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[有线电视技术] HFC有线电视网的指标分析与应用 [复制链接]

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发表于 2004-12-31 14:46:00 |显示全部楼层

2003-09-02《通信世界》

　　摘要：本文讨论HFC有线电视系统的指标构成情况，得出不同于通常认为的HFC系统指标紧张的观点。对于进一步认识光链路的指标及其在有线电视中的建设应用有所帮助。

一、引言

　　由于光纤传输具有频带宽、损耗低、不受电磁干扰等优点，因此，利用光缆作为超干线、主干线传送有线电视信号近年来得到了广泛的应用。由于光缆与光设备价格的大幅度下降，HFC(光/电混合)网的建设成为经济可行。另一方面，随着社会对信息服务的需求急剧地增长，有线电视丰富的频率资源的开发不再限于单向提供广播电视的基本功能上。HFC网的建设成本低、易于升级改造、频率资源丰富，将在信息高速公路的建设中占据重要的地位。这也使得HFC网的建设势在必行。在城市与县城、乡镇与农村的有线电视联网中，已有很多城市采用两级星型拓扑的HFC网有线电视系统，效果良好。

　　目前大部分的有线电视系统传送的频道数在30套左右，频道数较少，所以对链路的指标要求不严格，光链路及同轴网线路调试比较容易，并且能够联多级的线路放大器。信号到达用户终端时，质量令人满意。有的技术人员担心，将来随着系统频道的增多，比如达到50、60套，光链路传输质量将下降一倍或者更多，电缆网络的传输质量也将下降，电缆网络的传输距离将受限制。究竟HFC系统的传输性能如何，将来是否会遇到这个问题，到时大家应该如何处理，以下大家结合这几年的HFC网建设实践，对HFC网的主要指标C/N、CTB、CSO进行具体的分析(为方便起见，本文以CTB、CSO代表C/CTB、C/CSO)。

二、HFC系统的组成

　　HFC有线电视系统由前端、光链路(光发射→光纤→光接收)与电缆网络三部分组成。如图1所示

　　经过几年的技术改进，有线电视前端设备的性能已提高。目前，性能良好的前端系统的信号指标已达到了很高的水平(C/N≥54dB CSO≥70dB CTB≥75dB)。由于光设备的成功运用，使有线电视的发展建设进入了新的时期。在光链路方面，特别是1550nm波长设备的开发使用，使中长距离的市县乡村有线电视的联网不难实现。大多数厂家生产的性能良好的1310nm的DFB光链路设备在传送60/59套电视节目时，均能达到如下指标：C/N52dB CTB65dB CSO63dB、0dBm接收光功率。而1550nm的外调制的光链路的指标更优良。

　　了解前端与光链路的性能指标之后，以下大家就具体地分析HFC系统的传输性能。

三、HFC系统的性能指标分析

　　以下分别讨论具有一级光链路和二级光链路的HFC有线电视系统的传输性能，着重分析广泛运用的具有两级光链路的HFC系统。

1.具有一级光链路的HFC系统

　　目前城市有线电视的建设、改造常用此系统。如图1所示。将市区及市郊的有线电视网络按户数、地域划分成若干个小区，分阶段由疏而密地建设光节点。前端信号经一级光链路送到各个光节点。根据以上列举的各项指标，以DFB光链路为例，大家来讨论一级光链路的HFC网系统的主要指标。根据GY/Y131-1997标准，DFB光链路与射频部分的C/N的指标的级联加算系数k为10，CSO、CTB指标的级联加算系数k为15。这与纯电缆网络有很大的不同。它们的指标与分配比例的关系为：

C/N=44+10lg(1/δ) CTB=55+15lg(1/δ’)

CSO=55+15lg(1/δ”)

　　根据以上公式，可算出前端及光链路占用系统指标的比例，然后把系统指标剩余的部分分配给电缆网络。结果如下：

　　可以看出，前端及光链路只消耗了系统指标的小部分，系统留给电缆网络的各项指标还是比较富裕的，这已超过了原来的纯电缆网络的超干线之后的指标。在HFC网建设的前期，光节点分布比较稀疏，未考虑反向传输技术要求对覆盖用户数的限制时，电缆网络传输较长的距离(可超过8级)还容易达到指标要求。具有电缆网络传输设计经验的技术人员很容易地看到这一点。这里不做具体的计算。

