双向HFC网的建设和改造实践

上海全维光纤网络系统有限公司 总工 陈伟斌
　　[摘要]:随着网上信息量的飞速发展，互联网已经越来越贴近我们的日常生活。今天，网上冲浪已不仅仅是一种消遣，它将作为信息时代的一种新的理念左右着我们的未来。中国上网人数每年以超过100%的速度在增加，今年上网人数将超过日本，3～5年内将超过美国。对于如此巨大的网络市场，就目前中国的情况来看，“三网合一”的实质是把数据信号用ADSL的方法合入邮电网还是用HFC的方式合入广电网。

　　本文就这两种方式作一简单的分析，并就对于几个城市的HFC网的实地测试分析双向网改造需要解决的问题，以及对新建双向网工程实践及体会作一些介绍。

一．引言

　　近年来所讨论的“三网合一”问题，应该说已经形成一种势在必行的共识，但由于我国目前广电和邮电的分营状况，实际上是数据网通过Cable Modem融入CATV网还是通过ADSL融入邮电网的问题，据报道中国上网人数每年翻翻，中国上网人数今年将超过日本，3~5年内将超过美国，对于这一巨大的市场，Cable Modem和ADSL谁能更胜一筹？

　　对于普通用户邮电可以提供的是PSTN模拟接入（电话Modem）、ISDN接入（64kbps或128kbps）和ADSL接入，而DDN和X.25的接入费用不是普通用户能承担的，这儿不作讨论。由于PSTN的接入方法除了占用一条物理通道外，接入速率也过分低，ISDN接入虽比PSTN快，但也占用一条物理通道，随着网上信息量的增加，对信息要求量大的用户，速度和费用都难以接受，所以ISDN也难以成为主流接入方式，因此传统的接入方式不可能满足用户要求。

　　ADSL Modem的接入速率比较高，它是在用户端的电话线上和局端各加入一个调制解调设备而组成的，上网时也不影响通话，上行速率64kbps～1.54Mbps左右，下行速率可以达到6Mbps，实际上因线路质量等问题达不到这个速率，而且传输距离与使用带宽有较大限制。

　　综合比较ADSL Modem与CATV 的Cable Modem作者认为CATV 的Cable Modem更有优势。本文着重分析HFC Cable Modem 的优势及介绍HFC双向网的改造和建设实践。

二．HFC网 Cable Modem的工作原理与参数指标

　　1．概况

　　Cable Modem的头端设备CMTS的以太口可以直接与以太网相连或通过ATM交换机经光纤与城域网相连，服务器用于组成本地局域网，如不需要本地局域网，服务器可以不设，CMTS输出的下行信号经过上变频器以频分复用的方式合入有线电视下行信号，在光缆传输部分，上下行信号分开单独传输，上行信号送到CMTS的上行输入端口，最新的CMTS带有千兆以太口，根据不同的数据量可以配多个下行插板，上行端口也可以根据要求数量来配置。对于大型城市CATV网以上框图结构可以作为一个分前端，主前端可以以环行光纤网结构与其相连，模拟CATV与数字网络分别用光纤传到分前端，一来数据网可以以ATM或千兆以太网方法传输，以提高传输效率，二来各分前端的数据上下行频率可以重复使用，这一点对于需占用大量频率资源的VOD特别重要。

　　用户分配网由电缆组成，上下行号都在一根电缆内传输。

　　要在HFC网的同一根电缆上进行双向多功能的传输，必须进行上下行频道的划分。一种分割方式是上行频段为5-40MHz，下行频段为52-750MHz（或860～1000MHz）。

　　目前广播电影电视总局批准的 GY/T106-99标准的分割方式是上行频段为5-65MHz，下行频段为85-1000MHz。

　　GY/T106-99标准的隔离带为65-85MHz，除去状态监测、寻址管理（85-88））MHz及调频频带88-108MHz，下行频带为111-750MHz，虽然1-5频道无法使用，其实5频道本来占用调频频段，1频道又往往被状态监控占用，所以只少用Ch2，Ch3，Ch4三个频道。由于不能接收增补频道的电视机已自然淘汰，在111-550MHz内还能安排54套节目，一般使用足够了，而当数字压缩传输开始时，在有限的频带中将能容纳更多的频道。

