王兰玉 王荣忠 1 网络改造的必要性 90年代初建设的有线广播电视网络，大多是以同轴电缆为传输介质，网络传输带宽各不相等，从全频道、230 MHz隔频传输、300 MHz、450 MHz到550 MHz邻频传输系统都有。传送的电视节目有(10～30)个频道。经过多年来的运行，系统设施开始老化、指标下降。
同轴电缆的高频损耗大，传输距离受到限制。距离增大，放大器的级联数增多，引起噪声积累及交互调失真增加，系统指标恶化；电缆接头多，故障率增大；供电问题、雷击问题等都使网络的故障率增高，可靠性降低，维修量增大。
现在，人们对网络的需求再也不是只满足于多收看几套电视节目。市场出现了需求的多样化，如调频广播、模拟电视、DVB数字电视、数字音频广播、高清晰度电视、影视点播、Internet接入、远程医疗、远程教学、可视电话等。
随着广播电视技术的发展，要求未来的网络必须同国家的、国际的数字信息网络接轨。国际电联TTU-T对交互式有线电视业务传输有一系列的建议，为有线电视网络的规划和发展统一了标准。
电缆传输网向HFC光纤电缆混合网过渡、单向传输向双向传输过渡、模拟传输系统向全数字化系统过渡是有线电视网络发展的必然趋势。 2 HFC网的整体构思 我国城市有线电视网的发展初期，一些大型网络就对光纤-电缆混合网进行了尝试。他们把整个覆盖范围划分成若干个区域。在前端，用光发射机将有线电视信号进行电、光转换，用光缆将信号送至各区域，由各区域的光接收机对信号进行光、电转换，再用同轴电缆采用树型结构将有线电视信号分配给千家万户，解决了当时电缆网级联受限的困难，扩大了覆盖范围，光纤只起到了代替干线的作用。这种网络是HFC网的发展雏形。
随着光纤技术的发展，光纤由多模发展为单模，光纤损耗逐步接近于理论损耗值，价格每年以20%～30%的速度下降，光端机和其他光器件也在逐步趋于成熟。这些给HFC网络注入了新的活力，赋予了新的内涵，使真正意义上HFC双向传输成为现实。 2.1 网络拓扑结构的选择
光纤传输部分可根据网络的大小、可靠性的高低来选择网络的拓扑结构。星型网投资低、见效快、可靠度较低、设计施工容易；环型网投资高、可靠度高、设计施工难度大。当网络只传输广播电视信号时，可以先选择星型结构。随着网络功能的增多，可靠度要求的增大，逐步将星型网过渡到环型-星型混合网，最后过渡到全环型网。光节点以下的用户分配部分采用一类同轴电缆树型结构，就可以基本满足实现各种功能的要求了。
从双向传输的角度考虑问题，把2000用户分为1个光节点。光节点以上的光缆采用星型或环型拓扑结构，光节点以下的电缆采用树型结构。随着信息业务量的增加，可把2000户一分为四，500户为1个光节点，直至125户，最后实现光纤入户。
2.2 网络带宽的选择和分配
根据功能的要求和设备的成熟程度，目前一般选择750 MHz带宽。随着信息业务量的增多和设备逐渐趋于成熟，带宽可逐步扩展为860 MHz、1 GHz，甚至更高。具体频带的分配见图1。 图1 一般来讲，(15～65) MHz为上行频段，采用QPSK或16 QAM(乃至64 QAM或更高)调制方式传输信息。
(87～750) MHz为下行频段。
(87～108) MHz为传输调频广播节目。
(110～550) MHz为传输模拟电视节目。
(550～750) MHz采用64 QAM或更高的QAM调制传输数字电视节目和信息。
(750～860) MHz、1 GHz或更高作为数字通道的预留，频带逐步向上扩展。
2.3 光节点的选择
从覆盖的角度上考虑，光节点要选择在光节点片区的中心位置；从工作可靠性的角度，考虑到我国的供电状况，有条件的光节点供电应选择双回路供电。如果只有单回路供电，随着多功能双向传输的开发，除市电外，还应考虑不间断电源或自备发电机发电，采用自动启动切换，以保证光节点供电的可靠性。光节点所覆盖片区的放大器都应由光节点集中供电。
2.4 网络指标的分配
根据国家标准确定网络的各项技术指标，视网络的具体情况留出指标裕量，确定系统的设计值。
分别给前端、传输部分、用户分配部分合理分配各项指标的系数qxr。