2.具有两级光链路的HFC系统

　　在城市与县城、乡镇及农村的联网中，常用这种系统。如图2所示，第一级光链路距离较远(个别还需中继)，通常采用1550nm的外调制方式光设备，第二级光链路多采用1330nm的DFB光设备，在第一级接收点通常还加入部分信号。

　　以上各部分的指标级联加算比较复杂。根据GY/Y131-1997标准，射频部分与外调制光链路、外调制光链路与DFB光链路的C/N、CSO、CTB指标的级联加算系数k都为10，射频部分与DFB光链路的C/N、CSO、CTB指标的级联加算系数k分别为10、15、15。为了简化计算，并且合乎要求，大家先计算两个光链路的合成指标，再计算光链路与射频部分的合成指标。以外调制的光链路指(C/N≥52dB CTB≥68dB CSO≥65dB0dBm接收光功率)与上面所列的DFB指标为例，先计算两个光链路的合成指标。根据以下的计算公式

C/N=44+101g(1/δ) CTB=55+101g(1/δ’)

CSO=55+101g(1/δ”)

　　可得出两级光链路级联后的合成指标，并把它与电缆系统按C/N、CSO、CTB指标的级联加算系数k分别为10、15、15进行计算，结果如表2：

　　以上的计算结果会出乎很多技术人员的意料。这时，信号虽然经过了两级光链路，但信号的指标损失并不太多，系统留给二级电缆网络的指标比例系数还相当多。这与通常认为的情况相差很大。这是因为光链路系统产生的非线性失真与纯电缆网络产生的非线性失真机理不同，而且外调制与DFB光设备产生的非线性失真机理也不同，它们之间级联后的非线性失真叠加计算法则与纯电缆网络的计算不相同，不能按照原先常用的叠加法则进行。在HFC网建设的早期，很多文章的计算不够合理，这点应引起大家足够的重视。这里计算运用的加算方法与实际情况也有所差别，但应在要求以内。

四、应用分析

　　根据以上对HFC系统指标的分析，大家了解了采用具有两级光链路的HFC网的建设是切实可行的，不存在通常认为的指标紧张的情况。而且，大家还可推算，间隔地使用不同调制方式的光链路，避免信号失真成分以电压相加的形式的累加，建设具有三级光链路的HFC网也将是可行的。

　　在HFC网的建设中，大家应根据实际情况合理分配系统的各部分指标，以使系统各部分有足够的指标，且便于调试，使系统能够正常运行。比如，对于市区或户数密集地区，线路级数较少，电缆网络的指标分配比例可减少；对于郊外农村地区，户数稀疏，电缆网络应有适当的比例。

　　对光链路系统的指标分配、应用调试还需注意两点：一是光链路各项指标与光调制度的关系；二是光链路指标与传输频道数的关系。在光传输系统中，载噪比与非线性失真的矛盾关系与电缆网络系统相似。在电缆网络中，调整放大器的工作电平，可以提高或降低C/N，同时相反地改变CSO、CTB的指标。在光链路中，大家同样也可以通过改变光调制度来调整其C/N、CSO及CTB指标。参见GY/T131-1997，在频道数不变，调制度变化时，指标变化的关系可估算表达为

ΔC/N=201g(m1/m2) ΔCTB=-301g(m1/m2)

ΔCSO=-201g(m1/m2)

　　简单地说，C/N改善1dB,CSO劣化1dB，CTB劣化1.5dB，反之亦然。根据这个关系，在实际应用中，如有必要，大家可对光链路指标进行适当的调整，以改善留给电缆网络的C/N或CSO、CTB指标，更好地发挥HFC系统的传输性能。

　　另外，以上的技术指标都是以59个频道进行计算的。目前大多数的有线电视系统传送的频道数少于59个，故系统的各项指标应比上表富余。电缆网络应能传送更多的级数，覆盖的范围更广。随着将来频道数的增加，到时光节点的分布也将更密集，所覆盖的户数只有几百户，范围将变小，电缆网络传输少于3级即可。只要增设光节点，减少干线级数，不需花大力改造网络。对于户数稀疏的郊外农村，可能干线级数较长，干线应给适量的指标。在实际的线路调试中，在满足载噪比指标的范围内，可采用工作电平倾斜输出的方式以降低放大器的非线性失真，达到增加级连数的要求。同时，大家还可以选择非线性失真性能指标良好的前馈型放大器，用在较长距离的线路中。

　　以上的分析表明，具有两级甚至三级光链路的HFC有线电视系统的建设应用是可行的。

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