第六章《双向HFC网络中的上行信道系统》小结(陈柏年)
HFC双向网络上行通道网络优化技术及管理(CMTS+Cable类)
1 双向网络上行调试的目的上行通道是CM与CMTS等上层设备的对话通道，上行通道设计与调试的目的就是给CM与CMTS“修一条平整的高速公路”，要正确设计与调试这个通道必须记住三个信号：一是CM的上行信号，二是上行通道的噪声，三是失真的CM信号。
进行上行调试的目的是使CM信号尽量不失真地传送到CMTS，而破坏CM信号的最大“敌人”一是噪声，二是失真，因此正确设计、调试链路中的无源链路、有源设备，就成了控制噪声和失真的重要手段。
如何正确设计及调试上行通道，需要把握两个原则：一是不失真地传送CM的有用信号，二是抑制噪声。
这是因为有源设备在放大CM信号的同时也对噪声进行了同等放大。
要达到这两个目的，就要深刻理解上行通道的传输原理、上行通道（1）对信号发生器和场强仪进行校正。
（2）用信号发生器调整回传光接收机到CMTS上行端口的链损，重庆有线规定35dB。
（3）查看回传光接收机光功率，正常范围是0~-6dBm，当过大或过小时，都需要检查网络，调整使其达标。
光功率过大或过小的原因主要包括：光站回传模块损坏、上行光链路故障、回传光接收机损坏、设计故障。
（4）用信号发生器从光站上行输入口注入100dB信号，在光站回传激光器输入口测试电平值为75dB，可通过调试回传衰减片器或可调衰减器实现。
（5）用信号发生器从光站上行输入检测口注入100dB信号，在回传光接收机检测口收75dB（以各厂家定义SNR最差的通道开始排查。
（2）重庆有线上行通道一般采用四个光站合一个CMTS上行物理通道，用场强仪反向高级频谱功能，依次在回传光接收机检测口扫描，找到回传噪声最重的回传光接收机。
（3）用上行实时网管功能，取下噪声最重的回传光纤，看网管实时SNR是否已提升。
（4）找到对应该回传光接收机的光站编号，并用仪器再次扫描噪声频谱，找到噪声功率最大的频点。
（5）通过OA向领导汇报噪声情况，便于领导派工。
（6）干线工程师到达光站现场，通过插拔光站回传片方式找到噪声最重的回传口，这时需要机房工程师配合指挥。
《光纤通信》学习要点（陈柏年）
《光纤通信》学习要点（陈柏年）《光纤通信》学习要点浙江传媒学院陈柏年第⼀章概述1、光纤通信：以光波作为信号载体，以光纤作为传输媒介的通信⽅式。
2、光纤通信发展的两个关键问题：（1）合适的光源；（2）理想的传光媒介。
3、光纤通信发展的四个阶段。
4、光纤通信的五个优点：（1）传输容量⼤，（2）传输距离远，（3）抗⼲扰能⼒强，（4）重量轻，（5）寿命长。
5、光纤通信的四个应⽤：（1）通信⽹，（2）计算机⽹，（3）有线电视⽹，（4）光纤接⼊⽹。
6、光纤通信的三种分类⽅法：（1）按照传输信号类型分（模拟，数字），（2）按照光波长和光纤类型分（短波长多模，长波长多模，1310nm单模，1550nm单模），（3）按照调制⽅式分（直接强度调制，外调制）。
7、光纤通信系统基本组成：（1）光纤，（2）光发送器，（3）光接收器，（4）光中继器，（5）适当的接⼝设备。
8、光纤通信的六个⽀撑技术：（1）光纤，（2）光源和光检测器，（3）SDH传输体制，（4）光放⼤器，（5）WDM复⽤技术，（6）全光⽹络。
第⼆章光纤光缆⼀、光纤1、光纤的三层结构：（1）纤芯（core），（2）包层（coating），（3）涂覆层（jacket）。
2、光纤的分类（1）按照光纤截⾯折射率分布：SIF，GIF；（2）按照光纤中传输模式数量：MMF，SMF；（3）按照按光纤的⼯作波长：短波长光纤，长波长光纤；（4）按照ITU-T关于光纤类型的建议：G.651渐变型多模光纤，G.652常规单模光纤，G.653⾊散位移光纤DSF，G.654截⽌波长光纤，G.655⾮零⾊散位移光纤（NZ-DSF）；（5）按套塑（⼆次涂覆层）：松套光纤，紧套光纤。
