有线数字电视技术章-课件6

第6章有线数字电视的双向传输技术6.1有线电视系统HFC网概述6.2有线数字电视HFC网双向传输方式6.3有线数字电视HFC网宽带交互式技术标准6.4有线数字电视HFC宽带网中的关键设备6.5有线数字电视双向HFC网的设计

6.1有线电视系统HFC网概述

6.1.1有线电视系统HFC网的分类

我国的有线电视正朝着信息化、网络化、数字化的方向发展，在有线电视数字化实现整体转换后，有线电视网的双向化改造是有线电视数字化以来的重要变革。有线电视网只有实现双向传输，才能除提供丰富、良好的电视节目之外，还可提供电话、Internet接入、高速数据传输和多媒体业务，提供可以支持包括图像、数据和语音在内的全方位服务，才能使有线电视用户的电视机变成多媒体终端，使单一的广播服务变成现代服务业的重要支撑平台，最终实现“三网合一”。HFC网有单向传输系统和双向传输系统两种。

1)有线电视HFC网单向传输系统

有线电视HFC网单向传输系统是在同轴电缆传输系统的基础上增加了光缆干线，并且增加了光发射机、光分路器、光纤活动接头、熔接点和光接收机等设备。在需要超长距离传输时，还包括1～2级光中继站。HFC网络是星、树形混合的网络拓扑结构，从前端中心机房到光节点为光纤网，从光节点到用户为电缆网，一般为树形结构。前端中心机房安装了光发射机和若干个光分路器，用星形分出光纤，光纤传输到光节点，一个光节点带动一个用户小区，光节点上的光接收机将光信号转换为电信号，通过电缆分配网络进入用户。单向HFC网传输系统的组成框图如图6-1所示。图6-1单向HFC网传输系统的组成框图

2)有线电视HFC网双向传输系统

有线电视HFC网双向传输系统除了原有的有线电视前端、光传输部分、电缆分配网外，还增加了宽带线缆路由器或网关、线缆调制解调器(CableModem)、普通集线器(Hub)或交换式集线器、网管系统等。为了实现以太网与HFC网络在MAC(媒体访问控制)层的桥接，需要中心设备CMTS(CableModem头端系统)和用户端的CableModem两部分设备。CMTS是前端的网络控制器，用来将用户的线缆调制解调器和前端的服务器或访问Internet路由器连接起来。一个CMTS最多支持上千个CableModem。CMTS系统包括CableModem、上变频器、网络接口、TDMA和系统控制器等几个功能模块。双向HFC网传输系统的组成框图如图6-2所示。图6-2双向HFC网传输系统的组成框图通过HFC网可连接单个用户的PC机，也可连接局域网。用户端口数据接收的峰值速率可达10Mb/s，发送速率可达2.56Mb/s，配合局端的ATM接入交换机或吉比特以太网交换机可连入Internet。

从位于前端的路由器或服务器发往下行通道的数据，先经过协议转换，然后进行64QAM调制以及频率搬移，通过HFC网络发送到用户端。上变频器用来将CMTS输出的43.75MHz中频搬移到50～860MHz的射频范围内。从用户CableModem发往上行通道的数据采用QPSK方式调制，并用TDMA方式复用到上行通道。整个系统通过NMS(网络管理系统)来管理，只需通过前端的PC机运行NMS系统就可以对所有的系统参数进行控制。6.1.2有线数字电视双向HFC网的组成

现代有线数字电视双向HFC网主要由下面三部分组成：

(1)模拟电视、数字电视和声音通道。它是一个单向广播方式网络，与目前的有线电视网基本相同。

(2)交互式数据和话音通信网。这是一个双向交互式网络，其中的数据通信与计算机网络通信的原理一致，尤其是它们的骨干网或广域网是相同或相似的。接入网部分(即有线电视HFC网)则根据不同的资金需求和不同的功能要求而有不同的方案，电话通信一般采用IP电话方式。

(3)交互式视频服务系统。视频服务包括视频点播(VOD、NVOD)、资料检索与浏览、远程教学和电子游戏等。如果资料库在网内，则由网内视频服务器提供；如果资料库在网外，则需通过双向通道向网外索取。6.1.3有线数字电视双向HFC网的特点

