HFC网络基础知识.pptx

HFCHFC网络网络网络网络基础知识基础知识基础知识基础知识有线电视网络的历史和演变有线电视网络的历史和演变最初的CATV：Common Antenna TV典型的同轴电缆网络带宽多次提升同轴电缆网络的局限性光纤的引入由全同轴电缆向HFC的转化典型的现代HFC网络有线电视的历史和演变有线电视的历史和演变CATV：共用天线电视（Common Antenna TV）始于1940s晚期（俄勒冈和宾夕法尼亚）使用更大、更高的天线来增强接收效果同一区域内的用户，通过同轴分配网络来共享电视节目CATV： Common Antenna TV多频道：频分复用：Frequency Division Multiplexing (FDM)如何工作： 每个频道使用独立的调制器调制到不同频率的载波上将所有调制器的输出混合在一起混合之后的信号通过同轴网分配到每个用户使用60VAC统一供电 如何通过同轴网络来分配电视信号？如何通过同轴网络来分配电视信号？A/V1A/VnA/V2A/V3射频放大器射频分支器典型的同轴网络结构典型的同轴网络结构电视调制器 1射频混合器电视调制器 2电视调制器 3电视调制器 n更多的电视节目需要更多的频道资源NTSC制式每频道6MHz，PAL制式每频道8MHz 下行信号最低一般从50MHz开始主要的几次带宽提升：350，450，550MHz一个550MHz的网络可以传输60路PAL制式或80路NTSC制式电视节目现代典型的HFC网络带宽为750MHz或860MHz带宽提升带宽提升严重的信号衰减：RG11电缆大概每公里衰减20dB，并且与频率有着密切关系信号质量差：每个放大器都会给网络带来噪声和失真可靠性低：如果一个放大器故障，则其后的所有网络全部瘫痪受外界电磁干扰严重Broken CableBroken CableBroken CableBroken Cable全同轴电缆网络的局限性全同轴电缆网络的局限性解决方案：由于光纤有着极低的衰减率，因此将网络的干线部分替换为光纤传输基本原理：光纤进行干线长距离的传输，同轴电缆做短距离的接入Hybrid Fiber Coax networks（HFC）光纤的引入光纤的引入光纤光发射机光接收机前端前端早期的HFC：单向，模拟广播电视升级： 单向升级为双向：交互性光纤延伸：更少的用户来分享同一个光节点（包括它提供的带宽）加入数字电视频道加入数据服务 加入语音服务目的就是让HFC进化成为可以支持多种业务（包括视频、数据、语音）的宽带平台HFC网络的演变网络的演变同轴分配网同轴分配网互联网互联网前端前端分前端分前端光节点光节点正向传输光纤反向传输光纤同轴电缆典型的典型的HFC网络网络CATV网络中用到的光纤技术网络中用到的光纤技术CATV网络中用到的光传输技术1310nm系统1550nm系统DWDM数字传输系统CATV网络中用到的光纤技术网络中用到的光纤技术极低的衰减率：每公里（光纤）大约每公里20dB（同轴电缆）将近100倍的差别完全不受外接电磁干扰体积小、重量轻，并且易于管理为什么要用光纤传输？为什么要用光纤传输？折射定律： n1*sin1 = n2*sin2 如果n1 n2，那么2 1而且 当入射角1 = c = sin-1(n2 / n1)时，出射角2 = 90o我们称之为全反射c 即为临界角n1n212 光纤如何工作？光纤如何工作？外覆层纤芯n2n1光纤的结构光纤的结构单模和多模玻璃和塑料衰减曲线色散曲线光纤的特性光纤的特性光纤衰减曲线光纤衰减曲线0.00.501.01.52.02.58001000120014001600衰减率（dB / km）波长，nm1310 nm光放大器使用波长范围光放大器使用波长范围dB：分贝定义：对于一个实数x，它对应的dB值是10 Log(x) 举例来说，如果x=2那么10Log(2)=3dBdB 最适合用来测量和表示相关参数举例来说，如果A是B的2倍，那么A比B多3dB什么是什么是dB？