在HFC网络上开展个人宽带业务的建设与维护

徐轶零

（重庆广播电视信息网络有限公司垫江分公司垫江 重庆垫江 408300）

一、CMTS—cable modem 技术背景介绍

（一）有线电视网的资源潜力

我国的有线电视网虽然没有得到国家投资，但却依靠自身力量发展起来了。目前，它的覆盖范围比电信网还广，已经建成12 989km的国家级干线光缆网络，在许多地方已建成光缆和同轴电缆混合网（HFC网络），联通全国22个省、市、自治区。截至2019年底，我国有线电视用户近两亿户。从用户数量看，我国拥有世界上最大的有线电视网络。同时，CMTSCable Modem技术也是有线电视行业解决互联网宽带业务的一种较为优良的方式。

1.Cable Modem的原理和使用

首先，什么是Cable Modem。Cable Modem名为电缆调制解调器，又名线缆调制解调器。它是近几年随着网络应用的扩大而发展起来的，主要用于有线电视网进行数据传输。Cable Modem与以往的Modem在原理上都是将数据进行调制后在Cable（电缆）的一个频率范围内传输，接收时进行解调。其传输机理与普通Modem相同，不同之处在于它是通过有线电视的某个传输频带进行调制解调的。而普通Modem的传输介质在用户与交换机之间是独立的，即用户独享通讯介质。Cable Modem属于共享介质系统，其它空闲频段仍然可用于有线电视信号的传输。Cable Modem彻底解决了由于声音图像的传输而引起的阻塞，其传输速率上行已达10Mbit/s以上，下行传输速率更高，可以达到38Mbit/s。Cable Modem也是组建城域网的关键设备，光纤同轴电缆混合网（HFC）主干线用光纤，光结点小区内用树枝型总线同轴电缆网连接用户，其传输频率可达550/750MHz。在HFC网中，传输数据就需要使用Cable Modem。

其次，Cable Modem技术原理。Cable Modem从下行的模拟信号中划出6MHz频带，将信号转化为符合以太网协议的格式，与电脑实现通讯。用户需要给电脑配置以太网卡和相应的网卡驱动程序，同轴电缆中的6MHz频带用于提供数据通讯，电视和电脑可以同时使用，互不影响。射频信号在用户和前端之间沿同轴电缆上行或下行，上行和下行信号共享6MHz频带，但应调制在不同的载波频率上，以避免相互干扰。

最后，CMTS在物理层的技术原理。CMTS下行通道的频率范围为88～860MHz，每个通道的带宽为6MHz（NTSC 6 G-MHz，PAL 8MHz），采用64QAM或256QAM调制方式，对应的数据传输速率为30 342Mbit/s或42 884Mbit/s。上行通道的频率范围为5～65MHz，每个通道的带宽可为200、400、800、1 600、3 200kHz，采用QPSK或16QAM调制方式，对应的数据传输速率为320～5 120Kbit/s或640～10 240Kbit/s。上行通道的带宽可根据所需的数据传输速率设定,频率在5～65MHZ之间。在同样的带宽内，QPSK调制的速率比16QAM调制方式低，但其抗干扰性能好，适用于噪声干扰较大的上行通道，而16QAM调制适用于信道质量好且要求高速传输数据的场合。在CMTS设备中，为了减小上行通道的干扰，一个下行通道一般对应多个不同频率的上行通道，CMTS设备根据信道的噪声状况自动跳频到干扰较小的通道，而用户察觉不到该跳频过程。

二、CMTS—cable modem 网络的组建

（一）网络设备拓扑结构

1.下行结构

从下行结构看，CMTS首先接收来自以太网交换机的数据信号通过下行端口将信号混合入有线电视设备中光发射机中，通过光纤将信号进入有线电视设备的光工作站中。而后，其在光工作站以后的同轴电缆网络中通过-12或-9线缆和放大器将信号保证在能够达到足够要求的情况下进入楼栋大分配，出大分配后以-5线缆接到用户家中的cable modem。

2.上行结构（回传结构）

从cable modem中发射出的上行信号（回传信号）在进入光工作站这一部分线路与下行结构经过的设备是一样的，只不过是倒过来了而已。过了光工作站以后，通过光纤，回传信号进入反向光接收机，通过反向光接收机的-5线缆口进入回传信号混合器，再由混合器进入CMTS的上行端口（回传端口）以此再进入以太网交换机连入互联网络。

（二）网络设备

1.网络设备性能要求

因为整个网络结构是一个涉及上行、下行的双向网络结构，所以要求网络设备中的放大器必须是双向的，即频率在5～750MHZ之间信号都能通过。而设备中的分支分配包括线缆工作频率一般都是在5～1 000MHZ之间，所以都可以使用。到了光工作站这一部分，因为其功能就是实现信号的光信号与电信号的转换，所以它也必须是双向的，即是说它既能将接收来的光信号转化为电信号通过同轴电缆网传下去，也可以将同轴电缆网回传的电信号转化为光信号发射到反向光接收机里去。