现代有线数字电视双向HFC网有如下特点：

(1)模拟信号和数字信号并存。在双向HFC网传送的信号中，目前模拟电视广播信号仍占有相当大的比重。特别是在经济欠发达地区完全实现全数字电视信号还需要有一个较长的过渡期。另外，我国有数亿台模拟电视机，在有线电视数字化整体转换过程中，也要保留一定模拟频道转换中央、省和各地市电视台的主要节目，供没有机顶盒的用户收看。数字信号目前主要应用在交互式通信中，如计算机数据传输和电话，这些信号已实现了数字化。我国卫星转播的电视信号已经实现了数字化，许多有线电视台也已经在CATV网络上传输64QAM的数字电视信号。今后还将逐步增加数字电视信号的比例，在CATV网络上传输更多的数字电视信号。但在相当长的时间里，CATV网络上传输仍是模拟信号和数字信号并存。

(2)频分复用与时分复用并存。对于多路模拟信号的复用，应采用频分复用方式；对于多路数字信号的复用，则常采用时分复用方式。由于CATV网中既有模拟信号又有数字信号，因此系统中必然存在频分复用与时分复用并存的复杂情况。在HFC的宽带综合网中将充分利用频分复用和时分复用各自的优势，力求在有限的频带中传输更多的节目和信息，力求以最低的经济代价来换取更多的服务。

(3)光纤与电缆并存。由于目前我国的社会经济水平还难以承受全光纤网，因此很多地区都建起了光纤电缆混合网(HFC网)。HFC网以其覆盖范围广、频率宽和持续时间长等特点，在各地区有线电视网络的建设中得到了广泛应用。

(4)信号分配与信号交换并存。电视广播是一个单向的分配系统，通信是双向交互式信息的交换过程，而双向HFC网则可以同时具有两种信号的传输方式。

6.2有线数字电视HFC网双向传输方式

有线数字电视双向HFC网分为对称双向传输系统和不对称双向传输系统两类。图6-3是对称的HFC双向传输方式，该系统的上行、下行带宽各占用一个模拟频道带宽。双向系统由前端数字设备(CMTS)、双向传输网(HFC)和用户终端设备(CM)组成。图6-3对称双向传输方式

CMTS是双向网络数据接入的前端设备，它实现了数据网络和HFC模拟射频网络的连接，完成网络数据的转发、协议处理以及射频调制和解调功能。例如：CMTS与局端环路、交换机、PSTN实现互联互通；CMTS通过骨干网适配器与网管中心服务器、互联网连接；CMTS与本地服务器(如数字电视会议设备)相连等。在CMTS的调制与解调侧有数/模混合器、分接器、光发和光收设备等。用户终端设备由用户CableModem(CM)和室内设备组成，包括调制器、解调器、分复接与接口转换设备等。图6-4是有线数字电视HFC网的不对称双向传输方式。这种系统的上行频道带宽较窄，而下行频道带宽较宽。对普通用户而言，上行信息主要包括信令和话音，因而信息量较少，电话线的带宽已能满足这些信号的要求。因此，不对称双向传输系统的上行系统常利用电话线和PSTN。下行信息包括广播电视信号和各种数据，信息量很大，因此要求下行频道要宽，信号下载速率要快，故采用CATV网络。图6-4不对称双向传输方式6.3有线数字电视HFC网宽带交互式技术标准

6.3.1有线数字电视双向HFC网的两种标准

1. MCNS标准(DOCSIS标准)

MCNS制定的DOCSIS标准是由12个规范组成的。在这些规范中定义了数据、射频和电话的接口以及安全、管理和业务支持，DOCSIS标准已被ITU接受。

MCNS网络层使用IP协议。数据链路层分为三个子层，即逻辑链路控制(LCC)子层、链路安全子层和媒体访问(MAC)子层。MAC为所有下行数据流的传输定义了一个数字前端设备(即CMTS)，每个CM(CableModem)都侦听下行的所有数据，而只有地址匹配的CM才能被接收。CM之间的通信也要通过CMTS，上行通道为多个CM对一个CMTS进行时分复用。物理层划分为两个子层，即传输收敛子层和物理媒介依靠子层。传输收敛子层只适用于下行通道，提供附加服务；物理媒介依靠子层采用北美数字视频传输规范，下行采用64/256QAM调制和可变深度交织等。上行通道在CMTS的控制下，CM具有灵活性和可编程等特点，上行调制采用QPSK或16QAM。

2. IEEE802.14标准

802.14是IEEE的一个工作组，主要用于定义MAC层和PHY层的接口规范，包括MAC接口、PHY接口、安全协议等，是一个基于ATM信元的接口技术。

MCNS和IEEE802.14目前虽然只是CM的标准，但已涉及整个HFC网络的传输规范。这两种标准的最大差异在于是否采用ATM进行传输。MCNS代表工业界利益，考虑较多的是现阶段的实际情况。IEEE专家组则是从科技发展的角度来制定标准，是比较先进的，它与下一代Internet相结合，可提供实时音频、视频等多媒体业务。6.3.2基于ATM的HFC网络

