网络拓扑图如图 3 1 所示： 苎丛! 竖塞些旦塾坌堑! 舅决方案l j 实践 第三章 苏州h f c 有线问络改造、设计初步探讨 c a t v 核 心 数 据 库 模拟电视广 播f m 广播 数字 数据 广播 i n t e m e t d 路由器 a t m 核心 交换机 1 5 5 0 n m 光接收机 混合器 分中心 c a b l em o d e m li 1 3 1 0 n m 11 3 1 0 n m 光 li1 分前端 ij 光发射机 反向接收机 a t m 边缘 交换机 桶网 团 臣丑叫巫 可丽广l 卜蕊i 赢 双 向 用 户 盒 1 3 1 0 n m | 1 3 1 0 n m 光反 光接收机l 向发射机 同轴电缆分配系统 圈3 l 网络拓扑幽 根据图3 1 网络拓扑图，广播业务信号由1 5 5 0 r i m 光传输进分中心， 在分中心经光接收机后变成射频信号；数字信号经过c a b l em o d e m 分前 端，和广播业务射频信号一起进入混合器，去调制1 3 3 0 r i m 光发射机，传 送到1 3 3 0 n m 光接收机，然后送入同轴电缆接入网，最后经过双向用户盒 送到c a b l em o d e m ，到计算机，或到机项盒，或者直接进入电视机。用户 可操作计算机( 或机项盒) 输入回传信息，经c a b l em o d e m 反向传送到 双向用户盒，经电缆网，传到1 3 1 0 n m 光反向发射机，到分中心的反向接 收机，到c a b l em o d e m 分前端，再进入a t m 边缘交换机，最后进入传输 1 ， 苏州l i f e 有线州络分析、解决方案与实拄第三章苏州h f c 有线网络改造、设计初步探讨 数字信号的b 平台内传输。 在设计网络时主要是网络中心、主干和分配网以及反向通道的设计： 3 2 1 网络中心及主干设计 网络中心同各个分中心之间都架设了光纤，因此，网络中。t i , 年1 分中心 之间可以采用a t m 作为互联手段，采用a t m 设备传输需要独占光纤媒 介，数据传输完全独立于图象信号传输。在网络中心配置a t m 核心交换 机，在分中一t l , 配置接入的a t m 边缘交换机。 3 2 2 子网系统设计 在子网系统方面，在每个分中心配置电缆调制解调器的c m t s 设备。 分中心到最终接入用户之间，采用可以进行信号双向传输的同轴电缆。考 虑到多个c m t s 设备互联时，可以根据中心网络规模，采用适当的网络 设备。首选设备是以太网交换机或基于第三层i p 交换机。电视信号和数 据信号的混合在分中- i i , 完成。 3 2 3 反向通道设计： 在反向通道的设计中，我认为应该主要注意以下三点： ( 1 ) 注意回传系统激光发射机能够通过的最大r f 输入功率 因为回传系统中我们考虑的最多的是如何能够保证回传信号的c n ， 因此我们可以通过提高回传信号的功率来高c n 。但问题是当因为加在激 光器上的r f 信号太大，在负的方向低于驱动门限时，将引起削波现象。 如果有r f 信号的削波，激光器将产生大量偶次和奇次互调产物的混合物， 从而引起噪声的大量增加。因此我们应该注意对用户家中发射机功率的控 制，不能刚开始就使家中的发射机处于高电平工作状态，却在前端处加衰 减，这样可能导致以后发展新用户的回传电平过低而无法开展反向业务。 ( 2 ) 各种业务的r f 功率分配 1 1 苏州l i f e 有线网络分析、解砍方寨与实践第三章苏州h f c 有线弼络改造、设计初步探讨 在确立了激光器可以承受的总功率之后，我们接下来考虑的是如何将 这些功率分配给我们开展的各项业务。因此我们可以采用每h z 功率固定 法来计算如何分配给每一项业务的功率。