HFC网络反向通道的调试

HFC网络反向通道的调试广州电子技术网：思维摘要：本文把HFC网的反向通道划分为四块分别进行分析，从而给出了建立双向HFC网的相关要求和反向通道的具体调试思路及方法。有线电视HFC网多功能业务有：Internet、视频点播、网络电话（PCS）等，其中利用CableModem（以下简称CM）进行Internet接入的业务发展最快。这些业务的开展都要求HFC网络具备双向传输功能，也即HFC网络需具备上下行两个传输通道。按照现在的设备情况下行通道的频率范围在50—750MHZ，带宽为700MHZ，上行通道频率范围在5—40MHZ，带宽为35MHZ。下行通道的建立与调试相信大家都非常熟悉了，在这里我就以CM业务为例，详细地论述如何建立和调试上行通道。一、一、调试理念在进行CATV网络的调整时，为了说明两点或多点之间的电平关系，有两种观点可以采用：一种是描述信号绝对电平值的“信号电平”；另一种是描述信号相对电平值的“增益”或“损耗”。实际上反向信号是突发的，一般的仪器很难测量，因此我们没有必要测量上行信号在每个设备的电平值，只要测量出某个设备端口到CMTS上行端口的链路损耗，就可以断定上行信道在这个端口的电平值。在正向通道，我们主要考虑的是信号的电平，网络是以如何合理分配信号电平来进行设计的。在反向通道我们考虑的主要是链路的损耗，电平并不重要，这是因为CM的输出电平是不确定的，它受CMTS的长线AGC所控制（长线AGC的控制作用是通过通信协议确定每个CM的发射电平，使不同的反向信号到达CMTS的电平值保持一致），由于每个CM的链路路由长度不同，所以每个CM的链路损耗都不同，因而就造成了每个CM的发射电平都不同。在反向回路的调试中，我们只要知道其链路的损耗就可推算出网络某一点的反向电平值。HFC回传通道可分为四大块（如图1所示）：1、1、CM至楼放输出口，我们称为A块。反向损耗一般设定为-30±4db。2、2、电缆干线网部分（包括干放、延放与楼放）至光站（具有双向传输功能的光节点）的输出端口，我们称B块。反向损耗设定为0db。3、3、光站至光接收机部分，我们称C块，损耗与光设备的选择有关，一但光设备选定了，损耗也就确定了。例如安泰克LLRX200光站与LLRR光接收机组合损耗为+15db（在光接收机的输入功率为-7dbm时）。4、4、光接收机输出端至CMTS的输入端口部分，我们称D块，这块的主要作用是将多路光链路混合成一路输入到CMTS，此块的插入损耗是根据业务带宽按通道内的功率密度（每赫芝功率）来推算出该业务的电平值，然后再减去CMTS要求的输入电平值而得出来的。为了使整个通道达到长线AGC的要求就需要对这一块进行精确的设计，否则，即使光接收机之前的反向通道工作得很好，但由于反向光接收机至CMTS之间的通路没有设计好，仍然会使反向通道工作不正常。例如安泰克的LLRR光接收机在输入光功率为-7dbm时其输出总功率为100dbμV，那么功率密度是100-10Lg(35*106)=24.6dbμV/HZ，CM的业务带宽为6MHZ，那么CM业务在反向光接收机的输出电平中占有24.6+10Lg(6*106)=92dbμV的功率，为此这一块的损耗应是92-60=32±1db。另外，这块是整个反向通道最大的一个汇集点，混入一个CMTS端口的光链路最好是4—6路，若过多会使通道的噪声增加。上行信号在进入CMTS之前，应接一个3db左右的固定衰减器，作用是：1、改善通道的驻波性能。2、提供其它业务的接入余量。CM的最大输出电平为120dbμV，为了保证系统有较高的CNR值（要求CNR≥25db,BER≤10-9），将CM的发射电平定为103--117dbμV，其中的14db作为CMTS的长路AGC控制余量（CMTS的输入电平通过AGC控制被钳定在60±1dbμV）。余量分配如下：1、1、对于分配网由于各CM的路由差别所造成的汇集电平差较大，分配余量为8db，所以，在楼放的输出端口处分配网的汇集电平均差不超过±4db。