2.网络设备中的一些重要参数设置

参数设置第一个设备就是CMTS，我单位为了考虑将宽带网络的频率尽量与电视频道的频率隔开以保证互不干扰，所以将下行频率设置在561MHZ。这一点，各个地方可以根据自己的实际情况作调整。

首先，信号电平大小设置在45～50dbmv之间（即105～110dbuv），以保证cable modem的接受信号电平可以保证在45～75dbuv之间。这个接收值也是cable modem接收电平的国家标准。其次，根据国家信号频率的规定5～65MHZ为低频段，用于信号的上行传输，结合我单位使用的CMTS四个回传端口的实际，我们将cable modem的上行频率分别设置为36MHZ、40MHZ、42MHZ、38MHZ。具体的cable modem上行发射电平会是多少则是cable modem 与 CMTS 在通话后链路调整的结果，我们希望它能够在45dbmv左右。这也是调试时候要考虑的问题了。最后，对于光工作站的反向光发射信号，我们保证它在-1至3mw之间。这个信号值过低则不能保证反向光接收机接收到信号（其接收范围在-15-0mw之间），过高则容易烧坏反向光接收机（反向光接收机在接受信号大于0mw的情况下既不能正常工作，更有可能被烧坏）。

三、CMTS—cable modem 网络的调试

（一）光工作站到混合器输出口（即进入CMTS的信号）的信号调试

对于这一段线路的调试，市网络公司给我们提供的标准是这段线路总共衰减15个db，但我们在实际工作中根据网络的具体情况将衰减提高到了21个db。这样做的原因就是为了有效地防止由于回传线路漏斗效应产生的上行噪声带来信噪比的严重恶化，致使宽带用户在上网过程中严重掉包甚而至于根本无法连通线路。造成我公司宽带噪声比市公司严重的一个主要原因也是因为市公司一台CMTS回传口只接了两个光节点，我公司随着网络规模的扩大但却没有新增CMTS，以至于一个回传口至少接了八个光节点，最多甚至达到了十一个光节点。根据一些技术资料介绍，CMTS的回传口每多增加两个光节点，其NPR值将恶化一倍。每个CMTS回传口能够接的光节点数以2～4为最好，最多也不能超过六个。关于这一点，我们在实践工作中也确实验证了这个结论：在最初的网络调试中，我们曾经有过一段时间有一个上行口只保持接了三个光节点，信噪比也一直稳定在30db左右，当光节点加到八个以后信噪比就一直在22左右徘徊，而如果信噪比低于了20db就会影响上网的正常运行了。

在具体的调试过程中，我们将进入混合器的回传光节点在混合器的接口面板上统一将混合器的衰减调整为19个db。因为信号从光工作站到反向光接收机出来一般要放大两到三个信号，最后在混合器的输出口，我们再统一加一个衰减为5个db的可调衰减以保证衰减可以灵活调整。这样-19+3-5=-21，这一段线路的衰减也就在21db左右了。

调试的时候由于信号源是直接注入光工作站的输出口，而信号源的发射值都是105dbuv左右，这样直接注入光工作站在反向光接收机处，有时是不可能测出正确信号的。因此，我们通常在信号源上接20个db的衰减，即注入信号85dbuv。这样，只要在混合器输出口出信号65个dbuv左右，就算调试成功了。

此外，附带提一点的是，我们的产品采购部门曾经买过一种能够放大30个db的反向光接收机。我个人认为这种产品是不可取的。虽然它可以在信号不足的时候大幅度地提升信号，但一般在光工作站和放大器正常工作的情况下，是不需要这样大幅度提升信号的，且这样升信号更容易产生噪声。如果将其放大调整为0，就会浪费了它的放大功能。因此，我个人不建议采购此类反向光接收机。

（二）放大器线路的调试

放大器的调试，我们遵守0db增益的原则，即在后一级放大器注入一个信号值的情况下，在前一级放大器的输入口测试其信号。其信号值也要等于在后一级放大器的注入信号值。这样做的目的就是让反向信号从进入末级放大器到进入光工作站，其信号值是一样的，即放大器的放大值刚好弥补线路和分支、分配的衰减值。但即使是这样，光节点下放大器的级数最好也不要超过两级，一级或是光纤到楼栋最理想的。不然，就算是做了0db增益的调试，依然会有严重的噪声影响，这也是我们在实践中得出的结论。此外，一个光节点下以200～300户为最好。

