关于双向HFC网的技术原理及其组建规划

我们已经习惯了用传统的思维模式（传输单向广播信号）来试图解决双向传输问题（传输通信信号）。有线电视信号是由“前端传输分配到用户末端”的模式，与“多种交互式业务信号传输”的模式在基本概念上有巨大差别。从上行传输的角度看，用户是“前端”。下行信号是分配传输的过程，上行信号是汇集传输的过程。而各级中心设备仅是信号交换枢纽站（立交桥和交警的概念）。我们只有从通信的基本原理和规律来思考，只有从根本上把立场改变了，才能开展正确的讨论，才有可能有正确的解决问题的方法和正确的规划方案。

1 双向HFC网的三大技术概念

（1）汇集干扰问题

众所周知，汇集干扰指的是从各用户端和网络电缆等受各种干扰侵入而汇集上行形成的强大干扰。但要着重指出的是：“汇集”现象是从用户端到数据解调器的入口（错误的认识是到光节点）的全过程。因为中心设备中的数据解调器入口（CMTS入口）不可能仅对应于某一个光节点，它至少对应于某个下行光发射机所覆盖的几个光节点，必然将一个数据解调器入口所对应的所有M个光节点的上行信号再汇聚，因此，通过划小光节点的办法来解决汇集干扰是不可行的。

经实际测试，发现干扰产生有两个途径，其一是用户室内的电视机及其他家用电器产生强烈干扰，主要集中在5～20MHz频段（呈单调下降曲线），其频谱能量强度高，一般在70～90dBμν。其二是环境电磁干扰侵入电缆接头而形成，如短波电台信号等，对常用的电缆接头处侵入产生的干扰强度一般在10～60dBμv，电缆呈现了“接收天线”效应。两类干扰中，以电视机输入端口引入的干扰最为严重。

值得一提的是：优秀的双向设备是不应产生上行干扰的，但有时下行信号通过腔体的辐射和器材的传导对回传信号指标有一点的影响。通过成功的经验得出双工滤波器处理信号的端口，上下行信号的差值在30dB以内比较合适。

（2）汇集均衡问题

这个问题主要是由于上行信号与下行信号的频率差造成在电缆中传输的衰减差引起的，如果在设计中只考虑下行信号传输，由于各用户的上行传输路径均不相同，会造成各上行信号在汇集处的电平差过大。

让我们来换一角度来理解一下汇集均衡问题的严重性：可以设想，若2路信号载频电平分别为C1和C2，存在的干扰分别为N1和N2，即使C1/N1和C2/N2达到38dB，但如果汇集处C1/C2的电平差达到20dB，那么，汇集后C2/N1只有18dB；另外，也会使某些反向信号过强，造成反向光发射机过载，使反向通道阻塞，这就是汇集均衡问题的严重性。传统网络只好逐户用衰减器向上进行调整和补偿，其工程量浩大，难以在“公众”网上实现。

与汇集干扰一样，汇集均衡的“汇集”现象也是从用户端到数据解调器的入口的全过程，而不只是到光节点。

汇集均衡与汇集干扰的概念是搞清楚了，但在实际中各自所表现出来的现象却容易被混淆，都可表现为噪声干扰现象。因此，汇集均衡问题必须在网络设计调试的时候首先把它解决掉。

（3）通道安全性问题

双向HFC网的上行通道是“众”用户共用的，其优势在于共用通道，但是也带来了缺陷，如果某用户的端口有意或无意地馈入强烈的电磁干扰，会造成上行频段的C/N值严重下降甚至网络崩溃。如果不能及时查找到和排除干扰源，网络怎能谈得上商业营运？

这个问题在业界以往讨论很少，即使存在此类问题，也往往将其归于“汇集干扰”而忽略。但对于大型的广泛入户的商用网，在市场竞争面前，能否及时查找到和排除干扰源，能否提高网络服务质量，能否保证网络安全性，已经是至关重要的大问题了。

解决上行传输通道安全性问题则可采取可寻址路权管理系统。可寻址路权管理系统由于可以通过管理中心关断每个用户的传输通道，当上行通道频段受强干扰堵塞时，通过计算机对用户（群）逐一执行极短暂关断，实现对干扰源“侦察”手段。这一过程可由人工或自动的方式进行。只要查到干扰的源头，以线路故障为理由暂时“关断”该用户数小时，以求解决问题，帮助排除故障。

2 双向HFC网的设计规划问题

（1）光纤网的规划设计

1）光链路的频率资源问题：往往有一个错误的观点：“光节点越多，频率资源越丰富”。正确的观点应是：下行频段的带宽和下行光发射机的总数量共同决定了网络服务于用户的通信业务的下行频率总资源；上行频段带宽和与下行光发射机相对应的上行光发射机的总数量共同决定了上行频率总资源。

2）为了避免出现下行频率资源紧张状况，我们不建议采用大功率的光发射机。另外，我们在对860MHz双向HFC网络进行设计的实践过程中发现，根据目前设备器材的指标特性，对于一般的城镇住宅小区，以每500户或以下设一个光节点比较合适。

3）对于光链路，由于各个光节点光纤链路损耗的差异（即各光节点光纤长度差异），以至于光链路回传光功率不一致客观存在，众所周知，光功率变化1dBm，相对电信号变化约为2dB，这就存在光链路汇集均衡问题。

对于光链路汇集均衡的解决措施如下：

正确选用双向光工作站，光站上行激励电平的可预设增益，在双向传输条件下，要求光机能在内部对每个端口的上行电平分别调整后汇集，上行调试就可以在光节点处细调就可，非常简便（也才保证今后维护调试的可行性）。

