【文章內(nèi)容簡介】 級到750MHz以上，用戶終端設(shè)備除電視機(jī)外，還需配備能接收、發(fā)出指令和信息的設(shè)備，如PC機(jī)、電話機(jī)、攝像機(jī)、機(jī)頂盒STB、線纜調(diào)制解調(diào)器CM(Cable Modem)等。目前，為了提供上行回傳信道，HFC接入網(wǎng)可采用SDM(空分復(fù)用法)、TDM(時(shí)分復(fù)用法)、WDM(波分復(fù)用法)和FDM(頻分復(fù)用法)等方式。但目前解決同軸電纜分配網(wǎng)雙向傳輸?shù)闹饕侄芜€是頻分復(fù)用法。空分復(fù)用法是采用雙電線完成光節(jié)點(diǎn)以下信號的上下行傳輸，對于有線電視網(wǎng)來說，鋪設(shè)雙同軸電纜來完成雙向傳輸，成本太高，因此SDM實(shí)際上是采用有線電視網(wǎng)與普通電話線相結(jié)合，但由于這種空分復(fù)用法存在上行窄帶撥號接入固有的缺點(diǎn)，而且許多通信協(xié)議需要相互依賴的雙向?qū)ΨQ的通信能力，一個(gè)方向(上行)通信能力太弱會限制另一個(gè)方向(下行)的通信能力，所以SDM還沒有成為解決同軸電纜分配網(wǎng)雙向傳輸?shù)闹饕侄?。但是SDM可應(yīng)用于光纖干線傳輸網(wǎng)部分，即每條干線采用雙光纜完成光節(jié)點(diǎn)以上信號的上下行傳輸。SDM還可應(yīng)用于前端與分前端之間，具有故障自愈功能的，雙向雙環(huán)光纖核心干線傳輸“環(huán)”型網(wǎng)的順時(shí)針和逆時(shí)針方向的主路和備路信號的傳輸。時(shí)分復(fù)用法是在相同的傳輸介質(zhì)上，對上行和下行信號進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，由于其技術(shù)較復(fù)雜，成本也較高，所以實(shí)際應(yīng)用也不很廣泛。波分復(fù)用法是采用單根光纖異波長雙工工作方式，使上下行信號采用不同的光波長傳送，波分復(fù)用法可用于光纖干線傳輸網(wǎng)部分。頻分復(fù)用法是將光節(jié)點(diǎn)以下的電纜的工作頻率作頻率分割，利用不同的頻段實(shí)現(xiàn)上下行信號的同時(shí)傳輸，一般低頻段用于上行信道，高頻段用于下行信道，上下行頻段的分割點(diǎn)頻率的高低，主要取決于HFC接入網(wǎng)要實(shí)現(xiàn)的功能和所需傳輸?shù)男畔⒘俊12]第3章 HFC寬帶接入網(wǎng)技術(shù)研究 HFC業(yè)務(wù)的擴(kuò)展在HFC的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)Cable modem中的采用IP協(xié)議，因而很容易擴(kuò)展開通基于IP的業(yè)務(wù)。如IP的VOD業(yè)務(wù)，IP的Voice業(yè)務(wù)(IP Phone)等。（1）IP phone：Cable modem的傳輸協(xié)議是IP的，增加一定的軟件和硬件就可以實(shí)現(xiàn)電話業(yè)務(wù)。目前，MCNS準(zhǔn)備在它新的Cable modem標(biāo)準(zhǔn)中，加進(jìn)IP Phone的內(nèi)容。與此同時(shí)，Broad公司也宣布在它新的reference design BCM中支持IP Phone功能。 （2）DTV(Digital TV:數(shù)字電視)：在Cable modem系統(tǒng)中，物理層的數(shù)字調(diào)制與解調(diào)技術(shù)符合DVB標(biāo)準(zhǔn)，只需在有線電視前端和用戶端增加視頻編解碼設(shè)備。這樣可以使得Cable modem具有多功能的特點(diǎn)，可以避免進(jìn)行數(shù)字電視廣播的重復(fù)投資，同樣也減少了用戶端設(shè)備的成本。 （3）ITV(Interactive CATV,交互式有線電視)：Cable modem系統(tǒng)設(shè)備使得原來單向分配的HFC網(wǎng)絡(luò)，變成了雙向可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕换ナ较到y(tǒng)，因而可以結(jié)合原有的電視業(yè)務(wù)開展ITV。提供VOD(VOD是目前信息高速公路建設(shè)的一個(gè)熱點(diǎn))，MOD等業(yè)務(wù)。綜合上面的業(yè)務(wù)，在Cable modem研制成功的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步開發(fā)多功能的Cable ,提供Internet瀏覽外,同時(shí)具有數(shù)字電視接收和VOD機(jī)頂盒的功能?？紤]到我國目前家電業(yè)的一個(gè)情況VCD暴熱，我們開發(fā)的Cable modem可以具有VCD的功能，實(shí)現(xiàn)很簡單，也并不需要增加很多成本，只需加一個(gè)VCD/CD機(jī)芯配件。這樣做比較符合中國的國情，也會因?yàn)镃able modem刺激一部分用戶去購買計(jì)算機(jī)上網(wǎng) 。[13] HFC網(wǎng)回傳通道的噪聲問題 HFC上行通道的噪聲特性分析有線電視如果要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)化的各種應(yīng)用，HFC網(wǎng)絡(luò)的雙向改造是必然的。就其網(wǎng)絡(luò)特性而言，HFC上行信道存在噪聲匯聚干擾和回傳信號均衡等技術(shù)瓶頸。所謂噪聲匯聚干擾就是指從信號群經(jīng)眾多用戶端及電纜引入各種干擾并匯聚成強(qiáng)大的干擾源，造成上行信號的C/N值嚴(yán)重低下，我們把這類干擾稱之為匯聚干擾。回傳信號均衡是指由于各用戶上行信號經(jīng)由不同的路由，其傳輸增益不同，造成各用戶上行信號回傳匯聚后呈現(xiàn)電平值嚴(yán)重不一致，這就是HFC網(wǎng)絡(luò)上行通道的電平匯聚均衡問題。要解決這個(gè)問題需在噪聲源頭采用集線器分配入戶，以堵住噪聲。[14]HFC網(wǎng)上行通道中主要研究的是外部侵入噪聲，共用通路失真,功率控制三個(gè)問題。1. 外部侵入噪聲外部侵入噪聲就是來自系統(tǒng)外部的噪聲，通過不同的方式耦合進(jìn)入系統(tǒng)。HFC上行信道中的侵入噪聲可以分為以下幾類：（1）脈沖噪聲：脈沖噪聲可能是用戶端的某些突發(fā)脈沖產(chǎn)生的強(qiáng)磁場耦合進(jìn)入電纜的饋線或引入線部分，或者通過空氣的傳播耦合進(jìn)入用戶端的設(shè)備中。如發(fā)動機(jī)點(diǎn)火，電器開關(guān)的通斷，計(jì)算機(jī)等數(shù)字設(shè)備,閃電、天電干擾、來自銀河系的噪聲和靜電泄漏等引起。（2）窄帶短波噪聲：通?？梢岳斫鉃樵诖髿鈱又懈哳l電磁場產(chǎn)生的電磁波在空氣中傳播，通過電磁耦合進(jìn)入HFC網(wǎng)絡(luò)的上行信道形成的。（3）感應(yīng)噪聲：用戶端的電氣設(shè)備與同軸電纜的相對位置靠近，使該類高電平噪聲耦合進(jìn)入HFC網(wǎng)絡(luò)的上行信道引起的。（4）反射噪聲：由于樹型結(jié)構(gòu)的HFC網(wǎng)絡(luò)中同軸電纜的特性阻抗（75 Ω）與線路中的放大器、分支器等部件的接口阻抗不匹配，造成上行信號的反射，引起上行信道的信號間干擾。（5）共模噪聲：由HFC網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的非線性造成的，例如連接器的氧化就會產(chǎn)生共模噪聲。 