基本介紹
- 中文名：雙向高頻電流網
- 外文名：Bidirectional HFC network
雙向HFC網的結構,光節點,雙向放大器,
雙向HFC網的結構
雙向HFC網是在原來的單向HFC網上增加了回傳信號的通道，其傳輸介質還是光纖和電纜的結合。其拓撲結構一般還是星型和樹型的結合，即從前端到光節點的幹線網是星型結構，從光節點以下到用戶的分配網路是樹型結構。
在雙向HFC網路中前端到光節點增加了一芯光纖，用於回傳信號，從光節點到用戶的樹型電纜上，採用頻分復用技術傳輸不同方向的上、下行信號。由於在樹型電纜網上傳輸信號的方式是廣播式的，因此，連線在電纜上的各用戶設備在傳送信號時必須是分時的，即介質共享、時分復用。
雙向HFC網路由於回傳反向信號頻率段是在低頻段(5～42MHz)，而在低頻段的頻譜上存在許多日常所用電器的噪聲信號，這些噪聲信號通過家中電纜的接頭竄入網路。雖然這些噪聲信號能量很微弱，但由於樹型電纜的結構，這些微弱的噪聲信號在某些頻率上的能量被疊加增強，這種現象被稱為“漏斗效應”。在原來單向網路中，一個光節點下面有多級放大器串聯，但在雙向網路中為避免噪聲信號在回傳信道中被放大器不斷放大，所以通常在光節點下只有一級分配放大器，信號覆蓋的用戶群數量就沒有單向網路的 10 000戶至20 000戶那么多，在美國，一般的用戶分配網路覆蓋的用戶群只有500戶，甚至250戶。這樣噪聲信號疊加的能量就不會很高，不至於達到影響正常通信的程度。
光節點
增加一根光纖用於反向信道的回傳，構成了雙向HFC網路。光纜與同軸電纜間的光節點設備是雙向HFC網中的關鍵設備。光節點設備簡稱光節點，可有多連線埠的RF輸入/輸出，圖44.7所示的是一連線埠光信號輸入，四連線埠RF輸出，同時也是四連線埠RF輸入，一連線埠光輸出。如圖1所示，它的一端連線光纜，另外四端連線電纜。光節點一般都掛裝在野外的建築物上，因此它的密封要求很高。
圖1 光節點內部結構框圖
在光節點的內部包括一對光信號收/發機與幹線放大模組，光纜和同軸電纜分別連線到光節點中。光纜通常包含12～144芯光纖，但光節點只用到兩芯，一芯傳輸上行信號，另一芯傳輸下行信號。光節點內部的光信號接收機將下行的AM光信號轉換成AM電信號，由內部的放大器將信號放大，分配成三路/四路RF信號，通過連線的電纜送入用戶分配網。光信號發射機是由半導體雷射器構成，特別適用於對模擬信號的傳送。雷射器受上行的RF信號的強度調製，把RF電信號轉換成AM光信號，送入連線的一根光纖。連線光節點的電纜通常採用大線徑(0.625英寸到0.875英寸)的同軸電纜，外導體為鋁金屬，內導體為銅或銅包鋼製成，信號衰減很小。上下行的RF信號以頻分復用的方式在同一根同軸電纜中傳輸到用戶。
雙向放大器
雙向HFC網的電纜放大器也與單向HFC網不同，增加了反向信號放大模組，如圖2所示。電纜上的上、下行RF信號分別在不同的頻段上傳輸。下行信號通過正向放大模組被放大後送入用戶，用戶端的上行RF信號通過反向放大模組放大後，被光纖傳送到前端。不同方向的RF信號進入放大器時被濾波器隔離。濾波器分為高通濾波器和低通濾波器，前者讓高頻信號通過，阻斷低頻信號，後者讓低頻信號通過，阻斷高頻信號。因為在頻率分配時將下行信號放在較高頻率，將上行信號放在較低頻率，所以，高低通濾波器的頻率截止點一般設定在50MHz左右。目前一般放大器內的濾波器都是高/低通雙向濾波器，這種濾波器由一端輸入，分高低二端輸出，正向放大器的輸入端接高通，反向放大器的輸入端接低通。
圖2 雙向放大器內部結構框圖
在回傳的過程中，正常的回傳信號與干擾噪聲將會同時被放大。噪聲來源分為兩部分，一部分是內部電子元件本身的噪聲，另一部分是外界進入的干擾噪聲，在雙向網路中後者是主要的。進入網路的噪聲中有50%是從室內未接終端的連線埠侵入，另有20%～30%的噪聲是由用戶電纜的接頭禁止不良而引入的。侵入的噪聲沿著電纜上行匯聚，在某些頻率上疊加並放大，成為較強的噪聲信號，嚴重干擾正常的信號傳輸。因此在雙向網路中，光節點設定的地理位置都是很靠近用戶，一般只經過一級雙向分配放大器就進入用戶家庭了。
雙向網路的頻率分配
在同軸電纜上傳輸信號的頻率可達1000MHz。為了網路設備生產廠商的通用性，以及網路的互聯互通，各個國家分別建立了網路的頻率分配標準。
HFC網路的頻率寬度標準早期的有450MHz、550MHz。以後隨著網路設備性能的提高和價格下降，又有了750MHz、862MHz。現在國內新建的網路大多是750MHz或862MHz。隨著業務需求的增加，以及早期建成的網路最佳的使用期已過，現在國內許多地方都在進行舊網路改造升級，升級的網路頻頻寬度都為750MHz或862MHz。
