在HFC網絡上開展個人寬帶業務的建設與維護

徐軼零

（重慶廣播電視信息網絡有限公司墊江分公司墊江 重慶墊江 408300）

一、CMTS—cable modem 技術背景介紹

（一）有線電視網的資源潛力

我國的有線電視網雖然沒有得到國家投資，但卻依靠自身力量發展起來了。目前，它的覆蓋范圍比電信網還廣，已經建成12 989km的國家級干線光纜網絡，在許多地方已建成光纜和同軸電纜混合網（HFC網絡），聯通全國22個省、市、自治區。截至2019年底，我國有線電視用戶近兩億戶。從用戶數量看，我國擁有世界上最大的有線電視網絡。同時，CMTSCable Modem技術也是有線電視行業解決互聯網寬帶業務的一種較為優良的方式。

1.Cable Modem的原理和使用

首先，什么是Cable Modem。Cable Modem名為電纜調制解調器，又名線纜調制解調器。它是近幾年隨著網絡應用的擴大而發展起來的，主要用于有線電視網進行數據傳輸。Cable Modem與以往的Modem在原理上都是將數據進行調制后在Cable（電纜）的一個頻率范圍內傳輸，接收時進行解調。其傳輸機理與普通Modem相同，不同之處在于它是通過有線電視的某個傳輸頻帶進行調制解調的。而普通Modem的傳輸介質在用戶與交換機之間是獨立的，即用戶獨享通訊介質。Cable Modem屬于共享介質系統，其它空閑頻段仍然可用于有線電視信號的傳輸。Cable Modem徹底解決了由于聲音圖像的傳輸而引起的阻塞，其傳輸速率上行已達10Mbit/s以上，下行傳輸速率更高，可以達到38Mbit/s。Cable Modem也是組建城域網的關鍵設備，光纖同軸電纜混合網（HFC）主干線用光纖，光結點小區內用樹枝型總線同軸電纜網連接用戶，其傳輸頻率可達550/750MHz。在HFC網中，傳輸數據就需要使用Cable Modem。

其次，Cable Modem技術原理。Cable Modem從下行的模擬信號中劃出6MHz頻帶，將信號轉化為符合以太網協議的格式，與電腦實現通訊。用戶需要給電腦配置以太網卡和相應的網卡驅動程序，同軸電纜中的6MHz頻帶用于提供數據通訊，電視和電腦可以同時使用，互不影響。射頻信號在用戶和前端之間沿同軸電纜上行或下行，上行和下行信號共享6MHz頻帶，但應調制在不同的載波頻率上，以避免相互干擾。

最后，CMTS在物理層的技術原理。CMTS下行通道的頻率范圍為88～860MHz，每個通道的帶寬為6MHz（NTSC 6 G-MHz，PAL 8MHz），采用64QAM或256QAM調制方式，對應的數據傳輸速率為30 342Mbit/s或42 884Mbit/s。上行通道的頻率范圍為5～65MHz，每個通道的帶寬可為200、400、800、1 600、3 200kHz，采用QPSK或16QAM調制方式，對應的數據傳輸速率為320～5 120Kbit/s或640～10 240Kbit/s。上行通道的帶寬可根據所需的數據傳輸速率設定,頻率在5～65MHZ之間。在同樣的帶寬內，QPSK調制的速率比16QAM調制方式低，但其抗干擾性能好，適用于噪聲干擾較大的上行通道，而16QAM調制適用于信道質量好且要求高速傳輸數據的場合。在CMTS設備中，為了減小上行通道的干擾，一個下行通道一般對應多個不同頻率的上行通道，CMTS設備根據信道的噪聲狀況自動跳頻到干擾較小的通道，而用戶察覺不到該跳頻過程。

二、CMTS—cable modem 網絡的組建

（一）網絡設備拓撲結構

1.下行結構

從下行結構看，CMTS首先接收來自以太網交換機的數據信號通過下行端口將信號混合入有線電視設備中光發射機中，通過光纖將信號進入有線電視設備的光工作站中。而后，其在光工作站以后的同軸電纜網絡中通過-12或-9線纜和放大器將信號保證在能夠達到足夠要求的情況下進入樓棟大分配，出大分配后以-5線纜接到用戶家中的cable modem。

2.上行結構（回傳結構）

從cable modem中發射出的上行信號（回傳信號）在進入光工作站這一部分線路與下行結構經過的設備是一樣的，只不過是倒過來了而已。過了光工作站以后，通過光纖，回傳信號進入反向光接收機，通過反向光接收機的-5線纜口進入回傳信號混合器，再由混合器進入CMTS的上行端口（回傳端口）以此再進入以太網交換機連入互聯網絡。