然后根据下列公式计算出各部分指标。
载噪比：(C/N)x=(C/N)d-10 lgqxr (1) 复合二次差拍比：
(C/CSO)x=(C/CSO)d-15 lgqxr (2) 复合三次差拍比：
(C/CTB)x=(C/CTB)d-20 lgqxr (3) 脚标x分别表示：H为前端部分；T为光纤传输部分；P为用户分配部分。
脚标r分别表示：N为载噪比；S为复合二次差拍比；B为复合三次差拍比。
(C/N)d、(C/CSO)d、(C/CTB)d为网络三项技术指标的设计值。
qxr为系统分配给各部分技术指标的系数，三项指标共有9个系数。
分配给各部分的指标还要在设计中反复调整，适当搭配，使设计指标值趋于合理。 3 前端部分的升级改造 根据分配给前端的技术指标，合理选用前端设备。如满足设计指标，前端设备可以保持原状不动，增加传输节目数量，只需增加相应频道的设备就行了。如果原来的设备技术指标低，满足不了整体要求，则要按照设计指标要求更换前端设备。
前端设备包括接收天线、卫星接收机、调制器、混合器、驱动放大器。实行双向功能时还应包括数字交换核心设备、多功能设备等。
3.1 卫星接收机
目前卫星转播的电视节目分为模拟和数字压缩两种，接收机也分为模拟卫星接收机和数字卫星接收机两种。卫星接收机的技术指标要符合广播级技术指标的要求。
3.2 调制器
系统载噪比的指标取决于调制器的载噪比指标，因此调制器首先要考虑其载噪比指标，调制器不占用非线性指标。第二个要考虑的指标是带外抑制和频率稳定度。当然，还有一些其他指标都要满足国家标准。
3.3 混合器
混合器是将调制器输出的各路信号合并成一个复合信号的装置，对它的要求是：相互隔离度要高，反射损耗要大，带内平坦度要好。
3.4 驱动放大器
一个大的网络一般有数十台甚至上百台光发射机。为了使光发射机正常工作，一般需要增加一级到三级驱动放大器。前端部分的载噪比指标的一部分和非线性失真指标的全部由驱动放大器占用。前馈放大器指标好但价格高，倍功率放大器比较经济，但各项指标不如前馈的好。驱动放大器的选择要根据分配给前端部分的指标综合考虑。
网络向HFC综合网升级改造，前端部分的设备会急剧增加，除网络原有的接收设备、调制设备外，驱动放大器设备、光发射机设备、反向光接收机设备、双向功能的交换设备、多功能设备等将大量占用机房空间，升级改造时要给予充分的考虑。 4 光纤传输部分的升级改造 光纤传输部分包括光发射机、光分路器、光缆、光接收机等。
光纤传输部分的升级改造首先要确定光节点户数、送至每个光节点的光纤芯数、选择网络的拓扑结构、选择光纤路由。
每个光节点的光纤芯数主要考虑：下行信号的传输要1芯，上行信号的传输需1芯，1：1备用，每个光节点有4芯就够了。如果考虑将光节点户数一分为四，1个光节点发展为4个光节点，光纤需要8芯以上。
光纤路由的选择：一般可参考电缆网的走向。电缆网的路由经过周密的勘查、测量、研究设计，在长期的网络运行中逐步趋于合理，形成了完善的防雷接地体系。技术图纸资料比较齐全，免去了重复劳动。
光纤路由和电缆路由的选择一样，路径尽量短，施工、维护方便，有条件的尽量入地，不能入地的可沿杆敷设，但要充分考虑运行的安全因素。
光节点户数的选择：光纤代替干线时，可考虑多带一些用户。考虑反向回传时，一般只考虑2000户左右为1光节点，覆盖半径一般不超过1km范围，此时一般级联不超过3级放大器(包括光接收机内的一级放大)。将光端机置于分配用户中心，光端机以下可分4路向四个方向辐射，上行信号再汇集到光端机回传，即2000户共用1条上行通道。根据双向信息业务的发展情况，可逐步将光节点向用户侧延伸，将覆盖范围一分为四，每个光节点带500户，包括光接收机内的1级放大，级联两级即可。再往下延伸，光接收机直接带用户，最后发展为光纤入户。
确定了以上问题后，剩下的工作就是光发射机设备选型。考虑热备份，光发射机要型号相同、光功率相同。考虑可靠性，光发射机所带光节点一般不要超过3个，3路由光分路器分配光功率。
光缆的选型主要考虑性价比。衰减和色散是光缆的两项主要指标，这两项技术指标直接关系到网络的整体技术指标。质量高的光缆不但两项指标高，而且熔接时熔接点损耗低，应该成为我们选型时的首选产品。
