有線電視,天線
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有線電視雙向網(wǎng)的探討
摘要:通過分析網(wǎng)絡(luò)同軸電纜網(wǎng)和HFC雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的特點(diǎn)及參數(shù)。進(jìn)一步了解HFC雙向傳輸網(wǎng)合理應(yīng)用,為HFC雙向改造,實(shí)現(xiàn)有線電視網(wǎng)第二次騰飛提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞:有線電視網(wǎng)絡(luò) 光纖網(wǎng)絡(luò) 同軸電纜網(wǎng)絡(luò) 雙向傳輸網(wǎng)絡(luò) 技術(shù)要求 傳輸設(shè)備
在光纖網(wǎng)絡(luò)中,一般采用空間分割方式,它利用兩根光纖,一根正向傳輸下行電視信號,另一根反向傳輸各種上行信息,該傳輸方式簡單、方便,但不宜同軸傳輸,主要是用兩根同軸電纜傳輸,造價(jià)高,投資大。
在同軸電纜網(wǎng)中,一般采用頻率分割方式傳輸信息和電視。它可把不同的信息內(nèi)容分成正向和反向傳輸,因在頻率上分成兩個(gè)頻段,如現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)的5~65MHz頻段傳輸上行信息,而65~750 MHz傳送下行電視信號,這樣采用兩個(gè)頻段分開達(dá)到傳送正反向信號,在國外也有采用高、中、低頻率分割方式來完成各類信息的上下行傳輸工作。
另外還有一種回傳方式,就是用時(shí)間分割方式。時(shí)間分割是利用脈沖開關(guān)控制一個(gè)脈沖周期內(nèi)發(fā)送的下行信號,在另外一個(gè)脈沖周期內(nèi)傳送上行信號,這就要求每個(gè)脈沖周期在足夠短的時(shí)間內(nèi)完成,否則會(huì)影響信息質(zhì)量。
一、對回傳的技術(shù)要求
在雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)中,正向傳輸技術(shù)上好處理,有反向傳輸后,因回傳中的噪聲漏斗效應(yīng)和驅(qū)動(dòng)電平難以控制會(huì)嚴(yán)重影響傳輸質(zhì)量,也是雙向傳輸?shù)某蓴£P(guān)鍵問題,因此在雙向網(wǎng)設(shè)計(jì)施工時(shí),就應(yīng)從技術(shù)上嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施,特別是反向傳輸通道的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按我國規(guī)定的《<有線電視廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行,它的各項(xiàng)指標(biāo)如下:
1)頻道內(nèi)幅度/頻率特性:任何頻道內(nèi)幅度變化不大于±1dB;在任何0.5 MHz頻率范圍內(nèi)幅度變化不大于0.25dB;這就是系統(tǒng)頻響要求,因系統(tǒng)工作頻率僅幾十兆,在整個(gè)頻帶內(nèi),要求頻響特性盡量平坦,各個(gè)頻道的電平必須保持在一定范圍內(nèi),以保證回傳信號質(zhì)量,當(dāng)電平超過一定限度時(shí),非線性將急劇增加,低到一定程度時(shí),噪聲干擾又會(huì)明顯地?fù)p傷回傳信息質(zhì)量,因此要求網(wǎng)絡(luò)中傳送的同一類信號的各頻道之間以及不同信號,其電平需保持一定的相對關(guān)系,才能避免或者有效地降低相互間的串?dāng)_或干擾,因此有回傳業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò),由于多種業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)對電平的求更高,因此必須達(dá)到回傳頻道內(nèi)幅度/頻率特性的指標(biāo)。
