1、HFC网络基础与概况,SCN,HFC网络基础与概况,历史的回顾 有线电视的系统组成 光通信原理 电视原理 HFC网络 Philips 传输设备介绍,历史的回顾,历史的回顾,1949年（美）公共天线电视Master Aerial Television（MATV）用电缆将一个高增益天线接收下来的信号下传分配给用户。 特点：只接收开路信号，频道少，传输距离近，采用全频道传输和分配。 现代的MATV主要指用在公寓大楼，办公大楼，小型住宅区内的小型分配系统。,历史的回顾,由MATV逐渐发展成具有简易前端的共用天线电视（ CATV ，Community Antenna Television）系统。 集体收
2、看电视（Communal Television） 闭路电视（Closed Circuit Television) 现代有线电视CATV已经不是原来意义上的CATV，而是一个集光缆、微波、电缆于一体，具有双向传输功能的全方位服务系统。,历史的回顾,有线电视网络技术的发展接收开路节目 自行制作节目几个频道 上百个、几百个频道几十个用户 几百万用户几百米 几百公里隔频传输 邻频传输单一的电缆 光缆、微波、电缆 单一的传输电视 多种信息的传输单向 双向,有线电视的系统组成,有线电视的系统组成,有线电视系统的组成 信号源 前端 干线传输 用户分配 用户终端,有线电视的系统组成,信号源 电视接收天线 调频
3、广播接收天线 卫星地面站 微波站 其他有线电视网的节目 有线电视台自己制作的节目,有线电视的系统组成,前端 即位于信号源和干线传输系统之间的设备。其任务是报导从信号源送来的信号进行滤波、变频、放大、调制、混合等，使其适于在干线传输系统中进行传输。,有线电视的系统组成,干线传输系统 其任务是报导前端输出的高频电视信号高质量地传输给用户分配系统。 传输方式主要为三种 光纤、微波、同轴电缆,有线电视的系统组成,光纤传输 通过光发机将高频电视信号调制到红外光波段1310/1550，远端用光收机将光信号解调。 频带宽（单模光纤 10G） 损耗小（1550nm 0.25dB/km） 抗干扰力强，保真度高，
4、性能可靠 成本低，在长距离传输中优先考虑 但光端机设备价格较为昂贵,有线电视的系统组成,微波传输 将高频电视信号变频或调制到微波频段，定向或全向向服务区发射 中间无需媒体，只需建立微波发射机，接收机，以及收发天线即可。 成本低，工期短，收效快 更改线路容易，信号质量也较高 容易受建筑物的阻挡和反射 容易受天气的影响,有线电视的系统组成,电缆传输 技术最简单，成本低，设备可靠，安装方便 对信号电平损失较大，每几百米要加放大器 引入较多的噪声和非线性失真 一般用于小系统或大系统的最后分配部分,有线电视的系统组成,用户分配系统 由线路放大器、分支器、分配器、用户终端以及之间的分支线、用户线和各个用户
5、的无源器件。要求有较高的隔离度和合适的输出电平。,有线电视的系统组成,网络中所使用的设备 前端设备：包括各种接收天线、节目源、调制和监控设备、本地电视台等。 干线网络：光发机、光缆、光接收机、监控设备、光无源分配器件及各接续附件等 分配网络：光节点放大部分、同轴电缆、分支器、分配器，用户终端等，同轴电缆不超过200米。,有线电视的系统组成,用户终端 终端盒（VHF插座，FM插座） 电视机,有线电视的系统组成,HFC 混合光纤电缆网 Hybrid Fiber Coaxial-Cable Network 即在干线传输中使用光纤，在接入网部分使用同轴电缆分配到用户的一种传输方式。 既发挥了光纤远距离
6、传输的优点，也发挥了电缆网络便于分配的优点。 HFC示意图。,光通信原理,光纤,光纤的结构,被覆层,包层（石英） N2,纤芯（石英） N1,N2,N1,全反射临界角为 arcsin(N2/N1),光纤,光纤的结构的类别,125um,光纤,光纤的传输损耗:,0.1,0.5,1,5,10,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,不纯物吸收,瑞利散射,紫外吸收,红外吸收,合计,光纤,多模色散 材料色散 结构色散,-10,-5,0,5,10,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,单模光纤的色散特性,2.0,合成色散,SM光纤 结构色散,材料色散,零色散点,光纤,色散位
