1、小區(qū)HFC方案的規(guī)劃及設(shè)計(jì)關(guān)鍵詞: HFC 光工作站 電纜分配網(wǎng) 光鏈路 規(guī)劃設(shè)計(jì) HFC(光纖同軸混合網(wǎng))，作為廣播電視寬帶網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，是開(kāi)展高速視頻、數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)的重要組成部分。不斷提升HFC的網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)是增強(qiáng)廣播電視寬帶網(wǎng)絡(luò)生命力的關(guān)鍵。為此，我們一直致力于提高HFC的網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)，力求向用戶提供更加全面、優(yōu)質(zhì)、個(gè)性化的服務(wù)。遵義市政府小區(qū)HFC網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，采用光纖到樓棟、無(wú)源同軸電纜分配網(wǎng)至用戶端的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。2002年3季度工程建設(shè)的順利完成為我們建設(shè)高品質(zhì)網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)可參考的范例。一 方案規(guī)劃在小區(qū)HFC網(wǎng)絡(luò)建設(shè)之前，我們參照了許多先行單位在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面的經(jīng)驗(yàn)及廣電總局有線電視城域網(wǎng)絡(luò)

2、改造指導(dǎo)意見(jiàn)，根據(jù)自身技術(shù)水平和經(jīng)濟(jì)承受能力，力求做到全面、系統(tǒng)、實(shí)效、長(zhǎng)遠(yuǎn)地規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與寬帶業(yè)務(wù)開(kāi)展。1. 方案規(guī)劃的9個(gè)要點(diǎn) a. 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的規(guī)劃(1)電視業(yè)務(wù)：電視業(yè)務(wù)按45套設(shè)計(jì)，現(xiàn)已開(kāi)通35套；數(shù)字電視業(yè)務(wù)采用MPEG-2壓縮方式，以36Mb/s的碼流傳送1套數(shù)字電視節(jié)目，一個(gè)8MHz的模擬頻道，采用64QAM調(diào)制方式可傳送68套數(shù)字電視節(jié)目(數(shù)字電視節(jié)目按48套以上設(shè)計(jì))。(2)廣播業(yè)務(wù)：模擬調(diào)頻廣播使用的頻段為87108MHz，可以傳送15套以上的調(diào)頻廣播，現(xiàn)規(guī)劃設(shè)計(jì)6套，其中，中央臺(tái)3套、省臺(tái)2套、市臺(tái)1套。現(xiàn)已開(kāi)通模擬調(diào)頻廣播2套。數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)規(guī)劃新建工程采用64QAM調(diào)制

3、方式，在一個(gè)獨(dú)立8MHz的模擬頻道帶寬內(nèi)可傳送近36Mb/s的凈載數(shù)據(jù)流。在有線數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)中，采用傳輸流(TS)的方式來(lái)進(jìn)行廣播數(shù)據(jù)。建成IP數(shù)據(jù)交互信道，可采用IP多點(diǎn)廣播方式來(lái)開(kāi)展數(shù)據(jù)廣播業(yè)務(wù)。(3)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：網(wǎng)絡(luò)建成初期，開(kāi)展寬帶數(shù)據(jù)通訊業(yè)務(wù)、小區(qū)智能化業(yè)務(wù)。向集團(tuán)用戶(政府辦公樓)提供VPN (虛擬專用網(wǎng))服務(wù)。隨著用戶需求，可逐步開(kāi)展VOD(視頻點(diǎn)播)、會(huì)議電視等服務(wù)。b. 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)總前端和若干個(gè)分前端、一級(jí)或二級(jí)光鏈路、用戶分配網(wǎng)絡(luò)這三部分組成。一級(jí)光鏈路采用“邏輯環(huán)型，物理星型”拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；二級(jí)光鏈路采用星型和環(huán)型相結(jié)合的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？偳岸酥练智岸斯饫|采用30芯，

4、便于信號(hào)傳輸采用1+1熱備份冗余保護(hù)及業(yè)務(wù)拓展。c. 網(wǎng)絡(luò)頻率配置網(wǎng)絡(luò)頻率配置如表1所示。d. 小區(qū)HFC用戶的共享帶寬CMTS(Cable Modem終端系統(tǒng))帶動(dòng)6臺(tái)光工作站，及“一下六上”。逐步擴(kuò)展到“一上一下”，以滿足用戶不斷增長(zhǎng)的帶寬需求。CMTS采用DOCSIS 64QAM調(diào)制方式，單一頻道凈載數(shù)據(jù)率BD= 36Mb/s，預(yù)計(jì)同一時(shí)間上網(wǎng)的總戶數(shù)占CM用戶數(shù)的百分比RB=30%，上網(wǎng)用戶網(wǎng)絡(luò)使用時(shí)間占在線時(shí)間的百分比UF=25%(下載5秒，20秒閱讀)。則小區(qū)1200戶寬帶用戶每戶平均共享帶寬BW=BD/(1200RBUF)=400kb/s。拓展到“一上一下”方式，每戶平均共享帶寬