　　Cabel Modem信号是数字信号，由于CATV是用模拟信号，采用频分复用的方法传输多路电视信号的，所以数字信号要在CATV通道中传输也必须用频分复用的方法，也就是把数字信号调制到一个载波上，插在CATV空余的频带或插在550-750MHz的频带中传输，为了充分利用CATV下行通道较高的载噪比并提高频带利用率将Cabel Modem下行信号作QAM信道编码，兼顾系统载噪比和频带利用率一般取64QAM（或256QAM）。

　　Cable Modem的优点是利用已有的CATV的HFC系统接入Internet，HFC系统有近1GHz带宽的容量，除了传输有线电视信号外，还有丰富的频率资源可供开发，其接入速率高于ADSL，根据DOCSIS 标准（美国有线电视数据接口规范）一个占用6MHz电视带宽的64QAM调制信号其传输速率约为30Mbps（由于目前采用 CMTS和上变频器都使用进口产品，它们的一个电视频道带宽为6MHz，而不是8MHz）。Cable Modem方式属总线型的，带宽可以动态分配，作Internet上网相对比较经济，比如网络中CMTS使用一个6MHz带宽的上变频器，而有1000个用户同时上网的话，大约30Mbps的速率分给每个用户约为30Kbps，但实际上1000个用户不可能在同一时刻下载信息，因为下载的信息是为了阅览和使用这些信息，所以上网时，下载时间只占一小部分（下载速度越高，上网时下载所占有的时间越少），如果上网时用于下载时间只占1/5，那每个CM平均下载速率仍可达150kbps，同时Cable Modem不需要拨号和等待登录，长期连接在网上随时可收发数据，不发送或接收数据时就不占用任何通信资源，这是与端对端的电信网连接的最大区别，与ADSL方式相比，CATV网有很大的优势尤其是在居住密集的城镇地区，如在网络中开展大数据流业务如点播、电视会议、局域网互连等可以在前端配多台上变频器和多台CMTS。

　　2．参数指标

　　通常满足CATV国标的HFC网的都能满足DOCSIS标准对下行通道的要求。

　　HFC网络的上行信号的调制解调体制为QPSK（正交相移键控），为达到10-8的符号差错概率，高斯噪声背景下解调器所需的载噪比为15.2dB，考虑上行通道中的窄带连续波的干扰和冲激干扰的影响，取载噪比为25dB可以满足可靠传输的要求。所以DOCSIS标准上行RF信道取CNR≥25dBc。
　　 DOCSIS标准上行RF信道的传输特性指标

三．噪声问题

　　在CATV网中上述指标中传输指标较容易达到，但入侵和汇聚噪声问题较为严重，也较难处理，但减少每个光节点覆盖的用户数是一个最好的方法。

　　双向CATV的上行通道与下行通道的不同主要在于下行通道是广播式的，整个系统只有一个中心，可以化较大的成本将前端的指标做的十分好，光纤传输干线的指标也可以做的很好。系统中即使有部分不重要的用户（比如距离较远，用户数较少）指标做的不高也不会影响其他用户。而反向通道则不然，在整个系统中所有用户的反向信号要向网络中心汇聚，产生漏斗效应和入侵噪声，也就是说在整个网络中任意一个点有干扰都会传到中心而影响整个系统的可靠性。所以双向HFC网的关键在于上行通道的指标。

　　另外由传输设备的非线性产生，波形失真也会在上行通道中呈离散的噪声尖峰。

　　显然上行通道的矛盾是漏斗效应和入侵噪声问题，这是上行信号采用频带利用率并不高，但抗干扰能力较强的QPSK编码方式的原因，除此以外为减少漏斗效应将每个光节点的用户数控制在200~500户或更少；尽可能将上行频率选在干扰较小的频点上，而为了减少入侵噪声应严格选用电缆网络器材、电缆用四屏蔽的、要选用高屏蔽的分支分配器及用户盒，其中用户盒的TV，FM单向口应在上行频带具有带阻特性的，施工的工艺质量也要求较高。

