雙向HFC網(wǎng)絡回傳通道技術分析

范勇磊，葛 明

（河南有線電視網(wǎng)絡集團有限公司 鄭州分公司，河南 鄭州 450003）

對于有線電視運營商來說，擴展有線網(wǎng)絡回傳通道的帶寬、提高回傳通道的效率是應對日益增長的雙向寬帶業(yè)務以及交互電視業(yè)務的必由之路。對于雙向HFC系統(tǒng)，其回傳光纖的帶寬利用率極低，如何通過合適的技術來擴展回傳通道的帶寬更是有線電視業(yè)者必須要考慮的問題。反向系統(tǒng)的擴容有不同的方式[1-2]，各種方式間物理架構不盡相同。衡量一種方式的優(yōu)劣要考慮帶寬效率、網(wǎng)絡升級成本等。

1 光纖物理擴容

提高回傳通道帶寬的最簡單方法是新增光纖，當光節(jié)點具備段分割功能的時候，特別是四端口光站，射頻放大板通過端口組合，同時增加回傳光發(fā)送機，可以快速實現(xiàn)回傳帶寬的擴容。圖1是光站段分割方式拓撲示意圖。

該方式的優(yōu)點：由于通過光節(jié)點的段分割，不需要新增額外的光站，減少了電纜工程，能夠快速無中斷地實現(xiàn)用戶帶寬的升級。

該方式的需求：光站具備段分割技術，需要額外的回傳發(fā)送機和額外的回傳接收機，從光節(jié)點到分前端機房需要額外的光纖。

2 頻率域的擴容

對于 CMTS（Cable Modem Temination System）[1，3]來說一個回傳鏈路通常只有一個頻率域，一般占用1.6～6.4 MHz的帶寬，對應CMTS一個上行端口。對于DOCSIS2.0系統(tǒng)，可用的回傳帶寬為5～65 MHz，考慮到低頻段噪聲的影響，一般利用25～65 MHz之間的范圍，可用帶寬約40 MHz。通過設置不同的頻率域，一根回傳光纖可以提供多個回傳通道。

這種方法存在較多問題，首先是回傳光接收機輸出后要分配到不同的CMTS端口，而這些CMTS端口上的有線調制解調器（Cable Modem，CM）在同一個下行的物理域內，如何保障這些端口之間的CM穩(wěn)定運行在設定的上行端口上而不發(fā)生端口之間的震蕩，控制起來比較困難。

其次，對于回傳光發(fā)送機，系統(tǒng)增加了加載功率，要求正確調整激光器的激勵功率，特別是當網(wǎng)絡中采用的F-P激光器，由于F-P激光器價格低廉，溫度穩(wěn)定性較差，非常容易發(fā)生激光器削波效應，造成系統(tǒng)的崩潰。因此，盡量采用DFB（分布反饋）激光器來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

圖2為該方式的拓撲結構示意圖。

該方式的優(yōu)點：不需要額外光纖，也不需要額外的光發(fā)送、接收設備。該方式的缺陷：無法保證CMTS端口CM的負載均衡；對回傳激光器提出了較高的要求。

3 WDM方式

當有線電視網(wǎng)絡需要擴容的時候，特別是在光站大面積覆蓋，而回傳光纖資源緊張，無法通過光纖擴容的時候，波分復用（WDM）的方式能夠圓滿完成擴容。WDM通常分為密集波分復用（DWDM）和稀疏波分復用（CWDM）兩種類型。對于DWDM系統(tǒng)，ITU規(guī)定通道間隔為200 GHz，100 GHz，50 GHz，25 GHz。 通道間隔越小，系統(tǒng)容量越大，同時系統(tǒng)成本越高。CWDM系統(tǒng)通道間隔一般為 20 nm，常用的波長為 1430，1450，1470，1490，1510，1530，1550，1570，1590，1610 nm。 CWDM 相對DWDM系統(tǒng)來說不需要光發(fā)射機內部激光器的精確波長控制，成本相對較低，對光纖本身要求也較低。

因此，對光站大面積覆蓋的網(wǎng)絡，可以通過微光節(jié)點（MiniNode）取代原來線路上的延長放大器，MiniNode采用CWDM波長的回傳發(fā)送機，不同的MiniNode回傳光纖匯聚到原有大光站光纖接入點，之后通過CWDM波分復用器復用到原有回傳光纖后進行傳輸。在前端，通過解復用器分離出不同波長，輸入到不同的回傳光接收機。該方式見圖3。