⼆、光的两种传输理论1、光的射线传输理论-⼏何光学法（1）满⾜斯奈⽿反射和折射定律：利⽤光的折射和全反射原理将光波封闭在光纤中传输。
（2）⼏何导光原理：光纤是利⽤光的全反射特性导光；（3）阶跃折射率光纤的临界⾓θc（只有在半锥⾓为θ≤θc的圆锥内⼊射的光束才能在光纤中传播）（4）数值孔径NA：临界⾓θc的正弦。
双向HFC网上行传输的技术问题及对策
双向HFC网上行传输的技术问题及对策——宽带传输网专题讨论成都康特公司龙永庆2000年4月18月一、双向HFC网上行传输存在的几个问题从90年代初，光纤传输设备和光缆生产技术的成熟和商品化，应用到有线电视传输网，取代了长距离的电缆干线，而利用同轴电缆的优点作为支线及分配入户的传输媒质，形成了HFC的概念，即光纤电缆混合网。
根据光缆的多芯结构而具有多通道传输的冗余能力和同轴电缆频分信道的特点，又提出了双向HFC传输网的方案，展现了以双向HFC为基础结构城域宽带传输网的前景，实现真正意义上“信息高速公路”。
如何实现双向HFC，普遍认为，由于光缆的多芯结构(典型的空间分割信道原理)，作为双向传输媒质没有技术障碍。
而以同轴电缆为传输媒质的支线和分配入户网中，存在着“汇集干扰“，“汇集均衡”等技术困难。
这是一个大误会!其实这些问题同样存在于光缆传输部分，只不过人们由于对上行信号回传问题发现始于网络末端，于是便将此问题归于光端机(光节点)经电缆网到用户入户这段路山。
大家习惯地称之为“最后一公里问题”。
从信号上行回传方向看，网络的众用户端是上行信号传输的始端，信号群经M根电缆和N根光纤到中心机房并汇集到上行数据解调器。
通过建网试验发现，由于“众”用户端及电缆引入了各种干扰扑汇集成了强大的干扰源，造成上行信号的C/N值严重低下，我们把这类干扰称之为“汇集干扰”。
由于这种干扰的多样性，汇集叠加后呈类似热噪声谱结构，也称汇流噪声。
由于各用户上行信号经由不切实际同的路由，其传输增益不同，造成各用户上行信号回传汇集后呈现电平值严重不一致。
显然，如果逐户调查各条路径的传输增量，其工作量巨大，使人难以接受。
这就足“众”用户上行电平“汇集均衡”问题。
同时，由于每个用户的上行通道是公共使川的，由用户引入的异常强干扰可能造成信号通道堵塞，而网络管理者由于难以查出其干扰源自何方!这就是所谓“通道安全性”问题(注意：信号安全性足另一类问题)。
HFC宽带接入基础知识(陈柏年)
MCNS组织建议
• 多 媒 体 电 缆 网 络 系 统 MCNS （ Multimedia Cable Network System）：美国四大有线电视机构Time Warner 、 TCI 、 Cox 、 Comcast 所 发 起 的 多 媒 体 电 缆网络行业协会。
• 电缆数据（传输）业务接口规范DOCSIS（Data Over Cable Service Interface Specification）：HFC 网络内进行高速数据通信的国际标准。
Connection
Twisted Pair RJ-11 connection
HFC Plant
双向HFC的基本组网
本地业务 服务器
以太网交换机
Internet
DHCP服务器/ TFTP服务器/ TOD服务器/ 网管服务器
下行中频
上变频器
模拟视频信号
下行射频
100BaseT
路由器
CMTS
上行信号
HFC
Amplifier） 7. 光纤到家庭FTTH （ Fiber to the Home） • 比较明确的表示方法：N+x，
– 其中，N为光节点，x是光节点后串接放大器的级数。
HFC中模拟和数字信道的融合
多种复用方式综合使用
• 广播信道和交互信道 之间：
– 一级光链路：SDM – 二级光链路和同轴电
R1
5.0～ 7.4
上行信道MHz R2 R3 R4 R5 R18 R19
7.4～ 10.6～ 13.8～ 17.0～ 58.6～ 61.8～ 10.6 13.8 17.0 20.2 61.8 65.0
