HFC網(wǎng)絡基礎與概況

HFC網(wǎng)絡基礎與概況SCNHFC網(wǎng)絡基礎與概況歷史的回顧有線電視的系統(tǒng)組成光通信原理電視原理HFC網(wǎng)絡Philips傳輸設備介紹歷史的回顧歷史的回顧1949年（美）公共天線電視MasterAerialTelevision（MATV）用電纜將一個高增益天線接收下來的信號下傳分配給用戶。特點：只接收開路信號，頻道少，傳輸距離近，采用全頻道傳輸和分配?，F(xiàn)代的MATV主要指用在公寓大樓，辦公大樓，小型住宅區(qū)內的小型分配系統(tǒng)。歷史的回顧由MATV逐漸發(fā)展成具有簡易前端的共用天線電視（CATV，CommunityAntennaTelevision）系統(tǒng)。集體收看電視（CommunalTelevision）閉路電視（ClosedCircuitTelevision)現(xiàn)代有線電視CATV已經(jīng)不是原來意義上的CATV，而是一個集光纜、微波、電纜于一體，具有雙向傳輸功能的全方位服務系統(tǒng)。歷史的回顧有線電視網(wǎng)絡技術的發(fā)展接收開路節(jié)目 自行制作節(jié)目幾個頻道 上百個、幾百個頻道幾十個用戶 幾百萬用戶幾百米 幾百公里隔頻傳輸 鄰頻傳輸單一的電纜 光纜、微波、電纜單一的傳輸電視 多種信息的傳輸單向 雙向有線電視的系統(tǒng)組成有線電視的系統(tǒng)組成有線電視系統(tǒng)的組成信號源前端干線傳輸用戶分配用戶終端有線電視的系統(tǒng)組成信號源電視接收天線調頻廣播接收天線衛(wèi)星地面站微波站其他有線電視網(wǎng)的節(jié)目有線電視臺自己制作的節(jié)目有線電視的系統(tǒng)組成前端

即位于信號源和干線傳輸系統(tǒng)之間的設備。其任務是報導從信號源送來的信號進行濾波、變頻、放大、調制、混合等，使其適于在干線傳輸系統(tǒng)中進行傳輸。有線電視的系統(tǒng)組成干線傳輸系統(tǒng)其任務是報導前端輸出的高頻電視信號高質量地傳輸給用戶分配系統(tǒng)。傳輸方式主要為三種

光纖、微波、同軸電纜有線電視的系統(tǒng)組成光纖傳輸通過光發(fā)機將高頻電視信號調制到紅外光波段1310/1550，遠端用光收機將光信號解調。頻帶寬（單模光纖10G）損耗?。?550nm0.25dB/km）抗干擾力強，保真度高，性能可靠成本低，在長距離傳輸中優(yōu)先考慮但光端機設備價格較為昂貴有線電視的系統(tǒng)組成微波傳輸將高頻電視信號變頻或調制到微波頻段，定向或全向向服務區(qū)發(fā)射中間無需媒體，只需建立微波發(fā)射機，接收機，以及收發(fā)天線即可。成本低，工期短，收效快更改線路容易，信號質量也較高容易受建筑物的阻擋和反射容易受天氣的影響有線電視的系統(tǒng)組成電纜傳輸技術最簡單，成本低，設備可靠，安裝方便對信號電平損失較大，每幾百米要加放大器

引入較多的噪聲和非線性失真一般用于小系統(tǒng)或大系統(tǒng)的最后分配部分有線電視的系統(tǒng)組成用戶分配系統(tǒng)由線路放大器、分支器、分配器、用戶終端以及之間的分支線、用戶線和各個用戶的無源器件。要求有較高的隔離度和合適的輸出電平。有線電視的系統(tǒng)組成網(wǎng)絡中所使用的設備前端設備：包括各種接收天線、節(jié)目源、調制和監(jiān)控設備、本地電視臺等。干線網(wǎng)絡：光發(fā)機、光纜、光接收機、監(jiān)控設備、光無源分配器件及各接續(xù)附件等分配網(wǎng)絡：光節(jié)點放大部分、同軸電纜、分支器、分配器，用戶終端等，同軸電纜不超過200米。有線電視的系統(tǒng)組成用戶終端終端盒（VHF插座，F(xiàn)M插座）電視機有線電視的系統(tǒng)組成HFC混合光纖電纜網(wǎng)