5、BW可到2.4Mb/s。e. 網(wǎng)絡(luò)光設(shè)備工作波長(zhǎng)鑒于小區(qū)距總前端距離較近(約10km)，光鏈路采用1310nm工作波長(zhǎng)。f. 小區(qū)HFC光工作站(或光節(jié)點(diǎn))規(guī)模遵義市政府小區(qū)共有住宅樓宇46棟、政府辦公大廈1棟，用戶共計(jì)1200戶。樓群中設(shè)立6個(gè)光工作站，每個(gè)光工作站覆蓋約200戶用戶。g. 小區(qū)同軸電纜分配網(wǎng)設(shè)計(jì)原則采用無(wú)源同軸電纜分配網(wǎng)，光工作站及反向光發(fā)射模塊設(shè)置于小區(qū)樓棟。采用高電平輸出，然后通過(guò)分支、分配器送到用戶端。分配網(wǎng)設(shè)計(jì)按1000MHz傳輸頻率技術(shù)要求，電纜傳輸距離控制在150m以內(nèi)，回傳信號(hào)損耗控制在20dB以內(nèi)。分配網(wǎng)干線采用集中分配至單元，星型分配至用戶端。h. 小區(qū)同

6、軸電纜分配網(wǎng)施工要求采用高屏蔽器材：干線采用鋁屏蔽導(dǎo)管電纜，用戶采用4層屏蔽電纜，屏蔽系數(shù)干線大于110dB、用戶大于90dB、用戶接入端采用雙向高屏蔽終端盒，屏蔽系數(shù)大于90dB，分支、分配器采用1GHz后厄蓋焊接式一體化高屏蔽器件，屏蔽系數(shù)大于100dB。室外電纜接頭采用針型頭、室內(nèi)接頭采用六角型壓接式接頭；使用專用工具電纜鉗進(jìn)行電纜剝皮和接頭壓接；按工藝規(guī)范進(jìn)行施工。i. 小區(qū)HFC供電系統(tǒng)光工作站由小區(qū)分前端機(jī)房UPS電源集中供電，并進(jìn)行接地處理。 2. 規(guī)劃小區(qū)HFC結(jié)構(gòu) 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作原理,構(gòu)架小區(qū)HFC如圖1所示：a. 下行信號(hào)工作原理在有線電視的總前端，設(shè)置CMTS，通過(guò)路由

7、卡與路由器相連，接入Internet。例如從Internet下行的數(shù)據(jù)信息通過(guò)CMTS下行卡調(diào)制成中頻IF信號(hào)，經(jīng)過(guò)上變頻器，將IF信號(hào)調(diào)制到特定的下行頻譜段上(550862MHz)，同另一路下行的廣播電視信號(hào)(110 550MHz)一起接入混頻器，輸出電信號(hào)，再由光發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，由1芯光纖傳至政府小區(qū)機(jī)房，與1x6的光分路器連接，均分為6路，再用光纜傳至各樓棟的6臺(tái)光工作站，每個(gè)光工作站由4路RF輸出，通過(guò)高電平(105dB)輸入無(wú)源同軸電纜分配網(wǎng)，采用分配器將下行信號(hào)送至用戶端。b. 回傳信號(hào)工作原理光工作站內(nèi)部配置反向光發(fā)射模塊，將Cable Modem(或用戶機(jī)頂盒)發(fā)送的反向R

8、F信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并發(fā)送至總前端機(jī)房的光接收機(jī)，再轉(zhuǎn)換成RF信號(hào)。通過(guò)獨(dú)立回傳/共享回傳組網(wǎng)方式將各路回傳信號(hào)(混頻)接入CMTS的上行卡，至此完成了回傳信號(hào)的傳輸。 3. 小區(qū)HFC特點(diǎn) 根據(jù)以上規(guī)劃要點(diǎn)，按圖1構(gòu)建的小區(qū)HFC具有以下特點(diǎn)：(1)采用光纖到樓棟，為開(kāi)展高速視頻、數(shù)據(jù)流業(yè)務(wù)奠定了良好基礎(chǔ)；(2)每個(gè)光工作站(內(nèi)置反向光接收模塊)覆蓋約200個(gè)用戶，有效抑制了反向回傳噪聲效應(yīng)，增加了用戶平均可用帶寬；(3)光工作站工作電源采用小區(qū)分前端機(jī)房?jī)?nèi)的UPS(不間斷電源)集中供電，保證了網(wǎng)絡(luò)供電系統(tǒng)的可*性；(4)用戶接入部分采用無(wú)源同軸電纜分配網(wǎng)，C/N(載噪比)、CM(交調(diào)比)、