2)載噪比:≥50dB
3)載波互調(diào)比:≥74dB(單頻道互調(diào)干擾) ≥61dB(多頻道互調(diào)干擾)。
4)交擾調(diào)制比:≥66dB。
5)載波交流聲比:≥60dB。
6)回波值:≤4%。
7) 微分增益:≤5%。
8)微分相位:≤6°。
9)色亮?xí)r延差:≤30ns。
二、回傳噪聲的分析
1.噪聲產(chǎn)生的原因:雙向傳輸交互問題目前最大的難點(diǎn)是如何克服上行噪聲問題,它的噪聲源來自于用戶端,用戶越多,會(huì)聚到前端后就形成了噪聲會(huì)聚效應(yīng),也叫漏斗效應(yīng),它是上行通道產(chǎn)生噪聲的主要原因之一。
另外還有入侵噪聲,它由窄邊帶短波干擾、脈沖噪聲干擾兩種。脈沖干擾頻率很低,在60 Hz~2 MHz之間,它產(chǎn)生的諧波成份很大,造成的噪聲干擾也特別嚴(yán)重。另外還有業(yè)余無線電臺、有線電視的設(shè)備、各種器件接口松動(dòng)、接觸不良,還有本網(wǎng)周圍持有的干擾也會(huì)形成入侵噪聲。
2.噪聲源的分析
具備雙向傳輸功能的系統(tǒng),應(yīng)有上行、下行兩個(gè)通道,也就是講有上下行傳輸或有正、反向傳輸?shù)哪芰?,衡量的?biāo)準(zhǔn)是通道內(nèi)噪聲指標(biāo),它是能否達(dá)到開展雙向業(yè)務(wù)功能的關(guān)鍵。
雙向網(wǎng)中的上行噪聲主要由眾多用戶將匯集起來的噪聲干擾送入前端,而用戶噪聲主要來自于用戶家中電視機(jī)的信號入口,干擾根源在終端的各類家用電器中,網(wǎng)絡(luò)元器件電纜的蔽屏性能不好或變差,受干擾的頻率范圍在上行通道的5~40MHz之間為最強(qiáng),當(dāng)干擾信號的強(qiáng)度超過用戶標(biāo)準(zhǔn)電平時(shí),可以講上行信號是無法正常傳輸?shù)摹?
過去網(wǎng)絡(luò)器件均采用分散件,加上器件的質(zhì)量,網(wǎng)絡(luò)的施工工藝差,鏈路的維護(hù)調(diào)試水平低,終端用戶的亂接線,線纜、器件接頭多,到用戶電纜長度相差太大,使上行用戶傳輸增益相差過大,電平過份懸殊,無可非議的會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的噪聲干擾,影響上行通道的傳輸質(zhì)量,這也是產(chǎn)生噪聲的主要原因。針對這個(gè)問題,為了較好的克服上行噪聲的匯集,目前采用了“集線”式分配方式,經(jīng)許多有線臺網(wǎng)的改造試用,非常成功的克服了上行匯集噪聲。
外來入侵噪聲(Ingress noise)源主要來自于前端設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、器件周圍的窄邊帶短波干擾,脈沖噪聲干擾,特別是脈沖干擾的頻率雖然很低(一般在60Hz~2MHz之間),但它產(chǎn)生的諧波成分卻非常大,造成的干擾也較嚴(yán)重;一些家用電器,電子點(diǎn)火設(shè)施也會(huì)產(chǎn)生5~40MHz的電磁干擾和諧波,這些諧波會(huì)通過任何途徑入侵到上行通道。另外公路上奔跑的汽車、摩托車使用的電子打火器、家庭用的微波爐、日光燈的啟動(dòng)、電吹風(fēng)都會(huì)輻射出較強(qiáng)的電磁波,因?yàn)檫@些器件都是瞬間啟動(dòng)和使用,會(huì)產(chǎn)生一種隨機(jī)性尖脈沖干擾波。在網(wǎng)絡(luò)中因一些器件質(zhì)量差,無屏蔽防范措施,電纜的屏蔽作用達(dá)不到80dB最低的屏蔽作用,設(shè)備接口,電纜接頭松動(dòng),造成阻抗失配,很容易使外界各種干擾信號入侵。
