摘要： 本文討論HFC有線電視系統(tǒng)的指標(biāo)構(gòu)成情況，得出不同于通常認(rèn)為的HFC系統(tǒng)指標(biāo)緊張的觀點(diǎn)。對于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)光鏈路的指標(biāo)及其在有線電視中的建設(shè)應(yīng)用有所幫助。
一、引言
由于光纖傳輸具有頻帶寬、損耗低、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，因此，利用光纜作為超干線、主干線傳送有線電視信號(hào)近年來得到了廣泛的應(yīng)用。由于光纜與光設(shè)備價(jià)格的大幅度下降，HFC(光/電混合)網(wǎng)的建設(shè)成為經(jīng)濟(jì)可行。另一方面，隨著社會(huì)對信息服務(wù)的需求急劇地增長，有線電視豐富的頻率資源的開發(fā)不再限于單向提供廣播電視的基本功能上。HFC網(wǎng)的建設(shè)成本低、易于升級(jí)改造、頻率資源豐富，將在信息高速公路的建設(shè)中占據(jù)重要的地位。這也使得HFC網(wǎng)的建設(shè)勢在必行。在城市與縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)與農(nóng)村的有線電視聯(lián)網(wǎng)中，已有很多城市采用兩級(jí)星型拓?fù)涞腍FC網(wǎng)有線電視系統(tǒng)，效果良好。
目前大部分的有線電視系統(tǒng)傳送的頻道數(shù)在30套左右，頻道數(shù)較少，所以對鏈路的指標(biāo)要求不嚴(yán)格，光鏈路及同軸網(wǎng)線路調(diào)試比較容易，并且能夠聯(lián)多級(jí)的線路放大器。信號(hào)到達(dá)用戶終端時(shí)，質(zhì)量令人滿意。有的技術(shù)人員擔(dān)心，將來隨著系統(tǒng)頻道的增多，比如達(dá)到50、60套，光鏈路傳輸質(zhì)量將下降一倍或者更多，電纜網(wǎng)絡(luò)的傳輸質(zhì)量也將下降，電纜網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離將受限制。究竟HFC系統(tǒng)的傳輸性能如何，將來是否會(huì)遇到這個(gè)問題，到時(shí)我們應(yīng)該如何處理，以下我們結(jié)合這幾年的HFC網(wǎng)建設(shè)實(shí)踐，對HFC網(wǎng)的主要指標(biāo)C/N、CTB、CSO進(jìn)行具體的分析(為方便起見，本文以CTB、CSO代表C/CTB、C/CSO)。
二、HFC系統(tǒng)的組成
HFC有線電視系統(tǒng)由前端、光鏈路(光發(fā)射→光纖→光接收)與電纜網(wǎng)絡(luò)三部分組成。如圖1所示
經(jīng)過幾年的技術(shù)改進(jìn)，有線電視前端設(shè)備的性能已大大提高。目前，性能良好的前端系統(tǒng)的信號(hào)指標(biāo)已達(dá)到了很高的水平(C/N≥54dB CSO≥70dB CTB≥75dB)。由于光設(shè)備的成功運(yùn)用，使有線電視的發(fā)展建設(shè)進(jìn)入了新的時(shí)期。在光鏈路方面，特別是1550nm波長設(shè)備的開發(fā)使用，使中長距離的市縣鄉(xiāng)村有線電視的聯(lián)網(wǎng)不難實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)廠家生產(chǎn)的性能良好的1310nm的DFB光鏈路設(shè)備在傳送60/59套電視節(jié)目時(shí)，均能達(dá)到如下指標(biāo)：C/N52dB CTB65dB CSO63dB、0dBm接收光功率。而1550nm的外調(diào)制的光鏈路的指標(biāo)更優(yōu)良。
了解前端與光鏈路的性能指標(biāo)之后，以下我們就具體地分析HFC系統(tǒng)的傳輸性能。
三、HFC系統(tǒng)的性能指標(biāo)分析
以下分別討論具有一級(jí)光鏈路和二級(jí)光鏈路的HFC有線電視系統(tǒng)的傳輸性能，著重分析廣泛運(yùn)用的具有兩級(jí)光鏈路的HFC系統(tǒng)。
1.具有一級(jí)光鏈路的HFC系統(tǒng)
目前城市有線電視的建設(shè)、改造常用此系統(tǒng)。如圖1所示。將市區(qū)及市郊的有線電視網(wǎng)絡(luò)按戶數(shù)、地域劃分成若干個(gè)小區(qū)，分階段由疏而密地建設(shè)光節(jié)點(diǎn)。前端信號(hào)經(jīng)一級(jí)光鏈路送到各個(gè)光節(jié)點(diǎn)。根據(jù)以上列舉的各項(xiàng)指標(biāo)，以DFB光鏈路為例，我們來討論一級(jí)光鏈路的HFC網(wǎng)系統(tǒng)的主要指標(biāo)。根據(jù)GY/Y131-1997標(biāo)準(zhǔn)，DFB光鏈路與射頻部分的C/N的指標(biāo)的級(jí)聯(lián)加算系數(shù)k為10，CSO、CTB指標(biāo)的級(jí)聯(lián)加算系數(shù)k為15。這與純電纜網(wǎng)絡(luò)有很大的不同。它們的指標(biāo)與分配比例的關(guān)系為：