每h z 功率可由下面的公式计算 得出： 激光器输入口的每h z 功率= 激光器的总功率- 1 0 l o g 总带宽 然后再根据各项业务所需要的带宽我们就可以计算出分配给各项业 务的功率了。 ( 3 ) 回传路径均衡 设计时应该尽量保证每个开展双向业务用户的回传信号到达光节点 处回传路径的损耗相等。因为各用户之间的回传路径不等，与用户相连接 的分支、分配器材型号不同，因此各用户回传信号在光节点处的电平是不 同的。我们可以使用反向步进衰减器( r s a ) 来均衡回传路径，消除入侵 噪声，改善反向通道。( 反向步进衰减器可以提供均匀的信号衰减，可使 所有的家庭c a b l em o d e m 发射的信号到达下一个有源处有差不多相同的 强度，使一根同轴电缆的第一个分接头与最后一个分接头之间的损耗差别 最小) 。如果分配网用户相对集中，经过计算实际只要使用3 d b 的r s a 即可使各用户在光节点处的回传电平差异在l d b 之内。 3 3 双向宽带交互网的关键技术 回传通道运行中最关键，是信号电平的正确处理。回传信道的设计和 平衡与前向信道的设计和平衡同等重要。每个前端和用户间建立一个独立 的自动电平控制( a l c ) 环路。前端检测返回信号电平，从而调整上行发 射器以使前端接收机接收到正确的电平值。最关键的电平是反向光发射机 的电平l v l3 。由于技术和成本的原因，反向光发射机的动态范围比较小。 t 4 蔓塑h 旺壹堡塑络分析、解决方案与实践第三章苏州h f c 有线翩络改造、设计初步探讨 必须调整系统以优化l v l3 。同时，必须正确设定系统中的增益，以使所 有的放大器上的输入和输出信号电平( l v l4 ) 达到正确值。 回传通道引入的噪声会影响上行信号通道质量。为减轻回传通道的噪 声可以使用高通滤波器。低通滤波器可用于除去来自室内的回传频带能 量，它适用于不要求任何使用双向的设备服务的家庭。在通常为2 5 4 0 d b 的回传频带衰减的情况下，控制回传频带信号功率。加上一个带通滤波器， 只容许1 0 1 5 m h z 的窄带信号通过。通道内的干扰会出现，但来自室外、 处在其它频率上的干扰则被阻挡住。 设计时要考虑到透明性，就是网络适应被传播信号的特性而作出改变 的能力。1 5 5 0 r i m 网络对于增添数字式图象那样的新业务是透明的。可以 组合一些不同的频率，如1 3 1 0 1 5 5 0 n m 和1 5 5 1 5 5 2 1 5 5 5 n m ，以提供更 多的业务并添加数字式信道，不影响模拟信号。因为1 5 5 0 n m 设备性能优 于目前的1 3 1 0 n m 传输设备，由于每个用户的带宽扩大，每个用户的传输 速度随着提高。网络的透明性能适应用户需求的变化，满足未来业务应用 的需要。 网络的耐久性，是指网络以最低的设计和设备费用增添新业务的能 力。1 3 1 0 1 5 5 0 n mw d m 能够改善网络的刨收源泉，但是在网络的初始设 计中必须小心。1 3 1 0 r i m 上的光纤损耗与1 5 5 0 r i m 上的不同，必须调整发 射机，使两个波长上的信号在接收机上以相同强度出现。这需要仔细地注 意光纤跨度、调制以及所有发射机的性能。在接收机的射频输出端上， 1 5 5 0 r i m 信号与1 3 3 0 n m 信号之间的差别将始终在0 5 d b 以内。 3 4h f c 双向网络的调试 i - i f c 双向网络的正向调试在以前的工作中积累的大量的经验，我们 1 5 苏州l 酾：有线网络分析、解决方案与实践第兰索苏州h f c 有线叫络改造，设计初步探讨 主要研究反向通道的调试工作。h f c 双向网络的反向调试主要是按照以 下的步骤进行： ( 1 ) 首先寻找一条损耗最大的光纤链路作为基准链路，由于分中心 所带小区的各条光链路的损耗均不相同，我们必须把损耗最大的光链路做 为基准链路，把其他的光链路加上衰减使之与基准链路的损耗相同。