基于ATM的HFC网络有两种基本业务：

(1)交互式电视业务(ITV)。这种业务的前端采用ATM节点交换机，用户端采用数字机顶盒。

(2)Internet等高速数据业务。前端的相应设备为CMTS，用户端则采用CableModem。对于第一类ITV业务，采用8MHz频分复用，在8MHz内则采用时分复用，利用64/256QAM调制。对于第二类高速Internet等业务，则不按8MHz划分，由前端服务器和户内终端单元(HTU)发出的数据在被转换成ATM信元之前，首先被打成IP包，然后采用IPOA方式转换成ATM信元。采用IPOA的理由主要是能使前端服务器和机顶盒可以方便地进入电缆网络之外的系统，因为这些系统也许并不工作在ATM网络上，同时利用了ATM的实时性和QoS等优点。6.3.3基于IP的HFC网络

对于传输距离大于100km的骨干网可采用SDH方案，目前已开发出了IPoverSDH的路由交换机。对于传输距离小于100km的网络，可采用吉比特以太网，目前采用单模光纤的吉比特以太网的传输距离已达100km。这种方案须采用吉比特交换路由器(GSR)和PPP协议。

采用IP方案时，其带宽利用率比ATM方案高25%～30%，但不支持VPN(虚拟专用网)，只支持业务分级(COS)，尚不支持服务质量(QoS)。6.3.4有线数字电视双向HFC网业务举例

1.有线数字电视准交互式数据广播

考虑到用户获取的信息远远大于发送的信息，近年来发展了一种廉价的准交互式数据广播系统。该系统的下行通道向用户广播大量数据，用户可以从中选择自己感兴趣的内容，故称之为准交互式。

近年来发展了Internet的“推”播技术，就是单向地将数据“推”到用户计算机，并存储在磁盘上，然后由用户与磁盘交互选择所需的信息，用户可选取自己感兴趣的内容并进行下载。

2.有线数字电视网的VOD业务

VOD称为视频点播，每个用户可单独享用一套节目。NVOD称为准视频点播，所有点播同一节目的用户共享一套节目。

NVOD是将某个节目占有一个频道，按一定的时间间隔(如15分钟)重新从头开始播出。例如，一个2小时的电影，要有8个频道供其使用，但所有的用户均可收看，用户最多只要等15分钟，就可从头看这部影片。NVOD占用的频道数与用户数量无关，因此NVOD可用于大规模的广播，也就是说可用于城市乃至全国的广播。

VOD则是用户随时点播就要即时播出，每个用户点播的时间是不同的，因此用户数增加时，该节目所占用的带宽随之增加，直至用户点播的时间间隔小于磁盘的寻址时间，VOD就变成了NVOD。

视频点播系统中的关键设备是视频服务器，也称为多媒体服务器，主要负责视频资源的存储播放。视频服务器应支持以下功能：同时为多个用户提供视频服务并保证每个服务的质量；管理系统资源，包括CPU、磁盘和内存；支持各种VCR操作(如回放、快慢进、暂停等)；支持视频服务的改变。 视频服务器主要由操作系统、通信系统和存储系统组成。操作系统类似于计算机的操作系统，如Windows2000系统；通信系统类似于PCI接口卡，用来为视频服务器提供一个高速、宽带的通道，把服务数据传给各个用户；存储系统主要由磁盘组成，用来存放视频数据。应用时，先在视频服务器上通过压缩编码卡将电视信号采集，按MPEG-1标准压缩存盘或直接将数字信号源拷贝到视频服务器的磁盘中。用户点播时，视频服务器开通固定数目的线程传送同一套节目，每个线程之间的偏移时间为节目长/线程数。把传送同一套节目的所有线程输出的流通过一个专用的接口卡复接成高码率的流，送到调制器并调制到一个8MHz的频道上，和有线电视信号混合后由CATV网传输到用户终端。用户端的机顶盒将这个频道上的信号解调、分复接，并选择其中的一个流，将这个流解码输出到电视上。由于VOD是每个用户单独享用一套节目，用户越多，占用的频带带宽就越大，服务器要求的容量也越大，造价也就越高。因此VOD只能局限于宾馆、别墅区等用户数量不多的高消费场所。6.4有线数字电视HFC宽带网中的关键设备

6.4.1电缆调制解调器前端系统装置(CMTS)

