HFC接入网回传通道的实现

大唐电信光通信分公司 彭良福 刘李 许焘
摘要:本文讨论了HFC接入网回传通道的实现方式，介绍了用于HFC回传的半导体激光器的性能特点。 

一、引言

　　1994年，采用光纤同轴电缆混合(Hybrid Fiber Coax，HFC)拓扑结构的宽带接入技术取得了
重大的进展。HFC网络结构的提出不仅解决了传统的有线电视广播业务，而且通过采用先进的光纤
传输技术、数字传输技术和新型的网络拓扑结构，增加了上、下行通道的传输能力，使HFC网具备
了承载双向交互式宽带业务的能力。HFC接入网以其频带宽、容量大、成本低等优点，已成为有线
电视系统的主要模式，同时也是多媒体宽带接入网的最佳方案之一。为了提供交互式的宽带业务，
HFC接入网必须是双向的。因此，如何实现HFC网络的回传通道，是HFC网络设计中非常关键的问题。 

二、HFC回传信道的方式 

　　在HFC网络上实现双向传输，需要从光纤通道和同轴电缆通道这两方面来考虑。回传信道的实
现，主要有以下几种方式： 
　　(1）射频回传
　　上、下行信号采用频分复用（FDM）的方式，在同一根同轴电缆中传送。上行频段5～65MHz，
下行频段87～750MHz或者是上行频段5～42MHz，下行频段50～750MHz。射频回传的特点是采用标
准的HFC双向传输网络，一根同轴电缆接入用户家庭。 
　　（2）电话回传 
　　由于HFC网络下行信息量大，上行信息量少，同时标准HFC网络的双向改造费用较大。因此，
可以利用电话来返回信息。即采用铜双绞线，通过PSTN网回传，这也是MCNS（Media Cable Net-
work System）规定的一种回传方式。这种方式的特点是无需改造现有CATV线路，即可通过电话
线实现初步的双向传输。缺点是用户在使用反向通道时占用了电话的使用，而且回传信道由于电
话线的限制，传输速率较低。 
　　（3）无源光网络(PON)回传 
　　我们知道，在PON系统中，上、下行信号的双向传输方式有： 
　　①空分复用（SDM）：采用两根以单工工作方式的光纤分别传送上、下行信号。即上、下行
信号分别通过不同的光纤进行传输。 
　　②时间压缩复用（TCM）：采用单根光纤半双工工作方式。在同一根光纤上的传输时间分为
许多时隙，上、下行信号在不同的时隙以脉冲串的形式轮流传输。 
　　③波分复用（WDM）：采用单根光纤异波长双工工作方式。上、下行信号被调制为不同波长
的光信号在同一根光纤上传输。 
　　④副载波复用（SCM）：采用单根光纤双工工作方式。上、下行信号被调制到不同的射频段，
然后调制为同一波长的光信号在同一根光纤中传输。 
　　将HFC与PON结合起来可以构成一种称为SDV（Switched Digital Video）的组网方式。它将
电话、视像数字传输和视像模拟传输综合在一起，具有交互式的功能。 
　　（4）无线回传 
　　近年来，本地多点分配业务(LMDS)宽带无线接入技术发展很快。LMDS是一种小区技术，每
个小区的覆盖半径为3～6km。LMDS可以提供从电视分配业务和电话到全交换式宽带多媒体业务
在内的所有业务。在反向通道，用户通过QPSK调制,以无线的方式将信号传输到LMDS前端。 
　　在体系结构上，LMDS与有线电视网非常相似。因此，可以利用LMDS的反向通道作回传。由
于雨滴和树叶对LMDS信号衰减很大，LMDS只适用于平原、降雨量低和树林稀少的地区。

三、HFC接入网光纤链路的回传方式： 

　　 (1）星型方式 
　　各光节点到HFC的前端采用空分复用（SDM）的方式，上、下行信号同缆分纤传送
　　各光节点使用独立的反向光发射机。在HFC前端，对应于每个光节点，需要一台反向光接收
机。这种方式的特点是每个光节点可以使用回传光收发设备的全部带宽。由于HFC接入网中回传
光收发设备的带宽一般为5～200MHz，因此，每个光节点的回传带宽为5～200MHz。这是HFC接入
网中常采用的回传方式
　　(2)有源混合方式 
　　在分布式HFC网或二级星形HFC网络中，各光节点的回传信号在分前端进行射频混合后再通
过一台反向光发射机用一根光纤回传到HFC前端。HFC前端使用一台反向光接收机。在采用射频
混合方式时，要求各光节点的回传信号的频率各不相同。各光节点的回传光信号在分前端经反
向光接收机转换为射频信号，采用频分复用(FDM)的方式，通过同一台反向光发射机回传至前端。
　为了拓展上行带宽，可以在分前端采用频谱搬移的方法，将4个光节点的5～42MHz回传信号
经过频谱搬移，使其分别位于5～50MHz、50～100MHz、100～150MHz、150～200MHz的回传频段
上而且互不混叠，4路射频信号混合起来后再通过一台反向光发射机回传到HFC前端。
　　(3)波分复用(WDM)方式
　　在各光节点处将回传信号调制到不同的波长上，通过合波器合成为一路光信号在同一根光
纤中传输。在HFC前端通过分波器分出各光节点的信号。采用波分复用方式回传，只需占用一根
光纤，但是在收发两端都需要光合波器和光分波器。分合波对光功率的损耗较大，经过合波器、
分波器后光功率的损耗在6dBm以上。波分复用方式适用于接收灵敏度很高的数字信号的传输，
不适用于接收灵敏度较低的模拟信号的传输。因此，HFC接入网回传一般不推荐采用这种方式。
因为在HFC接入网中，为了考虑将来业务的增加或作备份，一般在光缆中都留有多余的光纤。同
时对于长距离的模拟信号传输，链路的光功率又是非常重要的因素。在传输距离特别长的情况
下，波分复用方式有可能比较经济。对于HFC接入网中的波分复用方式，通常采用1310nm和
1550nm这两个波长。
　　（4）无源混合方式 
　 在分布式HFC网或二级星形HFC网络中,在各光节点采用频率变换技术,将各路回传信号调制到
不同的射频频率上，使各光节点的回传信号具有不同的频率。在分前端，各光节点的回传光信
号不经过反向光接收机的光/电转换，而是通过光耦合器由一台反向光发射机回传到HFC前端。
 采用无源混合方式，由于各光节点的反向光发射机的工作波长很接近，激光器间的同频干扰将
在反向光接收机中积累,这将增大噪声电平,使模拟电视信号的载噪比(CNR)下降。因此，无源混
合方式不是一种值得推荐的方式。 