7、移光纤DSF 增加结构色散,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0,合成色散,SM光纤 结构色散,材料色散,DSF光纤 结构色散,零色散点,-10,-5,0,5,10,光纤,光缆 层绞型 带状光缆,光器件,半导体激光器 温度越高，可用的线性区越小,电流,光,光强,电流,温度上升,光器件,从工作曲线可以看到，要使用激光器，正常的，稳定的工作，应该使用激光器稳定工作在线性区尽可能大的区域。激光器还要以下两个模块 自动温度控制ATC 自动增益控制APC,光器件,分布布接格反射半导体激光器。 激光器的反射镜面由光栅代替，在反射时只对固定波长的光进行反射，可以在高速的调制时提供单
8、纵模输出。 分布反馈式激光器（DFB） 在激光器内有源区内置光栅，光在波纹区来回反射，只有与波纹周期相同的光才会得到加强，其它则会抵消。从而提供单一波长的光。,光器件,光接收器件 光电二极管PD 得到与光功率成比例的电流，即光场强度的平方与电流是成比例的，为平方律检波系统 PIN光电二极管 在P层与N层中加了一个本征层I层的光电二极管，以提高灵敏度。 雪崩式光电二极管APD 利用雪崩效应，提高增益。,光器件,其它光器件 光放大器 光分路器 光分波器，光合波器 测试设备 光功率计（测试光功率值） OTDR光时域反射仪（测试光纤长度） 红光计（光缆中检查光纤的对应关系）,电视原理,电视原理,有线电
9、视的频道配置有线电视广播系统的频道配置采取与开路的广播电视频道相同的频率标准。 每频道占有8MHz的带宽，图象载频比伴音载频低65MHz，每频道的图象载频、伴音载频的频率选取方法均与广播电视相同。,8MHz PAL,模拟电平,视频载波,音频载波,6.5MHz,电视原理,标准频道（以下单位为MHz） 甚高频(VHF)频段79-111，为DS1DS4。 甚高频(VHF)频段167-223，为DS6DS12 超高频（UHF）频段470-526，为DS13DS19 增补频道（共37个） VHF的111167MHZ之间，ZlZ7 在223295MHz之间，Z8Z16 在295470MHz之间，Z17Z3
10、7,电视原理,有线电视质量的评定 频率范围。 系统输出端电平：包括用户端信号电平(技术规定范围为：6080dBmv、频道间电平差及频道内幅度频率特性等内容。 图象信号质量：其中主要包括载噪比、交扰调制、相互调制、交流声调制、微分增益、微分相位及频率的稳定度等内容。,电视原理,噪声指标： 信噪比SN ：视频信号功率与噪声功率之比 载噪比CN ：高频载波电压有效值与噪声电压均方根值之比。 信噪比与载噪比之间的关系。 SN(dB)CN(dB)6.4(dB) 国家标准规定，系统的载噪比不得低于43dB。噪声系数：噪声系数表示信号通过电气设备之后，噪声增加，信噪比下降的程度 噪声系统(F)输入端载噪比输
11、出端载躁比,电视原理,交扰调制 传输网络中宽带放大器电路的非线性失真，将使所接收频道的图象载波为干扰频道的波形所调制，这就是交扰调制(交调)，由此而产生交调干扰。 现象：在被干扰频道的图象上出现白色的、缓慎向左或向右移动的经条，即“雨剧”干扰。一般而言，交扰调制是低电平频道的载波受到高电平频道调制波的调制。CM20log(需要的调制电平其他频道转来的调制电平)dB 交扰调制比越大，表示交调干扰越小，系统质量越高。国标规定，CM46dB,电视原理,相互调制有线电视系统中，某一频道图象载频的谐波或其他几个频道之间差拍后产生的新的频率分量落入某一频道的带宽之内，和该频道的有用信号一起进人接收机，将造
12、成相互调制(互调)，而产生互调干扰。互调干扰在电视屏幕上呈“网纹”状，有时也产生模条纹或竖条纹。,电视原理,互调的产生有两种情况： 一是几个频道之间所产生的干扰称二次互调及三次互调等。 另一种是同一频道内，图象载频、伴音载频和彩色副载波三者产生的干扰，称为“三音互调干扰”。 互调干扰的大小程度在有线电视中以载波互调比IM来衡量。 IM201g(图象载波电平互调产物电平),电视原理,载波组合三次差拍(CTB) 即指在多频道传输系统中，由于设备的非线性传输特性中的三阶项引起的所有互调产物。具体是指三次项谐波(例如3f)、三次差拍(例如fff等)、三次互调(例如2ff等)等内容。 载波组合两次差拍(