C/N=44+10lg(1/δ) CTB=55+15lg(1/δ’)
CSO=55+15lg(1/δ”)
根據(jù)以上公式，可算出前端及光鏈路占用系統(tǒng)指標(biāo)的比例，然后把系統(tǒng)指標(biāo)剩余的部分分配給電纜網(wǎng)絡(luò)。結(jié)果如下：
可以看出，前端及光鏈路只消耗了系統(tǒng)指標(biāo)的小部分，系統(tǒng)留給電纜網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)指標(biāo)還是比較富裕的，這已超過了原來的純電纜網(wǎng)絡(luò)的超干線之后的指標(biāo)。在HFC網(wǎng)建設(shè)的前期，光節(jié)點(diǎn)分布比較稀疏，未考慮反向傳輸技術(shù)要求對覆蓋用戶數(shù)的限制時(shí)，電纜網(wǎng)絡(luò)傳輸較長的距離(可超過8級(jí))還容易達(dá)到指標(biāo)要求。具有電纜網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員很容易地看到這一點(diǎn)。這里不做具體的計(jì)算。
2.具有兩級(jí)光鏈路的HFC系統(tǒng)
在城市與縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村的聯(lián)網(wǎng)中，常用這種系統(tǒng)。如圖2所示，第一級(jí)光鏈路距離較遠(yuǎn)(個(gè)別還需中繼)，通常采用1550nm的外調(diào)制方式光設(shè)備，第二級(jí)光鏈路多采用1330nm的DFB光設(shè)備，在第一級(jí)接收點(diǎn)通常還加入部分信號(hào)。
以上各部分的指標(biāo)級(jí)聯(lián)加算比較復(fù)雜。根據(jù)GY/Y131-1997標(biāo)準(zhǔn)，射頻部分與外調(diào)制光鏈路、外調(diào)制光鏈路與DFB光鏈路的C/N、CSO、CTB指標(biāo)的級(jí)聯(lián)加算系數(shù)k都為10，射頻部分與DFB光鏈路的C/N、CSO、CTB指標(biāo)的級(jí)聯(lián)加算系數(shù)k分別為10、15、15。為了簡化計(jì)算，并且合乎要求，我們先計(jì)算兩個(gè)光鏈路的合成指標(biāo)，再計(jì)算光鏈路與射頻部分的合成指標(biāo)。以外調(diào)制的光鏈路指(C/N≥52dB CTB≥68dB CSO≥65dB0dBm接收光功率)與上面所列的DFB指標(biāo)為例，先計(jì)算兩個(gè)光鏈路的合成指標(biāo)。根據(jù)以下的計(jì)算公式
C/N=44+101g(1/δ) CTB=55+101g(1/δ’)
CSO=55+101g(1/δ”)
可得出兩級(jí)光鏈路級(jí)聯(lián)后的合成指標(biāo)，并把它與電纜系統(tǒng)按C/N、CSO、CTB指標(biāo)的級(jí)聯(lián)加算系數(shù)k分別為10、15、15進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表2：
以上的計(jì)算結(jié)果會(huì)出乎很多技術(shù)人員的意料。這時(shí)，信號(hào)雖然經(jīng)過了兩級(jí)光鏈路，但信號(hào)的指標(biāo)損失并不太多，系統(tǒng)留給二級(jí)電纜網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)比例系數(shù)還相當(dāng)多。這與通常認(rèn)為的情況相差很大。這是因?yàn)楣怄溌废到y(tǒng)產(chǎn)生的非線性失真與純電纜網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的非線性失真機(jī)理不同，而且外調(diào)制與DFB光設(shè)備產(chǎn)生的非線性失真機(jī)理也不同，它們之間級(jí)聯(lián)后的非線性失真疊加計(jì)算法則與純電纜網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算不相同，不能按照原先常用的疊加法則進(jìn)行。在HFC網(wǎng)建設(shè)的早期，很多文章的計(jì)算不夠合理，這點(diǎn)應(yīng)引起我們足夠的重視。這里計(jì)算運(yùn)用的加算方法與實(shí)際情況也有所差別，但應(yīng)在要求以內(nèi)。
四、應(yīng)用分析