四、HFC回传用激光器 

　　由于上行通道一般传输的电视频道数较少,同时还传输部分上行数据,因此用于HFC回传的
激光器不如HFC正向传输使用的激光器高级,其性能和价格均不及正向传输用的激光器。HFC接
入网中常用的几种回传激光器如下： 
　　(1)F-P(Fabry-Perot)激光器 
　　法布里--珀罗激光器是多纵横半导体激光器，其输出光谱是围绕在中心波长周围的一组光
谱模。由于纵模决定了激光器的频谱特性，因此F-P激光器的频谱宽度较大，为2～4nm。由于
F-P激光器工作在多模状态，多种波长在光纤中的传播速度因光纤的色散作用而略有不同，这
将造成载噪比(CNR)方面的性能受到影响。因此，F-P激光器对于高质量的模拟信号的传输是不
适宜的。测试结果表明，F-P激光器可以加载2路AM视频信号和少量的数据信号。对于大多数应
用，F-P激光器的性能是可以满足HFC回传应用的。F-P激光器有两种，带光隔离器和不带光隔
离器的。加上光隔离器的主要目的是为了减少接头或光纤后向散射的影响。常用的HFC回传F-P
激光器是不带光隔离器的，这是为了降低激光器的成本。 
　　(2)无致冷DFB激光器 
　分布反馈式(Distributed Feedback, DFB)激光器与F-P激光器的不同之处在于增加了衍射
光栅，将激光器的波长限制在单模振荡状态。因此，DFB激光器是单纵横激光器。单纵横的光
谱很纯，模拟信号的传输非常有利，其噪声和畸变均小于F-P激光器。 
　　由于DFB激光器比F-P激光器更易受后向散射的影响，因此，DFB激光器的输出端需要加光
隔离
器。带有光隔离器的DFB激光器的内部噪声很低，其相对强度噪声RIN可达-155dB/Hz。 
　　由于致冷需要驱动电路和大量的电源功率，无致冷器可以降低回传光发射机的功耗，有
利于降低成本和户外使用。在HFC回传系统中的测试结果表明，未加致冷的带光隔离器的DFB
激光器可以在HFC回传光链路中获得优良的性能。 
　　(3)带致冷DFB激光器 
　　由于DFB激光器的性能受温度影响变化较大。温度的变化，将引起激光器阈值电流的变化。
当温度为T时，激光器的阈值电流Ith(T)∝exp(T/T0)，T0为激光器的特性温度。因此，温度
升高，激光器的阈值电流增加，输出光功率变小。此外，温度的变化还将影响激光器的RIN和
线性度。 
　　在传输距离远、频道数较多的情况下，带致冷(冷却型)DFB激光器有时被用于回传通道。
带致冷DFB激光器就是把DFB激光器置于一个热电致冷器上。热电致冷器采用珀尔贴效应产生
致冷，其致冷效果与施加的电流成线性关系。 
　　致冷器可以减少温度的变化对DFB激光器性能产生的影响，但增加了反向光发射机的功耗，
同时也增加了成本。
　　F-P、无致冷DFB、带致冷DFB这3种半导体激光器都可用于HFC网络的回传通道。

五、HFC回传通道的测试 

　　目前,HFC接入网回传光链路的指标尚未标准化。回传通道的测试一般采用与下行信道类似
的测试方法。用2个或4个连续载波来激励回传激光器，用8591C有线电视分析仪来测量反向回
传信号的载噪比(CNR)、组合二阶失真(CSO)、组合三阶差拍(CTB)等指标。激光器类型
 特性 波长 光隔离器 致冷 ＲＩＮ 输出光功率（典型值） 传输频道数 调制电平 价格 
F－P 多纵模 无 无 较高 1mW 少 较高 低 
DFB（无致冷） 单纵模 有 无 较低 2mW 少 中 中 
DFB（带致冷） 单纵模 有 有 较低 2mW以上 多 中 高 
六、结束语 

　　解决回传通道是实现HFC接入网双向传输的关键问题。采用哪种回传方式以及哪种回传激
光器，都必须根据HFC网络的具体情况和需要传输的频道数量以及要求的信号质量来确定。测
试结果表明，选择合理的回传方式和适用的回传激光器，HFC回传信道的指标是完全可以满足
实际应用的。