下行信道MHz
最低频率 最高频率
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双向HFC网上行通道的噪声与干扰
双向HFC网上行通道的噪声与干扰郭金生摘要：以HFC网上行通道的噪声与干扰为主题，着重讨论了侵入噪声的来源及其特点，提出其解决措施。
关键词：同轴光纤混合网上行通道噪声干扰Abstract Taking noise and interfenrece in the upstream channels of HFC network as the main subject the sources and characteristics of ingress noises are stressed in the discussion and solutions are proposed．Key words HFC Upstream Noise Interference1 引言近几年来，随着我国综合国力的不断增强，有线电视事业得到了迅猛发展，人们已不满足于传统的单向有线电视服务，为此，有线台纷纷将旧网改造成具有双向传输功能的光纤同轴电缆混合网络（HFC，Hybrid Fiber Coaxial）。
在下行通道中传输传统的模拟电视节目，而上行通道是用来开展视频点播（VOD）、数据通信、计算机通信等业务。
现在HFC网络已经被世界各国公认为是信息高速公路的宽带用户接入网的最好传输媒介之一。
然而HFC网络也存在其自身的缺陷，其上行通道存在严重的干扰与噪声，如何消除这些干扰与噪声，一直是CATV 双向传输质量的关键。
2 噪声的漏斗效应目前，CATV双向传输系统采用的是频分制，以750 MHz CATV双向传输网络为例，其典型的频带分割方法如图1所示。
图1 频带分割由于HFC网络从前端到用户端呈树状发散结构，一台光发射机带1～4台光接收机（光节点），而每个光节点的用户数目前为500～4 000个。
对于用户至前端的上行信号而言，同一光节点的用户共用上行带宽，这样用户端、分支器、分配器等设备引入的各种噪声从树枝向树干汇集，在上行通道中积累，使前端形成所谓的噪声“漏斗”效应。
接入网技术学习要点(陈柏年)
接入网技术学习要点浙江传媒学院陈柏年第1章绪论1、电信网的组成2、接入网的原型和特点3、三网及其特点4、NGN基本特征和结构层次第2章接入网体系结构1、制定接入网标准的机构和两种标准规范名称2、G.902建议定义，电信接入网定界结构、接口、功能与特点3、Y.1231建议定义，IP接入网总体结构，接口与定界，功能和特点4、G.902和Y.1231之间的比较5、常用的接入技术的分类和名称第3章以太网接入技术1、局域网定义、特征、取决因素和参考模型2、以太网定义和以太网标准3、以太网MAC层功能、地址4、CSMA/CD工作原理四个特性5、以太网物理层两个子层和四个特性6、802.3两种帧格式7、以太网的发展（FE、GE、10GE）标准和要点8、以太接入网标准802.3ah和协议模型9、以太网远端馈电标准10、接入控制模式（PPP0E和802.1x）以及以太用户接入管理方法11、以太网用户接入控制与管理两种协议和工作机理12、计算机网络层次结构名称、作用、互连设备和协议数据单元第4章光纤接入技术1、光接入网的概念和类型2、光接入网功能参考配置和具体组成3、无源光网络PON的结构、特点和关键技术4、测距和测距基本原理5、EPON定义和上、下行的原理6、EPON协议模型7、MPCP定义和功能，五种类型协议数据单元（MPCP帧）8、ONU的自动发现过程9、EPON+LAN具体结构和特点10、EPON+EOC具体结构和特点第5章电话铜线接入技术1、不同DSL技术的差别2、ADSL系统结构、各部分功能、接入原理、ADSL的频谱划分和调制技术3、ADSL.lite和ADSL的主要区别4、DSLAM主要功能5、ADSL2的改进和ADSL2+特点6、VDSL的基本特点第6章HFC接入技术1、HFC基本结构和频谱划分2、DOCSIS协议栈和CM 、CMTS的功用3、CM与CMTS建立通信步骤4、CM接入带宽分配机制5、MAC帧格式6、UCD和MAP的含义、作用和特点第7章宽带无线接入概论1、影响无线传输的因素2、无线接入技术的特点3、无线接入技术的分类4、无线接入技术的发展5、GEO、LEO、MEO卫星系统的特点和应用场合按照运行轨道高低，卫星可分为GEO、MEO和LEO三种运行轨道。