2. 共用通路失真共用通路失真是前向傳輸在上行通道中產(chǎn)生的干擾。產(chǎn)生的原因有二：一、前向線路的腐蝕,受腐蝕的金屬好像一個(gè)混頻二級管,從前向通道向反向通道輻射；二、同一機(jī)箱內(nèi)前向放大器與反向放大器模塊間有干擾,可能是雙向?yàn)V波器隔離不充分。3. 功率控制功率控制主要是針對雙向網(wǎng)絡(luò)的。單向網(wǎng)絡(luò)不需要對用戶的輸出功率進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，而雙向設(shè)備必須精確控制反向通道發(fā)送功率，因?yàn)槿粲幸粋€(gè)用戶輸出過大，前端將無法接收其他用戶信號。[15] 反向通道的噪聲及干擾對數(shù)據(jù)通信的影響由于在5~42MHz頻段內(nèi)受各干擾較為嚴(yán)重，同時(shí)由于HFC網(wǎng)絡(luò)的樹型結(jié)構(gòu)造成漏斗效應(yīng)，從而引起反向噪聲的疊加，使得反向通道的載噪比下降，引起數(shù)據(jù)通信中誤碼增加甚至通信中斷。 反向通道噪聲的削弱技術(shù)（1）濾波：適用于脈沖噪聲在每個(gè)用戶的反向接頭裝上全阻濾波器，濾波器禁止任何用戶反向傳送信息。當(dāng)用戶要求雙向服務(wù)時(shí)，移走全阻濾波器并為用戶安裝一個(gè)低通濾波器（LPF）以限制反向通道。因?yàn)榈屯V波器只引許低頻通過，而阻塞了高頻分量。 （2）跳頻：適用于窄帶噪聲在使用時(shí)分復(fù)用接入系統(tǒng)時(shí)，可能會有持久嚴(yán)重的窄帶干擾以至于反向通道頻帶無法使用。這時(shí)，用戶調(diào)制解調(diào)器的反向通道頻率必須直接移至其他頻帶。CMTS向電纜網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器發(fā)送一條控制信息以指明新的發(fā)送頻帶，這樣就完成了跳頻操作。當(dāng)反向通道頻帶較寬時(shí)，跳頻處理就比較困難了。比如LanCity和Zenith的調(diào)制解調(diào)器使用6MHz的反向通道頻帶。當(dāng)需要跳頻時(shí)，他們必須在頻譜中找到另一個(gè)連續(xù)的6MHz的頻帶。而有時(shí)這是不可能的。（3）擴(kuò)頻：適用于寬帶脈沖干擾擴(kuò)頻是指發(fā)送信號所占頻譜遠(yuǎn)大于信息本身所需的最小帶寬。對于各種形式人為的(如電子對抗中)干擾或其他窄帶或?qū)拵?擴(kuò)頻)系統(tǒng)的干擾，只要波形、時(shí)間和碼元稍有差異，解擴(kuò)后仍然保持其寬帶性，而有用信號將被壓縮，見圖31所示。信號干擾f(a) 接收輸入端(b)解擴(kuò)后圖31 擴(kuò)頻系統(tǒng)抗寬帶干擾能力示意圖干擾信號f（4）搜索法定位噪聲源的位置，然后切斷噪聲源與電纜的連接或者將可能造成噪聲的電氣設(shè)備接地或屏蔽了，以降低噪聲對系統(tǒng)的影響。適用于感應(yīng)噪聲。（5）加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和更銹蝕的電纜和接頭,將噪聲控制在允許的范圍內(nèi)。適用于共模噪聲。（6）自動電平設(shè)定當(dāng)某個(gè)調(diào)制解調(diào)器的輸出電平不當(dāng)時(shí)，CMTS通過前向傳輸發(fā)送一個(gè)信號，指導(dǎo)調(diào)制解調(diào)器修改電平。只有電平均衡了，才能不產(chǎn)生噪聲干擾，也解決了回傳信號均衡的技術(shù)瓶頸問題，從而緩解了反向通道傳輸中的功率管理問題。（7）集中分配入戶方式在實(shí)際應(yīng)用中，對于新建，改造HFC網(wǎng)，可以采用集中分配方式，從噪聲源頭開始，采用高品質(zhì)的集線器分配入戶，以堵住噪聲。 