广电网络双向改造中的若干问题-宁波

广电网络双向改造中的若干问题 唐明光2011 6 2宁波市 1 广电有线电视网络存在的问题1 网络规划 设计粗放2 设备档次低下 系统中设备搭配不合理 缺乏完备的通信协议3 只有少量分散的管理系统 缺少运营支撑系统 一 广电双向网改概论 2 广电网络在业务上的支撑能力1 大多数HFC网络能够支撑广播电视业务2 较少的网络能够支撑少量的数据业务3 能够支撑多媒体业务的广电网络极少 3 存在以上问题的原因1 大多数广电网络的建网和运营思维仍停留在广播电视网观念2 网络建设没有全网统筹 导致骨干网 接入网互不关联3 设备采购只追求最低价 而不是追求性价比 4 解决之要点1 建网 改网都必须从广播电视网络观念转变为通信网络观念 三网融合时代 网络必须要能够支撑多媒体业务 普通广电网络不能够承载多媒体业务 2 必须要建设一个高质量的骨干网 才能支撑宽带多媒体接入网 3 建网改网的资金投入强度要大 只有大投入才有大产出 二 当前HFC接入网双向化改造存在问题 1 HFC网络作为广播网的基本要求1 光纤干线网每光节点覆盖用户数可以达到2000户以上 2 光节点以下的同轴分配网可以接入五级以上的RF放大器 3 入户RF电平65 5dB v 4 同轴电缆网的无源分配网以串接分支分配方式为主 造价较低 集中星型分配为辅 造价较高 2 HFC网络作为接入网的基本要求1 网络设计的特点是 a 在满足系统指标分配条件下 光纤网和同轴电缆网的设计分别进行 b 光纤网上 下行各自独立设计 c 同轴电缆网以上行设计为主要考虑因素 辅之以下行设计考虑 通常只要上行设计满足 则下行一般都能满足 2 网络调试的特点是 a 回传系统的设计和调试必须确保用户电平的归一性 即从任一用户端发送同一频率的上行信号 通过上行回路传输至回传光接收机注入CMTS的信号功率应基本恒定 b 调试的顺序是从光节点向用户端逐级调试 直至系统末端 所以回传系统调试总的原则是 在回传光发射机激光器工作在最佳工作点和回传电缆放大器工作在基准电平的情况下 确保前端回传光接收机的输出电平保持恒定 3 分前端配置的原则 a 至少两个路由的光缆出入b 用户相对集中的地方c 与数据分中心同一机房 机房留有扩展的空间及机架d 分前端复盖的光节点最大距离尽量控制在3km以内e 复盖用户1 2万户 4 光节点配置原则 a 路由 最短原则 无重复原则 沿街道 马路 尽量减少出入地b 光纤芯数 环形网 分前端个数 交互数据信道芯数 备纤芯数星形网 上 下行各一芯 网络扩展备用芯 c 用户数下行频道550 750MHz 860MHz 传输数据信号 可安排25 38个频道 扣除VOD HDTV 网管占用频道 用于数据传输的频道约20个 一台光发射机复盖4个光节点 每个光节点占用5个数据频道 按64QAM调制计算 每个数据频道可传输40Mbps 每光节点200Mbps 如每用户占用4Mbps 可分给50个用户同时使用 如按20 使用率计可供250户使用 上行频带5 65MHz 其中5 15MHz干拢大不能用 余下50MHz带宽可安排6个8MHz带宽的频道 每用户上行带宽按1Mbps 每个8MHz频道能允许30个用户同时上传信号 考虑用户接入率20 并发率50 则一个光节点可容纳300个用户 从上 下行考虑 一个光节点复盖250用户为宜 5 有源设备配置原则 a 光发射机 光工作站 回传光接收机 双向放大器 集中供电设备等应采用高端设备 b 同技术规格的设备N 1备份 不同技术规格的设备1 1备份 6 机房要求a 子系统应分门别类安装 特别是数字视频系统设备应远离调制器 UPS等b 设备保持良好接地 机房地线接地电阻小于4 c 选用屏蔽良好的电缆 布线避开强干扰源d 接线端口的各种连接器安装规范和牢靠 3 现有HFC网络作为接入网的问题1 网络是按广播网设计 没有按照双向接入网要求设计2 即使按双向接入网要求设计 但选用设备的档次较低3 同轴分配网的建设标准低 不能达到双向接入网的要求4 虽然设计和设备都达到双向接入网要求 但双向网调试未达到要求 五 HFC接入网双向化改造 六 光纤加同轴电缆接入技术 七 农村 乡镇有线电视网络改造 三 HFC回传通道设计概念 HFC网络回传通道的重要性多功能业务的需求 HFC接入网高速Internet接入 数据传送视频点播 VOD 数字电视的发展远程教育交互式游戏智能化住宅 1 双向HFC的回传系统 1 上行系统回传信号特点a 多点对一点 若干用户的CM和机顶盒的RF发射机通过同轴电缆 上行RF放大器及各种同轴无源器件向光节点发射已调的RF信号b 这些RF信号在光站中对上行光发射机进行调制 变换为光信号通过上行光纤传输回前端c 上行光接收机接收后变回RF信号送给相应设备处理 2 上行信号的频谱划分a 上行信号频率划分上应该符合GB T6510 1996 电视和声音信号的电缆分配系统 GB50200 1996 有线电视系统工程规范 GY T106 1999 有线电视广播系统技术规范 