双向HFC网上行通路调试优化方法

1.对上行通路调试的要求

国际标准IEC 60728-10：2005给出了CATV上行（反向）通路的系统性能，其具体的技术参数要求见表4-1。它们是上行通路正常工作的保证。

表4-1 上行通路的性能要求

注：1.表中所列是以3.088Mbit/s的QPSK作为参考信号而制定的；2.表中所列技术参数要求系指从系统输出口至前端（或中心）反向数据信号接收机的输入口之间的限额值。

2.正反向通路调整的异同

正反向通路特性有很大不同。正向通路的下行流已为大家所熟知，它是发散的分配方式。尽管反向通路大部分采用和正向通路相同的物理媒介，但在几个方面与正向通路有所不同，反向通路的上行流是汇集到前端。两者的异同比较见表4-2。

从表4-2中看，与正向对比，反向信号的带宽和调制类型的变化是很频繁的，间歇（突发）式工作，功率电平和工作频率也随时变化，每个放大器能有多个输入信号，且各用户至前端的反向通路的传输损耗差异很大。所有这些可变因素要求上行网络的工作程序与下行方向不同。

表4-2 下行流和上行流的工作特征

正向（下行）通路通常用视觉观察降级来诊断。但是反向通路业务的数字通信使该方法遇到麻烦，所以反向通路早期调整的质量更为重要。正反向通路调整的相似处：都是单位增益；调整顺序都是从光节点开始，然后向外移。但亦有很大不同，两者的差异比较列于表4-3中。

表4-3 正反向通路调整的差异

3.调测方法

（1）测试系统的建立。目前的CATV系统一般由前端、光链路、光节点和同轴电缆分配部分等组成。

图4-20 上行通路调测示意图

上行通路调测示意图如图4-20所示（视频监视法）。在参考点TP₁或者TP₂和TP₃等处，用多载波信号发生器（或扫频信号发生器）射入反向RF信号，其电平等于预先确定的电平P₁或者P₂和P₃等。反向信号经上行通道传输到前端，在前端光接收机的RF测试点TP₀用频谱分析仪（或扫频接收机）检测反向信号质量。在这里检查信号电平、噪声电平和干扰等，观察信号电平是否是同一个基准电平P₀（即X电平），噪声电平是否太高，有无干扰，然后调整上行通路使达到要求。这就是上行通路的基本调整过程。

如果有备用下行频道调制器，用电视摄像机对准频谱分析仪的显示，或用频谱分析仪提供的、屏幕显示的视频输出连接到不使用的正向频道调制器，就可把前端观察到的，经下行通路直接传输到调测现场。现场技术人员使用一个便携式电视机观察前端信号，站点的调整只要一个人就可完成。

调试关键在于两个电平：一个是前端反向光接收机的RF输出电平P₀；另一个是参考点的射入电平P₁或者P₂和P₃等。

调测时应注意，需要反向通路阻断器或者其他某些替代的方法，以便去掉参考点到用户之间噪声干扰的影响（断开连接），建立从参考点返回到前端的装置。这将是减少反向通路调测时间和满足每个参考点都要观看实际效果的重要步骤。

调测时还应注意侵入射频和脉冲噪声等对正确测量的影响。较高的反向侵入可以干扰扫频系统使反向激光器压缩，故调测前应予以修理减低。

（2）调测方法。反向通路的调测有3种流行的方法。

1）扫频法或增益/损耗法：用带前端接收机和侵入监视器的反向扫频发生器（如HP Calan 3010 R/H扫频/侵扰分析仪；Actema的SDA-5050或SDA-5000加选件1的Stealth数字扫频分析仪等，进行调测。

2）视频监视法：用现场的视频监视器和便携式2/4载波发生器，前端用频谱分析仪（例如HP8591C）接收，并监视载波发生器送上来的信号电平，其视频输出传输给视频调制器在下行流送出，调试人员在电缆网调试处即可观察到上行通路的工作状态，并调试之。此法又称为多载波法或信号功率法。

3）信号电平表法：用现场的信号电平表和便携式2载波发生器，在下行流导频产生平衡指示的前端接收，此法亦称为多载波法或信号功率法。如果使用选频电平表测量数字信号时，其显示值不是实际电平值，应按下式修正。