9、CSO(互調(diào)比二次)、CTB(互調(diào)比三次)指標(biāo)得到良好改善；(5)無(wú)源同軸電纜分配網(wǎng)采用高屏蔽器材、使用專用工具按工藝規(guī)范進(jìn)行施工，有效降低了匯集噪聲對(duì)反向回傳系統(tǒng)的影響；(6)無(wú)源同軸電纜分配網(wǎng)盡量采用集中分配結(jié)構(gòu)將信號(hào)分配到每個(gè)單元，再由單元分配箱星型分配到每個(gè)用戶端。網(wǎng)絡(luò)可*性得到了良好保證，并抑制了上行、下行信道的不平度。 二 方案設(shè)計(jì) 1. 系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)影響系統(tǒng)指標(biāo)的主要因素是網(wǎng)絡(luò)中的有源器件。它包括：放大器、光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光纜以及用戶接入端的Cable Modem、機(jī)頂盒等；次要因素為電纜、分支器、分配器等無(wú)源器件，對(duì)系統(tǒng)的電平、屏蔽系數(shù)產(chǎn)生影響。我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)方案確定系統(tǒng)指

10、標(biāo)時(shí)，以影響網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)指標(biāo)的主要因素為依據(jù)。a. 下行系統(tǒng)指標(biāo)(1)下行系統(tǒng)指標(biāo)分配現(xiàn)行系統(tǒng)的指標(biāo)分為前端、光鏈路和同軸電纜分配網(wǎng)三部分組成，其技術(shù)指標(biāo)為4項(xiàng)：C/N、CM、CSO、CTB。指標(biāo)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：按GY5063-1998標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。光鏈路設(shè)計(jì)：一級(jí)光纜：C/N50dB、CSO60dB、CTB65dB；二級(jí)光纜：C/N48dB、CSO58dB、CTB63dB；系統(tǒng)設(shè)計(jì)總指標(biāo)，在國(guó)標(biāo)的基礎(chǔ)上預(yù)留1dB的余量：C/N44dB、CSO55dB、CTB55dB。指標(biāo)分配比例：C/N：由于前端調(diào)制器指標(biāo)較好(C/N可大于70dB)，分配比例為25%；同軸電纜分配網(wǎng)采用無(wú)源器件指標(biāo)較好, 分配比例為

11、25%；而光纜傳輸系統(tǒng)為主要網(wǎng)絡(luò)，分配比例為50%；CM：由于光傳輸鏈路不存在交調(diào)比指標(biāo)，故前端分配40%；同軸電纜分配網(wǎng)分配多一點(diǎn)，分配比例為60%；CSO、CTB：既要考慮光傳輸鏈路達(dá)到的指標(biāo)，又鑒于前端多數(shù)為鄰頻設(shè)備，各頻道獨(dú)立處理，隔離度高因而指標(biāo)較好。故分配比例為：前端20%和30%、光鏈路60%和50%、同軸電纜分配網(wǎng)20%和20%。設(shè)計(jì)計(jì)算公式：分配指標(biāo)(dB)=設(shè)計(jì)值-Algd；分配系數(shù)d =10-(分配指標(biāo)-設(shè)計(jì)值)A。式中“A”計(jì)算值(如表2所示)：例如：計(jì)算載噪比C/N，當(dāng)分配系數(shù)為25%時(shí)，則分配指標(biāo)=4410lg25% =50dB系統(tǒng)指標(biāo)分配表：根據(jù)以上分配比例及設(shè)計(jì)

12、公式，得出表3數(shù)據(jù)。(2)光鏈路技術(shù)指標(biāo)的驗(yàn)證如圖1所示，下行光鏈路由光發(fā)射機(jī)起，光工作站終，則按二級(jí)光纜標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，即：C/N48dB、CSO58dB、CTB63dB。由澳大利亞PBN太平洋寬頻通訊公司提供的光設(shè)備在PAL制64頻道測(cè)試環(huán)境所得各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如表4所示：在實(shí)際承載頻道數(shù)N情況下，技術(shù)指標(biāo)的改善值：改善值計(jì)算公式：DC/N=10lg(N/N)；DCSO=15lg(N/N)；DCTO=20lg(N/N)。 式中，N=64(額定頻道數(shù))、N=實(shí)際頻道數(shù)。系統(tǒng)模擬電視、數(shù)字電視、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)下行信道頻率范圍為110862MHz，其中包括56個(gè)正規(guī)頻道，42個(gè)增補(bǔ)頻道。鑒于目前對(duì)頻譜的使用情況