的有关规定鉴于DOSCIS已经被国际电信联盟采纳为国际标准 GY T106 1999也是参考EuroDocsis标准制定的 在频率划分上应该与EuroDocsis标准接轨 EuroDocsis标准的一些规定 3 功率计算的几个基本概念1伏 1000m伏 60dbmv1mv 0dbmv 1 v 0db v1伏 1000000 v 120db vdbm表示的功率 10log 用mw表示的功率 因为有线电视的同轴电缆阻抗为固定的75 根据欧姆定律w u2 75 因此可以用dbmv这样的电压单位来表示功率 0dbmv表示在75 的同轴电缆上1mv的电压产生的功率 可以计算得出0dbmv在75 同轴电缆上的功率 48 75dbm 我们将其定义为0dbmw 4 同轴分配系统中的热噪声放大器中的热噪声是由于电子热运动产生的 无源器件不会产生噪声CATV同轴电缆系统是按频道频分复用的系统 每个频道带宽8MHz 热噪声带宽不是无限宽对于我国采用的PAL D电视信号 热噪声带宽 视频带宽为5 75MHZ 这样 75 系统中放大器的背景热噪声的大小为5 75MHz 背景热噪声 1Hz 即10log 5750000 65 2 2 4db v式中 65 2db v为75 系统1Hz带宽的热噪声电压 5 模拟信号的载噪比一个没噪声的载波信号经放大器放大 载噪比为 C N amp 输入电平 放大器噪声系数 2 4如一个噪声系数为7db的放大器 输入信号电平为65db v 经过放大器后载噪比为 C N amp 65 7 2 4 55 6db 6 上行数字信号的载噪比CM上行的数字信号的带宽是可变的 Docsis1 1中规定从200kHZ到3 2MHZ Docsis2 0中规定的最大上行带宽可以到6 4MHZ 上行带宽不固定注意 下行模拟信号的带宽是固定的 PAL D中就是规定为5 75MHZ在计算上行数字信号背景噪声的时候就不能采用2 4db v这个数值 要根据所使用的带宽来具体计算 计算公式为 上行数字信号背景噪声 10log 信号带宽 65 2 一个噪声系数为7db的放大器 将占用带宽为200KHZ的65db v数字信号输入放大器后 其输出载噪比为65 7 10log 200000 65 2 70 19db如果数字信号占用的带宽为3 2MHZ 载噪比为65 7 10log 3200000 65 2 59 5db如果数字信号占用的带宽为6MHZ 载噪比为65 7 10log 6000000 65 2 55 4db 2 回传系统的几个主要问题噪声公共路径失真回传激光器削波失真汇聚均衡 1 噪声双向HFC网络中 是上行信号本身的热噪声导致上行信号的载噪比不够吗 下行信号是一点对多点的分配 上行信号是多点对一点的汇聚 每个用户的噪声都汇聚在一起 形成强烈的汇聚噪声 噪声的来源 系统的噪声主要来源于外界的侵入噪声和系统本身的噪声外界侵入噪声80 来源于用户家中并进入用户的电缆 但你无法控制用户家中的电缆情况剩余的20 噪声来源于光节点或前端到分支分配器之间 用户家中侵入噪声示意图 充满噪声的回传信道频谱 2 回传系统中的公共路径失真公共路径失真的原因 在接插件的触点有氧化层 其作用象一个微小的半导体二极管 由于二极管的非线性引起正向信号的混频 差拍会落入回传频带 当正向信号的幅度较大 回传信号较小时 这种现象明显 其变化与时间和环境温度无明显关联 回传系统中的公共路径失真示意图 如何减小公共路径失真确保所有的接触点用同样材料确保所有的接触点都清洁确保所有的接触点接触紧密确保水密性 3 回传激光器的削波失真在一个单纯的同轴电缆系统中 RF的功率上限由系统RF放大器的失真CSO CTB决定 一般来说电放大模块允许输入功率大 导致其失真需要的功率很高但在HFC系统中 光发射机激光器在受到RF信号调制时 当RF信号足够大的时候 会导致其在负的方向上低于激光器的阀值电流 从而导致削波失真 激光器的工作区间 削波的产生 正常 削波 好的回传频谱 出现削波的回传频谱 削波对信号传输的影响 QPSK调制下误码率的恶化 避免激光器削波应控制激光器的光调制度光调制度 OMI 定义 OMI L L0 L阈值 当OMI超过100 的时候激光器将产生削波 OMI决定了多大的RF信号能够加到激光器上 回传激光器动态范围 正确确定回传激光器工作点电平通过NPR值找出回传激光器的 崩溃 点 回传激光器的崩溃点大约等于100 的OMI 确定在工作点与崩溃点之间留出余量6db 从崩溃点的NPR减去所留的余量 就得到回传激光器所需工作点的输入信号总功率 注意 这个工作点应该等于加到回传激光器上的所有输入信号的总功率 根据各个厂家设备不同 总功率有一些区别 在进行上行通道调整的时候一定注意说明书上的输入总功率推荐值 回传放大模块是不是也存在削波呢从理论上讲回传放大模块也存在削波 实际测试结果表明 回传放大模块在输入信号功率为115db v的时候仍然能够保证良好的载噪比 实际系统中不太可能有超过115db v的信号输入回传放大模块 所以 回传放大模块一般不存在削波 4 