实际电平值=测量电平值+10lg（频道带宽/测量带宽）+1dB

上述3种方法的优缺点列在表4-4中。

由此可见，反向通路调测的最基本方法是扫频法和多载波法。

表4-4 3种方法的优缺点

4.基准电平和测试点

为了对数字信号得到最佳反向通路性能，需要调整反向光接收机和反向放大器，使其工作在噪声和失真之间的最好折衷。

（1）出发点。评价反向通路是否调整好是看前端反向光接收机的电输出，评价标准是通信质量，包括载噪比、信号电平、干扰、噪声以及频率响应等。

特别是信号电平，不管在哪个参考点射入测试信号，要求前端的输出电平都是一样的。大多数生产厂家的设备在该点基准电平常常是P₀=60dB。

从某种意义上讲，这就是反向的所谓“均衡”。

（2）调整程序。正确地建立和调整上行流设备的步骤如下：

1）决定全部有源设备的输入电平；

2）射入测试信号到激光发射机，即输入电平（见第一步）；

3）在前端测量电平，调整到设计值；

4）射入信号到最靠近激光发射机的放大器，即输入电平（见第一步）；(www.xing528.com)

5）在激光发射机或前端测量电平；

6）调节放大器的输出，使激光发射机或前端的输入电平与第一步一致；

7）继续调整下行流方向中的下一个放大器，直到完成。

要决定全部有源设备的输入电平，必须仔细研究反向系统图，了解反向通路的设备组成，包括同轴放大器和光节点设备的原理图、结构图以及各种参数的值。

（3）光节点。光节点（光站）的示意图如图4-21所示。上面部分是正向通路，其前面是下行光接收机，中间是电的放大部分，双向滤波器后面的输出是测试点。在这里可以测量光站正向通路的输出电平，也可以是反向通路的参考点。

图4-21 光节点（光站）示意图

下面部分是反向通路。上行信号经双向滤波器中的低通滤波器，再通过两个二分配器（或一个四分配器）混合，到达反向放大器的输入（亦即反向光发射机的输入），而后进入反向光纤。

反向扫频法的调试连接示意图如图4-22所示。

线路上的仪器（例如HP 3010R）可送入5～65MHz的扫频信号，通过反向回路到达机房。机房的仪器收到该信号后，将其信息打包调制到一载波信号，通过正向回路送出。线路上的仪器通过正向通道接收到该信号并解调数据包，将信息显示在仪器的荧光屏上。线路上的仪器就可直接读出注入信号到达机房的数据，可以比较方便地进行调测。

图4-22 反向扫频法的调试连接示意图

反向测试时，在反向光发射机输入处射入的反向信号电平应该是70dB。按图4-22实际光站有两个二分配器（或一个四分配器）的分配损耗是8dB，双向滤波器的插入损耗是1dB，那么内部耦合损耗总共是8dB+1dB=9dB。测试点定向耦合器的损耗是30dB，总插入点损耗为30dB+9dB=39dB。在以放大站口为参考点时，测试点处应该注入的源电平是70dB+39dB=109dB。这时看显示在HP 3010R仪器的机房反向光接收机检测口的电平，把它记为A，把此电平作为归零值，在仪器上显示为0dB。每个光站都按此调整。

由于光节点设计上的不同，有可能把测试信号直接射入上行信号光发射机，可以用移走跳线电缆的方法插入；另一种情况，可能需要使用光节点正向通路输出测试点。对后一种情况，如果是新上行信号系统的初次调试，所有到激光发送器的其他输入应去掉连接。做这一工作的最好方法是在直接驱动节点的全部放大器上插入高值输出衰减铅。这样做使得在所有线路上保持阻抗匹配，隔离节点，允许独立于同轴分配系统评价上行信号光链路性能。

（4）放大器。选择使用放大器站口作为参考点，必须意识到来自所有上行信号输入口的电平必须与放大器站中内部混合后的电平匹配。它等于外部口电平与上行信号混合损耗之差。假如设计要求某一应用，在四分配放大器外部口的上行信号电平为70dB（参见图4-23）。在-26dB的测试口要注入96dB，而上行流混合损耗是9dB，这会在回传放大器模块的输入处带来61dB信号。如果该站点换成在放大器组件输入处的16dB定向耦合器注入，要想得到同样效果，则需要注入77dB。

图4-23 四分配放大器的简化框图

在机房测得反向信号的斜率和电平，在双向放大器的反向通道插入一定量的均衡和衰减，使之与光站检测口的电平A成一直线，该段线路即为零增益状态。用同样的方法，逐级进行各级放大器的调试，直至双向延长放大器和用户楼栋放大器。