HybridFiberCoaxial-CableNetwork即在干線傳輸中使用光纖，在接入網(wǎng)部分使用同軸電纜分配到用戶的一種傳輸方式。既發(fā)揮了光纖遠距離傳輸?shù)膬?yōu)點，也發(fā)揮了電纜網(wǎng)絡便于分配的優(yōu)點。HFC示意圖。光通信原理光纖光纖的結構被覆層包層（石英）N2纖芯（石英）N1N2N1全反射臨界角為

arcsin(N2/N1)光纖光纖的結構的類別光纖類別折射率分布多模50umSI突變GI漸變單模<10umSM單模SIDSF色散位移光纖PMF偏振保持光纖125umN2N1xN2N0N2N0N2N0N2N0N1y光纖光纖的傳輸損耗:0.10.515100.60.81.01.21.41.61.8不純物吸收瑞利散射紫外吸收紅外吸收合計光纖多模色散材料色散結構色散-10-505100.60.81.01.21.41.61.8單模光纖的色散特性2.0合成色散SM光纖

結構色散材料色散零色散點光纖色散位移光纖DSF增加結構色散0.60.81.01.21.41.61.82.0合成色散SM光纖

結構色散材料色散DSF光纖

結構色散零色散點-10-50510光纖光纜層絞型帶狀光纜光器件半導體激光器溫度越高，可用的線性區(qū)越小電流光光強電流溫度上升光器件從工作曲線可以看到，要使用激光器，正常的，穩(wěn)定的工作，應該使用激光器穩(wěn)定工作在線性區(qū)盡可能大的區(qū)域。激光器還要以下兩個模塊自動溫度控制ATC自動增益控制APC光器件分布布接格反射半導體激光器。激光器的反射鏡面由光柵代替，在反射時只對固定波長的光進行反射，可以在高速的調制時提供單縱模輸出。分布反饋式激光器（DFB）在激光器內有源區(qū)內置光柵，光在波紋區(qū)來回反射，只有與波紋周期相同的光才會得到加強，其它則會抵消。從而提供單一波長的光。光器件光接收器件光電二極管PD得到與光功率成比例的電流，即光場強度的平方與電流是成比例的，為平方律檢波系統(tǒng)PIN光電二極管在P層與N層中加了一個本征層I層的光電二極管，以提高靈敏度。雪崩式光電二極管APD利用雪崩效應，提高增益。光器件其它光器件光放大器光分路器光分波器，光合波器測試設備光功率計（測試光功率值）OTDR光時域反射儀（測試光纖長度）紅光計（光纜中檢查光纖的對應關系）電視原理電視原理有線電視的頻道配置有線電視廣播系統(tǒng)的頻道配置采取與開路的廣播電視頻道相同的頻率標準。每頻道占有8MHz的帶寬，圖象載頻比伴音載頻低6．5MHz，每頻道的圖象載頻、伴音載頻的頻率選取方法均與廣播電視相同。8MHzPAL模擬電平視頻載波音頻載波6.5MHz電視原理標準頻道（以下單位為MHz）甚高頻(VHF)頻段79-111，為DS1－DS4。甚高頻(VHF)頻段167-223，為DS6－DS12超高頻（UHF）頻段470-526，為DS13－DS19增補頻道（共37個）VHF的111－167MHZ之間，Zl－Z7在223～295MHz之間，Z8－Z16在295～470MHz之間，Z17－Z37電視原理有線電視質量的評定頻率范圍。系統(tǒng)輸出端電平：包括用戶端信號電平(技術規(guī)定范圍為：60～80dBmv、頻道間電平差及頻道內幅度頻率特性等內容。圖象信號質量：其中主要包括載噪比、交擾調制、相互調制、交流聲調制、微分增益、微分相位及頻率的穩(wěn)定度等內容。電視原理噪聲指標：信噪比S／N：視頻信號功率與噪聲功率之比載噪比C／N：高頻載波電壓有效值與噪聲電壓均方根值之比。信噪比與載噪比之間的關系。