不同用户信号的汇聚均衡对于串接分支分配系统 因为各个用户回传到楼放输入端的电平不同 需要进行汇聚均衡 如图示的系统 在图示例子中 设放大器在750MHZ的输出电平为104db v 放大器总共带了128个用户典型 5同轴电缆的损耗值在800MHZ为0 2db m 在50MHZ为0 05db m 那么25米的 5电缆在800MHZ的损耗为5db 在50MHZ的损耗为1 25db四分配器在800和50两个频率点的的损耗为都为7 2db二分配器在800和50两个频率点的的损耗为都为4db在这个例子中 每个单元都选用的分支分配器为 按从上到下顺序 2分配器 10db分支器 12db分支器 14db分支器 14db分支器 17db分支器 17db分支器 20db分支器可以计算出每个用户端在800MHZ的输入电平如下 用户之间的下行信号损耗差别顺序从上到下 67 2000db67 6000db66 7000db67 8000db65 8000db65 8000db65 4000db68 8000db从上面这组数字可以看出 下行信号的电平分配做得很好 在单向网络中没有什么问题 用户之间的上行信号损耗差别对于回传通道 用户端的CM是发射机 前端机房的CMTS是接收机 因此 须考虑从用户家中到楼栋放大器之间的上行通道损耗 用户之间的上行信号损耗差别顺序从上到下 24 0500db28 6000db29 3500db30 3000db29 2500db31 3000db30 3500db32 6000db 从数据中可以看出 距离放大器最远的用户在回传的信号中损耗最小 距离放大器最近的用户在回传的信号中损耗最大 两者损耗有8 5db的差别 这主要是由于电缆损耗在800Mhz与50Mhz不同产生的差别 这意味着如果两个用户都开通了CM业务 两个CM都同时在线 同时两个CM都以同样的功率发射信号 则距回传放大器最远端用户的载噪比要比最近端用户的载噪比高8 5db 假设两个用户的CM都以50dbmv的功率发射信号 两个用户家中都有20dbmv的侵入噪声 那么两个CM发射信号的载噪比都为30db 经过电缆传输后顶层用户的信号衰减为28 65dbmv 侵入噪声为 0 35dbmv底层用户的信号衰减为21 15dbmv 侵入噪声为 9 85dbmv 这时 顶层用户的 0 35dbmv的侵入噪声会和底层用户的21 15dbmv信号混合 底层用户的载噪比为21 15 0 35 21 5db 电平平衡问题 有人会说CM最大的发射功率可以为58dbmv CMTS会根据接收到的功率电平让CM自动升高发射电平 那么在上面这个例子中 底层用户可以将发射电平提高到58dbmv 那么载噪比就应该为29 15 0 35 29 5db 不同用户之间上行信号的损耗差别造成的载噪比的降低就可以忽略了实际情况是这样吗 家庭布线和分支损耗 在网络设计中 我们应该考虑到所有可能出现的情况用户家中的布线是我们不可控制的假设用户1房间比较大 家中有两台电视机和一个CM 那么用户1家中就会有两个分配器 20米的 5电缆损耗加2个分配器的损耗总损耗为9 6db假设用户2家中只有一台电视机和一个CM 那家中就只有一个分配器 线缆也会相应比较短 1个分配器加10米 5电缆损耗为4 8db那这两个用户家中就有4 8db的损耗差别 系统平坦度 回传系统器件不是完美无缺的 在回传通道内部平坦度有一定的变化根据EuroDocsis标准 在2MHZ的频段内允许的最大波动为2 5db那么两个用户之间可能由于系统器件平坦度的原因导致有2 5db的损耗差别 温度变化 同轴电缆的损耗随温度变化有所变化 当温度变化在 30度的时候 在50MHZ频率上损耗变化6 考虑到不同用户到光节点的距离差别最大可能到1000米 那么温度变化引起的损耗变化为3db回传光发射机如果没有温度补偿在温度变化的时候输出光功率也会变化 等于有一个6db的损耗变化考虑采用了温度补偿措施 那么损耗变化控制在2db 接收机指标分散度 回传光接收机采用的是比较经济的接收机 在指标分散度上要比下行信号的光接收机弱些正常的光接收机指标分散度有 3db的误差 这里等于增加了6db的损耗变化 除去无源分配系统的回传路径总损耗变化 用户家中4 8db系统平坦度2db热变化2db接收机精度6db总变化4 8 2 2 6 14 8db 假设底层用户由于以上几种情况的某几种导致比顶层用户的链路损耗多了10db 加上无源分配网络的8 5db 总共损耗多了18 5db 那么这时即使将底层用户的CM发射电平调整到58dbmv 最后信号的载噪比为58 21 35 18 5 0 35 18 5db这时 即使降低顶层用户的发射电平也是没有用的 因为侵入噪声是不会随着发射电平的降低而减少的况且还要考虑到电缆和器件的老化 要给CM的发射电平留有5db的余量 即设计时最高的发射电平最好不要超过53dbmv 无源分配网络的损耗均衡 从上例可以看出 在同轴电缆系统中无源分配网络的损耗均衡非常重要传统的单向网络仅需考虑下行信号的电平 但是在双向网络设计中 