223 HFC上行通路的调试.docx
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223HFC上行通路的调试
2.2.3HFC上行通路的调试
2.2.3.1基本概念
根据《HFC网络上行传输物理通道技术规范》GY/T180-2001的规定,上行传输通道的调试结果必须达到标准规定的要求。
在介绍具体的调整步骤之前,首先弄清几个基本概念:
1.单位增益与单位增益点
在上行链路级数很多的情况下,各有源站点的上行放大增益用于补偿与之相邻的站点间的路径损耗。
也就是说,确保在各站点的上行信号电平是一致的。
即达到任一相同上行器件、相同上行信号注入点的电平是一样的。
通常的做法是将站点的上行输入口(下行输出口)作为单位增益点,即上述的衡量上行信号电平一致的点。
注意光站的端口也是一个单位增益点。
由于“上行输入口/正向输出口”的描述太长,所以本书将它简称为“光站端口”和“放大器端口”。
2.单位增益点电平
虽然在实际运营的上行工作信号电平测量由于分时地来自不同用户(端口)而不能定量测量,但是网络调试和验收是通过在某个规定的上行端口传输稳定的规定电平,所以在调试或者验收时,可以通过测量某个单位增益点的上行电平,以验证或者调试电平到设计值。
3.总功率
指在假设上行满载(即全部上行频道被占满)的情况下,上行通路上某个参考点的电平。
因为上行的信号调制方式多种多样,占有带宽也不尽相同。
所以采用总功率的概念有利于上行的设计和调试。
4.每Hz平均功率法
一种从总功率中分配业务信道工作电平的方法。
在参考点上,将总功率平均分配到每Hz带宽上,得到所谓的“每Hz功率”。
然后根据业务带宽,乘以每Hz功率,就得到了准确的业务工作电平。
5.上行最大过载电平
上行通道传输来自不同端口、不同频率的全部信号电平可能超过传输设备的规定工作条件而产生非线性失真,在产生允许的非线性失真条件下的电平值称为“最大过载电平。
6.载波/汇集噪声比
上行传输路由中的全部噪声是来自每一个用户端口、每一段路由和每一个接头而侵入的干扰和噪声汇集之和,在上行接收设备输入端测量的信号载波电平与全部汇集噪声电平的比值为“载波/汇集噪声比“。
当前关于上行通路调试方法有很多,下面分别介绍“路由增益调试法”和“往返信使法”。
2.2.3.2路由增益调试法
HFC的上行调试不管采取什么方法与技术手段,重要的是选取合适的上行工作电平以得到最佳的系统载噪比,避免上行激光器和射频上行放大模块失真超限,并控制在有裕量的合理工作范围内。
7.上行传输通道调试与下行传输通道调试不同之处
上行通道中没有幅度稳定的电视信号作为测量信号,并且每一个用户终端经过的路由是不同的(增益是不同的),则每一个终端的噪声贡献是不一致的;如果路由增益严重不一致,无论光站或者放大器的上行输入(输出)电平值仅仅对某一个特定的用户终端才有效。
为了确保网络设计中规定的各点电平测量值是有意义的、是符合设计规定范围内的,所以我们要求每一个汇集点以下全部用户终端到汇集点的传输增益是基本一致的,需要对上行路由增益进行分别调试。
8.路由增益调试法的原理
通过改变传输网络中的每一个设备中的各个衰减器的衰减量,达到每一个用户路由上行传输增益一致性在标准规定范围,从而确保网络设计中规定的电平指标(确保设备的工作条件)。
9.“路由增益调试法”上行调试要点
1)链路之间的增益一致性
上行信号是来自不同用户端口,因为每一个用户的每一个端口到上行传输的任何汇集点的传输增益都是不可能绝对相同的,任何用户的任意一个端口上行到汇集点的传输增益称为上行路由增益,其中呈现最大传输增益与最小传输增益的相差值为上行传输路由增益差。