2、2、对于电缆干线网部分，我们在调试中引入单位增益的调试概念，通过调试使网络中的每一级放大器间的增益均为0db，从而实现图1中B块总增益为0db的目的。这块只需分配4db的余量作为温度所造成电缆损耗的变化和放大器增益变化的补偿。3、3、对于光纤连路，由于采用了归一化的调试，只需考虑设备增益变化的影响，分配2db的补偿余量。那么，CM的最大发射电平为60+32-15+30+10=117dbμV（由安泰克LLRX200光站与LLRR光接收机组合的反向光链路），这里60是CMTS的输入电平、32是图1中D块的损耗值，15是图1的C块损耗，30是分配网即图1中A块的损耗中间值、10是附加的最大损耗值（温度影响和设备增益变化及分配差异所引起的总损耗）。CM的最小发射电平为60+32-15+26=103dbμV，这里的26是A块的最小损耗值。从上可知，当使用的光设备型号一旦确定后，B、C、D三块的损耗就确定了。由于长线AGC的控制作用，此时CM的发射电平将取决于分配网的损耗值和附加损耗值了。当分配网的损耗过大时，将导致CM即使工作在最大的发射状态也满足不了CMTS的接收电平需要。当分配网损耗过小时，将使CM发射电平过低而达不到通道所要求的C/N值而导致通信不正常。所以，我们必须要严格分配网的设计与施工，使之达到要求的损耗值。二、二、上行信号电平汇集均衡问题千家万户的用户信号上行回传时由于路由各不相同，各路由的上行传输增益各不相同必然出现众用户信号上行到各级汇集点的电平严重不一致。如果其电平差异过大，即使管理CM的CMTS发出电平调整指令试图使CM受控调整输出电平（上行），也难以达到各用户电平上行到中心一致的目的。这就是汇集均衡问题。为了说明问题存在的原因，先通过一个简单的例子（见图2）来分析：图2的例子是最常见的情况，L1是干线路由，L2是从干线L1分取一个低电平下行信号到干放A3，因为L1远远大于L2，-18db分支器作为信号的分支路，按下行传输的电平设置完全是正确的。但如果按上行传输来审查，问题极其严重。假设我们将A2的上行输出电平调整到与A3一致，A2、A3的上行信号汇集到A1放大器的上行输入端时，其汇集电平差将大于10db，原因是L1支路对50MHZ以下的上行信号损耗在6db左右，再加上分支器的插入损耗总损耗在8db左右，而L2支路上行损耗大于18db。传统的下行传输设计和调试都是按下行最高频点的损耗及工作电平来确定的，所以图2的例子在下行传输角度看是正确的，而对于上行信号（最高频率仅为40MHZ），L1支路与L2支路的上行传输损耗却严重不一致，在实际的网络中，情况可能比图2的情况更复杂，问题会更严重。组成上行链路的A、B、C三块都存在上行电平汇集均衡问题。在A块中网络的分配器、终端器的损耗是固定的，可变的因素只剩下不同长度的电缆损耗和各终端的分配差异了，如果实际损耗均差超出了要求（±4db），则需要重新微调楼放的位置和分配方案，寻找新的损耗平衡点。从而使损耗均差电平控制在设计范围内。B块存在的电平汇集均衡问题最突出，象图2所示就是一个典型的例子。为此在这一块，我们引入了单位增益的调试概念，并通过合理的网络设计来解决上行电平汇集均衡问题。单位增益的概念是指网络中每个节点的增益精确补偿了节点间和节点内部的损耗，损耗与增益相等，所以一个节点到另一个节点的增益为0db，“单位”的意义指1，1的对数是0，因此这里的“单位”就是指0db。通过使用单位增益的调试方法使网络上每一级放大器到其上一级放大器间及任何放大器到光站的输出端口间的增益为0db。要实现这一目的，首先要对电缆干线网进行合理的设计。通常各种双向放大器的反向增益都在22db，为此我们规定了一个电缆干线网的设计原则：每个放大器与其上一级放大器间的链路损耗在50MHZ的频点上都应小于22db，这样我们可根据链路的损耗情况，通过在双向放大器中插接不同的输出衰减器来实现单位增益的调整。