调平 光链路，使每个光回传接收机输出电平相同。 ( 2 ) 在光节点的输出口注入回传信号，可以设定节点回传增益，再 按照0 d b 增益的原则，对同轴电缆网进行调整，使在每个放大器输出口 注入的回传信号回到光节点处的电平相同。 ( 3 ) 再调整开通双向业务用户家中的c a b l em o d e m 到放大器或到光 节点的衰减值，尽量使每一台c a b l em o d e m 的回传信号电平最终在光节点 的输出都相同。这样可以有效的遏制回传噪声。 调试时可考虑使用惠普公司的3 0 1 0 s 和3 0 1 0 p ，3 0 1 0 s 为头端设备， 3 0 1 0 p 为室外设备，两者需结合使用。 3 5h f c 双向网络的指标计算 在苏州有线网络前端选用g i 公司的a m - o m n i 1 5 5 0 l m s d 光发射 机和l o a 1 3 s 光光放大器，经过主干光纤环网后，在分中心内选用 a v 1 o m n i 8 6 0 r 光接收机，为了保证以后的发展，在分中心内同时放置 一台前馈放大器，这样可以通过一个二分路器和一个八分路器，带动1 6 个光发射机，每个光发射机带动5 个光节点，每个光节点带5 0 0 户，这样 基本构成了我台今后的发展趋势。小区内部设计时考虑8 6 0 m 全均衡方 式，计算指标时只考虑5 5 0 m h z 内5 0 个模拟频道情况。调试时在前端加 一8 6 0 m h z 信号。网络指标主要考虑载噪比c n 、组合三阶差拍c t b 及 1 6 苎型竖塑些旦墅坌塑：竺壅查壅兰塞壁 苎兰皇苎型坚! ! 鱼些璺堑垦塑：堡生塑生塑塑 二阶差拍c s o 三大指标。 现将三项指标计算如下： ( 1 ) 接收机后的无源网络 苏州有线电视台h f c 光纤同轴混合嗣系统指标( 正向5 0 个p a l 频道) 一级光链路分前端 = 级光链路 系统指标( d b l a m - o m n i - l m ，s n l o 1 3 sa m 一0 m n l l m 6 a m - o m n i - 8 6 0 r 前馈放大器s g 2 0 0 0 输出电平光链路指标 ( d b u v 、 链路指标( d b )指标( r i b l射频放大器输出电平( d b u v ) 及指标 ( d b ) 8 5 m h z 9 4 c ，n 5 1洲6 i c ，n 5 2 3 8 5 m i z1 0 1 5a n 6 9洲4 8 3 5 5 0 9 4 c t b- 6 5c t b 一8 5c t b一6 65 5 0 m h z1 0 8c t b一6 2c t b一5 4 4 m h z 8 6 0 m h z 8 4 c s o - 6 5c s o一8 0 c s 0 - 6 3 8 6 0 m h z1 0 2 5c s 0 - 6 7 c s o 一5 7 4 ( 2 ) 光接收机后带一级放大器加无源网络 注： ( 1 ) 按照输出电平提高i d b 其指标优化i d b 考虑 ( 2 ) n t s c 转换成制p a l 制c n 的修正值 ac n = 1 0 + l 0 9 1 0 ( 4 5 7 ) = - 1 5 d b 7 7 个n t s c 频道转换成5 5 仑p a l 频道时光链路c n 的修正值 c n = 1 0 + l 0 9 1 0 ( 7 7 5 0 ) = 1 s d b ， 1 苎型竖塑些塑垒坌塑：竺堕墨兰壅些 箜三皇苎型坚! 竺塑些璺垒整堕：塑茎塑生塑 两项抵消对c n 可不做修正。 ( 3 ) 射频放大器的c t b 按照输出电平每提高l d b 其指标劣化2 d b 考虑。 ( 4 ) 射频放大器的c s o 按照输出电平每提高l d b 其指标劣化l d b 考虑。 ( 5 ) c n 按照功率相加叠加、c t b 按照电压相加叠加、c s o 按照界于功 率叠加和电压叠加之问进行叠加。 ( 6 ) 射频放大器传输5 0 个电视频道与传输7 7 个电视频道相比，其非线 性指标的修正值按优化3d b 考虑。 3 6 h f c 双向网络的噪声分析 h f c 有线网络的噪声主要是“汇集干扰”( 也称漏斗效应) 。“汇集噪 声”是由许多用户室内端口引入的各种干扰和传输电缆受环境中的各种电 磁干扰侵入，并经上行传输汇集形成的干扰。“汇集噪声”决不是“热噪 声”的汇集，其量值比热噪声大5 0 6 0 d b ( 将近百万倍) ，所以，热噪声的 作用在回穿问题上可以忽略。 从“汇集噪声”的形成可以发现，主要是二个途径。 ( 1 ) 外部的辐射干扰 广播、通讯、寻呼等产生的辐射干扰正好在5 - 2 0 m h z 频段内。这种 噪声可以在有线电视网络中任何一个连接器中窜入。如果线路的开口次数 过多，空间存在的短波窜入网络的可能性就会大大的增加：如果连接器的 没有按照规范施工，网络屏蔽性能就差，短波窜入网络的可能性也会相应 的增加。我们应该尽可能提高网络的屏蔽性能，这样可以尽量减少这类噪 声的窜入。 ( 2 ) 用户噪声 用户家庭电器的大量使用，如各类家用电器开关产生的火花脉冲、电 l r 苏州心c 有线网络分析、解决方案与实践第三章苏， lh f c 有线网络改造，设计初步探讨 机产生的电弧、电话的瞬间脉冲等而产生的噪声。这类噪声还有个特点， 就是它的大小随着时间而变化，早上和晚上的噪声特别大，随着用户家中 各类家电的使用，噪声通过有线电视的接口窜入了我们的网络，出现许多 个窄带尖峰脉冲，并且因为网络的漏斗效应而汇聚到有线电视前端，形成 了幅度较大的噪声干扰，甚至可以造成上行通道的瘫痪。因此这类噪声形 成了对有线电视上行频段的主要干扰来源。 大约有7 0 的侵入噪声来源于家庭用户，2 0 来源于同轴电缆分配网 络，1 0 的噪声来源于干线网络。 3 7 降低汇集噪声的控制 针对以上回传噪声来源的分析，我们必须认真考虑，采取措施，尽量 减少噪声对上行通道数据传输的影响，这是保证上行通道数据传输的关 键。 3 7 1 降低每个光节点下的用户数量，减小电缆分配网络的覆盖范围。 i - i f c 网络的特点，网络范围越大，同轴电缆越长，噪声侵入的可能 性就越大：网络所带的用户越多，噪声最终汇聚在一起所形成的漏斗效应 就越强。因此如何才能合理的增加光节点，减少每个光节点下的用户数量， 减少同轴电缆分配网络的覆盖范围，这就成了有线电视台在网络规划上的 重中之重。苏州有线网络在全市范围内的光纤环网上设置8 个光分中心， 每个光分中心大概带6 0 个光节点，每个光节点大概带5 0 0 户居民用户， 这样可以大大的保证上行通道侵入噪声的减少。但是光节点数量的增加， 会导致建设双向网络的成本也相应的增加。 3 7 2 选用优质器材，选用屏蔽性能较好的电缆和连接器材。 因为有线电视器材在低频段的屏蔽性能没有在高频段的屏蔽性能好， 1 9 蔓生竺兰塑墨塑竺坌塑：签堡立墨兰壅墼 苎三兰蔓型望! 曼查丝旦垒垦堕：堡生塑! 垄堡堕 因此在选择建设双向网络的器材上我们应该认真考虑，在价位大致相同的 基础上挑选屏蔽性能高的双向器材，这样可以大大的减少回传噪声，为建 设一个性能良好的双向网络打下扎实的基础 3 7 3 强化施工队伍质量，提高施工人员素质。 强化施工队伍质量，提高施工人员素质，是关系到减少回传噪声、提 高网络性能的另一个重要的因素。施工人员的素质高，施工质量就高，各 种器材连接器就能够按照规范予以施工，网络的屏蔽性能就好，无论是射 频信号的泄露还是上行通道回传噪声的侵入自然都可以减少。我台在以前 的几支施工队伍中，挑选了施工认真负责的工程队进行双向网络的施工， 并邀请了专家就如何对有线电视器材连接器的施工专门对施工人员的培 训，实行了专人负责制，没有经过培训的旌工人员不得进行连接器的施工。 