HFC网正向光纤链路常规设计(陈柏年)
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（三）计算损耗和定分光比
1．根据所设定的光接收机平均输入光功率Pr(dBm)和光 分路器输入光功率Pt(dBm)（若光发射机后不加光放大 器，即为光发射机平均输出光功率；若光发射机后加有 掺铒光纤光放大器EDFA，即EDFA的饱和输出光功率） 以及工作波长， • 确定：
• 一般说来，若采用光纤到路边的FTTC形式，片区的用户
数约为500户，若采用光纤到最后一个放大器的FTTLA （无源同轴网）形式，片区的用户数约为100户。 • 片区范围越小，工作带宽就越宽。光节点原则上应定在片 区的中央。
8
（二）确定结构和划定片区
• 3. 在光路结构和光节点确定的基础上，实测出各 段光缆的段长、各光节点至光分路器的距离，并 给各光缆段、各熔接点、各光节点及各片区命名 编号。 • 绘制设计图：
光缆 光分 路器
… …
光接收机
电缆用户 分配网
…
光发射机 前 端
…
光缆
光接收机
电缆用户 分配网
…
图2-3-7 光缆干线传输系统
3
…
光缆干线传输系统
…
光发射机
光分 路器
HFC正向光链路具体设计 一.设计步骤和方法
4
HFC光链路具体设计步骤
（一）调查研究和收集资料， （二）确定结构和划定片区， （三）计算损耗和定分光比， （四）归纳整理和计算指标。
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（八）光链路最大允许损耗A（dB）max
工作波长 （nm） 1310 1550 最小接收光功率 Pr(dBm)min -2 0 链路最大允许损耗 A（dB）max Pt(dBm)+2 Pt(dBm)
双向HFC网络改造中上行信道噪声产生原因及对策
文Ｆ 上 行 信 道 噪 声 产 生原 因及 对 策
口赵新建 ， 刘圣奇 （ 工 大 浙 浙江 业 学， 江杭 １ １） 州３ ０ ０４
摘
要 ： 绍在进 行双 向 ＨＦ 网络 改造过 程 中上行信 道噪 声产 生 的原 因及 解决 的几 个有效 的办 法。 介 Ｃ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔｈ ｓ ａ ｔ ｌ ｎ ｍｄ ｃ ｓ ｔ ｅ ｃ ｕ ｅ ａ ｄ ｓ ｖ ｒ ｌｅｆ ｃｉ ｅ ｍｅ ｏ ｓ ｔ ｓｌ ｅ ｔ ｅ ｕ ｉｋ ｃ ａ ｎｅ ｏ ｓ ｓ ｒ ｃ ： ｉ ｒｉ ｅ ｉ ｔ ｕ ｅ ｈ ａ ｓ ｎ ｅ ｅａ ｆｅ ｔ ｔ ｄ ｏ ｏ ｖ ｐ ｌｎ ｈ ｎ ｌｎ ｉｅ ｃ ｖ ｈ ｈ ｐ ｏ ｅ ｕ ｉ ｇ ｔ ｗａ Ｃ ｎ ｔ ｏ ｋ ｔａ ｓｏｍａ ｉｎ． ｒｂｌｍｓ ｄ ｒｎ ｗｏ— ｙ ＨＦ ｅ ｒ ｒ ｆｒ ｔ ｗ ｎ ｏ Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ：ｈ ｈ ｎ ｅ ｏ ｓ ｔｅ ｕｐ ｃ ａ ｎ ｌｎ ｉｅ；ｉ ｎ ｒ ｎ ｉｅ；ＰＮＲ ｎ ｅ ｏｓ
８ ７～１８ＭＨ 用 于调频 广播 和广播 性下 行 。 ０ ｚ
１ ～ Ｉ 用于网 ０ １ Ｍ－ ８ １ Ｉ ４ ｚ 络设备及用户管理信号下行。
１４～ ５ Ｈ 用 于交 互 式 业 务 中 数据 下 行 或 传 １ ５０Ｍ ｚ