最后，计算从光发射机到光接收机之间各链路的损耗。
4.1 光分路器分光比K的计算
利用下式计算出第i路链路的分光比：
 (4) 式中：α为光纤每km的损耗，单位为dB/km；
Li为第i路光纤长度，单位为km。
4.2 光链路损耗A的计算
从光发射机到光接收机之间的总损耗称为光链路损耗。
利用下式计算第i路光路损耗：
A=αLi+(-10lgKi)+0.5+1.0 (5) 式中：α为光纤每公里的损耗，一般取0.4dB/km，包括熔接接头损耗；
Li为第i路光纤的长度，单位为km；
Ki为光分路器第i路的分光比；
光分路器的插入损耗一般取0.5dB；
两个活动连接器插入损耗及余量一般取1.0dB。 5 用户分配系统的升级改造 用户分配系统是指从光接收机中的电放大器开始至用户终端的网络。用户分配系统又可以分为楼栋分配网络和放大器之间的分配网络。用户分配系统又可以分为楼栋分配网络和放大器之间的分配网络。楼栋分配是指从带用户的放大器输出口到用户终端的分配网络。放大器分配网络是指从光接收机中的电放大器到各放大器之间的分配网络。考虑到双向传输，分配网络的电缆要选用国家规定的一级同轴电缆，放大器要选用双向传输放大器。
用户分配系统的升级改造要考虑以下因素：(1)考虑网络功能和造价，该部分采用树型结构；(2)考虑统一维护，同一网络各类器件选用同一型号；(3)考虑回传的漏斗噪声效应，放大器的级联控制在三级以内；(4)考虑到网络的设计、施工和统一维护、管理，统一放大器的输入电平和输出电平；(5)充分利用现有的技术资料，掌握用户的分布情况，确定线路走向；(6)根据楼栋(串数)所需电平，确定好各放大器的安装位置。
5.1 用户分配系统主要技术指标
用户分配系统的各项技术指标主要由各放大器占用。所以，各项技术指标主要是计算放大器之间的分配网络的指标，楼栋分配网络主要考虑各用户终端的电平符合国标就可以了。
5.1.1 用户分配系统各项技术指标的计算
根据所选放大器的指标，可以算出级联后的各项指标。
载噪比：(C/N)p=(C/N)单-10lgn (6) 复合二次差拍比：
(C/CSO)p=(C/CSO)单-15lgn (7) 复合三次差拍比：
(C/CTB)p=(C/CTB)单-20lgn (8) 式中：n为放大器的级联数。
三项主要指标的计算结果须大于或等于分配给用户分配系统的指标。
5.1.2 放大器的输入、输出电平
放大器的输入电平Si由下式计算：
Si≥(C/N)p+10lgn+F+2.4(dBμV) (9)
式中：(C/N)p为n台放大器级联后的总载噪比；
F为单台放大器噪声系数；
n为放大器级联数；
2.4dB为基础热噪声功率。
根据Si的计算结果，确定放大器最低输入电平。
放大器的输出电平So由下式计算：
So=Si+G-2(dBμV) (10) 式中：So为放大器的输出电平；
Si为放大器的输入电平；
G为放大器的增益；
2dB为电缆和器件的老化裕量。
根据So计算结果，确定放大器统一的输出电平。调试时，输出电平控制在So±0.5dBμV以内。
5.1.3 放大器的级间电缆段长度
由于对放大器输入电平、输出电平做了统一规范，电缆段长度可以用下式计算：
电缆段长度 (11) 式中：G为放大器增益；
∑L为级间分支器、分配器的总损耗；
LH为所用电缆在最高频率点的损耗；
2dB为电缆和元器件的老化裕量。
可以看出，决定电缆段长度的因素由两部分组成：
(G-2)/LH(m)为电缆段最大允许长度；∑L/LH(m)为两放大器间所加的分支器、分配器总损耗引起电缆段缩短的长度。
5.2 用户分配系统的楼栋分配网
楼栋分配网主要综合考虑以下几方面的问题：一是入户分配方式；二是电缆的敷设位置；三是楼栋分配网的电平计算。第三个问题在《中国有线电视》1998年11期《城市有线电视网分配系统的标准化设计》中有详细阐述，下面主要讨论第一和第二个问题。
(1)在我们过去的网络中，大多采用了以下三种入户分配方式。我们以1梯4户7层的点式楼的分配说明三种分配方式的特点。