上行传输总增益一般地为负增益。
显然,各上行传输路由增益相差愈小则表明上行网络设计、施工调试质量越好。
2)信号电平与设备要求的工作电平的关系
因为任何设备的输入信号同时包括了频段内的各种输入干扰噪声信号电平,所以在考虑传输设备的工作电平时,不可以仅仅计算有用信号而忽视干扰信号电平的实际存在,尤其上行传输实际存在的汇集噪声恰恰可能是主要能量成分(是远远大于设备本身产生热噪声的特有干扰信号)而成为输入电平中的强干扰成分。
由于汇集干扰噪声能量的不确定性,设计计算时往往忽略了,一般是采取尽量使信号电平工作在光站设备要求的下限,保留最大的上限动态裕量,防止设备由于强干扰出现时光站上行过载产生非线性失真(与噪声互调,降低信号频道内的C/N值)。
3)采用上行信号发生器作为调试信号源
采用上行信号发生器作为调试信号源(输出单路或者多路载波信号),按照标准规定的方法进行调试。
因为上行网络中的信号将是多样化的,不能仅仅以当期需要传输的单一信号为设计依据进行调试,也不能仅仅以CableModem信号电平为网络调试的测试信号。
尤其是CMTS会指令性地自动调整每一个CM(CableModem)分别经过不同路由传输的上行信号电平为规定输出电平值,不能达到网络调试的目的。
4)上行传输链路的调试原则
因为上行传输调试链路的调试一般情况下都是在下行传输链路信号正常工作条件下进行的,不能中断或者影响广播电视信号的正常传输,一切中断传输物理接头的行为都是错误的。
一切调试行为都是按照设计规定的参数(规定的测量电平),测量检测口电平,调整链路中的每一个上行衰减器而完成的。
上行传输链路的设计要求指标和调试可依据《HFC网络上行传输物理通道技术规范》GY/T180-2001的规定进行。
控制噪声的基本的方法还要依赖于优良的施工工艺。
阻抗的匹配、电气接触的良好性、接地的处理、减少连接器、不能有空载的端口等都是需要加以注意的工艺问题。
5)HFC上行网络汇集噪声强度随时间的变化
一般来说,由于家用电器的使用,夜间的汇集噪声强度比白天大,所以要求网络的测量性能指标在白天的测量值相对于工作指标要求高,所以应该具有3~6dB的裕量,确保网络全天候工作可靠。
要指出的是,随着数据用户数量的不断增多而增加前端数据传输设备,前端的上行连接结构(图)会不断变化。
每次改变都要注意总衰减量(路由增益)不能变。
经过正确调试上行通道的增益一致性,就避免了传输路由中衰减量小的部分终端引入的噪声过量而影响整个汇集点的汇集噪声电平,网络上行工作载噪比会有明显的改善,也确保了传输设备工作在最佳工作的的裕量范围。
2.2.3.3往返信使法
10.往返信使法介绍
双向HFC上行通道的调整过去一直被认为是非常困难的问题,但是实际上上行通道的调整并不比正向通道困难。
我们推荐的上行通路调试方法是所谓的“往返信使法”。
该方法的名称最早见于由原GI公司(现Motorola宽带联网部)的两位专家所著的《有线电视宽带HFC网络上行系统》一书中。
在反向通道调整中,首先应准备一个多路信号发生器,产生均匀分布在整个上行频带内的多个等幅的载波。
为了得到好的上行通路的调试结果,建议至少产生6根以上的载波。
因为载波数越多,越能反映出整个频带的斜率和平坦度。
将该“多路信号”注入到系统中,如下图所示,信号注入到了位于光站的端口的上行信号注入点(实际上往往与正向信号的输出测试点相同,例如SG2000和SG1000)。
该多路信号会沿着上行通路返回到前端的光接收机,并转变为射频信号。
此处可用一个频谱仪测量上行回来的多路信号,并在屏幕上显示出其电平和平坦度。
频谱仪的显示可以由其背后的video输出到一台设置在空闲可用频道上的调制器上,并沿正向通道发送下去。