更重要的是考虑上行信号的电平 在分配网络的设计中 应该是以上行信号为主来考虑 设计的时候一定要考虑到无源分配网络的损耗均衡 为什么要进行上行信号电平汇集均衡 用户回传上行信号时 由于路由各不相同 各路由的上行传输损耗各不相同 必然出现不同用户信号上行到各级汇集点的电平不一致 如果其电平差异过大 即使管理CM的CMTS发出电平调整指令试图使CM受控调整输出电平 也难以达到各用户电平上行到中心一致的目的 这就要求对上行信号电平进行汇集均衡 汇聚误差的典型例子 在同轴无源分配网部分 有线电视系统按正向需求设计 下行信号电平 A97dB VB70dB V70 97 27 27为分支损耗 C72dB V72 97 5 20 忽略通过损耗 D71dB V71 97 5 7 14E70dB V70 97 5 7 11 4结论 下行设计合理 对于上行信号 如果每个CM输出电平为90dB V 上行频率的衰减分别为1 2 1 6和2 5dB 则 BA90 27 63dB VCA90 20 1 2 68 8dB VDA90 14 1 6 1 2 73 2dB VEA90 4 2 5 1 6 1 2 80 7dB V结果 B C D E到达A的汇聚电平差为17 7dB结论 上行设计不合理 考虑CMTS大环路AGC调节CM发射电平 BA90 27 63dB VCA84 6 20 1 2 62 8dB VDA80 12 14 1 6 1 2 63 2dB VEA72 20 4 2 5 1 6 1 2 62dB V根据 CNR 输出电平 NF G 噪声本底 因为 NF G 噪声本底为常数故 CNR决定于输出电平A点汇聚均衡得以解决 但CM发射最大 最小电平差为18dB结论 E到A的CNR将下降18dB 在B C D支路 按正向电缆损耗值各分支端加回传衰减器 称为汇聚均衡或各分支端口路径损耗归一化 于是各个CM回传到回传放大器的电平为BA90 27 63dB VCA90 6 20 1 2 62 8dB VDA90 12 14 1 6 1 2 61 2dB VEA90 20 4 2 5 1 6 1 2 60 7dB V结论 汇聚电平差仅2 3dB 调试到合理结果 在同轴有源部分 用一个简单的例子 如图 来说明同样问题存在的原因 图中的例子是最常见的情况 L1是干线路由 L2是用分支器从干线L1分取一个低电平下行信号到干放A3 因为电缆L1长度远远大于电缆L2的长度 18db分支器作为信号的分支路 按下行传输的电平设计是完全正确的 如果按上行传输来看 就不正确了 假设将A2的上行输出电平调整到与A3一致 A2 A3的上行信号汇集到A1放大器的上行输入端时 其汇集电平差将大于10db 原因 L1支路对65MHz的上行信号损耗约为6db左右 加上分支器的插入损耗 总损耗在8db左右 L2支路上行分支损耗则大于18db 所以 同轴有源网络也需要做损耗均衡 应在L1支路加入10db均衡衰减器即可 3 如何认识HFC网络回传1 认识误区 只要把光链路建成双向 把射频放大器升级为双向 分支器为双向 就构成双向的HFC网络了 我们已经开通了CM业务 运行情况良好 事实是只有一两个回传通道 没有其它回传业务 2 当回传业务比较少的时的回传因为输入到回传激光器的总功率是固定的 例如45dbmv 如果仅仅只有6MHz的一个频段有回传业务 45dbmv的总功率就分配给这个6MHz 但是如果同时有两个6MHz频段都有回传业务 那么每个频率段能够分配到的功率就要减少3db 也就是每个频率段能够分配到的功率是42db 也就意味着信号载噪比也下降3db 也即回传业务少时 载噪比高 3 当回传业务占满回传频段的时的回传随着回传业务的增加 系统载噪比是否还能满足要求 这就要求一个优良的双向HFC网络应该满足 a 所有类型的业务都可以开通 机顶盒 CableModem VoIP设备等等b 少量业务可以开通 也要保证以后新增业务的顺利开通 常常开始时只有一两个回传信道 将来会占满整个回传频带 5 65MHz c 所有的住户都可以顺利开通回传 4 设计和调试的一些概念以上提出了在双向HFC系统中的一些问题 如何设计一个好的双向HFC系统呢 首先需要清楚回传设计一些概念 总功率单位增益长环路AGC 1 总功率概念正向设计时的参考电平是各频道的电平 例如 下面的电平是指频道电平97dBuV 50MHz104dBuV 550MHz107dBuV 750MHz正向输出电平具有一定斜率 由光站和放大器中的均衡器设置 回传设计不采用频道电平 是采用总功率的概念 这是由于回传业务种类繁多 数字调制类型多 QAM QPSK FSK BPSK 各种业务信道没有统一的带宽 各种业务信道电平不尽相同 所以 每种业务占有的功率 必须根据该业务带宽进行信道电平规划 它占用的功率可以采用 每Hz固定功率法 来进行计算 所有业务的功率的总和不能大于总功率 回传总功率如何计算 下行 总功率 输入信号电平 10log 频道数 上行 由上行激光器确定 总功率 20log 0 8 Ib It 4 