S／N(dB)＝C／N(dB)－6.4(dB)

國家標準規(guī)定，系統(tǒng)的載噪比不得低于43dB。

噪聲系數(shù)：噪聲系數(shù)表示信號通過電氣設備之后，噪聲增加，信噪比下降的程度

噪聲系統(tǒng)(F)＝輸入端載噪比／輸出端載躁比電視原理交擾調制傳輸網(wǎng)絡中寬帶放大器電路的非線性失真，將使所接收頻道的圖象載波為干擾頻道的波形所調制，這就是交擾調制(交調)，由此而產(chǎn)生交調干擾。現(xiàn)象：在被干擾頻道的圖象上出現(xiàn)白色的、緩慎向左或向右移動的經(jīng)條，即“雨劇”干擾。一般而言，交擾調制是低電平頻道的載波受到高電平頻道調制波的調制。

CM＝20log(需要的調制電平／其他頻道轉來的調制電平)dB交擾調制比越大，表示交調干擾越小，系統(tǒng)質量越高。國標規(guī)定，CM＞46dB電視原理相互調制有線電視系統(tǒng)中，某一頻道圖象載頻的諧波．或其他幾個頻道之間差拍后產(chǎn)生的新的頻率分量落入某一頻道的帶寬之內，和該頻道的有用信號一起進人接收機，將造成相互調制(互調)，而產(chǎn)生互調干擾。互調干擾在電視屏幕上呈“網(wǎng)紋”狀，有時也產(chǎn)生模條紋或豎條紋。

電視原理互調的產(chǎn)生有兩種情況：一是幾個頻道之間所產(chǎn)生的干擾．稱二次互調及三次互調等。另一種是同一頻道內，圖象載頻、伴音載頻和彩色副載波三者產(chǎn)生的干擾，稱為“三音互調干擾”?；フ{干擾的大小程度在有線電視中以載波互調比IM來衡量。IM＝201g(圖象載波電平／互調產(chǎn)物電平)電視原理載波組合三次差拍(CTB)即指在多頻道傳輸系統(tǒng)中，由于設備的非線性傳輸特性中的三階項引起的所有互調產(chǎn)物。具體是指三次項諧波(例如3f)、三次差拍(例如f＋f＋f等)、三次互調(例如2f＋f等)等內容。載波組合兩次差拍(CSO)即指在多頻道傳輸系統(tǒng)中，由于設備的非線性傳輸特性中的二階項引起的所有互調產(chǎn)物。具體是指二次項諧波(例如2f)、二次差拍(例如f＋f，f－f等)、二次互調(例如3f－f等)等內容。電視原理

CTB，CSO分量在圖象中以類似于噪聲的形式出現(xiàn)，在畫面上產(chǎn)生一種橫向的差拍干擾雜波，影響正常的收看。CTB與CSO兩個指標是頻道數(shù)比較多的系統(tǒng)的主要指標。經(jīng)驗公式：頻道的功率提高1dB，則CTB惡化2dB，CSO惡化1dB電視原理互調干擾和交調干擾都是系統(tǒng)非線性傳輸特性的產(chǎn)物，它們是同時發(fā)生的。傳送的頻道越多，互調產(chǎn)物也越多；干線網(wǎng)絡中串接放大器的數(shù)量越多，互調干擾也越大。在頻道數(shù)少的系統(tǒng)中為主要影響指標。電視原理交流聲調制HM