13、CSO) 即指在多频道传输系统中，由于设备的非线性传输特性中的二阶项引起的所有互调产物。具体是指二次项谐波(例如2f)、二次差拍(例如ff，ff等)、二次互调(例如3ff等)等内容。,电视原理,CTB，CSO分量在图象中以类似于噪声的形式出现，在画面上产生一种横向的差拍干扰杂波，影响正常的收看。 CTB与CSO两个指标是频道数比较多的系统的主要指标。 经验公式：频道的功率提高1dB，则CTB恶化2dB，CSO恶化1dB,电视原理,互调干扰和交调干扰都是系统非线性传输特性的产物，它们是同时发生的。传送的频道越多，互调产物也越多；干线网络中串接放大器的数量越多，互调干扰也越大。在频道数少的系统中为
14、主要影响指标。,电视原理,交流声调制 HM交流声调制指某一电视频道的载波信号被电源频率或电源频率的高次谐波所调制而产生交流声调制干扰。 用交流声调制比HM来衡量： HM(交流声调制信号个峰电压图象载波峰值电压)100% 当系统出现这类交流声调制干扰时，画面上将产生交流50Hz的干扰信号：屏幕上出现横的、宽的干扰条纹以50Hz的频率上下滚动，这种情况即俗称的“滚条”现象。,电视原理,反射 当连接CATv网络的同轴电缆的特性阻抗与系统中各种有源、无源器件的阻抗不匹配时，所传输的高频信号将在系统中产生反射。 电视画面上出现重影”现象,电视原理,信号电平系统工作电平：指网络各个部分的输入、输出电平值。
15、 用户端输入电平：在VHF波段为5783dBuv，在UHF波段为6083dBuv。 公司要求为683 dBuv。 当用户端的电平太低时电视画面将出现“雪花”状的噪声。当用户端的电平太高时，将超出电视接收机内部放大电路的动态范围，使电路产生饱和，并产生非线性失真。画面上将出现各种干扰信号，严重影响接收效果。,电视原理,对电视质量的主观评价载噪比 图象上的噪声，即雪花干扰声音的质量 背景噪声，丝丝声，哼声及蜂声载波交流声 图象上下滚动的水平条纹即滚条交扰调制比 图象是移动的垂直或惯斜干扰，即串台载波互调 图象中的垂直、倾斜或水平条绞干扰回波 图象中沿水平方向分布在图象右边的“重影色度亮度时延差 彩
16、色和亮度信号没有重合，即彩色鬼影,电视原理,C/N 载噪比 =43dB 非线性失真指标： CTB 载波复合三次差拍比 =54dB CSO 载波复合两次差拍比 =54dB IM 载波互调比 =54dB HM 载波交流声比 =3% 用户电平 683dBv,电视原理,同轴电缆（四屏蔽） 阻抗正比于lg(D/d),内铜芯,绝缘层,屏蔽铜网,屏蔽铝箔,绝缘外护套,d,D,电视原理,高频电流流过金属导体时，由于电流集中于导体的表面因而使导体的有效模截面积减小、电阻增大，我们将此现象称为趋肤效应。趋肤效应与导体的材料及结构以及通过此导体的信号频率有关。,电视原理,对于同轴电缆，当物理结构及绝缘材料决定以后、
17、其衰减员就取决于流过信号的频率。我们称信号经同轴电缆传送后产生的衰减随着被传送信号的频率增加而加大的特性为斜率，斜率符合下述经验公式描述的规律：,HFC网络基础,HFC网络,HFC 混合光纤电缆网 Hybrid Fiber Coaxial-Cable Network 即在干线传输中使用光纤，在接入网部分使用同轴电缆分配到用户的一种传输方式。 在干线上，发挥了光设备失真指标高，噪声系数小，传输距离远的优点。 在接入上，也发挥了同轴电缆网络便于分配，灵活多变，成本低廉的优点。,HFC网络分级结构,结合上海有线电视网络的特点，我们在网络传输中采用了两级级联主干光网络，一级级联放大器网络的分配网络的传