73 75 dBmvIb 上行激光器直流工作电流 mA It 上行激光器阈值电流 mA 系统指标要求 在总共频道数目为60个PAL制式模拟频道的情况下 每个频道输入到光发射机输入口的信号强度为75db v 这个指标值根据各个厂家的光发射机要求不一样 则下行模拟号信总功率为 总功率 输入信号电平 10log 频道数 75 10log50 75 17 8 92 8db v 上行信号总功率 以回传激光器不失真时输入的总RF功率总功率 20log 0 8 Ib It 4 73 75 dBmv上行激光器典型值 Ib 20mA It 5mA总功率 20log 0 8 20 5 4 73 75 dBmv 45dBmv 如何将回传总功率分配给不同带宽的回传业务呢 这就引入另一个概念 每Hz功率 这是由数字调制信号特性决定的 在有线电视信道中所谓的数字信号实际上是将数字基带信号进行多载波相位调制后的信号 它实际上是模拟信号 所不同的是在载波上承载的不是原来的音视频模拟信号而是数字基带信号 所以我们称之为数字调制信号 在传统的模拟信号中 8MHz频带内的大部分信号功率都集中在视频载波频率点上 所以在信号测量中我们仅仅对载波频率点进行测量 测量出来的峰值信号功率即模拟频道的功率值 但在数字信号中 由于采用了多载波多相位调制方式 整个频道信号在频谱仪上观察到的情况类似于噪声 因此不能采用原来传统的峰值信号测量方法 必须采用每Hz功率法进行测量 每Hz功率法 因为上行业务的多样性 每种业务信号的性质不同 为了有一个方便的计算方法 国际上通行用每Hz固定功率法 将射频总功率按每种业务信号占有的频道带宽分配给该业务 每Hz固定功率法首先将总的可用功率以1Hz增量划分 然后以每种业务占有的带宽为依据 将每Hz的功率指派到每个业务信道上 每Hz功率法的优点是 对上行激光器驱动电平的设置非常简单易行 它还可以针对当前业务选择合适的电平而不受将来新加入业务的影响 此外 回传带宽越宽 侵入的噪声越多 采用每Hz功率法可以使带宽较宽的信道有较高的信号功率 从而避免信道载噪比的降低 每Hz功率计算每Hz功率 总功率 总带宽用对数式表示 每Hz功率 对数表示的总功率 10log总带宽上行信道带宽为5 65MHz 因此总共带宽为60MHz上行激光器的最大输入射频电平为45dbmv 每HZ功率 45dbmv 10log 60MHz 32 8dbmv 27 2db v 每业务信道功率的计算假设一个DOCSIS1 0 1 1的发射带宽为3 2MHz这个DOCSIS1 0 1 1信道的信号到达反向光发射机的功率应该是信道功率 每Hz功率 10log信道带宽 27 2 10log3200000 27 2 62 92 3db v如果是DOCSIS2 0信道 其带宽为6 4MHz 信道功率 每Hz功率 10log信道带宽 27 2 10log6400000 27 2 68 95 2db v 按每Hz固定功率法分配业务功率 每Hz固定功率法优点 不管其带宽多大 所有的业务都具有相同的C N在频谱分析仪上看 所有的业务都一样平功率分配简单较宽的信道所受到的汇聚噪声大 但所分配的功率也大 上行光发射机的输入电平 为保证不产生削波 取上行激光器的最大输入射频电平为45dbmv 各个厂家的反向光发射机的输入功率标称值不一样 有15dbmv 20dbmv 45dbmv等等 原因是因为在激光器内部有的集成了放大器 有的没有 在设计和调试的时候一定要仔细看产品说明书 2 单位增益概念正向 回传设计都要求单位增益 对于正向设计 要求每个放大器的输出一致 每个放大器的增益用以补偿放大器之间的损耗 因此各放大器的输出口之间的增益为0dB 即1 谓之 单位增益 回传链路同样要求单位增益 但与正向的单位增益定义不同 要求每个放大器的输入一致 每个放大器的增益用以补偿放大器之间的损耗 因此各放大器的输入口之间的增益为0dB 即1 也谓之 单位增益 47dBmV F 28dBmV R 47dBmV F 28dBmV R a Amp1 Amp4 Amp5 Amp3 Amp2 c b Section1 Section4 Section3 Section2 54dBmV 54dBmV 54dBmV 如果设计中没有考虑单位增益 88dBuV 88dBuV 78dBuV 1 2 3 如图所示 1号放大器和2号放大器的回传电平都是88db v 但是3号放大器的回传电平是78db v 假设3路回传信号的载噪比都是30db 1号和2号放大器的回传噪声功率为58db v 3号放大器的回传噪声为48db v 3路混合后总噪声为61db v 对于1号和2号放大器回传信号而言 载噪比为88 61 27db 对于3号放大器回传信号而言 载噪比为78 61 17db 3 长环路AGC所有的回传电平都要由长环路AGC电路控制 使处于前端的CMTS接收机能得到期望的电平 假如CMTS接收从一特定Modem来的信号电平没有达到期望的电平值 CMTS会通过正向通路向该Modem发出指令 长环路AGC改变该Modem的发射电平 