光纤的衰减不是一个线性值，它依赖于输入光纤的光功率数学描述为：dP = - k*P*dx （k为常数）所以P(x)=P0*e-kx ，P(x)/P0 = e-kx 或LogP(x) - LogP0 = - kLog(e)*x （线性模式）这样我们使用LogP要比直接使用P方便，并且所有的测试都是以dB为准为什么要使用为什么要使用dB？1310nm1550nm光纤色散曲线光纤色散曲线-120-100-80-60-40-20020408001000120014001600Dispersion, ps nm1 km-1Wavelength, nmStandardDispersion ShiftDispersion Flat通过光纤将信号从A点送到B点我们需要什么？在A点需要一台光发射机将电信号转变成光信号一条从A点到B点的光链路在B点需要一台光接收机将光信号转变成电信号光纤通信光纤通信光纤光发射机光接收机可行性：半导体激光器，尤其是分布反馈式（DFB）激光器的发展使其成为可能开始的1310nm传输系统，以及直接调制技术后来的1550nm传输系统，以及外调制技术以及波分复用（WDM）技术光纤在光纤在CATV网络中的应用网络中的应用内置波状光栅，使输出光信号波长的波动范围很小镜面反射率 = 100%反射率 = 4%发出的光包含很多波长很多波长，一般没有强制冷却和输出隔离，很高的RIN值（-120-130 dB/Hz），受环境温度的影响极大Fabry - Perot 激光器分布反馈式（DFB）激光器真正意义上的单波长，并带有强制冷却和输出隔离更低的RIN值（-150-160 dB/Hz）性能基本不受环境温度或光纤色散的影响半导体发光二极管半导体发光二极管CurrentLaser OutputIbIthP0Ith : 门限驱动电流强度Ib : 激光器驱动电流强度P0 : 输出光功率发光二极管驱动电流发光二极管驱动电流 光光强度曲线图强度曲线图直接调制发射机的性能主要依赖于电子预校正电路CurrentRF InputPre-distortionLaser OutputTimeOptical SignalIbIth直接调制：如何将电信号变为光信号直接调制：如何将电信号变为光信号CATV网络中用到的光传输技术1310nm系统1550nm系统DWDM数字传输系统CATV网络中用到的光纤技术网络中用到的光纤技术优点：简单，所以成本低可使网络的设计和升级变得更加灵活局限性：输出光功率有限（一般低于15dBm或30mw）相对于1550nm波段来说衰减率偏大传输距离有限，在可接受的传输性能下，传输距离不超过50Km抗失真性能有限直接调制光发射机：直接调制光发射机：1310nm系统系统简单的连接：发射机 + 光纤 + 接收机光接收机：光电检测二极管+ RF放大电路简单的简单的1310nm光传输系统光传输系统光纤1310 nm光发射机光接收机CATV网络中用到的光传输技术1310nm系统1550nm系统DWDM数字传输系统CATV网络中用到的光纤技术网络中用到的光纤技术主要优点：更低的光纤衰减率：0.25 dB/Km（0.35 dB/km 1310nm）可商用的光放大技术（EDFA）关键技术问题：光纤色散为什么有关键技术问题：激光器啁啾声 + 光纤色散 失真15501550nm系统系统不同波长的光在光纤中传输速率不同没有色散存在色散15501550nm 系统：光纤色散系统：光纤色散激光器啁啾声：驱动电流加上后，激光器的输出光波长随输入信号的变化而变化光纤色散：不同波长的光在光纤中的传输速率不同15501550nm系统：关键技术问题系统：关键技术问题激光器啁啾声 + 光纤色散 失真CurrentRF InputPre-distortionLaser OutputTime原始信号IbIth 1 0 2失真信号激光器啁啾声激光器啁啾声 + 光纤色散光纤色散 失真失真消除光纤色散：使用色散位移光纤n成本太高n会把新的色散引入1310nm波段，导致现有系统中出现新的问题使用色散补偿光纤（DCF）nDCF会带来新的光损耗和更高的成本消除激光器啁啾声：使用外调制技术综上：选择外调制技术可能的解决方案可能的解决方案外调制技术是如何工作的？