（二）網絡設備

1.網絡設備性能要求

因為整個網絡結構是一個涉及上行、下行的雙向網絡結構，所以要求網絡設備中的放大器必須是雙向的，即頻率在5～750MHZ之間信號都能通過。而設備中的分支分配包括線纜工作頻率一般都是在5～1 000MHZ之間，所以都可以使用。到了光工作站這一部分，因為其功能就是實現信號的光信號與電信號的轉換，所以它也必須是雙向的，即是說它既能將接收來的光信號轉化為電信號通過同軸電纜網傳下去，也可以將同軸電纜網回傳的電信號轉化為光信號發射到反向光接收機里去。

2.網絡設備中的一些重要參數設置

參數設置第一個設備就是CMTS，我單位為了考慮將寬帶網絡的頻率盡量與電視頻道的頻率隔開以保證互不干擾，所以將下行頻率設置在561MHZ。這一點，各個地方可以根據自己的實際情況作調整。

首先，信號電平大小設置在45～50dbmv之間（即105～110dbuv），以保證cable modem的接受信號電平可以保證在45～75dbuv之間。這個接收值也是cable modem接收電平的國家標準。其次，根據國家信號頻率的規定5～65MHZ為低頻段，用于信號的上行傳輸，結合我單位使用的CMTS四個回傳端口的實際，我們將cable modem的上行頻率分別設置為36MHZ、40MHZ、42MHZ、38MHZ。具體的cable modem上行發射電平會是多少則是cable modem 與 CMTS 在通話后鏈路調整的結果，我們希望它能夠在45dbmv左右。這也是調試時候要考慮的問題了。最后，對于光工作站的反向光發射信號，我們保證它在-1至3mw之間。這個信號值過低則不能保證反向光接收機接收到信號（其接收范圍在-15-0mw之間），過高則容易燒壞反向光接收機（反向光接收機在接受信號大于0mw的情況下既不能正常工作，更有可能被燒壞）。

三、CMTS—cable modem 網絡的調試

（一）光工作站到混合器輸出口（即進入CMTS的信號）的信號調試

對于這一段線路的調試，市網絡公司給我們提供的標準是這段線路總共衰減15個db，但我們在實際工作中根據網絡的具體情況將衰減提高到了21個db。這樣做的原因就是為了有效地防止由于回傳線路漏斗效應產生的上行噪聲帶來信噪比的嚴重惡化，致使寬帶用戶在上網過程中嚴重掉包甚而至于根本無法連通線路。造成我公司寬帶噪聲比市公司嚴重的一個主要原因也是因為市公司一臺CMTS回傳口只接了兩個光節點，我公司隨著網絡規模的擴大但卻沒有新增CMTS，以至于一個回傳口至少接了八個光節點，最多甚至達到了十一個光節點。根據一些技術資料介紹，CMTS的回傳口每多增加兩個光節點，其NPR值將惡化一倍。每個CMTS回傳口能夠接的光節點數以2～4為最好，最多也不能超過六個。關于這一點，我們在實踐工作中也確實驗證了這個結論：在最初的網絡調試中，我們曾經有過一段時間有一個上行口只保持接了三個光節點，信噪比也一直穩定在30db左右，當光節點加到八個以后信噪比就一直在22左右徘徊，而如果信噪比低于了20db就會影響上網的正常運行了。

在具體的調試過程中，我們將進入混合器的回傳光節點在混合器的接口面板上統一將混合器的衰減調整為19個db。因為信號從光工作站到反向光接收機出來一般要放大兩到三個信號，最后在混合器的輸出口，我們再統一加一個衰減為5個db的可調衰減以保證衰減可以靈活調整。這樣-19+3-5=-21，這一段線路的衰減也就在21db左右了。

調試的時候由于信號源是直接注入光工作站的輸出口，而信號源的發射值都是105dbuv左右，這樣直接注入光工作站在反向光接收機處，有時是不可能測出正確信號的。因此，我們通常在信號源上接20個db的衰減，即注入信號85dbuv。這樣，只要在混合器輸出口出信號65個dbuv左右，就算調試成功了。

此外，附帶提一點的是，我們的產品采購部門曾經買過一種能夠放大30個db的反向光接收機。我個人認為這種產品是不可取的。雖然它可以在信號不足的時候大幅度地提升信號，但一般在光工作站和放大器正常工作的情況下，是不需要這樣大幅度提升信號的，且這樣升信號更容易產生噪聲。如果將其放大調整為0，就會浪費了它的放大功能。因此，我個人不建議采購此類反向光接收機。

（二）放大器線路的調試

放大器的調試，我們遵守0db增益的原則，即在后一級放大器注入一個信號值的情況下，在前一級放大器的輸入口測試其信號。其信號值也要等于在后一級放大器的注入信號值。這樣做的目的就是讓反向信號從進入末級放大器到進入光工作站，其信號值是一樣的，即放大器的放大值剛好彌補線路和分支、分配的衰減值。但即使是這樣，光節點下放大器的級數最好也不要超過兩級，一級或是光纖到樓棟最理想的。不然，就算是做了0db增益的調試，依然會有嚴重的噪聲影響，這也是我們在實踐中得出的結論。此外，一個光節點下以200～300戶為最好。