三、上行調(diào)制方式的選擇
HFC網(wǎng)絡(luò)發(fā)展所面臨的難點(diǎn)在于上行信道中的噪聲和干擾的積累。增強(qiáng)電纜線路的屏蔽和減少光纖節(jié)點(diǎn)的用戶數(shù)量對解決上述問題有一定的效果,但最根本的解決辦法是采用抗干擾性能強(qiáng),頻帶利用率高的傳輸技術(shù)來克服噪聲與干擾帶來的弊端。同步碼分多址技術(shù)(CDMA)就是較好的技術(shù)之一。
S-CDMA(同步碼分多址)是建立在碼分多址(CDMA)基礎(chǔ)上的,它通過有線分配網(wǎng)絡(luò)提供健全和完善的傳輸。它與異步CDMA方案不同,S-CDMA的同步性把信道的效率提至14Mb/s (6MHz信道)。S-CDMA技術(shù)在脈沖和窄帶噪聲、線性和非線性信道損壞、一個(gè)速率的適應(yīng)能力、寬帶高容量以及系統(tǒng)的擴(kuò)展性和安全性方面,較頻分多址(FDMA)和時(shí)分多址(TDMA)技術(shù)極具優(yōu)勢。
時(shí)分多址(TDMA)和頻分多址(FDMA)是通過電纜傳輸高速數(shù)據(jù)的兩種方法。它們都有很大的限制。對于TDMA,不同的用戶對應(yīng)不同的時(shí)間位置。因此,TDMA需要快速獲得,使得數(shù)據(jù)對窄帶干擾非常敏感。
在信噪比(SNR)低于某個(gè)極限值時(shí),TDMA系統(tǒng)可能完全不能運(yùn)行。TDMA的另外一個(gè)問題是在一定通道內(nèi)的競爭,并且此競爭會(huì)影響鄰近通道,因?yàn)閬碜圆煌偁幍哪芰糠e聚會(huì)引起放大器的過載。這將嚴(yán)重影響雙向數(shù)據(jù)網(wǎng)的性能。對于FDMA,各個(gè)用戶被分配不同的頻段用于上行傳輸。由于每個(gè)用戶占有一個(gè)特定窄帶道,數(shù)據(jù)非常容易受到噪聲的攻擊。因?yàn)檎瓗Ц蓴_能輕易進(jìn)入用戶占用的通道。為此,F(xiàn)DMA系統(tǒng)常用頻率再分配技術(shù)盡力避免噪聲。因而噪聲通道中的數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)移到頻段的另一部分。
因?yàn)楦蓴_的動(dòng)態(tài)性,用不斷移動(dòng)通道來避免噪聲通常需要更智能化和更昂貴的系當(dāng)系統(tǒng)移到另一通道時(shí),由于沒有發(fā)送任何數(shù)據(jù),因而信息量也受到動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)再分配影響。FDMA傳輸對非線形和頻率失調(diào)也非常敏感,并且通道間需要保護(hù)帶而使性能達(dá)不到最佳。
S-CDMA提供了一個(gè)辦法,用于解決上行路徑中進(jìn)入的干擾和脈沖噪聲,這正是HFC網(wǎng)雙向傳輸高速數(shù)據(jù)時(shí)遇到的最嚴(yán)重的問題。這里不是在抗噪聲和信息量之間求折中,在采用擴(kuò)頻和編碼功能時(shí)S-CDMA可提供14Mbps的可靠的上行流,帶寬分配的好處使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商有提供可保證的數(shù)據(jù)率的能力,可用于UBR,CBR和VBR信息業(yè)務(wù)。
S-CDMA不是基于競爭的系統(tǒng),因而它是可分級的,當(dāng)更多的用戶加入S-CDMA系統(tǒng)時(shí),他們在高峰時(shí)期不會(huì)為有限的帶寬而競爭,因而避免了沖突和降低了網(wǎng)絡(luò)特征,而且S-CDMA的6MHz通道不干擾鄰近的通道(它們可能用其他技術(shù),如QPSK)連同高的數(shù)據(jù)速率,這些特性使此技術(shù)成為有線電視網(wǎng)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钣猩Φ姆椒ā?