（三）无源分配网络的调试

无缘分配网络的调试主要遵循一个集中分配的原则，即合理分配末级放大器输出衰减到各个楼栋是一样的，然后楼栋到各用户终端通过大分配衰减的衰减值能大致保持一致。总的来说就是要求从modem到末级放大器，其衰减值能保持在25～32db之间。这7db的调整空间主要是为用户室内布线结构或者材料不同引起的衰减不同而预留的。这样，在无源网络分配中衰减25～32个db，放大器线路上遵循0db增益而衰减不变，再加上光工作站进CMTS的20个db衰减，从用户终端到进入CMTS总的衰减就在45～52个db之间，让modem的上行电平保持在45dbmv左右。这样就是最理想的工作状态了。它既不容易产生噪声，又能保证上行电平不至于过高（modem的上行极限电平值在58～62dbmv之间）造成上不了线。

四、CMTS—cable modem 网络的维护

（一）接头故障

HFC网络的建设过程有一个通俗的说法叫做接头工程。其表达的意思就是说网络线路在调试好以后，网络的稳定运行就是靠网络中的每一个接头做得好坏与否了。由于HFC网络设备的特点与电信网络设备的不同，导致了我们在做无源分配的-5F头、放大器的-9F头（最好是贯通头）都要严格按照国家广电的标准进行施工。我们在业务开展的初期，曾多次碰到这种接头做法不规范或者将接头裸露于室外造成下雨天进水甚而至于根本不做接头就将几股线缆绞缠在一起。这些做法，我们通过加信号源在网络中，再用场强仪测试，就可以发现上述的几种做法会造成信号衰减特别大，远超出正常衰减范围，处理的做法就是重新做接头。这类故障在我们开展宽带业务几年后已经基本上处理完毕，现在主要处理的就是噪声故障。

（二） 噪声故障

噪声故障前面已经提过。其实，如果调试做好了，然后一个CMTS回传口又不接太多的光节点，这个故障应该是不会太多的。但鉴于实际情况，我们不得经常处理此类故障，处理的办法包括：1.改变回传信号的上行频率；2.提高CMTS的接收电平，降低噪声的干扰。如果噪声源过强，我们也只有通过一个光节点一个光节点地断开，进而一级放大器一级放大器地断开，排查噪声源。因为没有更好的噪声源查找仪器，所以也只好用这种原始的办法了。此外，因为以前曾经用过的可寻址解码箱是属于单向网络设备，为了能使接解码箱的用户上网，所以，我们不得不用一个二分配把它单独跳线出来保证其上网。但这样做的后果是此类用户再无缘分配网络，这一部分其线路衰减达不到25个（因为没有经过大分配）。这个也容易引起噪声，并造成回传电平的不均衡。这个问题只有在数字电视开通后不再用可寻址解码箱了（统一使用大分配）才可以解决。

五、在用户终端安装cable modem 个人宽带

在安装cable modem以前，首先，我们需要用户正确的布线结构，错误的布线结构不但增加了安装人员的安装难度，而且多半会造成modem接收和发射电平不够，从而影响用户正常上网。室内正确的布线结构是采用集中分配的星形结构，而不是一路串一路的线性结构。用户将需要看电视或者上广电宽带的房间都拉上一根线，统一在进房处用一个分配器接好，分配器最好放在能够拿到的地方以方便安装人员的维护，切忌不要直接将每一根线缆直接互相缠在一起。这样做虽然看模拟电视无多大影响，但在进行上网业务或者数字电视业务时绝对是有影响的，轻则掉包网速慢，重则根本无法上线。其次，选择好的材料也是保证上网正常的关键，用户应该到正规厂家，购买正规的屏蔽性能好且运行稳定的-5线和分配器。我们曾有一次在一个用户家里处理故障，在终端加上信号源后，用场强仪一级一级测试信号衰减都显正常，但modem就是不能在线，排查了几天，最后用替换法才查出是用户家里买了一个劣质的分配器造成了不能上网。这种劣质的分配器用场强仪测试其衰减，衰减显示正常，但就是不能正常工作。因此，用户一定不要购买这种劣质材料。其一则影响上网，二则也加大了我们排查故障的难度。此外，我们强烈建议不到万不得已（上行信号不够的情况）不要使用分支器，因为分支器的各接口屏蔽性能要比分配差很多：分配可以达到60多个db，而分支一般只有30几个db。最后，用户在接modem的地方最好要使用标准的数据盒，数据盒一路可以接电视，一路接上网，两端口互相屏蔽性能好，且电视口一路限制低频信号通过。因此，用户在安装时有条件的一定要使用数据盒。

六、小结

本文除了第一段技术背景参考了有关资料以外，其余的全是笔者在实际工作中的实践成果，故其理论描述肯定有很多不足之处，望读者指正！