双向接入网设计.docx
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双向接入网设计.docx
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双向接入网设计
摘要
为了满足现阶段人们对交互式电视业务的需求,需组建小区有线电视双向HFC网络系统。
根据样板小区的实际情况,规划了整个接入网方案,其中包括光纤接入网、同轴电缆分配网两部分的设计,对设计原则、设计方法、拓扑结构、设备选型、参数计算等方面给出了详细说明。
最后探讨了HFC网络上行通道噪声的来源、性质及上行通道噪声和干扰的解决方法。
关键词:
双向HFC;接入网;上行通道噪声
ABSTRACT
Inordertomeetthedemandofpeopleforinteractivetelevisionatthisstage,cabletelevisionofareaneedtobeestablishedwithtwo-wayHFCnetworksystem.Withtheactualsituationofthemodelcommunity,plannedtheentireaccessnetworkoptions,includingtwopartsofthedesignasopticalfiberaccessnetworks,coaxialcabledistributionnetwork,giveoutthedesignprinciples,designmethod,topology,equipmentselection,parametersandsoontoadetaileddescription.FinallyresearchtheHFCnetworkuplinkchannelnoisesource,natureanduplinkchannelnoiseandinterferencesolution.
Keywords:
Two-wayHFC;AccessNetwork;UplinkChannelNoise
目录
摘要I
ABSTRACTI
引言1
1HFC接入网简介1
1.1HFC简介1
1.2HFC网的系统构成1
1.2.1基本概念1
1.2.2性能定义2
1.2.3下行传输系统主要技术参数要求2
1.2.4上行传输通道主要技术要求3
1.3有线电视系统的组成3
1.4HFC网络的优势4
2HFC接入方案设计5
2.1光网络设计方案5
2.1.1设计原则5
2.1.2设计方法5
2.1.3光站(设备间)设计6
2.1.4光缆网拓朴6
2.1.5器材选型6
2.1.6样板设计7
2.2同轴电缆网络设计方案8
2.2.1设计指导思想8
2.2.2设计说明8
2.2.3上行设计9
2.2.4设备选型9
2.2.5样板设计11
2.2.6系统技术指标分配12
2.3小结13
3回传通路噪声分析与网络设计13
3.1概述13
3.2回传噪声源分析14
3.2.1回传噪声的漏斗效应14
3.2.2噪声与干扰来源14
3.3回传通路网络设计17
3.3.1消除或抑制上行通道噪声的措施17
3.3.2回传激光器选择与调试19
3.3.3回传通路网络设计20
结论21
致谢22
参考文献23
HFC双向接入网设计
引言
随着网络建设不断发展,有线电视HFC网作为国家信息化建设的重点项目受到业界的认可,利用光纤传输广播电视信号和数据内容具有频带宽、容量大、损耗低、抗干扰等优点。
HFC有线电视系统由前端、光链路与电缆网组成,作为承载信号传输的光链路是全网的重要环节。
至今我国绝大部分大中城市都已完成或正在实施向HFC网络(单向)的升级改造工程。
本文结合小区的有线电视网络建设,介绍HFC网络的系统设计、设备选型、上行通道噪声和干扰的抑制方法等。