CMTS又称为多业务交换器或前端单元，是管理、控制电缆调制解调器(CableModem)的设备。该装置有如下功能：

(1)具备与外部主干网的接口。例如，与ATM网络接口的VBS标准接口或欧洲的

V5.1、V5.2接口，美国的TR8和TR303接口，与窄带业务(如电话)的接口，以便与PSTN相接。

(2)具有协议转换能力。例如，将骨干网传送来的ATM信元转换为有线电视网的IP包。

(3)具有分复用和调制解调功能。可将输往用户端的数字信号调制到所需的64/256QAM上，或将数据调制到QPSK或16QAM上。另一方面，可将用户端传送来的已调制信号解调为基带数据信号，然后进一步处理。

(4)智能化的网络控制与管理。由于有线电视系统实际上是集电话、数据及电视信号为一体的网络，因此被管理的单元形式多种多样。智能网主要包括三个部分：业务交换中心(SSP)、业务控制中心(SCP)、智能化外部设备(如专用视频服务器)。其中，SSP提供交换功能，它捕获触发事件，如来自用户的交互式业务申请，将申请送至SCP。SCP决定采取什么动作，然后传送指令给SSP，决定建立什么连接。智能化外部设备帮助SCP决定采用什么动作的专用平台。

除了业务控制和信息控制外，网管单元还应具备安全与故障的控制能力。

CMTS可通过CableModem的Consol接口或以太网接口完成对CableModem的配置。CMTS的配置内容主要有下行频率、下行调制方式、下行电平等。下行频率在指定范围内可以任意设定，但为了不干扰其他频道的信号，应参照有线电视的频道划分表选定在规定的频点上。调制方式的选择应考虑信道的传输质量。此外，还必须设置DHCP、TFTP服务器的IP地址，CMTS的IP地址等。

CMTS的下行输出电平一般为110～121dBμV，接收的输入电平为44～86dBμV；CableModem接收的电平范围为46～75dBμV，上行信号的电平为68～118dBμV(QPSK)或68～115dBμV(16QAM)。上、下行信号在经过HFC网络传输衰减后，电平数值应满足这些要求。

CMTS设备中的上行通道接口和下行通道接口是分开的，使用时，需经过高、低通滤波器混合为一路信号，再送入同轴电缆。6.4.2服务器

服务器的种类很多，功能各异，主要有以下各类：网络服务器(宽带接入系统)、视频 服务器(提供VOD业务)、业务应用服务器(协助SCP工作)、收费系统服务器、自动金融业务划账服务器、授权管理与验证服务器等。这些服务器可以在一台物理服务器上实现多种服务。6.4.3用户机顶盒

宽带接入网中的用户机顶盒与前面提到过的数字有线接收机相同，只是这种机顶盒具有更多更强的功能。它除应具备普通数字有线接收机所具有的全部功能和条件接收等功能外，还应包括支持实现交互式业务用户接口的应用软件(中间件)。

中间件即中间层软件系统，是在数字机顶盒的应用程序和操作系统、硬件平台之间嵌入的一个中间层软件，它以应用程序接口(API)的形式存在。整个API集合被存储在机顶盒的内存FLASH中。中间件使数字机顶盒基本的和通用的功能以API的形式提供给生产广家，以实现数字电视交互功能的标准化，同时将服务项目以应用程序的形式通过传输信道下载到用户终端。中间件产品一般是由节目提供商和机顶盒厂家外的第三方提供的，这对于节目提供商制作节目和厂家生产机顶盒的进一步简化和标准化都是非常有利的。借助中件层软件，应用程序可以独立于操作系统和硬件平台，使产品的开放性和可移植性更强。借助中件层软件，可将受限制的应用程序存储在FLASH中，可从网站下载。应用程序不仅独立于硬件，相互之间也是独立的，其数目也不受限制。由此可见，中间件是一种完全独立于机顶盒操作系统和应用程序的应用软件，它能提供普通机顶盒难以实现的交互式服务。在数字机顶盒中嵌入中间件后，就可实现广播式的交互电视功能，为数字电视提供增值服务。由于数字广播的带宽可以支持大量应用，许多应用程序可以通过广播方式下载到机顶盒中运行，因此增加了好多功能，如服务导航、天气预报、TV新闻杂志、短信息服务、股市行情、马赛克电视、电子节目指南(EPG)、准视频点播(NVOD)、电子邮件、网站广播、电子游戏、智力测试等。6.4.4电缆调制解调器(CableModem)