在现场的工程师可以用一台普通的电视机可以观看到频谱仪的显示。
现场工程师根据电视机屏幕(同时也是频谱仪的显示),进行上行通路的调试。
这样的调试方法被称为“往返信使法”。
图2-36往返信使法框图
11.上行调试的顺序
在上行通道的调整中,应遵循反向光接收机——反向光发射机——光站——桥接放大器——延长放大器——楼栋放大器的顺序原则。
在本节中我们将反向通路的调整分为以下几个部分:
●上行光链路的调整
●射频同轴网络的上行通道调整
●上行光接收机到业务设备之间的调整
其中上行光接收机至业务设备(如CMTS头端设备)之间的实际上并不需要调测,但是这段衰减量的设置是极为重要的,所以下文中也会对这一段的衰减计算做详细的说明。
使用专用的扫频设备,你也可以使用专用的扫频设备,例如Acterna的SDA5500/5000系列、Trilithic的SST/SSR等。
其原理与前面的“多载波”的方法相同,只不过是将现场的发射信号源部分和显示部分合为一个“手持设备”,将位于前端的测量信号电平设备与向下行发送的设备合为一个“前端设备”。
而手持设备发送的上行测试信号也变为了扫频方式。
这种设备可以大大提高上行通路的调试效率,并且往往由于手持设备同时也是一个性能很好的场强仪,所以连同正向也可以一起调试,甚至可以对正向进行扫频的测试。
通常一个前端扫频设备可以同时与5~10个手持设备协同工作。
下面是用扫频设备的典型连接图。
图2-37用扫频设备的典型连接图
HFC的上行调试不管采取什么方法与技术手段,重要的是选取合适的上行工作电平已得到最佳的系统载噪比。
避免上行激光器和射频上行放大模块产生失真,并在一个受控的工作范围内。
经过正确上行通路调试的网络的上行噪声会有明显的改善。
要求上行信号到达每个反向放大器的输入口的总功率都应该是88dbμv,这样每个载波的电平值为88-10log6=88-8=80dbμv,调整信号发生器,使每个载波都为80dbμv。
为了测试和调整的方便,我们将频谱仪上看到的反向光接收机输出的射频信号送到调制器上,调制送到下行频道后用电视机接收观看。
(在实际工程应用中,一般也是使用这个方法)具体步骤如下
12.上行光链路的调测
1)上行光接收机和上行光发射模块
为适应上行业务的需求,上行光接收机要求宽动态范围,增益可控,适应较低的接收光功率和良好的噪声系数指标。
其上行工作频带通常为5-200MHz,尽管目前大多数的系统用到的上行频段仅仅为5-65MHz,或5-42MHz,上行光接收机的5-200MHz频带的设计可以适应将来的频带扩展。
光节点的上行光链路采用的是一对一的结构,每一个上行发射模块对应一个上行接收机。
这样前端需要对应大量的光反向接收模块。
为了节省空间,降低成本,通常生产厂家将多路上行接收机集成到同一模块中,一般多见于双路接收,最近也出现了集成更多路接收的产品设计。
下面是GX2-RX200Bx2双路上行光接收机的原理框图。
GX2-RX200Bx2接收机对输入光功率的要求为0~-16dBm,为了得到较好的载噪比指标,在系统设计时,应将接收功率控制在0~-10dBm之间。
将来很有可能在系统的设计中,用双路由冗余备份的方式将光节点和前端设备连接起来,以提高可靠性。
对于这样的系统,GX2-RX200Bx2还提供了冗余切换的驱动信号。
该信号与RF输出共用一个同轴输出口。
图2-38GX2-RX200Bx2原理框图
安装在光节点内的上行光发射机通常采用直接调制的FP或DFB型小功率激光器。
鉴于光节点的体积和供电情况,常见的上行模块并不像正向发射机那样设有复杂的温度控制电路。
针对我国目前的典型的节点距离,FP型激光器获得了普遍应用。
上行光功率也多在1mW以下。