1HFC接入网简介
1.1HFC简介
HFC是混合光纤同轴电缆(HybridFiber-Coax)的缩写,原意仅指采用光纤传输系统代替全同轴CATV(公用天线电视和电缆电视)网络中的干线传输部分,而用户分配网络仍然保留同轴电缆结构。
随着高速宽带通信时代的到来,HFC常常被赋予新的含义,特指利用混合光纤同轴电缆来进行宽带数字通信的CATV网络。
HFC是把光纤敷设到小区,然后通过光电转换节点,利用有线电视CATV的总线式同轴电缆网连结到用户,提供综合电信业务的技术。
这种方式可充分利用CATV原有网络,建网快、造价低、逐渐成为最佳的接入网方式之一。
HFC网综合应用模拟和数字传输技术、同轴电缆和光缆技术的宽带接入网络,它有光纤干线网和同轴电缆分配网通过光节点站结合而成,一般光纤干线网采用星型拓扑结构,同轴电缆分配网采用树形结构。
HFC网利用光纤传输的宽频带特性,用空余的频带来传输电信话音业务、高速数据业务和个人通信业务,充分利用光纤的频谱资源构成全业务的传输网络。
1.2HFC网的系统构成
1.2.1基本概念
有线电视(CATV):
用射频电缆、光缆、多路微波或其组合来传输、分配和交换声音、图像及数据信号的电视系统。
双向有线电视:
具有上、下行传输的有线电视系统。
前端:
在有线电视系统中,用以处理需要传输的由天线接收的各种无线信号和自办节目信号的设备。
分前端:
系统辅助前端,通常设置在服务区中心。
其向下传输模拟和数字电视信号,同时接收源于服务区内所有用户上行传输的信号。
干线系统:
在有线电视广播系统中,用于各类前端之间或前端与各分配点或各光节点之间传输信号的链路。
光链路:
利用光纤通信技术传输声音、图像和数据信号的链路。
一般由光发送机(电/光转换器)、光纤、光接收机(光/电转换器)及其它必需的光器件(如光放大器、光连接器、光分路器和光衰减器)等组成。
光纤同轴电缆混合网:
以光纤为干线、同轴电缆为分配网的接入网。
光节点:
为HFC网络中完成光、电或电、光转换的节点,以光纤与前端(分前端)相连,以同轴电缆与分配网络相连。
下行传输通道:
HFC网络的一部分,其信号在下行方向从前端或任何其它中心节点分配到用户的网络部分。
上行传输通道:
HFC网络的一部分,其信号在上行方向从连接到网络的用户到前端或任何其它中心节点的网络部分。
系统输出口:
连通用户线和接收机引入线的接口装置。
双向用户端口:
用户室内的可向下传输信号和向上传输信号的双工接入端口。
1.2.2性能定义
载噪比(C/N):
图像载波电平有效值与规定带宽内系统噪声电平均方根值之比,用dB表示。
交扰调制比:
在系统指定点,指定载波上有用调制信号峰一峰值对交扰调制成分峰一峰值之比,用dB表示。
载波互调比:
在系统指定点,载波电平对规定的互调产物的电平之比,用dB表示。
回波值:
在规定测试条件下,测得的系统中由于反射而产生的滞后于原信号并与原信号内容相同的干扰信号的值。
上行汇集噪声:
源自于用户端、电缆和无源传输设备引入的干扰,以及光纤和有源设备自身产生的噪声在前端或分前端汇集形成的噪声。
窄带数据频段:
适应于传输窄带低速数据的信道频段。
宽带数据频段:
适应于传输宽带高速数据的信道频段。
用户端口保护隔离能力:
当某用户端引入强干扰时,可能导致某信号频段(信道)停止服务。
系统对其引入干扰抑制的分贝值。
上行电平:
上行信号功率(p1)与基准功率(p0)比的分贝值,即101g(pl/p0)。
通常用dBµVwww.biyezuopin.cc表示。
上行传输增益:
在双向用户端口注入电平为a1的信号,经过上行传输通道,在前端或分前端双向通信设备上行射频接收端口处测量到的电平为a2,上行传输增益g=a2-a1以dB值表示。
1.2.3下行传输系统主要技术参数要求