HFC上行通道多路用戶接入的方式HFC接入網(wǎng)上行信道多路用戶接入的方式，主要有TDMA(時(shí)分多址接入)、FDMA(頻分多址接入)和CDMA(碼分多址接入)等方式。時(shí)分多址接入是將一條線路上的工作時(shí)間分割成周期性的、互不重疊的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙分配給不同的用戶使用，將不同用戶的數(shù)據(jù)流分配到指定的不同時(shí)隙，并且采用帶寬利用率比較高的調(diào)制方式如QPSK(四相鍵移調(diào)制)和64QAM(正交幅度調(diào)制)等。頻分多址接入是將一條線路的可用頻帶分割成互不重疊的部分，并分配給不同用戶所要發(fā)送的載波使用，在FDMA中各載波的頻率互不相同，每個(gè)用戶的數(shù)據(jù)流占用一個(gè)載波頻率，所有用戶的數(shù)據(jù)流可在同一時(shí)間內(nèi)發(fā)送。OFDM(正交頻分復(fù)用)作為一種高質(zhì)量的頻分多址復(fù)用技術(shù)，現(xiàn)在不僅已用于數(shù)字音頻廣播DAB和不對稱數(shù)字用戶環(huán)路ADSL，有些HFC接入網(wǎng)的上行信道也采用OFDM技術(shù)方案。碼分多址接入是一種基于擴(kuò)頻技術(shù)的通信方式，每個(gè)用戶分配一個(gè)特定的擴(kuò)展序列，所有用戶的調(diào)制解調(diào)器共用一個(gè)射頻信道，每個(gè)用戶的調(diào)制解調(diào)器用一個(gè)偽隨機(jī)碼序列對輸出信號進(jìn)行調(diào)制。CDMA抗干擾能力較強(qiáng)，但以犧牲頻帶利用率為代價(jià)。[16]上述三種多路接入技術(shù)具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，且對不同的干擾噪聲源表現(xiàn)出不同的抗干擾噪聲的能力。如TDMA對窄帶干擾十分敏感，F(xiàn)DMA的信息傳輸效率低，CDMA的容量受到多路接入干擾的限制等等。因此在HFC接入網(wǎng)上行信道中究竟采用何種多路接入技術(shù)，要依據(jù)網(wǎng)中干擾噪聲源的類型而定，一般多采用TDMA和FDMA，或者使用FDMA與TDMA相結(jié)合的方式，以提高上行信道頻帶的利用率和上行信道抗干擾噪聲的能力。如在一條具有若干時(shí)隙的TDMA線路上，通過在每個(gè)時(shí)隙增加幾個(gè)不同的載波，可使該線路傳輸信息的能力提高幾倍。 HFC上行通道的噪聲與控制由于HFC接入網(wǎng)的同軸電纜分配網(wǎng)是“樹”型結(jié)構(gòu)，因此上行信道的噪聲是每條同軸電纜支路的反向放大器和用戶產(chǎn)生的級聯(lián)噪聲以及各支路間噪聲的累積疊加結(jié)果，這種規(guī)律稱為噪聲的漏斗效應(yīng)。噪聲漏斗效應(yīng)的累積疊加規(guī)律為：假設(shè)噪聲電平在每條支路的第一個(gè)反向放大器前都是相同的，而且噪聲均來自用戶的住宅中，若各用戶的噪聲是不同相位的非相關(guān)噪聲，則累積疊加后的噪聲漏斗效應(yīng)因子NFF＝10lgn(n是用戶數(shù))，若各用戶的噪聲是同相位的相關(guān)噪聲，則NFF＝20lgn，通常情況下，上述兩種噪聲都存在，NFF＝(1014)lgn。噪聲的漏斗效應(yīng)對上行信道的信噪比影響很大。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，上行信道的干擾噪聲，70％來源于用戶端，25％來源于光節(jié)點(diǎn)后的分支系統(tǒng)，5％來源于彎曲的同軸電纜。上行信道的干擾噪聲來源通?？煞譃樗念悾海?）