如图2中的例子，我们可在A2中插入14db衰减量的反向输出衰减器，在A3中插入4db衰减量的反向输出衰减器，这样Ａ１――Ａ２、Ａ１――Ａ３的链路损耗相等，从而解决了它们的上行电平汇集均衡问题。在调试中，我们将各放大器的输出端口（双向滤波器处）定为单位增益的参考点，理论上我们在对网络进行调试时信号的注入点应在单位增益参考点上，但实际上由于存在供电问题，我们不能将此点随意断开，通常在双向放大器中，厂家都提供了反向调试时的信号注入端口，此端口往往都设在反向放大模块的输入端处，由一个-20db的定向耦合器组成，由于双向放大器的单位增益参考点至反向放大模块间存在一定的插入损耗，所以在注入端口注入信号时我们要计算出注入多大的电平才能等效于单位增益参考点处注入的调试参考电平值。例如，单位增益参考点的注入信号电平为80dbμV，放大器中的反向模块输入处到单位增益参考点处的插入损耗为-5db，放大器反向信号注入端口的损耗为-20db，那么可算出在反向注入端口中注入信号的电平值应为：80-5+20=95dbμV。在Ｃ块，CMTS的上行输入口汇集了多条上行光链路，由于各光链路的损耗存在差异，所以也存在上行电平汇集均衡问题。一般来说，光链路损耗多1db则光接收机的输出电平将下降2dbμV，为此在反向光链路的调试上我们采用了归一化的调试方法。此方法是在参与汇集的多条光链路中找出一条具代表性的光链路，将此光链路下的输出电平作为归一化调试的参考值，将其余的光链路的输出电平都调整在此参考电平值上，从而解决了该块的上行电平汇集均衡问题。三、三、反向通道的调试反向通道的调试要在光链路开始，即从C块入手。上面说过光链路的调整采用归一化的调整方法，首先在参与汇集的多条光链路中找出一条具有代表性的光链路作为归一化调试的参考值，例如参与汇集的三条光链路输出的光功率分别为：-8dbm、-7dbm、-6dbm，那么我们可选-7dbm的光链路作为归一化参考值，查厂家给出的光接收机在输入光功率为-7dbm时的输出电平值（增益控制电位器在中间位置时的输出电平值），一般来说光接收机的输出范围是此电平值±8db，我们可将此范围的最低输出电平值（将增益电位器调到最小位置，这样做有利于通道C/N指标的改善）作为归一化调试的输出电平参考值。对于光站，主要是通过调试使激光器有一个最佳的激励电平，激励电平过低将使通道的C/N值下降，激励电平过高会使激光器出现削波失真。通常光设备生产厂家都会给出一个光站最佳的反向信号输入总功率值，此值也可作为电缆干线网调试时的单位增益参考电平值。我们现使用的光站型号是安泰克LLRX200，其里面的反向光发射模块为DFB激光器，发射光功率为2mW。在其输出端口处的最佳反向信号注入功率是85dbμV（此时光站内反向通道的衰减片均为0db）。反向光发射接收机是安泰克的LLRR型，由于我们目前从各个光站到总前端最长的光链路输出的光功率为-8dbm，最短的为-5dbm，所以我们选-7dbm的光链路为归一化调整的参考链路，该型号的光接收机厂家推荐在-7dbm的光功率输入下，其输出电平为100dbμV。那么我们就将100dbμV作为光链路归一化调试的参考值。在光链路的调试中有两种调试方式，一种是功率表达方式，另一种是增益表达方式。功率表达方式适用于采用多载波信号发生器与频谱仪结合的调试方法，而增益表达方式则适用于扫频方法。在增益表达方式调试中引入一个参考链路增益的概念，所谓参考链路增益是将反向光接收机输出的功率减去最佳反向信号输入功率即100-85=15db，那么我们只要将同一CMTS下的所有光链路的增益调试为15db就可以了。下面分别详细地介绍两种调试方式的具体操作。1、1、增益表达方式的调试方法使用仪器是HP3010，接线如图3所示。调试步骤如下：①、①、将HP3010R输出的5---40MHZ扫频信号电平设定为84dbμV，此时输入到光站输出端口的扫频电平实为80dbμV，此电平的设定可高些也可低些，因为我们此时关心的只是光链路的增益（当然此电平