(1)系统输出口电平:
60-80dBµV
(2)载噪比:
≥43dB(B=5.75MHz)
(3)载波互调比:
对电视频道的单频干扰:
≥57dB
电视频道内单频互调干扰:
≥54dB
(4)交扰调制比:
≥46+10lg(n-1)(dB)(n为电视频道数)
(5)回波值:
≤7%
(6)系统输出口相互隔离度:
≥22dB(VHF)
(7)特性阻抗:
75Ω
1.2.4上行传输通道主要技术要求
(1)特性阻抗:
75Ω
(2)频率范围:
5-65MHz(基本信道)
(3)标称上行端口输人电平:
100dBµV(设计标称值)
(4)上行传输路由增益差:
≤10dB(任意用户端口上行)
(5)上行最大过载电平:
≥112dBµV
(6)载波/汇集噪声比(电磁环境最恶劣时间段测量,一般为18~22点,注入上行载波电平为l00dBµV,波段划分见表1)
RA波段:
≥20dB
RB、RB波段:
≥26dB
表1:
上行传输通道波段划分
波段
频率范围(MHz)
业务内容
传输媒质条件
RA
5.0-20.2
上行窄带数据业务、网络管理(上行)
共缆
RB
20.2~58.6
上行竟带数据业务
共缆
RC
58.6~65.0
上行窄带数据业务、网络管理(上行)
共缆
(8)上行通道传输延时:
≤800us
(9)回波值:
≤10%
(10)上行通道群延时:
≤30us(任意3.2MHz范围内)
(11)用户电视端口噪声抑制能:
≥40dB
(12)通道串扰抑制比:
≥54dB
1.3有线电视系统的组成
有线电视系统由四部分组成(如图1所示):
前端系统、传输系统、光纤接入系统和电缆分配系统。
前端:
位于信号源和传输系统之间,对传输信号进行各种技术处理的设备组合。
它是系统信号处理的中枢。
前端设备的性能,对整个系统的信号质量起着决定性的作用。
传输系统:
对于超大型或大型CATV系统而言,传输系统指远距离传输的超干线或干线。
它位于前端系统和电缆分配系统之间。
对于干线系统的技术要求是将前端信号传送到各个干线分配点所连接的电缆分配系统。
同时必须达到载噪比和非线性失真指标要求。
传输系统一般分别采用电缆、光纤或微波多路MMDS三种方式。
光纤传输系统:
最基本的光纤传输系统由电光变换器(E/O)、光纤和光电变换器(O/E)组成。
也称之为光链路。
光纤传输系统具有很大的传输容量,在系统中实行着多工传输。
电缆传输系统:
电缆传输系统采用同轴电缆做传输线,构成CATV网的干线或超干线。
电缆传输系统主要由同轴电缆和干线放大器间隔配置、级连构成,附属设备有过电型分支器、分配器,用于干线分路。
供电器和电源插入器用于干线放大器的电缆芯线供电。
1.4HFC网络的优势
HFC网不仅可以提供原来的有线电视业务,而且可以提供语音、数据以及其他交互型业务。
因为有线网的入户点已经相当普及,局部地区甚至超过了电话普及率,所以HFC被认为是通向信息高速公路的捷径之一,由于全业务HFC网络是以传统的同轴电缆CATV网络为基础,经历了单向光纤CATV网络和双向光纤CATV网络发展而来的,HFC网络与传统的CATV接入网络相比,具有很多的优越性,具体表现在:
(1)仅仅需要以一个光纤结点(FD)进行信号的转发、转换,与传统的同轴电缆CATV网络相比节省了期间数量。
(2)具有高达1000MHz的传输带宽。
(3)可以传输电话语音业务、高速数据业务以及个人通信业务等多种业务,与单向光纤CATV网络和双向光纤CAW网络的只能传输单业务的性能相比,具有全业务性。
(4)由于HFC网络用空余的频带带来传输电信语音业务、高速数据业务和个人通信业务,与传统的CATV网络相比具有更高的资源利用率。
2HFC接入方案设计
2.1光网络设计方案
2.1.1设计原则