交流聲調制指某一電視頻道的載波信號被電源頻率或電源頻率的高次諧波所調制．而產(chǎn)生交流聲調制干擾。用交流聲調制比HM來衡量：HM＝(交流聲調制信號個峰電壓／圖象載波峰值電壓)×100%當系統(tǒng)出現(xiàn)這類交流聲調制干擾時，畫面上將產(chǎn)生交流50Hz的干擾信號：屏幕上出現(xiàn)橫的、寬的干擾條紋以50Hz的頻率上下滾動，這種情況即俗稱的“滾條”現(xiàn)象。電視原理反射當連接CATv網(wǎng)絡的同軸電纜的特性阻抗與系統(tǒng)中各種有源、無源器件的阻抗不匹配時，所傳輸?shù)母哳l信號將在系統(tǒng)中產(chǎn)生反射。電視畫面上出現(xiàn)‘重影”現(xiàn)象電視原理信號電平系統(tǒng)工作電平：指網(wǎng)絡各個部分的輸入、輸出電平值。用戶端輸入電平：在VHF波段為57－83dBuv，在UHF波段為60－83dBuv。公司要求為68±3dBuv。當用戶端的電平太低時．電視畫面將出現(xiàn)“雪花”狀的噪聲。當用戶端的電平太高時，將超出電視接收機內部放大電路的動態(tài)范圍，使電路產(chǎn)生飽和，并產(chǎn)生非線性失真。畫面上將出現(xiàn)各種干擾信號，嚴重影響接收效果。電視原理對電視質量的主觀評價載噪比 圖象上的噪聲，即雪花干擾聲音的質量 背景噪聲，絲絲聲，哼聲及蜂聲載波交流聲 圖象上下滾動的水平條紋．即滾條交擾調制比 圖象是移動的垂直或慣斜干擾，即串臺載波互調 圖象中的垂直、傾斜或水平條絞干擾回波 圖象中沿水平方向分布在圖象右邊的“重影’色度亮度時延差

彩色和亮度信號沒有重合，即彩色鬼影電視原理C/N

載噪比 >=43dB非線性失真指標：CTB 載波復合三次差拍比 >=54dBCSO 載波復合兩次差拍比 >=54dBIM 載波互調比 >=54dBHM 載波交流聲比 <=3%用戶電平68±3dBv電視原理同軸電纜（四屏蔽）阻抗正比于lg(D/d)內銅芯絕緣層屏蔽銅網(wǎng)屏蔽鋁箔絕緣外護套dD電視原理高頻電流流過金屬導體時，由于電流集中于導體的表面．因而使導體的有效模截面積減小、電阻增大，我們將此現(xiàn)象稱為趨膚效應。趨膚效應與導體的材料及結構以及通過此導體的信號頻率有關。電視原理對于同軸電纜，當物理結構及絕緣材料決定以后、其衰減員就取決于流過信號的頻率。我們稱信號經(jīng)同軸電纜傳送后產(chǎn)生的衰減隨著被傳送信號的頻率增加而加大的特性為斜率，斜率符合下述經(jīng)驗公式描述的規(guī)律：

HFC網(wǎng)絡基礎HFC網(wǎng)絡HFC混合光纖電纜網(wǎng)

HybridFiberCoaxial-CableNetwork即在干線傳輸中使用光纖，在接入網(wǎng)部分使用同軸電纜分配到用戶的一種傳輸方式。在干線上，發(fā)揮了光設備失真指標高，噪聲系數(shù)小，傳輸距離遠的優(yōu)點。在接入上，也發(fā)揮了同軸電纜網(wǎng)絡便于分配，靈活多變，成本低廉的優(yōu)點。HFC網(wǎng)絡分級結構結合上海有線電視網(wǎng)絡的特點，我們在網(wǎng)絡傳輸中采用了兩級級聯(lián)主干光網(wǎng)絡，一級級聯(lián)放大器網(wǎng)絡的分配網(wǎng)絡的傳輸結構。從總前端到分前端的光傳輸為第一級光網(wǎng)絡從分前端到光節(jié)點的傳輸為第二級光網(wǎng)絡。光節(jié)點以下為同軸電纜接入網(wǎng)絡，光節(jié)點到用戶終端最多經(jīng)過一級放大器，采用同軸電纜樹型分配網(wǎng)絡的結構。HFC網(wǎng)絡分級示意圖FRX2RRX2RRX2RRX2RRXNRTNORRTXFRXRRXTX2RRX2RRX2RRX2RRXTXTXTXTXAMP第一級光網(wǎng)絡第二級光網(wǎng)絡同軸電纜分配網(wǎng)絡TXHFC同軸分配網(wǎng)絡放大器最多一級級聯(lián)用戶分配網(wǎng)絡采用分配器與級聯(lián)分支器組合的形式，級聯(lián)的分支器的末端用匹配器終結。NRTNORNAMP傳統(tǒng)有線電視網(wǎng)為單向廣播