经过若干dB的光链路损耗,进入前端上行光接收机的输入功率满足0~-16dBm的要求。
对于SG2000型光站,常用的上行模块包括
SG2-IFPT/*:
400μW带隔离的FP上行激光模块
SG2-DFBT/*:
1mW带隔离的DFB上行激光模块
SG2-DFBT/3:
2mW带隔离的DFB上行激光模块
SG2-EIFPT/*:
增强型1mW带隔离的FP上行激光模块
其原理框图如下:
图2-39SG2000型光站原理框图
目前还有一种技术叫做“数字上行技术”。
数字上行主要解决两个方面的问题:
一是针对特别长的光链路,由于数字化以后信号可以再生,故而可以传得更远;另一个是TDM的应用,TDM可以将光节点不同支路的上行信号进行数字时分复用,从而提高上行容量。
鉴于目前国内极少用到数字上行技术,此处不做详细介绍。
2)上行光链路的调测
(1)确定参考链路、确定接收机输出电平。
将本区域的所有光链路的长度列出来,比如最近的为2km,最远的为15km。
采用的是1310nm的上行发射机,所以链路损耗为最小~0.8dB,最大~6dB。
选取中间偏远的长度为参考链路,例如选择10km,即4dB的链路作为参考。
另外考虑到光接头的损耗,我们选择以5dB为参考链路的总损耗。
参照下表得到参考链路在接收机的输出电平:
表2-29接收机的输出电平
以常用的SG2-IFPT上行发射模块为例,从上面的表格中选定RX200B的输出为48dBmV,即108dBuV为统一的上行光接收机输出电平(不要忘记这个电平值是总功率!
)。
(2)给上行光发模块注入信号
不同的光站/光节点生产厂家会结合自己产品应用激光器的类型,产品的结构设计特点,给出一个推荐的上行光发射模块的加载输入电平值。
下面的表格是各种上行光发射模块所要求的注入电平(注意也是总功率)。
表2-30上行光发射模块所要求的注入电平
上行调试时,应该按照上面所要求的电平值注入到上行光发射模块中,进行上行光链路的调测。
注意到在上文中提到的多路信号发生器同时发射多个载波的信号,因此该多路信号的总功率为:
多路信号总功率dBuV=单路信号电平dBuV+10logN
其中N为载波数量。
当选用的是6载波发生器时,10logN=8dB。
将单路载波电平67dBuV的6载波信号(即总功率为75dBuV)注入到SG-IFPT激光模块中,才能对上行光链路进行下一步的调整。
(3)节点内部增益调整
注意在上面的上行光模块驱动电平的表格中所列的值是指上行光发射模块的输入端口的位置,而非光站外壳上的端口应该加载的反向输入功率。
光站外壳的端口也叫做“单位增益点”,其电平应该统一为88dBuV。
将光站端口的“单位增益点电平”转换成上行光发射模块的“驱动电平”,节点内部的电路或者提供合适的衰减,或者提供合适的增益,这叫做“节点内部增益”的调整。
对于SG2000和SG1000型光站而言,由于不能直接给上行光发射模块进行信号的注入,所以应首先进行节点内部增益的调整。
从光站端口(一般选择右上角的主端口)注入88dBuV的反向测试多路信号,验证在发射模块前的信号是不是所要求的75dBuV,如果不符,更换发射模块之前的衰减片以得到正确的驱动电平。
图2-40光站信号测试点
(4)应注意所有的测试口都是20dB的。
所以在光站端口的测试口注入信号的电平应该是108dBuV总功率,而在光模块之前验证到的电平应该是55dBuV总功率。
(采用6载波测试信号,在上述两个地方的每单个载波的幅度应该分别为100dBuV和47dBuV。
)
3)调整光链路
在光站正确注入多路载波的上行测试信号以后,则需要前端人员的配合进行光链路的调整。
根据上文所述的按照参考链路确定上行接收电平的原则,我们以108dBuV为例确定了统一的上行接收电平(总功率)。