各國網路頻率分配的標準，主要差別是在上行/下行的分割上。目前能見到的上行/下行分割有26MHz/42MHz、30MHz/50MHz、42MHz/54MHz及65MHz/87MHz等多種。我國廣電總局規定的分割為65MHz/87MHz，即上行頻段是從5MHz到65MHz，下行頻段從87MHz到550MHz用於模擬廣播頻道，550MHz以上為數字下行頻段。
除此以外，各國的有線電視頻率分配也都各不相同，美國的有線電視網路頻率的典型分配是5MHz至42MHz為上行數字頻段，550MHz至750MHz/862MHz為下行數字頻段。美國的電視是NTSC制，模擬頻道占6MHz/頻道，我國的電視是PAL制式，模擬頻道占8MHz/頻道。圖3和圖4分別給出了65/87分割的862MHz頻寬的頻率分配標準，前者表示下行頻段全部用於PAL制式電視廣播，它可容納93個模擬頻道，後者是普遍使用的模擬和數字混合使用的頻率分配，這種頻率分配可提供54個PAL制式模擬頻道，312MHz頻寬的下行數字通道。在兩圖中DS表示正規的電視頻道，Z表示增補頻道，FM表示調頻廣播。表1列出了上海市較完善的有線電視廣播網路的詳細頻率分配。
圖3 862MHz頻率分配-1：下行頻段全部用於電視廣播，可容納93個模擬頻道
圖4862MHz頻率分配-2：下行頻段50MHz以下用於電視廣播，550MHz以上用於數據下行傳輸
表1 上海市有線電視廣播網路的頻率配置
波段
頻段(MHz)
用 途
R
5～65
上行數字業務
X
65～87
保護頻段
FM
87～108
廣播業務
A
110～550
下行模擬業務
A
550～862
下行數字業務
A
862～1000
備用
雙向HFC網路的特點和主要技術指標特點
雙向HFC網路的主要特點是在回傳(上行)通道中無法嚴格控制噪聲的混入，使得網路經營者開展雙向數據業務變得困難。對於正向(下行)通道，信號從前端進入HFC網，即信號從一點廣播到多點；但對於上行通道，由於分配網本身的樹型結構，信號與噪聲由每個家庭同時進入到網路，繼而匯聚到前端，多點的噪聲匯聚到一點併疊加，最終影響正常數據傳輸。
在回傳通道里，噪聲干擾的主要來源有三個：有源器件(放大器和接收機)產生的熱噪聲；回傳雷射器、光纖和前端接收機產生的光纖鏈路噪聲；住宅中未接終端設備的分配連線埠和周圍環境中通過電纜接頭或電纜禁止不良而侵入的噪聲。第三部分噪聲是通過室內用戶線和入戶電纜進入系統的，它在回傳通道噪聲成分中占很大的比例。
為了減少上述噪聲的干擾，在同軸電纜分配網路的設計時就要考慮平衡所有到達用戶路徑上的損耗，同時在用戶未接終端設備的分配連線埠加上低通濾波器，這樣就能使用戶末端接口處的侵入噪聲大為減少。根據實踐經驗，規範野外安裝的工藝、保證分配設備和連線電纜的良好密封性，是減少噪聲干擾的主要手段。
另外，在數據信號的處理上，常使用一些去噪技術，以提高物理信道通信成功的機會。這些技術中最常用的是前向糾錯(FEC)和交織傳送，前者是通過增加“冗餘”比特位來達到糾錯的目的，後者是以增加時延為代價來達到糾錯目的。
主要技術指標
在設計雙向HFC網路時，一般仍然是從下行模擬電視信號傳輸通道的信號指標入手。因為模擬信號對傳輸系統的要求比數位訊號高，因此在一個既要傳輸模擬信號，又要傳輸數位訊號的網路中，首先要考慮的是滿足模擬信號的正常傳輸。
在雙向HFC網路中，主要的指標如下所列：
1）射頻電平（RF電平）
《有線電視廣播系統技術規範》(GY/T106)中規定，模擬信號射頻電平，在用戶端的指標為：60～80dBµV。
為了減少數位訊號在傳輸過程中對模擬信號的干擾，數位訊號調製後的射頻電平要比模擬信號調製電平低10 dB。
2）載噪比（C/N）
對模擬信號載噪比的測試，根據《有線電視廣播系統技術規範》(GY/T 106-1999)和《市、縣級有線廣播電視網設計規範》(GY 5063-1998)，分別為：到用戶端的指標大於等於43dB；全系統的指標大於等於44 dB。
由於輸入系統的數位訊號射頻電平比模擬信號低10 dBμV，顯然對數位訊號載噪比的測試結果，正常情況下也要低10 dB。
3）非線性失真
在節目信號超過20套的有線電視系統中，最主要的非線性失真指標是CTB和CSO。
根據我國的行業標準《有線電視廣播系統技術規範》(GY/T 106-1999)和《市、縣級有線廣播電視網設計規範》(GY 5063-1998)，到用戶端的指標和全系統的指標分別為：CTB≤－54dB，CSO≤－54dB和CTB≤－55dB，CSO≤－55dB。