CableModem是指应用在普通有线电视网络上的Modem，是一种允许用户通过有线电视网进行高速数据接入(如因特网)的设备。CableModem的最大优势在于速度快，其下行速率最高可达36Mb/s，上行速率可达10Mb/s。其次，CableModem只占用有线电视系统可用频谱中的一小部分，因而上网时不影响收看电视和使用电话。CableModem主要包括以下各部分：调制解调器、电视调谐器、加解密装置、桥接口、路由器、网络控制器、网管SNMP单元和集线器(HUB)等。CableModem的组成框图如图6-5所示。图6-5CableModem的组成框图

CableModem最基本的功能是从电缆网向用户方向(或反方向)传送高速数据，它比传统的电话拨号调制解调器复杂得多。在通路下行方向，CableModem使接收机在450～750MHz范围内调谐接收数据数字信号并进行相关处理，因此CableModem具有调谐器的功能。从计算机网络的观点看，CableModem相当于一个以太网桥，工作在OS七层模型的物理层(PHY)和数据链路层的媒体访问控制(MAC)子层。每个Modem有一个MAC地址，为了方便管理，有些CableModem也具有自己的IP地址，以支持SNMP(简称网络管理协议)。CableModem的传输原理与普通Modem相同，都是将数据进行调制后在电缆(Cable)的一个频率范围内传输，接收时则进行解调。CableModem属于共享介质系统，即在传输时只占用传输介质的一个频段，其他不用的频段可用于有线电视信号的传输。

CableModem的技术原理如下：

(1)物理层。下行通道的频率范围为88～860MHz，每个通道的带宽为6MHz(NTSC：6MHz，PAL：8MHz)，采用64QAM或256QAM调制方式，对应的数据传输速率为32.342Mb/s或42.884Mb/s。上行通道的频率范围为5～65MHz，每个通道的带宽可为200kHz、400kHz、800kHz、1600kHz、3200kHz，采用QPSK或16QAM调制方式时，对应的数据传输速率为320～5120kb/s或640～10240kb/s。上行通道的带宽可根据所需的数据传输速率设定。在同样的带宽内，QPSK调制的速率比16QAM调制方式低，但其抗干扰性能好，适用于噪声干扰较大的上行通道；而16QAM调制适用于信道质量好但要求高速的场合。在CMTS设备中，为了减小上行通道的干扰，一个下行通道一般对应多个不同频率的上行通道，CMTS设备根据信道的噪声状况自动跳频到干扰较小的通道。

(2)媒介访问控制层(MAC)和逻辑链路控制层(LLC)。这两个协议层规定了不同信号和用户怎样共享公共带宽。由于目前还没有统一的行业标准，因此不同的CableModem厂家采用不同的协议，较常见的协议有用于以太网的公共CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)和先进的ATM(异步传输模式)协议。这些协议都可以有效地使用上行通道，可以根据需要分配带宽，保证通信质量。

(3)有线电视前端。在上行方向，CableModem从电脑接收数据包，把它们转换成模拟信号，传送给网络前端设备。该设备用于分离出数据信号，转换为数据包，并传送给Internet服务器；同时，该设备还可以剥离出语音(电话)信号，并传送给交换机。

CableModem有用于配置的Consol接口，可通过VT终端或Windows9X的超级终端程序进行设置。CableModem加电工作后，首先自动搜索前端的下行频率，找到下行频率后，从下行数据中确定上行通道，与前端设备CMTS建立连接，并交换信息包上行电平数值、动态主机配置协议(DHCP)和小文件传送协议(TFTP)服务器的IP地址等。CableModem具有在线功能，即使用户不使用，只要不切断电源，就可与前端始终保持信息交换，用户可随时上线。CableModem具有记忆功能，在断电后再次上电时，使用断电前存储的数据与前端进行信息交换，可快速完成搜索过程。每一台CableModem在使用前都需要在前端登记，在TFTP服务器上形成一个配置文件。一个配置文件对应一台CableModem，其中含有设备的硬件地址用于识别不同的设备。CableModem有内置式和外接式两种。内置式CableModem通常是一块PCI总线接口卡，直接插在计算机的扩展槽中。外接式CableModem通常通过以太网口或USB接口连接到计算机上。

6.5有线数字电视双向HFC网的设计

6.5.1有线数字电视双向HFC网回传方式

目前广电有线电视双向HFC网的主干线普遍采用空间分割方式，采用两根光纤，一根正向传输下行电视信号，另一根反向传输上行信息，它可把不同的信息内容分成正向和反向进行传输。在HFC网光节点以下的同轴电缆部分采用频率分割的方式，在频率上分成两个频段，例如，现行HFC网络的频谱5～65MHz频段传输上行信息，而65～750MHz传输下行电视信号和数据信息。6.5.2有线数字电视系统中双向HFC网回传路径损耗