在RX200B光接收机的RF输出端接上频谱仪测量现场传回的多路信号,调整接收机的内部增益,得到所期望的108dBuV总功率的输出。
注意由于108dBuV指的是多路信号的总功率,所以每一单个载波的幅度应该为100dBuV。
进行内部增益调整可以通过GX2的前面板按钮,也可以通过web的方式调整,直到频谱仪测量到的单个载波幅度等于100dBuV。
采用“往返信使法”,现场的测试人员可以通过电视机观察到前端调试的结果。
另外,从光节点/光站的上行通路一般不需要进行平坦度的调整。
前端的工作人员进行调整之前,首先应确认接收到的反向光功率的正确。
测量的手段可以使用光功率计,也可以从面板上或web页面上读取功率的读数。
图2-41web页面上的读数
13.射频同轴网的调测
1)上行宽带放大器的调测
反向光接收机与光站调整好后,反向光接收机的输出电平将不再做任何调整。
所以,本小节的所有测试环节,都不需要前端人员的参与。
只需现场的人员就可以完成所有同轴系统的上行调试。
放大器的调试必须按照从光站到楼放的顺序依次而行,绝不允许中间跳过任何一个放大器。
如下图所示,调试人员必须沿着amp1、amp2、amp3、amp4/amp5的顺序依次调试。
图2-42放大器调试步骤图
每一个上行放大器的调整方法完全相同,上行调试的目的是实现上行通道的单位增益。
由于当前所调试的站点和它的前一级站点之间存在着电缆和许多无源的器件,所以带来一定的损耗和斜率。
对放大器的上行进行调试的目的就是要对站点之间的损耗和斜率进行合适的补偿。
上行调试的步骤如下:
1.放大器的端口是单位增益点,所以注入的信号应该相当于在单位增益点得到88dBuV的电平。
通常将上行的多路调试信号从站点的正向输出测试口注入放大器。
考虑到20dB的测试口,注入的信号电平应该为108dBuV。
(与光站相同。
)
2.观察电视机上显示的多路电平幅度,更换合适的反向均衡器,使得多路信号的高低端变平坦。
3.继续观察电视机上显示的多路电平幅度,更换合适的反向衰减片,使得频谱仪测得的幅度恢复到先前的值(例如108dBuV总功率)。
4.重复上述步骤,直到调整完最后一级放大器。
注:
如图所示,放大器内部衰减的调整,应当调整反向放大输出后的衰减值,而不是放大模块之前。
(便于提高上行信号的载噪比)
图2-43放大器调试点
2)用户分配系统的调测
无源用户分配系统(电分配)是造成系统各用户之间链路损耗差异,以及上行噪声混入的主要部分。
良好的网络设计可以有效降低噪声的积累。
但由于用户的分布千差万别,用户分配网也会千差万别。
如何有效设计一个合格的用户分配网,请参阅相关的文献。
描述最为简明的设计原则是:
●6dB准则:
所有用户家到达单位增益点的上行损耗衰减差异不超过6dB
●30dB准则:
从用户家到达单位增益点的最大损耗不超过30dB
●单位增益准则:
有两层的含义,一是指各站点(包括光站)之间的单位增益,另指光链路的单位增益。
换言之,无源用户分配网部分并不需要系统的通调,其上行通道的平衡和总衰减的控制是靠设计实现的。
但是当现场工程师对某光节点片区完成上行通道的调测之后,有必要对最终用户的终端进行抽检。
抽样的原则基本上应兼顾到最近和最远的用户。
依然采用“往返信使法”,在选定的用户家端口,将上行的多路测试信号注入到系统中,调节多路信号的电平大小,观察电视机上的幅度显示,直到与原来的值相同。
此时记录多路信号源的电平。
将该电平与单位增益点电平相比较,可得出该用户到单位增益点的衰减。
所有的抽样点都应符合上述的6dB和30dB准则。
14.上行调试要点图示
1)关键点的电平(总功率)