（三）無源分配網絡的調試

無緣分配網絡的調試主要遵循一個集中分配的原則，即合理分配末級放大器輸出衰減到各個樓棟是一樣的，然后樓棟到各用戶終端通過大分配衰減的衰減值能大致保持一致?？偟膩碚f就是要求從modem到末級放大器，其衰減值能保持在25～32db之間。這7db的調整空間主要是為用戶室內布線結構或者材料不同引起的衰減不同而預留的。這樣，在無源網絡分配中衰減25～32個db，放大器線路上遵循0db增益而衰減不變，再加上光工作站進CMTS的20個db衰減，從用戶終端到進入CMTS總的衰減就在45～52個db之間，讓modem的上行電平保持在45dbmv左右。這樣就是最理想的工作狀態了。它既不容易產生噪聲，又能保證上行電平不至于過高（modem的上行極限電平值在58～62dbmv之間）造成上不了線。

四、CMTS—cable modem 網絡的維護

（一）接頭故障

HFC網絡的建設過程有一個通俗的說法叫做接頭工程。其表達的意思就是說網絡線路在調試好以后，網絡的穩定運行就是靠網絡中的每一個接頭做得好壞與否了。由于HFC網絡設備的特點與電信網絡設備的不同，導致了我們在做無源分配的-5F頭、放大器的-9F頭（最好是貫通頭）都要嚴格按照國家廣電的標準進行施工。我們在業務開展的初期，曾多次碰到這種接頭做法不規范或者將接頭裸露于室外造成下雨天進水甚而至于根本不做接頭就將幾股線纜絞纏在一起。這些做法，我們通過加信號源在網絡中，再用場強儀測試，就可以發現上述的幾種做法會造成信號衰減特別大，遠超出正常衰減范圍，處理的做法就是重新做接頭。這類故障在我們開展寬帶業務幾年后已經基本上處理完畢，現在主要處理的就是噪聲故障。

（二） 噪聲故障

噪聲故障前面已經提過。其實，如果調試做好了，然后一個CMTS回傳口又不接太多的光節點，這個故障應該是不會太多的。但鑒于實際情況，我們不得經常處理此類故障，處理的辦法包括：1.改變回傳信號的上行頻率；2.提高CMTS的接收電平，降低噪聲的干擾。如果噪聲源過強，我們也只有通過一個光節點一個光節點地斷開，進而一級放大器一級放大器地斷開，排查噪聲源。因為沒有更好的噪聲源查找儀器，所以也只好用這種原始的辦法了。此外，因為以前曾經用過的可尋址解碼箱是屬于單向網絡設備，為了能使接解碼箱的用戶上網，所以，我們不得不用一個二分配把它單獨跳線出來保證其上網。但這樣做的后果是此類用戶再無緣分配網絡，這一部分其線路衰減達不到25個（因為沒有經過大分配）。這個也容易引起噪聲，并造成回傳電平的不均衡。這個問題只有在數字電視開通后不再用可尋址解碼箱了（統一使用大分配）才可以解決。

五、在用戶終端安裝cable modem 個人寬帶

在安裝cable modem以前，首先，我們需要用戶正確的布線結構，錯誤的布線結構不但增加了安裝人員的安裝難度，而且多半會造成modem接收和發射電平不夠，從而影響用戶正常上網。室內正確的布線結構是采用集中分配的星形結構，而不是一路串一路的線性結構。用戶將需要看電視或者上廣電寬帶的房間都拉上一根線，統一在進房處用一個分配器接好，分配器最好放在能夠拿到的地方以方便安裝人員的維護，切忌不要直接將每一根線纜直接互相纏在一起。這樣做雖然看模擬電視無多大影響，但在進行上網業務或者數字電視業務時絕對是有影響的，輕則掉包網速慢，重則根本無法上線。其次，選擇好的材料也是保證上網正常的關鍵，用戶應該到正規廠家，購買正規的屏蔽性能好且運行穩定的-5線和分配器。我們曾有一次在一個用戶家里處理故障，在終端加上信號源后，用場強儀一級一級測試信號衰減都顯正常，但modem就是不能在線，排查了幾天，最后用替換法才查出是用戶家里買了一個劣質的分配器造成了不能上網。這種劣質的分配器用場強儀測試其衰減，衰減顯示正常，但就是不能正常工作。因此，用戶一定不要購買這種劣質材料。其一則影響上網，二則也加大了我們排查故障的難度。此外，我們強烈建議不到萬不得已（上行信號不夠的情況）不要使用分支器，因為分支器的各接口屏蔽性能要比分配差很多：分配可以達到60多個db，而分支一般只有30幾個db。最后，用戶在接modem的地方最好要使用標準的數據盒，數據盒一路可以接電視，一路接上網，兩端口互相屏蔽性能好，且電視口一路限制低頻信號通過。因此，用戶在安裝時有條件的一定要使用數據盒。

六、小結

本文除了第一段技術背景參考了有關資料以外，其余的全是筆者在實際工作中的實踐成果，故其理論描述肯定有很多不足之處，望讀者指正！