在设计HFC网络时，一般认为光纤干线部分是星形的，同轴电缆部分是树形的。如果是设计新小区双向HFC网络，则同轴电缆分配网宜采用总线型结构，效果会更好。通常在有线电视分配网下行系统设计中，一般保证下行最高频率点的下行路径损耗基本一致，如光节点输出电平为98dB，用户电平设计为66dB，则从光节点至各用户端的下行路径损耗均为98-66=32dB。但这样设计的网络对上行信号而言，因其最高频率仅为65MHz，各用户的上行信号由于经由的路径各不相同，从各用户端至光节点的上行路径损耗一般要相差几十分贝，这就造成从各用户端至光节点的上行路径损耗严重不一致，结果使这对双向业务的开展十分困难，由此出现的情况是，在初期开通少数用户时容易，而用户增多后开通信号将非常困难。前端CMTS要求所有的CableModem的信号必须以相同的信号电平到达前端，如果其电平差异很大，即使CMTS发出电平调整指令，试图使CableModem受控地调整输出电平，也难以使各用户电平上行到CTMS时保持一致，结果会出现某些用户上行信号C/N很低，而另一些用户上行信号产生过载失真。另外，如果噪声侵入的环境是均匀的，那么，上行路径消耗较小的节点处的侵入噪声受到的衰减小，对上行通道的影响较大，而上行路径损耗较大的节点处的侵入噪声受到的衰减大，对上行通道的影响则很小，因而整个上行通道各处的抗干扰能力处于一种不均衡的状态。为保证各支路上行路径的总损耗近似相等，在网络设计时根据相关技术规范，要求从各用户端至光节点的上行路径损耗差值小于 ±5dB。一般在工程中，按下行系统的设计原则规定放大器间距，按上行回传系统进行上行电平的设计。6.5.3有线数字电视双向HFC网中光节点及光缆干线的设计

对于光节点的覆盖范围，业内倾向于以500户一个光节点为标准，将来可以进一步减少到125户或更少。但现阶段根据住宅地理情况、网络投入情况的不同，光节点的覆盖户数在农村以500～1500户左右为宜。对于经济条件好、知识层次高的住宅片区，片区规划时可将光节点所带的用户数设计得少一些；对于城郊地段可将光节点所带的用户设计得多一点，待时机成熟时，再按照每光节点500户的规模逐渐拆分。对于用户较多的小区，随着多功能业务的开展，可在光站内部安装2个(甚至4个)反向光发射模块，上行通道一分为二，不仅使上行汇聚噪声降低了一半，而且使上行宽带扩展了1倍。6.5.4有线数字电视双向HFC网电缆干线的设计

在设计有线数字电视双向HFC网的电缆干线时，要特别注意以下几点：

(1)新小区在进行有线数字电视双向HFC网电缆干线设计时，应尽量采用分配器作为分路器件，少使用分支损耗大于10dB的分支器，以保证各支路的上行路径损耗近似相等。

(2)网络路由尽量设计为多级星形传输结构，因为多级星形由中心到用户的分配过程正是由各用户上行逐级汇集的过程，只要保证了对称性，上、下行电平必然一致。

(3)对上行通道进行均衡。对于一些特殊的支干线，如果上行路径损耗相对较小，则可以插入一个上行衰减器，以减少与其他支路的上行路径损耗的差异。6.5.5有线数字电视双向HFC网用户分配网的设计

新小区在进行双向HFC网用户分配网设计时，应注意以下几点：

(1)采用集中分配方式。理论上讲，楼道内采用集中分配方式入户，既保证了各用户的上行路径损耗一致，同时减少了大量的电缆接头，降低了网络故障率，减少了对干扰信号的侵入点。这是一种比较理想的做法。