图2-44上行调试要点
2)光链路的单位增益
图2-45光链路的单位增益
3)CableModem的实际工作电平
CableModem的工作电平计算用到了前文所述的每Hz功率法。
例如在单位增益点的总功率应为88dBuV,假设cablemodem的工作带宽为3.2MHz,则利用每Hz功率法得到3.2MHz带宽的CableModem业务的工作电平应为
88dBuV–10log(60MHz/3.2MHz)=75dBuV
其中60MHz指得是5~65MHz的上行总带宽,3.2MHz是cablemodem的工作带宽。
75dBuV是指从用户家中的cablemodem发射的3.2MHz的上行信号,到达站点端口(单位增益点)的实际电平。
上述公式可应用于网络上任何一个参考点。
图2-46CableModem的实际工作电平
4)无源分配网中各点的电平
图2-47无源分配网中各点的电平
当然控制噪声的最基本的方法还是依赖于优良的施工工艺。
阻抗的匹配、电气接触的良好性、接地的处理、减少活接头、不能有空载的端口等都是需要加以注意的工艺问题。
15.上行光接收机到业务设备
此部分将以目前最主要的业务应用CMTS为例说明如何处理从上行光接收输出至CMTS上行端口之间的损耗。
这一段一般包含了一个灵活配置的混合/分配网络。
在业务的初期,用户比较分散,因而CMTS的一个上行端口可能要覆盖多个光节点。
而这样就需要合路器将这几个光节点的上行混合起来。
接着在进行分配,给不同的业务接收机。
而随着业务的增长,一个CMTS的上行端口可能会减少到只带一个光节点,甚至多个CMTS的上行端口服务于一个光节点,此时就需要将合路器拆掉。
无论怎样变化,我们都需要控制好从光接收机的输出点到CMTS上行端口的总衰减量。
在这里我们再一次使用每Hz功率法,得到在接收机的输出口cablemodem的实际电平。
依然假设cablemodem的工作带宽为3.2MHz,并且接收机输出口的总功率为108dBuV。
套用每Hz功率法的公式,此时cablemodem的实际工作电平应该为
108dBuV–10log(60MHz/3.2MHz)=95dBuV
而CMTS上行端口的电平可以由CMTS的操作人员设定,常见的设置是将CMTS的端口接收电平设为0dBmV即60dBuV。
这样从上行接收机的输出到CMTS上行端口的总衰减应控制为精确等于
95dBuV–60dBuV=35dB
如下图所示:
图2-48链路总衰减
需要指出的是,随着数据用户数量的不断增多,前端的上行连接图会不断变化。
每次改变都要注意总衰减量不能变。
2.2.3.4、双向有线网络的调试建议
采用无锡雷华-环球公司、无锡日升公司回传光接收机、光站、双向放大器线路的调试建议。
1.挑选回传光纤链路最长的一条,然后在回传接收机处测得回传信号大小,调节回传接收机信号大小至设计值。
其它各路回传信号均调节到此电平。
2.在光站输出测试端口注入97dBμV的反向信号(实际加载到反向通道的信号是77dBμV),调节反向增益模块后的衰减片,使到达光站中的回传激光器的反向输入电平达到最佳值(可参照光站的使用手册确定此值,回传信号达该值时,回传光发射机的NPR最佳)。
3.在放大器输出测试口注入97dBμV的反向信号,然后在光站内部的反向通道测试口测量信号值(双路输出放大器应比单路输出放大器低4dB,因为有混合的结果),使得从光站到放大器之间的回传通道反向增益为零。
即反向通道的零增益调试。
4.其它放大器按步骤三进行调试,直至一个光站下的放大器全部调试结束,至此,反向调试过程完成。
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