为使有线电视网实现更多的增值业务,小区有线电视系统建设应坚持高起点,按照双向业务的需要进行设计。
光网络普遍采用星型集中分配方式,因此光站位置应尽可能设置在光网络的组团中心,同时结合小区的管道设计结构,保证电平指标的均匀性;在大型住宅小区,根据上行业务需要,应使每个光节点覆盖用户数不多于500户,如需要,应多设置光节点,以满足今后数据业务及其他增值业务的需求。
2.1.2设计方法
(1)确定光节点的位置
按照双向业务的需要,每个光节点覆盖500户以内,根据整个小区的建筑规划及住宅分布特点,选择300户住宅的中心位置为光节点,下传一级电放大器到用户。
图2:
光节点方块图
(2)确定光缆路由
根据前端机房和交接箱位置与小区的管道设计,按照合理布局、路由最短、易于施工和便于维护的原则确定路由走向,同时还要考虑今后的网络业务发展与城市规划等因素。
(3)确定光缆的长度
上述光节点位置和光纤路由确定后,接下来应进行线路长度的勘测,确定光缆的具体走向,确定光缆的芯数(每个光节点设计4芯光纤),绘制工程图纸,制订光缆施工方案。
(4)计算分光比,确定光发射机功率
根据光节点数目确定光功率传输路数,通过计算各路光纤损耗所需的光功率来确定分光比,根据光链路的损耗来确定发射机的功率。
光分路器是光链路设计的关键,选择适当的分光比,使网络中距前端机房距离不等的各光节点的接收机都能得到相等的光输入功率,以保证全体用户的信号指标。
(5)系统设备的选型
上述工作完成以后,根据计算结果选择质量可靠、价格合理、功能适宜的光端机及附属设备器材,为便于维护,同一小区网络应使用具有入网许可证的同一品牌产品。
2.1.3光站(设备间)设计
(1)光站位置应设置在光节点所覆盖的电缆分配网中心,预设与小区的管道相通的地井。
(2)光站间内应有单独220V供电(如需要,可引入380V),外接电表,下设两个空气自动开关,一路照明,另外一路作为设备电源。
(3)室内保持通风、干燥、卫生、安全,面积在10~20m2。
2.1.4光缆网拓朴
(1)依据管网的设计选择最短光缆路由,同时应便于施工和维护;
(2)由光纤交接箱至各光节点为星型结构;
(3)光缆网结构有利于网络升级,以实现更多增值业务。
2.1.5器材选型
光纤:
CATV系统中用于干线的同轴电缆,即使很粗(例如美国MC750电缆),在750MHz的损耗,也要40dB/km左右。
而采用波长1310nm的光信号,其损耗约为40dB/100km。
光纤的损耗比同轴电缆降低100倍。
显然,用光纤替代每隔几百米必须设置一台放大器的同轴电缆干线,可以实现跨越几十公里的直传。
彻底解决了干线放大器级联造成传输信号技术指标下降的问题。
根据目前技术要求,兼顾未来业务发展,每个光节点设置4芯光缆,其中1芯正向,1芯反向,2芯备留为数据或其他增值业务使用。
有线电视信号的光传输采用单模式光纤,它在1310nm波长时传输损耗为0.39~0.40dB/km,在1550nm波长时传输损耗为0.19~0.20dB/km,传输距离长,几乎不受环境温度变化的影响,不受强电及外界高频电磁场的影响,保密性能好,使用寿命长并与RF信号频率无关。
光端机是HFC网的重要组成部分,其质量与指标直接影响全网的信号指标水平,因此选择高稳定性能的光端机对于设计有线电视光网络至关重要。
光端机的选用原则是保证网络质量和降低建网成本,因此应选用较高性价比的设备,同时应保障良好的售后服务。
(1)光发射机
光发射机将电信号调制处理转化为光信号,送入光纤中传输,其核心部分激光器分为DFB和YAG两类,采用直接调制或外调制,分别适于1310nm和1550nm光波,小区的光网络大多采用DFB分布反馈式光发射机与1310nm、AM-VSB传输模式,RF驱动电平直接决定光发射机的调制度,影响指标C/N、CTB和CSO的大小,光发射机RF输入电平每增大1dB,CTB会减少2dB,CSO减少1dB,C/N升高1dB。