在网络全部地埋施工中还应该特别注意生产厂家标注的电缆弯曲半径，施 工中严格按照规范施工，如果在施工中因为野蛮操作而引起电缆弯曲幅度 过大或者完全弯裂将使屏蔽性能大大降低。 苏州眦有线圈缀分析、解决方案与实践第阴章苏州h f c 有线嘲绦中的宽帮接入解决方案暂j 探 第四章苏州h f c 有线网络中的宽带接入解决方案初探 4 1c a b l em o d e m 接入技术 由美国四大有线电视机构，t c i ，t i m ew a r n e r , c o x 以及c o m c a s t 所发 起的多媒体线缆网络系统( m u l t i m e d i ac a b l en e t w o r ks y s t e m m c n s ) 连同 其他多家科研和生产单位，为实现不同地区之有线电视网络之间的互可 操作性和兼容性从而使有线电视网络真正成为新一代输送数码信息的高 速宽带网络，制定了一套关于以有线电缆为载体进行多媒体数据通讯的 规范标准，并于九九八年九月正式颁布，即有线电缆数据服务传输规范 标准，1 。0 版( d o c s i s l o ) 。该标准采用了多顼当今最先进的数码压缩和线 缆传输技术( 包括6 4 2 5 6 ( 正交幅度调制q a m ) 和第二代运动图象编码 专家组规范( m p e g i i ) 等技术标准) 。根据互联网络及其用户市场的发展 需求，对通过有线电视网络( 光纤同轴混合网h f c ) 进行数据通讯的系统运 作进行了规范，同时也明确了有线电视网作为当前宽带数码网络最佳选 择的未来发展方向。其目的在于，通过建立开放式的有线电缆数据输送标 准，在不同的局域性有线网络之间的高速数据传输方案将得到相互统一 和认可并得以迅速实现。 d o c s i s l 0 协议标准如图4 1 所示。 苏州 有线扣嘻络分析、解决方案哼实践 第四章苏州h f c 有线嘲络中的宽带接入解决方案初探 数据下行数据调制 6 4 2 5 6 q a m ( 国际电信联合会t j 8 3 a n n e x b ) 载波频宽6 m h z 数据速率2 7 或3 6 m h z 数据结构n 伊e g i i 正向差错校准里氏所罗门( r e e ds o l o m e n ) 加密解密 5 6 位国际标准数据密码标准( d e s ) 数据上行数据调制q p s k 16 q a m 载波频宽变量2 0 0 k h z - - 3 2 m h z 数据速率 3 2 0 k b p s - - - 10 m b p s 正向差错校准里氏所罗f - j ( r e e ds o l o m e n ) 加密 5 6 位国际标准数据密码标准e s ) 访问控制m c n s分组基准，争用和备用频道，多媒体服务质 量标准 管理程序s n a 口提供管理信息库定义 用户界面1 0 b a s e - tu s b f i e e e l 3 9 4 标准制定中 网络界面1 0 1 0 0 b a s 川a t m ，f d d i 图4 1 苏州砸c 有线嘲络分析、解决方案与实践 第四章苏州i i f c 有线网络中的宽带接入解决方案初探 4 2c a b l em o d e m 的系统组成 回 网 _ j c m 接收 一厂i 。习厂、 络 一头端 一l ：厂歹人 设 i发送 1 备 口| c a 冒 f 厂 l 竺= i c m i s 图4 - 2 c m 系统组成 由 如图4 2 所示系统包括前端部分、网络部分、用户部分以及网络管理 和安全系统。 ( 1 ) 在用户部分，用户线经分支器将信号一分为二，一端接电视： 另一端接c a b l em o d e m ，然后通过1 0 b a s e t 以太网卡与电脑连接。可见， c a b l em o d e m 必须配备