(2)用户分配网的电缆线全部采用四屏蔽电缆，这不仅可以减少上行噪声的侵入，而且可以防止空中干扰信号对系统的影响。

(3)在楼内分配系统中，单元与单元之间的电缆应尽量采用铝管电缆，以降低不同单元之间的上行路径损耗差。

(4)在楼内分配系统设置上行滤波器，以消除部分汇聚噪声。6.5.6有线数字电视双向HFC网上行通路的调试技术

1.双向HFC网对上行通路调试的要求

国际标准IEC60728—10给出了CATV上行(反向)通路的系统性能，其具体的技术参数见表6-1，它们是上行通路正常工作的保证。

2.双向HFC网正、反向通路调整的不同

正、反向通路的特性有很大不同。正向通路的下行流已为大家所熟知，它是发散的分配方式。尽管反向通路大部分采用和正向通路相同的物理媒介，但其在几个方面与正向通路有所不同，反向通路的上行流是汇集到前端。两者的异同见表6-2。从表6-2中可以看出，与正向对比，反向信号的带宽和调制类型的变化是很频繁的，是间歇(突发)式工作的，功率电平和工作频率也随时间而变化，每个放大器有多个输入信号，且各用户至前端的反向通路的传输损耗差异大。所以，这些可变因素要求上行网络的工作程序与下行方向不同。正向(下行)通路的质量常用视觉观察降级来判断。但是，反向通路业务的数字通信使该方法时会遇到麻烦，所以反向通路早期调整的质量更为重要。正、反向通路调整的相似处：都是单位增益；调整顺序都是从光节点开始，然后向外移。但亦有很大不同，两者的差异列于表6-3中。

3.调测方法

(1)测试系统的建立。目前的CATV系统一般由前端、光链路、光节点和同轴电缆分配部分等组成。

上行通路测试示意图如图6-6所示(视频监视法)。在图6-6中的参考点TP1或TP2和TP3等处，用多载波信号发生器(或扫频信号发生器)射入反向RF信号，其电平等于预先确定的电平P1或P2和P3等。反向信号经上行通道传输到前端，在前端光接收机的RF测试点TP0用频谱分析仪(或扫频接收机)检测反向信号质量。在这里检查信号电平、噪声电平和干扰等，观察信号电平是否是同一个基准电平TP0(即X电平)，噪声电平是否太高，有无干扰，然后调整上行通路使其达到要求。这就是上行通路的基本调整过程。如果测试中前端有备用的下行频道调制器，则可用电视摄像机对准频谱分析仪的显示，或用频谱分析仪提供的屏幕显示的视频输出，连接到不使用的正向频道调制器，就可把前端观察到的测试结果经下行通路直接传输到测试现场。这样，现场测试人员只要用一个便携式电视机就能观察到前端信号。这样站点的调整只要一个人就可完成。

调试的关键是两个电平的调整：一个是在图6-6前端反向光接收机的RF输出电平P0；另一个是参考点的射入电平P1或P2和P3等。调试时应注意上行噪声干扰的影响，可用反向的通路阻断器或者其他某些代替的方法，以便去掉参考点到用户之间噪声干扰的影响(断开连接)，建立从参考点返回到前端的装置。这是减少反向通路调测时间和满足每个参考点都要观看实际效果的重要步骤。

调测时还应该注意侵入射频和脉冲噪声对正确测量的影响。较高的反向侵入可以干扰扫频系统，使反向激光器压缩，故调测前应予以修理(降低)。图6-6上行通路调测示意图

(2)有线数字电视反向通路的调测方法有三种：

①扫频法或增益/损耗法：用带前端接收机和监视器的反向扫频发生器(如HPCalan3010R/H扫频/侵扰分析仪)等进行调测。

②视频监视法(多载波法或信号功率法)：需使用视频监视器和便携式2/4载波发生器。具体调测方法是：前端用频谱分析仪(例如HP8591C)接收，并监视载波发生器送来的信号电平，其视频输出传输给视频调制器作下行流送出，调试人员在电缆调试处即可观察到上行通路的工作状态，并调试之。③信号电平表法：需用信号电平表和便携式载波发生器。具体调测方法是：在下行流导频产生平衡指示的前端接收。如果使用选频电平表测量数字信号，则其显示值不是实际电平值，而应按下式修正：

实际电平值 = 测量电平值 + 10lg

(频道带宽/测量带宽) + 1dB

上述三种方法的优缺点列在表6-4中。由此可见，反向通路测量的最基本方法是扫频法和视频监视法。

4.基准电平和测试点情况

为了让数字信号得到最佳反向通路性能，需要调整反向光接收机和反向放大器，使其工作在噪声和失真之间的最佳折衷。通常有三点必须注意：

(1)评价反向通路是否调整好，关键是看前端反向光接收机的电平输出，评价标准是通信质量，包括载噪比、信号电平、干扰、噪声以及频率响应等。特别是信号电平，不管在哪个参考点射入测试信号，要求前端的输出电平都是一样的。大多数生产厂家的设备在该点的基准电平通常是P0 = 60dB，从某种意义上讲，这就是反向的所谓“均衡”。