13、，頻道數(shù)按56個(gè)設(shè)計(jì)，則N=56。按以上公式計(jì)算得各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)改善值為：DC/N=10lg(64/56)=0.58dB；DCSO=15lg(64/56)=0.87dB；DCTO=20lg(64/56)=1.16dB。故當(dāng)系統(tǒng)在承載56套節(jié)目情況下，光設(shè)備各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)如表5所示：根據(jù)表5，下行光鏈路的技術(shù)指標(biāo)為光發(fā)射機(jī)和光工作站之和，計(jì)算得：C/N光50.0dB；CSO光60.7dB；CTB光63.5dB。通過(guò)對(duì)光鏈路各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算，驗(yàn)證了光鏈路的各項(xiàng)指標(biāo)即滿足了GY5063-1998標(biāo)準(zhǔn)(二級(jí)光纜：C/N48dB、CSO58dB、CTB63dB)的要求，同時(shí)也滿足表3中光鏈路分配指標(biāo)(C/N4

14、7dB、CSO58dB、CTB61dB)的要求。證明表3中對(duì)光鏈路的指標(biāo)分配是可行的。(3)系統(tǒng)總指標(biāo)根據(jù)表3的各項(xiàng)指標(biāo)，計(jì)算系統(tǒng)總指標(biāo)為前端、光鏈路和同軸電纜分配網(wǎng)之和：C/N總45.2dB；CM總=47dB；CSO總58.0 dB；CTB總56.3 dB。系統(tǒng)總指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求：C/N44dB、CSO55dB、CTB55dB。b. 上行技術(shù)指標(biāo)按照廠家提供反向光發(fā)射模塊、光接收機(jī)以及用戶端機(jī)頂盒或CM的指標(biāo)，根據(jù)同樣的設(shè)計(jì)原則和方法可計(jì)算出系統(tǒng)上行技術(shù)指標(biāo)，這里就不再?gòu)?fù)述。 2. 光鏈路功率計(jì)算 a. 下行鏈路從總前端到政府小區(qū)光纜最長(zhǎng)距離10km，共由5段光纜組成，則光損Lf= -100

15、.35=-3.5dB。5段光纜共6個(gè)熔接點(diǎn)，分光器熔接光纜至光工作站。鏈路共7個(gè)熔接點(diǎn)，則接續(xù)損耗Lc=-0.046=-0.28dB。如圖1所示的下行鏈路中，光纜同光發(fā)射機(jī)、光工作站采用活接頭連接，則活接頭損耗Lj=-0.62=-1.2dB。由于小區(qū)機(jī)房距各光工作站距離基本相等，采用6路均分，則分光損耗按16.67%計(jì)算，Li=10lg(1/6)= -7.77 dB，附加損耗Le=-0.5dB，總的插入損耗Ld=Li+Le=-7.77-0.5= -8.27 dB。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，得下行光鏈路總的損耗為：L =Lf+Lc+Lj+Ld=-13.25dB。選用功率為16mW的光發(fā)射機(jī)，轉(zhuǎn)換為P(dBm

16、)=10lg(16/1)=12.04dBm。光信號(hào)經(jīng)光鏈路傳輸至光工作站的光功率為：P(dBm)=12.04-13.25= -1.21dBm。工作站要求輸入光功率：-4 +2dBm 則下行鏈路光功率滿足要求。b. 反向回傳鏈路反向接收模塊設(shè)置于總前端，則光纖損耗Lf=100.35= -3.5dB；接續(xù)損耗Lc=-0.047=-0.28dB；活接頭損耗Lj=-0.62=-1.2dB；則總的損耗為：L =Lf+Lc+Lj=-4.98dB。選用功率為2mW的反向光發(fā)射模塊，轉(zhuǎn)換為P(dBm)=10lg(2/1)=3dBm；回傳光信號(hào)至反向光接收模塊輸入光功率為：P(dBm)=3-4.94=-1.98dBm；反向光接收模塊要求輸入光功率：-12 +1 dBm 則反向回傳鏈路光功率滿足要求。通過(guò)以上系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的設(shè)計(jì)與驗(yàn)證，論證了小區(qū)HFC方案的規(guī)劃和設(shè)計(jì)是可行的。三 小區(qū)HFC的拓展 1.改進(jìn)方案之一 目前從總前端機(jī)房到光分部器傳輸?shù)男盘?hào)由單纖傳輸，隨著以后業(yè)務(wù)的發(fā)展，提高小區(qū)HFC QoS，可在機(jī)房同分前端之間加設(shè)射頻保護(hù)開(kāi)關(guān)，對(duì)信號(hào)傳輸采用1+1熱備份冗余保護(hù)，下行信號(hào)通過(guò)兩條信道進(jìn)行傳輸，從而提高下行鏈路的可*性、穩(wěn)定性(改進(jìn)方案1如圖2所示)。同理，反向回傳信道也可通過(guò)射頻保護(hù)開(kāi)關(guān)提高上行鏈路的可*性