统 的模 拟 Ｐ Ｌ—Ｄ电视频 道 。 Ａ
５０～ ６ ｚ 于数字 电视 广播 及 Ｖ Ｄ等业 务 ５ ８０ＭＨ 用 Ｏ
作者简介： 赵新建（９５ ） 男， １５ 一 ， 教授 ， 主要研 究方 向为数据通信 系统、 无线 ３ Ｇ网络 系统、 网络安全 、 智能建筑技 术； 刘圣奇（９ ８ ） １７ 一 ，
男， 士 ， 硕 主要 研 究方 向 为光 通 信技 术 ， ｍ ｉ： ｇ ｑ １３ ｃｍ。 Ｅ— ａｌｓ ￣ｓ＠ ６ ．ｏ ｍ
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第六章《双向HFC网络中的上行信道系统》小结
浙江传媒学院陈柏年
一、上行回传系统
1、上行传输特点：由于上行传输方式是多点对一点。
所以，上行系统中从任何支路或任何用户引入的噪声会降低所有支路和所有用户的回传性能。
2、我国HFC上行传输通道波段划分
3、汇聚噪声和汇集均衡
（1）汇聚噪声或“漏斗噪声”：由于HFC网络反向同轴部分的“漏斗效应”，各用户室内和沿线的噪声沿上行通道汇集到光节点所形成的噪声。
（2）汇集均衡：对用户上行信号电平进行调整，使之到达汇聚点的电平一致所采取的均衡措施。
4、上行系统的三类噪声
（1）同轴分配系统的热噪声（Thermo Noise）
系统背景噪声（噪声本底Noise Floor）NB=2.4[dBμV]
噪声谱功率密度（每Hz噪声功率）=－65. 2 [dBμV/Hz]
上行信号的带宽变化从100KHz到6MHz。
因此，对不同的带宽背景噪声亦不同。
（2）光纤链路噪声（Fiberoptic Link Noise）
影响光链路的载噪比因素：光纤、激光器、光检测器。
光纤链路噪声工程设计工具：光链路CNR与链路长度关系曲线。
（3）侵入噪声（Ingress）
由于同轴电缆系统屏蔽性能不完善，造成外界辐射干扰侵入电缆系统内部引起的噪声，包含有不连续的和弥漫性的信号。
主要侵入源：用户端电子产品、短波通信、业余无线电、冲击脉冲。
5、HFC的回传系统的载噪比主要决定因素
结论：HFC的回传系统的载噪比主要由上行光纤链路的噪声决定。
光链路的噪声对总的载噪比贡献最大。
6、对回传噪声分析有用结论
（1）从最远小分支器用户引入回传噪声大于最近大分支器用户，小分支器用户噪声对整个回传噪声的控制有关键作用。
（2）由于用户回传信号电平差的存在，回传噪声对于不同用户影响会不一样。
（3）虽然侵入噪声的存在给HFC上行系统带来很多麻烦，但由于对上行系统认识的深化以及技术的进步，侵入噪声带来的问题现在已不难解决。
二、HFC数字调制技术
1、基带数字信号：占据基本频带，未经调制（频率搬移）的原始数字信号，即由0和1两种状态组成的数字信号。
2、HFC网络中数字信号特征：一个高速数据流通过一个有限带宽的射频信道。
在HFC 网络中，数字信号必须要通过调制，即将数字基带信号对RF载波进行调制，然后以频分复用（FDM）调制载波的方式进行传输。
3、数字信号的频带传输：对基带数字信号进行调制，将其频带搬移到射频、光波或微
波频段上，利用同轴电缆、光缆、微波和卫星等信道传输的已调数字信号。
把基带数字信号变换为频带数字信号的过程。
4、基带传输与频带传输比较
5、基本的二进制数字调制：（1）数字调幅（幅移键控ASK ），（2）数字调频（频移键控FSK ），（3）数字调相（绝对相移键控），（4）数字相对调相 （差分相移键控DPSK ）
6、M －QAM 调制器方框图
7、HFC 网络对数字调制两个基本工程标准：
（1）频谱利用率E OS （或频谱效率、频谱利用率）[bps/Hz]：每单位调制带宽所能传
送的比特数；
（2）[Eb / N0] ：每比特能量Eb和噪声谱密度N0之比，用于描述在规定传送准确度下（即保证要求的BER所需的载噪比）的每比特能量。
8、E b /N0与CNR关系