使CMTS接收到期望的电平值 由于RF系统 入户电缆 户内损耗等因素引起许多增益差异 如果没有长环路AGC 则回传通路无法正常工作 AGC电路控制的基础 是Modem发射机的输出电平变化范围很宽 长环路AGC根据不同用户CM回传通路的回传损耗大小 控制CM发射不同的电平 使不同CM回传到前端的CMTS得到相同的电平 长环路AGC 四 如何设计一个双向HFC网络 只要记住一些准则 就像正向系统所要求的准则 CNR 43dBCTB 54dBCSO 54dB500户 光站RF放大器不超过3级 1 回传设计准则1 光链路单位增益准则2 每Hz固定功率法准则3 RF单位增益准则4 适当RF运行电平准则 32dB法则 28dBmV 5 用户电平差异准则 8dB法则6 前端混合准则 2 HFC分为三部分设计1 从前端至光节点正反向光链路的计算2 从光节点至各放大器正反向增益的计算3 从楼放至最终用户正反向损耗的计算 3 回传光链路1 根据链路长度选择回传激光器回传激光器有许多种类 4dBm 0dBm 3dBm光接收机接收范围为 16 0dBm为了得到较好的载噪比 接收范围最好为 10dBm 0dBm链路越长 载噪比越差 所以 应很好地搭配回传激光器发射机和回传接收机 2 回传通路噪声考虑侵入噪声不易进行数学计算 并且在很多情况下 它占主要成分 所以一般不进行回传噪声的计算设计 主要在工程施工中通过控制屏蔽质量和接头质量来减小侵入噪声 回传设计要主要考虑光纤链路噪声链路越长 噪声越坏注意设备厂家给出的技术指标 3 回传光链路的单位增益回传光链路应遵守 单位增益 准则 选择一条 参考链路 参考链路应在所有光链路中比平均长度稍长的一条光链路作为参考链路 以参考光链路损耗为基础 将其它链路的损耗调整到与参考链路相同 实现方式是 调节回传光接收机中的输出衰减器 使回传光接收机的输出电平相等 回传光链路调整示意图 4 前端混合准则a 回传光链路在前端的混合会引起载噪比的损失至少在业务初期混合是不可避免的两路相同载噪比的回传通路混合 损失3dB四路相同载噪比的回传通路混合 损失6dBb 要避免过多的组合允许混合4 8路 但是国内的网络通常只能混合2 4路光链路混合方案要能方便地调整 c 不同链路长度混合一定要将不同链路长度的信号混合 因为如果将所有长链路的信号混合一定会得到最坏的信噪比 例如将4条35dB的链路信号混合得到29dB将43dB 41dB 38dB 35dB的4条链路混合得到32 2dB所以 在混合时 长的链路应该和短的链路搭配 使所有信号的载噪比都在一个合适的范围 98 5 激光器驱动功率a 激光器会出现 削波 现象激光器的总功率是一定的 激光器指标 系统运行是一项一项的业务应控制好每项业务的运行工作电平防止某项业务电平过高 吹跑 其它业务防止业务不断增加而出现的削波b 采用 每Hz固定功率法 按照业务的 占有 带宽进行功率分配每Hz固定功率法适应于系统任何地方如果一直是不全部占用回传带宽 每Hz功率可以相应增加 4 光节点到放大器 LaserLevel PlantLevel 激光器电平 RF系统电平 1 RF 单位增益 准则切记RF 单位增益 各站点之间要保持 单位增益 特别小心直通电缆上的定向耦合器 维持单位增益 DC 24 20dBmV 44dBmV28dBmV 28dBmV 2 放大器的失真与噪声a 不要让放大器过载 保持各放大器组合的输出功率不超过60dBmV在满载的系统中 放大器会产生强烈的的CSO和CTBb 放大器的噪声正常工作的放大器的噪声 对整个系统影响很小 5 放大器至最终用户1 无源分配系统的回传路径总损耗变化用户家中4 8db系统平坦度2db温度变化2db回传接收机精度6db总变化4 8 2 2 6 14 8db 2 8dB准则从无源同轴分配网的各个用户终端 到楼放输入端的电平差 8dB 低频回传电缆损耗低 分支器件的分支损耗 导致不同用户回传通道的损耗差异 成为回传电平差别的主要原因 设计目的是 尽力减少电平差 而不是消除电平差 3 如何达到减少电平差尽量使用对称型的设计设计中尽量使用大的分支串 四分支 六分支等 不同用户信号的汇聚均衡 回传设计举例 回传设计举例 不同用户信号的汇聚均衡 用户之间的下行信号损耗差别 从上到下 67 2000db v67 6000db v66 7000db v67 8000db v65 8000db v65 8000db v65 4000db v68 8000db v 用户之间的上行信号损耗差别 从下到上 32 600030 350031 300029 250030 300029 350028 600024 0500 采用大分支器 用户之间的上下行信号损耗差别 在这个例子中同样假设放大器在800MHZ的输出电平为104db v 这个放大器总共带了128个用户典型 5同轴电缆的损耗值在800MHZ为0 2db m 在50MHZ为0 05db m 那么25米的 5电缆在800MHZ的损耗为5db 在50MHZ的损耗为1 