　　我们对几个城市的已建CATV网进行测试时，尽管原来电缆网络干线选用的进口QR-540电缆，接头器材也符合要求，但发现反向通道内噪声往往也很大，有的达到80多dBμV根本无法满足反向传输要求，对各段电缆仔细检查，发现往往只要将电缆头重新安装拧紧一次，噪声就可以大幅度下降有的可以减少20~25dB，而达到传输要求，因此接头松动、氧化、芯线与插针之间的接触不良都将对回传信号产生严重的干扰噪声。所以对于老网改造先要从前端开始往下逐级检查，使回传通道内的噪声达到要求。

四．工程实例

　　1．高层楼宇系统

　　我们设计施工的某大楼是一个24层的高层住宅，每层10个住户，每个住户平均2个用户盒，计240个用户500个用户盒，CATV信号和数据信号分别用光纤送到大楼，CMTS的三路10Mbps数据信号经Cisco LAN Switch 5550 的ATM光口与数据中心相联，设计使用一台四个输出口的GI光接收机，四个Rf 输出口组成电缆网无源覆盖240个用户500个用户盒，设备连接简洁。

　　无源电缆网络不但故障率低维护简单，而且由于电缆网络中没有放大器影响射频指标，整个系统的指标主要由光路决定，因此射频指标余量十分大，或可以提高射频输出电平来提高用户覆盖面。

　　竖井内垂直电缆选用-9铝管电缆，竖井到每一个楼层二端分配箱的水平电缆选用RG11四屏蔽电缆，分配箱至用户终端选用RG6四屏蔽电缆，所有分支分配器和用户盒都选用高屏蔽的产品，电缆头选用屏蔽质量好的压接式产品，只要严格施工很容易达到双向传输的要求。经运行高速上网和点播都很正常。

　　2．智能小区

　　上海邮电的宽带网“上海热线Ⅱ”工程的HFC网试验小区—“六里小区”是新建工程，热线Ⅱ的高速数据信号经邮电公网送到小区与CATV信号混合后，经AM光发射机通过光纤送到每一栋楼，属FTTB结构，每个光工作站服务20~40用户，用户电缆网无源设计，对于这种设计反向噪声问题很容易解决，可靠性也十分高。

　　CMTS选用Cisco UBR7246型产品，机箱上带有ATM光口，配2块CMTS卡（可以配多个），每个CMTS卡具有一个下行输出口和六个上行输入口。居民楼内光收发机输出100dBμV的下行RF信号，无源分配到每户，由于电缆网很小，电缆网选用的器材也符合双向网的要求，所以下行指标主要由光路决定，上行指标也很容易满足要求。
　　经验收，高速上网，MPEG1和MPEG2点播都很流畅，单用户MPEG1点播响应时间在10秒以内，使用2个上变频器时多个用户点播，同时点播不同片源的MPEG2（4Mbps速率）节目也很流畅。

　　上行通道的调试也十分重要，每个CM（用户Cable Modem）上行发送的RF电平都是自适应的，最高发送电平可达117dBμV（不同厂家产品不一样）。但CMTS上行的入口电平一般只要求60dBμV左右，因此要在合适的位置加上适量的衰减器，输入到CMTS上行入口的电平恰到好处，使传输中的RF上行电平尽可能高，以提高载噪比，如送入CMTS的上行电平过高，CM会自动降低发送电平，而使传输通道中载噪比下降，网管软件往往可以指示各个CM的发送电平，以检查上行各个通道是否调试的合理。

五．结束语

　　Cable Modem系统随着IP Phone功能的融入，QoV的提升使指定用户的传输速率可以得到保证，同时随着光传输设备的大幅度降价，光节点覆盖的范围会越来越小，城市新建小区光纤到小区，高层住宅光纤到楼都已成现实，Cable Modem的优势会更明显。

摘自《有线电视三网合一》