反之RF减少1dB,CTB增加2dB,CSO增加1dB,而C/N降低1dB,据此可调整光发射机RF输入电平来满足指标要求。
本系统光发射机采用上海英达视听器材有限公司生产的ED-7500调幅光发射机,光功率、激光器偏置电流、激光器内部温度等参数由微电脑集中监控,数字面板LED显示,激光器有完善可靠的APC(自动功率控制)和ATC(自动温度控制)电路,能确保长期工作时输出光功率稳定。
主要技术参数:
光波长:
(1310±20)nm;
工作带宽:
750MHz;
射频输入功率:
75dBμV;
输出光功率:
4~12dBmW;
平坦度:
±0.75dB;
光连接器:
FC/AP
(2)光接收机
光接收机把光纤传输来的光信号转变为电信号,送入电缆分配网传至用户,它具有两个重要参数:
①接收功率:
小区光网络的光接收功率一般为0~-2dB;
②输出电平:
RF值越高,C/N值越好,但损伤CTB和CSO值,因此应控制光接收机输出电平为98~103dB,不能随意提高RF值。
(3)光分路器
它的作用是将光信号耦合,进行功率再分配,主要参数有分光比、附加损耗与插入损耗,适当的分光比可使网络中距前端机房距离不等的各光节点获得相同的光功率输入。
2.1.6样板设计
设图3为某住宅小区的光网络结构示意图,根据小区建设规划和有线电视用户分布情况,按照本文所述的设计原则设置了A1、A2、A3、A4四个光节点,根据网络总体规划由二级机房到小区中心位置配置光纤交接箱1台,以分配不同方向的光纤。
图3:
小区光网络结构示意图
(1)计算各分路的光功率损耗
P1=(3+1)×0.4+0.5×4+0.4=4(dBmW)=2.51(mW)
P2=(3+0.8)×0.4+0.5×4+0.4=3.92(dBmW)=2.46(mW)
P3=(3+1.5)×0.4+0.5×4+0.4=4.2(dBmW)=2.63(mW)
P4=(3+0.4)×0.4+0.5×4+0.4=3.76(dBmW)
(2)计算各分路所需总的光功率损耗
K总=P1+P2+P3+P4=2.51+2.46+2.63+2.37=9.97(mW)
(3)计算各分路的分光比
K1=P1/P=2.51/9.97=25.18%
K2=P2/P=2.46/9.97=24.67%
K3=P3/P=2.63/9.97=26.38%
K4=P4/P=2.37/9.97=23.77%
(4)计算光发射机的功率
根据系统指标分配,选取光节点接收功率为-2dBmW,加入0.5dB的裕量:
P光=9.99+(-2)+0.5=8.49(dBmW)=7.06(mW)
(5)验算
选取距离最长的A3光节点分路,其所需光功率为:
-2+(3+1.5)×0.4+0.5×4+0.4+(-10lgK3)+0.5=-2+1.8+2+0.4+5.79+0.5=8.49(dBmW)
=7.06(mW)
根据以上计算可知,小区共设置4个光节点,光接收机功率为-2dBmW,光发射机功率选取8mW,选用四分路器,分光比如上所计算。
2.2同轴电缆网络设计方案
同轴分配网设计是HFC网络设计中的一个重要部分,须经过认真设计才能满足终端用户正常使用数字双向业务的需要。
根据HFC网络设计标准要求,小区同轴分配网络均要达到广电城域网的分配网的设计标准,使其不再是单一的有线电视网络,而是一个多媒体通信网。
下面对小区同轴分配网的设计进行简单介绍。
2.2.1设计指导思想
传统的有线电视HFC网络设计,是保证下行最高频率点的正向路径损耗基本一致,如光节点输出电平为100dBµV,用户电平设计为70dBµV,则从光节点至各用户端的下行路径损耗均为100-70=30dBµV。