25db四分配器在800和50两个频率点的的损耗为都为7 2db二分配器在800和50两个频率点的的损耗为都为4db在这个例子中在每个单元都选用的分支分配器为 按从上到下顺序 4分配器 14db六分支器 16db六分支器那么我们可以计算出每个用户端在800MHZ的输入电平 用户之间的下行信号损耗差别 从上到下 70 0000db v70 6000db v70 0000db v67 8200db v68 4200db v67 8200db v69 7200db v70 3200db v 用户之间的上行信号损耗差别 从下到上 28 900028 750028 900028 680028 530028 680025 340025 4900 比较两种分支分配方案的差异 在下行信号方面 两种分支分配方案都满足标准要求 但是使用大分支方案显然在每个用户的入户端口下行电平上要高将近3db最主要的是在上行信号的损耗方面 使用大分支器很好地解决了汇聚均衡的问题 上行信号损耗最大和最小用户的损耗差别仅为3 4db 相比全部用二分支分配改善了5 1db采用大分支串带来的另外一个优点是无源分配网的接头减少 这对于提高网络的质量有很大的帮助 4 从用户端到放大器的最大损耗前面我们讲了8db准则 要求各个用户到楼放的损耗差别在8db以内 用户到楼放的损耗是否有一个最大的极限值呢 CM的最大发射功率是58dbmv 但是上行如果采用16QAM调制 CM的最大发射电平为53db 需留余量5 8db 如果留余量8db 那么CM的最大发射电平是45dbmv 每个放大器之间都是单位增益 CM信号到达光节点时的功率和它到达楼放的功率是一样的 如果无源分配损耗太大 输入激光器的信号就缺乏足够的强度使激光器工作在合适的工作点 由于信号电平的降低 同样功率的干线上的侵入噪声会导致信号载噪比的劣化 在实际网络设计中 一般限制最大无源分配网损耗为32db 通常 设计时按28 4dB考虑 这样 到达光节点的信号电平为45 28 17dbmv 77db v 一些设计中的经验 从最远的用户至最近的放大器站点的损耗 32dB既满足正向的要求亦要满足回传的要求运行电平尽量工作在高电平 以得到最好的载噪比 这要求无源分配网的回传损耗在 24 32 db RF系统的电平 该电平是由系统设计及终端设备的位置确定 其目的是尽可能保持系统处于较高的电平 以维持信号高于汇聚噪声方法找出最低的发射机功率的业务找出最大路径损耗从最低的发射机功率减去最大路径损耗 确定出放大器的输入功率 RF系统的电平 具有最大户内损耗以及最大带宽的业务必须具备最大的发射电平 如果采用其它方式 让某一业务运行在低电平则该业务要承受低的C N整个系统难于进行故障检测系统电平的选择 摩托罗拉 西科28dBmV总功率 国内厂商目前没有统一的业内标准 1 EOC技术面临的各种问题1 现有各种EOC体制关键技术的对比和选择 2 EOC技术下一步的发展趋势 EOC与FTTH的关系 如何取舍 3 MoCA 降频WIFI HomePlugAV HPNA等各种EOC技术在实际网络中的部署原则 实际运行状况如何 会遇到哪些问题 如何解决 4 HomePlugAV采用的CSMA技术与TDMA技术对比有什么优势和劣势 在多用户并发时如何保障系统吞吐量不会明显降低 5 在现实网络中 影响低频EOC正常运行的因素主要有哪些 主要噪声来源有哪些 如何克服 6 目前采用同一种技术的不同EOC厂家的产品互通性如何 如何解决 7 不同EOC厂家之间统一网管的问题如何解决 IP城域网 EPON EOC统一网管的问题如何解决 关于EOC技术 2 现有各种EOC体制关键技术的对比和选择 1 EOC现状目前EOC技术方案多达十几种 基带EoC WiFi 降频WiFi HPNA HomeplugAV HomeplugBPL MoCA HiNoC 尚无产品 有源基带EoC 尚无产品 DOCSISEoC 尚无产品 窄带EoC 东方广视 窄带EoC 天柏 窄带EoC 赛瑞琪 窄带EoC 康特 等等 这些方案都不能互联互通 厂商更多达近80家 在厂商的积极参与下 运用EoC技术进行双向改造的地方越来越多 但是一种技术在实际双向网改中的规模都不大 总量380万线 产品的数量数十种 累计出货量超过10万线的厂商只有6 7家 除了大连等地部署的窄带回传机顶盒以外 一地超过10万线的几乎没有 部署了EoC的运营商在运维中也存在各种问题需要解决 运营商对双向网改技术方案的选择至今还存在着许多迷茫和无奈 部分地区进行多种方案测试 时间过去很久了 但最终方案还未确定 这种状况严重影响了双向化改造的决心 进展和规模发展 2 各种EOC技术方案发展时间表 3 各种EOC技术比较 3 EOC技术在实际网络中的部署原则 实际运行状况如何 会遇到哪些问题1 目前的趋势多数运营商选择低频调制EoC 低频调制三种技术占宽带EoC总份额55 56 而且增长较快 方案 这主要是因为光节点 或光纤深入程度 覆盖用户数多在200户以上 光接收机之后还有放大器 根据理论分析 