(2)正确建立调整程序和调整上行流设备的步骤如下(可参考图6-6)：

①确定全部有源设备的输入电平，例如在TP1或TP2和TP3的输入电平；

②射入测试信号到激光发射机，即输入电平；

③在前端测量电平，调整到设计值；

④射入信号到最近激光发射机的放大器，即输入电平；

⑤在激光发射机或前端测量电平；

⑥调节放大器的输出，使激光发射机或前端的输入电平与第①步一致；

⑦继续调整下行流方向中的下一个放大器，直到完成。

要确定全部有源设备的输入电平，必须仔细研究反向系统图，了解反向通路的设备组成，包括同轴放大器和光节点设备的原理图、结构图以及各种参数的值。

(3)光节点。有线数字电视的光节点(光站)示意图如图6-7所示。在图的上部分是正向通路，其前面是下行光接收机，中间是电的放大部分，双向滤波器后面的输出是测试点，在这里可以测量光站正向通路的输出电平，也可以是反向通路的参考点。下部分是反向通路，上行信号经双向滤波器中的低通滤波器，通过两个二分配器(或一个四分配器)混合，到达反向放大器的输入(亦即反向光发射机的输入)，而后进行反向光纤通路。图6-7光节点示意图6.5.7有线数字电视双向HFC网的设计举例

在进行有线数字电视双向HFC网设计时，如果是新小区或新楼栋，则可按6.5.3节、6.5.4节和6.5.5节的内容进行设计。下面的例子是将原有线电视单向HFC网改造为双向HFC网的设计。对于有线数字电视双向HFC网的光缆部分，则采用多余光纤形成上、下行通路，即空分复用方式，这是常用做法，较简单，不再叙述。

下面是有线数字电视双向HFC网同轴电缆部分的设计，主要是对电缆分配部分进行上行设计。

1.设计说明

将原有线电视单向HFC网改造为双向HFC网的设计说明如下：

(1)图6-8是一个某地原有的有线电视单向HFC网的网络结构图，此小区HFC网传输部分的骨干网采用光纤星形结构，分配网则是同轴电缆树形结构。因此，这是一个典型的单向HFC网。原有线电视正向设计的原则是，保证每一个用户在最高频率(750MHz)时的下行路径损耗基本一致，这样才能保证每个用户正常接收节目。图6-8有线电视单向HFC网改造为双向HFC网的设计图

(2)本例单向设计用户正向电平为69 ± 6dBμV，如光接收机的输出电平为100dBμV，那么从光节点到各用户的下行路径损耗为100dBμV- (69±6)dBμV= (31±6)dBμV。

图6-8是以此数据进行正向设计的。

2.下行通道的设计

(1)该小区主馈线采用75-12同轴电缆，查该电缆750MHz的衰减为7dB/100m，那么260m衰减为260×7dB/100 = 18.2dB，约为18dB；50m为3.5dB，以4dB计入。

(2)四分配的分配损耗为8dB，三分配为6dB，采用分支器的插入损耗，为计算方便，取插入损耗为2dB，放大器的增益为30dB。

(3)光发收机输出电平为100dBμV时，根据路由图，图6-8中双向放大器正向输出为100-8-[260 × 7/100] + 30 = 104dBμV。同理(C点)：分支器损耗为5dB，选206分支器。在上述路由的情况下选75-12电缆，放大增益30dB，分支器选416、212、206，可保证用户电平为69 ± 6dBμV(最佳值)。以上为该小区正向有线电视设计方案结果。

3.上行通道的设计

上行通道75-12电缆在50MHz的衰减为1.2dB/100m，所以260m的衰减为4.3dB左右。进行上行通道设计时，首先是对反向放大器增益的确定。我们知道，对于双向HFC网的上行信号的最高频率只有65MHz，每个用户的上行信号经由路径不同，所以各用户至光工作站(即光发射机)路径损耗会相差几十分贝，这对开展双向业务是十分困难的。为了解决这一问题，线缆调制解调器CMTS要求所求的CM的信号必须以相同的电平到达。因此根据上行通道设计要求，所有用户电平到达光工作站(即光发射机)的输入电平值不得大于80dBμV，在75dBμ左右，而且相等要求。如果其电平差异很大，即使CMTS发出电平调整指令，试图使CableModem受控地调整输出电平，也难以使各用户电平上行到CTMS时一致，则结果会出现某些用户上行信号C/N很低，而另一些用户上行信号产生过载失真。另外，如果噪声侵入的环境是均匀的，那么，上行路径消耗较小的节点处的侵入噪声受到的衰减小，对上行通道的影响较大，而上行路径损耗较大的节点处的侵入噪声受到