四、HFC雙向網(wǎng)傳輸設(shè)備
1.終端用戶盒
過去的終端用戶盒不能滿足雙向傳輸條件,開展雙向傳輸?shù)南到y(tǒng),終端必須選用專用交互式用戶盒,一方面有多功能作用,另一方面可隔離終端機(jī)和戶內(nèi)的窄帶短波干擾,把好了上行信號質(zhì)量的第一關(guān)。
雙向交互式CATV用戶終端盒應(yīng)具備抗高壓沖擊能力,有較好的屏蔽作用,能嚴(yán)格防止外界電磁波的干擾,交互式用戶盒為無源設(shè)備,一般有四個(gè)端口,其一是信號輸入(IN)端口,TV插孔與電視機(jī)RF端相連,它可接收168~750MHz范圍內(nèi)全部電視節(jié)目;FM插孔供調(diào)頻收音機(jī)接收調(diào)頻信號用的端口,它的頻率范圍在87~108MHz范圍內(nèi);第四個(gè)端口(DATA)與用戶的數(shù)字交換設(shè)備相連,如Cable Modem機(jī)頂盒等等,便于用戶與CATV雙向網(wǎng)在5~165MHz頻率范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換,雙向網(wǎng)用戶家中的設(shè)備有電話機(jī)、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、Cable Modem和雙向終端用戶盒組成。
2.雙向集線器
雙向集線器一般設(shè)計(jì)在樓幢單元用戶的中間部位,這是用戶分配網(wǎng)的有源設(shè)備,是可尋址集線器,應(yīng)具有尋址路權(quán)控制,對拆戶,不交費(fèi)用戶采取隨時(shí)關(guān)斷措施;如果用戶不需特殊服務(wù),只收看下行電視節(jié)目,可選用單向集線器,可降低投資成本,集線器有0dB~3dB電平分配輸出口,離集線器遠(yuǎn)的用戶可選用0dB高電平輸出,近的用戶可選用-1dB~-3dB等接口輸出端,其目的是保證所有用戶電平盡量接近。
3.雙向放大器
雙向放大器應(yīng)能順利的通過下行電視信號和上行回傳信號,放大器內(nèi)設(shè)置正反向放大模塊和雙向?yàn)V波器,上下行通道均應(yīng)有各自的可調(diào)衰減器和均衡器,放大器投入使用前應(yīng)對上、下行信號分別進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)試,一般先調(diào)下行信號,后調(diào)上行信號,為了便于上行信號的調(diào)試,在調(diào)試上行信號時(shí),送入專門的上行信號多頻點(diǎn)調(diào)試信號源,它能滿足上行通道高、中、低段各頻點(diǎn)射頻信號的調(diào)試需要,達(dá)到最佳調(diào)試電平,使上行信號的電平平坦度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
4.雙向光機(jī)
雙向光機(jī)相當(dāng)于一個(gè)雙向光工作站,在末端光節(jié)點(diǎn)能接收下行光信號,并轉(zhuǎn)換成多路RF射頻信號,為同軸網(wǎng)提供優(yōu)質(zhì)的下行信號和足夠的分配電平,對有雙向交互式用戶的網(wǎng)絡(luò),光節(jié)點(diǎn)中應(yīng)有為上行信號提供功率發(fā)射的光發(fā)射機(jī),它把交互式用戶回傳的信號電平接收后轉(zhuǎn)換成光的信號,傳向中繼站或前端機(jī)房,開展多功能的綜合增值業(yè)務(wù)。
雙向光機(jī)對上行和下行信號均應(yīng)設(shè)置衰減和均衡器,便于調(diào)整過高或過低的信號,光機(jī)應(yīng)設(shè)置避雷或防高電壓入侵的保護(hù)設(shè)備,供電要可靠,并有備份電源,能達(dá)到電源自愈能力,確保光機(jī)的正常工作。
5.雙向多路分路/混合器
雙向多路分路/混合器一般設(shè)置在前端機(jī)房,它主要是前端向多條支路分配下行信號,又為下行多支路回傳信號進(jìn)入前端的分路/混合器,它應(yīng)為上下行提供優(yōu)質(zhì)的混合分路信號;適用于電纜全雙向網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)要求。