串接单元分配方式如图2所示。 图2 这种分配方式的特点是各用户终端使用串接一分支，一串用户互相连接。这种方式施工方便、节约元器件、投资低，在全频道系统、230 MHz隔频传输和300 MHz邻频传输系统中广泛采用。其缺点是：用户间隔离度低，一户有故障，可能波及一整串，不利于网络管理和维护，频带不容易拓宽。
串接分支器分配方式如图3所示。 图3 这种分配方式的特点是：各用户终端专线入户，用户间隔离度高，便于网络管理和维护，有利于频带的拓宽，在楼梯内布线中常常采用，可靠性比第一种方式高。
并接分支器分配方式如图4所示。
图4 这种分配方式的特点是：各用户终端专线入户，用户隔离度高，便于网络的管理和维护，有利于频带拓宽，在楼面布线方式中常常被采用，可靠性在三种方式中最高。
(2)楼栋分配网的布线可采用楼表面布线、楼道布线、暗管敷线三种方式。
对于电视设施在楼面房间的楼栋，可采用楼表面布线，选用并接分支分配方式设计，器件装在二三层之间，便于安装、维护工作。这种方式的缺点是器材暴露在外，日晒雨淋，使器材寿命缩短，易受人为损坏。
对一进门就是客厅的楼栋，可采用楼道布线。选用串接分支分配方式设计，在每单元楼道内上下走线，支线在楼道，每层有几个用户输出口就采用几分支器。这种方式安装方便、维修方便、不易遭破坏、器件使用寿命可相对延长。
暗管敷线能提高系统的各项性能指标，美化环境，避免人为破坏，提高线路寿命，减缓电缆老化。选用串接分支分配方式设计，楼道暗管走线，每层设一个分配箱，从分配箱暗管辐射到各用户，转弯处留检查孔，管口处要采取措施，防止管道进水，防止鼠害。 6 回传通道的构筑 回传通道包括光链路和同轴电缆。光链路在光节点设反向光发射机，单独用1根光芯回传，在前端机房设反向光接收机。光节点以下，与下行信号共缆，频率分割，设置反向放大器。反向通路汇集到光节点反向光发射机输入端。
反向传输通道的传输对象是经过QPSK或M-QAM(M=4、16、64)调制的数字信号。衡量传输质量的技术指标是误码率(BER)；衡量传输效率的指标是单位带宽的波特数。当回传信道确定后，传输效率和误码率就成了一对矛盾。制约这两项技术指标的主要因素是信道噪声，提高传输效率会牺牲误码率，提高误码率指标会降低传输效率。因此，回传信道的噪声问题就成了一个突出的问题。
6.1 回传通道的噪声
在回传通路里主要有热噪声、光链路噪声和侵入噪声三个噪声源。回传通道的总载噪比应该是各部分载噪比的叠加。
C/N=-10 lg［10-(C/N)1/10+10-(C/N)2/10+…+10-(C/N)n/10］ (12) 回传光链路的噪声与正向光链路的噪声的分析方法相同。我们只讨论其余两种噪声。
6.1.1 热噪声
任何一个网络，不管结构如何，复杂程度怎样，都会产生一个恒定的热噪声功率。这个噪声功率称之为基础热噪声功率，有的书籍称为热噪声本底功率。它由下列公式算出： PN=K．T．B (13) 式中：K=1.38×10-23J/K为玻耳兹曼常数；
T=293K为常温下的热力学温度；
B为噪声的等效频带宽度，单位为Hz。
由于人们习惯用dBμV来表示噪声，现将热噪声功率转换为dBμV，则：
 (14) 式中：R为器件的特性阻抗，单位为Ω。
由于有线电视系统中特性阻抗均为75 Ω，两边取对数则噪声电平为：
(UN)dB=20 lgUN=10 lgK+10lg T+10 lg B+10 lg R+20 lg106 (15) 将K、T、R代入并用N1表示热噪声，则N1与等效热噪声的函数关系是：
N1=10 lg B-65.2 (dBμV) (16) 现将热噪声在特殊等效带宽情况下的计算结果列于表1。
例如：有一个光节点，分为4条支路，每条支路不超过两级放大器，末级由若干台放大器组成，求节点的总载噪比。先计算4条支线各自的载噪比，然后将4条支线各自的载噪比合成，最后计算送至光发射机输入端的总载噪比。
各条支线载噪比为： 表1 基础热噪声 | 
IP卡
狗仔卡
(18)
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
显身卡