該方式的優(yōu)點：不需要額外光纖，通過MiniNode取代電放大器，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。該方式的缺陷：需要增加波分復用設備，MiniNode回傳光發(fā)送機要求符合CWDM波長。

4 數(shù)字化回傳

數(shù)字化回傳是對模擬載波進行數(shù)字化并通過基帶數(shù)字鏈路來傳輸數(shù)字信息。根據(jù)香農(nóng)定理，達到可接受的動態(tài)范圍需要10或者12位的模數(shù)轉換，同時需要至少2倍采樣帶寬的抽樣速率，例如90 MHz@45 MHz的回傳系統(tǒng)、130 MHz@65 MHz的回傳系統(tǒng)。因此，一個2.5 Gbit/s的基帶數(shù)字鏈路可以傳輸2路獨立的回傳系統(tǒng)。

基帶數(shù)字傳輸可以使用廉價的FP（Fabry-perot）激光器，從而降低設備成本；同時基帶數(shù)字鏈路有較寬的光功率接收范圍，能夠適應更遠的鏈路距離；而且由于在前端對基帶數(shù)據(jù)進行模擬的重建，模擬信號的電平與鏈路距離無關，減少了繁雜的反向系統(tǒng)調試。另外由于數(shù)字化回傳避免了模擬激光器的削波效應，提高了反向系統(tǒng)的信噪比（SNR）。數(shù)字化回傳方式如圖4所示。

該方式的優(yōu)點：具備更高的噪聲功率比（NPR）；滿足各種長度的光鏈路；不需要額外光纖與額外的光發(fā)送、接收設備。該方式的缺陷：光站需要配備數(shù)字化回傳模塊，機房需要數(shù)字化回傳接收機；整體成本很高。

5 RFoG回傳

狹義的光纖射頻傳輸（RF over Glass，RFoG）是對傳統(tǒng)HFC回傳系統(tǒng)的革新（見圖5），RFoG系統(tǒng)關鍵技術采用了類似無源光網(wǎng)絡（PON）系統(tǒng)的突發(fā)式光發(fā)送機。由于CMTS反向系統(tǒng)是時分多址（TDMA）方式的，在任意時刻，在一個CMTS上行信道中只有一個CM在發(fā)送數(shù)據(jù)。突發(fā)式光發(fā)送機通過檢測反向數(shù)據(jù)而打開或關閉激光器，而這個響應動作可以控制在1.5 μs之內，DOCSIS3.0系統(tǒng)要求開關時間不超過1.6 μs。這使得共用一個CMTS上行信道的多個回傳光纖可以混合到一根光纖上，在前端輸送到一個回傳接收機。另外由于采用突發(fā)式光發(fā)送機，在TDMA傳送方式下，回傳系統(tǒng)能夠最大限度地避免侵入噪聲，提高系統(tǒng)的信噪比，通常能夠提高4 dB左右。

在RFoG系統(tǒng)部署初期，可以是4，8甚至16個回傳通道光纖耦合到一根光纖上，當回傳系統(tǒng)需要擴容時，可以簡單地縮減耦合光纖的數(shù)量，通過另外的光纖回傳到前端。由于前端和光節(jié)點之間是無源的，對于系統(tǒng)的擴容不需要變動終端設備，只需要在前端增加回傳接收機即可。該方式的優(yōu)點：適用于建網(wǎng)初期部署FTTB架構，非常便于拆分擴容。該方式的缺陷：需要專用的突發(fā)式的光發(fā)送機和對應的回傳接收機。

通過上述不同擴容方式的比較可知：每種方式都有自身的優(yōu)點，在網(wǎng)絡建設實踐中不能拘泥于哪一種形態(tài)，要根據(jù)自身網(wǎng)絡現(xiàn)狀選擇合適的技術方式。

[1]熊承國，尹冠民.下一代廣播電視網(wǎng)絡接入網(wǎng)絡新技術[M].北京：中央廣播電視大學出版社，2010.

[2]SNIEZKO O，MOSTERT W，EMMS D.Digital return technology[EB/OL].[2010-01-08].http：//www.aurora.com/site/technologies.an?li=t-digireturn#.

[3]張萬書.雙向CATV系統(tǒng)的反向通路調整[J].電視技術，2005，29（2）：67-69；2005，29（3）：67-70.