对上行信号而言,因其最高频率仅为65MHz,各用户的上行信号回传时,由于经由的路径各不相同,从各用户端至光节点的回传路径损耗往往要相差几十dB,造成从各用户端至光节点的回传路径损耗不一致,这样的网络对回传业务的开展将是十分困难的,常常出现的情况是初期开通少数用户时容易,而用户增多后开通信号则非常困难。
同轴分配网应是总线型结构,即不允许将光节点引出的同轴电缆再作为干线,而是一条分配线。
2.2.2设计说明
(l)本次设计网络覆盖用户数为500~1000户。
(2)网络按双向传输设计,网络结构模式为光工作站+一级分配放大器的同轴分配网和光工作站+无源同轴分配网,无源部分采用分配集中分配方式。
(3)系统频率划分为上行5~65MHz,下行87-860MHz。
(4)电缆采用地下管道敷设和线槽敷设两种暗敷方式。
(5)光工作站和分配放大器等有源器件都固定安装在箱内,供电器输人电源应稳定可靠,其中光站接地电阻应小于4Ω。
(6)网络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要求,下行一般都能满足。
(7)用户分配网的电缆线全部采用四屏蔽电缆(电缆屏蔽系数大于120dB),这不仅可减少上行噪声的侵人,而且可以防止空中干扰信号对系统的影响。
(8)在楼内分配系统,因单元与单元之间的电缆长度较短,一般在25m左右,由此造成的不同单元之间的回传路径损耗相差不大,所以在楼内分配系统不用设置回传衰减(均衡)器。
2.2.3上行设计
网络下行通道的设计主要考虑信号的电平以及网络如何合理分配信号电平,这里不再作介绍,而只对上行通道设计进行介绍,只要保证网络结构的对称性,上行电平一致,下行电平必然一致,整个网络指标也就满足。
在设计上行通道时,CableModem(CM)业务回传发射信号的功率谱密度在现有的各种业务中最低,所以,上行通道设计以CM业务为设计目标。
上行通道设计主要考虑的是链路的损耗,而电平并不重要,因为CM的输出电平是不确定的,它由CMTS对每一个CM进行测距后,由AGC控制CM的输出电平(AGC的控制作用是通过通信协议确定每个CM的发射电平,使不同的反向信号到达CMTS的电平值保持一致)。
由于每个CM的链路路由长度不同,每个CM的链路损耗也不同,因而每个CM的发射电平不同,即使管理CM的CMTS发出电平调整指令,试图使CM受控地调整输出电平,也难以使各用户电平上行到达CMTS时一致。
设计时应避免因电平差异过大造成某些用户上行信号C/N很低,而另一些用户上行信号产生过载失真,必须要求所有CM的信号以相同的信号电平到达前端。
的信号电平到达前端。
上行通道设计时,一般要求CM至分配放大器输出口的反向损耗为(-30土4)dB,损耗过大,CM即使工作在最大的发射状态也满足不了CMTS的接收电平需要,损耗过小将使CM发射电平达不到信道所要求的CNR值而导致通信不正常。
要求电缆干线网部分(包括分配放大器)至具有双向传输功能的光节点的输出端口的反向损耗设为0dB,采用单位增益设计。
此外,为保证各支路上行路径的总损耗近似相等,要对上行信号电平进行汇集均衡,设计时,要求从各用户端至光节点的回传路径损耗差值小于士6dB,还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人CMTS的信号功率应基本恒定。
综上所述,一光节点分出的同轴分配网的拓扑结构图如图4所示。
2.2.4设备选型
住宅建筑(楼房)用户分配网的组成作为住宅小区网中的分配系统,主要包括用户分配放大器(即楼头放大器)、同轴电缆、分支分配器、用户终端。
(1)光工作站是HFC网络作为接人网时必须采用的光节点设备,光工作站包括:
下行主光接收机及备份光接收机、下行RF放大系统、RF切
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