根據(jù)以上對HFC系統(tǒng)指標(biāo)的分析，我們了解了采用具有兩級(jí)光鏈路的HFC網(wǎng)的建設(shè)是切實(shí)可行的，不存在通常認(rèn)為的指標(biāo)緊張的情況。而且，我們還可推算，間隔地使用不同調(diào)制方式的光鏈路，避免信號(hào)失真成分以電壓相加的形式的累加，建設(shè)具有三級(jí)光鏈路的HFC網(wǎng)也將是可行的。
在HFC網(wǎng)的建設(shè)中，我們應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理分配系統(tǒng)的各部分指標(biāo)，以使系統(tǒng)各部分有足夠的指標(biāo)，且便于調(diào)試，使系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行。比如，對于市區(qū)或戶數(shù)密集地區(qū)，線路級(jí)數(shù)較少，電纜網(wǎng)絡(luò)的指標(biāo)分配比例可減少；對于郊外農(nóng)村地區(qū)，戶數(shù)稀疏，電纜網(wǎng)絡(luò)應(yīng)有適當(dāng)?shù)谋壤?/P>
對光鏈路系統(tǒng)的指標(biāo)分配、應(yīng)用調(diào)試還需注意兩點(diǎn)：一是光鏈路各項(xiàng)指標(biāo)與光調(diào)制度的關(guān)系；二是光鏈路指標(biāo)與傳輸頻道數(shù)的關(guān)系。在光傳輸系統(tǒng)中，載噪比與非線性失真的矛盾關(guān)系與電纜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相似。在電纜網(wǎng)絡(luò)中，調(diào)整放大器的工作電平，可以提高或降低C/N，同時(shí)相反地改變CSO、CTB的指標(biāo)。在光鏈路中，我們同樣也可以通過改變光調(diào)制度來調(diào)整其C/N、CSO及CTB指標(biāo)。參見GY/T131-1997，在頻道數(shù)不變，調(diào)制度變化時(shí)，指標(biāo)變化的關(guān)系可估算表達(dá)為
ΔC/N=201g(m1/m2) ΔCTB=-301g(m1/m2)
ΔCSO=-201g(m1/m2)
簡單地說，C/N改善1dB,CSO劣化1dB，CTB劣化1.5dB，反之亦然。根據(jù)這個(gè)關(guān)系，在實(shí)際應(yīng)用中，如有必要，我們可對光鏈路指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以改善留給電纜網(wǎng)絡(luò)的C/N或CSO、CTB指標(biāo)，更好地發(fā)揮HFC系統(tǒng)的傳輸性能。
另外，以上的技術(shù)指標(biāo)都是以59個(gè)頻道進(jìn)行計(jì)算的。目前大多數(shù)的有線電視系統(tǒng)傳送的頻道數(shù)少于59個(gè)，故系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)比上表富余。電纜網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能傳送更多的級(jí)數(shù)，覆蓋的范圍更廣。隨著將來頻道數(shù)的增加，到時(shí)光節(jié)點(diǎn)的分布也將更密集，所覆蓋的戶數(shù)只有幾百戶，范圍將變小，電纜網(wǎng)絡(luò)傳輸少于3級(jí)即可。只要增設(shè)光節(jié)點(diǎn)，減少干線級(jí)數(shù)，不需花大力改造網(wǎng)絡(luò)。對于戶數(shù)稀疏的郊外農(nóng)村，可能干線級(jí)數(shù)較長，干線應(yīng)給適量的指標(biāo)。在實(shí)際的線路調(diào)試中，在滿足載噪比指標(biāo)的范圍內(nèi)，可采用工作電平傾斜輸出的方式以降低放大器的非線性失真，達(dá)到增加級(jí)連數(shù)的要求。同時(shí)，我們還可以選擇非線性失真性能指標(biāo)良好的前饋型放大器，用在較長距離的線路中。
以上的分析表明，具有兩級(jí)甚至三級(jí)光鏈路的HFC有線電視系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)用是可行的。耗了系統(tǒng)指標(biāo)的小部分，系統(tǒng)留給電纜網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)指標(biāo)還是比較富裕的，這已超過了原來的純電纜網(wǎng)絡(luò)的超干線之后的指標(biāo)。在HFC網(wǎng)建設(shè)的前期，光節(jié)點(diǎn)分布比較稀疏，未考慮反向傳輸技術(shù)要求對覆蓋用戶數(shù)的限制時(shí)，電纜網(wǎng)絡(luò)傳輸較長的距離(可超過8級(jí))還容易達(dá)到指標(biāo)要求。具有電纜網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員很容易地看到這一點(diǎn)。這里不做具體的計(jì)算。
