双向HFC网

增加一根光纤用于反向信道的回传，构成了双向HFC网络。光缆与同轴电缆间的光节点设备是双向HFC网中的关键设备。光节点设备简称光节点，可有多端口的RF输入/输出，图44.7所示的是一端口光信号输入，四端口RF输出，同时也是四端口RF输入，一端口光输出。如图1所示，它的一端连接光缆，另外四端连接电缆。光节点一般都挂装在野外的建筑物上，因此它的密封要求很高。

图1 光节点内部结构框图

在光节点的内部包括一对光信号收/发机与干线放大模块，光缆和同轴电缆分别连接到光节点中。光缆通常包含12~144芯光纤，但光节点只用到两芯，一芯传输上行信号，另一芯传输下行信号。光节点内部的光信号接收机将下行的AM光信号转换成AM电信号，由内部的放大器将信号放大，分配成三路/四路RF信号，通过连接的电缆送入用户分配网。光信号发射机是由半导体激光器构成，特别适用于对模拟信号的发送。激光器受上行的RF信号的强度调制，把RF电信号转换成AM光信号，送入连接的一根光纤。连接光节点的电缆通常采用大线径(0.625英寸到0.875英寸)的同轴电缆，外导体为铝金属，内导体为铜或铜包钢制成，信号衰减很小。上下行的RF信号以频分复用的方式在同一根同轴电缆中传输到用户。

双向HFC网的电缆放大器也与单向HFC网不同，增加了反向信号放大模块，如图2所示。电缆上的上、下行RF信号分别在不同的频段上传输。下行信号通过正向放大模块被放大后送入用户，用户端的上行RF信号通过反向放大模块放大后，被光纤传送到前端。不同方向的RF信号进入放大器时被滤波器隔离。滤波器分为高通滤波器和低通滤波器，前者让高频信号通过，阻断低频信号，后者让低频信号通过，阻断高频信号。因为在频率分配时将下行信号放在较高频率，将上行信号放在较低频率，所以，高低通滤波器的频率截止点一般设置在50MHz左右。目前一般放大器内的滤波器都是高/低通双向滤波器，这种滤波器由一端输入，分高低二端输出，正向放大器的输入端接高通，反向放大器的输入端接低通。

图2 双向放大器内部结构框图

在回传的过程中，正常的回传信号与干扰噪声将会同时被放大。噪声来源分为两部分，一部分是内部电子元件本身的噪声，另一部分是外界进入的干扰噪声，在双向网络中后者是主要的。进入网络的噪声中有50%是从室内未接终端的端口侵入，另有20%~30%的噪声是由用户电缆的接头屏蔽不良而引入的。侵入的噪声沿着电缆上行汇聚，在某些频率上叠加并放大，成为较强的噪声信号，严重干扰正常的信号传输。因此在双向网络中，光节点设置的地理位置都是很靠近用户，一般只经过一级双向分配放大器就进入用户家庭了。

双向网络的频率分配

在同轴电缆上传输信号的频率可达1000MHz。为了网络设备生产厂商的通用性，以及网络的互联互通，各个国家分别建立了网络的频率分配标准。

HFC网络的频率宽度标准早期的有450MHz、550MHz。以后随着网络设备性能的提高和价格下降，又有了750MHz、862MHz。现在国内新建的网络大多是750MHz或862MHz。随着业务需求的增加，以及早期建成的网络最佳的使用期已过，现在国内许多地方都在进行旧网络改造升级，升级的网络频带宽度都为750MHz或862MHz。

各国网络频率分配的标准，主要差别是在上行/下行的分割上。目前能见到的上行/下行分割有26MHz/42MHz、30MHz/50MHz、42MHz/54MHz及65MHz/87MHz等多种。我国广电总局规定的分割为65MHz/87MHz，即上行频段是从5MHz到65MHz，下行频段从87MHz到550MHz用于模拟广播频道，550MHz以上为数字下行频段。

除此以外，各国的有线电视频率分配也都各不相同，美国的有线电视网络频率的典型分配是5MHz至42MHz为上行数字频段，550MHz至750MHz/862MHz为下行数字频段。美国的电视是NTSC制，模拟频道占6MHz/频道，我国的电视是PAL制式，模拟频道占8MHz/频道。图3和图4分别给出了65/87分割的862MHz带宽的频率分配标准，前者表示下行频段全部用于PAL制式电视广播，它可容纳93个模拟频道，后者是普遍使用的模拟和数字混合使用的频率分配，这种频率分配可提供54个PAL制式模拟频道，312MHz带宽的下行数字通道。在两图中DS表示正规的电视频道，Z表示增补频道，FM表示调频广播。表1列出了上海市较完善的有线电视广播网络的详细频率分配。