18、输结构。 从总前端到分前端的光传输为第一级光网络 从分前端到光节点的传输为第二级光网络。 光节点以下为同轴电缆接入网络，光节点到用户终端最多经过一级放大器，采用同轴电缆树型分配网络的结构。,HFC网络分级示意图,HFC同轴分配网络,放大器最多一级级联 用户分配网络采用分配器与级联分支器组合的形式，级联的分支器的末端用匹配器终结。,NRT,NOR,NAMP,传统有线电视网为单向广播 式网络，无双向传输能力。 有线电视的双向改造，实际 就是使用网络的各个节点与 连接具有双向的能力。 改造后，HFC网络为双向860M网络。 采用65/85的中分割方案。 采用双工滤波器的模块的双向光节点 与放大器采用
19、。 各分支器、分配器，电缆，改进了反射与屏蔽的要求。,双向HFC网络,光纤传输方式,有线电视网络中采用光纤传输能提高传输的可靠性，改善系统的性能，增加传输带宽，同时能降低运行维护费用。目前，有线电视光纤传输系统主要有FM、数字和AM-VSB三种方式。,光纤传输方式,FM调制系统的传输质量很好，中继距离也比较远。但是由于FM调制系统是视音频基带传输，与现有的同轴系统不兼容，收发设备也较贵，所以一般只用于传送上行的视音频基带信号。,光纤传输方式,FM调制系统的传输质量很好，中继距离也比较远。但是由于FM调制系统是视音频基带传输，与现有的同轴系统不兼容，收发设备也较贵，所以一般只用于传送上行的视音频
20、基带信号。,光纤传输方式,目前，工作在1310nm波长窗口的AM-VSB光发射机，一般采用直接调制的分布反馈(DFB)激光器，单级光链路允许的光纤链路损耗已达到其饱和值14dB，如光纤损耗以0.4dB/km计，也就是说工作在1310nm波长窗口的单级光链路系统能覆盖35km的半径。若要扩大覆盖半径，可采用多级光链路级连的方式，但系统指标将下降，主要是非线性指标不能满足要求。,光纤传输方式,光纤1550nm窗口的损耗最小，随着工作波长为1550nm的掺铒光纤放大器(EDFA)和光发射机中受激布里渊散射(SBS)抑制电路的应用，使AM-VSB 1550nm光发射机和EDFA结合应用得到了很好的效果
21、，这时因为由于EDFA的高增益和非线性指标好的特点，使EDFA用来中继时能在保证系统指标的情况下大大扩展传输覆盖的范围。,HFC网络频谱规划,采用65/85中分割方案，0-65MHz为上行 85-550MHz为下行模拟信号频段 550-862MHz为下行数字信号频段,5,65,85,550,862,上行频段,下行模拟信号频段,下行数字信号频段,10dB,单位,通常网络中以频道内功率的大小作为频道能量的标志。 用dBmv或dBuv作单位。 dBmv=10log(mv为单位的功率值） dBuv=10log(uv为单位的功率值） 功率电压2 1mv2(1000uv)2 0dBmv = 60dBuv,
22、模拟信号与数字信号,对模拟信号，功率集中在载波处，而数字信号的功率分散在整个频道中。 为保持各个频道的总功率相同（交互调最小），一般要求数字信号的电平值比模拟信号的电平值小10dB。,6MHz NTSC,模拟电平,数字电平,视频载波,前端机房,反向RRX,RF 放 大 分 配 网 络,信号源,主路TX,备路TX,回传信号,主路FRX,备路FRX,反向RRX,总前端机房,分前端机房,反向RRX,主路TX,备路TX,分前端机房,接收从总前端送来的主备路模拟信号，经切换器完成信号的保护倒换。 使用RF放大分配网络，在满足光发机输入电平的指标的情况下，馈送给每一个光发机。 分前端也是数据分中心机房，完
23、成RF网络与IP网络的连接。以及本地数字设备与IP骨干网络的汇接。,模拟干线双路由保护,主用路由为1310nm波长，光缆直联，路由较近。 备用路由为1550nm波长，环网光纤，路由较远。 主备FRX接收的信号，经RF切换控制，进入RF分配网络。 反向信号，目前无备份。,模拟干线与数字干线,分前端数字环网,分前端模拟设备,主电视信号,备路电视信号,RF信号,电视+数字服务,模拟干线采用1310nm光波长信号，备份路由则使用1550nm光信号。 数字干线采用SDH环网，ATM环路与DPT环等形式构成。,在分前端以上，模拟干线数字干线分离。,在分前端以下，模拟与数字通过共同的HFC网络传输。,CMT