Eb/N0与CNR直接的关系如下：
CNR =(E b /N0 )(R/B)
式中，B 是检波器中滤波器的噪声带宽，R 是比特率(bps)。
9、信道容量和香农公式
（1）信道容量C：信道极限的传输能力，即对在给定条件、给定通信路径或信道上的极限数据传送速度，用最大信息速率来表述。
（2）香农公式（针对白色高斯噪声干扰的信道）
C =B×log2（1+CNR ）[bps]
式中：C为信道容量（bps），B是信道带宽（Hz），CNR为载噪比的真值(单位用比率表示)
C实际≈(B/2)×[log10(CNR)/log102] ≈(B/6)×CNR [dB]
规则说明：高效率的调制方式必须具有好的载噪比。
换言之，每Hz的运载能力bps近似等于CNR 除以6，即频带利用率EOS= CNR [dB]/6。
10、数字调制信号的频谱和峰值因子
（1）数字调制信号的频谱特点：数字调制信号的能量均匀地分布在整个频带上，与带限噪声频谱类似，呈现平坦的频谱。
（2）数字调制信号的峰值因子：信号的峰值（振幅值）与有效值之比。
三、HFC上行系统RF功率分配
1、载波互调噪声比C/（I+N）和噪声功率比NPR
（1）载波互调噪声比C/（I+N）=数字信号功率/反向总噪声功率
C/（I+N）[dB] =数字信号电平－反向总噪声电平
反向总噪声电平：包括所有上行通道由热噪声、干扰噪声和数字非线性失真的交调噪声按功率叠加而形成的电平。
（2）噪声功率比（NPR）：数字信号电平与反向通道总噪声功率之比。
噪声功率比（NPR）[dB] =信号电平－频道内噪声与互调失真电平
2、每Hz固定功率法
（1）每Hz固定功率法：各种业务功率谱密度（1Hz上功率）相等。
方法：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。
（2）计算公式：
每Hz功率=激光器的可用总驱动功率（dBmV）/上行信道可用总带宽（MHz）
3、每Hz固定功率法特点：
（1）各种业务带宽可以不同，但可使各种业务的CNR相同。
（2）便于测试和检查，各种业务在频谱仪上观察到的频谱高度一致，即1Hz上功率（功率谱密度）相等。
（3）保证未来业务开展，不致造成回传激光器驱动电平的过载；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。
（4）功率的分配简单，对任何一项新的业务，按照其带宽可以很容易分配功率。
保证所有的可用功率得到分配。
4、HFC正向设计和反向设计对比
5、HFC回传设计准则
（1）光链路单位增益准则（光链路0dB准则）：选择一个“参考光链路”，以其链路增益（损耗）为基础，将其它光链路的增益（损耗）调整为与参考光链路相同。
（2）每Hz固定功率法准则：使各种业务在回传放大器的输出口的回传信号功率谱密度相等。
（3）RF单位增益准则—同轴线路单位增益准则（RF 0dB准则）
（4）前端混合准则（高低信号混合准则）：混合的路数为4-8路信号。
将长、短不同的
链路信号混合，因为将所有长链路的信号混合一定会得到最坏的CNR。
（5）适当RF运行电平准则—从最差用户到最近放大器损耗在30～32dB以下。
（32dB 准则）
（6）用户电平差异准则—努力减少而不是消除用户之间的电平差，6 ～8dB以内。
（8dB准则）
6、分配放大器反向入口电平设置原则：
（1）找出从用户端到放大器的对反向低频信号的最大路径损耗（通常是离放大器最近的用户端到达放大器的反向低频信号的损耗最大）；
（2）找出用户家中回传发射功率最低的一种用户设备（通常Cable Modem回传发射功率最低）；
（3）分配放大器反向入口电平=Cable Modem发射电平—最大路径损耗
延放的反向入口电平设置原则：首先找出最靠近延放的分支分配器的分支损耗（最大损耗），即可计算出延放反向入口电平为：
延放反向入口电平＝分配放大器反向入口电平+分配放大器增益－最大分支损耗。