外调制技术是如何工作的？线性调制光信号LaserSource调制模块RF Input Signal (Vin)VmodIoutVmodVin线性预失真电路Time光强度光强度RF信号加载到调制器上要比直接加载到激光器上好，避免了激光器的啁啾声相位调制转化为强度调制由于调制器本身的非线性转化函数：x Sin(x)，所以需要额外的预失真校正电路： Sin-1(x)如果驱动电流控制得好的话，将会有非常好的二次失真特性：CSO，以及其他性能外调制技术特点外调制技术特点声子波PoutPinPrefPtrans光波在光纤中传输时会产生声子波部分输入的光会被声子波反射这种反射会产生干涉噪声，将严重影响CNR和CSO非线性影响：受激布里渊散射（非线性影响：受激布里渊散射（SBS）NoisedB 50100 150200250Frequency(MHz)SBS 首先导致低频段噪声提高首先导致低频段噪声提高长距离传输前端互联超过150km的长距离传输与HLE（链路延展器）配合使用提高传输性能本地分配高输出功率，每个EDFA可以覆盖很多光节点低成本典型的典型的1550nm应用应用1550nm系统的性能取决于调制度 光放大器的噪声系数光接收机的输入光功率光纤的影响（非线性综合效应）15501550nm性能完善的系统性能完善的系统EDFAFiberEDFA1550 nm TxReceiverFiber1310nm系统系统与与1550nm系统系统的比较的比较1310nm系统1550nm系统应用较小网络内的广播或较大网络内的窄播大范围网络内的广播传输距离短距离长距离或短距离传输性能好优越成本低高（除了应用于高密集用户分配）在同一根光纤内传送不同波长的光信号为什么要这么做：在不增加新的光纤的条件下，提高通信容量工作原理每个光发射机发射不同波长的光信号，这些光信号与普通光发射机发出的光信号没有区别不同光发射机输出的光信号经过波分复用器复用，然后只需用一根光纤传输在接收端，再经过解复用器将不同波长的光信号分开，分别送到不同的光接收机 WDM：波分复用：波分复用密集波分复用METROLink系列一根光纤内可传输32个波长波长均在ITU标准指定的1550nm波段内正向及反向均可应用1611x16MUX11x16DEMUX1611DWDM 密集波分复用分配密集波分复用分配面向对象的窄播服务BroadcastNarrowcastHFC DWDM接入网接入网CableHeadendHubCWDM：粗波分复用，将1310nm和1550nm信号混合在一起DWDM：密集波分复用，将1550nm波段的不同波长的光信号混合在一起CWDM和和DWDM节省光纤：在骨干网的应用中意义尤其重大，也包括反向传输引入窄播服务：可以在不需要重建现有系统的条件下插入窄播信号波分复用技术的应用波分复用技术的应用HFC 网络组成及性能参数网络组成及性能参数典型的HFC网络要素总前端分前端光节点用户家庭接入点HFC网络及其性能参数网络及其性能参数信号源控制中心：广播服务和部分窄播服务典型设备信号源n卫星接收机n电视信号调制器和RF信号混合器n视频服务器及CMTS传输设备n1550nm光发射机和光放大器n1310nm光发射机nDWDM发射机和波分复用及解复用器n反向接收机控制中心n网络管理总前端总前端供部分窄播设备和传输设备使用的机房典型设备信号源：本地电视节目、视频服务器以及CMTS传输设备n1550nm光放大器n1310nm光发射机nDWDM发射机和波分复用及解复用器n反向接收机和发射机一些运营商希望减免分前端的有源设备（无分前端架构）来降低维护成本分前端分前端提供光接收机和反向发射机的安装平台给未来预留更多的应用空间，比如 FTTx光节点意味着。