一栋4单元6层楼房 分配损耗 14dB 12分配 8dB 4分配 22dB EoC两端 局端 终端 插入损耗共3dB 最多允许150米 5同轴电缆 因此 低频方案可以无源跨接两级放大器 高频方案必须有源中继 加之许多地方HFC网络都经过一定程度的双向化改造 不少网络已经具备无源跨接条件 不需要增加改造投资 而高频方案只要跨接放大器就需要有源中继 而且分割滤波器需要重新配置 因此选择低频方案很自然 2 现阶段总局推荐HomePlugAV方案总局推荐现阶段低频段双向化改造采用HomePlugAV方案相对合理 HomePlugAV的发展方向是P1901 P1901采用CTC前向纠错方案 一方面 标准本身在30MHz以下的抗干扰和电磁兼容性能较好 低频段很重要 低频段频谱效率高和SNR门限指标也领先 另一方面 这种方案的芯片供应商Atheros实力较强 另一家芯片供应商Spidcom对中国广电市场最重视 芯片出货主要集中在中国EoC市场 另外 应用于30MHz以下的HomePlugAV P1901可以和DOCSIS共存 以30MHz为分界点 目前 这种方案还得到大型电信设备供应商华为 中兴 普天烽火和H3C的支持 有较好的发展预期 AR7400芯片方案已经测试 吞吐量达到350Mbps 其它指标不劣于Int6400 3 遇到的问题a 这样推荐存在的一些弊端 目前 市场上HomePlugAV实际上只有Atheros一家芯片供应商 可能造成市场垄断 这对运营商降低改造成本明显不利 对促进技术进步也不利 而且 真正完全符合标准的HomePlugAV是电力线标准 并不适用于同轴 用于同轴接入的是改造了MAC协议的芯片 或者说在同轴上应用的是非标的产品 这就更加大了其它芯片厂商进入中国EoC市场的难度 因此 这不一定是最优方案 只是一种眼前不得已的权宜之计 b 存在的风险第一 是否满足未来业务对带宽的需求 根据推算 目前的方案不能满足50户高带宽应用 未来P1901带宽理论上可以满足需求 但有两个未知因素 是否互通和兼容 从过去看 HomePlug两种技术这方面表现都不好 特别是BPL 连软件都不兼容 Atheros目前用于同轴接入的HomePlugAV本身就不完全符合标准 跟其它HomePlugAV芯片互不兼容 不能互通 如果发展到P1901完全遵循标准 可以互通 那就不能跟现有芯片兼容 要兼容就跟其它芯片不能互通 频谱扩展是否许可 因为P1901是纯电力线标准 即使国际标准允许扩展频谱 但具体到每个国家却不一定行得通 如果不顾标准而移植到同轴应用 就要冒后续发展的风险 第二 芯片厂家是否会长期支持同轴应用 P1901是单一的电力线通信标准 根据调查 Atheros和Copper Gate两个主要P1901芯片厂商对P1901的着眼点主要集中在欧美电力线家庭联网市场上 Copper Gate目前仅支持电力线家庭联网 不支持同轴接入 而且至今没有支持计划 Atheros后续发展是否会继续支持同轴接入是个未知数 其收购Intellon的本意是家庭电力线联网 EoC市场主推降频WiFi Spidcom虽然全力支持中国的EoC市场 但本身实力较弱 对P1901标准目前只是兼容 Spidcom把电力线标准主要押宝于中国同轴接入市场本身就存在较大风险 华为海思准备生产P1901芯片 但两年后才能出产品 而在同轴上很可能跟Atheros不能互通 运营商应该主导AV芯片和设备互通 后向兼容 4 EOC技术的其它选择1 低频段技术HPNA3 1采用ITU TG 9954标准 目前实际上主要应用于同轴 而且是欧美市场应用于同轴的主要技术之一 理论上应该有最高的频谱效率 7 最主要的缺陷是采用FDQAM调制技术 抗干扰性能较差 下一步的发展趋势是并入ITU TG hn标准 届时采用FFT OFDM调制和LDPC前向纠错技术 在高信噪比信道传输长帧效率较高 可用子载波开槽和降低发射功率等技术解决抗干扰和电磁兼容 G hn的IPcore是开放的 这对扩大芯片供应商十分有利 还有一个最大优势 G hn将会扩展到300 2500MHz频段 成为一个同轴标准 PMC有与之集成方案根据调查 新一代芯片CG3210在频段上移 12 44 32 64MHz 之后市场反应不错 因此HPNA3 1不失为一种备选方案 可以先行规模试验 之后再决定是否推广 2 高频调制方案高频调制方案的优点主要是干扰小 频谱比较干净 频率资源较丰富 可以多信道同时工作 适应高带宽需求 对光纤已经到楼的环境是比较适用的 由于总局主推HiNOC高频方案 但要等待两年才能出产品 a MoCAMoCA是针对同轴介质的技术标准 因此技术上有一定优势 但芯片厂家 Entropic 曾对中国市场不够重视 一度撤走技术支持人员 在中国市场销售和应用的是第一代标准的芯片 3011 3211 目前又面临Broadcom的竞争而无暇他顾 而且频谱效率也不高 还是目前改造成本最高的方案 因此市场占有率最低 近期加大了中国市场力度 增加了技术支持人员 芯片价格可能降低 1 1版用