窄帶短波噪聲：頻帶為5~30MHz，與上行信道的頻帶重合，影響較大；（2）沖擊噪聲：頻帶為60Hz~2MHz，雖然沖擊噪聲的頻譜不在上行信道的頻帶范圍內(nèi)，但由于它的幅度較高，它的各次諧波對上行信道則會產(chǎn)生影響； （3）共模失真噪聲：主要是由信號傳輸設(shè)備的非線性所引起的，在上行信道中呈離散的噪聲尖峰；（4）本地干擾噪聲：用戶住宅內(nèi)在使用各種電器時(shí)，會產(chǎn)生頻率在30MHz以下的干擾噪聲，它們一旦耦合進(jìn)入上行信道，便會形成上行干擾噪聲。[17]消除或控制上行信道中噪聲的措施，一是從設(shè)計(jì)上控制上行信道噪聲的產(chǎn)生和積累。二是通過增加同軸電纜用戶分配網(wǎng)的屏蔽，以衰減入侵的噪聲。三是從施工工藝的規(guī)范化上把好關(guān)。具體地講，這些措施有：（1）合理選擇和分配上行頻率，避開易受無線電通信干擾和工業(yè)干擾的頻率點(diǎn)；（2）采用合適的編碼方式和調(diào)制方式，可以有效地抑制干擾噪聲對上行信道的影響，例如，上行信道的數(shù)據(jù)調(diào)制方式可采用QPSK或OFDM或QAM，這些調(diào)制方式抗干擾、抗噪聲的性能都比較好；（3）減少每個(gè)光節(jié)點(diǎn)以下的同軸電纜用戶的數(shù)量，從理論上的一萬戶減少到500—2000戶：（4）選用屏蔽特性優(yōu)秀的同軸電纜，如四層屏蔽同軸電線，其屏蔽性能比普通標(biāo)準(zhǔn)屏蔽同軸電纜提高約34dB；（5）選用連接特性好，不易松動，不會泄漏電磁波的同軸電纜連接器，可消除因連接泄漏而引入的噪聲；（6）暫不開通上行業(yè)務(wù)的終端采用高通濾波器，以阻斷上行噪聲；（7）暫不使用的分支分配器端口必須用75歐負(fù)載終接，以防止干擾噪聲入侵，也可減少駐波反射干擾噪聲； （8）用戶室內(nèi)的同軸電線端口要用匹配器連接，以防止從用戶端口接收和傳送干擾噪聲；（9）對那些接觸不良或銹蝕的同軸電纜及接頭要及時(shí)更換，還應(yīng)盡量避免使同軸電纜彎曲；（10）網(wǎng)絡(luò)工程的施工要由經(jīng)過嚴(yán)格的規(guī)范化培訓(xùn)后考核合格的人員來正確操作與安裝。[18] HFC上行通道的傳輸特性按規(guī)定，5~65MHz頻段作為雙向HFC網(wǎng)的上行頻段。上行頻帶噪聲問題比較嚴(yán)重，但上行傳輸與下行相比也有有利的條件，可以充分利用，以提高抗噪聲性能。（1）用同軸電纜傳送最高頻率僅65MHz的上行數(shù)據(jù)信號，其傳輸損耗比較小。（2）由于電纜損耗小，各上行信號電纜路由雖然在工程中有長度誤差，但造成的信號電平損耗差也很小，這是上行回傳設(shè)計(jì)的有利條件。（3）由于上行頻帶窄，可能在極限條件下傳輸?shù)娜盒盘柨偤铣晒β时认滦腥盒盘柕目偤铣晒β市〉亩啵@就意味著在同樣放大器條件下，上行信號的平均單路信號電平比下行信號的單路信號電平高。意味著抗干擾能力提高（放大器的熱噪聲可以不予考慮）。（4）對于抑制載波方式的不論QPSK方式或QAM方式的頻譜結(jié)構(gòu)呈奈奎斯特曲線產(chǎn)生的失真成分的分布也均勻，意味著網(wǎng)絡(luò)中的有源設(shè)備的有效動態(tài)范圍也比傳輸多路電視信號時(shí)的動態(tài)范圍大。（5）上行信號源自于用戶室內(nèi)端口或匯聚于集線器端口，考慮上行信號電平受中心CMTS的管理而留有余地，一般地可設(shè)計(jì)較高的用戶上行電平Vin=105dBu v，抗干擾能力很強(qiáng)。以上幾點(diǎn)優(yōu)勢，均是在下行傳輸時(shí)不能具備的，在進(jìn)行上行傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)和調(diào)試時(shí)，綜合運(yùn)用，充分發(fā)揮其優(yōu)勢。 集中分配式HFC網(wǎng)的抗噪聲技術(shù)