双向HFC网络回传通道技术分析

范勇磊，葛 明

（河南有线电视网络集团有限公司 郑州分公司，河南 郑州 450003）

对于有线电视运营商来说，扩展有线网络回传通道的带宽、提高回传通道的效率是应对日益增长的双向宽带业务以及交互电视业务的必由之路。对于双向HFC系统，其回传光纤的带宽利用率极低，如何通过合适的技术来扩展回传通道的带宽更是有线电视业者必须要考虑的问题。反向系统的扩容有不同的方式[1-2]，各种方式间物理架构不尽相同。衡量一种方式的优劣要考虑带宽效率、网络升级成本等。

1 光纤物理扩容

提高回传通道带宽的最简单方法是新增光纤，当光节点具备段分割功能的时候，特别是四端口光站，射频放大板通过端口组合，同时增加回传光发送机，可以快速实现回传带宽的扩容。图1是光站段分割方式拓扑示意图。

该方式的优点：由于通过光节点的段分割，不需要新增额外的光站，减少了电缆工程，能够快速无中断地实现用户带宽的升级。

该方式的需求：光站具备段分割技术，需要额外的回传发送机和额外的回传接收机，从光节点到分前端机房需要额外的光纤。

2 频率域的扩容

对于 CMTS（Cable Modem Temination System）[1，3]来说一个回传链路通常只有一个频率域，一般占用1.6～6.4 MHz的带宽，对应CMTS一个上行端口。对于DOCSIS2.0系统，可用的回传带宽为5～65 MHz，考虑到低频段噪声的影响，一般利用25～65 MHz之间的范围，可用带宽约40 MHz。通过设置不同的频率域，一根回传光纤可以提供多个回传通道。

这种方法存在较多问题，首先是回传光接收机输出后要分配到不同的CMTS端口，而这些CMTS端口上的有线调制解调器（Cable Modem，CM）在同一个下行的物理域内，如何保障这些端口之间的CM稳定运行在设定的上行端口上而不发生端口之间的震荡，控制起来比较困难。

其次，对于回传光发送机，系统增加了加载功率，要求正确调整激光器的激励功率，特别是当网络中采用的F-P激光器，由于F-P激光器价格低廉，温度稳定性较差，非常容易发生激光器削波效应，造成系统的崩溃。因此，尽量采用DFB（分布反馈）激光器来提高系统的稳定性。

图2为该方式的拓扑结构示意图。

该方式的优点：不需要额外光纤，也不需要额外的光发送、接收设备。该方式的缺陷：无法保证CMTS端口CM的负载均衡；对回传激光器提出了较高的要求。

3 WDM方式

当有线电视网络需要扩容的时候，特别是在光站大面积覆盖，而回传光纤资源紧张，无法通过光纤扩容的时候，波分复用（WDM）的方式能够圆满完成扩容。WDM通常分为密集波分复用（DWDM）和稀疏波分复用（CWDM）两种类型。对于DWDM系统，ITU规定通道间隔为200 GHz，100 GHz，50 GHz，25 GHz。 通道间隔越小，系统容量越大，同时系统成本越高。CWDM系统通道间隔一般为 20 nm，常用的波长为 1430，1450，1470，1490，1510，1530，1550，1570，1590，1610 nm。 CWDM 相对DWDM系统来说不需要光发射机内部激光器的精确波长控制，成本相对较低，对光纤本身要求也较低。

因此，对光站大面积覆盖的网络，可以通过微光节点（MiniNode）取代原来线路上的延长放大器，MiniNode采用CWDM波长的回传发送机，不同的MiniNode回传光纤汇聚到原有大光站光纤接入点，之后通过CWDM波分复用器复用到原有回传光纤后进行传输。在前端，通过解复用器分离出不同波长，输入到不同的回传光接收机。该方式见图3。

该方式的优点：不需要额外光纤，通过MiniNode取代电放大器，提高了系统的稳定性。该方式的缺陷：需要增加波分复用设备，MiniNode回传光发送机要求符合CWDM波长。

4 数字化回传

数字化回传是对模拟载波进行数字化并通过基带数字链路来传输数字信息。根据香农定理，达到可接受的动态范围需要10或者12位的模数转换，同时需要至少2倍采样带宽的抽样速率，例如90 MHz@45 MHz的回传系统、130 MHz@65 MHz的回传系统。因此，一个2.5 Gbit/s的基带数字链路可以传输2路独立的回传系统。

基带数字传输可以使用廉价的FP（Fabry-perot）激光器，从而降低设备成本；同时基带数字链路有较宽的光功率接收范围，能够适应更远的链路距离；而且由于在前端对基带数据进行模拟的重建，模拟信号的电平与链路距离无关，减少了繁杂的反向系统调试。另外由于数字化回传避免了模拟激光器的削波效应，提高了反向系统的信噪比（SNR）。数字化回传方式如图4所示。

该方式的优点：具备更高的噪声功率比（NPR）；满足各种长度的光链路；不需要额外光纤与额外的光发送、接收设备。该方式的缺陷：光站需要配备数字化回传模块，机房需要数字化回传接收机；整体成本很高。

5 RFoG回传

狭义的光纤射频传输（RF over Glass，RFoG）是对传统HFC回传系统的革新（见图5），RFoG系统关键技术采用了类似无源光网络（PON）系统的突发式光发送机。由于CMTS反向系统是时分多址（TDMA）方式的，在任意时刻，在一个CMTS上行信道中只有一个CM在发送数据。突发式光发送机通过检测反向数据而打开或关闭激光器，而这个响应动作可以控制在1.5 μs之内，DOCSIS3.0系统要求开关时间不超过1.6 μs。这使得共用一个CMTS上行信道的多个回传光纤可以混合到一根光纤上，在前端输送到一个回传接收机。另外由于采用突发式光发送机，在TDMA传送方式下，回传系统能够最大限度地避免侵入噪声，提高系统的信噪比，通常能够提高4 dB左右。

在RFoG系统部署初期，可以是4，8甚至16个回传通道光纤耦合到一根光纤上，当回传系统需要扩容时，可以简单地缩减耦合光纤的数量，通过另外的光纤回传到前端。由于前端和光节点之间是无源的，对于系统的扩容不需要变动终端设备，只需要在前端增加回传接收机即可。该方式的优点：适用于建网初期部署FTTB架构，非常便于拆分扩容。该方式的缺陷：需要专用的突发式的光发送机和对应的回传接收机。

通过上述不同扩容方式的比较可知：每种方式都有自身的优点，在网络建设实践中不能拘泥于哪一种形态，要根据自身网络现状选择合适的技术方式。

[1]熊承国，尹冠民.下一代广播电视网络接入网络新技术[M].北京：中央广播电视大学出版社，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]张万书.双向CATV系统的反向通路调整[J].电视技术，2005，29（2）：67-69；2005，29（3）：67-70.