★选择优秀的上行光接收机，如上行光功率指示的精度，具有自动光链路增益补偿等功能。

★优化光链路设计，用一个光发射机管几个距离相近的光节点，光分路器采用平分方式，这样既能解决光链路汇集均衡问题，又让光链路结构大大简化。

（2）电缆分配网设计

放弃过去单纯按下行传输的思维方式，按下行传输原则确定放大器间距、按上行传输进行电平（增益）设计、按下行传输电平调试，三大原则实施。方法如下：

1）采用集中分配的方式入户，即将6至20户比较集中的用户拉到一起进行集中分配。由于该方式保证了到各用户的下行入户电平一致和各用户上行后汇集电平近乎一致的要求，这样可将这个分配点在整个网络中视为一个基础点，简化了网络设计与调试。

这种方式不仅有效地解决了这部分网络的汇集均衡问题，而且还可直接安装带可寻址路权管理功能的集线器，成功地解决“网络可管理性”和“通道安全性”问题。

2）在网络设计时，避免使用分支损耗大于12dB的分支器。尽量采用分配器作分路器材，以保证各支路上行路由的总损耗之和（电缆及分路器材传输损耗之和）近似相等。由于下行增益可在放大器内调整，这样便可总结出“按上行传输设计，下行输入电平可高不可低”的原则。

3）网络路由尽量设计为多级星型传输结构，也称为对称性设计。因为多级星型结构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，上行/下行电平必然一致。另外，主干电缆上应尽量少开口，减少接头，以提高网络稳定性。

为了保证传输指标和网络更简化，双向放大器要选用低增益放大器，严禁使用上行无增益下行高增益的放大器。

4）以上的网络结构设计，已经有效地解决了汇集均衡问题，同时，使电缆接头大大减少，有效地控制了因环境电磁干扰侵入电缆接头而引起的汇集干扰。那么，作为最主要的汇集干扰，由用户室内的电视机产生的强烈干扰如何解决呢？

最佳办法就是“堵”。即：将入户的信号通道分为２通道，一个是用于电视的单向通道，另一个则是交互式通信通道。

显然，如果用户有多台电视机，可通过分配器进行再分配，如果有多台计算机或其它信息设备，可以通过一个HUB与其连接，这就形成了一种家庭户内局域网结构。

对于有双向业务的用户，在户内安装频段分路器，在A端将干扰堵回去；对于没有双向业务的用户，在用户分配器的输出端口加装上行噪声抑制器，或用带可寻址路权管理功能的集线器将上行频段关闭。这样，既解决了用户端干扰，也解决了网络建设中进户困难和用户今后增加使用端口对网络的后期影响。

（3）建设一张可管理的网络

随着有线电视综合信息业务的不断开展，随着各网络运营商之间市场竞争的日趋激烈，对服务质量、对网络设备稳定可靠的运作提出更高的要求。我们必须本着高起点，把双向HFC网络建设成电信运营级网络。要求我们在构建合理、安全、稳定的有线网络的同时能对网络进行实时监控，于是，有线电视网络综合管理系统应运而生。

网管系统能对从前端到末端网络进行统一的管理监控，该系统以管理监控网络关键设备为主要手段，以保证网络传输通道的安全及稳定为主要目的。当异常发生时及时发出声光报警并通知相关负责人，以便使故障得到准确及时的处理；同时对网络拓扑结构、通信管线进行统一化管理，结合电子地图提供可视化网络监控及管理。实现了在前端机房，完成对整个有线电视网络的在线管理。

当然，目前有些地方可能没有条件建立这套系统，但作为网络设计规划者，则必须充分考虑到这个问题，让我们的网络具有可扩展性、可升级性。比如，在选取前端设备、光收发设备、放大器等网络传输设备时，应考虑它是否已经具有网管或网管预留功能，网管预留功能器材生产厂商是否具备网管开发能力，网管系统是否符合国家统一的有关HFC网络的网管标准。

3 安装调试中应注意的问题

（1）安装调试人员接到图纸后应仔细核对确认无误后方可安装调试。相关数据应作记录。

（2）电缆的铺设应采用放线车，以免损伤电缆。电缆的铺设与双向器材安装调试必须按图进行，如遇到图纸标注与实际地形有区别需改动图纸，应与网络设计者共同协商解决。

（3）电缆连接头的工艺非常重要，尤其是对于集中供电的网络，若连接不良会增加接触电阻使电缆发热而损失一部分能量，影响性能指标，且加速接头处的老化。另外，网络的屏蔽性也与接头工艺直接有关。

（4）目前有许多地方的网络存在这样一个问题，由于主干电缆又粗又硬，主干电缆与器材端口之间是通过双通和-5电缆跳线转接。实际测量可以知道，这种方式对于信号在750MHz或860MHz处的衰减特性影响很大。另外，原本通过合理的设计已经使网络上的接头数量减到了最少，而这种方式又使接头的数量大大的增加了。因此，安装器材的箱子应有一个合适的尺寸，尽量让主干电缆有足够的回旋余地，能与器材端口直接对接。虽然是个小问题，但这将大大提高网络的性能指标与稳定性。

（5）由于汇集干扰和汇集均衡的原因，往往会出现这种情况：初期开通少数用户时容易，而用户增加后整个网络指标变劣。错误的做法是将未申请双向业务的用户路由“堵去上行”后进行局部或个别的调试。正确的做法是在双向业务“户户通”的条件下进行整体的统一的调试，这样才有可能建成商业化运营的双向传输网。

以上是本人在长期的双向HFC网络建设实际中得出的一些小小经验与体会，希望对大家有所帮助、有所启发。

原文转自：http://www.ltesting.net