6.前端雙向設(shè)備
CATV雙向HFC傳輸網(wǎng)絡(luò)的前端,需設(shè)置雙向數(shù)據(jù)交換中心,它主要由中心交換設(shè)備,網(wǎng)絡(luò)管理工作設(shè)備,各種功能的服務(wù)器,前端處理器,上變頻器,寬帶路由器智能管理等設(shè)施組成,中心交換設(shè)備能實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器、網(wǎng)管站、前端處理器、路由器每個(gè)交換端口的交換功能,而服務(wù)器主要為中心交換機(jī)提供數(shù)據(jù)存儲和轉(zhuǎn)發(fā)工作、網(wǎng)絡(luò)管理站的工作主要提供對中心交換機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行偵查和維護(hù),并對數(shù)據(jù)交換進(jìn)行管理。前端處理器主要任務(wù)是接收5~65MHz的上行射頻信號,并把RF信號解調(diào)后成為中心交換設(shè)備能理解的信號格式,它還可把下行數(shù)據(jù)經(jīng)QAM(為正交振幅調(diào)制方式)調(diào)制后輸出中頻調(diào)制信號,前端處理器實(shí)際上就是一臺Cable Modem,上變頻器可把下行QAM中頻信號轉(zhuǎn)變?yōu)镃ATV頻段輸出的RF信號,送入雙向混合器,提供光發(fā)射機(jī)所需的下行傳輸信號。前端的寬帶路由器的工作內(nèi)容是提供中心交換設(shè)備與Internet進(jìn)行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換,數(shù)據(jù)交換和相關(guān)的控制工作。
雙向前端是一套全智能管理化的系統(tǒng),它能對所需管理的項(xiàng)目全智能化,如有條件接收、加密、報(bào)修、節(jié)目器材的管理達(dá)到全自動(dòng),為開展新的增值業(yè)務(wù)和新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)打下了良好基礎(chǔ)。
7.同軸電纜
為了加強(qiáng)對外來入侵干擾噪波的防御能力,對同軸電纜的選擇也很重要,過去使用的同軸電纜外導(dǎo)體有錫泊紙和金屬網(wǎng)的,它的屏蔽衰減值一般只有60dB左右,質(zhì)量差的電纜還達(dá)不到這個(gè)值,所以使用幾年后,因各種原因會(huì)使屏蔽衰減值下降更多,外來干擾雜波易從電纜進(jìn)入各個(gè)部位、進(jìn)入系統(tǒng)中、要保證雙向傳輸?shù)馁|(zhì)量,必須有效的抑制回傳噪聲;目前有二、三、四屏蔽電纜,四屏蔽的衰減值一般能達(dá)到100dB左右,質(zhì)量相當(dāng)好的。還有些進(jìn)口高質(zhì)量的屏蔽衰減值可達(dá)到120dB左右,達(dá)到100dB的電纜都能有效的抑制外來入侵的各種干擾雜波,完全適合雙向傳輸網(wǎng)絡(luò)的要求,因此雙向網(wǎng)絡(luò)要求屏蔽對干擾信號的衰減比大于或等于對用戶要求的下列指標(biāo):
載波互調(diào)比≥57dB,載波交調(diào)比≥54dB,載噪比≥43dB,信號交流聲比≥46dB,反之,會(huì)嚴(yán)重影響信號的傳輸質(zhì)量。
HFC雙向改造完成后,我們可以依托有線電視網(wǎng)絡(luò)資源,利用PC/Cable Modem或TV/STB組合實(shí)現(xiàn)真正的寬帶接入,向普通百姓提供視頻、話音、數(shù)據(jù)“三合一”的多媒體信息服務(wù)已成為現(xiàn)實(shí)。這不僅僅是廣大用戶的企盼,更是有線電視網(wǎng)實(shí)現(xiàn)第二次騰飛的關(guān)鍵所在。搞好HFC網(wǎng)絡(luò)的雙向改造將給有線電視網(wǎng)絡(luò)帶來極大的發(fā)展機(jī)遇。
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