（5）基准电平。综上所述，上行测试信号注入方法有4种：

1）由下行监测和上行注入共用口注入；

2）由上行放大器前的衰减器处，临时换插适配器注入；

3）由上行信号通路口Exit注入（正常使用时，此端口可注入5～200MHz信号）；

4）由一个下行输出并上行输入口注入。

在这些端口注入的测试信号大小，都要以基准电平为参考。该基准电平就是反向放大器模块和反向激光器模块的最佳输入电平。

反向放大器模块的最佳输入电平是由用户终端（STB和CM）反向发射电平和用户终端到反向放大器输入端之间的损耗决定的。假设用户终端的电视机顶盒（STB）的发射电平是118dB；而CM的发射电平是110dB，则选择CM；然后，确定信号到达反向放大器输入端所需的最大损耗。例如，6dB的入户分配（含电缆），引下线损耗2dB，分支器损耗26dB，总损耗为6dB+2dB+26dB=34dB。考虑设备的调整误差和温度变化引起的增益变化，再加6dB富裕量。在最坏情况下，110dB信号达到反向放大器输入端的电平为110dB-34dB-6dB=70dB。这就是反向放大器输入端的基准电平。

反向激光器模块的最佳输入电平，一般由设备的生产厂提供，或者由测试激光器的噪声功率比（NPR）获得。通常需要将加载于激光器的总功率变换成每频道电平。

选择注入电平要考虑光和射频的噪声低，也要考虑注入电平较高时，由于过驱动而导致削波，应该在有源器件的线性工作范围内，既不能太高也不能太低。在每个参考点需要射入的信号电平，还要根据生产厂商的CATV设备的具体情况决定。生产厂商通常都给出反向激光器和放大器的射频最佳输入电平，这个电平的典型值是80dB。实际上常使用较低的70dB作为扫频的基准电平。

在模块输入的这个参考点，注入和测量这个70dB信号电平，实际上有时是相当困难的。所以了解测试点和参考点之间的激光器和放大器等部件内部损耗是非常重要的，即不论是扫频法还是多载波法，在测试点注入信号的源电平应该满足下式：

源电平=输入电平+插入点损耗

重要的是熟悉具体光站、放大器和它们的框图，知道内部损耗和测试点变化，决定扫频插入点（IP）和到放大器或激光器之间的损耗。疏忽该细节是主要的误差来源。

注意，使用多载波注入时，2载波法的每个载波注入信号电平应减少3dB，4载波应降低6dB（参见前面峰均比论述）。

5.调整步骤

调整的基本原则是：在每个单位增益参考点注入的信号电平相同时（70dB），前端反向光接收机的射频输出电平也得到同样的X（60dB）电平。

（1）光链路的调整。为了遵循反向通路的调试规则，需要从光节点开始。图4-24是反向光通路示意图。

当选择工作电平时，需要把光纤链路长度引起的电平变化减少至最小程度。意思是说，尽可能使所有的光链路都具有相同的增益/损耗。前端反向输出电平归一化到最低的反向输出电平，先确定哪条链路电平最低，用衰减较高的反向输出电平的方法，使前端反向光接收机的射频输出电平（有的文献资料也称为“X电平”）得到同样的标准输出电平X。如果系统中每个激光器的功率都相似（参见图4-24），则电平最低的这条链路即为光损耗最大的链路，用该条链路作为基准。具有更高净增益的其他链路，将加上衰减使之与最长的链路相等。为此，在前端将光链路和接收机设定为单位增益。外场技术人员开始将信号注入到光节点的光发射机激光器模块输入，测量前端光接收机的输出电平（图4-24的前端测试点），调整光接收机的增益控制或衰减器，达到最长链路的输出电平，以校验光链路的增益；然后，将注入点移至光节点输出端口（即回传的输入），以便设定光节点回传增益。如果光节点回传增益不正确，通过在站点端口与激光发射机之间提高增益或增加衰减的方法进行调整。一旦正确地设定了节点回传增益，把增益数记为“单位增益基准值”。

图4-24 反向光通路示意图

（2）放大器的调整。外场技术人员调整时先在光节点注入信号，然后把注入点朝外移动，再调干线放大器、桥接放大器、延长放大器，每次一个放大站。每次都把与加在光节点相同的功率加到站点的输出端口。调节放大站的回传输出衰减片和均衡器，然后细调增益和斜率控制，使尽可能接近所设计的单位增益。

由于频谱低端的过量增益或低于15MHz的小量突发脉冲噪声，有可能把反向放大器推到压缩区，这些突发噪声影响整个反向频谱。一旦安装了合适的衰减片和均衡器，小量噪声不会引起任何问题。

调整的每一步都要求前端的所有反向光接收机的射频输出电平达到同一个X电平。