式網(wǎng)絡，無雙向傳輸能力。有線電視的雙向改造，實際

就是使用網(wǎng)絡的各個節(jié)點與

連接具有雙向的能力。改造后，HFC網(wǎng)絡為雙向860M網(wǎng)絡。采用65/85的中分割方案。采用雙工濾波器的模塊的雙向光節(jié)點

與放大器采用。各分支器、分配器，電纜，改進了反射與屏蔽的要求。雙向HFC網(wǎng)絡RF反向回傳雙工濾波器

65/85RF正向下行光纖傳輸方式有線電視網(wǎng)絡中采用光纖傳輸能提高傳輸?shù)目煽啃裕纳葡到y(tǒng)的性能，增加傳輸帶寬，同時能降低運行維護費用。目前，有線電視光纖傳輸系統(tǒng)主要有FM、數(shù)字和AM-VSB三種方式。光纖傳輸方式FM調制系統(tǒng)的傳輸質量很好，中繼距離也比較遠。但是由于FM調制系統(tǒng)是視音頻基帶傳輸，與現(xiàn)有的同軸系統(tǒng)不兼容，收發(fā)設備也較貴，所以一般只用于傳送上行的視音頻基帶信號。光纖傳輸方式FM調制系統(tǒng)的傳輸質量很好，中繼距離也比較遠。但是由于FM調制系統(tǒng)是視音頻基帶傳輸，與現(xiàn)有的同軸系統(tǒng)不兼容，收發(fā)設備也較貴，所以一般只用于傳送上行的視音頻基帶信號。光纖傳輸方式目前，工作在1310nm波長窗口的AM-VSB光發(fā)射機，一般采用直接調制的分布反饋(DFB)激光器，單級光鏈路允許的光纖鏈路損耗已達到其飽和值14dB，如光纖損耗以0.4dB/km計，也就是說工作在1310nm波長窗口的單級光鏈路系統(tǒng)能覆蓋35km的半徑。若要擴大覆蓋半徑，可采用多級光鏈路級連的方式，但系統(tǒng)指標將下降，主要是非線性指標不能滿足要求。光纖傳輸方式光纖1550nm窗口的損耗最小，隨著工作波長為1550nm的摻鉺光纖放大器(EDFA)和光發(fā)射機中受激布里淵散射(SBS)抑制電路的應用，使AM-VSB1550nm光發(fā)射機和EDFA結合應用得到了很好的效果，這時因為由于EDFA的高增益和非線性指標好的特點，使EDFA用來中繼時能在保證系統(tǒng)指標的情況下大大擴展傳輸覆蓋的范圍。HFC網(wǎng)絡頻譜規(guī)劃采用65/85中分割方案，0-65MHz為上行

85-550MHz為下行模擬信號頻段

550-862MHz為下行數(shù)字信號頻段56585550862上行頻段下行模擬信號頻段下行數(shù)字信號頻段10dB單位通常網(wǎng)絡中以頻道內功率的大小作為頻道能量的標志。用dBmv或dBuv作單位。dBmv=10log(mv為單位的功率值）dBuv=10log(uv為單位的功率值）功率＝電壓2

1mv2＝(1000uv)20dBmv=60dBuv模擬信號與數(shù)字信號對模擬信號，功率集中在載波處，而數(shù)字信號的功率分散在整個頻道中。為保持各個頻道的總功率相同（交互調最?。?，一般要求數(shù)字信號的電平值比模擬信號的電平值小10dB。6MHzNTSC模擬電平數(shù)字電平視頻載波前端機房反向RRXRF

放

大

分

配

網(wǎng)