图3 862MHz频率分配-1:下行频段全部用于电视广播，可容纳93个模拟频道

图4862MHz频率分配-2:下行频段50MHz以下用于电视广播，550MHz以上用于数据下行传输

表1 上海市有线电视广播网络的频率配置

波段

频段(MHz)

用 途

R

5~65

上行数字业务

X

65~87

保护频段

FM

87~108

广播业务

A

110~550

下行模拟业务

A

550~862

下行数字业务

A

862~1000

备用

双向HFC网络的特点和主要技术指标特点

双向HFC网络的主要特点是在回传(上行)通道中无法严格控制噪声的混入，使得网络经营者开展双向数据业务变得困难。对于正向(下行)通道，信号从前端进入HFC网，即信号从一点广播到多点;但对于上行通道，由于分配网本身的树型结构，信号与噪声由每个家庭同时进入到网络，继而汇聚到前端，多点的噪声汇聚到一点并叠加，最终影响正常数据传输。

在回传通道里，噪声干扰的主要来源有三个:有源器件(放大器和接收机)产生的热噪声;回传激光器、光纤和前端接收机产生的光纤链路噪声;住宅中未接终端设备的分配端口和周围环境中通过电缆接头或电缆屏蔽不良而侵入的噪声。第三部分噪声是通过室内用户线和入户电缆进入系统的，它在回传通道噪声成分中占很大的比例。

为了减少上述噪声的干扰，在同轴电缆分配网络的设计时就要考虑平衡所有到达用户路径上的损耗，同时在用户未接终端设备的分配端口加上低通滤波器，这样就能使用户末端接口处的侵入噪声大为减少。根据实践经验，规范野外安装的工艺、保证分配设备和连接电缆的良好密封性，是减少噪声干扰的主要手段。

另外，在数据信号的处理上，常使用一些去噪技术，以提高物理信道通信成功的机会。这些技术中最常用的是前向纠错(FEC)和交织传送，前者是通过增加"冗余"比特位来达到纠错的目的，后者是以增加时延为代价来达到纠错目的。

主要技术指标

在设计双向HFC网络时，一般仍然是从下行模拟电视信号传输通道的信号指标入手。因为模拟信号对传输系统的要求比数字信号高，因此在一个既要传输模拟信号，又要传输数字信号的网络中，首先要考虑的是满足模拟信号的正常传输。

在双向HFC网络中，主要的指标如下所列:

1)射频电平(RF电平)

《有线电视广播系统技术规范》(GY/T106)中规定，模拟信号射频电平，在用户端的指标为:60~80dBµV。

为了减少数字信号在传输过程中对模拟信号的干扰，数字信号调制后的射频电平要比模拟信号调制电平低10 dB。

2)载噪比(C/N)

对模拟信号载噪比的测试，根据《有线电视广播系统技术规范》(GY/T 106-1999)和《市、县级有线广播电视网设计规范》(GY 5063-1998)，分别为:到用户端的指标大于等于43dB;全系统的指标大于等于44 dB。

由于输入系统的数字信号射频电平比模拟信号低10 dBμV，显然对数字信号载噪比的测试结果，正常情况下也要低10 dB。

3)非线性失真

在节目信号超过20套的有线电视系统中，最主要的非线性失真指标是CTB和CSO。

根据我国的行业标准《有线电视广播系统技术规范》(GY/T 106-1999)和《市、县级有线广播电视网设计规范》(GY 5063-1998)，到用户端的指标和全系统的指标分别为:CTB≤-54dB，CSO≤-54dB和CTB≤-55dB，CSO≤-55dB。

双向HFC网是在原来的单向HFC网上增加了回传信号的通道，其传输介质还是光纤和电缆的结合。其拓扑结构一般还是星型和树型的结合，即从前端到光节点的干线网是星型结构，从光节点以下到用户的分配网络是树型结构。

在双向HFC网络中前端到光节点增加了一芯光纤，用于回传信号，从光节点到用户的树型电缆上，采用频分复用技术传输不同方向的上、下行信号。由于在树型电缆网上传输信号的方式是广播式的，因此，连接在电缆上的各用户设备在发送信号时必须是分时的，即介质共享、时分复用。

双向HFC网络由于回传反向信号频率段是在低频段(5~42MHz)，而在低频段的频谱上存在许多日常所用电器的噪声信号，这些噪声信号通过家中电缆的接头窜入网络。虽然这些噪声信号能量很微弱，但由于树型电缆的结构，这些微弱的噪声信号在某些频率上的能量被叠加增强，这种现象被称为"漏斗效应"。在原来单向网络中，一个光节点下面有多级放大器串联，但在双向网络中为避免噪声信号在回传信道中被放大器不断放大，所以通常在光节点下只有一级分配放大器，信号覆盖的用户群数量就没有单向网络的 10 000户至20 000户那么多，在美国，一般的用户分配网络覆盖的用户群只有500户，甚至250户。这样噪声信号叠加的能量就不会很高，不至于达到影响正常通信的程度。