24、S系统与HFC,CMTS完成数据包与RF信号之间的转换，是连接数字平台与电缆平台的中间设备。 CMTS支持一个下行口27M，支持16个上行口，每口为10M。,Philips 传输设备介绍,Philips 传输设备介绍,机房设备 光节点 放大器,Philips传输设备介绍, 机房设备 Philips 光传输网络框图光发机 800-TX光收机 801-FRX反向光发机 200-TX反向光收机 2RRX射频放大器,光节点设备 NOR 正向光收模块 NRT 反向光发模块 RSS 反向切换开关 FOTO 网管模块 DNA 498 节点放大器,Philips传输设备介绍,Philips传输设备介绍,放大器
25、 AMP51-33 AMP52-33 AMP51-39,Philips机房设备,Philips 光传输网络框图光发机 800-TX光收机 801-FRX反向光发机 200-TX反向光收机 2RRX射频放大器 815,Philips光传输网络框图,正向光发机800-TX,45862MHz 1310(10)nm 312dBm(型号） 15dBmv(77ch) AGC 3dB 功耗 25W,正向光发机800-TX,正向光收机801-FRX,45862MHZ 12001600nm -10+1dBm +15dBmv-3dBm 0 -6dB 电平可调 1mW/V 光测试口 功耗 13W,正向光收机801-
26、FRX,反向光发机200-TX,5200MHZ 131010nm 6、8、10dBm 18dBmv（主输入） -10dB辅助输入口 -20dB RF测试口 3dB AGC范围 功耗25W,反向光发机200-TX,反向光收机2RRX,5200MHZ 12001600nm -18+1dBm光输入 20dBmv（min） 功耗12.7W 1mW/V 光测试口,反向光收机2RRX,射频放大器 815,45862MHZ 1015dB增益范围 30dBmv(77ch输出) -20dB 测试口 功耗15W,射频放大器 815, NOR 正向光收模块 NRT 反向光发模块 RSS 反向切换开关 DNA 节点放
27、大器 FOTO 网管模块,Philips光节点设备,NOR-860 正向光收模块,12001600nm 45862MHZ -5+1dBm 19dBmv-3dBm -30dB RF测试口 阈值光功率告警 功耗 9W,NOR 正向光收机模块,NRT 反向光发模块,131020nm 5200MHZ +1dBm 1020dBmv 10dB增益可调 功耗11W,NRT 反向光发模块,RSS 反向切换开关,570MHz 22dBmv (输入) -20dB 测试口 三态开关能力,RSS 反向切换开关,DNA 节点放大模块,DNA 节点放大器插片,NDA 节点放大器,通过选择不同的插片，可以实现一主一备，或二
28、主二备的工作方式。,FOTO 网管模块,FSK 50kHz 38.4 kB 可控制： 正反向主备切换 反向三态切换 本地晶振开/关,FOTO 网管模块,可监视： 接收光功率 RF输入电平 交流电压/直流电流 反向激光器偏置电流/光功率 开关切换状态 节点内部温度,FOTO 网管模块,Philips 放大器资料, AMP 51-33 AMP 51-39 AMP 52-33,Philips AMP 51-33,5862MHZ 双工滤波器（分割） 33/23dB（正/反向） 1路或2路输出 集中/本地供电 网管（可选） 测试口 功耗 18W,Philips AMP 51-33,1 输入插片 6 输出
29、插片 2&4 衰减器 步进/连续 3&5 均衡器 步进/连续 4 步进均衡器 衰减器尺寸 7&8双工滤波器 9 反向单元,Philips AMP 51-39,5862MHZ 双工滤波器（分割） 39/20dB（正/反向） 1/2路高1路低输出 集中/本地供电 网管（可选） 测试口 功耗 17W,Philips AMP 52-33,5862MHZ 双工滤波器（分割） 33/18dB（正/反向） 2/4路高1路低输出 集中/本地供电 网管（可选） 测试口 功耗 33W,Philips AMP 52-33,1,10,12高通 2,11,13低通 3,6,8,16,17 衰减器 4,5,8均衡器 14,15 输出插片 7 分路器,Philips AMP 52-33,谢谢大家的参加 再见,THANKS,