絡信號源主路TX備路TX回傳信號主路FRX備路FRX反向RRX總前端機房分前端機房反向RRX主路TX備路TX分前端機房接收從總前端送來的主備路模擬信號，經(jīng)切換器完成信號的保護倒換。使用RF放大分配網(wǎng)絡，在滿足光發(fā)機輸入電平的指標的情況下，饋送給每一個光發(fā)機。分前端也是數(shù)據(jù)分中心機房，完成RF網(wǎng)絡與IP網(wǎng)絡的連接。以及本地數(shù)字設備與IP骨干網(wǎng)絡的匯接。模擬干線雙路由保護主用路由為1310nm波長，光纜直聯(lián)，路由較近。備用路由為1550nm波長，環(huán)網(wǎng)光纖，路由較遠。主備FRX接收的信號，經(jīng)RF切換控制，進入RF分配網(wǎng)絡。反向信號，目前無備份。RTX反向RF匯總放大網(wǎng)絡2RRX2RRX2RRX2RRXRRX主TX1310nm2RRX2RRX2RRX2RRXTXTXTXTX備TX1550nm主FRX備FRXRF切換控制正向RF放大分配網(wǎng)絡分中心機房模擬干線與數(shù)字干線分前端分前端分前端數(shù)字環(huán)網(wǎng)分前端模擬設備主電視信號備路電視信號總前端RF信號電視+數(shù)字服務模擬干線采用1310nm光波長信號，備份路由則使用1550nm光信號。數(shù)字干線采用SDH環(huán)網(wǎng)，ATM環(huán)路與DPT環(huán)等形式構成。在分前端以上，模擬干線數(shù)字干線分離。在分前端以下，模擬與數(shù)字通過共同的HFC網(wǎng)絡傳輸。CMTS系統(tǒng)與HFCCMTS完成數(shù)據(jù)包與RF信號之間的轉換，是連接數(shù)字平臺與電纜平臺的中間設備。CMTS支持一個下行口27M，支持1~6個上行口，每口為10M。下行數(shù)據(jù)流CMTSSDH2.5G

SDH環(huán)網(wǎng)TXRRXRRXRRXRRXRRXRRXTV上行數(shù)據(jù)流POS155MPhilips傳輸設備介紹Philips傳輸設備介紹機房設備光節(jié)點放大器Philips傳輸設備介紹

機房設備 Philips光傳輸網(wǎng)絡框圖 光發(fā)機800-TX 光收機801-FRX 反向光發(fā)機200-TX 反向光收機2RRX 射頻放大器

光節(jié)點設備

NOR正向光收模塊

NRT反向光發(fā)模塊

RSS反向切換開關

FOTO網(wǎng)管模塊

DNA498節(jié)點放大器Philips傳輸設備介紹Philips傳輸設備介紹

放大器

AMP51-33

AMP52-33

AMP51-39Philips機房設備 Philips光傳輸網(wǎng)絡框圖 光發(fā)機800-TX 光收機801-FRX 反向光發(fā)機200-TX 反向光收機2RRX 射頻放大器815Philips光傳輸網(wǎng)絡框圖正向光發(fā)機800-TX45~862MHz1310(10)nm3~12dBm(型號）15dBmv(77ch)AGC3dB功耗25W正向光發(fā)機800-TX正向光收機801-FRX45~862MHZ1200~1600nm-10~+1dBm+15dBmv@-3dBm0~-6dB電平可調1mW/V光測試口功耗13W正向光收機801-FRX反向光發(fā)機200-TX5~200MHZ131010nm6、8、10dBm18dBmv（主輸入）-10dB輔助輸入口-20dBRF測試口3dBAGC范圍功耗25W反向光發(fā)機200-TX反向光收機2RRX5~200MHZ1200~1600nm-18~+1dBm光輸入20dBmv（min）功耗12.7W1mW/V光測試口反向光收機2RRX射頻放大器81545~862MHZ10~15dB增益范圍30dBmv(77ch輸出)-20dB測試口功耗<15W射頻放大器815

NOR正向光收模塊

NRT反向光發(fā)模塊

RSS反向切換開關DNA節(jié)點放大器

FOTO網(wǎng)管模塊Philips光節(jié)點